西安石油大學(xué)《原油流變學(xué)》(?？茝?fù)習(xí)資料)

1、第一章第一章1.1.流變學(xué)流變學(xué)(Rheology)(Rheology)是研究物質(zhì)變形與流動的科學(xué)。實(shí)際物質(zhì)在外力作用下怎樣變形與流動，是研究物質(zhì)變形與流動的科學(xué)。實(shí)際物質(zhì)在外力作用下怎樣變形與流動，這是物質(zhì)本身固有的性質(zhì)，可以稱其為物質(zhì)的流變性這是物質(zhì)本身固有的性質(zhì)，可以稱其為物質(zhì)的流變性(即物質(zhì)在外力作用下變形與流動的性即物質(zhì)在外力作用下變形與流動的性質(zhì))。流變學(xué)就是研究物質(zhì)流變性的科學(xué)。。流變學(xué)就是研究物質(zhì)流變性的科學(xué)。2.2.流

2、變學(xué)研究的是純彈性固體和牛頓流體狀態(tài)之間所有物質(zhì)的變形與流動問題。流變學(xué)研究的是純彈性固體和牛頓流體狀態(tài)之間所有物質(zhì)的變形與流動問題。3.3.流變學(xué)更注重不同物質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系流變學(xué)更注重不同物質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系4.4.流變學(xué)中物質(zhì)所受到的力用應(yīng)力或應(yīng)力張量表示流變學(xué)中物質(zhì)所受到的力用應(yīng)力或應(yīng)力張量表示5.5.流變學(xué)中用應(yīng)變或應(yīng)變速率表示物質(zhì)的運(yùn)動狀態(tài)即變形或流動。流變學(xué)中用應(yīng)變或應(yīng)變速率表示物質(zhì)的運(yùn)動

3、狀態(tài)即變形或流動。6.6.流體質(zhì)點(diǎn)就是流體中宏觀尺寸非常小而微觀尺寸又足夠大的任意一個物理實(shí)體。流體質(zhì)點(diǎn)就是流體中宏觀尺寸非常小而微觀尺寸又足夠大的任意一個物理實(shí)體。7.7.物質(zhì)狀態(tài)的變化稱為變形，而物質(zhì)連續(xù)無限地變形就是流動。物質(zhì)狀態(tài)的變化稱為變形，而物質(zhì)連續(xù)無限地變形就是流動。8.8.流變學(xué)中有三種基本變形：簡單拉伸、簡單剪切和體積壓縮與膨脹流變學(xué)中有三種基本變形：簡單拉伸、簡單剪切和體積壓縮與膨脹9.9.反映材料宏觀性質(zhì)的數(shù)字模型

4、稱為本構(gòu)方程，亦稱為流變狀態(tài)方程和流變方程反映材料宏觀性質(zhì)的數(shù)字模型稱為本構(gòu)方程，亦稱為流變狀態(tài)方程和流變方程10.10.對一些簡單的流變性制的描述也可以用曲線形式表示，如剪切應(yīng)力與剪切速率關(guān)系曲線，對一些簡單的流變性制的描述也可以用曲線形式表示，如剪切應(yīng)力與剪切速率關(guān)系曲線，粘度隨剪切速率變化曲線等，并稱之為流變曲線。粘度隨剪切速率變化曲線等，并稱之為流變曲線。第二章第二章1.1.散體系是指將物質(zhì)散體系是指將物質(zhì)(固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)固態(tài)

5、、液態(tài)或氣態(tài))分裂成或大或小的粒子，并將其分布在某種介質(zhì)分裂成或大或小的粒子，并將其分布在某種介質(zhì)(固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài))之中所形成的體系。之中所形成的體系。2.2.分散體系可以是均勻的也可以是非均勻的系統(tǒng)。均勻分散體系是由一相所組成的單相體系，分散體系可以是均勻的也可以是非均勻的系統(tǒng)。均勻分散體系是由一相所組成的單相體系，而非均勻分散體系是指由兩相或兩相以上所組成的多相體系。而非均勻分散體系是指由兩相或兩相以上所組成的多相

