油水兩相體系流變行為影響因素實(shí)驗(yàn)研究

1、    油水兩相體系流變行為影響因素實(shí)驗(yàn)研究    李俊剛 張磊 樂(lè)昕朋摘      要：考慮含蠟原油管輸過(guò)程蠟的沉積機(jī)制不但與油水兩相體系的乳化特征有關(guān)，也相關(guān)于兩相體系的流變行為，分析了油水體系的乳化轉(zhuǎn)相特征及流變特性，結(jié)果表明，除了原油自身組成，溫度和含水率是影響油水兩相體系流變行為的主要因素，實(shí)驗(yàn)油水兩相體系的轉(zhuǎn)相點(diǎn)含水率值約為55%，通過(guò)確定溫度及含水率影響下油水兩相體系的流變指數(shù)n與稠度系數(shù)k，明確了基于冪律方程描述集輸工況環(huán)境下油水兩相體系流變特性的可行性。關(guān)  鍵  詞

2、：流變特性;乳化轉(zhuǎn)相;溫度;含水率;油水兩相：te 866       ： a       ： 1671-0460（2019）03-0559-04abstract： considering the influence of emulsification and rheological behavior of oil-water two-phase flow on wax-deposition mechanism of waxy crude during pipeline tr

3、ansportation， the phase inversion and rheological properties were tested. the results indicated that， besides the composition of crude oil， temperature and water-cut were the main influencing factors of rheological behavior. the water-cut of oil-water two-phase flow for the emulsification and phase

4、inversion was 55%， and the rheological index and consistency coefficient of oil-water two-phase flow at different temperature were also determined. furthermore， the feasibility of using power law equation to describe the rheological properties of oil-water two-phase flow in gathering and transportat

5、ion environment was verified.key words： rheological property; phase inversion; temperature; water-cut; oil-water two-phase與單相含蠟原油一樣，含蠟原油-水兩相體系的流變特性是采用任何手段及方法開(kāi)展油水兩相流蠟沉積研究的基礎(chǔ)1-3。在集輸過(guò)程中，油水乳狀液的轉(zhuǎn)相點(diǎn)通常被認(rèn)為是視黏度開(kāi)始下降時(shí)的含水率值。采出液無(wú)論在井筒流動(dòng)，還是在集輸管道流動(dòng)時(shí)，輸送能量的損失在很大程度上由表觀黏度決定，一般來(lái)講，避免輸送含水率處于轉(zhuǎn)相點(diǎn)處對(duì)于減少能量損失、降低輸送成本具有重要意義4，5。對(duì)于

6、運(yùn)行溫度場(chǎng)分布介于含蠟原油析蠟溫度區(qū)間的集輸系統(tǒng)，其中管輸過(guò)程蠟的沉積機(jī)制不但與油水兩相體系的乳化特征有關(guān)，也相關(guān)于兩相體系的流變行為，測(cè)試油水兩相體系的流變特性也可為管輸蠟沉積的描述提供必要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)6-8。1  油水兩相體系轉(zhuǎn)相特性實(shí)驗(yàn)1.1  實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)測(cè)試油水介質(zhì)均取自大慶油田某聯(lián)合站，結(jié)合集輸實(shí)際工況，設(shè)計(jì)測(cè)試溫度為30、35和40;剪切速率為10、80和260 s-1;調(diào)配原油含水率為10%、20%、30%、45%、55%、65%、75%、85%和95%。1.2  實(shí)驗(yàn)儀器及方法測(cè)試用儀器為應(yīng)力控制流變儀（ar2000ex，美國(guó)ta儀器公司），另外包括

7、恒溫箱（kf-2，姜堰市分析儀器廠）、電子天平（bs2202s，賽多利斯）及高剪切乳化機(jī)（sy-20，姜堰分析儀器廠）等必要儀器。測(cè)試方法為黏度法，也就是通過(guò)測(cè)試不同油-水兩相體系在不同溫度、不同剪切速率條件下的黏度，根據(jù)黏度變化規(guī)律，確定轉(zhuǎn)相點(diǎn)。測(cè)試過(guò)程中，首先將恒溫至測(cè)試溫度的油水介質(zhì)按所調(diào)配含水率分別量取、加入到乳化樣杯，然后設(shè)置并啟動(dòng)高剪切乳化機(jī)及其輔配的恒溫加熱盤(pán)，在6 000 r/min的乳化剪切轉(zhuǎn)速下乳化2 min，之后將油水乳化液樣品轉(zhuǎn)移至應(yīng)力控制流變儀的同軸圓筒測(cè)試系統(tǒng)，設(shè)定流變儀測(cè)試條件和控制參數(shù)，進(jìn)行表觀黏度測(cè)試，最后統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，建立不同溫度、不同剪切速率條件下油水兩相體系

