管內(nèi)石蠟沉積物的力學(xué)響應(yīng)特性研究.pdf

1、原油管道內(nèi)石蠟沉積物的力學(xué)響應(yīng)特性研究，是從流變學(xué)角度探討管道內(nèi)石蠟沉積物的結(jié)構(gòu)破壞特性，從理論上研究地形起伏地區(qū)管道內(nèi)石蠟沉積物的破壞滑脫過(guò)程，從而描述地形起伏地區(qū)管道的停輸蠟堵凝管過(guò)程。由于膠凝原油與管道內(nèi)石蠟沉積物有相似的結(jié)構(gòu)特性和力學(xué)特性，同時(shí)膠凝原油的啟動(dòng)結(jié)構(gòu)破壞過(guò)程與石蠟沉積物的受力變形有耦合作用，于是首先根據(jù)不同剪應(yīng)力下膠凝原油的蠕變特性構(gòu)建了膠凝原油的粘彈性流變模型和非線(xiàn)性粘彈塑性流變模型，且都能精確擬合實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)。利用時(shí)

2、間－溫度－應(yīng)力等效原理分析了膠凝原油的非線(xiàn)性蠕變行為，得到參考應(yīng)力水平和參考溫度下的蠕變主曲線(xiàn)，并回歸得到了主曲線(xiàn)的粘彈性流變模型。為了研究管道內(nèi)石蠟沉積物的結(jié)構(gòu)特性和流變特性，及與膠凝原油的不同，利用X射線(xiàn)衍射儀、偏光顯微鏡、差熱分析儀和流變儀分別對(duì)魏荊線(xiàn)外輸原油石蠟沉積物和魏荊線(xiàn)低溫膠凝原油的內(nèi)部蠟晶微觀結(jié)構(gòu)和全溫度區(qū)間內(nèi)系統(tǒng)熱性能和流變性能進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明石蠟沉積物和膠凝原油兩種物質(zhì)的蠟晶類(lèi)型一樣，但石蠟沉積物的蠟晶成片狀

3、較大，蠟晶之間的距離較遠(yuǎn)，結(jié)構(gòu)相對(duì)比較松散。利用自主研制開(kāi)發(fā)的直接剪切儀，在不加熱破壞管道內(nèi)石蠟沉積物原有結(jié)構(gòu)的條件下，進(jìn)行了破壞剪切實(shí)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)推導(dǎo)得到了石蠟沉積物結(jié)構(gòu)破壞過(guò)程的粘彈性流變模型和粘彈觸變方程，同時(shí)還得到了不同溫度下管道內(nèi)石蠟沉積物的松弛模量表達(dá)式。根據(jù)石蠟沉積物的結(jié)構(gòu)力學(xué)破壞特性，利用ANSYS/LS-DYNA對(duì)管道內(nèi)石蠟沉積物建立了有限元模型，對(duì)不同工況下停輸瞬間“爬坡”管道內(nèi)沉積層的軸向剪應(yīng)力分布進(jìn)行了計(jì)算。

4、結(jié)果表明石蠟沉積物的密度、管道的“爬坡”角度和石蠟沉積物厚度都決定著沉積層內(nèi)剪應(yīng)力的分布。同時(shí)利用ANSYS/LS-DYNA序中的ALE多物質(zhì)耦合算法，對(duì)“爬坡”管道內(nèi)石蠟沉積物在不同結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、不同石蠟沉積物厚度的工況下和管道“爬坡”角度、“爬坡”距離、管徑不同的情況下發(fā)生的破壞滑脫過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值仿真模擬。分析結(jié)果得出石蠟沉積物的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度越小、管道的“爬坡”角度越大、管徑越大、沉積層越厚石蠟沉積物越容易產(chǎn)生破壞滑脫，及滑脫后與管中液態(tài)原