油包水乳状液物性影响因素研究

2016-08-01何蔓

中国科技信息 2016年13期

关键词：屈服应力乳状液网络结构

何　蔓

油包水乳状液物性影响因素研究

何蔓

中国石油大学胜利学院

何蔓（1988-）女，汉族，硕士，助教，油气储运工程。研究方向：城市燃气。

行业曲线

本文针对含水率对凝点和屈服应力的影响做了研究，提出随着含水率的增加，凝点升高，屈服应力增加。的观点（或解决方案）。在原油流变学行业（或领域）起到理论指导作用。

凝点、屈服应力是油水乳状液的重要物性参数。凝点、屈服应力在一定程度上反映了含蜡原油停输再启动的难易程度。因此，研究凝点和屈服应力的影响因素至关重要。但是，目前国内外还没有关于含水率对凝点影响、含水率对屈服应力影响的研究。本文对此做了研究，并得出了相关结论。

我国生产的原油一般属含蜡原油，凝点相对较高，在常温下的流变性异常复杂。在输送过程中，由于温度降低，原油中的蜡晶析出，形成了能够凝聚原油的网络结构，阻止原油的继续流动，随着时间的延长，温度不断降低，蜡晶在管道壁面上形成沉积物，造成管道堵塞，严重情况下，管道停输。

原油结蜡是管道输送一个很大的挑战，油水乳状液的物性影响着原油结蜡和管道停输再启动的难易程度，因此有必要研究油水乳状液的物性。油水乳状液是一个复杂的体系，凝点、屈服应力和粘度是其主要物性参数。研究表明，用凝点来判断管道停输后管内原油胶凝的可能性，并且粗略估计原油的流动性具有现实意义。同一取样点所取的同类原油，如果测得凝点升高，说明该原油的流变性已经发生变化，预示着在较高温度下，该原油将会出现反常现象，应注意采取相应的安全措施，以防止出现事故。

与凝点相比，屈服应力能较具体地反映含蜡原油管道停输再启动的难易程度，其对原油管道的停输再启动压力起决定性作用。原油的屈服应力是使含蜡原油开始产生流动所需的最小剪切应力，在小的剪切应力作用下，由于粒子的运动被阻止，因此，流体不流动，这种体系只发生有限的弹性变形，当剪切应力超过屈服应力时，蜡晶的三维网络结构被破坏，体系才会像粘性液体那样发生连续的无限的变形（流动）。

因此，研究这些参数的影响因素至关重要。

图1　不同油的凝点随含水率的变化

研究结果及分析

含水率对凝点的影响

分别对不同含水率（含水0%，10%，20%，30%，40%，50%，60%）的Oil1，Oil2，Oil3，Oil4的凝点进行测量。测量结果如图1所示。

从图1可以看出：

（1）含水率小于20%、大于40%时，随着含水率的变化，Oil1油的凝点保持不变；含水率大于20%并且小于40%时，凝点随着含水率的增加而升高1℃。

（2）含水率小于20%、大于40%时，随着含水率的变化，Oil2的凝点保持不变；含水率大于20%并且小于40%时，凝点随着含水率的增加而升高1℃。

（3）含水率小于10%、大于20%且小于50%时，随着含水率的变化，Oil3的凝点保持不变；含水率大于10%并且小于20%、大于50%时，凝点随着含水率的增加而升高1℃、2℃。

（4）含水率小于10%时，随着含水率的变化，Oil4的凝点保持不变；含水率大于10%并且小于20%时，凝点随着含水率的增加而升高1℃；含水率大于20%时，凝点随着含水率的增加而不变。

总的来看，当含水率增加时，乳状液的动力层的厚度也增加，但是，在低含水率时，乳状液液滴之间的距离比较大，当含水率增加时，液滴间距足以容下别的分子，分子之间的作用力很小，这样动力层的厚度基本保持不变，蜡晶网格的结构强度也基本保持不变，因此，在低含水率下，原油凝点不随含水率的变化而变化。当含水率在某一范围时，由于乳状液液滴之间的距离足以容纳别的液滴，其动力层的厚度不会随着含水率的增加而增加，蜡晶网格的结构强度也不会随着含水率的增加而增强，因此，凝点不随含水率的变化而变化。而在高的含水率下，由于乳状液液滴之间的距离不足以容纳别的液滴，动力层的厚度不断增加，蜡晶网格的结构强度也不断增强，因此，随着含水率的增加，凝点升高。

同时，由于原油的性质不同，在相同的含水率范围下，不同原油所对应的凝点变化规律有可能不同。

图2　不同油的屈服应力随含水率的变化

含水率对屈服应力的影响

在不同的测试温度下，分别对不同含水率（含水0%，10%，20%，30%，40%，50%，60%）的Oil1，Oil2，Oil3，Oil4的屈服应力进行测量，得到了相应的屈服应力。测量结果如图2所示。

由图2可以看出：

（1）当含水率低于50%时，Oil1油的屈服应力随着含水率的增加而缓慢增加，增加2.1～3.4Pa（36℃）和0.1～2.55 Pa（38℃）；当含水率高于50%时，屈服应力随着含水率的增加而大幅增加，增加9.0Pa（36℃）和10.3 Pa（38℃）。同时，随着温度的降低，屈服应力增加8.3～16.2 Pa。

（2）当含水率低于40%时，Oil3的屈服应力随着含水率的增加而缓慢增加，增加1.7～6.5Pa（30℃）和0.4～4.4 Pa（32℃）；当含水率高于40%时，屈服应力随着含水率的增加而大幅增加，增加12.1～13.3Pa（30℃）和4.8～6.1Pa（32℃）。同时，随着温度的降低，屈服应力增加21.3～41.7 Pa。

（3）当含水率低于50%时，Oil4的屈服应力随着含水率的增加而缓慢增加，增加0.5～6.9Pa（30℃）和0.2～6.9 Pa（32℃）；当含水率高于50%时，屈服应力随着含水率的增加而大幅增加，增加20.2Pa（30℃）和8.6 Pa（32℃）。同时，随着温度的降低，屈服应力增加10.0～25.7 Pa。

总的来看，随着含水率的增加，被储存的能量增多，蜡晶聚集的量也增加，三维蜡晶网络结构的强度增强，因此，破坏三维蜡晶网格结构所需的力增加，相应的屈服应力增加。在低含水率下，随着含水率的增加，由于被储存的能量增加的比较少，蜡晶聚集的比较少，三维蜡晶网络结构的强度增加的少，因此，破坏三维蜡晶网络结构所需的力增加的少，相应的屈服应力增加的缓慢。相反，在高含水率下，随着含水率的增加，由于被储存的能量增加的比较多，蜡晶聚集的比较多，三维蜡晶网络结构的强度增加的较多，因此，破坏三维蜡晶网络结构所需的力增加的多，相应的屈服应力增加的幅度比较大。

同时，随着温度的升高，部分蜡晶会溶解，这样蜡晶聚集量减少，三维蜡晶网络结构的强度减弱，破坏三维蜡晶网络结构所需的力也减小，相应的屈服应力减小。由于不同原油的性质不同，在相同的含水率和温度范围内，屈服应力随含水率和温度变化的规律有可能不同。