混合原油粘度計(jì)算模型

石大儲(chǔ)運(yùn)

孟慶萍:混合原油粘度計(jì)算模型,油氣儲(chǔ)運(yùn),2007 ,26 (10) 22～24 ,34 。
　　摘　要　高粘原油降粘通常采用稠油與輕質(zhì)原油混合輸送的方式。針對(duì)目前混合原油粘度的
計(jì)算還沒(méi)有普遍適用的粘度計(jì)算模型問(wèn)題,通過(guò)參考各種文獻(xiàn),給出了常用的混合原油粘度計(jì)算式
及其適用范圍。以吐哈—南疆—北疆(重質(zhì)油) 混合原油為例,給出了粘度模型篩選過(guò)程,從而為實(shí)
際應(yīng)用提供了參考。
　　主題詞　混合原油　　粘度計(jì)算　　經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀　』旌弦?guī)則
　　關(guān)于混合原油的粘度計(jì)算,目前還沒(méi)有比較完
善的理論。因?yàn)檎扯却笮∪�決于流體分子的性質(zhì)及
分子間的相互作用,所以混合原油作為一種復(fù)雜混
合物,通常的混合規(guī)則并不適用計(jì)算其粘度。另外
某些原油呈現(xiàn)的非牛頓流體的性質(zhì),使其粘度計(jì)算
變得更加復(fù)雜。國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者提出了一些粘度模
型,每一種粘度模型都有一定的適用范圍,但是目前
還沒(méi)有普遍適用的粘度計(jì)算模型。在實(shí)際應(yīng)用中,
應(yīng)該在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,選取合適的粘度模型或
對(duì)其修正計(jì)算粘度。
一、常用的粘度模型
　　1 、　Kendal2Monroe 模型
Kendal2Monroe 模型適于組分性質(zhì)相似及分子
量相近的混合物,據(jù)美國(guó)石油協(xié)會(huì)(API) 11. A3. 1
資料,該模型對(duì)1 300 組該種混合油粘度數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)
的平均誤差為5. 7 % ,據(jù)此,美國(guó)石油協(xié)會(huì)(API) 推
薦粘度比在1～100 范圍內(nèi),計(jì)算低壓下純烴類(lèi)混合
物的粘度可用該式,該模型的適用范圍相當(dāng)有限。
Kendal2Monroe 模型〔1〕:
式中　Xi ———第i 種組分油體積比例;
　　　μ ———混合油粘度,mPa ·s ;
　　　μi ———第i 種組分油粘度,mPa ·s。
2 、　Arrhenius 粘度模型
1887 年,Arrhenius 基于理想溶液提出了對(duì)數(shù)
混合規(guī)則。該模型對(duì)混合原油粘度計(jì)算影響較大,
被推薦用于計(jì)算混合原油粘度,后來(lái)有學(xué)者基于該
模型提出了修正模型,如單對(duì)數(shù)模型、lederer 模型
等。該模型是建立在高粘度比的基礎(chǔ)上,計(jì)算稠油
(瀝青) 和輕質(zhì)油混合粘度較好,還可用于摻輕油降
粘的管道輸送、輕油洗井、強(qiáng)化采油等設(shè)計(jì)計(jì)算。但
Lederer 模型不適用于計(jì)算低粘度比和混合油中含
有過(guò)多瀝青質(zhì)沉淀的系統(tǒng)。
在Lederer 粘度模型中,經(jīng)驗(yàn)常數(shù)α都是在大
量粘度數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行回歸得到,使得模型的應(yīng)
用范圍和計(jì)算精度受到了限制。1984 年,印度學(xué)者
Shu 研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)驗(yàn)常數(shù)α與組分油的比重和粘度
有關(guān),并給出了三者之間的關(guān)系式。Shu 的發(fā)現(xiàn)改
進(jìn)了Lederer 粘度模型,使其應(yīng)用范圍及計(jì)算精度
