油包水乳狀液物性影響因素研究

何　蔓

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油包水乳狀液物性影響因素研究

何蔓

中國石油大學勝利學院

何蔓（1988-）女，漢族，碩士，助教，油氣儲運工程。研究方向：城市燃氣。

行業曲線

本文針對含水率對凝點和屈服應力的影響做了研究，提出隨著含水率的增加，凝點升高，屈服應力增加。的觀點（或解決方案）。在原油流變學行業（或領域）起到理論指導作用。

凝點、屈服應力是油水乳狀液的重要物性參數。凝點、屈服應力在一定程度上反映了含蠟原油停輸再啟動的難易程度。因此，研究凝點和屈服應力的影響因素至關重要。但是，目前國內外還沒有關于含水率對凝點影響、含水率對屈服應力影響的研究。本文對此做了研究，并得出了相關結論。

我國生產的原油一般屬含蠟原油，凝點相對較高，在常溫下的流變性異常復雜。在輸送過程中，由于溫度降低，原油中的蠟晶析出，形成了能夠凝聚原油的網絡結構，阻止原油的繼續流動，隨著時間的延長，溫度不斷降低，蠟晶在管道壁面上形成沉積物，造成管道堵塞，嚴重情況下，管道停輸。

原油結蠟是管道輸送一個很大的挑戰，油水乳狀液的物性影響著原油結蠟和管道停輸再啟動的難易程度，因此有必要研究油水乳狀液的物性。油水乳狀液是一個復雜的體系，凝點、屈服應力和粘度是其主要物性參數。研究表明，用凝點來判斷管道停輸后管內原油膠凝的可能性，并且粗略估計原油的流動性具有現實意義。同一取樣點所取的同類原油，如果測得凝點升高，說明該原油的流變性已經發生變化，預示著在較高溫度下，該原油將會出現反常現象，應注意采取相應的安全措施，以防止出現事故。

與凝點相比，屈服應力能較具體地反映含蠟原油管道停輸再啟動的難易程度，其對原油管道的停輸再啟動壓力起決定性作用。原油的屈服應力是使含蠟原油開始產生流動所需的最小剪切應力，在小的剪切應力作用下，由于粒子的運動被阻止，因此，流體不流動，這種體系只發生有限的彈性變形，當剪切應力超過屈服應力時，蠟晶的三維網絡結構被破壞，體系才會像粘性液體那樣發生連續的無限的變形（流動）。

因此，研究這些參數的影響因素至關重要。

圖1　不同油的凝點隨含水率的變化

研究結果及分析

含水率對凝點的影響

分別對不同含水率（含水0%，10%，20%，30%，40%，50%，60%）的Oil1，Oil2，Oil3，Oil4的凝點進行測量。測量結果如圖1所示。

從圖1可以看出：

（1）含水率小于20%、大于40%時，隨著含水率的變化，Oil1油的凝點保持不變；含水率大于20%并且小于40%時，凝點隨著含水率的增加而升高1℃。

（2）含水率小于20%、大于40%時，隨著含水率的變化，Oil2的凝點保持不變；含水率大于20%并且小于40%時，凝點隨著含水率的增加而升高1℃。

（3）含水率小于10%、大于20%且小于50%時，隨著含水率的變化，Oil3的凝點保持不變；含水率大于10%并且小于20%、大于50%時，凝點隨著含水率的增加而升高1℃、2℃。

（4）含水率小于10%時，隨著含水率的變化，Oil4的凝點保持不變；含水率大于10%并且小于20%時，凝點隨著含水率的增加而升高1℃；含水率大于20%時，凝點隨著含水率的增加而不變。

