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作者：張愛暉程震宇單位：浙江大學(xué)結(jié)構(gòu)工程研究所

根據(jù)模擬稠油的粘溫關(guān)系曲線，當(dāng)溫度下降至36℃時(shí)，油品粘度開始急劇上升?？梢姡摌悠泛灹扛?、凝點(diǎn)高、粘度高，能較好地模擬稠油物性。實(shí)驗(yàn)在冬季室內(nèi)進(jìn)行，大氣溫度4～7℃。實(shí)驗(yàn)時(shí)油桶內(nèi)油溫約50℃，水槽內(nèi)水溫約7.5℃。根據(jù)油水混合比例不同，混合流體的溫度略有差異，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)驗(yàn)管段中混合流體的溫度約在10～13℃低溫范圍內(nèi)。

實(shí)驗(yàn)流型

高溫模擬稠油在摻水三通處與低溫水混合后，迅速降溫形成半凝固狀態(tài)小顆粒，其懸浮于水中與水形成油水混合物，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)管段、流量計(jì)、取樣點(diǎn)流入油水分離槽，油水自然分層。觀察有機(jī)玻璃管段和油水分離槽內(nèi)的油水混合物混合物，可見理想水懸浮分散流和有限段塞水懸浮分散流兩種流型。理想水懸浮分散流：遇水冷卻后處于半凝固狀態(tài)的稠油小顆粒相對均勻地分散于水中，油水混合物在管內(nèi)均勻流動(dòng)，壓力表顯示數(shù)字穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，掛在管壁上的小顆粒較少。有限段塞水懸浮分散流：大部分時(shí)間管內(nèi)呈現(xiàn)水懸浮分散流型，偶爾在油水混合三通下游20～40cm處的管壁上出現(xiàn)小顆粒堆積現(xiàn)象，在較短時(shí)間內(nèi)形成長度小于10cm的稠油段塞；但是，段塞會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)脫離管壁重新開始流動(dòng)。這種流型的特點(diǎn)：段塞以外的部分，稠油小顆粒分散于水中，呈現(xiàn)分散流型；段塞從形成到進(jìn)入油水分離槽，其長度基本不會(huì)發(fā)生變化；兩個(gè)段塞之間的距離不會(huì)發(fā)生變化；段塞的出現(xiàn)會(huì)引起管內(nèi)壓力的波動(dòng)。

表觀粘度分析

假定兩種實(shí)驗(yàn)流型的壓降均符合層流理論，采用達(dá)西定律，依據(jù)式（1）～式（5）分別計(jì)算壓力損失、阻力系數(shù)、雷諾數(shù)及表觀粘度[6]，進(jìn)而分析表觀粘度與流型、含水率、管徑的關(guān)系（圖3）。根據(jù)圖3中表觀粘度的變化規(guī)律及圖1模擬稠油的粘溫關(guān)系曲線，當(dāng)管內(nèi)油水混合液溫度遠(yuǎn)低于模擬稠油的凝點(diǎn)時(shí)，高含水率伴水輸油時(shí)的管輸流動(dòng)性與稠油粘度及管內(nèi)流體溫度無關(guān)。當(dāng)含水率高于80%時(shí)，采用3種內(nèi)徑管道伴水輸油均呈現(xiàn)理想水懸浮流型，油水混合物的表觀粘度低于100mPa?s，表現(xiàn)出良好的流動(dòng)性。當(dāng)含水率在70%～80%之間時(shí)，可能出現(xiàn)有限段塞水懸浮流型，相比理想水懸浮流型，其表觀粘度出現(xiàn)陡增現(xiàn)象；但與稠油自身的表觀粘度相比，其表觀粘度的絕對值仍然在小于200mPa?s的較低數(shù)值，因此保持良好的流動(dòng)性。有限段塞的形成與含水率和管徑有關(guān)，當(dāng)含水率低至一定數(shù)值時(shí)，易在管內(nèi)形成段塞，同時(shí)管徑越小越易形成段塞。在含水率相同的情況下，內(nèi)徑較大管對應(yīng)的表觀粘度略低，根據(jù)流型的實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果，較大內(nèi)徑管更有利于理想水懸浮流型的形成。

結(jié)論

（1）當(dāng)伴水輸油的含水率高于80%且管內(nèi)油水混合液溫度遠(yuǎn)低于稠油凝點(diǎn)時(shí)，管內(nèi)油水混合液呈現(xiàn)穩(wěn)定的理想水懸浮流型，表觀粘度與油品本身粘度及管內(nèi)流體溫度無關(guān)，高含蠟量、高凝點(diǎn)、高粘度稠油的管輸流動(dòng)性得到大大改善。（2）當(dāng)伴水輸油的含水率低于一定水平時(shí)，管內(nèi)油水混合液的流型由理想水懸浮流型轉(zhuǎn)變?yōu)橛邢薅稳畱腋×餍?，但段塞長度和間距相對穩(wěn)定，因此同樣呈現(xiàn)出良好的流動(dòng)性。（3）管道內(nèi)徑會(huì)影響伴水輸油時(shí)段塞的形成，管道內(nèi)徑越小越易出現(xiàn)段塞；實(shí)際工程中的管道內(nèi)徑均大于實(shí)驗(yàn)管道，因此，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為實(shí)際工程的參考是比較安全的。（4）稠油低溫管輸?shù)膶?shí)現(xiàn)意味著不需要對管道采取保溫措施，且對室外溫度環(huán)境的要求大大降低，這對于管道制造、敷設(shè)以及集油過程中的節(jié)能具有重要意義。