【正文】 ① 管網(wǎng)工況穩(wěn)定，管道處于熱力穩(wěn)定狀態(tài)； ② 管道保溫層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定； ③ 徑向溫差較小，可以忽略不計，只認為它只在管道軸向方向存在溫差； ④ 伴熱管與集油管間的相互影響忽略不計； ⑤ 只存在軸向速度，并且同一截面上的速度相等 ?！妫?； 0t —— 管外環(huán)境溫度 （ ℃ ） ； D —— 管道外直徑 （ m） ； C —— 管線平均溫度下管內(nèi)輸送介質(zhì)的比熱容， J/(kgK)。 考慮到本文所研究的管線長度不長、管徑不大，摩擦熱對沿程溫度分布的影響不大，故忽略摩擦熱的作用。 5. 摻水點混合液溫度的計算 在摻水點處，油水混合后的混合液溫度 t21 的確定方法： 假設(shè)油井產(chǎn)液量為 11q ，原油含水率為 ? ，則在忽略油水混合時的散熱損失的前提下，根據(jù)能量守恒定律，冷流體吸收的熱量等于熱流體放出的熱量，即 ： ? ? ? ?1 1 2 1 1 1 1 1 2 1( ( 1 ) )o w wC C q t t q C t t??? ? ? ? ? （ 27） 式中 21t —— 熱污水與原油混合后的溫度 （ ℃ ） ； 1t —— 摻水點處熱污水的溫度 （ ℃ ） ； 11t —— 原油的井口出油溫度 （ ℃ ） ； 西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 7 1q —— 熱污水的質(zhì)量流量 （ kg/s） ； 11q —— 油井產(chǎn)液的質(zhì)量流量 （ kg/s） ； 其他符號意義同上?！妫?； D —— 所選基準(zhǔn)傳熱面的直徑 （ m） ； iD —— 管道第 i 層的直徑 （ m） ； 1iD? —— 管道第 i+1 層的直徑 （ m） ； wD —— 管道最外層的直徑 （ m） ； 1D —— 管道的內(nèi)徑 （ m） 。 因此當(dāng)流動 為紊流流動時， 不保溫的埋 地 熱輸管道 的 總傳熱系數(shù) K 近似等于 2? 。但實際管線由于投產(chǎn)已達十幾年甚至二十幾年以上，有些管段保溫層已經(jīng)破損，有些已經(jīng)外露，因此實際傳熱系數(shù)跟理論上選取的傳熱系數(shù)相差較大，因此有必要對摻水管段和集油管段的傳熱系數(shù)根據(jù)實際情況進行計算。由于流體本身具有粘性，流動時有內(nèi)摩擦力產(chǎn)生；流道邊界不可能完全光滑，也要產(chǎn)生摩擦力；同時流動過程中還會有流道的形狀、流動方向的變化與其它障礙，這些都會使流體在流動過程中受到阻力。 造成管流壓力變化的主要原因就是由于流體在流動過程中的流動阻力損失 h? 。 表 25 不同流動狀態(tài)的摩阻系數(shù) λ計算公式 流態(tài)類別 雷諾數(shù)范圍 計算公式 層 流 2020Re? 64Re?? 紊流 水力光滑區(qū) 11 8 / 73000Re ReRe ???? 1 1 .8 lg 1 .5 3Re? ?? 當(dāng) 510Re? 時， ?? 混合摩擦區(qū) 12266 5 76 5 lgRe Re ReRe ?????? 1 2 .5 12 lg 7 .4Re ?????? ? ????? 阻力平方區(qū) 2Re Re? 21( 4 2 lg )? ?? ? 管壁的相對粗糙度 ? 由式（ 219）計算 ： 2ed?? （ 219） 式中 e—— 管壁內(nèi)的絕對粗糙度 （ m ）， 由表 26 查得。 表 27 列賓宗公式中系數(shù) ? 和指數(shù) m 的取值 流 態(tài) ? (s2/m) m 層流 1 南陽油田趙 5 井原油摻水 不加熱集輸技術(shù)研究 12 紊流水力光滑區(qū) 紊流混合摩擦區(qū) 紊流阻力平方區(qū) 0 表 27 中， A 值和 ? 分別由式（ 224）和（ 225）計算： 0 .1 2 7 lg 0 .6 2 710 edA ???????? （ 224） d? ??? ???? （ 225） 站場的局部阻力損失按沿程阻力損失的 5﹪計算。 壓力校核 在管網(wǎng)系統(tǒng)壓力分布研究中，還應(yīng)考慮到兩個關(guān)鍵點的壓力值，必須對這兩個點進 行壓力校核，以保證原油集輸過程的順利進行。