國(guó)麗萍，聶冬雪，季軍美，王 磊，孫海英，鞠國(guó)帥

(1.東北石油大學(xué) 提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163318；2.大慶油田有限責(zé)任公司 勘探開發(fā)研究院,黑龍江 大慶 163712；3.大慶油田設(shè)計(jì)院有限公司，黑龍江 大慶 163712)

走向深海的油氣資源開發(fā)是未來化石能源獲取的主要方式之一。海上油田所產(chǎn)原油大多為高含蠟原油。油氣-水管道混輸為深海油氣田所用的主要集輸工藝技術(shù)。油-水兩相在流經(jīng)集輸工藝流程中的機(jī)泵組、閥件、管嘴、孔口、井筒時(shí)被高速攪拌剪切，易形成含蠟原油乳狀液[1]。由于原油中含有膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等活性物質(zhì)，部分乳狀液在管道中以油包水型(W/O)存在。鑒于海底的強(qiáng)對(duì)流換熱環(huán)境，當(dāng)管道內(nèi)流體的溫度降至原油析蠟點(diǎn)以下時(shí)，蠟晶開始析出、交聯(lián)、圍繞在分散相液滴周圍，最終形成水滴被包裹在蠟晶結(jié)構(gòu)之中的膠凝體系。低溫含蠟原油本身具有復(fù)雜的屈服特性，由于分散相液滴的存在，致使W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系的屈服特性更為復(fù)雜。

屈服特性是油-水兩相混輸管道停輸再啟動(dòng)的重要物性參數(shù)。只有當(dāng)泵提供的壓力大于輸送介質(zhì)的屈服應(yīng)力時(shí)，輸送介質(zhì)才能屈服產(chǎn)生流動(dòng)。學(xué)者們對(duì)含蠟原油乳狀液膠凝體系的屈服特性做過很多研究[2-3]，認(rèn)為只有當(dāng)剪切應(yīng)力加載積累的形變大于屈服應(yīng)變時(shí)，膠凝體系才能發(fā)生屈服，其屈服應(yīng)力、屈服時(shí)間與剪切應(yīng)力加載方式及加載量有關(guān)。對(duì)于頻繁停輸、間歇輸送以及“活動(dòng)管道”等工況，原油處于膠凝、屈服、流動(dòng)、結(jié)構(gòu)恢復(fù)、再屈服的過程，原油結(jié)構(gòu)恢復(fù)后的屈服特性文獻(xiàn)報(bào)道很少。對(duì)于W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系的屈服特性，以及結(jié)構(gòu)恢復(fù)后再次屈服的研究尚未見報(bào)道。筆者基于剪切應(yīng)力線性增加和恒定剪切應(yīng)力2種加載模式，研究了W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系的屈服判據(jù)、屈服特征量的影響因素以及體系結(jié)構(gòu)恢復(fù)特性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與試劑

實(shí)驗(yàn)所用油樣取自大慶油田和中原油田的外輸原油(分別簡(jiǎn)稱為大慶原油和中原原油)，水為自來水。按照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，利用差示量熱掃描法測(cè)得大慶原油、中原原油的含蠟質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20.54%、17.75%，析蠟溫度分別為36.66、52.55 ℃，當(dāng)加熱溫度為50 ℃時(shí)，2種原油凝點(diǎn)分別為33.3、33.7 ℃，20 ℃時(shí)的密度分別為862.3、865.5 kg/m3。為消除油樣的熱歷史和剪切歷史記憶效應(yīng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)油樣在80 ℃時(shí)進(jìn)行預(yù)處理。在確保乳狀液在整個(gè)屈服實(shí)驗(yàn)過程中穩(wěn)定的前提下，綜合考慮原油的析蠟特性，確定W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系的配制條件，見表1所示。按表1條件分別制備出大慶原油含水體積分?jǐn)?shù)為10%、20%、30%、40%和中原原油含水體積分?jǐn)?shù)為10%、20%、30%、40%、50%、60%的乳狀液膠凝體系。

表1 W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系制備條件Table 1 Preparation conditions of the W/O waxy crude oil emulsion cementitious system

