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低温高含水原油流变特性研究
· 第l3卷第3期
2000年9月
岳阳师范学院学报(自然科学版)
Journal of Yueyang Normal University (Natural Sciences)
VoI_l3 No．3
Sep． 2000
低温高含水原油流变特性研究
吴维夫
(巴陵石化公司，湖南岳阳414000)
摘耍：通过对油田实际数据的大量收集和分析，得出了低温高含水原油非牛顿流体特性，并研究了流变特
性与含水率及温度之闻的关系．
关■ 词：流变；表观粘度；含水率
中圈分类号：0357．1 文献标识码：A 文章缩号：1008～620X(2000)03—0o64—02
RESEARCH oF RHEoDYNAM ICS oF LOW TEM PERATURE
AND m GH W ATER BEARING oIL
W U W ei—Fu
(Baling Petrochemistry Co．，Yueyang 414000，China)
Al~tract Describe the charcter of non Nowtonian of low temperature and hi【gh water be aring oil，research
relation among rheologic character and moisture capacity and temperature．
Key words rheologieal；apparent viscosity；moisture capacity
许多油田高含水，如陕北油田的含水高达60％ 或油田开发后期含水增加，油与水两种流体互不溶解，
在一定条件下呈乳状—— 悬浮的油水混合物，这种混合物在管道输送过程中低于一定温度时，呈非牛顿
流体特征． 作者在陕北油田工作时，收集有关数据，就高含水原油流变特性进行一些研究．
1 高含水原油的流变特性
由于油和水是两种相互不相容的液体，在油水混合输送管道中常会呈现出连续的油和水，或者一种液
体是浮在另一种液体中呈现出直径大小不等的分散颗粒共存的情况．在原油含水率较低，温度较高的情
况下，油水混合物可按牛顿体处理；而在低于一定温度下随含水率增多，呈现较强的假塑性特征，可用冥律
本构方程表示． f=Kv (1)
式中：t—— 剪切应力Pa；
— — 稠度系数PaS ，表示流体粘
稠性大小；
v— — 剪切速率S ；
n—— 流变指数，表示偏离牛顿流体
的程度，对于牛顿流体n=f，
对非牛顿流体n<1．
取陕北油田含水率为66．7％ 的油样进行 田l 含水率为66．7％ 的原油漉变曲线
作者简介：吴生夫(1960- )．男．硬士．巴陵石油化工公司工程师．主要研究方向：流体力学及构造物理．
收誓日期：2000-04-26
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第3期 吴维夫：低温高含水原油流变特性研究 65
研究．得流变曲线如图1所示．其及变化规律都符合冥律流体本构方程，其实测数据与方程(1)得相关系数
接近于1(0．956—0．999)。
对于非牛顿流体引入表现粘度 ： ·
= ／v=Kv”一。 (2)
在一定的温度和压力条件下，表现粘度 又是剪切速率v的函数．对于假塑性流体．随着剪切速率的
增加，其表现粘度是减小的，剪切应力的增加率也下降，如图1所示．在油，蜡、水混合的原油中．形成海绵
状的凝胶体或排列成团，在剪切应力作用下，使之破坏、松散、流动速度加快，相应地表现粘度降低易于流
动，具有剪切稀释性。
2 含水原油流变特性与含水率的关系 ．
粘度是含水原油流变性的重要参数，当含水原油流变特性不符合牛顿定律时．其表现粘度变化与剪切
速度有关，实验证明．含水原油的表现粘度还与原油的含水率有关．
实验表明，原油含水率大于40％ 后．含水油的表现粘度急剧上升。对于一定的原油，在其含水率的临
界浓度F 处，含水原油的表观粘度是放大，随着含水率的增加表现粘度急剧下降时的F 称为反转点成
转相点。
产生这种变化的原因是：当含水率较小时，分
散相(水)液溶间隔较大，它们之间的相互作用只
有通过连续相(油)速度场的相互作用才能表现出
来。当含水率增大到一定程度时，连续相(油)中
的分散液滴(水)急剧增多，使相间的表面增大。
由于液滴的相互作用增强，在液体中发生液滴间
的碰撞和相对滑动，以及相间表面能的作用导致
粘度迅速上升。含水率接近临界浓度F 时发生
转相，粘度发生突变如图2。 图2 45℃ 条件下含水油裹观秸度与含水率的关系
当含水超过反转点时．分散相(水)成连续相，而连续相(油)则成为分散相，即由油包水型转变为水包
油型乳状—— 悬浮液．
含水原油的转相具有重要的实际意义，输送水包油型的含水油所消耗的能量比输送油包水型的少．
所以输送含水原油时，应尽量设法使其连续相为水而不是油．
3 含水原油流变特性与温度关系
含水原油有较强的非牛顿性．每一剪切速率都有一条表现粘度随温度变化的曲线．随着温度的增高，
剪切速率对表现粘度的影响逐渐减小，即含水原油的流变特性越来越接近牛顿流体，呈牛顿流体的粘度只
随温度而变化，从图3看出，温度高于40℃ 以
后各剪切速率上的粘温曲线逐渐重叠．
综上所述：低温高含水原油符合幂律体本
构方程，通过回归分析可知，在含水率一定的条
件下．温度越低．其稠度系数越大，流变指数越 。
小．如陕北油含水率为33．5％ ，30℃ 时N=
0．546，K=1．382，40 ℃ 时N=0．789，K=
0．164表示温度增高N 增大接近牛顿流体，K
减小，粘性降低．
图3 含水率66．7％ 的原油秸江曲线
参考文献：
【l】尹祥础．固体力学【M】．地震出版社，1985．4． 【2】陈文芳．非牛顿流体力学【M】．科学出版社，1984．7．
【3】A．P．西拉斯．石油及天然气的开采和输送【M】．石油工业版社，1990．
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