原油流变学-第4章 原油流变性 §4.8 稠油及原油乳状液的流变性
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原油流变曲线原油流变曲线是石油工程中一个非常重要的参数,它用来描述原油在不同剪切速率下的流变性质。
通过研究原油流变曲线,可以对原油的流变特性进行分析,进而指导石油生产过程的设计与调整。
本文将从原油流变曲线的定义、影响因素以及具体应用等方面进行论述。
一、原油流变曲线的定义原油流变曲线是指将原油剪切应力与剪切速率的关系表示出来的一条曲线。
剪切应力是指在原油中施加剪切力产生的应力,而剪切速率则是原油在受到剪切力作用下的变形速率。
原油流变曲线可以分为剪切应力-剪切速率曲线、粘度-剪切速率曲线以及剪切应力-粘度曲线等不同表示形式。
二、影响原油流变曲线的因素1. 原油成分及含量:原油的成分及含量将直接影响其流变性质。
不同组分的原油在剪切过程中会表现出不同的流变行为,例如某些原油在低剪切速率下呈现剪切稀化,而在高剪切速率下则呈现剪切稠化的特性。
2. 温度:温度对原油的流变性质有显著影响。
一般来说,温度升高会导致原油的粘度降低,使其在剪切过程中流动性增强,流变曲线也会相应发生改变。
3. 懸浮物含量:原油中的悬浮物会对流变特性产生重要影响。
悬浮物在流体中的分布和浓度将影响流体的流动性和黏稠度,进而改变原油的流变曲线。
4. 含水量:原油中的水含量也是影响流变曲线的一个重要因素。
水的存在会降低原油的粘度,使其在剪切过程中呈现更加稀释的特性。
三、原油流变曲线的应用1. 物性评价:通过研究原油的流变曲线,可以评估原油的黏稠度、流动性以及流变特性等物性参数。
这对于在石油生产中进行油井测试及井筒流体分析具有重要意义。
2. 油藏开发:原油流变曲线对于油藏的开发和开采有着重要的指导作用。
通过分析原油的流变特性,可以为油藏的合理开发提供重要依据,例如在注水、注聚等工艺中通过调整剪切速率来优化原油的流动性。
3. 流程设计:原油流变曲线也是流程设计中不可或缺的参考依据。
在炼油过程中,不同原油的流动性差异会影响到管道输送、减压装置以及储存等环节的设计。
三、W/O 型原油乳状液的流变性1、原油乳状液的流型及转相稀乳状液通常表现出牛顿流体特性,但随着内相体积浓度φ的增加,乳状液由牛顿流体变成非牛顿流体,表观粘度几乎呈指数规律增大(φ小于临界转相浓度),图1-1给出了乳状液相对粘度随分散相体积浓度的变化关系。
可见,内相浓度对流变性的影响可分为三个区:Ⅰ区为低内相体积浓度范围,乳状液呈牛顿流体;Ⅱ区为中等浓度范围,乳状液呈非牛顿流体,随φ增大最初为假塑性流体,在浓度较高时表现出塑性流体性质,当φ接近临界转相浓度 ,且在低剪切应力作用下,乳状液表现出粘弹性;Ⅲ区乳状液转相,一般为牛顿流体。
另外,对W/O 型原油乳状液的研究发现,随含水率φ增大,乳状液凝点升高,屈服值增大。
图4-34给出了某含蜡原油的W/O 型乳状液在纯原油凝点温度33℃下的屈服值随体积含水率的变化曲线,在该例子中,乳状液的屈服值随含水率的增加几乎是呈线性规律增大。
图1-1 乳状液相对粘随分散相浓度的变化曲线图1-2 某含蜡原油的W/O 型乳状液的屈服值随含水率的变化曲线2、影响乳状液流变性的因素油井采出液大多为W/O 型乳状液,且不含有专用的人工乳化剂。
从工程实际应用讲,乳状液表观粘度是管输工艺计算的最重要指标之一。
因此,对乳状液流变性的研究往往把其表观粘度作为最重要的评价指标。
影响乳状液流变性的主要因素有:(1)内相浓度随内相体积浓度增大,分散相颗粒相互作用增强,导致乳状液表观粘度增大,非牛顿性增强。
很稀的乳状液(φ<0.02)常常呈牛顿流特性,常用Einstein 公式表示其粘度与内相浓度的关系:)+(=φμμk 10式中: μ ---乳状液的粘度,φ---内相体积分数,0μ —外相粘度,k---常数 2.5 尽管有关乳状液表观粘度的公式很多,但实际计算中用得较多的是Richardson 公式:)(=φμμk ex p 02)连续相粘度几乎所有有关乳状液表观粘度的理论或经验公式中,均把外相粘度当作决定乳状液粘度的最重要因素,多数公式表明乳状液粘度与外相粘度成正比。