1.2 分析表征

含蠟原油及其乳狀液屈服特性采用德國(guó)HAAKE MARSⅢ流變儀測(cè)試，選用Z41同軸圓筒測(cè)量系統(tǒng)，搭載德國(guó)HAAKEA25程控水浴作為控溫系統(tǒng)，其控溫精度為0.1 ℃。凝點(diǎn)采用上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司的SYD-510型石油產(chǎn)品凝點(diǎn)儀測(cè)定。析蠟特性使用美國(guó)TA公司的TA2000/MDSC2910型調(diào)制式差示量熱掃描儀測(cè)量。乳狀液配制使用德國(guó)IKA公司的RW20型攪拌器，選用四葉45°斜槳為攪拌槳；配置乳狀液采用德國(guó)HAAKEA25水浴，其溫控精度為0.1 ℃。

1.3 W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系特性實(shí)驗(yàn)

對(duì)2種含蠟原油及其不同含水體積分?jǐn)?shù)乳狀液在最低實(shí)驗(yàn)溫度下(大慶原油為33 ℃，中原原油為35 ℃)進(jìn)行時(shí)間掃描實(shí)驗(yàn)，以儲(chǔ)能模量增加率小于1%對(duì)應(yīng)的時(shí)間作為其膠凝結(jié)構(gòu)充分形成所需的時(shí)間，得出：大慶油樣、中原油樣膠凝結(jié)構(gòu)形成分別需恒溫靜置40、45 min。對(duì)于膠凝體系的屈服過程，剪切應(yīng)力加載量過大，屈服時(shí)間短[2-4]，屈服過程實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄不充分，如果剪切應(yīng)力加載量過小，乳狀液膠凝體系在允許實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)可能不屈服。為確定合理的實(shí)驗(yàn)剪切應(yīng)力加載量，進(jìn)行了乳狀液膠凝體系應(yīng)力掃描實(shí)驗(yàn)，鑒于乳狀液的凝點(diǎn)隨含水體積分?jǐn)?shù)升高而升高[5-6]，對(duì)最高含水體積分?jǐn)?shù)的2種含蠟原油乳狀液膠凝體系在不同實(shí)驗(yàn)溫度下進(jìn)行了應(yīng)力掃描實(shí)驗(yàn)。將制備好的脫水原油及新鮮乳狀液立即裝入流變儀的測(cè)量筒內(nèi)，然后以0.5 ℃/min的速率靜態(tài)降溫至凝點(diǎn)附近的實(shí)驗(yàn)溫度。在實(shí)驗(yàn)溫度下恒溫靜置至膠凝結(jié)構(gòu)充分形成后(大慶油樣、中原油樣乳狀液分別恒溫靜置40、45 min)，進(jìn)行剪切應(yīng)力加載屈服特性實(shí)驗(yàn)。共進(jìn)行了2種剪切應(yīng)力加載方式的實(shí)驗(yàn)，其一是恒剪切應(yīng)力加載實(shí)驗(yàn)，每種含水體積分?jǐn)?shù)乳狀液膠凝體系分別在80、90、100、110、120 Pa共5個(gè)應(yīng)力工況下進(jìn)行了恒剪切應(yīng)力加載實(shí)驗(yàn)；其二是剪切應(yīng)力線性增加加載實(shí)驗(yàn)，每種含水體積分?jǐn)?shù)乳狀液膠凝體系分別在0.125、0.250、0.500、1.000、1.500 Pa/s共5個(gè)速率下進(jìn)行了剪切應(yīng)力增加速率的實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)點(diǎn)每0.1 s記錄1次。

W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系經(jīng)過充分剪切屈服后，分別恒溫靜置30、60 min，待膠凝結(jié)構(gòu)有一定恢復(fù)后再重復(fù)上述2種實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

屈服是膠凝體系結(jié)構(gòu)開始裂解并產(chǎn)生流動(dòng)的行為[7]。含蠟原油乳狀液膠凝體系屈服行為的微觀機(jī)理是蠟晶空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的脆性斷裂。W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系由于分散相液滴的存在使屈服過程延性增強(qiáng)[8]，實(shí)驗(yàn)中屈服點(diǎn)可由體系剪切速率變化率隨時(shí)間變化曲線的拐點(diǎn)確定[9]。

