含蠟原油磁處理降黏技術(shù)研究進(jìn)展與展望

朱祚良 ，侯磊 *，王寧，柴沖 ，張?chǎng)稳?，劉珈銓 ，李雪瑩 ，楊琨，周慶林

1 中國(guó)石油大學(xué)(北京)機(jī)械與儲(chǔ)運(yùn)工程學(xué)院，北京 102249

2 中國(guó)石油大學(xué)(北京) 石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249

3 中油遼河工程有限公司，盤錦 124010

含蠟原油常溫下流動(dòng)性差，流動(dòng)保障問題嚴(yán)重[1]。為保障管道安全運(yùn)行，含蠟原油主要采用加熱輸送工藝，輸送能耗高，對(duì)管道輸送經(jīng)濟(jì)性造成不利影響[2]。因此，亟需尋求更加綠色、經(jīng)濟(jì)的處理方法改善含蠟原油流動(dòng)性，降低含蠟原油黏度，在保障管道安全運(yùn)行的同時(shí)降低輸送能耗。

含蠟原油磁處理技術(shù)最早由蘇聯(lián)應(yīng)用于原油開采過(guò)程中的防蠟降黏，隨后引發(fā)各國(guó)研究者緊密關(guān)注[3]。大量研究已經(jīng)證實(shí)含蠟原油磁處理降黏技術(shù)的有效性[4-7]。磁處理技術(shù)具有設(shè)備運(yùn)行能耗低、安裝簡(jiǎn)單、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)含蠟原油具有較好降黏效果[8]。然而，在工程應(yīng)用中時(shí)常出現(xiàn)含蠟原油磁處理降黏效果不穩(wěn)定的問題，甚至出現(xiàn)增黏現(xiàn)象[9]。本文從實(shí)驗(yàn)方法、影響因素、降黏機(jī)理和預(yù)測(cè)模型等方面入手，調(diào)研含蠟原油磁處理降黏理論與技術(shù)研究現(xiàn)狀，為含蠟原油磁處理降黏技術(shù)的深入研究提供指導(dǎo)。

1 含蠟原油磁處理方法

國(guó)內(nèi)外研究者關(guān)于含蠟原油磁處理降黏技術(shù)的研究多采用實(shí)驗(yàn)方法，根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中原油經(jīng)磁處理時(shí)的狀態(tài)，將含蠟原油磁處理實(shí)驗(yàn)分為靜態(tài)磁處理實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)磁處理實(shí)驗(yàn)。

1.1 靜態(tài)磁處理實(shí)驗(yàn)

靜態(tài)磁處理實(shí)驗(yàn)是研究者普遍采用的實(shí)驗(yàn)方式。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將油樣靜置于磁場(chǎng)作用范圍內(nèi)，調(diào)整磁場(chǎng)參數(shù)和磁處理?xiàng)l件，探究各因素對(duì)含蠟原油黏度的影響規(guī)律。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)王武義團(tuán)隊(duì)[10]設(shè)計(jì)并研制原油變頻防蠟降黏裝置，通過(guò)將裝載原油的塑料管放置在電磁處理裝置中實(shí)現(xiàn)對(duì)原油的磁處理，探究磁場(chǎng)參數(shù)及油品性質(zhì)對(duì)磁處理后原油黏度的影響，裝置的最大磁場(chǎng)強(qiáng)度為55 mT，難以滿足研究需要，在后續(xù)研究[11]中研制最大磁場(chǎng)強(qiáng)度為200 mT的原油電磁處理裝置，能夠深入探究磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)原油黏度的影響。

中國(guó)石油大學(xué)(華東)馬先國(guó)[12]在盛有原油的燒杯外壁纏繞一定匝數(shù)的線圈，構(gòu)建簡(jiǎn)易的原油電磁處理裝置，通過(guò)向線圈輸送頻率為0～20 kHz的正弦波交變電流使得線圈產(chǎn)生作用于燒杯內(nèi)油樣的變頻磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)原油的磁處理。為了研究原油黏度在磁處理前后的變化，實(shí)驗(yàn)設(shè)置相同處理溫度的無(wú)磁實(shí)驗(yàn)對(duì)照組。

中國(guó)石油大學(xué)(北京)侯磊團(tuán)隊(duì)[13-15]設(shè)計(jì)并研制靜態(tài)永磁處理裝置和電磁處理裝置，如圖1 和圖2 所示。針對(duì)含蠟原油開展一系列靜態(tài)磁處理降黏實(shí)驗(yàn)，探究靜態(tài)原油在磁場(chǎng)作用下的黏度變化規(guī)律，分析各因素對(duì)黏度變化的影響效應(yīng)。靜態(tài)永磁處理裝置通過(guò)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)絲杠控制永磁鐵的間距，改變?cè)痛盘幚磉^(guò)程的磁場(chǎng)強(qiáng)度，能夠開展磁場(chǎng)強(qiáng)度為0～300 mT的磁處理。靜態(tài)電磁處理裝置通過(guò)調(diào)節(jié)變頻電源輸出的激勵(lì)電流強(qiáng)度和頻率，控制電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)的強(qiáng)度和頻率，能夠開展磁場(chǎng)強(qiáng)度為0～120 mT、磁場(chǎng)頻率為40～500 Hz的原油磁處理實(shí)驗(yàn)。

圖1 靜態(tài)永磁處理裝置示意圖[13]Fig. 1 Schematic diagram of static permanent magnet processing device[13]

圖2 靜態(tài)電磁處理裝置示意圖[15]Fig. 2 Schematic diagram of electromagnetic processing device[15]

Kulkarni等[16-17]應(yīng)用EMU-50 V電磁裝置開展原油靜態(tài)磁處理實(shí)驗(yàn)，裝置由U形軟鐵軛和兩個(gè)直徑為 50 mm 的極片組成，兩個(gè)極片間保持一定距離作為磁處理區(qū)域，通過(guò)調(diào)節(jié)極片電流與間距控制磁處理區(qū)域產(chǎn)生1000～9000 Gs的電磁場(chǎng)，實(shí)驗(yàn)時(shí)將原油裝在密閉聚乙烯袋中并靜置于磁處理區(qū)域，實(shí)驗(yàn)裝油量為50 mL，測(cè)量并分析磁處理前后原油黏度變化情況。

