呼伦贝尔-塔木察格混合原油粘温特性及模型研究*

丁 慧，董 航，司明林，赵正超，王倩楠，雷启盟

（1.东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆163318；2.大庆油田有限责任公司天然气分公司，黑龙江大庆163000；3.塔里木油田分公司库车开发部，新疆库尔勒841000）

继续教育

呼伦贝尔-塔木察格混合原油粘温特性及模型研究*

丁 慧1，董 航1，司明林2，赵正超3，王倩楠1，雷启盟1

（1.东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆163318；2.大庆油田有限责任公司天然气分公司，黑龙江大庆163000；3.塔里木油田分公司库车开发部，新疆库尔勒841000）

针对苏嵯输油管道混合输送呼伦贝尔和塔木察格原油的运行工况，采用流变测试方法对呼伦贝尔和塔木察格不同比例混合原油的粘温特性进行测试，结果表明，混合原油的粘温特性位于两种原油之间，随掺混塔木察格原油比例增大，混合粘度的粘度增加，对应混合原油的反常点也随着升高。以幂律模型作为混合原油非牛顿流体特性的流变方程，根据试验数据得到不同比例混合原油的流变方程。在此基础上，根据测试的粘温数据对5种混合原油粘度模型进行验证，从中优选出精度最高的计算模型——Kendall-Monroe模型，作为呼伦贝尔-塔木察格混合原油粘度的计算模型。

流变；混合原油；粘度模型；优选

随呼伦贝尔油田产量递减，其外输原油管道-苏嵯输油管道逐渐处于低输量运行阶段，管道的运行效率下降，管输安全性、经济性变差。为提高其管输效率，保证原油安全输送，该管道逐渐引入塔木察格油田原油进行混合输送。由于两种原油的物性差异较大，使得混合原油的各项流变参数发生较为复杂的变化，增大了苏嵯输油管道运行管理的难度。为保证混合原油的安全输送，需要对其流变参数进行测试。混合原油的粘度可以通过实验测定，但是实际输送中，混合原油的组成和比例会不断变化，为了提高工作效率，或者对多种原油混合输送方案进行优化计算时，都需要混合原油粘度的计算方法，并建立适用于混合原油粘度的计算模型。文献[1，2]做了大量研究工作，对混合原油的粘度进行测试，并提出了相关的计算模型。但对于不同种类的原油而言，其混合后的流变性变化不同，已有的计算模型适用范围有限。因此，需要针对呼伦贝尔和塔木察格不同混合比例原油进行测试分析，确定适用于与两种油品流变特性的粘度计算模型。

1 实验前准备

1.1 实验油样

呼伦贝尔原油；塔木察格原油；呼伦贝尔原油与塔木察格原油按不同比例混合的原油（混合比例分别为4∶1，4∶2与4∶4）。

1.2 实验仪器

旋转流变仪；水浴恒温箱；电子天平。

1.3 原油预处理

为消除油样的剪切历史及热历史，先对油样进行预处理。油样瓶放入水浴，静置加热至80℃，油样恒温2h，室温放置48h。

1.4 实验方法

装样温度为60℃，采用温度扫描的方法（由60℃降温到30℃，静置20min后，测试温度从30℃升到60℃）分别用剪切速率20、50和100s-1对待测油样进行粘度测试。

2 混合原油粘度测试结果

2.1 混合原油粘温曲线

呼伦贝尔原油、塔木察格原油以及两种原油按不同比例4∶1混合原油、4∶2混合原油和4∶4混合原油的具体测试结果如图所示。

图1 呼伦贝尔原油粘温曲线Fig1Hulun Buir crude oil viscosity temperature curve

图2 塔木察格原油粘温曲线Fig2Tamtsag crude oil viscosity temperature curve

图3 4∶1混合原油粘温曲线Fig.4 ∶1 Mixed crude oil viscosity temperature curve

图4 4∶2混合原油粘温曲线Fig.4 ∶2 Mixed crude oil viscosity temperature curve

图5 4∶4混合原油粘温曲线Fig5 4∶4 Mixed crude oil viscosity temperature curve

由数据及图像得出，几种油样的反常点见表1：

表1 油品的反常点Tab.1 Abnormal points of oil products

粘度随温度的增加而减小，相同温度时，混合原油中塔木察格原油所占比例越大，粘度越小。混合原油的反常点均在两种原油反常点温度之间，且混合原油中塔木察格原油的比例越大，反常点越高。