有很大的提高。在應(yīng)用該式預(yù)測(cè)勝利—阿曼混合原
油粘度時(shí),其最大相對(duì)偏差為7. 09 %,預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確
度相當(dāng)高�？梢哉f(shuō),對(duì)于粘度比很高的兩組分混合
原油粘度,應(yīng)用Lederer 粘度模型計(jì)算精度很高,近
年來(lái)的許多研究也證實(shí)了這一點(diǎn)。
Arrhenius 模型〔1〕:
式中　Xi ———第i 種組分油體積比例;
　Xj 、Xk ———組分油的體積比例;
　　　X1 ———稠油質(zhì)量比例;
　　　X2 ———稀油質(zhì)量比例;
　　　μ ———混合油粘度,mPa ·s ;
　　　μi ———第i 種組分油粘度,mPa ·s ;
　　　α ———經(jīng)驗(yàn)常數(shù);
　　γ1 、γ2 ———組分油的密度。
3 、　雙對(duì)數(shù)模型
雙對(duì)數(shù)公式在求混合油品粘度時(shí)應(yīng)用廣泛,但
呈現(xiàn)出非牛頓性的混合原油不宜采用此式。雙對(duì)數(shù)
公式不適于計(jì)算非牛頓體混合油的表觀粘度,以及
組分油粘度指數(shù)相差較大的混合油粘度。李闖文在
研究新疆混合原油物性中,發(fā)現(xiàn)混合原油實(shí)測(cè)粘度
與雙對(duì)數(shù)公式計(jì)算值的差值隨配比按一定規(guī)律變
化,即隨低粘油原油的比例增加而增加,達(dá)到最大時(shí)
又逐漸減小。于是李闖文修正了雙對(duì)數(shù)公式,修正
式包括配比范圍修正和油品性質(zhì)修正。
雙對(duì)數(shù)粘度模型〔1〕:
式中　Xi ———第i 種組分油體積比例;
　　　Xj ———稠油體積比例;
　　　Xk ———稀油體積比例;
　　　μ ———混合油粘度,mPa ·s ;
　　μi ———第i 種組分油粘度,mPa ·s ;
　　μj ———稠油粘度,mPa ·s ;
　　μk ———稀油粘度,mPa ·s ;
　　μjk ———質(zhì)量或體積比1 ∶1 的混合油粘度,
mPa ·s。
4 、　Bingham粘度模型
1932 年,Bingham 基于理想溶液提出了倒數(shù)規(guī)
則,1992 年,李闖文利用13 組兩組分混合油粘度進(jìn)
行模型檢驗(yàn)對(duì)比,得到其修正模型。
Bingham 公式〔1〕:
5 、　Cragoe 粘度模型
稠油系統(tǒng)粘度比值一般大于103 。對(duì)于稠油混
合系統(tǒng)的粘度計(jì)算方法,Cragoe 提出采用混合原
理〔3〕計(jì)算粘度,并對(duì)粘度函數(shù)L 定義為:
k = j+1
Cjk X i X j (10)
L i = 1 000 ×ln20 [lnμi - ln (5 ×10- 4 ) ]
Cjk = 2 (2 L jk - L j - L k )
二、混合原油粘度模型的篩選
　　1 、　混合原油的配制方法
將80 ℃預(yù)處理的基礎(chǔ)油樣(北疆重質(zhì)原油、吐
哈原油、南疆原油) 按不同比例混合后,為了使油樣
混合均勻,在室溫下攪拌30 min 后用于粘度測(cè)試。
2 、　試驗(yàn)測(cè)試粘度的方法
將一定比例混合均勻的混合原油,室溫裝樣,當(dāng)
測(cè)試溫度低于室溫時(shí),按0. 5 ℃/ min 的速率降溫到
測(cè)量溫度,恒溫20 min 后用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)量粘度。
若測(cè)量溫度高于室溫,則直接升溫至測(cè)量溫度,恒溫
20 min 后測(cè)量。
通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試了6 種吐哈—南疆—北疆(重質(zhì)

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之前做比賽的時(shí)候用過(guò)雙對(duì)數(shù)模型