6、體系。3.3.非均勻分散體系必須具備非均勻分散體系必須具備2個條件：個條件：①在體系內(nèi)各單位空間所含物質(zhì)的性質(zhì)不同；在體系內(nèi)各單位空間所含物質(zhì)的性質(zhì)不同；②存在著分界的物理界面。在著分界的物理界面。4.4.對非均勻分散體系，被分散的一相稱為分散相或內(nèi)相，把分散相分散于其中的一相稱為對非均勻分散體系，被分散的一相稱為分散相或內(nèi)相，把分散相分散于其中的一相稱為分散介質(zhì)，亦稱外相或連續(xù)相。分散介質(zhì)，亦稱外相或連續(xù)相。5.5.盡管非牛頓流體在微

7、觀上往往是非均勻的多相分散體系，或非均勻的多相混合流體，但在盡管非牛頓流體在微觀上往往是非均勻的多相分散體系，或非均勻的多相混合流體，但在用連續(xù)介質(zhì)理論或宏觀方法研究其流變性問題時，一般可以忽略這種微觀的非均勻性，而認(rèn)用連續(xù)介質(zhì)理論或宏觀方法研究其流變性問題時，一般可以忽略這種微觀的非均勻性，而認(rèn)為體系為一種均勻或假均勻分散體系。為體系為一種均勻或假均勻分散體系。6.6.對非牛頓流體，沒有恒定的粘度概念，不同的剪切速率下有不同的表觀粘度

8、，這是非牛頓對非牛頓流體，沒有恒定的粘度概念，不同的剪切速率下有不同的表觀粘度，這是非牛頓流體的一大特點(diǎn)。流體的一大特點(diǎn)。7、一受力就有流動，但剪切應(yīng)力與剪切速率的不成比例，隨著剪切速率的增大，剪切應(yīng)力一受力就有流動，但剪切應(yīng)力與剪切速率的不成比例，隨著剪切速率的增大，剪切應(yīng)力的增加速率越來越大，即隨著剪切速率的增大，流體的表觀粘度增大，這種特性被稱為的增加速率越來越大，即隨著剪切速率的增大，流體的表觀粘度增大，這種特性被稱為剪切剪切增

9、稠性增稠性（shearshearthickeningthickening）。因此，膨腫性流體具有剪切增稠性。隨著剪切速率的增加，。因此，膨腫性流體具有剪切增稠性。隨著剪切速率的增加，表觀粘度是減小的因此，常說假塑性流體具有剪切稀釋性。表觀粘度是減小的因此，常說假塑性流體具有剪切稀釋性。8、τB是使體系產(chǎn)生流動所需要的最小剪切應(yīng)力，即使流體產(chǎn)生大于是使體系產(chǎn)生流動所需要的最小剪切應(yīng)力，即使流體產(chǎn)生大于0的剪切速率所需的最的剪切速率所需的最

10、小剪切應(yīng)力，稱之為屈服值。屈服值的大小是體系所形成的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的性質(zhì)所決定的。小剪切應(yīng)力，稱之為屈服值。屈服值的大小是體系所形成的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的性質(zhì)所決定的。塑性流體：凡是具有屈服值的流體塑性流體：凡是具有屈服值的流體塑性流動：外力克服其屈服值而產(chǎn)生的流動。塑性流動：外力克服其屈服值而產(chǎn)生的流動。9、在恒定的剪切應(yīng)力或剪切速率作用下，表觀粘度隨時間連續(xù)下降，并在剪切應(yīng)力或剪切在恒定的剪切應(yīng)力或剪切速率作用下，表觀粘度隨時間連續(xù)下降，并

11、在剪切應(yīng)力或剪切速率消除后，表觀粘度隨之恢復(fù)的現(xiàn)象，稱為觸變性。速率消除后，表觀粘度隨之恢復(fù)的現(xiàn)象，稱為觸變性。1010、反觸變性流體即在恒定的剪切應(yīng)力或剪切速率作用下，流體表觀粘度隨時間而增加反觸變性流體即在恒定的剪切應(yīng)力或剪切速率作用下，流體表觀粘度隨時間而增加二、觸變性特征：二、觸變性特征：(1)(1)在靜止條件下，流體結(jié)構(gòu)發(fā)展增強(qiáng)；在靜止條件下，流體結(jié)構(gòu)發(fā)展增強(qiáng)；(2)(2)在剪切作用下，這種結(jié)構(gòu)能夠在剪切作用下，這種結(jié)構(gòu)能夠被

