GB T 28910-2012 原油流变性测定方法.pdf
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1、道BICS 75.020 E 12 和国国家标准11: ./、中华人民GB/T 28910-2012 原油流变性测定方法The measurement method of crude oil rheological properties . -2013-03-01实施2012-11-05发布发布中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会11凡、LJG/T 28910一2012目次前言.Il 范围2 规范性引用文件3 术语和定义4 原油样品准备.2 5 旋转法.3 6 细管法7 多孔介质法.10 8 落球法.13 9 试验报告.四附录A(资料性附录)原油流变性检测报告封面及首
2、页格式.16 附录B(资料性附录)原油流变性检测报告数据表的格式.四附录c(资料性附录)原油流变性检测报告曲线图的格式.20 参考文献.23 唱目。吕本标准按照GB/T1. 1-2009给出的规则起草。本标准由中国石油天然气集团公司提出。本标准由全国石油天然气标准化技术委员会CSAC/TC355)归口。GB/T 28910-2012 本标准起草单位z中国石油天然气集团公司稠油开采先导试验基地(中国石油辽河油田公司勘探开发研究院)、提高石油采收率国家重点实验室。本标准主要起草人:刘敬、程海清、刘其成、刘宝良、朱连忠、沈德煌、聂凌云。I GB/T 28910-2012 原油流变性测定方法1 范围本
3、标准规定了原油流变性测定的术语和定义、原油样品准备、四种测定原油流变性的方法及试验报告的内容。本标准适用于旋转法、细管法、多孔介质法及落球法原油流变性的测定。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。SY /T 5542-2009 油气藏流体物性分析方法3 术语和定义3. 1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3. 7 3.8 下列术语和定义适用于本文件。流变性rheological properties 在外力作用下流体发生流动和变形等的性质。剪切速率sh
4、ear rate 流体流动时平行邻近层之间相对运动的相对形变对时间的变化率。剪切应力shear stress 在流体相对运动时平行邻近两流体层之间单位面积上的相互作用力。动力靠自度dynamic viscosity 剪切应力与剪切速率的比值。表现黠度apparent viscosity 表示非牛顿流体流动时蒙古滞性的大小。流变曲线f10w curve 在一定温度、压力下,流体的剪切应力与剪切速率之间的对应关系曲线。黯度曲线viscosity curve 在一定温度、压力下,流体的动力蒙古度与剪切速率之间的关系曲线。黠温曲线viscosity-temperature curve 在一定剪切历史条
5、件下,流体的动力蒙古度随温度的变化曲线。l G/T 28910-2012 3.9 屈服值yield value 在一定温度、压力下,原油开始流动时所需的最小剪切应力。3.10 度温低t最阳的阴性民特M体a曲川师眈m牛现点呈常油反原4 原油样晶准备f子飞飞二三二原油在一/ - 的条件下还溶解有一军事的天筑材时含有一定量的氮气和少电号氧化建气等。原油中溶解然气体物质的分散程度。当原时固岸分散相(蜡晶、前青质为核心的肢团)的浓度很大时,即具有明显的肢体溶液性质,并表现出供的知吨流体流变性质。因此,原油样品准备的目的是陈明有制的组成和相同的4.2 眠怦JJ JJ J / / 在原油开来、集输和储运仕程
6、中,由于经历油层渗沉集输、储运等环节,使原油的组分、流变特性可能有所差异。;因此在油层、均拥皂白?适的取样点根平均的方法j取得有代表性的油样。飞 / /力/性质不对于流动性较差的原油应采用成型岩心或填砂管密闭过滤法,其流程示意图见图1。将原油装入活塞容器中,用恒速法或恒压法驱替原油通过成型岩心或填砂管达到除杂的目的。成型岩心或填砂管的渗透率宜选在100mD2 000 mD之间。4.3.3 预处理将脱水后的原油盛入密封磨口瓶中,在800C条件下恒温2h,使原油依靠分子的热运动达到均匀状态,然后自然冷却至室温,并稳定48h以上,确保原油样品达到了相同的组成和相同的初始状态。4.4 地层原油样晶准备
