原油管道内石蜡沉积物的力学破坏特性研究

原油管道内石蜡沉积物的力学破坏特性是流变学的研究对象之一，各国学者对原油的蜡沉积机理、影响因素等进行了实验和理论方面的研究，并从不同角度提出了若干蜡沉积模型，但对原油管道内石蜡沉积物力学破坏特性的研究还是一片空白。.停输情况下，原油管道内石蜡沉积物的蠕变裂解滑脱严重威胁着管道的安全运行，而石蜡沉积物的蠕变裂解滑脱过程体现了力学破坏特性。石蜡沉积物的力学破坏特性在一定程度上能反映其结构特点、结构受剪屈服破坏过程。研制开发直接剪切实验仪，在不加热融化破坏石蜡沉积物原始结构状态的情况下，进行直接剪切蠕变实验，建立其蠕变本构方程和流变模型，通过实验数据回归得到模型参数，并利用有限元建立地形起伏地区管道内石蜡沉积物的受力模型，模拟石蜡沉积物的蠕变裂解滑脱过程。由此可以取得一些重要的源创成果，对研究石蜡沉积物的流变性提供理论基础，为丰富和完善流变学基础理论提供重要材料。

对原油内蜡晶微观结构特性进行研究，蜡晶图像的分形维数随油温的降低近似呈线性增长，原油粘度随分形维数的增加呈指数形式增长；使用X射线衍射仪、偏光显微镜、差热分析仪和流变仪分别对石蜡沉积物和胶凝原油的内部蜡晶微观结构和全温度区间内系统热性能和流变性能进行了研究，析得出石蜡沉积物和胶凝原油两种物质的蜡晶类型一样，但石蜡沉积物的蜡晶成片状较大，结构相对比较松散；建立了胶凝原油的粘弹性流变模型和非线性粘弹塑性流变模型，由Maxwell体和具有分数阶导数的类Kelvin体组合建立了具有粘性流的粘弹性固体流变模型，建立了胶凝原油考虑温度影响的损伤变量，在Burgers模型中引入该损伤变量，将四参数粘弹性损伤模型与改进粘滞体模型串联，建立了胶凝原油非线性粘弹塑性损伤模型；利用直剪仪研究了石蜡沉积物的结构破坏特性，推导得到了石蜡沉积物结构破坏过程的粘弹性流变模型和粘弹触变方程；根据石蜡沉积物的结构力学破坏特性，利用ANSYS/LS-DYNA对石蜡沉积物建立了有限元模型，对不同工况下停输瞬间“爬坡”管道内石蜡沉积物的轴向剪应力分布进行了分析，得出沉积层所受最大轴向剪应力在管道的顶端管壁层，随着半径的缩小剪应力越小，所受最小轴向剪应力在最内层底端，并且随着剪应力的增大轴向分布区域越小，管道的“爬坡”角度越大、石蜡沉积物越厚、石蜡沉积物密度越大沉积层所受剪应力越大；利用ANSYS/LS-DYNA程序中的ALE多物质耦合算法，对石蜡沉积物在不同结构强度、不同沉积厚度的工况下和管道“爬坡”角度、“爬坡”距离、管径不同的情况下发生的破坏滑脱过程进行了数值仿真分析，分析了“爬坡”管道内石蜡沉积物的破坏滑脱过程影响因素，指出在长期不清管“爬坡”原油管道停输再启动的安全评价计算时，要考虑到管道内石蜡沉积物的破坏滑脱造成的蜡堵凝管。