12、破壞；被破壞；(3)(3)結(jié)構(gòu)的破壞和恢復(fù)是等溫可逆的，但結(jié)構(gòu)恢復(fù)往往要比構(gòu)的破壞所需的時間長結(jié)構(gòu)的破壞和恢復(fù)是等溫可逆的，但結(jié)構(gòu)恢復(fù)往往要比構(gòu)的破壞所需的時間長得多；得多；(4)(4)在恒剪切速率作用下，流體流變性有如下表現(xiàn)：在恒剪切速率作用下，流體流變性有如下表現(xiàn)：b)b)如果流體以前經(jīng)受較高的剪切速率剪切，那么，剪切應(yīng)力將隨時間而增加如果流體以前經(jīng)受較高的剪切速率剪切，那么，剪切應(yīng)力將隨時間而增加(6)(6)在剪切速率連續(xù)增加而后

13、又連續(xù)減小的循環(huán)程序下，剪切應(yīng)力與剪切速率的變化曲線將在剪切速率連續(xù)增加而后又連續(xù)減小的循環(huán)程序下，剪切應(yīng)力與剪切速率的變化曲線將是順時針方向的滯回曲線。是順時針方向的滯回曲線。如果剪切變形最終不能恢復(fù)至零，則說物質(zhì)產(chǎn)生了流動。即使在微小的應(yīng)力作用下，如如果剪切變形最終不能恢復(fù)至零，則說物質(zhì)產(chǎn)生了流動。即使在微小的應(yīng)力作用下，如7、含蠟原油的流變性類型：牛頓流體類型，假塑性流體，屈服含蠟原油的流變性類型：牛頓流體類型，假塑性流體，屈服假

14、塑性流體假塑性流體8、反常點(diǎn)：反常點(diǎn)：T反是原油有由流體特性到非牛頓流體特性的溫度轉(zhuǎn)變點(diǎn)，是原油呈現(xiàn)牛頓流體是原油有由流體特性到非牛頓流體特性的溫度轉(zhuǎn)變點(diǎn)，是原油呈現(xiàn)牛頓流體特性的最低溫度。特性的最低溫度。9、含蠟原油表現(xiàn)出復(fù)雜的非牛頓流體特性，其根本是由含蠟原油的復(fù)雜膠體結(jié)構(gòu)特性決定、含蠟原油表現(xiàn)出復(fù)雜的非牛頓流體特性，其根本是由含蠟原油的復(fù)雜膠體結(jié)構(gòu)特性決定的。的。1010、原油中蠟晶的形狀和尺寸受原油粘度、溫度和冷卻速度的影響，一

15、般原油粘度越高、溫、原油中蠟晶的形狀和尺寸受原油粘度、溫度和冷卻速度的影響，一般原油粘度越高、溫度越低、冷卻速度越大，所生成的蠟晶尺寸越小、蠟晶數(shù)目越多。度越低、冷卻速度越大，所生成的蠟晶尺寸越小、蠟晶數(shù)目越多。1111、含蠟原油的蠟晶絮凝結(jié)構(gòu)一般是一種強(qiáng)絮凝結(jié)構(gòu)。在較大的蠟晶濃度下，會發(fā)展成蠟晶、含蠟原油的蠟晶絮凝結(jié)構(gòu)一般是一種強(qiáng)絮凝結(jié)構(gòu)。在較大的蠟晶濃度下，會發(fā)展成蠟晶的整個空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。溫度越低，蠟晶濃度越高，蠟晶絮凝作用越強(qiáng)。的

