原油流变学.第五章原油流变性的评价及测定

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。

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。

前言原油作为一种重要的能源，如何安全、高效、节能地输送日益受到人们的重视。

管道输送具有运输量大、占地少、密闭安全、便于管理和集中控制、能耗少、运费低等优点，在运输原油方面有很大的优势。

世界上很多原油都是含蜡量较多的原油，我国大部分原油更以“三高”著称，即原油含蜡量高、凝点高、低温下粘度高，这种原油流变性复杂。

在较高温度下[4]，原油中的蜡以分子形式溶解于液态原油中，当温度降低到一定程度时，蜡逐渐结晶析出，并以固体颗粒形式悬浮于液态原油中，温度进一步下降，则蜡晶进一步增多并相互连接，形成三维网络结构，原油的液态组份包含于其中，原油整体失去流动性，形成胶凝[23] [30]。

在原油输送中，为保证管道操作系统的高效性，这要求管道输送时保持稳定和连续的流量，避免管线停输。

然而，计划停输和事故停输是不可避免的。

在管道停输后，若不及时采取措施，将会导致凝管，这种恶性事故在油田集输管道上和长距离大口径输油干线上都曾发生过。

胶凝原油具有一定的固体特征，如有一定的弹性和结构强度等。

但是胶凝原油的固体特征是有条件的，一旦外加的应力超过原油的结构强度或屈服值，蜡晶网络结构就被破坏，大量的液态油重新获得自由流动的能力，因此，为了再启动管道，所应用的压力必须大于平常的操作压力以克服胶凝原油的胶凝强度。

由此可见，研究原油的启动特性对指导实践具有重要的理论和实际意义。

本文以文献综述为主，查阅了一些有关胶凝原油触变性、屈服特性和粘弹性以及同轴旋转粘度计等方面的国内外相关文献。

同时，制定实验方案，进行了大庆原油启动特性的初步研究。

通过查阅文献和实验研究，加深对原油流变特性的认识。

第1章含蜡原油的组成及其流变性的影响因素概述1．含蜡原油的组成大庆原油是典型的石蜡基原油[1] [2]，含蜡量高，凝点高。

含蜡原油是一种复杂的烃类和非烃类混合物，按其对原油低温流变性的影响来说，可把原油的组成分为三大部分，即常温时为液态的油、常温时为晶态的蜡、胶质和沥青质。

第一章1：流体流动时流层间存在速度差和运动的传递是由于流体具有粘性2：粘性：相邻流层存在速度差时，快速流层力图加快慢速流层，慢速流层力图减慢快速流层，这种相互作用随层间速度差的增加而加剧的特性。

3：内摩擦力/粘性力：流层间的这种力图减小速度差的作用力称为内摩擦力或粘性力4：牛顿粘性定律：粘度和内摩擦力的关系。

F=μA(dν) ／ dy 符合牛顿内定律的流体称为牛顿流体，反之称为非牛顿流体,牛顿流体的剪切应力与剪切速率之间呈比例关系，剪切应力与剪切速率的比值为常数，即动力粘度，非牛顿流体的剪切应力与剪切速率之间无正比关系，剪切应力与剪切速率的比值不是常数。

5：动力粘度：稳态层流流动中的剪切应力与剪切速率的比值，动力年度是流体对形变的抵抗随形变速率的增加而增加的性质。

（公式P3）6：运动粘度：是动力粘度与同温度下的流体密度的比值，又称比密年度。

运动粘度对比动力粘度：运动粘度方便，1许多条件粘度与运动年度之间比较容易建立经验换算公式，2利用重力型玻璃毛细管粘度计可以很方便地测得运动粘度。

3但不能用运动粘度衡量流动阻力的大小7：粘度与温度，压力的关系：粘度与温度不成线性关系，它与温度范围有关，温度越低，粘温关系越密切，即随温度降低，粘度随温度的变化越大。

低压下的气体与液体的粘度随温度变化的规律完全相反，气体的粘度随温度的升高而增大，因为气体的粘性是由动量传递导致的，温度升高时，分子热运动加剧，动量增大，流层间的内摩擦加剧，所以粘度增大。

液体的粘性来自分子间引力，随温度的升高，分子间的距离加大，分子间引力减小，内摩擦减弱，所以粘度减小。

液体和气体的粘度随着压力的增大而增大，因为气体的压缩性很强，所以压力的变化对气体粘度的影响更大。

8：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，流变学研究对象是纯弹性固体和牛顿流体状态之间所有物质的变形和流动问题。

