喬孟辰　安家榮

中國(guó)石油大學(xué)(華東),　山東　青島　266555

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高速剪切對(duì)定靖三線加劑原油改性效果影響

喬孟辰安家榮

中國(guó)石油大學(xué)(華東),山東青島266555

為探究短時(shí)間高速剪切對(duì)加劑原油改性效果的影響規(guī)律,優(yōu)選出合適的過(guò)泵剪切模擬方式,以定靖三線混合原油-2為例,分別利用攪拌器和流變儀對(duì)加劑原油進(jìn)行高速剪切,并以凝點(diǎn)和表觀粘度考察高速剪切溫度、剪切強(qiáng)度、剪切時(shí)間三個(gè)因素對(duì)加劑原油改性效果的影響規(guī)律,對(duì)比分析攪拌器高速剪切和流變儀高速剪切的異同。發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間或低溫下的高速剪切對(duì)加劑原油改性效果影響較大,而短時(shí)間內(nèi)剪切強(qiáng)度的變化對(duì)其影響較小,流變儀高速剪切的實(shí)驗(yàn)結(jié)果滯后于攪拌器高速剪切,因此管輸過(guò)程中應(yīng)盡量避免原油經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間或低溫下的高速剪切,降凝劑加注位置可選在離心泵前,而過(guò)泵剪切模擬使用攪拌器更合適。

高速剪切；攪拌器；流變儀；原油降凝劑

0　前言

剪切歷史會(huì)影響降凝劑對(duì)原油的改性效果,其中短時(shí)間高速剪切對(duì)加劑原油改性效果影響較大[1]。本文以定靖三線混合原油-2為例,通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M高速剪切,探究其對(duì)降凝劑改性效果的影響規(guī)律。

1　加劑原油的基本物性

2　高速剪切對(duì)加劑原油的影響

在管道輸送過(guò)程中,原油會(huì)受到多種形式的剪切作用,而離心泵的剪切因其高速劇烈會(huì)使原油的物化性質(zhì)發(fā)生巨變[4]。高速剪切模擬實(shí)驗(yàn)中,分別利用攪拌器和流變儀對(duì)加劑原油進(jìn)行高速剪切,并以凝點(diǎn)和表觀粘度來(lái)考察剪切溫度、剪切強(qiáng)度、剪切時(shí)間三個(gè)因素對(duì)加劑原油改性效果的影響規(guī)律[5]。

實(shí)驗(yàn)方法：測(cè)量不同高速剪切條件下加劑原油的凝點(diǎn)并與未剪切時(shí)凝點(diǎn)[6]作對(duì)比,選取最低值以上約7℃為表觀粘度的測(cè)量溫度,以確保原油在該溫度下為非牛頓流體。根據(jù)《原油粘度測(cè)定旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)平衡法》測(cè)量不同高速剪切條件下加劑混合原油-2的表觀粘度[7]。

2.1剪切溫度對(duì)加劑原油改性效果的影響

不同溫度下,含蠟原油各組分在原油中的形態(tài)結(jié)構(gòu)、聚集狀態(tài)等不同,因此高速剪切對(duì)含蠟原油低溫流動(dòng)性的影響也不同[8]。不同高速剪切溫度下加劑混合原油-2的凝點(diǎn)見(jiàn)圖1。攪拌器和流變儀剪切時(shí)凝點(diǎn)最低分別為15.3 ℃和16 ℃,故分別測(cè)量加劑混合原油-2在22 ℃和23 ℃下的表觀粘度,見(jiàn)表1。

攪拌器剪切：溫度較高(50、40 ℃)時(shí),短時(shí)間的高速剪切降低了原油的表觀粘度；當(dāng)剪切溫度(35、30 ℃)逐漸接近析蠟點(diǎn)時(shí),原油的表觀粘度開(kāi)始上升并高于未剪切原油；當(dāng)剪切溫度(25 ℃)在反常點(diǎn)附近時(shí),降凝劑的改性效果顯著惡化。

圖1　不同剪切溫度下加劑混合原油-2的凝點(diǎn)

表1不同剪切溫度下加劑混合原油-2的表觀粘度

攪拌方式高速剪切溫度T/℃不同剪切速率下表觀粘度η/(mPa·s)40s-170s-1120s-1200s-1攪拌器5045.7244.0742.5441.214055.6950.0747.6244.633587.7768.3758.7452.043083.7766.7858.4952.1325241.08160.9118.3492.69未剪切58.4851.8249.0046.17流變儀5051.6148.0845.0642.924050.4648.7645.7843.343551.8748.9546.0843.603061.0452.6548.5545.192563.8756.1350.5846.662060.7955.8152.3349.50未剪切57.1751.4346.7143.55

