原油流变学

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。

对原油流变学研究的若干思考张劲军3(石油大学(北京))张劲军:对原油流变学研究的若干思考,油气储运,2003,22(9)11～17。

摘　要　我国生产的原油大多为流变性复杂的易凝高粘原油,原油流变学及其应用一直是我国输油管道领域的重要研究课题。

总结了我国原油流变学及其应用研究的成果,论述了进一步深入开展原油流变学研究的必要性。

提出我国原油流变学研究的发展和突破需要加强创新,大力进行系统和扎实的基础研究,流变学研究应与相关的基础科学及工程科学密切结合。

指出了未来5～10年我国原油流变学发展方向及其应用研究的重点。

主题词　原油 流变学 研究 应用 发展 方向一、问题的提出易凝高粘原油的流变性及管输工艺一直是我国油气储运界科学研究的主题之一。

40多年来,原油流变学及其应用研究的成果对于保证我国输油管道的安全和经济运行起到了非常重要的作用,也带来了巨大的社会效益和经济效益。

现在的问题是,既然原油流变学都研究了几十年,是否有必要继续研究,如果答案是肯定的,那么进一步研究的方向又是什么。

原油流变学进一步研究的必要性是显而易见的,我国所产原油大多易凝高粘这一事实,注定了原油流变学是我国输油管道行业不可回避的一个基础问题。

众所周知,若易凝高粘原油管道停输时间过长,可导致原油管道发生凝管事故。

原油管道发生凝管事故所造成的后果,不见得比管道穿孔漏油造成的后果轻。

因此,不论采用何种运行方案和节能技术,不能凝管是绝对不可以突破的底线。

然而,凝管这个问题至今不能解决。

原油管道的停输再启动,涉及流变学与非牛顿流体力学、传热学和输油工艺等多个学科。

虽然传热计算是基础,但最终决定管道能否安全再启动的是原油的流变性。

由于大庆油田产量的递减,作为我国原油输送主力的东北输油管网将面临低输量运行的挑战。

如何应对这一挑战,保证管道安全和经济运行,是当前我国油气储运界亟需解决的技术问题,为此而采取的一切措施,都是在保证原油顺利流动(包括安全的停输再启动)的前提下实现管道的经济运行,其中的关键问题还是原油流变学问题。

试分析含蜡原油加热输送管道停输后管内原油流变学特性的变化过程
含蜡原油加热输送管道停输后，管内原油开始冷却，导致温度下降，蜡类物质开始逐渐凝固，形成黏弹性物质。

在停输后的短时间内，管道内的蜡类物质会形成薄膜状物质，附着在管壁上，称为“蜡垢”。

同时原油的黏度、弹性模量等流变学特性也会发生变化。

由于温度下降，原油的黏度增加，弹性模量增大，流动性能变差。

如果停输时间较长，管内的蜡垢会不断堆积，管壁内径不断减小，进一步降低了原油的输送能力。

此时需要采取清除蜡垢的措施，以保证管道正常输送。

因此，对于含蜡原油加热输送管道的运行与维护，需要控制温度、加密原油输送、及时清除蜡垢等措施，以防止管道停输和管壁内径减小等问题的发生。

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。

在输油管道的运行过程中,由于某种原因引起输量不断下降而压力持续升高时,如不及时采取措施,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。

究其原因,主要是对胶凝原油的管流特性认识不足。

在低温条件下，含蜡原油中有大量蜡晶析出，在一定的蜡晶析出浓度下，蜡晶之间能够形成充满管道空间的蜡晶网格结构，从而使原油整体上失去流动性，即含蜡原油内部生成了具有一定强度的胶凝结构。

原油胶凝结构性质对管道的再启动状况有直接的影响，甚至会影响管输过程的安全。

重新启动管道要求施加较大的压力以克服胶凝原油的胶凝强度。

当原油开始流动时，还需进行进一步的剪切以破坏蜡晶结构强度、降低原油粘度、提高管道流量。

原油停输再启动过程中其凝油排出时间取决于所施加的压力和剪切作用下的粘度变化率等因素，如原油的压缩性、再启动过程中的热传导，顶挤液的流变性质以及由于温降引起的原油收缩等。

研究低温含蜡原油的启动特性为确定管道允许停输时间和启动压力提供了科学依据，具有重要的工程应用价值。

最初,屈服值被认为是开始流动迹象时的最小剪切应力,也可定义为零剪切速率下对应的剪切应力。

随着试验技术的进步,人们逐渐认识到尽管在某一较小的应力区间内,物质的机械特性变化剧烈,该区间对应着所谓的表观屈服值。

物质在受到低于所谓屈服值的应力作用时,仍会发生缓慢但连续而稳定的形变,即从理论上,屈服值作为真实的物质特性并不存在。

但在工程实际应用过程中,屈服值作为描述物质在某一剪速区间的流变特性参数非常有用。

分析胶凝原油停输启动过程,胶凝原油的再启动压力不仅与原油本身的屈服值有关,还与管道系统的压缩性、胶凝原油的压缩性、温降收缩引起的孔隙、压力传递速度等因素有关。

目前，含蜡原油流变性的测定主要有两大测量系统，即旋转粘度计和管流实验装置。

在旋转粘度计中的切变运动称为拖动流,而在管路中的流动称为压力流。

由于两者的流动边界条件及对介质的剪切方式不同,从而使得测试数据出现差异。

超声波技术在原油流变学研究中的应用在原油勘探过程中，流变学参数是非常重要的研究对象，因为它们直接影响着管道输送能力和油田生产效率。

而超声波技术则是一种非常有效的检测手段，其具有非侵入性、高精度、高灵敏度等优点。

在原油流变学研究中，超声波技术被广泛应用，本文将探讨超声波技术在原油流变学研究中的应用。

一、背景在石油行业中，原油是最为重要的资源之一，而其流动特性同样需要被研究和分析。

在这个过程中，流变学参数起到非常重要的作用，如粘度、黏度、流量、密度、弹性等。

通过研究这些参数，可以了解原油在输送管道中的流动状态以及油藏中的分布情况，从而为石油开采和生产提供科学的依据。

然而，传统的流变学检测方法存在一些缺陷，如需要采集样品、检测周期长、存在较大的误差等。

二、超声波技术在原油流变学研究中的应用超声波技术是一种非侵入性的检测手段，通过探头发送超声波信号，接收反射信号后进行分析和处理，可以得出被检测物体的物理特性。

在原油流变学研究中，超声波技术可以通过不同的探头结构对不同的流变学参数进行检测。

1、粘度的检测粘度是最基本的流变学参数，其大小可以反映原油的黏稠程度以及流通阻力。

传统的粘度检测方法往往需要采集样品，并使用粘度计等设备进行检测。

而利用超声波技术进行粘度检测则具有非常大的优势，不需要取样，实时在线检测，不会污染样品。

同时采用超声波技术检测油品的粘度时，精度比传统的粘度计更高，误差更小。

2、黏度的检测黏度是与粘度相似的流变学参数，但其计算方法更加复杂，一般需要利用线性回归方程来计算。

利用超声波技术进行黏度检测时，一般采用导波探头或直接触探探头，通过对超声波传播特性的分析，可以得出黏度值。

这种方法不仅精度高，而且实时在线监测，符合工业化生产需要。

3、流量的检测流量是非常重要的流变学参数，它直接影响着管道输送效率和油田开发效益。

传统的流量检测方法一般使用流量计等设备进行检测，但这种方法相对比较复杂，并且需要维护设备，使用成本也比较高。