7、4.4. 1 配样根据已知的油气比确定地层原油所需要的用油量和用气量,将地面脱气原油配制成地层原油,具体2 操作方法见SY/T 5542-2009中第6章。4.4.2 转样GB/T 28910一2012将配制好的地层原油采用保持压力转样方法转入流变仪的测量筒中,系统压力应大于地层原油的饱和压力3.0 MPa4. 0 MPa,排出原油体积至少是测量筒容积的2倍。I 3 一-一一一一一一-一一一一一一一_.J4 4 说明=1 压力表或压力传感器;2-一一成型岩心或填砂管z3一一温度控制单元;4一一活塞容器;5一一一泵。固1成型岩心或填砂管密闭过露法示意图5 旋转法5.1 概述旋转法是测定原油流变性
8、最常用、最普遍的方法。旋转流变仪按测量系统的结构分类,可分为同轴圆筒、锥板、平行板旋转流变仪或蒙古度计;按其受控物理量(应力或速率)可分为控制应力流变仪CCS式)、控制速率流变仪CCR式);按旋转体可分为内旋转式流变仪(Searle式)、外旋转式流变仪CCouette式)。5.2 原理同轴圆筒、锥板、平行板等测量系统置于被测流体中并使其产生相对旋转位移,由于流体的蒙古滞性,将会使与其有同轴心的另一个物体被动地旋转并产生一定大小的力阻,流体的秸度越大,力阻就越大。通过传感系统测得主动旋转物体的旋转速度、被动旋转物体所产生的力矩大小,就可以计算出被测流体所受的剪切应力和产生的剪切速率,得到流体的动
9、力蒙古度。用式。)表示:式中z币一一动力蒙古度,单位为$自秒CPa.s); r一一剪切应力,单位为帕CPa); 女一一剪切速率,单位为每秒(S-1)。r 1=寸-Y C 1 ) 3 GB/T 28910-2012 仪器名称及规格如下:a) 旋转流变仪或蒙古度计:主要包括转子、盛样容器、测量单元、温度控制单元、压力控制单元(有的仪器不带压),其原理示意图见图2;取样器皿、溶剂或洗液。5.3 、aJLU !/ / J / 3 , 旋转法流变仪示意图2 4 图2/ / / 5.4 动力黯度测定5.5 在样品测试温度、压力条件下,设定剪切速率,记录剪切时间,进行动力蒙古度测定。流变曲线和黠度曲线测定在
10、样品测试温度、压力条件下,由低到高改变剪切速率,至少进行5个剪切速率下的测定,记录相应剪切速率对应下的剪切应力和动力蒙古度。5.6 黠温曲线测定在同一剪切历史下,从低温到高温或从高温到低温进行动力蒙古度测定。5. 7 G/T 28910一20125.8 屈服值测定5.8.1 恒定剪切速率法用控制剪切速率型流变仪在一个较低的剪切速率下测量剪切应力随时间的变化曲线,找出曲线上的极大值对应的剪切应力值,即得到屈服值。5.8.2 剪切速率连续增加法用控制剪切速率型流变仪从零开始连续增加剪切速率,测量剪切应力随剪切速率的变化曲线,原油开始流动时对应的剪切应力,即得到屈服值。5.8.3 剪切应力连续增加法
11、控制应力型流变仪逐渐连续地施加剪切应力,测量原油开始流动时的剪切应力,即得到屈服值。5.8.4 曲线外延法将实测剪切速率范围内的流变曲线向剪切速率低的方向外延至剪切速率为零,取对应的剪切应力,即得到屈服值。5.9 反常点测定在不同的剪切速率下测定蒙古温曲线,绘制于同一坐标系中,找出直线段与放射线段的分界点对应的温度,即得到反常点。5. 10 优点该方法的优点包括:a) 旋转法操作简单,灵敏度高;b) 不仅能测量流体蒙古性,而且能测量薪弹性,具有灵活多变的使用性能和较广泛的测量范围。5. 11 应用局限性该方法的应用局限性包括:a) 当转子连续高速旋转时,剪切发热会积聚在试样中,引起测试结果偏离
12、实际值zb) 动力蒙古度小于5mPa s的流体,易产生较大误差;c) 容易产生边缘效应,即在离心力的作用下,液体与筒、板壁产生滑移或断流。5. 12 仪器标定旋转法流变仪每年标定1次,至少选择3个规格的标准蒙古度液,按标准蒙古度液证书规定的温度测定,测定值与标准值的相对误差不超过士5.0%。5. 13 重复性5.13. 1 牛顿流体在相同的试验环境条件下,对同一试样连续测定3次,相对偏差不超过3.0%。5. 13.2 非牛顿流体在相同的试验环境条件下,对同一试样连续测定3次,相对偏差不超过10%。5 GB/T 28910一20126 细管法6. 1 概述细管法主要有重力细管蒙古度计、高压细管流
13、变仪或细管模型。常用的重力细管蒙古度计有平氏、芬氏、乌氏和逆流蒙古度计,主要用于较低茹度流体黠度的精确测量。高压细管流变仪或细管模型具有工作压力范围大、剪切速率范围小的特点,主要用于较高蒙古度的流体流变性测定。6.2 重力细管法6.2. 1 原理重力细管蒙古度计靠细管人口与出口液面高度差,使其流过细管,测定一定量的流体通过细管所需的时间,即可确定流体的动力蒙古度。用式(2)表示:平=叶t-C2十)式中zp 流体密度,单位为克每立方厘米(g/cm3); C -蒙古度计系数,单位为平方毫米每二次方秒(mm2/S2); t一一流体下落的时间,单位为秒(S); C2 蒙古度计修正系数,单位为平方毫米(
