雷启盟，董航，司明林，丁慧

（1.东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆163318；2.中国石油天然气管道局第四工程分公司（中国石油天然气管道局穿越分公司），河北廊坊065000）

大庆-俄罗斯混合原油触变性规律实验研究*

雷启盟1，董航1，司明林2，丁慧1

（1.东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆163318；2.中国石油天然气管道局第四工程分公司（中国石油天然气管道局穿越分公司），河北廊坊065000）

针对不同比例的大庆-俄罗斯混合原油，采用流变测试方法对不同实验条件下混合原油的触变规律进行研究。重点考察降温速率、剪切速率、静置时间等因素对含蜡混合原油触变性的影响规律。结果表明，相比于单一种类原油，混合原油触变性发生很大改变，随掺混俄油比例增加，混合原油动平衡表观粘度下降，从结构破坏达到动平衡的时间和表观粘度衰减量逐渐减小，混合原油流动性具有很大改善。随着降温速率、剪切速率、静置时间的增加，含蜡原油从结构破坏达到动平衡的时间和表观粘度衰减量均逐渐减小，但掺混比例对动平衡表观粘度的影响变化复杂，存在非线性变化特征。

混合原油；流变实验；触变性；表观粘度

含蜡原油在低温条件下，由于蜡晶的析出并长大以及蜡晶之间的絮凝，所以表现出不同程度的触变性［1］。在含蜡原油管道输送过程中，触变性是衡量其低温流动性的重要指标，直接影响到管道启动的压力、流量和时间等，是评价含蜡原油管道停输再启动安全性的重要基本资料［2］。为了有效提高管道的输送效率，解决低输量管道的安全经济运行问题，常采用不同种类原油混合输送的管输方式。但混合后的原油触变性往往发生复杂变化，不仅受实际管输条件影响，还与混合原油的比例有关。目前，针对原油流变性的研究已有相关研究报道，如含蜡原油的粘温特性［3，4］、粘弹性［5，6］和胶凝结构的屈服特性［7］。但针对混合原油的触变性变化规律研究相对较少，而触变性对于混合原油停输再启动过程的安全性评价具有重要意义。

1 实验部分

1.1实验仪器

RheolabQC型旋转流变仪（德国Anton Paar公司）；空冷温控电子元件控温；SC/AC-S型水浴恒温箱（HAAKE公司）。

1.2 原油预处理

为消除油样的剪切历史和热历史，对油样进行水浴加热预处理，将实验油样温度加热到80℃，恒温2h，然后自然冷却至室温，并静置48h。

1.3 实验方案

实验选取大庆油田储运销售分公司所辖庆哈输油管道输送的大庆原油与俄罗斯原油进行油样配比，分别配制大庆-俄罗斯原油比例为5：1和3：1两种比例混合油样。分别对大庆原油、混合油样（5：1）和混合油样（3：1）进行触变性实验，探讨降温速率、静置时间和剪切速率等实验条件相同时，不同掺混比例对混合油样触变性结果的影响。实验方案见表1。

表1 实验方案Tab.1 Experimental program

2 结果与讨论

2.1 不同降温速率的触变性测试

选取降温速率分别为0.5、0.8和1℃·min-1，在较高剪切速率剪切50min，再让其结构恢复50min，对庆油、混合油样（5：1）和混合油样（3：1）进行触变性测试。

通过对3种不同比例混合原油的实验数据可得到降温速率对混合原油触变性的影响规律，见图1～3。

从图1～3可以看出，恒温静置的混合原油（触变性流体），在恒定剪切速率下，测得流体的剪切应力随时间而连续下降，即表观粘度基本上不再随时间而下降。随着剪切时间的增加，原油会呈现出动平衡状态，即表观粘度基本上不再随时间而变化。在其他实验条件不变的情况下，经历高剪切速率剪切的流体，触变性流体已产生与特定高剪切速率相应的剪切流动，当改换为恒定低剪切速率测定时，其表观粘度随时间迅速上升，远高于高剪切速率下的表观粘度，并且每种降温速率下各比例油样呈现相同规律。在其他实验条件相同的情况下，无论哪种降温速率，纯庆油的表观粘度最大，庆俄3：1油样的表观粘度次，庆俄5：1油样的表观粘度最小。即随着俄油所占比例的增加，混合原油结构恢复后表观粘度减小，触变性减弱。

图1 0.5℃·min-1时表观粘度随时间的变化Fig.1 Change of apparent viscosity with time at0.5℃·min-1

图2 0.8℃·min-1时表观粘度随时间的变化Fig.2 Change ofapparentviscosity with time at0.8℃·min-1

图3 1℃·min-1时表观粘度随时间的变化Fig.3 Change of apparent viscosity with time at 1℃·min-1

表2 触变性原油结构破坏达到动平衡的时间（min）Tab.2 Thixotropic structure of crude oil from damage to the dynamic balance time（min）

