雷啟盟，董航，司明林，丁慧

（1.東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院，黑龍江大慶163318；2.中國石油天然氣管道局第四工程分公司（中國石油天然氣管道局穿越分公司），河北廊坊065000）

大慶-俄羅斯混合原油觸變性規(guī)律實驗研究*

雷啟盟1，董航1，司明林2，丁慧1

（1.東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院，黑龍江大慶163318；2.中國石油天然氣管道局第四工程分公司（中國石油天然氣管道局穿越分公司），河北廊坊065000）

針對不同比例的大慶-俄羅斯混合原油，采用流變測試方法對不同實驗條件下混合原油的觸變規(guī)律進行研究。重點考察降溫速率、剪切速率、靜置時間等因素對含蠟混合原油觸變性的影響規(guī)律。結(jié)果表明，相比于單一種類原油，混合原油觸變性發(fā)生很大改變，隨摻混俄油比例增加，混合原油動平衡表觀粘度下降，從結(jié)構(gòu)破壞達到動平衡的時間和表觀粘度衰減量逐漸減小，混合原油流動性具有很大改善。隨著降溫速率、剪切速率、靜置時間的增加，含蠟原油從結(jié)構(gòu)破壞達到動平衡的時間和表觀粘度衰減量均逐漸減小，但摻混比例對動平衡表觀粘度的影響變化復(fù)雜，存在非線性變化特征。

混合原油；流變實驗；觸變性；表觀粘度

含蠟原油在低溫條件下，由于蠟晶的析出并長大以及蠟晶之間的絮凝，所以表現(xiàn)出不同程度的觸變性［1］。在含蠟原油管道輸送過程中，觸變性是衡量其低溫流動性的重要指標，直接影響到管道啟動的壓力、流量和時間等，是評價含蠟原油管道停輸再啟動安全性的重要基本資料［2］。為了有效提高管道的輸送效率，解決低輸量管道的安全經(jīng)濟運行問題，常采用不同種類原油混合輸送的管輸方式。但混合后的原油觸變性往往發(fā)生復(fù)雜變化，不僅受實際管輸條件影響，還與混合原油的比例有關(guān)。目前，針對原油流變性的研究已有相關(guān)研究報道，如含蠟原油的粘溫特性［3，4］、粘彈性［5，6］和膠凝結(jié)構(gòu)的屈服特性［7］。但針對混合原油的觸變性變化規(guī)律研究相對較少，而觸變性對于混合原油停輸再啟動過程的安全性評價具有重要意義。

1 實驗部分

1.1實驗儀器

RheolabQC型旋轉(zhuǎn)流變儀（德國Anton Paar公司）；空冷溫控電子元件控溫；SC/AC-S型水浴恒溫箱（HAAKE公司）。

1.2 原油預(yù)處理

為消除油樣的剪切歷史和熱歷史，對油樣進行水浴加熱預(yù)處理，將實驗油樣溫度加熱到80℃，恒溫2h，然后自然冷卻至室溫，并靜置48h。

1.3 實驗方案

實驗選取大慶油田儲運銷售分公司所轄慶哈輸油管道輸送的大慶原油與俄羅斯原油進行油樣配比，分別配制大慶-俄羅斯原油比例為5：1和3：1兩種比例混合油樣。分別對大慶原油、混合油樣（5：1）和混合油樣（3：1）進行觸變性實驗，探討降溫速率、靜置時間和剪切速率等實驗條件相同時，不同摻混比例對混合油樣觸變性結(jié)果的影響。實驗方案見表1。

表1 實驗方案Tab.1 Experimental program

2 結(jié)果與討論

2.1 不同降溫速率的觸變性測試

選取降溫速率分別為0.5、0.8和1℃·min-1，在較高剪切速率剪切50min，再讓其結(jié)構(gòu)恢復(fù)50min，對慶油、混合油樣（5：1）和混合油樣（3：1）進行觸變性測試。