靜態(tài)磁處理實(shí)驗(yàn)具有實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單、外界擾動(dòng)因素少等優(yōu)點(diǎn)，但無(wú)法模擬原油在管道中的實(shí)際流動(dòng)狀態(tài)。

1.2 動(dòng)態(tài)磁處理實(shí)驗(yàn)

動(dòng)態(tài)磁處理實(shí)驗(yàn)相比于靜態(tài)磁處理實(shí)驗(yàn)的區(qū)別在于動(dòng)態(tài)磁處理實(shí)驗(yàn)中原油經(jīng)磁處理時(shí)處于流動(dòng)狀態(tài)，能夠模擬含蠟原油在管道中流動(dòng)情況，研究成果對(duì)磁處理技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用更具實(shí)際價(jià)值。侯磊團(tuán)隊(duì)[18]在靜態(tài)磁處理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，搭建磁處理實(shí)驗(yàn)環(huán)道裝置，開展動(dòng)態(tài)磁處理實(shí)驗(yàn)研究，如圖3 所示。環(huán)道裝置同時(shí)配備永磁處理裝置和電磁處理裝置，由于磁處理裝置的磁程有限，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)驅(qū)使原油重復(fù)流經(jīng)磁處理器實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間的磁處理，導(dǎo)致原油在進(jìn)行磁處理的過(guò)程中重復(fù)受到管流剪切和過(guò)泵剪切作用，不能清晰判斷磁場(chǎng)對(duì)含蠟原油黏度的影響。

圖3 動(dòng)態(tài)磁處理實(shí)驗(yàn)環(huán)道示意圖[18]Fig. 3 Schematic diagram of the experimental loop of dynamic magnetic processing[18]

Jiang等[8]將電磁線圈設(shè)置在平行板流變儀的下方，通過(guò)對(duì)電磁線圈施加電流能夠使得平行板間產(chǎn)生0～1 T的磁場(chǎng)，導(dǎo)致平行板間的含蠟原油能夠受到垂直于剪切方向的磁場(chǎng)作用。該裝置同時(shí)具備動(dòng)態(tài)磁處理與黏度測(cè)量功能，能夠進(jìn)行剪切速率為0.1～100 s-1的原油磁處理，當(dāng)剪切速率較大時(shí)，平行板間的油樣會(huì)被甩出測(cè)試臺(tái)，需要嚴(yán)格控制剪切速率。受限于平行板流變儀的組成結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中裝油量約為0.3 mL，由于原油的非均質(zhì)性，導(dǎo)致磁處理降黏實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性存在疑問。

Jing等[19]研制攪拌槽磁處理裝置，在進(jìn)行原油磁處理的同時(shí)對(duì)含蠟原油進(jìn)行攪拌，攪拌槽磁處理裝置能夠開展磁場(chǎng)強(qiáng)度為0～100 mT、磁處理溫度為-30～100 °C的含蠟原油磁處理實(shí)驗(yàn)，攪拌槽最大裝油量為300 mL，設(shè)置相同溫度和攪拌條件的無(wú)磁實(shí)驗(yàn)對(duì)照組，探究磁場(chǎng)作用下含蠟原油黏度變化情況。該裝置能夠簡(jiǎn)單有效模擬流動(dòng)時(shí)含蠟原油磁處理過(guò)程，但未考慮攪拌剪切與管流剪切之間的轉(zhuǎn)化問題。在探究磁處理降黏效果的過(guò)程中，使用流變儀測(cè)量實(shí)驗(yàn)前后原油黏度，使得經(jīng)磁處理后的原油在轉(zhuǎn)移到流變儀的過(guò)程中易受到環(huán)境溫度等外界因素干擾，影響研究者對(duì)含蠟原油磁處理降黏效果的準(zhǔn)確分析。

開展動(dòng)態(tài)磁處理實(shí)驗(yàn)探究原油磁處理降黏效果的過(guò)程中，使用環(huán)道實(shí)驗(yàn)裝置將導(dǎo)致含蠟原油重復(fù)受到管流剪切和過(guò)泵剪切作用，不能清晰判斷磁場(chǎng)對(duì)原油黏度的影響；平行板流變儀磁處理裝置受含蠟原油非均質(zhì)性影響較大，無(wú)法保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性；攪拌槽磁處理裝置能夠簡(jiǎn)單模擬流動(dòng)狀態(tài)下原油的磁處理，但目前的研究未考慮如何定量表征攪拌剪切作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性受到環(huán)境溫度等外界因素干擾。

2 含蠟原油磁處理降黏效果及時(shí)效性

2.1 降黏效果

國(guó)內(nèi)外研究者已經(jīng)開展大量含蠟原油磁處理實(shí)驗(yàn)，大多數(shù)研究者通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察到含蠟原油在一定磁場(chǎng)條件下的降黏現(xiàn)象。張偉偉等[20]應(yīng)用磁場(chǎng)強(qiáng)度為100 mT的電磁場(chǎng)對(duì)大慶原油進(jìn)行磁處理，最高降黏率為34%，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為120 mT時(shí)，大慶原油能夠在-10～30 °C條件下實(shí)現(xiàn)不加熱輸送[21]。Jing等[19]探究磁場(chǎng)強(qiáng)度為60～1330 mT、磁處理溫度為10～80 °C、磁處理時(shí)間為10 s～60 min磁場(chǎng)條件下的含蠟原油黏度變化，發(fā)現(xiàn)原油黏度在所有實(shí)驗(yàn)條件下都發(fā)生降低，最高降黏率為82%。侯磊團(tuán)隊(duì)[14]采用正交實(shí)驗(yàn)法探究不同磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁處理溫度和磁處理時(shí)間對(duì)含蠟原油黏度的影響，結(jié)果表明，并非所有磁處理?xiàng)l件均產(chǎn)生降黏效果，通過(guò)動(dòng)態(tài)磁處理實(shí)驗(yàn)[18]發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)油樣的最優(yōu)磁處理?xiàng)l件為磁處理時(shí)間1 min、磁處理溫度49°C、磁場(chǎng)強(qiáng)度150 mT、流速0.1 m/s。