第一章1.流变学(Rheology)是研究物质变形与流动的科学。
实际物质在外力作用下怎样变形与流动,这是物质本身固有的性质,可以称其为物质的流变性(即物质在外力作用下变形与流动的性质)。
流变学就是研究物质流变性的科学。
2.流变学研究的是纯弹性固体和牛顿流体状态之间所有物质的变形与流动问题。
3.流变学更注重不同物质的力学性质与其内部结构之间的关系4.流变学中物质所受到的力用应力或应力张量表示5.流变学中用应变或应变速率表示物质的运动状态即变形或流动。
6.流体质点就是流体中宏观尺寸非常小而微观尺寸又足够大的任意一个物理实体。
7.物质状态的变化称为变形,而物质连续无限地变形就是流动。
8.流变学中有三种基本变形:简单拉伸、简单剪切和体积压缩与膨胀9.反映材料宏观性质的数字模型称为本构方程,亦称为流变状态方程和流变方程10.对一些简单的流变性制的描述也可以用曲线形式表示,如剪切应力与剪切速率关系曲线,粘度随剪切速率变化曲线等,并称之为流变曲线。
第二章1.散体系是指将物质(固态、液态或气态)分裂成或大或小的粒子,并将其分布在某种介质(固态、液态或气态)之中所形成的体系。
2.分散体系可以是均匀的也可以是非均匀的系统。
均匀分散体系是由一相所组成的单相体系,而非均匀分散体系是指由两相或两相以上所组成的多相体系。
3.非均匀分散体系必须具备2个条件:①在体系内各单位空间所含物质的性质不同;②存在着分界的物理界面。
4. 对非均匀分散体系,被分散的一相称为分散相或内相,把分散相分散于其中的一相称为分散介质,亦称外相或连续相。
5.尽管非牛顿流体在微观上往往是非均匀的多相分散体系,或非均匀的多相混合流体,但在用连续介质理论或宏观方法研究其流变性问题时,一般可以忽略这种微观的非均匀性,而认为体系为一种均匀或假均匀分散体系。
6.对非牛顿流体,没有恒定的粘度概念,不同的剪切速率下有不同的表观粘度,这是非牛顿流体的一大特点。
7、一受力就有流动,但剪切应力与剪切速率的不成比例,随着剪切速率的增大,剪切应力的增加速率越来越大,即随着剪切速率的增大,流体的表观粘度增大,这种特性被称为剪切增稠性(shear thickening)。
第一章1粘性;当相邻流层存在着速度差时,快速流层力图加快慢速流层,慢速流层力图减慢快速流层,这种相互作用随着速度差的增加而加剧,流体所具有的这种性质就是粘性2动力粘度:流体对变形的抵抗随形变速率的增加而增加的性质3运动粘度:动力粘度与同温度下流体密度的比值4流变学:是一门研究材料或物质在外力作用下变形与流动的科学5流变学研究的是纯粘性固体与牛顿流体状态间的所有物质的变形与流动的问题5物质的流变性:物体在外力的作用下变形与流动的性质6连续介质:就是把物质看做是由一个挨一个的,具有确定质量的,连续的充满空间的众多微小质点所组成的7一般施加到材料上的力有三种或三种的组合:拉力,压缩力,切向力8应变速率又分为拉伸应变速率和剪切应变速率9剪切应变速率描述的是流体的剪切运动,拉伸应变速率描述流体的拉伸运动10剪切速率:单位时间内剪切应变的变化11本构方程(流变状态方程,流变方程):料宏观性质的数学模型12物质的流变学分类:刚体,线性弹性体,弹粘性体(弹粘性固体,粘弹性流体),非线性粘性流体,牛顿流体,无粘性流体。
13德博拉准则:De很小,呈现粘性,很大,呈现弹性14分散体系:指将物质(固态,液态,气态)分散成或大或小的粒子,并将其分布在某种介质之中所形成的体系15非均匀分散体系具备的2个条件:在体系内个单位空间所含物质的性质不同,存在着分界的物理界面16流体的流变性分类:按照流体是否含牛顿内摩擦定律(牛顿流体,非牛顿流体),按流体是否具有弹性(纯粘性流体,粘弹性流体),按照流变性是否与时间有关(与时间有关的流体,与时间无关的流体)17与时间无关的流体:牛顿流体,胀流型流体,宾汉姆流体,屈服-假塑性流体,卡森流体18随着剪切速率的增加,表观粘度是减小的,因此假塑性流体具有剪切稀释性19剪切稀释性:对于假塑性流体,随着剪切速率的增加或剪切应力的增加,表观粘度降低,对其他类型的非牛顿流体,也表明这一特点,这一特点在流变学上称为剪切稀释性20具有剪切稀释性的原因:假塑性流体是最常见的非牛顿流体,在乳胶类,悬浮类,分散类物料中广泛遇到。
