原油流變學(xué).第五章原油流變性的評(píng)價(jià)及測(cè)定

評(píng)價(jià)及測(cè)定原油流變性本章探討了評(píng)價(jià)和測(cè)量原油流變性的各種方法。從原油性質(zhì)的角度出發(fā),介紹了無(wú)數(shù)種檢測(cè)流變性的實(shí)驗(yàn)手段,以確保原油在輸送、儲(chǔ)存及加工過(guò)程中的流動(dòng)特性。byJerryTurnersnull原油流變性的重要性1生產(chǎn)效率原油流變性直接影響著采油、輸送和儲(chǔ)運(yùn)的效率，合理把控流變性有助于降低生產(chǎn)成本。2工藝優(yōu)化深入了解原油流變性有助于選擇合適的開采和加工工藝，提高操作可控性和安全性。3產(chǎn)品品質(zhì)原油流變性關(guān)系到最終成品的穩(wěn)定性和使用性能，評(píng)價(jià)和調(diào)控流變性是確保產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。5.2原油流變性的影響因素溫度—溫度是最重要的影響因素之一，溫度升高會(huì)降低原油的粘度和剪切應(yīng)力。壓力—壓力的增加會(huì)導(dǎo)致原油分子間相互作用加強(qiáng)，粘度和剪切應(yīng)力上升。剪切速率—剪切速率升高會(huì)破壞原油內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu),導(dǎo)致粘度降低。原油組成—原油中烴類、瀝青質(zhì)、樹脂等組分含量和種類的差異會(huì)影響其流變性。溫度對(duì)原油流變性的影響1溫度升高溫度升高會(huì)降低原油粘度,提高流動(dòng)性。溫度越高,原油分子間的熱運(yùn)動(dòng)加劇,從而降低分子間作用力,使原油更容易流動(dòng)。2溫度降低溫度降低會(huì)增加原油粘度,降低流動(dòng)性。溫度越低,原油分子間的相互作用力加強(qiáng),形成更穩(wěn)定的微觀結(jié)構(gòu),導(dǎo)致流動(dòng)阻力增大。3相變溫度當(dāng)溫度降低到某一臨界值時(shí),原油中的蠟類化合物會(huì)發(fā)生相變,從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài),顯著增加原油的粘度和流動(dòng)阻力。壓力對(duì)原油流變性的影響1壓力增加隨著壓力的增加,原油分子間的相互作用變得更加密集。這會(huì)使原油的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得更加緊密和有序。2流動(dòng)性降低壓力增加會(huì)導(dǎo)致原油的粘度上升,流動(dòng)性降低。這會(huì)使原油在管道中的流動(dòng)阻力增大,產(chǎn)生更多壓降。3相變影響高壓會(huì)促進(jìn)原油中重質(zhì)組分的沉淀和析出,進(jìn)一步增加原油的粘度和阻力。這可能會(huì)導(dǎo)致管線堵塞等問(wèn)題。剪切速率1流體剪切當(dāng)流體受到外力作用時(shí),其內(nèi)部各層之間會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)就是剪切變形。剪切速率就是衡量流體剪切變形速度的指標(biāo)。2影響因素剪切速率受到多種因素的影響,如流體的特性、流動(dòng)方式以及流速等。不同的應(yīng)用場(chǎng)景下,剪切速率的范圍也有所不同。3測(cè)量方法常用的測(cè)量剪切速率的方法包括毛細(xì)管粘度計(jì)法、旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)法以及流動(dòng)曲線法等,通過(guò)測(cè)量流體在不同剪切條件下的流變特性來(lái)確定剪切速率。原油組成1碳?xì)浠衔镌椭饕商細(xì)浠衔锝M成,包括烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴等不同類型的化合物。這些化合物比例的不同決定了原油的性質(zhì)和用途。2雜質(zhì)成分原油中還含有少量的硫、氮、氧等雜質(zhì)元素,以及少量的金屬元素如釩、鎳等。這些雜質(zhì)成分會(huì)對(duì)原油的性質(zhì)和加工過(guò)程產(chǎn)生影響。3高分子化合物部分原油中還含有一些高分子化合物,如瀝青質(zhì)和樹脂質(zhì),這些化合物對(duì)原油的流變性和穩(wěn)定性有重要影響。5.3原油流變性的測(cè)定方法毛細(xì)管粘度計(jì)法：通過(guò)分析原油在毛細(xì)管內(nèi)流動(dòng)的阻力,精確測(cè)量溫度和壓力下的原油粘度?？商峁┰敿?xì)的流變學(xué)參數(shù)。旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)法：利用原油在剪切力作用下的流動(dòng)特性,獲取溫度、剪切速率等條件下的流變曲線。