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胶凝原油屈服特性研究

作　者: 郁振华
导　师: 李传宪
学　校: 中国石油大学
专　业: 油气储运工程
关键词: 胶凝原油 屈服应力 屈服应变 屈服时间 触变性
分类号: TE81
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


本论文以原油流变学理论为基础,利用RS75控制应力流变仪对青海胶凝原油的屈服特性进行了深入的实验研究。首先通过蠕变/回复实验研究了静态降温速率、高速剪切温度和动态降温中剪切速率等因素对原油屈服过程中初始阶段的影响。发现随降温速率的增大,原油瞬时弹性应变增大,蠕变产成的应变也增大。当高速剪切温度高于析蜡点时,不影响原油的胶凝结构;当高速剪切温度低于析蜡点且高于胶凝点时,原油的胶凝结构随剪切温度的升高而增强;而在胶凝点附近施加高速剪切时,原油的胶凝结构会减弱。动态降温过程中,剪切速率越大,胶凝结构的强度越弱,蠕变产生的应变越大。研究了测量温度、静态降温速率及剪切历史等外部因素对原油屈服特性的影响。发现在相同测量方式下,随降温速率的增大或测量温度的降低,屈服应力增大、屈服时间变长、屈服应变减小。当动态剪切终止温度在反常点4℃以上时,对胶凝结构的影响较小;在反常点附近时,胶凝结构增强;动态剪切终止温度在反常点4℃以下时,随终止温度的降低,胶凝结构也逐渐减弱。恒温预剪切时,如预剪切速率极低或预剪切时间极短,基本不影响原油的胶凝结构;预剪切速率较低或预剪切时间较短时,原油屈服时会出现二次屈服现象;预剪切速率较大或者预剪切时间较长时,施加应力后原油立即屈服。研究了原油在不同屈服实验方法下的屈服特性。发现阶梯式增加剪切应力方式下,增大阶段应力增加幅度或减小单阶作用时间,均会使原油的屈服应力增大、屈服时间减小。而在连续增加剪切速率方式下,剪切速率的增加速率较小时,应力随剪切速率的增加出现应力波动现象;随剪切速率增加速率的增大,应力波动现象逐渐减小直至消失。经研究认为屈服应力存在两个分界值,即静态屈服应力和瞬时破坏屈服应力。当施加应力低于静态屈服应力时,无论多长时间也不能使胶凝原油屈服;当施加应力大于瞬时破坏屈服应力时,胶凝原油应力施加瞬时就会屈服;当施加应力在两者之间时,只要应力施加时间足够长就能使胶凝原油屈服,但屈服时间随施加应力的减小而延长。本论文还通过原油触变性理论推导并结合实验数据,对Houska模型进行了改进,得到了一种描述原油触变性的新方法,该方法使用方便且能较准确地描述不同剪切速率下胶凝原油的触变特征。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
前言  9-11
第一章 绪论  11-18
  1.1 胶凝原油概述  11-13
    1.1.1 溶胶和凝胶的基本概念  11-12
    1.1.2 胶凝原油的特点  12
    1.1.3 胶凝的判别方法  12-13
  1.2 含蜡原油的流变性  13-18
    1.2.1 含蜡原油的粘弹性  14-15
    1.2.2 含蜡原油的屈服特性  15-16
    1.2.3 含蜡原油的触变性  16-18
第二章 实验概况  18-24
  2.1 实验内容  18
  2.2 测量仪器及实验原理  18-20
  2.3 实验油样及其基本物性  20-23
  2.4 实验油样的预处理  23
  2.5 屈服应变及屈服应力的判断方法  23-24
第三章 实验结果及分析  24-67
  3.1 胶凝含蜡原油的蠕变/回复特性  24-34
    3.1.1 线性粘弹性范围的确定  24-25
    3.1.2 线性粘弹性范围内的蠕变/回复特性  25-26
    3.1.3 非线性粘弹性范围内的蠕变/回复特性  26
    3.1.4 不同降温速率对蠕变/回复特性的影响  26-29
    3.1.5 高速剪切对蠕变/回复特性的影响  29-32
    3.1.6 动态降温对蠕变/回复特性的影响  32-33
    3.1.7 小结  33-34
  3.2 不同历史效应对胶凝含蜡原油屈服特性的影响  34-46
    3.2.1 不同降温速率对胶凝原油屈服特性的影响  34-36
    3.2.2 不同测量温度点对胶凝原油屈服特性的影响  36-39
    3.2.3 不同动态降温历史对胶凝原油屈服特性的影响  39-41
    3.2.4 不同预剪切历史对胶凝原油屈服特性的影响  41-45
    3.2.5 小结  45-46
  3.3 不同测量方式下的胶凝含蜡原油屈服特性  46-62
    3.3.1 连续增加剪切应力方式  46-49
    3.3.2 阶梯式增加剪切应力方式  49-55
    3.3.3 恒剪切应力方式  55-56
    3.3.4 应力扫描方式  56-59
    3.3.5 连续增加剪切速率方式  59-61
    3.3.6 小结  61-62
  3.4 胶凝含蜡原油的触变性  62-67
    3.4.1 公式推导  63-64
    3.4.2 公式分析  64
    3.4.3 实例拟合  64-67
结论  67-69
参考文献  69-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 石油、天然气工业 > 石油、天然气储存与运输 > 油气储运过程中油气性质及组分测定
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