原油流变学课程设计一、课程简介原油流变学是石油工程中的重要一环,本课程旨在介绍原油的流变特性及相关测试方法。
主要包括:•原油流变学的基本概念•原油的流变特性及影响因素•原油流变实验方法•原油流变数据处理与分析二、教学目标本课程旨在让学生掌握以下知识和技能:•了解原油流变学的基本概念和流变特性•掌握原油流变实验方法和流变数据的处理与分析•能够运用所学知识解决相关问题,为石油工程实际工作提供支持三、教学内容1. 原油流变学的基本概念•流变学的基本概念和应用•原油流变学的定义和研究意义•原油流变学中的主要参数和符号2. 原油的流变特性及影响因素•原油的流变分类及其特性•常见原油的流变特性和影响因素•温度、压力、剪切率等因素对原油流变特性的影响3. 原油流变实验方法•常用原油流变测试仪器和方法•利用旋转式银河流变仪进行原油流变测试•利用耐轴向力直接测量仪进行原油流变测试•原油流变实验数据的记录和处理方法4. 原油流变数据处理与分析•原油流变实验数据的分析方法(如流变图、模型拟合等)•原油流变数据在石油工程领域中的应用四、教学方法•讲授原理•组织实验•案例分析•讨论交流五、考核方式考核方式包括:•实验报告(30%)•考试成绩(70%)六、教材及参考资料1. 教材•《原油流变学》(主编:魏宝亮)2. 参考资料•《流变学原理与应用》•《石油钻采工程》七、教学时间分配本课程总共30学时,按照以下方式分配:教学内容学时数原油流变学的基本概念 2原油的流变特性及影响因素8原油流变实验方法12原油流变数据处理与分析 4实验课(包括数据记录、处理和报告撰写等) 4八、总结本课程的教学旨在让学生掌握原油流变学的基本概念、流变特性及实验方法,为相关领域的工作提供支持。
通过本课程的学习,学生们可以将所学知识应用到实际工作中,并为工程实践提供帮助。
我眼中的原油流变学原油流变学是研究原油在外力作用下的变形和流动特性的学科。
它对于石油勘探开发和油田生产具有重要意义,能够帮助我们更好地理解和预测油藏的产能、优化采油工艺、提高油田开发效果。
在我眼中,原油流变学既具备理论深度,又应用广泛,以下将从不同角度进行介绍。
首先,原油流变学在理论研究上具备深度。
通过对原油的组分、结构以及物理化学性质的研究,我们可以了解到原油的复杂性和多样性。
不同类型的原油具有不同的流变特性,了解原油的流变学特性对于研究其流动行为和采集方式至关重要。
通过测定原油的黏度、密度等流变参数,可以确定原油的流动性,进一步评估其可产性和采收率,为油田的开发决策提供科学依据。
其次,原油流变学在工程应用上具备广泛性。
在油田开发过程中,原油流变学的研究能够引导我们选择合适的采油方法和优化采油工艺。
通过分析原油在不同温度、压力和剪切速率下的流变行为,可以确定其最佳生产条件,提高采油效果。
此外,原油流变学还与管道输送、储运等环节密切相关。
了解原油的流变特性,可以减少能耗和损耗,提高输送效率,降低环境风险。
再次,原油流变学对于环境与安全具有指导意义。
在油气开采和运输过程中,原油泄漏和事故可能造成严重的环境污染和安全隐患。
通过研究原油的流变学特性,我们可以预测和模拟事故情况下的原油行为,评估其扩散速率和范围,为事故应急处置提供科学依据。
此外,了解原油的流变学特性还能够指导油气管道和储存设施的设计,提高其抗震、耐腐蚀性能,降低意外事故发生概率。
总之,原油流变学作为一门重要的学科,不仅具备深度的理论研究,还在工程应用和环境安全方面具有广泛的指导意义。
通过研究原油的流变学特性,我们能够更好地理解和预测油藏的产能,优化采油工艺,提高油田开发效果。
同时,原油流变学还能帮助我们预测和应对环境风险,降低事故发生概率,保护环境和人民的安全。
因此,我深信原油流变学将在油田开发和油气工业中发挥越来越重要的作用。