由于油水混合物流動 的 流變 性十分 復(fù)雜 ，因此由 其形成 的 乳狀液 流變性 更 加 復(fù)雜 。影響油水混合物流變特性的主要因素是溫度和含水率，因此，研究原油在不同溫度、不同 含水率下的流變規(guī)律顯得非常重要。不同含水率所稱油樣重量及所需摻水量如表 31 所示。其中 ， 旋轉(zhuǎn)法是一中比較常用的方法，被廣泛地應(yīng)用于測量牛頓流體和非牛頓流體的粘度及流變特性中 [16]。 1. 紊流流動 不論是同軸圓筒、錐板、細管等哪一種傳統(tǒng)的粘度計，其測量原理都是基于流體的層流。內(nèi)圓筒旋轉(zhuǎn)時，內(nèi)側(cè)流體因受離心力的作用，易產(chǎn)生徑向流動，因而易產(chǎn)生紊流；外筒旋轉(zhuǎn)時，由于向心力的作用而使流動穩(wěn)定。內(nèi)圓筒旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的粘性力矩不僅由圓筒側(cè)面產(chǎn)生，也由上下兩個端面產(chǎn)生，其中底面部分的影響最大。壁面滑移對流變測量結(jié)果西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 15 影響的表現(xiàn)是，所使用的測量流動空間特征幾何尺寸越小，所測得的粘度越低。因此油樣 的溫度 上升 ，摩擦熱 難以迅速 傳遞到 圓筒外壁 ，使得油樣的粘度降低 。因此，在整個流變 測量 過程中， 為保證 實驗數(shù)據(jù) 準(zhǔn)確和防止 對流變儀造成 破壞必須 嚴格按照RS600 流變儀 的 使用 規(guī)范 進行 操作 。粘度 在層流 區(qū)域里為 常量 ，即 不隨剪切應(yīng)力 或剪切速率變化 。 但剪切速率 和 剪切應(yīng)力 是 非線性 關(guān)系 ，隨著 前者 的增加， 后者 的增加率下降。這樣我們就可以把此類 流體的粘稠程度 和 牛頓流體的動力粘度 進行對比， 即 ： ap? ? ?? （ 33） 南陽油田趙 5 井原油摻水 不加熱集輸技術(shù)研究 16 因此其 表觀粘度表達式為 ： 1nap K???? （ 34） 由上面的公式我們可以得出 表觀粘度 隨著剪切速率的增加 而 減小 。不過 剪切應(yīng)力與剪切速率不成比例 。但是 這兩種流體的特性是 完全相反 的。其流變方程為 ： 0 nK? ? ??? （ 0? 0） （ 37） 式中 0? —— 動切應(yīng)力 （ Pa）。s） 。相關(guān)系數(shù) R 的公式為： 西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 17 ? ? ? ?22111/NNiiiiR ? ? ? ???? ? ? ??? (39) 式中 ?—— 剪切應(yīng)力理論計算值 （ Pa） ； ? —— 剪切應(yīng)力實測平均值 （ Pa） ； i? —— 不同剪切速度下的剪切應(yīng)力實測值 （ Pa） ； N —— 實測數(shù)據(jù)數(shù)。 流變曲線、粘溫曲線擬合及流變方程確立 趙 5 井（井口油樣）實驗數(shù)據(jù)處理 1. 流變曲線擬合 根據(jù)表 32 中列出的實驗數(shù)據(jù)作趙 5 井 (井口油樣 )試樣的流變曲線，見圖 31。由此說明，在同一剪切速率下，試樣的剪切應(yīng)力隨溫度升高而降低。 表 33 趙 5 井（井口油樣）試樣流變性實驗數(shù)據(jù)（表觀粘度） 西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 19 35 40 45 50 40 115 50 444 111 60 70 80 90 100 186 101 趙 5 井 ( 井口油樣 )010020030040050060035 40 45 50溫度 ( ℃ )表觀粘度(mPa 趙 5 井（含水率 40%）試樣實驗數(shù)據(jù)處理 1. 流變曲線擬合 根據(jù)表 34中列出的實驗數(shù)據(jù) 擬合 趙 5井 (含水率 40%)試樣的流變曲線，見圖 34。 2. 