2.1 影響W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系屈服應(yīng)變的因素

2.1.1 剪切應(yīng)力加載的影響

屈服應(yīng)變?yōu)槟z凝體系結(jié)構(gòu)開始裂解產(chǎn)生流動(dòng)時(shí)的形變。當(dāng)使用不同剪切應(yīng)力加載模式時(shí)，含蠟原油膠凝體系的屈服應(yīng)變數(shù)值相同，可用作膠凝含蠟原油屈服的判據(jù)[10]。筆者考察了2種W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系在2種剪切應(yīng)力加載模式(恒剪切應(yīng)力加載和剪切應(yīng)力線性增加加載)、10個(gè)溫度下200組屈服應(yīng)變實(shí)驗(yàn)，圖1為34 ℃時(shí)大慶原油不同含水體積分?jǐn)?shù)的乳狀液膠凝體系在2種剪切應(yīng)力加載模式下的屈服應(yīng)變變化曲線。由圖1可見：在相同含水體積分?jǐn)?shù)的大慶含蠟原油乳狀液膠凝體系中，當(dāng)加載不同剪切應(yīng)力和不同應(yīng)力增加速率時(shí)，原油乳狀液膠凝體系的屈服應(yīng)變均變化不大，且2種加載模式下的屈服應(yīng)變相差不大。分析全部實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(587700個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn))，結(jié)果表明，每個(gè)實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)的屈服應(yīng)變實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均表現(xiàn)與圖1相同的規(guī)律，乳狀液膠凝體系的屈服應(yīng)變不隨加載方式和加載量變化。因此，屈服應(yīng)變可作為乳狀液膠凝體系的屈服判據(jù)。

φ(H2O)=0%; φ(H2O)=10%; φ(H2O)=20%; φ(H2O)=30%; φ(H2O)=40%圖1 34 ℃時(shí)大慶原油乳狀液膠凝體系在2種剪切應(yīng)力加載模式下的屈服應(yīng)變(γy)特性Fig.1 The characteristics of yield strain (γy)of the Daqing crude oil emulsion cementitious system at 34 ℃ based on two shear stress loading modes(a)Constant shear stress (τ)vs γy;(b)Shear stress linear increase (υτ)vs γyThe shear stress loading range is 0—140 Pa.

W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系的微觀結(jié)構(gòu)是分散相液滴水被包裹在原油蠟晶空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)之中，如圖2所示[11]。由圖2可知，W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系屈服行為的微觀機(jī)理是在應(yīng)力剪切加載的作用下，其體系內(nèi)微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生形變(用應(yīng)變表征)，直至破壞過程，既包括蠟晶結(jié)構(gòu)的形變，也包括分散相液滴的形變[12]。由2.1.1節(jié)可知，當(dāng)剪切應(yīng)力加載產(chǎn)生的形變積累達(dá)到屈服應(yīng)變時(shí)，乳狀液膠凝體系開始屈服。但由于乳狀液膠凝體系中蠟晶結(jié)構(gòu)和分散相液滴的占比不同，應(yīng)變的積累不同，其屈服狀況不同。

Blue ball represents water droplet;Black ball represents wax crystal;Black line represents intermolecular connection圖2 W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系形態(tài)示意圖[11]Fig.2 The diagram of the W/O waxy crude oil emulsion cementitious system morphology[11]

2.1.2 含水體積分?jǐn)?shù)的影響

35 ℃時(shí)中原原油乳狀液膠凝體系在恒剪切應(yīng)力加載模式下屈服應(yīng)變隨含水體積分?jǐn)?shù)的變化特性如圖3(a)所示，34 ℃時(shí)大慶原油乳狀液膠凝體系在應(yīng)力線性增加加載模式下屈服應(yīng)變隨含水體積分?jǐn)?shù)的變化特性如圖3(b)所示。

由圖3可知：2種剪切應(yīng)力加載模式下，W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系的屈服應(yīng)變均隨體系含水體積分?jǐn)?shù)增大而增大。該規(guī)律與Paso等[13]研究結(jié)論一致。究其原因，W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系屈服過程中，除了原油蠟晶結(jié)構(gòu)的脆性斷裂外，還有分散相液滴界面膜產(chǎn)生較大的彈性應(yīng)變[8]。該體系含水體積分?jǐn)?shù)增大，其分散相液滴體積占比增加，界面膜面積增大，體系的彈性應(yīng)變?cè)龃?。即W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系含水體積分?jǐn)?shù)增大，導(dǎo)致W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系彈性增強(qiáng)，屈服應(yīng)變?cè)龃?。直至乳狀液膠凝體系發(fā)生轉(zhuǎn)相，其屈服應(yīng)變一直具有增大趨勢(shì)，且屈服應(yīng)變?cè)诟吆w積分?jǐn)?shù)下的增加幅度明顯高于低含水體積分?jǐn)?shù)下的增加幅度。

圖3 乳狀液膠凝體系屈服應(yīng)變(γy)隨含水體積分?jǐn)?shù)的變化曲線Fig.3 The curves of yield strain (γy)with water volume fraction of the emulsion cementitious system(a)Constant shear stress,T=35 ℃,Zhongyuan crude oil;(b)Shear stress linear increase，T=34 ℃，Daqing crude oil The shear stress loading range is 0—140 Pa.