操作簡(jiǎn)單,適用于工業(yè)應(yīng)用。流動(dòng)曲線法：分析原油在各種剪切條件下的流動(dòng)行為,繪制流動(dòng)曲線?？缮钊胩骄吭偷姆桥ｎD流變特性。濾餅壓縮法：測(cè)定原油滲濾時(shí)的壓縮-體積-時(shí)間關(guān)系,反映其流變特性和層析性質(zhì)。適用于高黏稠原油和含固體顆粒的重質(zhì)油。5.3.1毛細(xì)管粘度計(jì)法利用毛細(xì)管的原理測(cè)量流體的流動(dòng)阻力,從而得到流體的粘度數(shù)據(jù)。該方法可以廣泛適用于各種牛頓流體和非牛頓流體的粘度測(cè)定。通過(guò)測(cè)量流體在指定溫度和壓力下通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管所需的壓降和流量,即可計(jì)算出流體的動(dòng)力學(xué)粘度。5.3.2旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)法旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)是一種常用的測(cè)定原油流變性的儀器。它通過(guò)測(cè)量原油在設(shè)定轉(zhuǎn)速下的扭矩來(lái)計(jì)算粘度。這種方法可以模擬實(shí)際使用條件下的剪切應(yīng)力和剪切變形，從而更準(zhǔn)確地反映原油的流變特性。采用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定原油流變性時(shí),需要考慮溫度、壓力、剪切速率等因素的影響。通過(guò)對(duì)不同條件下的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,可以得到原油的流變曲線,為流變性評(píng)價(jià)提供依據(jù)。5.3.3流動(dòng)曲線法流動(dòng)曲線法是一種常用的原油流變性測(cè)定方法。通過(guò)測(cè)量不同剪切速率下原油的剪切應(yīng)力值,可以繪制出原油的流動(dòng)曲線。流動(dòng)曲線可以反映原油的非牛頓流體特性,從而評(píng)價(jià)其流變性。此方法操作簡(jiǎn)單,但需要專業(yè)儀器設(shè)備,對(duì)于高粘度原油測(cè)量也較為困難。5.3.4濾餅壓縮法濾餅壓縮法是一種評(píng)估原油流變性的重要測(cè)試方法。該方法通過(guò)對(duì)原油樣品進(jìn)行過(guò)濾和壓縮,測(cè)量濾餅的體積變化和壓力變化,從而得到原油的流動(dòng)特性和壓縮特性。該方法模擬了原油在管線輸送和儲(chǔ)存過(guò)程中的流動(dòng)行為,可以全面反映溫度、壓力等因素對(duì)原油流變性的影響。通過(guò)濾餅壓縮試驗(yàn),可以測(cè)定原油的塑性、壓縮系數(shù)、透滲率等參數(shù),為優(yōu)化原油輸送和儲(chǔ)存設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)。原油流變性的評(píng)價(jià)指標(biāo)粘度：衡量原油內(nèi)部流動(dòng)阻力的重要參數(shù)，可以反映原油的流動(dòng)特性。剪切應(yīng)力：原油在受到剪切力作用時(shí)產(chǎn)生的抗剪應(yīng)力，反映了其抗剪能力。流動(dòng)曲線：描述原油在不同剪切速率下的流變特性，可以分析其非牛頓流體特性。濾餅壓縮特性：反映了原油受壓過(guò)程中的變形和脫水行為，可以預(yù)測(cè)管線運(yùn)輸時(shí)的壓降。5.4.1粘度粘度是衡量原油流動(dòng)性的重要指標(biāo)之一。它反映了原油分子間的內(nèi)部摩擦力大小，影響著原油的流動(dòng)性能。原油粘度隨溫度升高而降低，隨壓力升高而增加。通過(guò)精確測(cè)量原油的粘度，可以更好地預(yù)測(cè)和控制其在輸送和儲(chǔ)存過(guò)程中的流變行為。5.4.2剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力是原油流動(dòng)過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)之一。它反映了原油在流動(dòng)時(shí)所受的內(nèi)部摩擦力大小。剪切應(yīng)力越高，則原油流動(dòng)性越差，需要更大的驅(qū)動(dòng)力。5.4.3流動(dòng)曲線流動(dòng)曲線是描述原油流變性的重要指標(biāo)。它反映了原油在不同剪切條件下的應(yīng)力-變形關(guān)系。通過(guò)分析曲線的形狀和斜率變化,可以了解原油的流變特性,如粘塑性、剪切變稀等行為。流動(dòng)曲線還可以幫助預(yù)測(cè)原油在管道輸送、儲(chǔ)存等過(guò)程中的流動(dòng)阻力和能量消耗。繪制流動(dòng)曲線的常用方法包括毛細(xì)管粘度計(jì)法和旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)法。