流變方程的確定 根據(jù)趙 5 井（含水率 40%）試樣的流變性實驗數(shù)據(jù)，得到試樣在各測試溫度下的流變方程，見圖 35。s)405060708090100 圖 36 趙 5 井（含水率 40%）試樣 粘溫曲線 圖 36 中，在各含水率下試樣表觀粘度隨溫度升高而減小，其表觀粘度與溫度呈對數(shù)關(guān)系。 T(℃ ) η(mPa﹒ s) ? (s1) 南陽油田趙 5 井原油摻水 不加熱集輸技術(shù)研究 22 表 36 趙 5 井（含水率 60%）試樣流變性實驗數(shù)據(jù)（剪切應(yīng)力） 35 40 45 50 40 50 60 70 80 90 100 趙5 井( 含水率6 0 % )010203040506040 50 60 70 80 90 100剪切速率( s1)剪切應(yīng)力(Pa)35404550 圖 37 趙 5 井（含水率 60%）試樣流變曲線 從圖 37 中可知，試樣的剪切應(yīng)力隨剪切速率的增大而增大。 ◆3 5 ℃y = R 2 = 0102030405060700 20 40 60 80 100 120 140 160 180剪切速率( s 1 )剪切應(yīng)力(Pa) ◆ 40 ℃y = 3. 06 09 xR2 = 0. 97 7705101520250 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200剪切速率 (s1)剪切應(yīng)力(Pa) T(℃ ) τ(Pa) ? (s1) 西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 23 ◆ 45 ℃y = 0. 38 46 xR2 = 0. 99 3202468101214160 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200剪切速率 (s1)剪切應(yīng)力(Pa) ◆ 50 ℃y = 0. 03 71 xR2 = 0. 99 610123456780 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200剪切速率 (s1)剪切應(yīng)力(Pa) 圖 38 趙 5 井（含水率 60%）試樣在各溫度下的流變曲線 結(jié)論： 在 35℃ 時，試樣為假塑型流體，其流變方程為 ： ??? 在 40℃ 時，試樣為假塑型流體，其流變方程為 ： ??? 在 45℃ 時，試樣為假塑型流體，其流變方程為： ??? 在 50℃ 時，試樣為牛頓型流體，其流變方程為： ??? 3. 粘溫曲線擬合 根據(jù)表 37 中列出的趙 5 井（含水率 60%）試樣流變性實驗數(shù)據(jù)， 擬合 其粘溫曲線，如圖 39。隨著溫度的升高，剪切速率對表觀粘度的影響逐漸減小，從圖中可以看出，在溫度大于 40℃ 后各剪切速率下的粘溫曲線逐漸重疊。在高溫條件下，隨著剪切速率的增大試樣的剪切應(yīng)力變化不大，而在低溫條件下，剪切應(yīng)力的變化則較大。s)405060708090100 圖 312 趙 5 井（含水率 80%）試樣粘溫曲線 圖 312 中，在各含水率下試樣表觀粘度隨溫度升高而減小，其表觀粘度與溫度呈對數(shù)關(guān)系。 T(℃ ) η(mPa﹒ s) ? (s1) 西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 27 表 310 趙 5 井（含水率 90%）試樣流變性實驗數(shù)據(jù)（剪切應(yīng)力） 40 45 50 40 50 60 70 80 90 100 趙5 井( 含水率9 0 % )01234567840 50 60 70 80 90 100剪切速率( s1)剪切應(yīng)力(Pa)404550 圖 313 趙 5 井（含水率 90%）試樣流變曲線 從圖 313 中可知，試樣的剪切應(yīng)力隨剪切速率的增大而增大。 ◆40 ℃y = R2 = 0123456789100 50 100 150剪切速率(s1)剪切應(yīng)力(mPa剪切速率越小對應(yīng)的粘溫曲線越陡，在低溫條件下，剪切速率對粘度的影響較大。為了更好地分析粘度與含水率以及溫度的關(guān)系 ，將粘度與含水率以及溫度的關(guān)系數(shù)據(jù)進行綜