从表2可以看出，在其他实验条件相同的情况下，不同比例的混合原油在结构破坏达到动平衡时，纯庆油所需时间最长，庆俄3：1油样次之，庆俄5：1油样最小。即随着俄油所占比例的增加，触变性原油结构破坏达到动平衡时所需时间减小。结构衰减过程中，相同实验条件下，达到动平衡的时间不呈现线性关系。同时，每种比例的混合原油随着降温速率的增加，其结构破坏达到动平衡的时间逐渐减小。

表3 初始与达到动平衡表观粘度的衰减量（mPa·s）Tab.2 A mount of attenuation between the initial viscosity and the dynamic equilibrium viscosity（mPa·s）

从表3可以看出，在其他实验条件相同的情况下，不同比例的混合原油在结构破坏达到动平衡时，纯庆油表观粘度衰减量最大，混合油样5：1次之，混合油样3：1最小。即随着俄油所占比例的增加，触变性原油结构破坏达到动平衡时表观粘度衰减量减小。

2.2 不同剪切速率的触变测试

选取剪切速率分别为25、50、80s-1，在较高剪切速率剪切50min，再让其结构恢复50min，对庆油、混合油样（5：1）和混合油样（3：1）进行触变性测试。

通过对3种不同比例油样的实验数据可得到剪切速率对混合原油触变性的影响规律，见图4～6。

图4 25s-1时表观粘度随时间的变化Fig.4 C hange of apparent viscosity with time in 25s-1

图5 50s-1时表观粘度随时间的变化Fig.5 Change of apparent viscosity with time in 50s-1

图6 80s-1时表观粘度随时间的变化Fig.6 Change of apparent viscosity with time in 80s-1

从图4～6可以看出，在其他实验条件不变的情况下，在高剪切速率下随着剪切速率的增加，原油的表观粘度减小；当改换为恒定低剪切速率时，其表观粘度随时间迅速上升（远远高于高剪切速率下的表观粘度），此时表现为原油触变性，并且每种剪切速率下各比例油样呈现相同规律。在其他实验条件相同的情况下，无论哪种剪切速率，纯庆油的表观粘度最大，庆俄3：1油样的表观粘度次，庆俄5：1油样的表观粘度最小。即随着俄油所占比例的增加，混合原油结构恢复后表观粘度减小，触变性减弱。

表4 触变性原油结构破坏达到动平衡的时间（min）Tab.4 Thixotropic structure of crude oil from damage to the dynamic balance time（min）

从表4可以看出，在其他实验条件相同的情况下，不同比例的混合原油在结构破坏达到动平衡时，纯庆油所需时间最长，庆俄3：1油样次之，庆俄5：1油样最小。即随着俄油所占比例的增加，触变性原油结构破坏达到动平衡时所需时间减小。同时，每种比例的混合原油随着剪切速率的增加，其结构破坏达到动平衡的时间逐渐减小。

表5 初始与达到动平衡表观粘度的衰减量（mPa·s）Tab.5 Amount of attenuation between the initial viscosity and the dynamic equilibrium viscosity（mPa·s）

从表5可以看出，在其他实验条件相同的情况下，不同比例的混合原油在结构破坏达到动平衡时，纯庆油表观粘度衰减量最大，混合油样5：1次之，混合油样3：1最小。即随着俄油所占比例的增加，触变性原油结构破坏达到动平衡时表观粘度衰减量减小。

2.3 改变静置时间的触变测试

选取静置时间分别为20、30、40，在较高剪切速率剪切50min，再让其结构恢复50min，对庆油、混合油样（5：1）和混合油样（3：1）进行触变性测试。

通过对3种不同比例油样的实验数据可得到静置时间对混合原油触变性的影响规律，见图7～9。

图7 静置20min时表观粘度随时间的变化Fig.7 Change of apparent viscosity with time in static 20min

图8 静置30min时表观粘度随时间的变化Fig.8 Change of apparent viscosity with time in static 30min

图9 静置40min时表观粘度随时间的变化Fig.9 Change of apparent viscosity with time in static 40min

从图7～9可以看出，在其他实验条件不变的情况下，在高剪切速率下随着剪切速率的增加，原油的表观粘度减小；当改换为恒定低剪切速率时，其表观粘度随时间迅速上升（远远高于高剪切速率下的表观粘度），此时表现为原油触变性，并且每种静置时间下各比例油样呈现相同规律。在其他实验条件相同的情况下，纯庆油的表观粘度最大，庆俄3：1油样的表观粘度次，庆俄5：1油样的表观粘度最小。即随着俄油所占比例的增加，混合原油结构恢复后表观粘度减小，触变性减弱。

