1、毕业论文 文客久久 本科 毕业论文 (设计 ) 题 目： 原油粘度测量及其预测方法研究 学 院： 学生姓名： 专 业： 油气储运工程 班 级： 指导教师： 起 止 日期： 毕业论文 文客久久 目录 摘 要 . I Abstract. 错误 !未定义书签。 1.前言 . 错误 !未定义书签。 1.1 原油粘度及原油粘度的测量 . 错误 !未定义书签。 1.2 旋转法测粘度原理 . 错误 !未定义书签。 1.3 数学模型预测原油粘度 . 3 1.4 粘度对原油开采和储运的影响 . 7 1.5 课题研究目的和内容 . 错误 !未定义书签。 2.实验部分 . 错误 !未定义书签。 2.1 主要实验仪器
2、简介 . 错误 !未定义书签。 2.2 实验主要使用仪器 . 错误 !未定义书签。 2.3 实验材料和试剂 . 错误 !未定义书签。 2.4 实验步骤 . 错误 !未定义书签。 2.5 实验结果 . 错误 !未定义书签。 3.模型确定及数据处理 . 15 3.1 基础数据处理 . 15 3.2 模型未知数的确定及精确度计算 . 16 4.结论 . 24 参考文献 . 26 原油粘度测量及其预测方法研究 摘要 本文主要目的在于提出一个合适 的、简单的程序预测几种原油的粘度。 相关的数据是收集了来自舟山市中兴石油有限公司的几种常输原油： 380#燃料油、 180#燃料油、委内瑞拉原油、苏丹原油样品
3、 。 不同温度下的粘度，通过数字旋转粘度计及超级恒温水浴测得。 本次研究使用的是传统预测粘度的 Puttangunta et al 模型和最普通的粘温指数模型，比较两者的精确度。结果表明， Puttangunta et al 模型预测的粘度与获得的实验值很吻合。平均绝对偏差在 2.49-15.56的范围内 ，而 粘温指数模型 的 平均绝对 偏差 在 8.82%-56.30%之间 ，这说明， Puttangunta et al 模型是目前最适合预测温度效应对运动粘度影响的粘度模型。再 通过对该公司油库储备的几种原油的粘温关系预测，可在原油保温储藏、收发油加热时，优化加热温度，降低原油储运费用。
4、关键词 原油；粘度；粘度测量； Puttaguntal et al 模 型；模拟；加热温度优化。 II Crude oil viscosity measurement method and its prediction research Abstract The main objective of this paper is to propose a suitable, simple procedure to predict viscosity of rude oil. The relevant data is collected from several often lose crude o
5、il in oil of zhoushan zhongxing Co., LTD: 180#Fuel oil, 380#Fuel oil, Venezuela Crude Oil, Sudan Crude Oil. The viscosity of the different temperature, through the digital rotating viscometer and super constant temperature water-bath water measure. This study used the traditional forecasting viscosi
6、ty is the Puttangunta et al model and the most common viscosity-temperature index model, compare the accuracy. The results show that the predicted of viscosity from Puttangunta et al model with the experimental value match. Average absolute deviation in 2.49-15.56% range. However viscosity-temperatu
