【正文】 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。 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(shí)驗(yàn)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。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。 ◆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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)， 擬合 其粘溫曲線，如圖 39。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。 趙 5 井（含水率 40%）試樣實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 1. 流變曲線擬合 根據(jù)表 34中列出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 擬合 趙 5井 (含水率 40%)試樣的流變曲線，見圖 34。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。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(jì)算值 （ Pa） ； ? —— 剪切應(yīng)力實(shí)測平均值 （ Pa） ； i? —— 不同剪切速度下的剪切應(yīng)力實(shí)測值 （ Pa） ； N —— 實(shí)測數(shù)據(jù)數(shù)。其流變方程為 ： 0 nK? ? ??? （ 0? 0） （ 37） 式中 0? —— 動切應(yīng)力 （ Pa）。不過 剪切應(yīng)力與剪切速率不成比例 。 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。因此，在整個流變 測量 過程中， 為保證 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 準(zhǔn)確和防止 對流變儀造成 破壞必須 嚴(yán)格按照RS600 流變儀 的 使用 規(guī)范 進(jìn)行 操作 。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。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。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]。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。 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(diǎn)的壓力值，必須對這兩個點(diǎn)進(jìn) 行壓力校核，以保證原油集輸過程的順利進(jìn)行。 表 25 不同流動狀態(tài)的摩阻系數(shù) λ計(jì)算公式 流態(tài)類別 雷諾數(shù)范圍 計(jì)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(jì)算 ： 2ed?? （ 219） 式中 e—— 管壁內(nèi)的絕對粗糙度 （ m ）， 由表 26 查得。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。 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? 。 5. 摻水點(diǎn)混合液溫度的計(jì)算 在摻水點(diǎn)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(diǎn)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。K)。 1. 物理模型 a） 西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 5 b） 圖 21 物理模型示意圖 2. 數(shù)學(xué)模型 為了簡化計(jì)算作如下假設(shè)： 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(jì)，只認(rèn)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(jì)； ⑤ 只存在軸向速度，并且同一截面上的速度相等 。 西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 3 第 2 章 管流溫度與壓力分布數(shù)學(xué)模型 趙 5 井 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 表 21 原油物性參數(shù)表 地層原油物性 飽和壓力（ MPa） ~ 體積系數(shù) ~ 粘度（ mPa 8. 單管環(huán)狀不加熱集油 ： 將一座計(jì)量閥組間的幾口井用一條集油管線串聯(lián)成一個環(huán)狀的集油方式，環(huán)的一端由計(jì)量閥組間提供摻水，另一端則把油井生產(chǎn)的油氣水集輸?shù)接?jì)量閥組間的集油匯管中。 2. 