通過對3種不同比例混合原油的實驗數(shù)據(jù)可得到降溫速率對混合原油觸變性的影響規(guī)律，見圖1～3。

從圖1～3可以看出，恒溫靜置的混合原油（觸變性流體），在恒定剪切速率下，測得流體的剪切應(yīng)力隨時間而連續(xù)下降，即表觀粘度基本上不再隨時間而下降。隨著剪切時間的增加，原油會呈現(xiàn)出動平衡狀態(tài)，即表觀粘度基本上不再隨時間而變化。在其他實驗條件不變的情況下，經(jīng)歷高剪切速率剪切的流體，觸變性流體已產(chǎn)生與特定高剪切速率相應(yīng)的剪切流動，當改換為恒定低剪切速率測定時，其表觀粘度隨時間迅速上升，遠高于高剪切速率下的表觀粘度，并且每種降溫速率下各比例油樣呈現(xiàn)相同規(guī)律。在其他實驗條件相同的情況下，無論哪種降溫速率，純慶油的表觀粘度最大，慶俄3：1油樣的表觀粘度次，慶俄5：1油樣的表觀粘度最小。即隨著俄油所占比例的增加，混合原油結(jié)構(gòu)恢復(fù)后表觀粘度減小，觸變性減弱。

圖1 0.5℃·min-1時表觀粘度隨時間的變化Fig.1 Change of apparent viscosity with time at0.5℃·min-1

圖2 0.8℃·min-1時表觀粘度隨時間的變化Fig.2 Change ofapparentviscosity with time at0.8℃·min-1

圖3 1℃·min-1時表觀粘度隨時間的變化Fig.3 Change of apparent viscosity with time at 1℃·min-1

表2 觸變性原油結(jié)構(gòu)破壞達到動平衡的時間（min）Tab.2 Thixotropic structure of crude oil from damage to the dynamic balance time（min）

從表2可以看出，在其他實驗條件相同的情況下，不同比例的混合原油在結(jié)構(gòu)破壞達到動平衡時，純慶油所需時間最長，慶俄3：1油樣次之，慶俄5：1油樣最小。即隨著俄油所占比例的增加，觸變性原油結(jié)構(gòu)破壞達到動平衡時所需時間減小。結(jié)構(gòu)衰減過程中，相同實驗條件下，達到動平衡的時間不呈現(xiàn)線性關(guān)系。同時，每種比例的混合原油隨著降溫速率的增加，其結(jié)構(gòu)破壞達到動平衡的時間逐漸減小。

表3 初始與達到動平衡表觀粘度的衰減量（mPa·s）Tab.2 A mount of attenuation between the initial viscosity and the dynamic equilibrium viscosity（mPa·s）

從表3可以看出，在其他實驗條件相同的情況下，不同比例的混合原油在結(jié)構(gòu)破壞達到動平衡時，純慶油表觀粘度衰減量最大，混合油樣5：1次之，混合油樣3：1最小。即隨著俄油所占比例的增加，觸變性原油結(jié)構(gòu)破壞達到動平衡時表觀粘度衰減量減小。

2.2 不同剪切速率的觸變測試

選取剪切速率分別為25、50、80s-1，在較高剪切速率剪切50min，再讓其結(jié)構(gòu)恢復(fù)50min，對慶油、混合油樣（5：1）和混合油樣（3：1）進行觸變性測試。

通過對3種不同比例油樣的實驗數(shù)據(jù)可得到剪切速率對混合原油觸變性的影響規(guī)律，見圖4～6。

圖4 25s-1時表觀粘度隨時間的變化Fig.4 C hange of apparent viscosity with time in 25s-1

圖5 50s-1時表觀粘度隨時間的變化Fig.5 Change of apparent viscosity with time in 50s-1

圖6 80s-1時表觀粘度隨時間的變化Fig.6 Change of apparent viscosity with time in 80s-1

從圖4～6可以看出，在其他實驗條件不變的情況下，在高剪切速率下隨著剪切速率的增加，原油的表觀粘度減?。划敻膿Q為恒定低剪切速率時，其表觀粘度隨時間迅速上升（遠遠高于高剪切速率下的表觀粘度），此時表現(xiàn)為原油觸變性，并且每種剪切速率下各比例油樣呈現(xiàn)相同規(guī)律。在其他實驗條件相同的情況下，無論哪種剪切速率，純慶油的表觀粘度最大，慶俄3：1油樣的表觀粘度次，慶俄5：1油樣的表觀粘度最小。即隨著俄油所占比例的增加，混合原油結(jié)構(gòu)恢復(fù)后表觀粘度減小，觸變性減弱。

