原油粘度是指原油中任一点上单位面积的剪应力与速度梯度的比值。粘度的高低表明原油流动的难易,粘度愈大,流动阻力愈大,越难流动。
分类
动力粘度
动力粘度是液体层相距1厘米,其面积各为1(平方厘米)相对移动速度为1厘米/秒时所产生的阻力,单位为克/厘米·秒。1克/厘米·秒=1泊一般:工业上动力粘度单位用泊来表示。
运动粘度
在温度t℃时,运动粘度用符号γ表示,在
国际单位制中,运动粘度单位为斯,即每秒平方米(m2/s),实际测定中常用厘斯,(cst)表示厘斯的单位为每秒平方毫米(即 1cst=1mm2/s)。运动粘度广泛用于测定喷气燃料油、柴油、润滑油等液体
石油产品深色石油产品、使用后的润滑油、原油等的粘度,运动粘度的测定采用逆流法。
条件粘度
指采用不同的特定粘度计所测得的以条件单位表示的粘度,各国通常用的条件粘度有以下三种:
①
恩氏粘度,又叫恩格勒(Engler)粘度。是一定量的试样,在规定温度(如:50℃、80℃、100℃)下,从
恩氏粘度计流出200毫升试样所需的时间与
蒸馏水在20℃流出相同体积所需要的时间(秒)之比。温度tº时,恩氏粘度用符号Et表示,恩氏粘度的单位为条件度。
②
赛氏粘度,即赛波特(sagbolt)粘度。是一定量的试样,在规定温度(如100ºF、F210ºF或122ºF等)下从赛氏粘度计流出200毫升所需的秒数,以“秒”单位。赛氏粘度又分为赛氏通用粘度和赛氏
重油粘度(或赛氏弗罗(Furol)粘度)两种。
③
雷氏粘度,即雷德乌德(Redwood)粘度。是一定量的试样,在规定温度下,从雷氏度计流出50毫升所需的秒数,以“秒”为单位。雷氏粘度又分为雷氏1号(Rt表示)和雷氏2号(用RAt表示)两种。
上述三种条件粘度测定法,在欧美各国常用,我国除采用恩氏粘度计测定深色润滑油及残渣油外,其余两种粘度计很少使用。三种条件粘度表示方法和单位各不相同,但它们之间的关系可通过
图表进行换算。同时
恩氏粘度与
运动粘度也可换算,这样就方便灵活得多了。
计算公式
1、地层温度下地面脱气油粘度
Glaso(1980)公式:
式中:
——地层温度下地面脱气油粘度,mPa·s。
2、饱和压力和饱和压力以下的地层原油粘度
Beggs和Robinson(1975)公式:
式中:
——地层原油粘度,mPa·s;
——地层温度下地面脱气油粘度,mPa·s。
3、饱和压力以上地层原油粘度
Vazques和Beggs(1980)公式
式中:
——饱和压力Pob下地层油粘度,mPa·s。
——压力p下地层原油粘度,mPa·s。
实验测定
1、原理
在地层条件下,钢球在光滑的盛有地层油的标准管中自由下落,通过记录钢球的下落时间,由下式计算原油的粘度:
其中,
——原油动力粘度,mPa﹒s;
t——钢球下落时间,s;
ρ1,ρ2——钢球和原油的密度,g/ cm3;
k——粘度计常数,与标准管的倾角、钢球的尺寸及密度有关。
2、地层油粘度测量
(1)将地层油样转到落球粘度计的标准管中,用
超级恒温水浴将温度保持在地层温度;
(2)转动落球粘度计上部朝下,使钢球吸到上部磁铁上;
(3)转动落球粘度计上部朝上,固定一个倾角。打开开关,钢球开始下落,同时计时开始,当钢球落到底部时自动停止计时,记录钢球下落时间t。重复试验3次以上,直到所测的时间基本相同为止。
(4)改变倾角,重复试验。
影响因素
内因
1、
原油的化学组成是决定粘度高低的内因,是原油粘度的主要影响因素。
一般地说,原油的分子量越大,则粘度越高,原油中非烃含量(即胶质-沥青含量)的多少对原油粘度有着重大的影响。沥青是具有短侧链的氧、硫氮化合物(
稠环芳烃),碳氢比大致为10,分子量从103到105,胶质与沥青组分相似,仅分子量比沥青小。两者均具有一定粘性,为黑色、半固体状的无定形物。
大分子化合物(胶质-沥青质)的存在,引起原油液层分子的内摩擦增大,使原油粘度增大。
胶质-沥青质含量较高或温度较低时,原油中形成胶体结构而使原油表现出
非牛顿流体特性,例如高粘原油表现出触变性、具有一定的静剪切应力或随剪切速率的增加而粘度降低等。
原油胶质沥青含量提高,则原油粘度、原油密度均提高。
2、地层原油的溶解气量的多少也是影响原油粘度的主要因素之一。
溶解气油比越大,粘度越低。这是因为地层油溶解气以后,使液体分子间的引力部分地转变为气-液分子间的引力,而后者的引力却远比前者小得多,从而使地层内含气油内摩擦阻力减小,地层油的粘度也就随之地降低。同一原油,地面脱气油要比地层油粘度高,一方面由于脱气引起粘度增加,另一方面地面温度比地下温度低,也引起粘度升高。
外因
1、原油粘度对于温度的变化是很敏感的。
温度提高,原油粘度降低。各种原油对温度的敏感性不同,对有些原油温度升高l0℃,原油粘度降低约一半。
2、压力对地层原油粘度的影响,以
饱和压力为界,在不同区间段压力对粘度的影响不同。
当压力高于饱和压力时,压力的增加引起地层油的弹性压缩,油的密度增大,液层间摩擦阻力也增大,原油的粘度相应增大。
当地层压力小于饱和压力时,随着地层压力的降低,油中溶解气不断分离出来,地层原油粘度急剧增加。
原油粘度的最低点对应于饱和压力,曲线的拐点就是该地层油的
泡点。
根据上述分析可以看出,在油田开发过程中,应保持油层压力高于饱和压力,防止气体从地层原油中分离出来,以免造成地下原油粘度增大。