2.2 混合原油粘温方程

对于非牛顿流体，由幂律模型τ=kγn，即μ= Kγn-1，即，运用反算法，得出K、n关于温度T的关系式。以呼伦贝尔原油为例，通过拟合曲线可以得出不同温度下的K与n的值，如下表：

表2 不同温度下的各项参数值Tab.2 Parameter values at different temperatures

根据以上的数据，拟合出流动特性指数n与温度T的关系式为：n=0.00268e0.0927T，稠度系数K与温度T的关系式为：K=852518796.75e0.461T。

对于牛顿流体，即原油在大于38.4℃的状态下，根据温度大于38.4℃的粘温数据，可以得出牛顿流体的粘温方程为：μ=1413.2e-0.117T。

同理，根据上述方法，可以求得塔木察格原油以及呼伦贝尔与塔木察格原油按不用比例混合后油品的粘温方程及各项参数。总结见表3：

表3 几种油品的粘温方程及各项参数表示Tab.3 The viscosity temperature equation and the parameter representation of several kinds of oil

3 苏嵯输油管道混合原油粘度预测模型

3.1 混合原油粘度计算模型

常见的用于混合原油粘度计算的模型包括[3]：Arrhenius模型，Kendall-Monroe模型，Bingham模型，Cragoe模型和双对数模型。

（1）Arrhenius模型

（2）Kendall-Monroe模型

（3）Bingham模型

（4）Cragoe模型

（5）双对数模型

3.2 混合原油粘度计算模型优选

将这几种关于混合原油粘度模型的计算值与混合原油粘度的实测值进行对比，综合考虑平均相对偏差，最大偏差和最小偏差，优选出针对苏嵯输油管道混合原油粘度的计算模型，详见下表：

表4 混合原油粘度计算模型的误差分析Tab.4 Error analysis of mixed crude oil viscosity calculation model

由表4可以看出，对于苏嵯输油管道混合原油的粘度计算，Kendall-Monroe模型的误差最小。因此，选择Kendall-Monroe模型为苏嵯输油管道混合原油粘度的计算模型。

4 结论

（1）相同温度时，混合原油中塔木察格原油所占比例越大，粘度越小。混合原油的反常点均在两种原油反常点温度之间，且混合原油中塔木察格原油的比例越大，反常点越高。

（2）针对苏嵯输油管道混合原油粘度测试数据，回归流变方程，同时分别建立稠度系数K、流变指数n与温度之间的关系式。

（3）通过实验数据对已有粘度计算模型进行验证，优选，得出Kendall-Monroe模型对于苏嵯输油管道混合原油粘度的计算偏差最小。

［1］刘天佑，徐诚.稠油稀释后粘度的计算方法及其改进［J］.油气储运，1992,（2）：56-61.

［2］刘天佑，孙维中，高艳清，等.多组分混合原油常温输送技术［J］.油气储运，1999,（9）：1-7.

［3］杨筱蘅，张国忠.输油管道设计与管理［M］.北京:清华大学出版社，2004.80-87.

Study on hulun buir tamtsag mixed crude oil viscosity temperature characteristics and model*

DING Hui1，DONG Hang1，SI Ming-lin2，ZHAO Zheng-chao3，WANG Qian-nan1，LEI Qi-meng1
（1.College of Petroleum Engineering,Northeast Petroleum University，Daqing 163348,China; 2.Natural Gas Co.,Branch,DaqingOilfield Co.,Ltd.,Daqing 163000,China；3.Kuqa Development Department of Tarim Oilfield Company，Korla 841000，China）

According to the operation condition of suecuo oil pipeline and Hulun Buir Tamtsag mixed transportation of crude oil,the rheological test method of viscosity temperature characteristics of different proportion of lattice mixed crude oil of Hulun Buir and Tamtsag was tested,the results show that the viscosity temperature characteristics of mixed crude oil in two kinds of crude oil,mixed with the Tamtsag oil ratio increased the viscosity of the mixed,the viscosity increases,the corresponding abnormal point of mixed crude oil increased.Using Power Law Model as the rheological equation of non Newtonian fluid properties of mixed crude oil,the rheological equations of different proportion of mixed crude oil were obtained according to the experimental data.On this basis,according to the verification of the 5 kinds of mixed crude oil viscosity model of viscosity temperature test data,from the selected calculation model Kendall-Monroe model with the highest precision,as the calculation model of Hulun Buir Tamtsag mixed crude oil viscosity.

rheology；mixed crude oil；viscosity model；optimization

TE65

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20161223

2016-10-09

中国石油科技创新基金项目（2014D-5006-0607）资助

丁慧（1992-），女，汉族，山东梁山人，研究生在读，研究方向：原油流变学。