14、mm2)。6.2.2 仪器6 名称及规格如下za) 细管蒙古度计,其原理示意图见图3;b) 温度控制单元,控温精度士O.1 .C; c) 密度计,分度值运0.001g/cm3; d) 计时器,分辨率0.01S. 说明:-一计时点; 2一一计时点2;3一一毛细管。3 图3重力细管法黯度计示意图.( 2 ) G/T 28910-2012 6.2.3 试验准备试验准备的步骤如下:a) 选取测定球内流体的下流时间在200sl 000 s之间的细管薪度计,且需要备有内径不同的一套细管带度计Eb) 将细管带度计清洗干净;c) 将样品加入细管蒙古度计内。每次向管内加入样品时不应含有气泡。原油中存有气泡会影响
15、装油体积,而且进入细管后能形成气塞,增大流动阻力,使流动时间增长,造成测定结果偏高;d) 测量时,细管蒙古度计应垂直放置。6.2.4 测定使流体自然流下,测量流体弯月面最低点通过上下计时标线的时间。不重装流体,连续重复测量5次,取平均值,计算5次测量值的相对偏差。对于平氏、芬氏、乌氏、逆流蒙古度计相对偏差应分别不超过0.20%、0.20%、0.20%、0.35%。6.2.5 优点该方法的优点是:操作简单,精确度高。6.2.6 应用局限性该方法的应用局限性包括:a) 不适用非牛顿流体流变性的测量;b) 仅适用1000 mPa. s以下、透明的牛顿流体的秸度、蒙古温曲线测定。6.2.7 仪器标定细
16、管蒙古度计每年标定1次,选择至少2个规格的标准蒙古度液,分别测量出相应的时间,通过式(2)计算出该细管蒙古度计的Cj和C2。6.2.8 重复性在相同的试验环境条件下,对同一试样连续测定3次,相对偏差不超过0.35%。6.2.9 再现性在不同的试验环境条件下,对同一试样连续测定3次,相对偏差不超过0.70%。6.3 高压细管法6.3. 1 原理在恒温、恒速(恒压)的条件下,当原油通过一根细管时,测定进出口两端的压差(流量),忽略滑脱效应和端点效应的前提下,应用Hagen-Poiseuille理论,计算剪切应力、剪切速率,即可得到该条件下原油的流变特征参数。6.3.2 装置名称及规格如下za) 试
17、验细管,管长与管径比值250;7 GB/T 28910-2012 b) 流量调节单元,流量复现性精度士1.0%;c) 气源及压力调节单元;d) 温度控制单元,控温精度士1C; e) 回压控制单元,回压控制精度0.25级或o.5%F S; f) 装载试验流体的容器;g) 压力、差压测量单元,测量精度0.25级或O.5%F. So 高压细管法测定原油流变性试验装置示意图见图4。6.3.3 测定6.3.3.1 动力黠度测定设定系统出口回压,当试验细管达到试验温度后,以一定的流量使原油通过细管。当压差稳定后,记录流量、温度、压差,并根据流量及所对应的压差计算动力薪度。说明:1-一压力表或压力传感器;2
18、一一差压测量单元;3一一温度控制单元;4-一盛样容器;5一一气源及压力调节单元;6一一流量调节单元;7一一试验细管;8-一-回压控制单元。3 图4高压细管法测定原油流变性试验装置示意图6.3.3.2 流变曲线和甜度曲线测定设定系统出口回压,当试验细管达到试验温度后,设定不同的流量(最少5个),从低到高测定不同流量下原油通过细管时的压差。压差稳定后,记录流量、温度、压差。根据流量及对应的压差计算剪切速率和剪切应力。6.3.3.3 黠温曲线测定改变试验温度(试验温度选择可以从低温到高温或从高温到低温),在同一流量下,测定原油通过细管时的压差。压差稳定后,记录流量、温度、进出口压力和压差。试验温度一
19、般不少于5个。根据动力蒙古度与温度的关系,绘制秸温曲线。GB/T 28910-2012 6.3.3.4 屈服值测定6.3.3.4. 1 连续阶梯式增压法采用连续阶梯式增加压力的方法,驱替细管内的原油,测定原油开始流动时对应的压差,计算该压差对应的剪切应力,即得到屈服值。6.3.3.4.2 曲线外延法同5.8.4。6.3.3.5 反常点测定在不同的流量下测定蒙古温曲线,绘制于同一坐标系中,找出直线段与放射线段的分界点对应的温度,即得到反常点。6.3.4 结果计算6.3.4.1 原油在细管壁上的剪切应力按式(3)计算:式中zr t:.p w - 2L w 一一细管壁上的剪切应力,单位为帕(Pa);
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