何　蔓

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油包水乳狀液物性影響因素研究

何蔓

中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院

何蔓（1988-）女，漢族，碩士，助教，油氣儲(chǔ)運(yùn)工程。研究方向：城市燃?xì)狻?/p>

行業(yè)曲線

本文針對(duì)含水率對(duì)凝點(diǎn)和屈服應(yīng)力的影響做了研究，提出隨著含水率的增加，凝點(diǎn)升高，屈服應(yīng)力增加。的觀點(diǎn)（或解決方案）。在原油流變學(xué)行業(yè)（或領(lǐng)域）起到理論指導(dǎo)作用。

凝點(diǎn)、屈服應(yīng)力是油水乳狀液的重要物性參數(shù)。凝點(diǎn)、屈服應(yīng)力在一定程度上反映了含蠟原油停輸再啟動(dòng)的難易程度。因此，研究凝點(diǎn)和屈服應(yīng)力的影響因素至關(guān)重要。但是，目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有關(guān)于含水率對(duì)凝點(diǎn)影響、含水率對(duì)屈服應(yīng)力影響的研究。本文對(duì)此做了研究，并得出了相關(guān)結(jié)論。

我國(guó)生產(chǎn)的原油一般屬含蠟原油，凝點(diǎn)相對(duì)較高，在常溫下的流變性異常復(fù)雜。在輸送過(guò)程中，由于溫度降低，原油中的蠟晶析出，形成了能夠凝聚原油的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，阻止原油的繼續(xù)流動(dòng)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，溫度不斷降低，蠟晶在管道壁面上形成沉積物，造成管道堵塞，嚴(yán)重情況下，管道停輸。

原油結(jié)蠟是管道輸送一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，油水乳狀液的物性影響著原油結(jié)蠟和管道停輸再啟動(dòng)的難易程度，因此有必要研究油水乳狀液的物性。油水乳狀液是一個(gè)復(fù)雜的體系，凝點(diǎn)、屈服應(yīng)力和粘度是其主要物性參數(shù)。研究表明，用凝點(diǎn)來(lái)判斷管道停輸后管內(nèi)原油膠凝的可能性，并且粗略估計(jì)原油的流動(dòng)性具有現(xiàn)實(shí)意義。同一取樣點(diǎn)所取的同類(lèi)原油，如果測(cè)得凝點(diǎn)升高，說(shuō)明該原油的流變性已經(jīng)發(fā)生變化，預(yù)示著在較高溫度下，該原油將會(huì)出現(xiàn)反常現(xiàn)象，應(yīng)注意采取相應(yīng)的安全措施，以防止出現(xiàn)事故。

與凝點(diǎn)相比，屈服應(yīng)力能較具體地反映含蠟原油管道停輸再啟動(dòng)的難易程度，其對(duì)原油管道的停輸再啟動(dòng)壓力起決定性作用。原油的屈服應(yīng)力是使含蠟原油開(kāi)始產(chǎn)生流動(dòng)所需的最小剪切應(yīng)力，在小的剪切應(yīng)力作用下，由于粒子的運(yùn)動(dòng)被阻止，因此，流體不流動(dòng)，這種體系只發(fā)生有限的彈性變形，當(dāng)剪切應(yīng)力超過(guò)屈服應(yīng)力時(shí)，蠟晶的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被破壞，體系才會(huì)像粘性液體那樣發(fā)生連續(xù)的無(wú)限的變形（流動(dòng)）。

因此，研究這些參數(shù)的影響因素至關(guān)重要。

圖1　不同油的凝點(diǎn)隨含水率的變化

研究結(jié)果及分析

含水率對(duì)凝點(diǎn)的影響

分別對(duì)不同含水率（含水0%，10%，20%，30%，40%，50%，60%）的Oil1，Oil2，Oil3，Oil4的凝點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量結(jié)果如圖1所示。

從圖1可以看出：

（1）含水率小于20%、大于40%時(shí)，隨著含水率的變化，Oil1油的凝點(diǎn)保持不變；含水率大于20%并且小于40%時(shí)，凝點(diǎn)隨著含水率的增加而升高1℃。

（2）含水率小于20%、大于40%時(shí)，隨著含水率的變化，Oil2的凝點(diǎn)保持不變；含水率大于20%并且小于40%時(shí)，凝點(diǎn)隨著含水率的增加而升高1℃。

（3）含水率小于10%、大于20%且小于50%時(shí)，隨著含水率的變化，Oil3的凝點(diǎn)保持不變；含水率大于10%并且小于20%、大于50%時(shí)，凝點(diǎn)隨著含水率的增加而升高1℃、2℃。

（4）含水率小于10%時(shí)，隨著含水率的變化，Oil4的凝點(diǎn)保持不變；含水率大于10%并且小于20%時(shí)，凝點(diǎn)隨著含水率的增加而升高1℃；含水率大于20%時(shí)，凝點(diǎn)隨著含水率的增加而不變。