8、表觀黏度與含水率的變化關(guān)系。1.3  實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)測(cè)試的轉(zhuǎn)相特征曲線如圖1-3，可以看出，在3040 的實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，油水兩相體系的轉(zhuǎn)相點(diǎn)含水率值約為55%。2  油水兩相體系流變特性實(shí)驗(yàn)2.1  實(shí)驗(yàn)條件測(cè)試油水介質(zhì)同前轉(zhuǎn)相特性測(cè)試實(shí)驗(yàn);測(cè)試溫度同前轉(zhuǎn)相特性測(cè)試實(shí)驗(yàn);測(cè)試油水兩相體系含水率同前轉(zhuǎn)相特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)，并行測(cè)試不含水原油;測(cè)試剪切速率范圍為01 000 s-1。2.2  實(shí)驗(yàn)儀器及方法實(shí)驗(yàn)儀器及主要過(guò)程同前轉(zhuǎn)相特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)。在應(yīng)力控制流變儀的穩(wěn)態(tài)剪切模式下，測(cè)定不同溫度下油水兩相體系在01 000 s-1剪切速率范圍內(nèi)的剪切應(yīng)力與黏度特性參數(shù)

9、，繼而建立黏度、剪切應(yīng)力隨剪切速率變化的關(guān)系曲線，即、關(guān)系曲線。2.3  實(shí)驗(yàn)結(jié)果2.3.1  流變特性曲線測(cè)試獲得不同含水率油水兩相體系在不同溫度下的流變特性曲線如圖4-12。2.3.2  流變指數(shù)及稠度系數(shù)基于測(cè)試獲取的、關(guān)系曲線，擬合確定不同溫度條件下油水兩相體系的流變指數(shù)和稠度系數(shù)k，擬合結(jié)果見(jiàn)表1。（1）溫度對(duì)流變行為的影響根據(jù)上述擬合結(jié)果，通過(guò)建立溫度對(duì)流變指數(shù)及稠度系數(shù)的影響規(guī)律可知，由于溫度的升高促進(jìn)油水兩相體系內(nèi)分散相液滴的運(yùn)動(dòng)、碰撞與聚并，體系乳化穩(wěn)定性降低，黏度減小，同時(shí)溫度的升高使蠟晶析出量減小，油水兩相體系的非牛頓行為減弱，因此流變指數(shù)n

10、隨油水兩相體系溫度的升高增大，而稠度系數(shù)k則隨溫度的升高逐漸減小。（2）含水率對(duì)流變行為的影響同樣，根據(jù)擬合結(jié)果建立油水兩相體系含水率對(duì)流變指數(shù)及稠度系數(shù)的影響規(guī)律，可知，在轉(zhuǎn)相點(diǎn)之前，油水兩相體系的稠度系數(shù)k隨含水率的增加而增大，在轉(zhuǎn)相點(diǎn)之后，稠度系數(shù)k則急劇減小，直至趨近于0;而對(duì)于油水兩相體系的流變指數(shù)n，在不同溫度下，隨著含水率的升高，其變化特征呈現(xiàn)先緩慢增大、再減小、而后急劇增大，實(shí)驗(yàn)方案下油水兩相體系的流變指數(shù)n均小于1，屬于假塑性流體特征，因此，可以通過(guò)冪律方程來(lái)描述其流變特性9，10。3  結(jié) 論（1）油水兩相體系的流變行為是其管輸流動(dòng)特性的微觀再現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)以大慶油田含

11、蠟原油為對(duì)象，分析了油水體系的乳化轉(zhuǎn)相特征，在3040 的溫度范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)油水兩相體系的轉(zhuǎn)相點(diǎn)含水率值約為55%。（2）除了原油自身組成，溫度和含水率是影響油水兩相體系流變行為的主要因素，確定了溫度及含水率影響下油水兩相體系的流變指數(shù)n與稠度系數(shù)k，明確了基于冪律方程描述集輸工況環(huán)境下油水兩相體系流變特性的可行性。參考文獻(xiàn)：1劉揚(yáng)，王志華，成慶林，等.大慶原油管輸結(jié)蠟規(guī)律與清管周期的確定j.石油學(xué)報(bào)，2012，33（5）：892-897.2劉揚(yáng)，趙洪激，周士華.低滲透油田地面工程總體規(guī)劃方案優(yōu)化研究j.石油學(xué)報(bào)，2000，21（2）：88-95.3段紀(jì)森，宮敬，張宇，等.多相混輸管道蠟沉積研究進(jìn)展j.油氣儲(chǔ)運(yùn)，2011，30（4）：241-248.4李玉星，唐建峰，王武昌.水平管路油氣混輸模擬技術(shù)j.化工學(xué)報(bào)，2007，58（2）：341-345.5劉揚(yáng)，趙洪激，王平.環(huán)形摻熱水集輸系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)及分析j.石油學(xué)報(bào)，1999，20（1）：77-81.6張勁軍，何利民，宮敬，等.油氣儲(chǔ)運(yùn)理論與技術(shù)進(jìn)展j.中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，37（5）：151-162.7黃啟玉，王蕾.微觀液滴分布對(duì)含蠟原油乳狀