2.2 影響W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系屈服剪切速率的因素

2.2.1 剪切應(yīng)力加載模式的影響

剪切速率是原油管道輸送工藝技術(shù)的重要參數(shù)之一，原油屈服剪切速率是管道內(nèi)原油停輸再啟動(dòng)開始流動(dòng)時(shí)的應(yīng)變速率[13-14]。筆者考察了2種原油分別在2種剪切應(yīng)力加載模式(恒剪切應(yīng)力加載和剪切應(yīng)力線性增加加載)下，10個(gè)溫度時(shí)的200組乳狀液膠凝體系屈服實(shí)驗(yàn)的屈服剪切速率。圖4為34 ℃時(shí)大慶原油乳狀液在恒剪切應(yīng)力加載模式下屈服剪切速率隨剪切應(yīng)力加載量的變化曲線。由圖4可知，W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系的屈服剪切速率隨加載剪切應(yīng)力的增大而增大。這是因?yàn)?，不同加載剪切應(yīng)力下的乳狀液膠凝體系屈服應(yīng)變相同，增加剪切應(yīng)力加載量使乳狀液膠凝體系應(yīng)變積累到達(dá)屈服應(yīng)變的時(shí)間縮短，因此，W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系屈服剪切速率增加。

圖4 34 ℃時(shí)大慶原油乳狀液膠凝體系在恒剪切應(yīng)力加載下的屈服剪切速率曲線Fig.4 The curves of yield shear rate of the Daqing crude oil emulsion cementitious system based on the constant shear stress loading at 34 ℃

圖5為35 ℃時(shí)大慶原油乳狀液膠凝體系在剪切應(yīng)力線性增加加載模式下，屈服剪切速率隨剪切應(yīng)力增加速率的變化曲線。由圖5可知，W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系的屈服剪切速率隨加載剪切應(yīng)力增加速率的增大而增大；這是因?yàn)椋虞d時(shí)間相同時(shí)，增大加載剪切應(yīng)力增加速率，剪切應(yīng)力加載量增大，W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系的剪切應(yīng)變積累速率增加，其屈服剪切速率增加。

圖5 35 ℃時(shí)大慶原油乳狀液膠凝體系在剪切應(yīng)力線性增加加載下的屈服剪切速率曲線Fig.5 The curves of yield shear rate of the Daqing crude oil emulsion cementitious system based on the shear stress linear increase loading at 35 ℃ The shear stress loading range is 0—140 Pa.

2.2.2 含水體積分?jǐn)?shù)的影響

在恒剪切應(yīng)力加載模式下，34 ℃時(shí)大慶原油乳狀液膠凝體系屈服剪切速率隨含水體積分?jǐn)?shù)的變化曲線如圖6所示；在應(yīng)力線性增加加載模式下，35 ℃時(shí)大慶原油乳狀液膠凝體系屈服剪切速率隨含水率的變化曲線如圖7所示。由圖6、圖7可知，2種剪切應(yīng)力加載模式下，大慶原油乳狀液膠凝體系屈服剪切速率均隨體系含水率的增大而減小。究其原因，W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系屈服過程中，由于分散相液滴界面膜彈性形變導(dǎo)致屈服延遲，其體系含水體積分?jǐn)?shù)增大則分散相界面膜面積增大，體系屈服延性增強(qiáng)，屈服剪切速率增大。這與文獻(xiàn)[14-15]研究結(jié)論相一致：隨著乳狀液含水體積分?jǐn)?shù)的上升，原油乳狀液膠凝體系抑制剪切速率增加的趨勢(shì)越明顯。

