丁 慧，董 航，司明林，趙正超，王倩楠，雷啟盟

（1.東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院，黑龍江大慶163318；2.大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司，黑龍江大慶163000；3.塔里木油田分公司庫(kù)車(chē)開(kāi)發(fā)部，新疆庫(kù)爾勒841000）

繼續(xù)教育

呼倫貝爾-塔木察格混合原油粘溫特性及模型研究*

丁 慧1，董 航1，司明林2，趙正超3，王倩楠1，雷啟盟1

（1.東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院，黑龍江大慶163318；2.大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司，黑龍江大慶163000；3.塔里木油田分公司庫(kù)車(chē)開(kāi)發(fā)部，新疆庫(kù)爾勒841000）

針對(duì)蘇嵯輸油管道混合輸送呼倫貝爾和塔木察格原油的運(yùn)行工況，采用流變測(cè)試方法對(duì)呼倫貝爾和塔木察格不同比例混合原油的粘溫特性進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，混合原油的粘溫特性位于兩種原油之間，隨摻混塔木察格原油比例增大，混合粘度的粘度增加，對(duì)應(yīng)混合原油的反常點(diǎn)也隨著升高。以?xún)缏赡Ｐ妥鳛榛旌显头桥ｎD流體特性的流變方程，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到不同比例混合原油的流變方程。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)測(cè)試的粘溫?cái)?shù)據(jù)對(duì)5種混合原油粘度模型進(jìn)行驗(yàn)證，從中優(yōu)選出精度最高的計(jì)算模型——Kendall-Monroe模型，作為呼倫貝爾-塔木察格混合原油粘度的計(jì)算模型。

流變；混合原油；粘度模型；優(yōu)選

隨呼倫貝爾油田產(chǎn)量遞減，其外輸原油管道-蘇嵯輸油管道逐漸處于低輸量運(yùn)行階段，管道的運(yùn)行效率下降，管輸安全性、經(jīng)濟(jì)性變差。為提高其管輸效率，保證原油安全輸送，該管道逐漸引入塔木察格油田原油進(jìn)行混合輸送。由于兩種原油的物性差異較大，使得混合原油的各項(xiàng)流變參數(shù)發(fā)生較為復(fù)雜的變化，增大了蘇嵯輸油管道運(yùn)行管理的難度。為保證混合原油的安全輸送，需要對(duì)其流變參數(shù)進(jìn)行測(cè)試?；旌显偷恼扯瓤梢酝ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，但是實(shí)際輸送中，混合原油的組成和比例會(huì)不斷變化，為了提高工作效率，或者對(duì)多種原油混合輸送方案進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算時(shí)，都需要混合原油粘度的計(jì)算方法，并建立適用于混合原油粘度的計(jì)算模型。文獻(xiàn)[1，2]做了大量研究工作，對(duì)混合原油的粘度進(jìn)行測(cè)試，并提出了相關(guān)的計(jì)算模型。但對(duì)于不同種類(lèi)的原油而言，其混合后的流變性變化不同，已有的計(jì)算模型適用范圍有限。因此，需要針對(duì)呼倫貝爾和塔木察格不同混合比例原油進(jìn)行測(cè)試分析，確定適用于與兩種油品流變特性的粘度計(jì)算模型。

1 實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備

1.1 實(shí)驗(yàn)油樣

呼倫貝爾原油；塔木察格原油；呼倫貝爾原油與塔木察格原油按不同比例混合的原油（混合比例分別為4∶1，4∶2與4∶4）。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

旋轉(zhuǎn)流變儀；水浴恒溫箱；電子天平。

1.3 原油預(yù)處理

為消除油樣的剪切歷史及熱歷史，先對(duì)油樣進(jìn)行預(yù)處理。油樣瓶放入水浴，靜置加熱至80℃，油樣恒溫2h，室溫放置48h。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

裝樣溫度為60℃，采用溫度掃描的方法（由60℃降溫到30℃，靜置20min后，測(cè)試溫度從30℃升到60℃）分別用剪切速率20、50和100s-1對(duì)待測(cè)油樣進(jìn)行粘度測(cè)試。

2 混合原油粘度測(cè)試結(jié)果

2.1 混合原油粘溫曲線(xiàn)

呼倫貝爾原油、塔木察格原油以及兩種原油按不同比例4∶1混合原油、4∶2混合原油和4∶4混合原油的具體測(cè)試結(jié)果如圖所示。

圖1 呼倫貝爾原油粘溫曲線(xiàn)Fig1Hulun Buir crude oil viscosity temperature curve

圖2 塔木察格原油粘溫曲線(xiàn)Fig2Tamtsag crude oil viscosity temperature curve

圖3 4∶1混合原油粘溫曲線(xiàn)Fig.4 ∶1 Mixed crude oil viscosity temperature curve

圖4 4∶2混合原油粘溫曲線(xiàn)Fig.4 ∶2 Mixed crude oil viscosity temperature curve

圖5 4∶4混合原油粘溫曲線(xiàn)Fig5 4∶4 Mixed crude oil viscosity temperature curve

由數(shù)據(jù)及圖像得出，幾種油樣的反常點(diǎn)見(jiàn)表1：

表1 油品的反常點(diǎn)Tab.1 Abnormal points of oil products

粘度隨溫度的增加而減小，相同溫度時(shí)，混合原油中塔木察格原油所占比例越大，粘度越小。混合原油的反常點(diǎn)均在兩種原油反常點(diǎn)溫度之間，且混合原油中塔木察格原油的比例越大，反常點(diǎn)越高。