7、re index models average absolute deviation in 2.49-15.56% range. This shows that the Puttagunta et al model is the most suitable for predicting effect of temperature on kinematic viscosity. Again for the company through several crude oil reserves of oil depot viscosity-temperature relations predict,
8、 can be in crude oil storage heat preservation, sending and receiving oil heating, optimize heating temperature, reducing oil storage and transportation costs. Keywords Crude oil； Viscosity； Viscosity measurement； Puttaguntal et al model； Simulation； Heating temperature optimization. 1 1.前言 1.1 原油粘度
9、及原油粘度的测量 1.1.1 原油简介 石油 是一种从地下开采出来的货色、褐色乃至黑色的可燃性粘稠液体，未经加工的石油称为原油，它是出不同成分和性质的组分构成的复杂记合体系。组成原油的主要元素有碳、氢、氮、氯、硫 5 种。而且主要是碳和氢。它们在原油中的含量 (应量分数 )一般是：碳为83.0一 87.0，氢为 10.0一 14.0，氮为 0.02一 2.00，氧为 0.05一 2.00，硫为 0.05一 8.00。 另外，原油中还含有微量的金届和非金属元素，如镍、钒、铁、钢、洲、氯、磷、硅等。 它们的含量一般只有百万分之儿，甚至更低。 上述元素都以有机化合物的形式存在于原油中。这些有机化合物
10、又分为由碳、氢元素构成的烃类化合物和含有氯、氧、硫等元素的非烃类化合物。原油中的烃类化合物主要包括烷烃、环烷烃和芳香烃，非烃类化合物主要是胶质和沥青质等。 1.1.2 粘度简介 流体 在流 动时，在其分子间产生内摩擦的性质，称为 流体 的 粘 性，粘性的大小用 粘 度表示，是用来表征 流 体性质相关的阻力因子。粘度又分为动力 粘 度 .运动 粘 度和条件粘度。 粘度 是流体粘滞性的一种量度，是流体流动力对其内部摩擦现象的一种表示。粘度大表现内摩擦力大，分子量越大，碳氢结合越多，这种力量也越大 4。粘度对各种润滑油、质量鉴别和确定用途，及各种燃料用油的燃烧性能及用度等有决定意义。在同样馏出温度下
11、，以烷烃为主要组份的石油产品粘度低，而粘温性较好，即粘度指数较高，也就是粘度随温度变化而改变的幅度较小；含环烷烃（或芳烃）组份较多 的油品粘度较高，即粘温性较差；含胶质和芳烃较多油品粘度最高，粘温性最差，即粘度指数最低。 1.1.3 原油粘度的测量 粘 度 (表观粘度 )是储存和管输原油工艺设计及经西管理中不可缺少的基础物性参数，其测量的精确度对工艺设计和经营管理十分重要。旋转流变仪、毛细管粘度计、落球粘度计、管路模型等都可以用于测定原油的粘度或表观粘度，但旋转流变仪的同轴圆筒系统在室内测定原油粘度或表观粘度的应用比较普遍。 目前国内科研院校通常使用的旋转流变仪在测量牛顿流体的粘度时，相对测量
12、误差一般允许在 3 以内 。与毛细管粘度计、落球粘 度计相比，其测量精度相对稍低。但用旋转流变仪测量，操作简单方便，剪切速率 可以控制和确定。因此容易 判断被测流体的流变类型，毕业论文 2 而且装入一个油样后，利用改变温度的方法，可连续测得各对应温度的粘度值。 1.2 旋转法测粘度原理 使圆筒、圆板等在流体中旋转，或使这些物体静止，而使周围的流体做同心状旋转流动，这些物体将受到基于流体的粘滞阻力产生的力矩作用。若旋转速度等条件相同，这个力矩的大小将随流体的粘稠程度而变化，流体的粘度越大，力矩就越大，因此测定力矩就可确定流体的粘度。旋转法测定流体流变性时，流体通常处于物体与 容器的间隙中。根据物