16、整個空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。溫度越低，蠟晶濃度越高，蠟晶絮凝作用越強(qiáng)。1212、懸浮液絮凝系統(tǒng)分為：、懸浮液絮凝系統(tǒng)分為：1.1.強(qiáng)絮凝系統(tǒng)；絮凝系統(tǒng)；2.2.弱絮凝系統(tǒng)絮凝系統(tǒng)1313、一般在反常點(diǎn)附近的非牛頓流體溫度下，由于原油的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較弱，其觸變性在測量流、一般在反常點(diǎn)附近的非牛頓流體溫度下，由于原油的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較弱，其觸變性在測量流變儀上顯現(xiàn)不出來，因此可以認(rèn)為原油沒有觸變性。隨溫度的進(jìn)一步降低，原油開始明顯顯變儀上顯現(xiàn)不出來，因此可以認(rèn)

17、為原油沒有觸變性。隨溫度的進(jìn)一步降低，原油開始明顯顯現(xiàn)出觸變性，這一溫度稱之為原油的顯觸點(diǎn)。研究表明，原油的顯觸點(diǎn)取決于原油的組成、現(xiàn)出觸變性，這一溫度稱之為原油的顯觸點(diǎn)。研究表明，原油的顯觸點(diǎn)取決于原油的組成、原油所經(jīng)歷的熱歷史、剪切歷史，以及原油添加化學(xué)改性劑的條件等。原油所經(jīng)歷的熱歷史、剪切歷史，以及原油添加化學(xué)改性劑的條件等。1414、對經(jīng)歷一定歷史條件，并在一定的低溫靜置條件下形成膠凝結(jié)構(gòu)的含蠟原油，在恒定的、對經(jīng)歷一定歷史條

18、件，并在一定的低溫靜置條件下形成膠凝結(jié)構(gòu)的含蠟原油，在恒定的剪切應(yīng)力下進(jìn)行初次剪切，會得到一條典型的剪切應(yīng)力隨時間的衰減曲線，稱之為初次裂降剪切應(yīng)力下進(jìn)行初次剪切，會得到一條典型的剪切應(yīng)力隨時間的衰減曲線，稱之為初次裂降曲線曲線1515、大量研究表明：含蠟原油的非牛頓流變性還依賴于原油所經(jīng)歷的各種歷史，如：熱歷史、、大量研究表明：含蠟原油的非牛頓流變性還依賴于原油所經(jīng)歷的各種歷史，如：熱歷史、冷卻速度大小、剪切歷史、老化等，因?yàn)檫@些外部

19、因素能對含蠟原油的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特別是蠟晶冷卻速度大小、剪切歷史、老化等，因?yàn)檫@些外部因素能對含蠟原油的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特別是蠟晶結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的影響，所以這一特點(diǎn)被稱為非牛頓含蠟原油的歷史效應(yīng)。結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的影響，所以這一特點(diǎn)被稱為非牛頓含蠟原油的歷史效應(yīng)。1616、在最優(yōu)加熱溫度下，含蠟原油低溫流變性得到改善的機(jī)理、在最優(yōu)加熱溫度下，含蠟原油低溫流變性得到改善的機(jī)理:一般觀點(diǎn)是：具有表面活性一般觀點(diǎn)是：具有表面活性的極性膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的存在對蠟晶的析

20、出長大有以下幾個方面的作用：的極性膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的存在對蠟晶的析出長大有以下幾個方面的作用：①對晶核生成的抑對晶核生成的抑制作用，從而使生成的蠟晶數(shù)目少，但體積大；制作用，從而使生成的蠟晶數(shù)目少，但體積大；②膠質(zhì)的非極性部分膠質(zhì)的非極性部分(相當(dāng)長的側(cè)鏈相當(dāng)長的側(cè)鏈)與石與石蠟分子結(jié)構(gòu)相似，因而在蠟晶生長過程中與之共晶；蠟分子結(jié)構(gòu)相似，因而在蠟晶生長過程中與之共晶；③極性部分則吸附在蠟晶表面，從而極性部分則吸附在蠟晶表面，從而阻礙新析出的