另有報(bào)道指出含蠟原油經(jīng)磁處理后黏度增加或維持不變。Chow等[22]觀察到當(dāng)磁處理溫度接近含蠟原油析蠟點(diǎn)時(shí)，磁處理會(huì)導(dǎo)致原油黏度增加，但并未充分考慮影響磁處理效果的其他關(guān)鍵因素。Tao等[23]發(fā)現(xiàn)石蠟基原油經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間磁處理后會(huì)增加黏度，在施加短時(shí)脈沖磁場(chǎng)后會(huì)降低黏度。Loskutova等[24]開展高鏈烷烴油在磁場(chǎng)作用下的流變特性研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)原油中的酸性膠質(zhì)含量較多時(shí)，磁處理能夠有效降低原油黏度；當(dāng)中性膠質(zhì)含量較多時(shí)，磁處理反而會(huì)增加原油黏度。Goncalves等[25]應(yīng)用6 種巴西含蠟原油開展磁處理實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其中5 種原油的黏度經(jīng)磁處理后未發(fā)生變化。

2.2 降黏時(shí)效性

磁處理技術(shù)是一種作用效果可逆的物理改性手段，為了評(píng)價(jià)含蠟原油磁處理技術(shù)的工程意義，需要探究降黏時(shí)效性。

Kulkarni等[17]探究3 種印度含蠟原油在1000、3000、6000 和9000 Gs電磁場(chǎng)作用下的降黏效果時(shí)效性，發(fā)現(xiàn)對(duì)于不同組成的原油，磁處理后的原油黏度恢復(fù)時(shí)間不同，實(shí)驗(yàn)所使用原油的黏度恢復(fù)時(shí)間為8～24 h。Tung等[26]開展越南WT原油在磁場(chǎng)作用下的流變特性研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)磁處理后原油黏度在14 h內(nèi)恢復(fù)至磁處理前的95%。李順平[11]根據(jù)大慶原油的組成配制不同含蠟量的模擬油，測(cè)量磁處理后不同時(shí)間內(nèi)模擬油的黏度變化曲線，發(fā)現(xiàn)原油磁處理降黏效果能夠維持40 h。Homayuni等[27]對(duì)Norooz原油施加磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.1 T、磁處理時(shí)間為50 s的脈沖磁場(chǎng)，測(cè)量降黏效果時(shí)效性，發(fā)現(xiàn)經(jīng)磁處理后原油的黏度能夠維持80 min。Goncalves等[6]對(duì)含蠟量為11%的含蠟原油進(jìn)行磁處理實(shí)驗(yàn)研究，在磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.3 T、磁處理溫度為45 °C、磁處理時(shí)間為1 min實(shí)驗(yàn)條件下的原油降黏率為40%，原油經(jīng)磁處理后150 min的黏度恢復(fù)15%。

研究表明，磁處理對(duì)大多數(shù)含蠟原油能夠產(chǎn)生降黏效果，但仍有部分研究者未在實(shí)驗(yàn)中觀察到原油黏度降低現(xiàn)象，不同含蠟原油經(jīng)磁處理后的降黏時(shí)效性差異很大。有必要對(duì)含蠟原油磁處理降黏效果和降黏時(shí)效性的影響因素開展深入研究。

3 影響因素

3.1 降黏效果影響因素

含蠟原油黏度等流動(dòng)特性與原油組成和分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。在磁場(chǎng)對(duì)含蠟原油黏度作用效果的研究中，由于磁場(chǎng)的自身特性和邊緣效應(yīng)，磁處理?xiàng)l件也是重要影響因素。

3.1.1 原油組成

對(duì)于含蠟原油，石蠟分子聚結(jié)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是引起黏度增大的主要原因[28]，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)作為天然表面活性物質(zhì)以極小的顆粒形態(tài)分散在原油中，成為石蠟的結(jié)晶核心[29]。當(dāng)含蠟原油中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量相對(duì)較多時(shí)，石蠟分子易形成小尺寸蠟晶顆粒并聯(lián)結(jié)成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；當(dāng)膠質(zhì)和瀝青質(zhì)相對(duì)較少時(shí)，石蠟分子多以其自身為晶核聚結(jié)，構(gòu)成松散的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[30]。同時(shí)，膠質(zhì)是原油中含量最高的非烴組分，瀝青質(zhì)是原油中極性最強(qiáng)的物質(zhì)，顯著影響原油流動(dòng)性[31]。因此，含蠟原油中的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)同樣對(duì)石蠟分子及含蠟原油黏度產(chǎn)生影響。探究磁場(chǎng)對(duì)含蠟原油黏度的影響，需要綜合考慮磁場(chǎng)作用下石蠟、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等原油組成的作用。

Tao等[23]觀察到磁場(chǎng)對(duì)石蠟基原油黏度的影響較大，對(duì)瀝青基原油的影響較小，原因是環(huán)狀石蠟分子使得原油對(duì)磁場(chǎng)的敏感性增強(qiáng)。王升等[30]根據(jù)分子間色散理論、量子力學(xué)理論和統(tǒng)計(jì)力學(xué)理論對(duì)磁處理效果進(jìn)行分析，認(rèn)為低分子蠟的電子振動(dòng)頻率受磁場(chǎng)作用顯著，在磁場(chǎng)作用下的分子間色散能較大，導(dǎo)致含蠟原油經(jīng)磁處理后黏度降低，高分子蠟的電子振動(dòng)頻率受磁場(chǎng)作用較小，蠟分子間色散能基本不依賴于磁場(chǎng)。Marques等[32]對(duì)兩種石蠟溶液進(jìn)行磁處理，觀察到溶液黏度降低，認(rèn)為磁場(chǎng)改變了石蠟的結(jié)晶過(guò)程。