圖6 34 ℃時(shí)大慶原油乳狀液膠凝體系不同剪切應(yīng)力下屈服剪切速率與含水體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線Fig.6 The curves of yield shear rate with water volume fraction of the Daqing crude oil emulsion cementitious system at 34 ℃ and different shear stress loadings

2.3 影響W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系結(jié)構(gòu)恢復(fù)特性的因素

W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系的屈服特性是其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的表征[16-18]。以屈服應(yīng)變及屈服應(yīng)變比例系數(shù)表征乳狀液膠凝體系的結(jié)構(gòu)恢復(fù)程度，其中屈服應(yīng)變比例系數(shù)(Kγ)定義為相同剪切應(yīng)力加載作用于結(jié)構(gòu)完全形成和結(jié)構(gòu)恢復(fù)(經(jīng)歷剪切后恒溫靜置)2種乳狀液膠凝體系的體系屈服應(yīng)變的比值。由定義可知，W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系結(jié)構(gòu)恢復(fù)程度越低，屈服應(yīng)變?cè)酱?，屈服?yīng)變比例系數(shù)越小。

2.3.1 恒溫靜置時(shí)間的影響

圖8分別為34 ℃時(shí)大慶原油乳狀液膠凝體系在2種結(jié)構(gòu)恢復(fù)(剪切后恒溫靜置30 min和60 min)和結(jié)構(gòu)完全形成3種結(jié)構(gòu)狀態(tài)下，恒剪切應(yīng)力加載和剪切應(yīng)力線性增加加載2種模式下的屈服應(yīng)變。由圖8可見：含蠟原油及W/O型原油乳狀液膠凝體系在剪切后，經(jīng)過30 min和60 min的恢復(fù)時(shí)間，其屈服應(yīng)變都大于首次屈服應(yīng)變(結(jié)構(gòu)完全形成時(shí)加載)，說明恒溫靜置能使其結(jié)構(gòu)有所恢復(fù)，但是沒有完全恢復(fù)；2種剪切應(yīng)力加載模式下，恒溫靜置60 min時(shí)的屈服應(yīng)變均小于30 min時(shí)的，表明恒溫靜置60 min時(shí)W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系的結(jié)構(gòu)恢復(fù)程度均略好于靜置30 min時(shí)的。究其原因，W/O型原油乳狀液膠凝體系的屈服機(jī)理是蠟晶結(jié)構(gòu)破壞和分散相液滴變形共同作用的結(jié)果，其中，蠟晶結(jié)構(gòu)恢復(fù)速率較慢且不能完全恢復(fù)[3，19]，而分散相液滴的形變較易恢復(fù)[16]。在首次屈服、經(jīng)歷剪切再恒溫靜置30 min后，雖然該體系的原油蠟晶結(jié)構(gòu)已經(jīng)得到恢復(fù)，但也只是部分恢復(fù)；而其分散相液滴形變恢復(fù)程度較高，甚至完全恢復(fù)，因此，與相同剪切應(yīng)力加載下的屈服應(yīng)變相比，首次屈服應(yīng)變大很多。該體系恒溫靜置60 min再次剪切加載應(yīng)力，鑒于此時(shí)乳狀液膠凝體系的原油蠟晶結(jié)構(gòu)沒有完全恢復(fù)，屈服應(yīng)變的主要貢獻(xiàn)者是分散相液滴的形變，因此恒溫靜置60 min和30 min后，W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系的屈服應(yīng)變相差不大。

圖8 34 ℃時(shí)大慶原油乳狀液膠凝體系在2種剪切應(yīng)力加載模式下的屈服應(yīng)變(γy)Fig.8 The figure of yield strain (γy)of the Daqing crude oil emulsion cementitious system based on two shear stress loading modes at 34 ℃(a)Constant shear stress;(b)Shear stress linear increase

2.3.2 剪切應(yīng)力加載的影響

圖9分別為大慶原油乳狀液膠凝體系在2種剪切應(yīng)力加載模式下恒溫靜置60 min的屈服應(yīng)變比例系數(shù)變化曲線。由圖9可知，隨著剪切應(yīng)力加載量和加載速率的增加，W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系的屈服應(yīng)變比例系數(shù)增大，表明該體系的結(jié)構(gòu)恢復(fù)程度變差。究其原因，增加剪切應(yīng)力加載量，剪切程度增強(qiáng)，W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系原油蠟晶結(jié)構(gòu)的破壞和分散相液滴的形變程度同時(shí)增加，雖然分散相液滴形變的恢復(fù)能力較好，但由于原油蠟晶結(jié)構(gòu)恢復(fù)較慢且只能部分恢復(fù)[20-21]，故導(dǎo)致W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系結(jié)構(gòu)恢復(fù)程度變差。