表4 觸變性原油結(jié)構(gòu)破壞達到動平衡的時間（min）Tab.4 Thixotropic structure of crude oil from damage to the dynamic balance time（min）

從表4可以看出，在其他實驗條件相同的情況下，不同比例的混合原油在結(jié)構(gòu)破壞達到動平衡時，純慶油所需時間最長，慶俄3：1油樣次之，慶俄5：1油樣最小。即隨著俄油所占比例的增加，觸變性原油結(jié)構(gòu)破壞達到動平衡時所需時間減小。同時，每種比例的混合原油隨著剪切速率的增加，其結(jié)構(gòu)破壞達到動平衡的時間逐漸減小。

表5 初始與達到動平衡表觀粘度的衰減量（mPa·s）Tab.5 Amount of attenuation between the initial viscosity and the dynamic equilibrium viscosity（mPa·s）

從表5可以看出，在其他實驗條件相同的情況下，不同比例的混合原油在結(jié)構(gòu)破壞達到動平衡時，純慶油表觀粘度衰減量最大，混合油樣5：1次之，混合油樣3：1最小。即隨著俄油所占比例的增加，觸變性原油結(jié)構(gòu)破壞達到動平衡時表觀粘度衰減量減小。

2.3 改變靜置時間的觸變測試

選取靜置時間分別為20、30、40，在較高剪切速率剪切50min，再讓其結(jié)構(gòu)恢復(fù)50min，對慶油、混合油樣（5：1）和混合油樣（3：1）進行觸變性測試。

通過對3種不同比例油樣的實驗數(shù)據(jù)可得到靜置時間對混合原油觸變性的影響規(guī)律，見圖7～9。

圖7 靜置20min時表觀粘度隨時間的變化Fig.7 Change of apparent viscosity with time in static 20min

圖8 靜置30min時表觀粘度隨時間的變化Fig.8 Change of apparent viscosity with time in static 30min

圖9 靜置40min時表觀粘度隨時間的變化Fig.9 Change of apparent viscosity with time in static 40min

從圖7～9可以看出，在其他實驗條件不變的情況下，在高剪切速率下隨著剪切速率的增加，原油的表觀粘度減??；當改換為恒定低剪切速率時，其表觀粘度隨時間迅速上升（遠遠高于高剪切速率下的表觀粘度），此時表現(xiàn)為原油觸變性，并且每種靜置時間下各比例油樣呈現(xiàn)相同規(guī)律。在其他實驗條件相同的情況下，純慶油的表觀粘度最大，慶俄3：1油樣的表觀粘度次，慶俄5：1油樣的表觀粘度最小。即隨著俄油所占比例的增加，混合原油結(jié)構(gòu)恢復(fù)后表觀粘度減小，觸變性減弱。

表6 觸變性原油結(jié)構(gòu)破壞達到動平衡的時間（min）Tab.6 Thixotropic structure of crude oil from damage to the dynamic balance time（min）

從表6可以看出，在其他實驗條件相同的情況下，不同比例的混合原油在結(jié)構(gòu)破壞達到動平衡時，純慶油所需時間最長，慶俄3：1油樣次之，慶俄5：1油樣最小。即隨著俄油所占比例的增加，觸變性原油結(jié)構(gòu)破壞達到動平衡時所需時間減小。同時，每種比例的混合原油隨著剪切速率的增加，其結(jié)構(gòu)破壞達到動平衡的時間逐漸減小。

表7 初始與達到動平衡表觀粘度的衰減量（mPa·s）Tab.7 Amount of attenuation between the initial viscosity and the dynamic equilibrium viscosity（mPa·s）

從表7可以看出，在其他實驗條件相同的情況下，不同比例的混合原油在結(jié)構(gòu)破壞達到動平衡時，純慶油表觀粘度衰減量最大，混合油樣5：1次之，混合油樣3：1最小。即隨著俄油所占比例的增加，觸變性原油結(jié)構(gòu)破壞達到動平衡時表觀粘度衰減量減小。