有研究者認(rèn)為極性物質(zhì)在磁場(chǎng)降黏過(guò)程中起關(guān)鍵作用[33-35]。Tung等[36]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)含蠟原油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等極性物質(zhì)含量越高，降黏效果越好。Loskutova等[24]將原油看作由石蠟、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)構(gòu)成的膠體懸浮液，認(rèn)為施加磁場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致石蠟烴的弱偶極—偶極鍵斷裂，破壞晶體結(jié)構(gòu)，使得原油經(jīng)磁場(chǎng)處理后黏度降低，原油中強(qiáng)極性的酸性膠質(zhì)作為天然表面活性劑能夠防止分散相顆粒聚集，弱極性的中性膠質(zhì)會(huì)抑制分散相顆粒聚集，因此磁處理降黏效果取決于石蠟、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的含量以及酸性膠質(zhì)與中性膠質(zhì)的比例。Khalaf等[37]應(yīng)用分子動(dòng)力學(xué)方法分析磁場(chǎng)對(duì)含蠟原油中3 種不同模型瀝青質(zhì)的影響，結(jié)果表明，含蠟原油中瀝青質(zhì)的聚集過(guò)程受到磁場(chǎng)抑制，抑制程度是磁場(chǎng)強(qiáng)度的函數(shù)，磁場(chǎng)使得含蠟原油中的3 種不同模型瀝青質(zhì)聚集物總量減少20%～35%。Khalaf認(rèn)為磁場(chǎng)對(duì)極性物質(zhì)具有更大影響，其影響程度隨分子極性的增加而增大，瀝青質(zhì)作為原油體系中極性最強(qiáng)的物質(zhì)顯著影響原油磁處理降黏效果。侯磊團(tuán)隊(duì)[18]對(duì)多種含蠟原油開展實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)原油中瀝青質(zhì)含量越高，油樣的極性越強(qiáng)，則磁場(chǎng)的降黏效果越好，認(rèn)為磁場(chǎng)對(duì)含蠟原油中極性組分的影響大于對(duì)非極性組分的影響；應(yīng)用分子動(dòng)力學(xué)模擬探究磁場(chǎng)作用下原油內(nèi)瀝青質(zhì)分子的聚結(jié)行為，發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)促進(jìn)瀝青質(zhì)團(tuán)簇的分散，導(dǎo)致分子的擴(kuò)散系數(shù)增大，遷移性增強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)原油降黏。

原油中微量元素的存在同樣會(huì)影響原油磁降黏效果。Goncalves等[6]探究磁場(chǎng)對(duì)石蠟晶體形成過(guò)程的影響，發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)會(huì)抑制石蠟結(jié)晶，后續(xù)研究[25]應(yīng)用光譜學(xué)方法，對(duì)磁處理前后的含蠟原油樣品進(jìn)行EPR、XRF和NMR光譜表征，結(jié)果表明，石蠟并非導(dǎo)致原油磁處理降黏的唯一因素，芳香烴與脂肪烴比例、含水率以及Mn、Sr、Br等微量元素同樣會(huì)影響磁處理效果。Romanova等[38]在多組含蠟原油樣品中觀察到機(jī)械雜質(zhì)和鐵硫化合物的存在，推測(cè)這可能是磁處理效果的產(chǎn)生原因。Loskutova等[39]認(rèn)為膠質(zhì)和瀝青質(zhì)中存在自由基和四價(jià)釩化合物是造成原油順磁性的原因，進(jìn)而影響原油黏度。Lesin等[40]在原油石蠟中發(fā)現(xiàn)強(qiáng)順磁性的氧化鐵納米顆粒，在瀝青質(zhì)和膠質(zhì)中發(fā)現(xiàn)硫、氮、氧、鎳、釩和其他原子，認(rèn)為這些物質(zhì)的存在導(dǎo)致原油具有更高的磁化率。

研究表明，石蠟、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等原油組成在磁場(chǎng)作用下的形態(tài)和分布變化是導(dǎo)致原油磁處理降黏的主要因素，降黏效果主要受到石蠟、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)分子的含量、性質(zhì)與極性影響，原油中存在的某些微量元素及其化合物同樣影響降黏效果，但并非主要影響因素。研究者對(duì)極性物質(zhì)和非極性物質(zhì)在含蠟原油磁處理降黏過(guò)程中發(fā)揮的作用存在不同觀點(diǎn)。

3.1.2 磁處理?xiàng)l件

(1)磁處理溫度

含蠟原油的流變特性與溫度緊密相關(guān)。當(dāng)溫度低于析蠟點(diǎn)時(shí)，含蠟原油中的石蠟將以蠟晶的形式析出，以膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和蠟晶顆粒本身作為結(jié)晶核心，聚結(jié)成為更大尺寸的顆粒，阻礙原油流動(dòng)。研究表明，過(guò)高或過(guò)低的溫度均不利于原油的磁化降黏[41]。當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，分子熱作用遠(yuǎn)強(qiáng)于磁致分子間相互作用，磁場(chǎng)降黏效果很難體現(xiàn)；當(dāng)溫度過(guò)低時(shí)，原油中易形成膠凝結(jié)構(gòu)，分子間作用力占主導(dǎo)，磁處理難以發(fā)揮作用。

多數(shù)研究者認(rèn)為最優(yōu)磁處理溫度處于析蠟點(diǎn)附近。Rocha等[4]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磁處理溫度高于析蠟點(diǎn)7°C時(shí)，含蠟原油磁降黏效果較好，當(dāng)磁處理溫度高于析蠟點(diǎn)20 °C時(shí)，原油磁降黏效果可以忽略。侯磊團(tuán)隊(duì)[18]測(cè)試含蠟原油處于析蠟點(diǎn)附近的磁降黏效果，結(jié)果表明，磁處理溫度高于析蠟點(diǎn)時(shí)的降黏效果總是優(yōu)于磁處理溫度低于析蠟點(diǎn)時(shí)的降黏效果，當(dāng)磁處理溫度高于析蠟點(diǎn)，原油降黏率隨磁處理溫度的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。