2.2 混合原油粘溫方程

對(duì)于非牛頓流體，由冪律模型τ=kγn，即μ= Kγn-1，即，運(yùn)用反算法，得出K、n關(guān)于溫度T的關(guān)系式。以呼倫貝爾原油為例，通過(guò)擬合曲線(xiàn)可以得出不同溫度下的K與n的值，如下表：

表2 不同溫度下的各項(xiàng)參數(shù)值Tab.2 Parameter values at different temperatures

根據(jù)以上的數(shù)據(jù)，擬合出流動(dòng)特性指數(shù)n與溫度T的關(guān)系式為：n=0.00268e0.0927T，稠度系數(shù)K與溫度T的關(guān)系式為：K=852518796.75e0.461T。

對(duì)于牛頓流體，即原油在大于38.4℃的狀態(tài)下，根據(jù)溫度大于38.4℃的粘溫?cái)?shù)據(jù)，可以得出牛頓流體的粘溫方程為：μ=1413.2e-0.117T。

同理，根據(jù)上述方法，可以求得塔木察格原油以及呼倫貝爾與塔木察格原油按不用比例混合后油品的粘溫方程及各項(xiàng)參數(shù)。總結(jié)見(jiàn)表3：

表3 幾種油品的粘溫方程及各項(xiàng)參數(shù)表示Tab.3 The viscosity temperature equation and the parameter representation of several kinds of oil

3 蘇嵯輸油管道混合原油粘度預(yù)測(cè)模型

3.1 混合原油粘度計(jì)算模型

常見(jiàn)的用于混合原油粘度計(jì)算的模型包括[3]：Arrhenius模型，Kendall-Monroe模型，Bingham模型，Cragoe模型和雙對(duì)數(shù)模型。

（1）Arrhenius模型

（2）Kendall-Monroe模型

（3）Bingham模型

（4）Cragoe模型

（5）雙對(duì)數(shù)模型

3.2 混合原油粘度計(jì)算模型優(yōu)選

將這幾種關(guān)于混合原油粘度模型的計(jì)算值與混合原油粘度的實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，綜合考慮平均相對(duì)偏差，最大偏差和最小偏差，優(yōu)選出針對(duì)蘇嵯輸油管道混合原油粘度的計(jì)算模型，詳見(jiàn)下表：

表4 混合原油粘度計(jì)算模型的誤差分析Tab.4 Error analysis of mixed crude oil viscosity calculation model

由表4可以看出，對(duì)于蘇嵯輸油管道混合原油的粘度計(jì)算，Kendall-Monroe模型的誤差最小。因此，選擇Kendall-Monroe模型為蘇嵯輸油管道混合原油粘度的計(jì)算模型。

4 結(jié)論

（1）相同溫度時(shí)，混合原油中塔木察格原油所占比例越大，粘度越小?；旌显偷姆闯｜c(diǎn)均在兩種原油反常點(diǎn)溫度之間，且混合原油中塔木察格原油的比例越大，反常點(diǎn)越高。

（2）針對(duì)蘇嵯輸油管道混合原油粘度測(cè)試數(shù)據(jù)，回歸流變方程，同時(shí)分別建立稠度系數(shù)K、流變指數(shù)n與溫度之間的關(guān)系式。

（3）通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)已有粘度計(jì)算模型進(jìn)行驗(yàn)證，優(yōu)選，得出Kendall-Monroe模型對(duì)于蘇嵯輸油管道混合原油粘度的計(jì)算偏差最小。

［1］劉天佑，徐誠(chéng).稠油稀釋后粘度的計(jì)算方法及其改進(jìn)［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，1992,（2）：56-61.

［2］劉天佑，孫維中，高艷清，等.多組分混合原油常溫輸送技術(shù)［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，1999,（9）：1-7.

［3］楊筱蘅，張國(guó)忠.輸油管道設(shè)計(jì)與管理［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2004.80-87.

Study on hulun buir tamtsag mixed crude oil viscosity temperature characteristics and model*

DING Hui1，DONG Hang1，SI Ming-lin2，ZHAO Zheng-chao3，WANG Qian-nan1，LEI Qi-meng1
（1.College of Petroleum Engineering,Northeast Petroleum University，Daqing 163348,China; 2.Natural Gas Co.,Branch,DaqingOilfield Co.,Ltd.,Daqing 163000,China；3.Kuqa Development Department of Tarim Oilfield Company，Korla 841000，China）

According to the operation condition of suecuo oil pipeline and Hulun Buir Tamtsag mixed transportation of crude oil,the rheological test method of viscosity temperature characteristics of different proportion of lattice mixed crude oil of Hulun Buir and Tamtsag was tested,the results show that the viscosity temperature characteristics of mixed crude oil in two kinds of crude oil,mixed with the Tamtsag oil ratio increased the viscosity of the mixed,the viscosity increases,the corresponding abnormal point of mixed crude oil increased.Using Power Law Model as the rheological equation of non Newtonian fluid properties of mixed crude oil,the rheological equations of different proportion of mixed crude oil were obtained according to the experimental data.On this basis,according to the verification of the 5 kinds of mixed crude oil viscosity model of viscosity temperature test data,from the selected calculation model Kendall-Monroe model with the highest precision,as the calculation model of Hulun Buir Tamtsag mixed crude oil viscosity.

rheology；mixed crude oil；viscosity model；optimization

TE65

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20161223

2016-10-09

中國(guó)石油科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目（2014D-5006-0607）資助

丁慧（1992-），女，漢族，山東梁山人，研究生在讀，研究方向：原油流變學(xué)。