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稠油掺水流变性实验研究及流变仪设计

1实验部分

1.1实验的目的和意义

稠油集输工艺主要有加热稀化和掺稀油两种方法，但加热稀化工艺的热力和动力损失非常大，而掺稀油工艺又受到稀油来源和价格的限制，所以说两种工艺的集输成本都很高，都有局限性。那么，是不是稠油集输只能靠这两种方法来达到降粘的效果呢？这也是一个长期困扰着我们储运界的问题。最近，有些单位和部门尝试了另一种方法，那就是在稠油中加入一定量的水，使其形成乳状液，从而达到降粘的目的。如辽河油田就实施了这一工艺，并获得了很大的成功。但由于稠油掺水之后的流变性质发生改变，而现今又没有成型的理论来解释这个问题，因此在集输管网设计及筛选乳状液时遇到了很大的困难。而我们此次的设计就是要搞清稠油掺水之后的流变特性、粘温特性究竟是怎样的。此次我们试验用油品是来自辽河油田的，所以试验结论对辽河油田来讲是很具实际意义的，同时，我们的结论也将对其它油田的稠油集输工艺有很大的指导意义。

1.2实验方案

油样是取自辽河油田的杜-84特稠油，水样有辽河油田采油后脱下的水和自来水两种。为了全面搞清其流变特性，掺水工况拟为0%、5%、10%、13%、15%、20%、30%、40%、50%和70%；温度测点取为55℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃和95℃8个测温点；乳状液是将量好的油水混合物在60℃下以1000的转速搅拌40分钟得到的。

试验中使用RV2旋转粘度计测量油样的粘度，它是双重系统的仪器，即有圆筒系统和锥-板系统，实验中所用的是圆筒系统。它的原理可用下式表示：

其中：——被测油品的动力粘度；

Dr——剪切梯度查表可得；

τ——剪切应力；

Z——仪器常数，可标定得出；

——指示仪表读数。

用RV2旋转粘度计测量时，对牛顿流体可只作单点测量，而对非牛顿流体由于其粘度不仅与温度有关而且与剪切梯度有关，因此应做多点测量以得到流变曲线，这里我测了5个点。

1.3数据处理与结论

1.3.1绘制图形

利用得到的数据用origin软件作了粘温曲线如图1，粘度随含水率变化曲线如图2

图1粘温曲线

图2粘度随含水率变化曲线

1.3.2结论

通过观察图形及分析可以得出以下结论：

⑴辽河稠油不含水时是牛顿流体，掺水之后为非牛顿流体，其粘度不仅与温度有关而且与剪切梯度有关。

⑵辽河稠油掺水后形成的乳状液含水在20%前即开始转相，并且随温度的升高转相点有升高的趋势，但都没有超过20%。

⑶通过用公式计算n值，发现在不含水时n=1，在含水越低温度越高时n接近于1，在含水越高温度越低时n小于1。也就是说，稠油在不含水或低含水时接近牛顿流体，高含水时为非牛顿流体中的伪塑性流体。

2设计部分

2.1设计参数：粘度20000mpa.s，流量2.2

2.2仪器设计及结构

本次设计的细管式流变仪可分为试料循环系统、恒温系统、测量系统和管道部件四部分。其中试料循环系统由试验细管、试料罐和泵组成。实验细管是一条管径为15mm，壁厚为2.75mm，管长9.5m的水煤气钢管；试料罐为双层结构，便于充恒温水以保持恒温；泵为螺杆泵。恒温系统由恒温水管道、恒温水槽、恒温水罐、恒温水循环泵以及水罐加热装置组成。测量系统由质量流量计和差压变送器组成。管道部件主要有止回阀、流量调节阀、排空阀及搅拌器等。试料循环管道用法兰连接，恒温水管道用螺纹连接。其结构图如下：

1——油循环泵2——储油罐3——搅拌器

4——质量流量计5——试验细管6——恒温水槽

7——恒温水加热装置8——恒温水罐9——恒温水循环泵

10——支架11——差压变送器

2.3粘度计测量原理

它是通过流体在细管内的恒定剪切流动，实测压降和流量来推算剪切应力与剪切速率的关系，已确定流变特性。对牛顿流体其计算公式为

式中：μ—流体的动力粘度；

—压差；

D—管径；

L—测试段管长；

v—流速。