流變儀剪切：溫度為50、40、35 ℃時(shí),短時(shí)間的高速剪切降低了原油的表觀粘度；當(dāng)溫度(35、30、25 ℃)在析蠟點(diǎn)附近時(shí),加劑原油的改性效果消失甚至變差。

2.2剪切強(qiáng)度對(duì)降凝劑改性效果的影響

攪拌器剪切：在整個(gè)剪切轉(zhuǎn)速變化過(guò)程中,原油的表觀粘度都低于未剪切原油；剪切轉(zhuǎn)速?gòu)? 000 r/min變?yōu)? 200 r/min時(shí),原油的凝點(diǎn)及表觀粘度增幅較大。

流變儀剪切：隨著剪切速率的增加,原油的表觀粘度增幅緩慢,最終表觀粘度高于未剪切原油。

2.3剪切時(shí)間對(duì)加劑原油改性效果的影響

高速剪切時(shí)間長(zhǎng)短同樣會(huì)對(duì)原油產(chǎn)生不同的作用[12]。

圖2　不同剪切強(qiáng)度下加劑混合原油-2的凝點(diǎn)

表2攪拌器不同剪切強(qiáng)度下加劑混合原油-2的表觀粘度

高速剪切轉(zhuǎn)速n/(r·min-1)不同剪切速率下表觀粘度η/(mPa·s)40s-170s-1120s-1200s-150060.2755.4351.0448.10100062.1955.9452.6249.39120072.1762.1756.5652.31150073.2362.7356.8952.39未剪切80.2569.1462.3657.18

表3流變儀不同剪切強(qiáng)度下加劑混合原油-2的表觀粘度

高速剪切轉(zhuǎn)速n/(r·min-1)不同剪切速率下表觀粘度η/(mPa·s)40s-170s-1120s-1200s-150050.0148.0745.4343.6680054.5549.6147.1644.66100055.9251.6848.1145.53120063.1355.6351.4048.16未剪切57.6551.3447.8544.96

不同剪切時(shí)間下加劑混合原油-2的凝點(diǎn)見(jiàn)圖3。攪拌器和流變儀剪切時(shí)凝點(diǎn)最低分別為15.3 ℃和14 ℃,故分別測(cè)量混合原油-2在22 ℃和21 ℃下的表觀粘度,見(jiàn)表4。

圖3　不同剪切時(shí)間下加劑混合原油-2的凝點(diǎn)

表4不同剪切時(shí)間下加劑混合原油-2的表觀粘度

剪切方式剪切時(shí)間t/min不同剪切速率下表觀粘度η/(mPa·s)40s-170s-1120s-1200s-1攪拌器145.7244.0742.5441.21252.3048.8545.0342.02570.4861.7456.4351.95871.3361.6156.1752.141275.1862.5854.9349.871578.9867.0960.1254.96未剪切58.4851.8249.0046.17流變儀154.2750.3548.5046.13256.0451.4348.3045.85558.7052.3748.9646.81861.0452.6548.5545.191267.6159.2054.7150.771574.3560.1753.9049.71未剪切61.0155.5151.6748.24

攪拌器剪切：剪切時(shí)間較短(1、2 min)時(shí),原油的表觀粘度都低于未剪切原油；剪切時(shí)間繼續(xù)增加,加劑原油的改性效果逐漸惡化,但惡化速度比較平均。

流變儀剪切：剪切時(shí)間較短時(shí),短時(shí)間的高速剪切改善了原油的低溫流動(dòng)性；當(dāng)剪切時(shí)間延長(zhǎng)到12 min時(shí),原油表觀粘度開(kāi)始高于未剪切原油。

2.4數(shù)據(jù)對(duì)比分析

分析攪拌器高速剪切和流變儀高速剪切對(duì)加劑混合原油-2改性效果的影響規(guī)律異同,并分析其產(chǎn)生原因。

2.4.1攪拌器和流變儀剪切規(guī)律相同點(diǎn)