總的來看，當含水率增加時，乳狀液的動力層的厚度也增加，但是，在低含水率時，乳狀液液滴之間的距離比較大，當含水率增加時，液滴間距足以容下別的分子，分子之間的作用力很小，這樣動力層的厚度基本保持不變，蠟晶網格的結構強度也基本保持不變，因此，在低含水率下，原油凝點不隨含水率的變化而變化。當含水率在某一范圍時，由于乳狀液液滴之間的距離足以容納別的液滴，其動力層的厚度不會隨著含水率的增加而增加，蠟晶網格的結構強度也不會隨著含水率的增加而增強，因此，凝點不隨含水率的變化而變化。而在高的含水率下，由于乳狀液液滴之間的距離不足以容納別的液滴，動力層的厚度不斷增加，蠟晶網格的結構強度也不斷增強，因此，隨著含水率的增加，凝點升高。

同時，由于原油的性質不同，在相同的含水率范圍下，不同原油所對應的凝點變化規律有可能不同。

圖2　不同油的屈服應力隨含水率的變化

含水率對屈服應力的影響

在不同的測試溫度下，分別對不同含水率（含水0%，10%，20%，30%，40%，50%，60%）的Oil1，Oil2，Oil3，Oil4的屈服應力進行測量，得到了相應的屈服應力。測量結果如圖2所示。

由圖2可以看出：

（1）當含水率低于50%時，Oil1油的屈服應力隨著含水率的增加而緩慢增加，增加2.1～3.4Pa（36℃）和0.1～2.55 Pa（38℃）；當含水率高于50%時，屈服應力隨著含水率的增加而大幅增加，增加9.0Pa（36℃）和10.3 Pa（38℃）。同時，隨著溫度的降低，屈服應力增加8.3～16.2 Pa。

（2）當含水率低于40%時，Oil3的屈服應力隨著含水率的增加而緩慢增加，增加1.7～6.5Pa（30℃）和0.4～4.4 Pa（32℃）；當含水率高于40%時，屈服應力隨著含水率的增加而大幅增加，增加12.1～13.3Pa（30℃）和4.8～6.1Pa（32℃）。同時，隨著溫度的降低，屈服應力增加21.3～41.7 Pa。

（3）當含水率低于50%時，Oil4的屈服應力隨著含水率的增加而緩慢增加，增加0.5～6.9Pa（30℃）和0.2～6.9 Pa（32℃）；當含水率高于50%時，屈服應力隨著含水率的增加而大幅增加，增加20.2Pa（30℃）和8.6 Pa（32℃）。同時，隨著溫度的降低，屈服應力增加10.0～25.7 Pa。

總的來看，隨著含水率的增加，被儲存的能量增多，蠟晶聚集的量也增加，三維蠟晶網絡結構的強度增強，因此，破壞三維蠟晶網格結構所需的力增加，相應的屈服應力增加。在低含水率下，隨著含水率的增加，由于被儲存的能量增加的比較少，蠟晶聚集的比較少，三維蠟晶網絡結構的強度增加的少，因此，破壞三維蠟晶網絡結構所需的力增加的少，相應的屈服應力增加的緩慢。相反，在高含水率下，隨著含水率的增加，由于被儲存的能量增加的比較多，蠟晶聚集的比較多，三維蠟晶網絡結構的強度增加的較多，因此，破壞三維蠟晶網絡結構所需的力增加的多，相應的屈服應力增加的幅度比較大。

同時，隨著溫度的升高，部分蠟晶會溶解，這樣蠟晶聚集量減少，三維蠟晶網絡結構的強度減弱，破壞三維蠟晶網絡結構所需的力也減小，相應的屈服應力減小。由于不同原油的性質不同，在相同的含水率和溫度范圍內，屈服應力隨含水率和溫度變化的規律有可能不同。

結語

隨著含水率的增加，凝點升高。其中，在低含水率下，原油凝點基本不隨含水率的變化而變化；當含水率在某一范圍時，凝點不隨含水率的變化而變化；在高的含水率下，凝點隨著含水率的增加而升高。同時，由于原油的性質不同，在相同的含水率范圍下，不同原油所對應的凝點變化規律有可能不同。

隨著含水率的增加，屈服應力增加。其中，在低含水率下，隨著含水率的增加，屈服應力增加的緩慢；在高含水率下，隨著含水率的增加，屈服應力增加的幅度比較大；隨著溫度的升高，屈服應力減小。

DOI：10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.13.038