13、体与容器的几何形状，测量系统可分为同轴圆筒式、单圆筒式、锥一板式、锥一筒式、锥一锥式、板一板式等结构。 1.2.1 同轴圆筒式 同轴圆筒流变仪是旋转类流变仪中的一种，它是以拖动流为基础进行流体流变性测量的。 如图所示，在半径为 R1，的外筒里，同轴地安装了半径为 R2。的内圆筒，在 2 个圆筒之间的间隙内充满了粘性液体。现在来考察一下内圆筒 (或外圆筒 )以一定角速度旋转的情况。首先假定满足以下条件 8： 图 1-1 同轴圆筒测量系统原理图 Figure1-1 Coaxial cylinder measuring system diagram (1)2 个圆筒为同轴无限长； (2)液体在流动中
14、保持稳态层流； (3)液体为不可压缩的均质流体； (4)液体在壁面无滑移； (5)液体性质与时间无关，其剪切应力与剪切速率之间存在对应的关系； (6)液体是等温的。 设在半径 R1 和 R2 之间，任意半径 r 处流体的线速度为 ，旋转角速度为 ，则 r （ 1-1） 那么速度梯度为 毕业论文 3 ddrdr dr （ 1-2） 在这个速度梯度内， 是刚性旋转体的角速度，它不产生任何剪切运动，是不产生粘性阻力的，即若内筒和外筒以同一角速度 旋转，则 2 个圆筒间的液体也以同一角速度叫旋转，离中心轴越远，液体的线速度越大，其速度梯度为 ，但液层间并无相对运动。因此，剪切运动仅由 drdr 引起
15、，即此项表示剪切速率。所以，对同轴圆筒旋转流变仪，其剪切速率公式为 drdr （ 1-3） 这也说明，速度梯度和剪切速率 是 2 个不同的物理概念。对旋转运动，流体内的速度梯度等于剪切速率加刚性旋转体的旋转角速度；而在流体直线流动的场合，二者量值相等，如管道层流就是这种情况。 1.3 数学模型预测原油粘度 1.3.1 数学模型简介 数学模型是近 些年发展起来的新学科， 是数学 理论与实际问题相结合的一门科学。它将现实问题归结为相应的数学问题，并在此基础上利用数学的概念、方法和理论进行深入的分析和研究，从而从定性或定量的角度来刻画实际问题，并为解决现实问题提供精确的数据或可靠的指导。 数学模型的
16、历史可以追溯到人类开始使用数字的时代。随着人类使用数字，就不断地建立各种数学模型，以解决各种各样的实际问题。对于广大的科学技术工作者对大学生的综合素质测评 ,对教师的工作业绩的评定以及诸如访友，采购等日常活动，都可以建立一个数学模型，确立一个最佳方案。建立数学模型是沟 通摆在面前的实际问题与数学工具之间联系的一座必不可少的桥梁。 随着电子计算机的发展，许多学科的计算分支部在迅速发展，这就需要建立有关系统的数学模型，换句话说，教学模型是各学科发展计算分支的必不可少的条件。电子计算机的问世，促进物理学的第三个分支 计算物理学的出现和发展。现已在天体问题、流体力学问题等许多领域中取得进展，要对有关物
17、理问题进行计算，必须先建立该问题的数学模型，没有数学模型，计算就不可能进行。 1.3.2 常见粘度模型 毕业论文 4 不少研究者对液体粘度进行了研究，并提出了不少的粘度模型。粘度模型选择的合适与否 ，与模拟结果的准确程度有很大关系。以下是几种常用的粘度模型： 1. 幂律模型： 1, nT m T （ 1-4） 0aT Tm T A e m g T （ 1-5） 其中 为流动指数， A， aT 为材料常数。采用对数表示可以得到： 0l n l n l n 1 l nm g T n （ 1-6） 在对数坐标系中， ln 和 ln 呈直线关系，斜率为 n-1，它可以描述在高剪切速率下熔体的流变行为。
18、它的缺点是无法描述低剪切速率时的熔体粘度，特别是零剪切速率时的流变行为。 2. 二次幂律模型 为改进传统的幂律模型无法描述低剪切速率时的粘度特性，在幂律模型 的基础上引入了二次幂律模型，它的对数形式如下： 220 1 2 3 4 5l n l n l n l nC C C C T C T C T （ 1-7） 其中 1C 反映了“剪切变稀”的特征， 4C 反映了粘度随温度指数衰减效应 ( 4C 0)，在一般情况下它能比较好地反映成型过程的流变行为，但过多的材料常数单凭流变学实验数据往往是无法得到的。 3. Ellis 模型 Ellis 模型包含了 3 个参数，它把 粘度表示为剪切应力的函数：
