胶凝含蜡原油结构特性及其对管道启动流影响的研究

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1、中图分类号：TE832单位代码：11414学号：2013314023题目胶凝含蜡原油结构特性及其对管道启动流影响的研究学科专业油气储运工程研究方向油气长距离管输技术博士生包有权指导教师张劲军教授二○一七年三月Structuralbehaviorofgelledwaxycrudeoilanditsimpactonstart-upflowofpipelinesDissertationsubmittedtoChinaUniversityofPetroleum,Beijinginpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegree

2、ofDoctorofEngineeringByBaoYouquan（PetroleumStorageandTransportationEngineering）DissertationSupervisorProf.ZhangJinjunMarch,2017博士学位论文独创性声明郑重声明：本博士学位论文是作者个人在导师的指导下立进行研宄工作，独所取得的成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他个人和集体己经发表或撰写的研宄成果，也不包含为获得中国石油大学或者其它单位的学位或证书所使用过的材料。对本研究做出贡献的个人和集体，均己在论文中

3、做了明确的说明并表示了谢意。作者和导师完全意识到本声明产生的法律后果并承担相应责任。４、作者签名丨：柄木曰期：叫导师签名：日期：人丨博士学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解中国石油大学（北京）学位论文版权使用的有关规定，使用方式包括但不限于：学校有权保留并向有关部门和机构送交学位论文的复印件和电子版；允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。本学位论文作者如需公开出版学位

4、论文的部分或全部内容，必须征得导师书一面同意，且须以中国石油大学（北京）为第署名单位。）伞－＞作者签名：泛，日期：７导师签名，：日期：＿Ｉ－－Ｉ摘要摘要含蜡原油在常温下流动性差，常需加热改善流动性后才能进行管道输送。输油管道不可避免会出现停输。如果停输时间较长，油温下降将导致原油胶凝。胶凝含蜡原油管道再启动是输油管道流动保障的主要问题之一。工程实践中发现，管道停输过程中短时间启泵使即将胶凝的原油流动（俗称“活动管道”），有降低最终启动压力、减小凝管风险的效果。其流变学与非牛顿流体力学实质，是预剪切对胶凝原油结构特性及启动流特性的影响。本文

5、以此为背景开展研究，主要成果如下：澄清了启动流数值计算中常用的准稳态假设的影响，从理论上保证了启动流分析的严谨性。针对可压缩Herschel-Bulkley流体管道启动流，借助尺度分析法对动量方程进行分析，定义了一个与管段径长比、雷诺数和流动行为指数成正比，与流体压缩系数和Bingham数成反比的无因次数Ut。上述五个参数对准稳态假设适用性的影响均可通过Ut值唯一地体现出来，Ut值越小，准稳态假设对启动流计算结果的影响越小。在此基础上，提出以0.065作为Ut的临界值，Ut<0.065时，与未采用准稳态假设的计算结果相比，引入准稳态假设所得末端见流时间误差小于2%

6、，末端流速恢复过程误差小于1%。结合含蜡原油的结构特性，对Dullaert-Mewis黏弹-触变模型进行了修正，更好地表征了胶凝含蜡原油结构裂降行为。基于修正后的Dullaert-Mewis黏弹-触变模型，建立了可压缩胶凝含蜡原油管道启动流计算模型并进行了数值求解。结果显示，相比于采用黏塑性触变模型的数值计算结果，考虑胶凝原油黏弹性后计算所得最小启动压力降低，相同启动压力下的末端平衡流速增大、末端见流时间缩短。塑性黏度增大、剪切稀释性增强、结构破坏速率减小及结构恢复速率增大均是再启动的不利因素，会导致最小启动压力升高，相同启动压力下的末端平衡流速减小、末端见流时间

7、延长。此外，随着胶凝原油压缩性增强，最小启动压力降低，相同启动压力下管道末端平衡流速增大，但末端见流时间延长。深化了对胶凝含蜡原油结构不完全可逆性的认识。借助流变仪，考察了预剪切后等温和降温条件下含蜡原油结构特性的变化。结果显示，胶凝原油结构破坏后，无论是等温静置还是继续降温，所形成的结构均不能完全恢复到静冷条件下的强度。基于结构裂降特性实验数据的数值计算，建立了“活动管道”定量分析方法，结果显示“活动管道”能显著降低管道再启动所需最小启动压力，提高给-II-摘要定启动压力下的平衡流速，缩短给定启动压力下的末端见流时间。本研究为含蜡原油管道的安全运行提供了理论依据

8、。关键词：