混合原油粘度计算模型
孟庆萍:混合原油粘度计算模型,油气储运,2007 ,26 (10) 22～24 ,34 。摘 要 高粘原油降粘通常采用稠油与轻质原油混合输送的方式。针对目前混合原油粘度的
计算还没有普遍适用的粘度计算模型问题,通过参考各种文献,给出了常用的混合原油粘度计算式
及其适用范围。以吐哈—南疆—北疆(重质油) 混合原油为例,给出了粘度模型筛选过程,从而为实
际应用提供了参考。
主题词 混合原油 粘度计算 经验模型 混合规则
关于混合原油的粘度计算,目前还没有比较完
善的理论。因为粘度大小取决于流体分子的性质及
分子间的相互作用,所以混合原油作为一种复杂混
合物,通常的混合规则并不适用计算其粘度。另外
某些原油呈现的非牛顿流体的性质,使其粘度计算
变得更加复杂。国内外一些学者提出了一些粘度模
型,每一种粘度模型都有一定的适用范围,但是目前
还没有普遍适用的粘度计算模型。在实际应用中,
应该在试验数据的基础上,选取合适的粘度模型或
对其修正计算粘度。
一、常用的粘度模型
1 、 Kendal2Monroe 模型
Kendal2Monroe 模型适于组分性质相似及分子
量相近的混合物,据美国石油协会(API) 11. A3. 1
资料,该模型对1 300 组该种混合油粘度数据预测
的平均误差为5. 7 % ,据此,美国石油协会(API) 推
荐粘度比在1～100 范围内,计算低压下纯烃类混合
物的粘度可用该式,该模型的适用范围相当有限。
Kendal2Monroe 模型〔1〕:
式中 Xi ———第i 种组分油体积比例;
μ ———混合油粘度,mPa ·s ;
μi ———第i 种组分油粘度,mPa ·s。
2 、 Arrhenius 粘度模型
1887 年,Arrhenius 基于理想溶液提出了对数
混合规则。该模型对混合原油粘度计算影响较大,
被推荐用于计算混合原油粘度,后来有学者基于该
模型提出了修正模型,如单对数模型、lederer 模型
等。该模型是建立在高粘度比的基础上,计算稠油
(沥青) 和轻质油混合粘度较好,还可用于掺轻油降
粘的管道输送、轻油洗井、强化采油等设计计算。但
Lederer 模型不适用于计算低粘度比和混合油中含
有过多沥青质沉淀的系统。
在Lederer 粘度模型中,经验常数α都是在大
量粘度数据的基础上进行回归得到,使得模型的应
用范围和计算精度受到了限制。1984 年,印度学者
Shu 研究发现,经验常数α与组分油的比重和粘度
有关,并给出了三者之间的关系式。Shu 的发现改
进了Lederer 粘度模型,使其应用范围及计算精度
有很大的提高。在应用该式预测胜利—阿曼混合原
油粘度时,其最大相对偏差为7. 09 %,预测的准确
度相当高。可以说,对于粘度比很高的两组分混合
原油粘度,应用Lederer 粘度模型计算精度很高,近
年来的许多研究也证实了这一点。
Arrhenius 模型〔1〕:
式中 Xi ———第i 种组分油体积比例;
Xj 、Xk ———组分油的体积比例;
X1 ———稠油质量比例;
X2 ———稀油质量比例;
μ ———混合油粘度,mPa ·s ;
μi ———第i 种组分油粘度,mPa ·s ;
α ———经验常数;
γ1 、γ2 ———组分油的密度。
3 、 双对数模型
双对数公式在求混合油品粘度时应用广泛,但
呈现出非牛顿性的混合原油不宜采用此式。双对数
公式不适于计算非牛顿体混合油的表观粘度,以及
组分油粘度指数相差较大的混合油粘度。李闯文在
研究新疆混合原油物性中,发现混合原油实测粘度
与双对数公式计算值的差值随配比按一定规律变
化,即随低粘油原油的比例增加而增加,达到最大时
又逐渐减小。于是李闯文修正了双对数公式,修正
式包括配比范围修正和油品性质修正。
双对数粘度模型〔1〕:
式中 Xi ———第i 种组分油体积比例;
Xj ———稠油体积比例;
Xk ———稀油体积比例;
μ ———混合油粘度,mPa ·s ;
μi ———第i 种组分油粘度,mPa ·s ;
μj ———稠油粘度,mPa ·s ;
μk ———稀油粘度,mPa ·s ;
μjk ———质量或体积比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数规
则,1992 年,李闯文利用13 组两组分混合油粘度进
行模型检验对比,得到其修正模型。
Bingham 公式〔1〕:
5 、 Cragoe 粘度模型
稠油系统粘度比值一般大于103 。对于稠油混
合系统的粘度计算方法,Cragoe 提出采用混合原
理〔3〕计算粘度,并对粘度函数L 定义为:
k = j+1
Cjk X i X j (10)
L i = 1 000 ×ln20
Cjk = 2 (2 L jk - L j - L k )
二、混合原油粘度模型的筛选
1 、 混合原油的配制方法
将80 ℃预处理的基础油样(北疆重质原油、吐
哈原油、南疆原油) 按不同比例混合后,为了使油样
混合均匀,在室温下搅拌30 min 后用于粘度测试。
2 、 试验测试粘度的方法
将一定比例混合均匀的混合原油,室温装样,当
测试温度低于室温时,按0. 5 ℃/ min 的速率降温到
测量温度,恒温20 min 后用旋转粘度计测量粘度。
若测量温度高于室温,则直接升温至测量温度,恒温
20 min 后测量。
通过试验测试了6 种吐哈—南疆—北疆(重质
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