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大慶原油表面張力測(cè)試和黏度測(cè)試實(shí)驗(yàn)
來(lái)源：石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督 瀏覽 1393 次 發(fā)布時(shí)間:2023-11-23
根據(jù)大量學(xué)者研究成果，原油在管輸過(guò)程中所形成的管壁凝油層與原油的表面張力有一定的相關(guān)性，其直接影響凝油層的厚度。表面張力指液體表面各部分間相互吸引的力，其作用于液體表面，促使液體表面積發(fā)生縮小的趨勢(shì)。表面張力的方向與液面相切，并與液面的任何兩部分分界線垂直，其大小與界面液體的性質(zhì)和溫度有關(guān)。通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)量并分析了隨著溫度的升高，大慶原油和添加降凝劑的大慶原油黏度、表面張力的變化規(guī)律，初步探究了大慶原油在實(shí)際管輸過(guò)程中添加納米級(jí)復(fù)合降凝劑后降凝降黏效果不佳的原因。
1、實(shí)驗(yàn)
1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備及樣品
黏度實(shí)驗(yàn)儀器為HAAKE Viscotester 550型黏度計(jì)。表面張力測(cè)試儀器為芬蘭Kibron全自動(dòng)表/界面張力測(cè)定儀，量程：0～200 mN/m；靈敏度：±0.1m N/m；工作溫度范圍：10～30℃。
實(shí)驗(yàn)油品為大慶原油、添加EVA的大慶原油和添加納米級(jí)復(fù)合降凝劑的大慶原油。其中，加劑油的降凝劑含量為管道實(shí)際輸送工況中的添加量（EVA 50μg/mL，納米級(jí)復(fù)合降凝劑100μg/mL）。
1.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程
1）首先，將原油樣品置于攪拌器內(nèi)通過(guò)水浴加熱到65℃并以100 r/min的速率持續(xù)攪拌，恒溫10 min，以0.5℃/min的降溫均速降至測(cè)試溫度。
2）表面張力測(cè)試：①表面張力儀水平調(diào)節(jié)；②凈化處理鉑金環(huán)和試樣杯；③通過(guò)質(zhì)量法定標(biāo)表面張力儀；④校核表面張力儀；⑤分別測(cè)試3種不同原油樣品在50、45、40、35℃下的表面張力。
3）黏度測(cè)試：通過(guò)黏度計(jì)測(cè)試25℃、剪切速率50 s-1下3種不同原油樣品的黏度。
2、結(jié)果與分析
2.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果
3種不同原油樣品的表面張力測(cè)試和黏度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 3種不同原油樣品的表面張力測(cè)試和黏度測(cè)試結(jié)果
2.2結(jié)果分析
從表1可以看出，處理后添加納米級(jí)復(fù)合降凝劑100μg/mL大慶油樣、添加傳統(tǒng)EVA降凝劑50μg/mL大慶油樣、大慶空白油樣在25℃、50 s-1測(cè)試條件下的黏度是依次升高的，添加納米級(jí)復(fù)合降凝劑100μg/mL的大慶油樣品黏度最低，為75 mPa·s。相同的測(cè)試溫度條件下，黏度越大的油樣表面張力越大。其中，空白油表面張力最大，添加傳統(tǒng)EVA降凝劑的油樣次之，添加納米級(jí)復(fù)合降凝劑的油樣最小。原油油品的表面張力隨著溫度的降低而增大。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了溫度是影響原油表面張力的主要因素之一。通過(guò)分子熱力學(xué)分析，當(dāng)降低原油溫度，原油分子無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)減少，分子平均動(dòng)能降低，分子平均運(yùn)動(dòng)振幅和間距減少，分子間的平均引力勢(shì)能增加，從而表面張力增大；宏觀表現(xiàn)為原油黏度增加。這也是同一溫度下，添加納米級(jí)復(fù)合降凝劑的大慶油樣品表面張力最小的原因。
根據(jù)以上分析，初步推測(cè)添加納米級(jí)復(fù)合降凝劑后大慶原油降凝降黏效果不佳的原因：可將含蠟原油管輸初期在管壁處形成的凝油層和流動(dòng)原油視為不同的界面液體，隨著管道輸送時(shí)間的增加，凝油層在管壁處不斷生長(zhǎng)，導(dǎo)致管徑減小，管道內(nèi)原油流速不斷增加，凝油層和流動(dòng)原油界面處的剪切應(yīng)力不斷加大，當(dāng)其與原油重力的合力大于兩者之間的表面張力時(shí)，將會(huì)把部分凝油剝離下來(lái)。當(dāng)大慶原油添加納米級(jí)復(fù)合降凝劑初期，凝油層與原油間的黏度和表面張力較小，使得多年沉積的凝油較容易從管道內(nèi)壁被剝離，而多年凝油增加了原油中的蠟含量，導(dǎo)致納米級(jí)復(fù)合降凝劑的降凝降黏效果不佳。
3、結(jié)論
1）大慶原油表面張力隨著溫度的降低而增加，與油品的黏度有相關(guān)性。
2）含蠟原油管輸過(guò)程中，原油表面張力越小，凝油層越不容易生長(zhǎng)，加劑后凝油層越易從管壁剝落。這極有可能是大慶原油添加納米級(jí)復(fù)合降凝劑初期降凝降黏效果不明顯的原因。