非牛頓含蠟原油溶膠與凝膠相互轉化過程特性與機理研究.pdf

1、含蠟原油是一種復雜的混合體系,其流變特性對石油的開采、集輸和長距離管道輸送等有重大影響。本論文以物理化學和結構力學等基本理論為基礎,綜合利用流變測量、DSC以及顯微鏡觀察法對非牛頓含蠟原油溶膠與凝膠相互轉化過程特性及機理進行了詳細的研究和探索。主要研究內容及結果如下:
　　 通過對含蠟原油冷卻膠凝過程特性的研究發(fā)現,原油種類不同,導致原油冷卻過程中結構參數的變化規(guī)律也不盡相同。降溫速率越小,剪切速率越小,原油開始膠凝的溫度越高,

2、同時相同溫度下形成的膠凝結構越強。依據流變學原理實驗并計算驗證了原油中蠟晶溶劑化層的存在,根據實驗現象結合結晶學原理及溶劑化層理論對含蠟原油的冷卻膠凝機理做了進一步的探討。
　　 通過對含蠟原油等溫膠凝過程特性的研究發(fā)現,靜態(tài)降溫條件下,隨著測量溫度的降低以及恒溫時間的延長,原油的儲能模量增大,損耗角減小。對于動態(tài)降溫或經靜態(tài)降溫并恒溫剪切的原油而言,其儲能模量的變化趨勢與靜態(tài)降溫的原油相似,但損耗角隨著測量溫度的降低先減小后增

3、大。此外,在較低的溫度條件下,隨著靜止時間的延長,原油損耗角也會表現出先減小后增加的趨勢。靜態(tài)降溫速率越小,原油恒溫過程中形成的結構越強；而動態(tài)降溫速率越小,原油在恒溫靜止初始的結構越強,最終的平衡結構卻越弱。當測量溫度不同時,降溫過程中的剪切速率對原油等溫膠凝特性的影響也不同。較高溫度下,剪切速率越大,原油恒溫過程中形成的結構越強；凝點溫度時,原油的等溫膠凝結構強度隨著剪切速率的增加先減小后增加；當溫度較低時,剪切速率越大,原油恒溫過

4、程中形成的結構越弱。而恒溫剪切對原油的結構總是起破壞作用的。最后對含蠟原油的等溫膠凝機理進行了探索。
　　 通過對膠凝含蠟原油在不同載荷加載方式下屈服特性的研究發(fā)現,膠凝含蠟原油在恒應力下的屈服實際上是一個蠕變過程。引入損傷變量及硬化函數,建立的膠凝含蠟原油非線性蠕變方程,能夠精確的描述多種含蠟原油的3個蠕變階段,簡潔實用,可在工程中推廣應用。連續(xù)增加剪切應力方式下,隨著應力加載速率的增加,膠凝原油的屈服值增大,屈服時間減小。在

5、階梯式增加剪切應力方式下,單階作用時間增加,膠凝原油的屈服值減小,屈服時間增加；階段應力增加幅度增大,膠凝原油的屈服值逐漸增大并最終趨為定值,而屈服時間則逐漸減小。在連續(xù)增加剪切速率方式下,當剪切速率增加速率較小時,應力隨剪切速率的增加出現波動現象；隨著加載速率的增大,應力波動現象逐漸減小直至消失,同時膠凝原油的屈服值也逐漸增大。
　　 以基于等結構參數法建立的Houska模型為基礎,結合原油觸變性實驗數據,綜合推導得出一個描述

6、原油觸變裂降曲線的新模型,該模型物理意義明確,適應性較強,使用方便。利用等結構參數法建立了第一個具有理論意義的含蠟原油靜態(tài)結構恢復模型,并證明該模型可以較好的描述多種含蠟原油的靜態(tài)結構恢復特性。以青海原油為例詳細研究并得出了多種歷史條件對上述兩個模型擬合參數的影響規(guī)律。
　　 利用流變測量技術首次對膠凝含蠟原油的熔化特性進行了詳細的研究,結果表明,原油的熔化與膠凝并不是簡單的逆過程。膠凝原油升溫速率越大,相同測量溫度下,原油的結