21、蠟在蠟晶表面按既定方式絮凝長大。阻礙新析出的蠟在蠟晶表面按既定方式絮凝長大。1717、當(dāng)加熱溫度低于最優(yōu)熱處理溫度時，含蠟原油的低溫流變性惡化的機(jī)理當(dāng)加熱溫度低于最優(yōu)熱處理溫度時，含蠟原油的低溫流變性惡化的機(jī)理:在加熱溫度較在加熱溫度較低時，相對分子質(zhì)量小的低熔點(diǎn)石蠟在原油中溶解，而從溶解的蠟晶上脫離出來的膠質(zhì)、瀝低時，相對分子質(zhì)量小的低熔點(diǎn)石蠟在原油中溶解，而從溶解的蠟晶上脫離出來的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)則會吸附到高熔點(diǎn)的石蠟晶體表面上；當(dāng)冷卻

22、時，已溶解的石蠟重新結(jié)晶，但在重新結(jié)青質(zhì)則會吸附到高熔點(diǎn)的石蠟晶體表面上；當(dāng)冷卻時，已溶解的石蠟重新結(jié)晶，但在重新結(jié)晶過程中缺少具有活性的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)共晶和吸附作用，這部分蠟晶的結(jié)構(gòu)則不能得到改善，晶過程中缺少具有活性的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)共晶和吸附作用，這部分蠟晶的結(jié)構(gòu)則不能得到改善，因而造成原油的低溫流變性惡化。另外，即使加熱溫度升高到使蠟晶完全溶解的溫度，但可因而造成原油的低溫流變性惡化。另外，即使加熱溫度升高到使蠟晶完全溶解的溫度，但可

23、能還不足以使膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子的活性充分激發(fā)，因此在冷卻過程中，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)難以有能還不足以使膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子的活性充分激發(fā)，因此在冷卻過程中，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)難以有效改善蠟晶結(jié)構(gòu)，仍會造成原油低溫流變性惡化。效改善蠟晶結(jié)構(gòu)，仍會造成原油低溫流變性惡化。1818、加熱溫度對含蠟原油低溫流變性的影響與原油中蠟的分子組成、含量，液態(tài)油對蠟的溶、加熱溫度對含蠟原油低溫流變性的影響與原油中蠟的分子組成、含量，液態(tài)油對蠟的溶解能力，以及膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的含

24、量、活性大小等有較大的關(guān)系。解能力，以及膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的含量、活性大小等有較大的關(guān)系。1919、剪切歷史是指含蠟原油在特定流變性表現(xiàn)以前所經(jīng)受的各種剪切經(jīng)歷。、剪切歷史是指含蠟原油在特定流變性表現(xiàn)以前所經(jīng)受的各種剪切經(jīng)歷。補(bǔ)充：補(bǔ)充：1.1.測定屈服值的方法：直接法，間接法（曲線外延法，方程回歸法）測定屈服值的方法：直接法，間接法（曲線外延法，方程回歸法）2.2.國內(nèi)外利用熱處理原理進(jìn)行含蠟原油管道輸送的所謂熱處理輸送工藝可分為國內(nèi)外利用

25、熱處理原理進(jìn)行含蠟原油管道輸送的所謂熱處理輸送工藝可分為2類：一、完類：一、完整熱處理輸送工藝；二、簡易熱處理輸送工藝整熱處理輸送工藝；二、簡易熱處理輸送工藝3.3.反常點(diǎn)反常點(diǎn)abnmalabnmalpointpoint：原油呈現(xiàn)牛頓流體的最低溫度：原油呈現(xiàn)牛頓流體的最低溫度4.4.本構(gòu)方程本構(gòu)方程constitutiveconstitutiveequationequation：同狀態(tài)方程，流變方程，一種聯(lián)系應(yīng)力，應(yīng)變，時：同狀態(tài)方程

26、，流變方程，一種聯(lián)系應(yīng)力，應(yīng)變，時間的方程，有時還包括其他的一些變量，例如溫度。間的方程，有時還包括其他的一些變量，例如溫度。5.5.庫埃特流動庫埃特流動CouetteCouetteflowflow由于流體的幾何邊界相對運(yùn)動而產(chǎn)生的剪切流動，有時也稱為由于流體的幾何邊界相對運(yùn)動而產(chǎn)生的剪切流動，有時也稱為拖流動拖流動6.6.末端效應(yīng)末端效應(yīng)endendeffecteffect用毛細(xì)管粘度計測定液體粘度要求液體處于完全層流狀態(tài)。但實(shí)際用毛