Jiang等[8]針對(duì)凝點(diǎn)處于13～26 °C之間的不同原油，開展強(qiáng)磁場(chǎng)條件下的降黏實(shí)驗(yàn)，當(dāng)磁處理溫度為5 °C時(shí)能夠觀察到原油黏度降低，說(shuō)明磁場(chǎng)對(duì)膠凝后的原油仍有降黏效果。然而，Jiang在使用平行板流變儀測(cè)量膠凝原油黏度時(shí)，石蠟、瀝青質(zhì)等分子已經(jīng)沉淀形成小聚集體，原油內(nèi)部是非均質(zhì)的，實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)法證明磁處理對(duì)膠凝原油具有降黏效果。

研究表明，含蠟原油最優(yōu)磁處理溫度高于析蠟點(diǎn)，當(dāng)磁處理溫度高于析蠟點(diǎn)，原油降黏率隨磁處理溫度的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。

(2)磁處理時(shí)間

Tao等[42]通過(guò)理論分析認(rèn)為，對(duì)石蠟基原油施加短時(shí)脈沖磁場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致原油黏度降低，一旦磁處理時(shí)間延長(zhǎng)至某一臨界值，磁場(chǎng)降黏效果會(huì)被削弱，甚至出現(xiàn)磁場(chǎng)增黏現(xiàn)象，進(jìn)一步通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該觀點(diǎn)。Homayuni等[27]參照Tao開展磁處理實(shí)驗(yàn)，但結(jié)果有所不同，對(duì)石蠟基原油施加不同強(qiáng)度的脈沖磁場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度較低(0.03 T)時(shí)，原油降黏率隨磁處理時(shí)間的增加而提高；當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度較高(0.3 T)時(shí)，原油降黏率隨磁處理時(shí)間的增加而降低。Tung等[26]對(duì)越南含蠟原油施加10 s磁處理后的降黏率達(dá)50%以上，說(shuō)明無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間磁處理也能夠獲得較好降黏效果。

研究表明，含蠟原油磁處理降黏效果與磁處理時(shí)間并非簡(jiǎn)單線性相關(guān)，需要選擇合適的磁處理時(shí)間從而實(shí)現(xiàn)最佳磁處理降黏效果。

(3)磁場(chǎng)強(qiáng)度

磁場(chǎng)強(qiáng)度是影響含蠟原油磁處理降黏效果的重要因素[43]。曹毓娟等[44]根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，推導(dǎo)作用于油流表面的磁場(chǎng)能量與剪切應(yīng)力的關(guān)系式，認(rèn)為作用于原油的磁場(chǎng)強(qiáng)度越高，則產(chǎn)生的剪切力越大，導(dǎo)致原油降黏率增大。相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究[26,36,45]驗(yàn)證了這一觀點(diǎn)，但也有研究者提出不同觀點(diǎn)。梁長(zhǎng)青等[9]探究磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)降黏效果的影響，發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)強(qiáng)度與降黏率呈現(xiàn)多極值關(guān)系，在一定條件下對(duì)含蠟原油產(chǎn)生增黏效果。Jiang等[8]開展4 種含蠟原油的磁處理降黏效果研究，其中2 種原油的黏度隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而顯著降低，其余2 種原油的黏度則先增加后降低。Shi等[46]開展低磁場(chǎng)強(qiáng)度下的含蠟原油磁處理實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度低于100 mT時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度越高，降黏效果越好。王升等[30]通過(guò)量子力學(xué)推導(dǎo)認(rèn)為，原油黏度隨分子間色散能增大而減小，在熱平衡狀態(tài)下，分子間色散能隨磁場(chǎng)強(qiáng)度增加而增大，導(dǎo)致原油黏度降低；在非熱平衡狀態(tài)下，分子間色散能隨磁場(chǎng)強(qiáng)度增加而減小，導(dǎo)致原油黏度升高。侯磊團(tuán)隊(duì)[47]采用分子動(dòng)力學(xué)方法模擬，設(shè)置6 種不同磁場(chǎng)強(qiáng)度，分析在不同溫度下磁處理含蠟原油的黏度變化，結(jié)果見圖4。由圖4可以看出，原油降黏效果僅出現(xiàn)在特定的磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍內(nèi)，當(dāng)磁場(chǎng)處于較低強(qiáng)度區(qū)間(1～3 T)時(shí)，原油黏度降低，當(dāng)磁場(chǎng)處于較高強(qiáng)度區(qū)間(5～9 T)時(shí)，原油黏度升高。

圖4 293～318 K溫度區(qū)間內(nèi)不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下原油降黏率示意圖[47]Fig. 4 Schematic diagram of the viscosity reduction rate of crude oil under different magnetic field strengths in the temperature range of 293～318 K[47]

研究表明，在含蠟原油磁處理過(guò)程中，存在最優(yōu)磁場(chǎng)強(qiáng)度區(qū)間使得磁處理產(chǎn)生顯著降黏效果，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度處于最優(yōu)區(qū)間之外，磁場(chǎng)對(duì)含蠟原油的降黏效果減弱，甚至產(chǎn)生增黏效果，含蠟原油磁處理過(guò)程中的磁場(chǎng)強(qiáng)度不宜無(wú)限增加。

(4)磁場(chǎng)頻率

磁場(chǎng)頻率是電磁處理裝置的特有參數(shù)，通過(guò)對(duì)電磁線圈施加一定頻率的電流產(chǎn)生相應(yīng)頻率電磁場(chǎng)，表征磁場(chǎng)的變化速度。覃藝[10]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同種類的含蠟原油存在不同最優(yōu)磁處理降黏頻率，最優(yōu)頻率受原油性質(zhì)影響。馬先國(guó)[11]探究不同頻率下正弦波、三角波和方波對(duì)含蠟原油降黏率的影響，研究表明，磁場(chǎng)波形對(duì)降黏效果影響很小，但磁場(chǎng)頻率是影響降黏率的關(guān)鍵因素，原油降黏率隨磁場(chǎng)頻率變化曲線見圖5。由圖5 可知，不同溫度下降黏率隨著磁場(chǎng)頻率的升高呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，當(dāng)磁場(chǎng)頻率處于1200～2500 Hz范圍內(nèi)，磁處理降黏率能夠達(dá)到15%以上(圖5)。