加劑混合原油-2在兩種剪切方式作用下凝點(diǎn)和表觀粘度的變化趨勢(shì)相似。

1)加劑原油制備過(guò)程中手動(dòng)攪拌強(qiáng)度較低,降凝劑在混合原油中的溶解有限,短時(shí)間的高速剪切促進(jìn)了降凝劑在原油中的溶解[13],故剪切溫度較高及剪切時(shí)間較短時(shí),原油的表觀粘度有所降低。

2)當(dāng)剪切溫度逐漸接近析蠟點(diǎn)時(shí),原油中的蠟分子逐漸析出[14],此時(shí)高速剪切破壞現(xiàn)有蠟晶聚集體而產(chǎn)生眾多未與GY3(L)鏈接過(guò)的蠟晶斷面,并以此為晶核促進(jìn)蠟晶的進(jìn)一步形成,原油的表觀粘度明顯增加[15-16],降凝劑逐漸失效。

3)隨著剪切強(qiáng)度的增加或剪切時(shí)間的延長(zhǎng),溶解后的降凝劑與蠟晶之間的鏈接逐漸被打散[17],來(lái)不及與剛產(chǎn)生的細(xì)小蠟晶發(fā)生作用,原油的表觀粘度便逐漸升高。當(dāng)剪切強(qiáng)度或剪切時(shí)間增加到一定程度后,被打碎的蠟晶細(xì)小到不再受剪切作用的影響,故原油低溫流動(dòng)性惡化速度變緩。

2.4.2攪拌器和流變儀剪切規(guī)律不同點(diǎn)

攪拌器和流變儀的剪切原理不同。攪拌器通過(guò)葉片進(jìn)行剪切,剪切的無(wú)序性強(qiáng),原油飛濺嚴(yán)重,剪切時(shí)原油液面變化明顯[18]；而流變儀的剪切作用面為轉(zhuǎn)子外壁,剪切相對(duì)較緩[19]。

1)攪拌器高速剪切開(kāi)始惡化的溫度要高于流變儀高速剪切,惡化程度也較高。

2)不同剪切強(qiáng)度下,攪拌器剪切的原油流變性都優(yōu)于未剪切原油,且隨剪切強(qiáng)度增加原油表觀粘度變化明顯,而流變儀剪切的原油表觀粘度則與未剪切原油相差不多。剪切溫度較高時(shí),大的蠟晶聚集體還未形成,攪拌器剪切的無(wú)序性使降凝劑的溶解更加充分,還未達(dá)到惡化原油低溫流動(dòng)性的強(qiáng)度；而流變儀的剪切強(qiáng)度本來(lái)就弱,故短時(shí)間高速剪切對(duì)原油影響并不大[20]。

3)隨剪切時(shí)間的延長(zhǎng),流變儀高速剪切凝點(diǎn)的穩(wěn)定滯后于攪拌器,原油的低溫流動(dòng)性優(yōu)于攪拌器剪切。

3　結(jié)論

1)在剪切時(shí)間較長(zhǎng)或剪切溫度接近反常點(diǎn)時(shí),加劑原油的表觀粘度明顯增加；剪切時(shí)間較短且剪切溫度較高時(shí),加劑原油的低溫流動(dòng)性比未剪切原油有所改善。因此,在加劑原油長(zhǎng)距離輸送過(guò)程中,應(yīng)盡量避免原油經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間或低溫下的高速剪切,無(wú)法避免時(shí)應(yīng)及時(shí)補(bǔ)加降凝劑。

2)短時(shí)間內(nèi)剪切轉(zhuǎn)速、剪切速率的變化對(duì)加劑原油凝點(diǎn)和表觀粘度的影響不大,剪切強(qiáng)度較低時(shí)甚至有所降低。因此,短時(shí)間過(guò)泵剪切不會(huì)對(duì)降凝劑改性效果產(chǎn)生很大影響,降凝劑加注位置可選在離心泵前。

3)流變儀高速剪切的實(shí)驗(yàn)結(jié)果滯后于攪拌器剪切,而攪拌器剪切的工作原理與離心泵更相近,劇烈程度更大,剪切的無(wú)序性使其更接近實(shí)際情況,因此攪拌器剪切的實(shí)驗(yàn)結(jié)果更可信,建議高速剪切實(shí)驗(yàn)選用攪拌器進(jìn)行模擬。

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2015-08-24

延長(zhǎng)石油集團(tuán)定靖三線油品物性分析及加降凝劑研究

喬孟辰(1990-)，女，河北廊坊人，碩士研究生，主要從事多相管流，油氣田集輸技術(shù)的研究工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2016.02.002