雙管不加熱集油 ：將 摻水管線改為集油管線， 并 對 計(jì)量間 和 井口做 相應(yīng)的 改造， 從而達(dá)到 主、副管同時 輸送原油的目的 。 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀 為降低原油集輸?shù)淖院臍饬?，合理利用油田氣資源，給石油化工工業(yè)提供更多的原料氣，從 20 世紀(jì) 70 年代到 80 年代，勝利、中原、遼河、長慶、扶余、華北、江蘇、河南、大慶等油田相繼開展了油氣水混輸不 加熱輸送工藝的試驗(yàn)研究。因此，采用不加熱集輸流程，可以大大降低生產(chǎn)成本 [1]。 環(huán)境溫度越低，達(dá)到粘壁及凝結(jié)的時間就越短。 由于在集輸流程能耗中約占 90～ 97％都是熱能消耗，如果在集輸過程中采用不加熱摻水集輸流程，將產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。建立停摻水?dāng)?shù)值模擬數(shù)學(xué)模型， 利用 FLUENT 軟件對集油管停摻水時間進(jìn)行了數(shù)值模擬，從而可預(yù)測最大停摻水時間。 FLUENT I 目 錄 第 1 章 緒論 1 研究目的和意義 1 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀 1 研究的主要內(nèi)容 2 技術(shù)內(nèi)容 2 技術(shù)方法和路線 2 第 2 章 管流溫度與壓力分布數(shù)學(xué)模型 3 趙 5 井基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 3 管內(nèi)流體溫度分布數(shù)學(xué)模型 4 管內(nèi)流體壓力分布研究 9 管線沿程壓降計(jì)算 9 壓力校 核 12 第 3 章 摻水原油流變性的實(shí)驗(yàn)研究 13 研究的目的、目標(biāo)及方法 13 研究目的 13 研究目標(biāo)及方法 13 摻水原油流變性的實(shí)驗(yàn)研究 13 油樣配備 13 實(shí)驗(yàn)儀器 14 實(shí)驗(yàn)影響因素分析 14 含水原油基本流型及流變方程 15 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理 16 流變曲線、粘溫曲線擬合及流變方程確立 17 粘度與含水率、溫度的綜合關(guān)系 29 摻水原油流變性影響因素及影響機(jī)理 30 原油組分的影響 30 溫度的影響 30 含水率的影響 31 剪切速率的影響 31 結(jié)論及建議 31 結(jié)論 31 建議 32 第 4 章 最優(yōu)摻水量與系統(tǒng)能耗 32 回油溫度和壓降的計(jì)算程序框圖 32 運(yùn)算結(jié)果及分析 33 II 趙 5 井運(yùn)算結(jié)果 34 結(jié)果分析 40 最優(yōu)摻水量的確定 41 集輸系統(tǒng)能耗分析 42 系統(tǒng)能量交 換分析 42 系統(tǒng)能耗數(shù)學(xué)模型的建立 43 系統(tǒng)能耗影響因素分析 44 系統(tǒng)節(jié)能降耗建 議 46 第 5 章 集輸管停摻水溫降數(shù)值模擬 47 管內(nèi)油品傳熱問題 47 數(shù)學(xué)模型及軟件介紹 47 停摻水溫降問題的數(shù)學(xué)模型 47 數(shù)值模擬軟件介紹 52 數(shù)值模型建立 52 研究對象 52 土壤求解區(qū)域的簡化 53 網(wǎng)格模型 54 計(jì)算模型 56 求解器及運(yùn)算環(huán)境 57 材料定義 58 邊界設(shè)置 58 求解控制參數(shù)設(shè)定 59 流場迭代求解 59 集輸管停摻水溫降過程的計(jì)算結(jié)果與分析 59 初始穩(wěn)態(tài)溫度場 59 非穩(wěn)態(tài)計(jì)算 60 停摻水溫降計(jì)算結(jié)果 61 結(jié)論 66 第 6 章 結(jié)論 67 致 謝 69 參考文獻(xiàn) 70 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果 73 西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 1 第 1 章 緒論 研究目的 和 意義 對于高粘度、高含蠟、高凝點(diǎn)的 “三高 ”原油 ，為保證集輸流程的正常進(jìn)行，大多數(shù)油田都采用加熱的方法 。 不加熱集輸是油田集輸流程的一個新的 工藝。 從國內(nèi)外的情況看，解決原油集輸處理系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)完善配套的問題，追求節(jié)氣效益的最大化是原油生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能降耗的技術(shù)發(fā)展趨勢 [5]。 6. “一站兩制”不加熱集油 ： 針對原常規(guī)摻常溫水不加熱集油的中轉(zhuǎn)站系統(tǒng)中新投產(chǎn)的一批低產(chǎn)液、低含水油井進(jìn)行的技術(shù)改造。 提供優(yōu)化摻水流程有關(guān)參數(shù)：摻水量、摻水溫度。工程上 對管線進(jìn)行溫降計(jì)算 時通常把 正常工況 定義 為熱力、水力穩(wěn)定狀況 。K)，原油的比熱容一般在1880～ 2100 J/(kg由此，式（ 21）簡化為 ： 0()K D t tdtdx G C???? （ 23） 上式一般給出定解條件 ： (0) R