圖5 降黏率隨磁場(chǎng)頻率變化曲線[11]Fig. 5 Variation curve of viscosity reduction rate with magnetic field frequency[11]

(5)磁場(chǎng)位形

磁場(chǎng)位形表現(xiàn)為磁場(chǎng)在原油流動(dòng)方向上的空間分布，根據(jù)磁感線方向和原油流動(dòng)方向的異同分為垂直磁場(chǎng)和平行磁場(chǎng)。Evans[48]開展不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下的含蠟原油磁處理實(shí)驗(yàn)，分析不同磁場(chǎng)位形下的原油黏度變化，結(jié)果表明，平行磁場(chǎng)的降黏效果優(yōu)于垂直磁場(chǎng)。Tao等[42]認(rèn)為對(duì)流動(dòng)狀態(tài)下的含蠟原油施加平行磁場(chǎng)能夠避免原油內(nèi)分子顆粒聚集體的旋轉(zhuǎn)，提升磁場(chǎng)降黏效果。汪仲清[49]考慮磁場(chǎng)的邊緣效應(yīng)，采用階梯型線圈替代傳統(tǒng)電磁處理器的均勻線圈，使得磁處理器原油入口處的磁感線更密集，有利于原油內(nèi)石蠟等分子有序排列。

含蠟原油是由多種有機(jī)化合物組成的復(fù)雜混合體系，對(duì)于不同區(qū)塊、采出井甚至采出時(shí)期的原油，其組成差異很大，對(duì)不同磁處理?xiàng)l件磁場(chǎng)的響應(yīng)也不同。大多研究者針對(duì)某個(gè)或某幾個(gè)因素對(duì)含蠟原油黏度的影響進(jìn)行研究，沒有通過(guò)綜合分析提取關(guān)鍵影響因素并探究其對(duì)含蠟原油黏度的影響規(guī)律。侯磊團(tuán)隊(duì)[18]引入灰色關(guān)聯(lián)分析法確定降黏效果影響因素的主次順序，發(fā)現(xiàn)瀝青質(zhì)和膠質(zhì)含量、磁處理溫度、磁處理時(shí)間是影響降黏效果的主要因素，這項(xiàng)研究為含蠟原油磁處理降黏效果影響因素作用效應(yīng)的探索提供了新思路。

3.2 降黏時(shí)效性影響因素

Rocha等[4]認(rèn)為降黏時(shí)效性與原油組成、磁處理時(shí)間和磁場(chǎng)強(qiáng)度等因素?zé)o關(guān)，經(jīng)過(guò)磁處理降黏后含蠟原油的黏度在8 h內(nèi)能夠完全恢復(fù)。Loskutova等[24]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究原油組分、磁處理時(shí)間和磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)含蠟原油磁處理降黏時(shí)效性的影響，結(jié)果表明，含蠟原油經(jīng)過(guò)磁處理后的黏度恢復(fù)時(shí)間隨磁場(chǎng)強(qiáng)度以及膠質(zhì)與瀝青質(zhì)含量的升高而增加，磁處理時(shí)間對(duì)降黏時(shí)效性的影響可以忽略，含有酸性膠質(zhì)的高含蠟原油經(jīng)過(guò)磁處理后的黏度恢復(fù)時(shí)間大于含有中性膠質(zhì)的含蠟原油。Kulkarni等[17]發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)磁處理后含蠟原油黏度的恢復(fù)速度取決于原油的初始降黏率、磁場(chǎng)強(qiáng)度和含蠟量等因素，原油經(jīng)磁處理后的降黏率越高，則原油黏度恢復(fù)時(shí)間越長(zhǎng)，較高的磁場(chǎng)強(qiáng)度能夠延長(zhǎng)原油黏度的恢復(fù)時(shí)間，含蠟量較高的原油具有更好的降黏時(shí)效性。

關(guān)于含蠟原油磁處理降黏時(shí)效性影響因素的研究較少，大多研究者僅對(duì)其實(shí)驗(yàn)所用油樣的降黏時(shí)效性進(jìn)行觀測(cè)。需要對(duì)含蠟原油磁處理降黏時(shí)效性的影響因素開展深入研究。

4 含蠟原油磁處理降黏機(jī)理

探究含蠟原油經(jīng)過(guò)磁處理后的黏度變化機(jī)理，本質(zhì)上是研究磁場(chǎng)作用下原油中石蠟、瀝青質(zhì)分子的形態(tài)和尺寸變化以及分子間作用力的改變，闡明磁場(chǎng)對(duì)分子的作用如何轉(zhuǎn)化為對(duì)原油流動(dòng)性的影響。

4.1 磁致分子顆粒聚結(jié)假說(shuō)

Tao等[23]根據(jù)Einstein及其他學(xué)者研究發(fā)展形成的懸浮體系流變學(xué)理論，將原油中的石蠟和瀝青質(zhì)分子視為低黏流體中的懸浮球體顆粒，將含蠟原油視為稀懸浮液體系，結(jié)合Tao和其他研究者[50-51]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出磁致分子顆粒聚結(jié)假說(shuō)。該假說(shuō)認(rèn)為，懸浮液黏度取決于懸浮顆粒的自由度，懸浮顆粒的自由度越大，則懸浮液黏度越低，懸浮顆粒的自由度隨顆粒半徑的增大而增大。當(dāng)懸浮液中的石蠟和瀝青質(zhì)分子數(shù)量維持不變時(shí)，顆粒尺寸增大會(huì)導(dǎo)致懸浮液黏度的降低，即石蠟和瀝青質(zhì)顆粒尺寸增大會(huì)降低原油黏度。磁處理前原油中不同分子顆粒隨機(jī)分布，磁處理后分子顆粒被極化成磁偶極子。當(dāng)磁偶極子之間的相互作用力強(qiáng)到足以克服布朗運(yùn)動(dòng)時(shí)，小尺寸顆粒聚結(jié)成尺寸更大的顆粒，導(dǎo)致原油黏度降低。