圖9 大慶原油乳狀液膠凝體系在2種剪切應(yīng)力加載模式下的屈服應(yīng)變比例系數(shù)(Kγ)變化曲線Fig.9 The curves of proportional coefficient (Kγ)of yield strain of the Daqing crude oil emulsion cementitious system based on two shear stress loading modes(a)Constant shear stress,T=34 ℃,Static for 60 min；(b)Shear stress linear increase,T=35 ℃,Static for 60 min The shear stress loading range is 0—140 Pa.

2.3.3 W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系含水體積分?jǐn)?shù)的影響

圖10為大慶原油乳狀液在2種剪切應(yīng)力加載模式下恒溫靜置后的屈服應(yīng)變比例系數(shù)隨體系含水體積分?jǐn)?shù)的變化曲線。由圖10可知，2種剪切應(yīng)力加載模式中，屈服應(yīng)變比例系數(shù)均隨W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系含水體積分?jǐn)?shù)增大而減小，表明W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系結(jié)構(gòu)恢復(fù)程度隨乳狀液膠凝體系含水體積分?jǐn)?shù)增大而增強(qiáng)。

圖10 大慶原油乳狀液膠凝體系的屈服應(yīng)變比例系數(shù)(Kγ)隨含水體積分?jǐn)?shù)變化曲線Fig.10 The curves of proportional coefficient (Kγ)of the yield strain of Daqing crude oil emulsion cementitious system with water volume fraction(a)Constant shear stress,T=34 ℃,Static for 60 min;(b)Shear stress linear increase,T=35 ℃,Static for 30 min The shear stress loading range is 0—140 Pa.

Haj-shafiei等[22]研究表明，乳狀液凝膠體系中液滴自身具有彈性，當(dāng)含水體積分?jǐn)?shù)高時(shí)，乳狀液凝膠體系的蠕變?nèi)崃啃。冃位謴?fù)比例大；當(dāng)含水體積分?jǐn)?shù)低時(shí)，由于包裹分散相液滴的原油蠟晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較脆，乳狀液凝膠體系易發(fā)生不可恢復(fù)變形。孫廣宇等[16]發(fā)現(xiàn)，隨著體積含水體積分?jǐn)?shù)的增大，乳狀液凝膠的瞬時(shí)回彈變形所占的比例增大，即體系的彈性增強(qiáng)，乳狀液凝膠體系結(jié)構(gòu)的不可恢復(fù)比例隨著含水體積分?jǐn)?shù)的增大而減小。實(shí)驗(yàn)中由于W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系的分散相液滴被包裹在原油蠟晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，屈服過程同時(shí)發(fā)生蠟晶結(jié)構(gòu)的斷裂和分散相液滴的變形。蠟晶結(jié)構(gòu)的斷裂不能完全恢復(fù)，而分散相液滴的變形較容易恢復(fù)，隨著乳狀液凝膠體系含水體積分?jǐn)?shù)的增大，蠟晶結(jié)構(gòu)體積占比降低，因此乳狀液凝膠體系恢復(fù)程度變好。

3 結(jié) 論

(1)乳狀液凝膠體系的屈服應(yīng)變不受剪切應(yīng)力加載模式、剪切應(yīng)力加載量的影響，可作為W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系的屈服判據(jù)。

(2)由于分散相液滴的存在增加了W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系的彈性，隨乳狀液體系含水體積分?jǐn)?shù)的增大，屈服應(yīng)變?cè)龃?，屈服剪切速率減小，體系恢復(fù)度增加。結(jié)合油田生產(chǎn)實(shí)際的集輸管道流動(dòng)安全保障問題，隨著W/O型含蠟原油乳狀液含水體積分?jǐn)?shù)的增大，停輸再啟動(dòng)時(shí)所需泵提供壓力增大，安全停輸時(shí)間縮短。

(3)增大剪切應(yīng)力加載量或剪切應(yīng)力增加速率，W/O型含蠟原油乳狀液膠凝體系屈服剪切速率增大，乳狀液凝膠體系的結(jié)構(gòu)恢復(fù)程度變差。