§4.5 含蜡原油的触变性.pptVIP

3、对具有触变性的含蜡原油，在某一恒定温度下，不再是只有一条流变曲线，而是可以得到对应于不同剪切作用时间的一组流变曲线，或者说，对应一个相同的剪切时刻，就有一条流变曲线。如图4－14所示，其中t=0的初始时刻和t→∞动平衡时刻所对应的流变曲线最有意义，这两条流变曲线之间的区域表示了剪切应力随剪切速率和剪切时间的变化范围。初始流变曲线的剪切应力很高，而动平衡状态流变曲线的剪切应力则下降了很多。动平衡状态的流变曲线可以认为是消除了时间效应的流变曲线。 7、经历一定流动剪切的触变性含蜡原油，在静止条件下，由于外加剪切应力的消除，原油中的蜡晶及蜡晶聚集体会在范德华引力等的作用下产生缔合和进一步聚集，甚至发展成蜡晶的空间网络结构，最后达到一个稳定的静态结构。因此，在静态条件下，含蜡原油具有一定的恢复性，表现为其粘稠程度等性质随静止时间的增加而增大。三、含蜡原油触变性的数学描述从上述含蜡原油的触变特征可见，含蜡原油的触变性异常复杂，结构的变化与剪切时间和剪切强度的变化纠缠在一起，并且结构的破坏和恢复又具有不可逆性，因此试图用一个统一的模型，来全面描述含蜡原油的触变性是非常困难的。目前的原油触变性模型主要是分别对原油结构的破坏过程和静态恢复过程进行描述。 * §4.5含蜡原油的触变性 一、非牛顿含蜡原油的基本结构特性 含蜡原油的非牛顿流体特性，其根本是由含蜡原油的复杂胶体结构特性决定的。一般认为原油中的蜡晶是片状或针状的细小结晶体，在析蜡点温度首先观察到的蜡晶最小尺寸为0.1~1?m，在良好的结晶条件下，蜡晶一般尺寸可达到几个至几十个?m。原油中蜡晶的形状和尺寸受原油粘度、温度和冷却速率的影响，一般原油粘度越高、温度越低、冷却速率越大，所生成的蜡晶尺寸越小、蜡晶数目越多。 原油中的蜡晶由于周围环境的影响，难以形成晶格或点阵，而是形成蜡晶的聚集体，因此，原油中的蜡晶是短程有序的。含蜡原油的蜡晶絮凝结构一般是一种强絮凝结构。对于片状或针状的不规则蜡晶来说，在较低的蜡晶析出浓度情况下，以杂乱无章状态存在的蜡晶之间就存在大量的接触点，从而形成强絮凝的空间网络结构。但这种蜡晶絮凝体结构内部具有较大的充满液态油的空间。温度越低，蜡晶浓度越高，蜡晶絮凝作用越强。 对天然的非牛顿含蜡原油来说，胶质沥青质与蜡晶能够相互作用（共晶与吸附等），使蜡晶表面吸附有大量的胶质沥青质。这些胶质沥青质又靠较强的极性和氢键等作用，使蜡晶之间的絮凝作用进一步增强，蜡晶的空间网络结构具有更高的强度。另一方面，当剪切作用停止后，体系内的颗粒又会在范德华引力作用和布朗运动的影响下，产生缔合和位置调整，使内部结构逐步恢复到内能最小的稳定状态，表现为随静置时间的增加，原油的内部结构强度增强，表观粘度增大。 含蜡原油的上述内部结构特点决定了其具有剪切稀释性和触变性，具有强絮凝结构的体系具有不可逆触变性。 二、含蜡原油的触变性特征 1、显触点的概念。随温度的进一步降低，原油开始明显显现出触变性的温度称之为原油的显触点。研究表明，原油的显触点决定于原油的组成、原油所经历的热历史、剪切历史，以及原油添加化学改性剂的条件等。表4－5给出了大庆外输原油和大庆朝阳沟的显触点与加热温度的关系。 表4－5 大庆油田两种原油的显触点温度 ＜35℃ ＜35℃ ＜35℃ ＜35℃ ＜42℃ ＜42℃ 朝阳沟原油 ＜30℃ ＜30℃ ＜30℃ ＜35℃ ＜40℃ ＜37℃ 大庆外输原油 90 70 60 55 50 45 加热温度 （℃） 油样 2、对经历一定历史条件，并在一定的低温静置条件下形成胶凝结构的含蜡原油，在恒定的剪切应力下进行初次剪切，会得到一条典型的剪切应力随时间的衰减曲线，称之为初次裂降曲线。如图4－13所示这种曲线能直观地反映胶凝状态的含蜡原油在初次剪切时的时间效应。 对典型含蜡原油的胶凝体系，其应力衰减的特点是，原油内部结构的破坏和调整主要发生在初次剪切的10min内，尤其是在最初的1min内，剪切应力将下降80％，达到动平衡的时间一般需20～120min不等。不同的测量温度、不同的历史条件，以及不同的测量剪切速率，达到动平衡的时间会有所不同。大多数情况下，60min左右的剪切时间，原油内部结构基本上能调整到与剪切水平相对应的动平衡状态。根据测定的多条初次裂降曲线，应用第二章第3节介绍的描述原油触变性的R－G模式，可以对含蜡原油的初次裂降过程的触变行为进行全面的描述。 图4－13 胶凝含蜡原油的初次裂降曲线 图4－14触变性含蜡原油的流变曲线 4、用从低到高，再从高到低改变剪切速率的方法，测定具有胶凝结构的原油流变性，可得到如图4－15所示的滞回曲线。 该曲线综合反映了胶凝原油的屈服、结构裂降、应力衰减等过程：当对胶凝原油开始施加剪