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直剪法研究胶凝原油的抗剪强度

刘刚  张国忠  王志方  
【摘要】:胶凝原油的抗剪强度是指凝油结构抵抗剪切破坏的极限能力,其数值等于剪切破坏时滑动面上的剪应力,也正是凝油管道启动时凝油中蜡晶网路结构之间发生错动的极限能力。胶凝原油的抗剪强度在一定程度上反映了凝油结构的强度,且应用于输油管道启动压力的计算也比较直接,因而不失为反映原油低温流变性的一个重要指标。直剪试验是最直接的抗剪强度的测定方法,可直接测出试样在预定剪破面上的抗剪强度。直剪试验所使用的仪器称为直剪仪,它设备简单,易于操作。试验历时短,仪器剪切盒的刚度大,试样没有侧向膨胀的可能。直接剪切试验用来测定胶凝原油的抗剪强度时,能够保证胶凝原油屈服时承受的是单向剪切应力而不是双向应力,同时还不受油品的压缩性、收缩性等不确定性因素的影响。直剪仪原是室内测定土体抗剪强度的一种常用方法,为了能准确测定胶凝原油的抗剪强度, 需要改造和开发。用自主研制开发得直剪仪对胶凝原油进行了直接剪切试验得到了剪应力与剪应变的关系曲线,曲线可分为两部分,一是随着剪应变的增加应力的上升阶段,即初始结构逐渐屈服破坏过程,剪切应力达到一个峰值后开始下降并趋于一个恒定值,即结构裂降后的应力衰减阶段,表现出胶凝原油的触变性。两阶段交界处的峰值则为胶凝原油的抗剪强度, 显然它是表征凝油结构强度的重要参数。并且试验具有很好的重复性,重复性误差仅为 3.6%。不同剪切速率下的直剪实验结果表明,随着加载速率的增加,应变率增大,胶凝原油的抗剪强度有增加的倾向,而对应的应变有减小的趋势即应变率效应。同时通过不同温度下的直剪实验得到,胶凝原油的抗剪强度受温度的影响很大,与温度之间的关系可以用指数函数来描述。

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