3 結(jié)論

（1）恒溫靜置的原油（觸變性流體），在恒定剪切速率下，測得流體的剪切應(yīng)力隨時間而連續(xù)下降，即表觀粘度隨剪切時間而下降；隨著剪切時間的增加，原油會呈現(xiàn)出動平衡狀態(tài)，即剪切應(yīng)力基本上不再隨時間而變化。

（2）不同實驗條件下，隨摻混俄油比例增加，混合原油動平衡表觀粘度下降，從結(jié)構(gòu)破壞達到動平衡的時間和表觀粘度衰減量逐漸減小，含蠟原油的觸變性減弱，流變性具有很大改善。對比不同實驗工況，摻混比例對動平衡表觀粘度的影響變化復(fù)雜，存在非線性變化特征。

（3）隨著降溫速率、剪切速率、靜置時間的增加，含蠟原油從結(jié)構(gòu)破壞達到動平衡的時間和表觀粘度衰減量均逐漸減小。

［1］Lee Chi H,Moturi Venkat,Lee Yugyung.Thixotropic property in pharmaceuticalformulations［J］.JournalofControlled Release,2009, 136（2）.

［2］張勁軍，朱應(yīng)如，李鴻英，等.含蠟原油特征溫度實驗研究［J］.石油學(xué)報，2007，28（4）：112-114；118.

［3］林棋,婁晨.混合原油粘度計算模型歸納淺析［J］.中國石油和化工標準與質(zhì)量,2014,（12）：251；249.

［4］王曉梅,艾慕陽.利用生產(chǎn)數(shù)據(jù)確定管輸含蠟原油的粘溫關(guān)系［J］.油氣儲運,2008,（5）：21-23；65；69.

［5］王丹.含蠟原油粘彈性與蠟晶結(jié)構(gòu)的關(guān)系研究［D］.中國石油大學(xué),2011.

［6］劉榮花.膠凝原油黏彈塑性破壞過程研究［D］.中國石油大學(xué)（華東）,2014.

［7］蘭浩.膠凝原油屈服特性及環(huán)道啟動過程研究［D］.中國石油大學(xué),2010.

Experimental study on law of contact denaturation of Daqing-Russian mixed crude oil*

LEI Qi-meng1,DONG Hang1,SI Ming-lin2,DING Hui1
（1.College of Petroleum Engineering,Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China;2.China Petroleum and Natural Gas Pipeline Bureau fourth Engineering Branch Company（China Petroleum and natural gas pipeline branch）,Langfang 065000, China）

According to the different proportion of Daqing-Russian mixed crude oil,to study the regularity of mixed crude oil thixotropy under different experimental conditions by using rheological test method.The effects of cooling rate,shear rate and settling time on the properties of waxy crude oil were investigated.The results show that, compared with the single type of crude oil,the mixed crude oil has changed greatly.The apparent viscosity of mixed crude oil is decreased with the increase of the proportion of mixed Russian oil,and the time and apparent viscosity attenuation of dynamic equilibrium is decreased gradually from the structural failure,and the fluidity of mixed crude oil is greatly improved.With the increase of cooling rate,shear rate and standing time,the amount of time and apparent viscosity of waxy crude oil to reach dynamic equilibrium decreased gradually.However,the influence of blending ratio on the apparent viscosity of dynamic equilibrium is complex,and there are nonlinear variation characteristics.

mixed crude oil;rheological experiment;thixotropy;apparent viscosity

TE832.3

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170117

2016-10-11

中國石油科技創(chuàng)新基金項目（2014D-5006-0607）；東北石油大學(xué)青年基金項目（NEPUBS201505）；東北石油大學(xué)優(yōu)秀科研人才培育基金資助（SCXHB201601）；東北石油大學(xué)優(yōu)秀科研人才培育基金項目（SCXHB201601）

雷啟盟（1990-），男，黑龍江佳木斯人，在讀碩士研究生，研究方向：原油流變學(xué)。