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长距离管道输送过程中,含蜡原油的流动性会发生一系列变化,准确掌握这些变化规律对于管道的管理和安全运行具有重要的现实意义。由于计划和事故停输后,原油可能随温度的降低而接近胶凝态,对管道的安全再启动造成威胁。因此,研究胶凝含蜡原油的屈服特性规律对保证整个管道系统工程的安全具有指导意义。
以西部原油管道为工程背景,选取具有代表性的玉门-张掖站间,通过室内模拟实验研究了北疆原油和吐哈原油经过降凝剂改性和未经改性时,在管道正常输送和停输后流动性的变化规律。在此基础上,依据悬浮液粘度理论提出了描述管输过程中含蜡原油粘度变化规律的经验相关式。用本研究的实验数据和文献数据对该式的拟合分析表明此式与上述数据吻合良好,所用107组数据拟合的平均相对偏差为6.0%,其中有98组的相对偏差的绝对值在15.0%以内,计算结果的可靠度为91.6%。
针对管道停输后的再启动问题,通过室内实验研究了胶凝北疆原油和吐哈原油在应力阶跃式增加、匀速增加和恒应力3种条件下的屈服特性规律。发现两种胶凝含蜡原油均在屈服前后存在两个应变速率快速增加段。每种胶凝原油的屈服应变在不同加载条件下落在同一较窄的范围内,与加载方式的变化关系不明显。在分析应力增加速率与屈服时间关系的基础上,首次提出了描述两者关系的表达式,对式中参数的意义进行了说明。用本研究的实验数据和文献中数据分析的结果表明该式对胶凝含蜡原油具有通用性。
在了解停输后“活动”管道对再启动有利的基础上,利用流变仪在剪切速率为10-1~103s-1数量级范围内研究了剪切对胶凝加剂原油和胶凝空白原油流变特性的影响。结果表明,胶凝含蜡原油经过剪切并静置恢复后,其粘弹性模量和屈服应力随剪切速率的增加均呈先减小后增加的趋势,损耗角呈先增大后减小的趋势。经过剪切后胶凝含蜡原油的粘弹性模量、损耗角和屈服应力之间并无严格的对应关系,即粘弹性模量最小并不意味着损耗角最大,也不意味着屈服应力最小。相对而言,高速剪切可能使降凝剂改性胶凝原油的屈服应力较明显地反弹而不利于管道的安全再启动。