該假說(shuō)認(rèn)為懸浮顆粒的自由度是半徑的單調(diào)增函數(shù)，這是由于Tao設(shè)定了一個(gè)前提條件，即分子顆粒只會(huì)聚集成為更大的球體顆粒而不會(huì)成為不規(guī)則形狀顆粒。有研究表明[52]，當(dāng)充分考慮分子顆粒聚集的現(xiàn)實(shí)可能時(shí)，在恒定體積分?jǐn)?shù)下，分子顆粒的直徑越大，則平均自由度越小，原油黏度越高，這與Tao的觀點(diǎn)矛盾。

4.2 磁致分子顆粒取向排列假說(shuō)

汪仲清[41]認(rèn)為含蠟原油中含有大量結(jié)構(gòu)、磁性和黏度均各向異性的抗磁性物質(zhì)分子顆粒，在磁場(chǎng)作用下易取向排列并隨原油以線度最小姿態(tài)作有序流動(dòng)，使得分子顆粒受到因管道內(nèi)速度梯度而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩減小，降低原油中分子顆粒轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)原油產(chǎn)生的流動(dòng)阻力，宏觀表現(xiàn)為原油沿流動(dòng)方向黏度降低。Tao等[42]通過(guò)理論分析認(rèn)為，含蠟原油經(jīng)過(guò)磁處理后，原油中的分子顆粒聚結(jié)成微米尺度的簇并沿磁場(chǎng)方向排列，導(dǎo)致原油黏度沿磁場(chǎng)方向降低，如圖6 所示。一旦原油經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的磁場(chǎng)處理，原油中的分子顆粒會(huì)持續(xù)聚集成宏觀尺度的鏈并阻礙原油流動(dòng)，削弱磁場(chǎng)降黏效果。

圖6 分子顆粒流經(jīng)磁場(chǎng)前后排列示意圖[42]Fig. 6 Schematic diagram of the arrangement of molecular particles before and after flowing through the magnetic field[42]

4.3 磁致分子團(tuán)解體假說(shuō)

膠質(zhì)和瀝青質(zhì)是原油中的天然表面活性物質(zhì)，當(dāng)含蠟原油溫度低于析蠟點(diǎn)時(shí)，瀝青質(zhì)能夠吸附在析出的蠟晶顆粒上并與膠體一起形成膠束，形成尺寸較大的膠團(tuán)[53]。當(dāng)對(duì)含蠟原油進(jìn)行磁處理時(shí)，瀝青質(zhì)分子之間的氫鍵會(huì)瞬時(shí)斷裂，導(dǎo)致膠團(tuán)破碎[54]。同時(shí)，磁場(chǎng)使得原油中的帶電顆粒產(chǎn)生洛倫茲力，破壞分子聚集，導(dǎo)致蠟晶破碎和分散[4]。Jiang等[55]采用太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)研究原油組分在磁場(chǎng)作用下的聚集特性，發(fā)現(xiàn)含蠟原油經(jīng)磁處理后的消光系數(shù)降低，懸浮膠粒發(fā)生解聚。孫校開等[56]指出磁場(chǎng)作用下的蠟晶成核速度大于蠟晶的生長(zhǎng)速度，導(dǎo)致石蠟以小蠟晶顆粒的形式分散在原油中。Goncalves等[6]對(duì)比磁處理前后含蠟原油顯微照片，發(fā)現(xiàn)在相同析蠟量下，磁處理后的原油產(chǎn)生更多蠟晶核，與孫校開的觀點(diǎn)相同，表明磁處理通過(guò)降低析出蠟晶尺寸來(lái)降低原油黏度。

侯磊團(tuán)隊(duì)[14,18]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)磁場(chǎng)作用后，原油中蠟晶顆粒平均尺寸增大、數(shù)量增多，瀝青質(zhì)顆粒平均尺寸減小，如圖7 和圖8 所示，說(shuō)明原油磁處理降黏的原因是磁場(chǎng)促進(jìn)蠟晶顆粒聚結(jié)和瀝青質(zhì)顆粒分散。應(yīng)用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，建立C26H54和C38H78的分子動(dòng)力學(xué)模型，分析石蠟分子的徑向分布函數(shù)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)磁處理后的g(r)峰值升高，表明石蠟分子在磁場(chǎng)作用下發(fā)生聚集，原因是洛倫茲力導(dǎo)致石蠟分子間距離減小，增加分子聚集程度[46]。

圖7 磁處理前后蠟晶形態(tài)[14]Fig. 7 Wax crystal morphology before and after magnetic treatment[14]

圖8 磁處理前后瀝青質(zhì)顆粒尺寸分布對(duì)比示意圖[18]Fig. 8 Schematic diagram of the comparison of asphaltene particle size distribution before and after magnetic treatment[18]

4.4 磁致石蠟分子顆粒極化假說(shuō)

Li和Zhang等[57]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%～3%的石蠟析出能夠使得石蠟交聯(lián)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，引起含蠟原油膠凝，張勁軍等[58]指出在如此低的固相顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，石蠟分子顆粒的形態(tài)與粒度變化對(duì)原油黏度的改變無(wú)法起決定性作用，認(rèn)為石蠟分子顆粒之間存在著一種相互作用力顯著影響含蠟原油流變性。研究表明，對(duì)于石蠟等非極性物質(zhì)而言，色散力是引起分子間相互吸引的主要原因[30]。李順平[11]通過(guò)理論分析認(rèn)為，石蠟分子顆粒在磁場(chǎng)作用下會(huì)由于正負(fù)電荷重心位移而發(fā)生極化現(xiàn)象，同時(shí)石蠟分子顆粒內(nèi)部在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生與磁場(chǎng)方向相反的感生磁矩，削弱石蠟分子間色散力的作用，使得石蠟分子不易相互關(guān)聯(lián)形成三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，宏觀表現(xiàn)為原油流動(dòng)性改善。磁致石蠟分子顆粒極化假說(shuō)為原油磁處理降黏機(jī)理的研究提供新思路，但無(wú)法排除原油中分子顆粒形態(tài)和粒度分布變化對(duì)磁場(chǎng)作用下原油黏度具有影響的可能。

