在环境温度下蜡的结晶析出导致原油黏度上升,增大了输送能耗;蜡晶网络的形成则使原油表现出屈服应力、触变性等结构特性,给管道安全运行带来了威胁。因此,改善原油流动性对于保障输油管道安全、高效运行具有重要意义。电场处理是一种新型改性手段,可显著改善凝点附近含蜡原油的流动性。然而,目前对于该方法的改性机理、改性效果稳定性及其影响因素的认识仍处于初级阶段。本文使用研发的静态电场处理装置和动态电场处理与流动性测量一体化装置,开展了系列研究。本文首先研发了一套动态电场处理与流动性测量一体化装置,能够电场处理流动条件下的原油,同时准确测量处理后原油的流动性。通过施加与原油流动方向平行的电场(0.2~0.8 kV/mm),系统考察了处理温度、加载场强对电场改性效果的影响。研究发现,对于析蜡点以下、凝点以上的含蜡原油,电场处理能够显著降低其黏度,最高可达70%;处理温度越低、加载场强越高,降黏效果越好;与未处理的原油相比,电场处理后原油的稠度系数降低、流动行为指数上升,处理后原油的非牛顿流体特性减弱,且加载场强越大非牛顿性削弱程度越大;电场处理对原油的胶凝温度没有显著影响,但可以使胶凝原油的结构强度降低、屈服后蜡晶结构裂降速度加快。随后采用本课题组研发的静态电场处理装置,对析蜡点以下、凝点以上的原油施加高压直流电场(0.2~0.8 kV/mm),发现电场处理静态条件下的含蜡原油也可改善其流动性,但是相同处理条件下静态处理改性效果比动态处理的差。静态条件下,电场处理含蜡原油的降黏效果随处理温度降低、加载场强升高而上升;但是对于不含蜡的稠油,电场处理没有明显的降黏效果。由此说明,原油中结晶析出的蜡是电场改性的重要因素,结晶析出的蜡越多,电场处理降黏效果越好。在此基础上,通过静态电场处理配制的模拟油体系,分析了含蜡量、析蜡量、沥青质含量、沥青质分散程度4个因素对电场处理降黏效果的影响。研究表明,原油中析出蜡晶的量是影响电场处理效果的主要因素,结晶析出的蜡越多,改性效果越好,含蜡量对改性效果的影响很小;沥青质对电场处理降黏效果起负面作用,随沥青质含量增多,电场改性效果大幅变弱;但是对于不含蜡(含沥青质)的模拟油,电场处理不改变其黏度;电场处理降黏效果随沥青质分散程度增大有微弱的提升,说明沥青质分散程度仅是影响改性效果的次要因素。根据电流变液中电场效应产生的机理,电场下体系内颗粒在微观层面的变化是效应产生的内在原因,而颗粒微观层面的变化则取决于整个体系及其中各相(液态介质、固体颗粒)的电性质。据此,本文首先通过显微手段,观察分析了原油和模拟油中蜡晶及沥青质颗粒的尺寸、聚集状态等在电场处理后的变化,结果表明,电场处理后原油和模拟油中蜡晶的尺寸变大且形态更为复杂,由此推测电场作用下蜡晶的聚集是原油降黏、结构强度降低的内在原因之一。随后,通过分析电场下二维空间中非导电球形颗粒在电场作用下的感应偶极矩,明确了蜡晶与液态油之间的相对介电常数差异是电场下颗粒极化的关键。最终,采用阻抗仪测试了原油及模拟油的相对介电常数,研究发现,随着油温降低,原油中蜡晶与液态油之间的相对介电常数差异增大,说明较低温度下电场中的蜡晶极化程度更高,蜡晶更易于聚集;沥青质的存在减小了蜡晶与液态油之间的相对介电常数差异,减小了电场作用下蜡晶的偶极矩,进而削弱了电场改性效果。