管內(nèi)石蠟沉積物的力學(xué)響應(yīng)特性研究.pdf

1、原油管道內(nèi)石蠟沉積物的力學(xué)響應(yīng)特性研究，是從流變學(xué)角度探討管道內(nèi)石蠟沉積物的結(jié)構(gòu)破壞特性，從理論上研究地形起伏地區(qū)管道內(nèi)石蠟沉積物的破壞滑脫過程，從而描述地形起伏地區(qū)管道的停輸蠟堵凝管過程。由于膠凝原油與管道內(nèi)石蠟沉積物有相似的結(jié)構(gòu)特性和力學(xué)特性，同時膠凝原油的啟動結(jié)構(gòu)破壞過程與石蠟沉積物的受力變形有耦合作用，于是首先根據(jù)不同剪應(yīng)力下膠凝原油的蠕變特性構(gòu)建了膠凝原油的粘彈性流變模型和非線性粘彈塑性流變模型，且都能精確擬合實(shí)驗(yàn)曲線。利用時

2、間－溫度－應(yīng)力等效原理分析了膠凝原油的非線性蠕變行為，得到參考應(yīng)力水平和參考溫度下的蠕變主曲線，并回歸得到了主曲線的粘彈性流變模型。為了研究管道內(nèi)石蠟沉積物的結(jié)構(gòu)特性和流變特性，及與膠凝原油的不同，利用X射線衍射儀、偏光顯微鏡、差熱分析儀和流變儀分別對魏荊線外輸原油石蠟沉積物和魏荊線低溫膠凝原油的內(nèi)部蠟晶微觀結(jié)構(gòu)和全溫度區(qū)間內(nèi)系統(tǒng)熱性能和流變性能進(jìn)行了對比分析。結(jié)果表明石蠟沉積物和膠凝原油兩種物質(zhì)的蠟晶類型一樣，但石蠟沉積物的蠟晶成片狀

3、較大，蠟晶之間的距離較遠(yuǎn)，結(jié)構(gòu)相對比較松散。利用自主研制開發(fā)的直接剪切儀，在不加熱破壞管道內(nèi)石蠟沉積物原有結(jié)構(gòu)的條件下，進(jìn)行了破壞剪切實(shí)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)曲線推導(dǎo)得到了石蠟沉積物結(jié)構(gòu)破壞過程的粘彈性流變模型和粘彈觸變方程，同時還得到了不同溫度下管道內(nèi)石蠟沉積物的松弛模量表達(dá)式。根據(jù)石蠟沉積物的結(jié)構(gòu)力學(xué)破壞特性，利用ANSYS/LS-DYNA對管道內(nèi)石蠟沉積物建立了有限元模型，對不同工況下停輸瞬間“爬坡”管道內(nèi)沉積層的軸向剪應(yīng)力分布進(jìn)行了計算。

4、結(jié)果表明石蠟沉積物的密度、管道的“爬坡”角度和石蠟沉積物厚度都決定著沉積層內(nèi)剪應(yīng)力的分布。同時利用ANSYS/LS-DYNA序中的ALE多物質(zhì)耦合算法，對“爬坡”管道內(nèi)石蠟沉積物在不同結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、不同石蠟沉積物厚度的工況下和管道“爬坡”角度、“爬坡”距離、管徑不同的情況下發(fā)生的破壞滑脫過程進(jìn)行了數(shù)值仿真模擬。分析結(jié)果得出石蠟沉積物的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度越小、管道的“爬坡”角度越大、管徑越大、沉積層越厚石蠟沉積物越容易產(chǎn)生破壞滑脫，及滑脫后與管中液態(tài)原