19、101211 1 a （ 1-8） 其中12为 = 0 2 时的剪切应力， a-1 为 01 2g 1 lg 曲线的斜率。在比较低的剪切速率下， Ellis 模型可以预测零剪切粘度 0 ；在比较高的剪切速率时，它接近于幂律模型。 毕业论文 5 4. Bird-Carreau 模型 Bird-Carreau 模型也是被广泛采用的一种粘度模型，它可以表示为： 12 20 1 n （ 1-9） 其中 0 为上限牛顿粘度， 为时间常数，它可以描述高剪切速率时的幂律行为。 5. Cross 粘度模型： 0 101n （ 1-10） 1.3.3 油气工业中常用粘度模型 油气工业中常用粘度模型有 LBC 粘
20、度模型（剩余粘度模型）、 CS 粘度模型（基于广义对应状态理论的粘度模型）、 LLS 粘度模型、 PT粘度模型和 PR粘度模型（基于状态方程的粘度模型 。 1. LBC 粘度模型： 1 / 44 2 3 41 2 3 4 510 r r r ra a a a a （ 1-11） 式中： 为流体粘度 (Pa s)； 为低压气体混合物的粘度 (Pa s)； 为对比粘度参数； a1， a2， a3， a4 和 a5为常数； r 为对比密度。 LBC 粘度模型将粘度表示为密度的 4 次方函数，使其精度严重依赖于密度，密度的取值明显影响粘度的计算值。特别是在计算高粘度流体的粘度时，密度取值不精确导致粘度
21、预测误差急剧增大。因此 ， LBC 粘度模型对原油粘度的预测精度较差。 2. CS 粘度模型： 1 / 6 2 / 3 1 / 2 0 0 00 0 0 0,c m ix c m ix m ix m ixm ixccT p M W ap T p TT p M W a （ 1-12） 式中： mix 为混合物粘度 (Pa s)； p 为压力 (Pa)； T 为温度 (K)； cmixT 为混合物的临界温度 (K)； 0cT 为参比物质的临界温度 (K)； cmixp 为混合物的临界压力； 0cp 为参比物质的临界压力； mixMW 为混合物的分子质量 (g /mol)； 0MW 为参比物质的分子
22、质量(g /mol)； mixa 为混合物偶合系数； 0a 为参比物质偶合系数； 0 为参比物质的粘度；0p 为参比物质的压力； 0T 为参比物质的温度。 毕业论文 6 CS粘度模型是 Pedersen 等利用对比压力和对比温度表示对比粘度 , 对于烃类流体用甲烷作为参比物质 ,混合物粘度的表达式为（ 1-12）。 CS 粘度模型被认为是目前较好的粘度模型 ,在油气工业中应用较为普遍，；对 CH4-C3H8和 CH4-nC4H10 二元体系粘度预测时， CS粘度模型效果极佳，但其对注 CO2油藏流体的粘度预测精度较差。因为 CS粘度模型的精度依赖于甲烷粘度的预测精度 ,对于与甲烷性质差别很大的
23、液体 ,其粘度预测效果可能变差。 3. LLS 粘度模型： 22rp aT b T b b （ 1-13） 式中： r 为分子质量的函数； b(T)为偏心因子的函数； a 和 b 为纯物质在临界点的参数；和为纯物质的特定参数。 LLS 粘度模型含有各个组分的特定常数 ,没有普遍性 ,应用上受到较大限制，难于推广。 4. PT 粘度模型： rp aT b b c b （ 1-14） 式中： r 为分子质量的函数； b 为偏心因子的函数； c 为纯物质在临界点的参数。 PT 粘度模型虽然对 CH4-nC10H22 二元体系粘度预测时， PT 粘度模型总平均误差很小，但在临界点不能还原为原 PT 状态方程的形式 , 计算油气藏流体粘度时误差较大，尚须改进。 5. PR 粘度模型： rp aT b b b b （ 1-15） 式中： r 和 b 为偏心因子的函数。 对油气 藏流体及注 CO2体系粘度预测时， PR 粘度模型的预测误差均较小，可以满足石油工程的要求。所以，常使用 PR 粘度模型计算原油的粘度。 1.3.4 确定合适的原油流动参数计算模型的重要性 确定合适的原油流动参数计算模型对于优化原油的配比方案、提高研究工作的效率有重要意义 。当原油配比发生变化时 ,利用优选出的凝点、粘度计算模型组合方案，可以根据