流变学中物质所受到的力用应力或应力张量表示。

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。

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。

1含蜡原油的加剂输送原理及其工艺：原理：就是在一定的加热温度等条件下，向含蜡原油中添加微量的高分子降凝剂，这种降凝剂能够在原油降温,蜡晶析出的过程中改善蜡的结晶习性，蜡晶的结构形态以及蜡晶之间的作用性质，从而在宏观上降低原油的凝点，低温下的粘度以及屈服值等，即改善含蜡原油的低温流变性。

工艺:①加剂常温输送工艺:前提是加剂处理后原油的凝点能够降低到输油管道埋深处的低温以下，这样，原油的加剂，加热冷去处理等均在管道首站完成，当原油温度冷却到地温时，直接泵送至管道内，进行常温输送。

②加剂加热输送工艺：由于原油添加降凝剂后，其凝点仍然高于管线周围地温，或低温下原油的粘度可能仍较高，而必须配合一定的加热来进行输送的工艺。

2.热处理输送工艺：可分为两类：1:完备热处理输送工艺：是按照原油的最优热处理温度，最优冷却速度及冷却方式，在首战热处理场对原油进行集中处理，然后使其进入管道，并在低温条件下等温输送。

这样原油的加热，冷却和析蜡结晶过程均在处理厂完成，从而使最佳热处理条件得到人为地控制利用，以求获得最好的热处理效果。

2:简易热处理输送工艺：是指原油在首站加热至原油的最优热处理温度后，经过冷热油换热，使热油降温至一定温度后，直输干线，经受管输条件下的冷却速度和剪切速率的作用。

3.原油流变性测定中预处理的目的及取样时的注意事项：A目的：使油样具有相同的组成和相同的初始状态，保证室内实验数据具有重现性和可比性。

B.注意事项：首先需要在油田或管道，选择合适的取样点，采取正确的方法，取得代表性的油样。

所取油样应密封桶装，然后运到实验室。

从桶内取油样前，必须充分搅拌桶内原油，可先将原油装到一个较大的容器内，在搅拌均匀，然后分装到较小的磨口瓶内密封保存，可作为组成相同的基础油样。

4.稠油乳化降粘输送的原理和工艺：原理：稠油乳化降粘就是在稠油或油水分散体系中加入适当的水及O/W型乳化剂，在适当的温度及机械剪切混合作用下，将原油分散于水中，形成O/W型乳状液，使原油在管道内流动时，由原油与与管壁的摩擦以及原油间的内摩擦转变为水与管壁的摩擦，从而大大降低油水分散体系的流动阻力，大大节约原油输送的动力消耗。

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。

中国石油大学渗流物理实验报告实验日期: 成绩: 班级: 学号: 姓名: 教师: 付帅师同组者:流体粘度及流变性测定实验一．实验目的1、学会旋转粘度计使用方法，测定脱气原油在不同温度和剪切速度下的粘度。

2、掌握粘度随温度变化的规律。

3、学会使用毛细管粘度计测量流体的粘度，掌握粘度计算过程。

二．实验原理液体粘度分为动力粘度和运动粘度。

油藏工程计算中常用动力粘度。

动力粘度是指做相对运动的两液层间单位面积上的内摩擦力τ与速度梯度的比值，即：m=t dv/dy其中，μ——液体的动力粘度，Pa sτ——剪切应力，N/m2dv/dy——相距为dy的两液层间的速度梯度，1/s当式中各参数的单位采用CGS制单位时，粘度的单位为泊，符号为P。

运动粘度时指在相同的温度下流体的动力粘度与其密度的比值，单位为m2/s，在CGS制单位下为cm2/s。

油藏流体的动力粘度是油藏工程计算的重要参数，因此正确地测定原油粘度是非常重要的。

在实验室常用的测定脱气原油或水的粘度方法有：毛细管粘度计法和旋转粘度计法。

旋转粘度计由电机经变速带动转子作恒速转动。

当转子在某种液体中旋转时,液体会产生作用在转子上的粘性力矩。

液体的粘度越大,该粘性力矩越大;反之,液体的粘度越小,该粘性力矩也越小。

该作用在转子上的粘性力矩由传感器检测出来,经仪器所带的微电脑处理后,可得出被测液体的粘度。

毛细管粘度计用于测试脱气液体在某一温度、低流速下的粘度。

由于地层条件下石油的流动速度很低，因此，毛细管粘度计测得的粘度可直接用于地下渗流计算（含气原油粘度需由脱气原油粘度计算得到，或由其他测试方法得到）。

三．实验流程1．旋转粘度计结构图2、毛细管粘度计结构图四．实验步骤1．旋转粘度计操作步骤(1)将脱气原油置于直径不小于70mm,高度不低于125mm 的双层杯中。

(2)通过水浴准确控制原油的温度。

(3)调整仪器水平:将仪器的水准器气泡调至居中。

(4)估计原油的粘度范围,选择适宜的转子和转速。