第一章1粘性;当相邻流层存在着速度差时,快速流层力图加快慢速流层,慢速流层力图减慢快速流层,这种相互作用随着速度差的增加而加剧,流体所具有的这种性质就是粘性2动力粘度:流体对变形的抵抗随形变速率的增加而增加的性质3运动粘度:动力粘度与同温度下流体密度的比值4流变学:是一门研究材料或物质在外力作用下变形与流动的科学5流变学研究的是纯粘性固体与牛顿流体状态间的所有物质的变形与流动的问题5物质的流变性:物体在外力的作用下变形与流动的性质6连续介质:就是把物质看做是由一个挨一个的,具有确定质量的,连续的充满空间的众多微小质点所组成的7一般施加到材料上的力有三种或三种的组合:拉力,压缩力,切向力8应变速率又分为拉伸应变速率和剪切应变速率9剪切应变速率描述的是流体的剪切运动,拉伸应变速率描述流体的拉伸运动10剪切速率:单位时间内剪切应变的变化11本构方程(流变状态方程,流变方程):料宏观性质的数学模型12物质的流变学分类:刚体,线性弹性体,弹粘性体(弹粘性固体,粘弹性流体),非线性粘性流体,牛顿流体,无粘性流体。
13德博拉准则:De很小,呈现粘性,很大,呈现弹性14分散体系:指将物质(固态,液态,气态)分散成或大或小的粒子,并将其分布在某种介质之中所形成的体系15非均匀分散体系具备的2个条件:在体系内个单位空间所含物质的性质不同,存在着分界的物理界面16流体的流变性分类:按照流体是否含牛顿内摩擦定律(牛顿流体,非牛顿流体),按流体是否具有弹性(纯粘性流体,粘弹性流体),按照流变性是否与时间有关(与时间有关的流体,与时间无关的流体)17与时间无关的流体:牛顿流体,胀流型流体,宾汉姆流体,屈服-假塑性流体,卡森流体18随着剪切速率的增加,表观粘度是减小的,因此假塑性流体具有剪切稀释性19剪切稀释性:对于假塑性流体,随着剪切速率的增加或剪切应力的增加,表观粘度降低,对其他类型的非牛顿流体,也表明这一特点,这一特点在流变学上称为剪切稀释性20具有剪切稀释性的原因:假塑性流体是最常见的非牛顿流体,在乳胶类,悬浮类,分散类物料中广泛遇到。
原油流变曲线什么是原油流变曲线?原油是一种复杂的混合物,由多种不同的化合物组成。
在石油工业中,原油的流变性质是非常重要的,因为它们直接影响到原油的加工和运输过程。
原油流变曲线是一种用来描述原油流变性质的图表或曲线。
原油流变曲线反映了原油在不同剪切应力下的变形情况。
剪切应力是指物质受到的平行于其表面的力,它会导致物质发生变形。
原油的流变性质可以通过测量原油在不同剪切应力下的应变来确定。
应变是指物质受到剪切应力作用后发生的形变。
测量原油流变曲线的方法测量原油流变曲线的方法有很多种,常见的方法包括旋转黏度法、振动黏度法和压缩黏度法等。
这些方法都是通过施加不同的剪切应力,测量原油的应变来得到原油流变曲线。
其中,旋转黏度法是最常用的方法之一。
该方法通过在一个容器中放置一定量的原油样品,然后以不同的转速旋转容器,测量旋转容器所受到的扭矩,从而得到原油的黏度和流变性质。
振动黏度法是另一种常用的方法。
该方法通过将原油样品放置在一个振动的管道中,测量振动管道的振动频率和振幅,从而得到原油的黏度和流变性质。
压缩黏度法是一种比较特殊的方法,它适用于高温高压条件下的流变性质测量。
该方法通过将原油样品置于高温高压的环境中,施加不同的压力,测量原油的体积变化,从而得到原油的黏度和流变性质。
原油流变曲线的特点原油流变曲线通常具有以下几个特点:1.非线性:原油流变曲线通常不是直线,而是一条曲线。
这是因为原油的流变性质具有非线性特点,即原油的应变与剪切应力之间不是简单的线性关系。
2.剪切变稀化:在低剪切应力下,原油的黏度较高,流动性较差,呈现出较高的剪切阻力。
但是随着剪切应力的增加,原油的黏度会逐渐降低,流动性逐渐改善。
这种现象被称为剪切变稀化。
3.剪切变稠化:在高剪切应力下,原油的黏度会逐渐增加,流动性逐渐恶化。
这种现象被称为剪切变稠化。
剪切变稠化通常发生在原油中含有大量的胶体颗粒或聚合物时。
4.流变学模型拟合:原油流变曲线通常可以通过流变学模型进行拟合。