研究表明，磁場(chǎng)對(duì)石蠟、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等分子顆粒的形態(tài)、粒度分布以及分子間相互作用造成影響，最終導(dǎo)致含蠟原油宏觀流動(dòng)性的改變。國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)磁場(chǎng)作用下分子顆粒形態(tài)和粒度分布變化趨勢(shì)的認(rèn)識(shí)存在分歧，對(duì)影響含蠟原油磁處理降黏效果決定性因素的認(rèn)識(shí)不清晰，大多研究者忽略了不同機(jī)理之間的相互作用對(duì)含蠟原油磁處理降黏效果的影響，關(guān)于含蠟原油磁處理降黏機(jī)理的研究需要持續(xù)深入開展。

5 含蠟原油磁處理降黏效果預(yù)測(cè)模型

Jiang等[8]針對(duì)4 種不同物性的含蠟原油開展磁處理實(shí)驗(yàn)，根據(jù)原油在磁場(chǎng)中的宏觀流變特性變化，建立描述原油黏度隨磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，如?1)所示：

式中：μB為不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下對(duì)應(yīng)的原油黏度，mPa·s；μ∞為磁場(chǎng)強(qiáng)度趨于無(wú)窮大時(shí)原油的極限黏度，mPa·s；μ0為原油初始黏度，mPa·s；B為磁場(chǎng)強(qiáng)度，T；a、m為根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到的系數(shù)。根據(jù)不同原油的初始黏度與經(jīng)過(guò)不同強(qiáng)度磁場(chǎng)處理后的原油黏度，通過(guò)擬合得到μ∞、a和m。根據(jù)最終得到的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ图饶軌蛴?jì)算一定磁場(chǎng)強(qiáng)度下的原油黏度，也能夠計(jì)算原油經(jīng)一定強(qiáng)度磁場(chǎng)處理后的極限黏度。由于Jiang將原油中所有懸浮顆粒都視為均勻分布的鐵磁性顆粒，導(dǎo)致該經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ洼^為理想化。

Kulkarni等[16]調(diào)研相關(guān)文獻(xiàn)的含蠟原油磁處理降黏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合其實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)集中隨機(jī)選取80%的數(shù)據(jù)作為生成模型的訓(xùn)練集，使用剩余20%的數(shù)據(jù)作為測(cè)試集，分別建立5 因素和4 因素經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，如?2)和式(3)所示：

式中：μf為經(jīng)過(guò)磁處理后的的原油樣品黏度，cP；μi為原油樣品初始黏度，cP；t為磁處理時(shí)間，s；T為蠟晶表觀溫度，K；W為含蠟量，%；B0為磁場(chǎng)強(qiáng)度，Gs。兩個(gè)模型的區(qū)別在于是否考慮蠟晶表觀溫度。上述兩個(gè)黏度預(yù)測(cè)模型只是作者應(yīng)用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)生成的擬合公式，僅適用于訓(xùn)練集和測(cè)試集中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)于指導(dǎo)工程實(shí)踐的效果有限。

6 展望

(1)通過(guò)動(dòng)態(tài)磁處理實(shí)驗(yàn)探究含蠟原油磁處理降黏效果，使用環(huán)道實(shí)驗(yàn)裝置和平行板流變儀實(shí)驗(yàn)裝置難以保證磁處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，使用攪拌槽磁處理裝置能夠簡(jiǎn)單模擬流動(dòng)狀態(tài)下原油的磁處理，但目前的研究未考慮攪拌剪切率計(jì)算的問題，實(shí)驗(yàn)過(guò)程受到環(huán)境溫度等外界因素干擾，應(yīng)在現(xiàn)有攪拌槽磁處理裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，根據(jù)流體流動(dòng)的能量耗散率與剪切率的關(guān)系，對(duì)攪拌槽內(nèi)的剪切作用進(jìn)行量化表征，通過(guò)攪拌原油模擬實(shí)際管流，應(yīng)用攪拌測(cè)黏原理，將攪拌與黏度測(cè)量過(guò)程結(jié)合，測(cè)試并分析含蠟原油磁處理降黏效果。

(2)研究者探究磁場(chǎng)作用下含蠟原油降黏效果及時(shí)效性，結(jié)果表明并非所有種類的原油都能夠產(chǎn)生磁降黏效果，降黏效果及時(shí)效性受到原油組成和磁處理?xiàng)l件影響，國(guó)內(nèi)外研究對(duì)降黏效果及時(shí)效性影響因素在含蠟原油磁處理降黏過(guò)程中發(fā)揮的作用存在不同觀點(diǎn)，應(yīng)采用控制變量方法，對(duì)比探究相同磁處理?xiàng)l件下不同降黏效果的原油以及同種原油在不同磁處理?xiàng)l件下的黏度變化情況，深入分析原油組成和磁處理?xiàng)l件對(duì)原油降黏效果的影響。

(3)關(guān)于磁處理降黏后含蠟原油中不同分子的形態(tài)和粒度變化以及分子間作用力的改變，國(guó)內(nèi)外研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)形成不同觀點(diǎn)，對(duì)含蠟原油磁處理降黏機(jī)理的認(rèn)識(shí)存在分歧，應(yīng)使用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法探究磁場(chǎng)作用下原油內(nèi)分子構(gòu)型和分子形態(tài)變化，采用有限元模擬方法探究磁場(chǎng)作用下原油各分子間作用力和分子運(yùn)動(dòng)行為，結(jié)合原油磁處理實(shí)驗(yàn)，從宏觀、介觀和微觀尺度探究原油磁處理降黏機(jī)理。

(4)目前的含蠟原油磁處理降黏效果預(yù)測(cè)模型只是通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單回歸擬合得到的經(jīng)驗(yàn)公式，研究成果指導(dǎo)后續(xù)研究和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的可用性差，應(yīng)綜合分析前人在含蠟原油磁處理降黏影響因素和機(jī)理方面的研究成果，提取影響含蠟原油磁降黏效果的關(guān)鍵因素，在磁處理實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬和理論分析的基礎(chǔ)上建立含蠟原油磁處理降黏效果預(yù)測(cè)模型，兼顧模型的易用性和適用性，為含蠟原油磁處理降黏技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用提供指導(dǎo)。