表6 触变性原油结构破坏达到动平衡的时间（min）Tab.6 Thixotropic structure of crude oil from damage to the dynamic balance time（min）

从表6可以看出，在其他实验条件相同的情况下，不同比例的混合原油在结构破坏达到动平衡时，纯庆油所需时间最长，庆俄3：1油样次之，庆俄5：1油样最小。即随着俄油所占比例的增加，触变性原油结构破坏达到动平衡时所需时间减小。同时，每种比例的混合原油随着剪切速率的增加，其结构破坏达到动平衡的时间逐渐减小。

表7 初始与达到动平衡表观粘度的衰减量（mPa·s）Tab.7 Amount of attenuation between the initial viscosity and the dynamic equilibrium viscosity（mPa·s）

从表7可以看出，在其他实验条件相同的情况下，不同比例的混合原油在结构破坏达到动平衡时，纯庆油表观粘度衰减量最大，混合油样5：1次之，混合油样3：1最小。即随着俄油所占比例的增加，触变性原油结构破坏达到动平衡时表观粘度衰减量减小。

3 结论

（1）恒温静置的原油（触变性流体），在恒定剪切速率下，测得流体的剪切应力随时间而连续下降，即表观粘度随剪切时间而下降；随着剪切时间的增加，原油会呈现出动平衡状态，即剪切应力基本上不再随时间而变化。

（2）不同实验条件下，随掺混俄油比例增加，混合原油动平衡表观粘度下降，从结构破坏达到动平衡的时间和表观粘度衰减量逐渐减小，含蜡原油的触变性减弱，流变性具有很大改善。对比不同实验工况，掺混比例对动平衡表观粘度的影响变化复杂，存在非线性变化特征。

（3）随着降温速率、剪切速率、静置时间的增加，含蜡原油从结构破坏达到动平衡的时间和表观粘度衰减量均逐渐减小。

［1］Lee Chi H,Moturi Venkat,Lee Yugyung.Thixotropic property in pharmaceuticalformulations［J］.JournalofControlled Release,2009, 136（2）.

［2］张劲军，朱应如，李鸿英，等.含蜡原油特征温度实验研究［J］.石油学报，2007，28（4）：112-114；118.

［3］林棋,娄晨.混合原油粘度计算模型归纳浅析［J］.中国石油和化工标准与质量,2014,（12）：251；249.

［4］王晓梅,艾慕阳.利用生产数据确定管输含蜡原油的粘温关系［J］.油气储运,2008,（5）：21-23；65；69.

［5］王丹.含蜡原油粘弹性与蜡晶结构的关系研究［D］.中国石油大学,2011.

［6］刘荣花.胶凝原油黏弹塑性破坏过程研究［D］.中国石油大学（华东）,2014.

［7］兰浩.胶凝原油屈服特性及环道启动过程研究［D］.中国石油大学,2010.

Experimental study on law of contact denaturation of Daqing-Russian mixed crude oil*

LEI Qi-meng1,DONG Hang1,SI Ming-lin2,DING Hui1
（1.College of Petroleum Engineering,Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China;2.China Petroleum and Natural Gas Pipeline Bureau fourth Engineering Branch Company（China Petroleum and natural gas pipeline branch）,Langfang 065000, China）

According to the different proportion of Daqing-Russian mixed crude oil,to study the regularity of mixed crude oil thixotropy under different experimental conditions by using rheological test method.The effects of cooling rate,shear rate and settling time on the properties of waxy crude oil were investigated.The results show that, compared with the single type of crude oil,the mixed crude oil has changed greatly.The apparent viscosity of mixed crude oil is decreased with the increase of the proportion of mixed Russian oil,and the time and apparent viscosity attenuation of dynamic equilibrium is decreased gradually from the structural failure,and the fluidity of mixed crude oil is greatly improved.With the increase of cooling rate,shear rate and standing time,the amount of time and apparent viscosity of waxy crude oil to reach dynamic equilibrium decreased gradually.However,the influence of blending ratio on the apparent viscosity of dynamic equilibrium is complex,and there are nonlinear variation characteristics.

mixed crude oil;rheological experiment;thixotropy;apparent viscosity

TE832.3

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170117

2016-10-11

中国石油科技创新基金项目（2014D-5006-0607）；东北石油大学青年基金项目（NEPUBS201505）；东北石油大学优秀科研人才培育基金资助（SCXHB201601）；东北石油大学优秀科研人才培育基金项目（SCXHB201601）

雷启盟（1990-），男，黑龙江佳木斯人，在读硕士研究生，研究方向：原油流变学。