Mechanistic Analysis of the Effects of Shear on the Physical Properties of Crude Oil Treated with a Polymeric Point Depressant

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2026.05.005

Abstract

Abstract:

To elucidate the mechanism by which pipeline shear increases the gel point of crude oil treated with a polymeric pour point depressant (PPD), pipeline⁃shear simulation experiments were conducted on T crude oil based on energy dissipation theory. Microscopic observations combined with ImageJ image analysis were used to characterize wax crystal morphology before and after shearing. The results showed that, after the addition of 25 mg/kg of PPD and heat treatment at 50 ℃, the gel point of T crude oil decreased from -8 ℃ to -14 ℃. Following simulated pipeline transportation, the gel point of the treated crude oil increased to -5 °C, representing greater deterioration than that observed for untreated crude oil. Each high⁃speed shearing event increased the gel point of the treated oil by 3-4 ℃. Microscopic analysis showed that the PPD promoted wax crystal aggregation and growth through co⁃crystallization and adsorption, reducing the crystal count from 605 to 272 and increasing the mean crystal area from 5.58 μm² to 7.33 μm². However, shear disrupted the aggregated wax crystal structures, causing the crystals to redisperse; wax crystal number increased to 771, while average wax crystal area decreased to 1.36 μm². This increased the dispersion and surface energy of the system, leading to a higher gel point. These findings clarify the microstructural mechanism by which shear weakens the effectiveness of polymeric PPD treatment and provide a theoretical basis for assessing shear⁃related safety during the pipeline transportation of waxy crude oil.

Key words: Waxy crude oil, Shear history, Energy dissipation, Gel point, Wax crystal morphology

摘要：

为揭示管输剪切作用导致含高分子降凝剂原油凝点回升的内在机理，以T原油为对象，基于能量耗散理论开展了管输剪切模拟实验；采用显微图像观察与Image J数字图像处理技术，分析了T原油及剪切作用前后的改性T原油微观蜡晶的形态参数。结果表明，掺入25 mg/kg降凝剂并经50 ℃热处理后，T原油的凝点由-8 ℃降至-14 ℃；管输模拟后，改性T原油的凝点回升至-5 ℃，凝点回升幅度大于T原油，且每次高速剪切可使改性T原油凝点升高3~4 ℃；降凝剂通过共晶吸附作用促使蜡晶聚结长大，蜡晶数量由605个降至272个，蜡晶的平均面积由5.58 μm²增至7.33 μm²；剪切作用会削弱已聚结蜡晶结构的强度，导致蜡晶重新分散，蜡晶数量增至771个，蜡晶平均面积降至1.36 μm²，增大了体系的分散度及表面能，宏观上表现为凝点回升。研究明确了剪切作用削弱含高分子降凝剂改性效果的微观本质，为含蜡原油管输的剪切安全性评估提供了理论依据。

关键词: 含蜡原油, 剪切历史, 能量耗散, 凝点, 蜡晶形态

CLC Number:

TE832

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Figures/Tables 12

Table 1 Basic physical properties of T crude oil

凝点/℃	标准密度/(kg $⋅$ m^-³)	反常点/℃	黏度/（mPa·s）
凝点/℃	标准密度/(kg $⋅$ m^-³)	反常点/℃	5 ℃	15 ℃	25 ℃
-8	841.0	0	24.86	16.17	10.89

Table 1 Basic physical properties of T crude oil

凝点/℃	标准密度/(kg $⋅$ m^-³)	反常点/℃	黏度/（mPa·s）
凝点/℃	标准密度/(kg $⋅$ m^-³)	反常点/℃	5 ℃	15 ℃	25 ℃
-8	841.0	0	24.86	16.17	10.89

Fig.1 Viscosity?temperature characteristic curve of T crude oil

Fig.2 Schematic diagram of adiabatic stirred tank

Table 2 Effect of pour point depressant dosage on pour point of T crude oil

降凝剂掺量/（mg $⋅$ kg^-1）	凝点/℃
0	-8
10	-10
25	-14
50	-18

Table 2 Effect of pour point depressant dosage on pour point of T crude oil

降凝剂掺量/（mg $⋅$ kg^-1）	凝点/℃
0	-8
10	-10
25	-14
50	-18

Table 3 Effect of heat treatment temperature on pour point of T crude oil

热处理温度/℃	凝点/℃
50	-14
55	-14
60	-14
65	-15
70	-15

Table 4 Basic physical properties of modified T crude oil

凝点/

℃

标准密度/(kg

⋅

m^-³)

反常点/

℃

Table 4 Basic physical properties of modified T crude oil

凝点/

℃

标准密度/(kg

⋅

m^-³)

反常点/

℃

黏度/（mPa·s）

5 ℃

15 ℃

25 ℃

-14

840.6

25.46

16.13

10.15

Fig.3 Viscosity?temperature characteristic curve of modified T crude oil

Table 5 Wax precipitation characteristics of T crude oil before and after modification

油样	析蜡点/℃	w（累计析蜡量）/%
改性前	30	4.93
改性后	24	4.74

Fig.4 Wax precipitation characteristic curves of T crude oil before and after modification

Table 6 Experimental results of the freezing point changes of T crude oil before and after modification under simulated pipeline transportation conditions

模拟站间	地温/℃	管输时间/h	油温/℃		凝点/℃
模拟站间	地温/℃	管输时间/h	改性前	改性后	改性前	改性后
KL出站	0	60	18.00	50.00	-6	-14
ML进站	6.60	60	7.19	14.56	-6	-13
ML出站	6.60	75	8.69	16.06	-4	-10
JT进站	4.95	75	6.36	8.33	-4	-9
JT出站	4.95	54	6.26	8.23	-2	-5
SS进站	8.78	54	7.13	7.74	-1	-5

Fig.5 Crude oil microwax crystal diagram

Table 7 Numerical values of wax crystal characterization parameters of T crude oil and modified T crude oil before and after shearing

油样	蜡晶数量	面积盒维数	长宽比	蜡晶面积/μm²	蜡晶周长/μm
T原油（角度1）	561	1.11	1.51	1.64	3.70
T原油（角度2）	650	1.20	1.55	1.87	4.22
剪切前改性T原油（角度1）	270	1.34	1.58	7.16	9.93
剪切前改性T原油（角度2）	275	1.35	1.61	7.50	10.36
剪切后改性T原油（角度1）	729	1.13	1.47	1.19	3.27
剪切后改性T原油（角度2）	814	1.25	1.49	1.53	3.97

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