這兩種方法分別適用于低剪切速率和高剪切速率條件下的原油評(píng)價(jià)。通過(guò)儀器測(cè)試和數(shù)據(jù)分析,可以得到原油的剪切應(yīng)力、剪切速率、粘度等關(guān)鍵參數(shù),為原油工藝優(yōu)化和管理提供重要依據(jù)。5.4.4濾餅壓縮特性濾餅壓縮特性是衡量原油流變性的重要指標(biāo)之一。濾餅壓縮試驗(yàn)可以測(cè)定原油在一定壓力下的壓縮變形特性,反映了原油在濾清過(guò)程中的流動(dòng)阻力。通過(guò)測(cè)定濾餅厚度與壓力的關(guān)系,可以評(píng)估原油在管道輸送和儲(chǔ)存過(guò)程中的流動(dòng)性能。5.5原油流變性的影響機(jī)理分子間相互作用：原油中不同組分分子之間產(chǎn)生的范德華力、氫鍵、偶極-偶極相互作用等影響流變性。微觀結(jié)構(gòu)變化：隨溫度和剪切變化,原油中瀝青質(zhì)、蠟質(zhì)等聚集體的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,從而影響流變性。相變和相分離：原油中蠟質(zhì)、瀝青質(zhì)等隨溫度變化而發(fā)生熔融、析出等相變和相分離過(guò)程,引起流變性的變化。5.5.1分子間相互作用原油分子之間存在復(fù)雜的相互作用,是導(dǎo)致其流變性的關(guān)鍵因素之一。這些分子間相互作用主要包括范德華力、靜電力、氫鍵等,它們共同影響著原油的流動(dòng)性能。不同類型的原油分子,如烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴等,其分子間相互作用強(qiáng)度存在差異。這些差異也是造成不同原油流變特性的主要原因。微觀結(jié)構(gòu)變化原油流變性的變化過(guò)程與原油組成中各組分的微觀結(jié)構(gòu)變化密切相關(guān)。在溫度、壓力等外界條件變化時(shí)，原油中的蠟類、瀝青質(zhì)等大分子組分會(huì)發(fā)生聚集、絮凝、沉淀等變化，從而影響流動(dòng)性能。此外，原油中的膠質(zhì)和樹脂等表面活性物質(zhì)也會(huì)導(dǎo)致微乳或微凝膠的形成，進(jìn)而改變流變特性。5.5.3相變和相分離原油中存在著復(fù)雜的相變和相分離過(guò)程。當(dāng)溫度或壓力發(fā)生變化時(shí),可能會(huì)導(dǎo)致一些組分從液相析出,形成固體相或氣相。這種相變和相分離會(huì)顯著影響原油的流變性。例如,在低溫條件下,蠟狀物質(zhì)可能會(huì)析出,使原油粘度急劇上升;而高溫條件下,某些輕質(zhì)組分可能會(huì)氣化,也會(huì)改變?cè)偷牧鲃?dòng)特性。5.6原油流變性的調(diào)控方法添加流變改善劑通過(guò)添加聚合物、表面活性劑等可以改善原油的流變性能,降低粘度和提高流動(dòng)性。調(diào)節(jié)溫度和壓力合理控制溫度和壓力條件可以明顯改善原油的流變特性,提高其流動(dòng)性。優(yōu)化原油組成通過(guò)調(diào)整原油中烴類組分、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的比例,可以優(yōu)化其流變性能。添加流變改善劑流變改善劑可以改善原油的粘度特性,降低流動(dòng)阻力。常用的流變改善劑包括溶劑型添加劑、聚合物型添加劑和中空微球型添加劑等。合理選用流變改善劑可以提高原油的流動(dòng)性、減少輸送過(guò)程中的能耗和延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。調(diào)節(jié)溫度和壓力通過(guò)調(diào)節(jié)油品的溫度和壓力,可以有效改善其流變特性。提高溫度可以降低原油粘度,增強(qiáng)流動(dòng)性。增加壓力則可抑制相變和氣泡析出,改善原油的流變性。這些措施有助于維持油品的流動(dòng)性,確保輸送順暢。配合使用流變改善劑,可進(jìn)一步優(yōu)化原油的流變特性。優(yōu)化原油組成通過(guò)調(diào)節(jié)原油中不同組分的比例,可以改善原油的流變性能。這包括調(diào)整飽和烴、芳香烴、樹脂和瀝青質(zhì)的含量,以及優(yōu)化酸堿性物質(zhì)、金屬離子等的濃度。合理調(diào)配這些關(guān)鍵組分,可以顯著提升原油的流動(dòng)性和泵送性,從而降低輸送和儲(chǔ)存過(guò)程中的能耗。5.7原油流變性研究的發(fā)展趨勢(shì)近年來(lái),原油流變性研究呈現(xiàn)出以下發(fā)展趨勢(shì):1.更加關(guān)注原油組成對(duì)流變性的影響,深入探究分子結(jié)構(gòu)與流變特性的關(guān)系。2.采用先進(jìn)的微觀分析技術(shù),如納米光學(xué)成像和小角X射線散射等,揭示原油微觀結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。3.結(jié)合