總的來(lái)看，當(dāng)含水率增加時(shí)，乳狀液的動(dòng)力層的厚度也增加，但是，在低含水率時(shí)，乳狀液液滴之間的距離比較大，當(dāng)含水率增加時(shí)，液滴間距足以容下別的分子，分子之間的作用力很小，這樣動(dòng)力層的厚度基本保持不變，蠟晶網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也基本保持不變，因此，在低含水率下，原油凝點(diǎn)不隨含水率的變化而變化。當(dāng)含水率在某一范圍時(shí)，由于乳狀液液滴之間的距離足以容納別的液滴，其動(dòng)力層的厚度不會(huì)隨著含水率的增加而增加，蠟晶網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也不會(huì)隨著含水率的增加而增強(qiáng)，因此，凝點(diǎn)不隨含水率的變化而變化。而在高的含水率下，由于乳狀液液滴之間的距離不足以容納別的液滴，動(dòng)力層的厚度不斷增加，蠟晶網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也不斷增強(qiáng)，因此，隨著含水率的增加，凝點(diǎn)升高。

同時(shí)，由于原油的性質(zhì)不同，在相同的含水率范圍下，不同原油所對(duì)應(yīng)的凝點(diǎn)變化規(guī)律有可能不同。

圖2　不同油的屈服應(yīng)力隨含水率的變化

含水率對(duì)屈服應(yīng)力的影響

在不同的測(cè)試溫度下，分別對(duì)不同含水率（含水0%，10%，20%，30%，40%，50%，60%）的Oil1，Oil2，Oil3，Oil4的屈服應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量，得到了相應(yīng)的屈服應(yīng)力。測(cè)量結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出：

（1）當(dāng)含水率低于50%時(shí)，Oil1油的屈服應(yīng)力隨著含水率的增加而緩慢增加，增加2.1～3.4Pa（36℃）和0.1～2.55 Pa（38℃）；當(dāng)含水率高于50%時(shí)，屈服應(yīng)力隨著含水率的增加而大幅增加，增加9.0Pa（36℃）和10.3 Pa（38℃）。同時(shí)，隨著溫度的降低，屈服應(yīng)力增加8.3～16.2 Pa。

（2）當(dāng)含水率低于40%時(shí)，Oil3的屈服應(yīng)力隨著含水率的增加而緩慢增加，增加1.7～6.5Pa（30℃）和0.4～4.4 Pa（32℃）；當(dāng)含水率高于40%時(shí)，屈服應(yīng)力隨著含水率的增加而大幅增加，增加12.1～13.3Pa（30℃）和4.8～6.1Pa（32℃）。同時(shí)，隨著溫度的降低，屈服應(yīng)力增加21.3～41.7 Pa。

（3）當(dāng)含水率低于50%時(shí)，Oil4的屈服應(yīng)力隨著含水率的增加而緩慢增加，增加0.5～6.9Pa（30℃）和0.2～6.9 Pa（32℃）；當(dāng)含水率高于50%時(shí)，屈服應(yīng)力隨著含水率的增加而大幅增加，增加20.2Pa（30℃）和8.6 Pa（32℃）。同時(shí)，隨著溫度的降低，屈服應(yīng)力增加10.0～25.7 Pa。

總的來(lái)看，隨著含水率的增加，被儲(chǔ)存的能量增多，蠟晶聚集的量也增加，三維蠟晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度增強(qiáng)，因此，破壞三維蠟晶網(wǎng)格結(jié)構(gòu)所需的力增加，相應(yīng)的屈服應(yīng)力增加。在低含水率下，隨著含水率的增加，由于被儲(chǔ)存的能量增加的比較少，蠟晶聚集的比較少，三維蠟晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度增加的少，因此，破壞三維蠟晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所需的力增加的少，相應(yīng)的屈服應(yīng)力增加的緩慢。相反，在高含水率下，隨著含水率的增加，由于被儲(chǔ)存的能量增加的比較多，蠟晶聚集的比較多，三維蠟晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度增加的較多，因此，破壞三維蠟晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所需的力增加的多，相應(yīng)的屈服應(yīng)力增加的幅度比較大。

同時(shí)，隨著溫度的升高，部分蠟晶會(huì)溶解，這樣蠟晶聚集量減少，三維蠟晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度減弱，破壞三維蠟晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所需的力也減小，相應(yīng)的屈服應(yīng)力減小。由于不同原油的性質(zhì)不同，在相同的含水率和溫度范圍內(nèi)，屈服應(yīng)力隨含水率和溫度變化的規(guī)律有可能不同。

結(jié)語(yǔ)

隨著含水率的增加，凝點(diǎn)升高。其中，在低含水率下，原油凝點(diǎn)基本不隨含水率的變化而變化；當(dāng)含水率在某一范圍時(shí)，凝點(diǎn)不隨含水率的變化而變化；在高的含水率下，凝點(diǎn)隨著含水率的增加而升高。同時(shí)，由于原油的性質(zhì)不同，在相同的含水率范圍下，不同原油所對(duì)應(yīng)的凝點(diǎn)變化規(guī)律有可能不同。

隨著含水率的增加，屈服應(yīng)力增加。其中，在低含水率下，隨著含水率的增加，屈服應(yīng)力增加的緩慢；在高含水率下，隨著含水率的增加，屈服應(yīng)力增加的幅度比較大；隨著溫度的升高，屈服應(yīng)力減小。

DOI：10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.13.038