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高内相稠油油包水乳状液流变性研究

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高内相稠 油油 乳状液 流变 研究
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! ! 文章编号: "### $%&’(( %##)) #% $#"%% $#’高内相稠油油包水乳状液流变性研究!孟 江",向 阳",魏小林%,李顺勇’( "*“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·成都理工大学,四川 成都 &"##+,;%* 西安长庆设计院石油所; ’* 中国石油管道兰成渝输油公司)摘要:稠油形成的高内相 -. / 乳状液,其流动性对生产有很大影响,研究表明 -. / 乳状液流动特征可以用幂律模式描述,具有剪切稀释性,粘度与温度服从指数关系。随着内相体积浓度的增大,乳状液粘度会出现一个最大值,此时的内相体积浓就是乳状液的转相点。在内相体积浓度小于转相点时,粘度随内相体积浓度的增大粘度增大;在内相体积浓度大于转相点时,粘度随着内相体积浓度的增大粘度下降。在内相体积浓度大于转相点后,乳状液会由 -. /型转变为 /. - 型,转相有一个过程。同时随着内相体积的增大、剪切速率的增大和温度的升高乳状液稳定性下降。高内相乳状液已经具有了粘弹流体的某些特征。本次研究在稠油生产中具有一定的理论意义。关键词:流变性;高内相;乳状液;稠油;粘度中图分类号: 01’"%! ! ! ! ! ! ! ! ! 文献标识码: 2! ! 胜利油田新滩某区块所产稠油,其密度为#* ,&( " 3. 45’, +#6下粘度为 " ++#* ’ 578· 9,本文是以该稠油配制的 -. / 乳状液为研究对象。"! -. / 乳状液的配制在常温下,取脱水稠油和地层水,用手缓慢搅动,分别配制内相体积浓度为 +#:、 ++:、 &#:、&+:、 )#:、 )+:、 )):、 ;#: 的 -. / 乳状液。在配制过程中发现,随着内相体积浓度的增大,配制乳状液的难度逐渐加大,形成的 -. / 乳状液颜色也由黄黑色逐渐变为黄褐色。因此有时可以根据 -. / 乳状液的颜色就能大体判断其含水量的高低。%! -. / 乳状液的流变性前人对不同油品和低内相浓度的 -. / 乳状液变性进行了研究,认为其具有明显的非牛顿特性,在中等剪切速率范围内可用幂律模式来描述[ "]。对于乳状液内相体积分数大于 #* + 时,乳状液的性质可以近似看作非牛顿流体中的剪切稀化流体[ % $(]。在 %#6 和 ;#6 下分别对内相为 +#:、 ++:、&#:、 &+:、 )#:、 )+:、 )):、 ;#: 的 -. / 乳状液流变性进行了测量(图 "、 %)。图 "、 % 直观地反映了不同乳状液粘度随剪切速率的变化情况以及它们的流变性能。它们都表现出非常明显的非牛顿流体特性,其表观粘度随剪切速图 "! ;#6-. / 乳状液 ! ?* %,! @>* %! %##) 年 ! ( 月 ! ! ! ! ! ! ! A>>E F>! ! ! ! ! ! ! ! 2%##) !! 收稿日期: %##& $"% $%#作者简介:孟 江( ",)’ $ ),男(汉族),陕西风翔人,博士研究生,主要从事油气田开发研究。万方数据率的增大而降低,表现出明显的剪切稀化特性。为了更清楚的研究乳状液流变性,对曲线进行了拟合,拟合结果如表 !。从拟合结果来看,对于内相体积浓度不同的 "# $ 乳状液,在研究温度范围内都呈现出不同程度的非牛顿特性,它们的流变特性遵从幂律模式! ! "· "#式中 , !— 剪切应力, %&; "— 剪切速率, ’(!; "— 稠度系数, %&· ’); #— 流变指数。表 !* +,# $.,/,001 !/2.!! ,/3+,+134 ,/3+04,/!.+. !/2543 ,/33,,,/!,!0 !/4.,1!/1!!, ,/0... ,/33,1!/324, ,/0,01 ,/33+!./5431 ,/0551 ,/33,!!/2,+5 ,/0101 ,/3304从拟合的参数看,流变指数 # 随着乳状液内相体积浓度的增大,由大于 ! 变为小于 !。这表明高内相的 "# $ 乳状液随着其内相含量的增大,乳状液由膨胀性流体向假塑性流体转变。从研究的范围看,在 "# $ 乳状液内相体积浓度大于 0,6 时,流变指数 # 7!,表现为假塑性流体;在小于 41% 时, # 8 !,表现为膨胀性流体。同时在用旋转粘度计测量时,发现乳状液有爬杆现象,而且内相体积浓度越高(低于转相点),表现得越突出。这表明高内相的 "# $稠油乳状液具有粘弹流体的某些特征。2* 影响 "# $ 乳状液流变性的因素2/!* 内相体积浓度的影响在稠油确定的情况下, "# $ 乳状液流变性主要受内相体积浓度的影响。从前面拟合情况看,乳状液随着内相体积浓度的增大,流变特性由膨胀性流体向假塑性流体转变,乳状液性质发生了变化。图 图 . 可见,乳状液随内相体积的增加,其粘度逐渐增大;在内相体积浓度达到 006 时,乳状液的粘度达到最大值。因为随着乳状液内相体积浓度的增加,连续相(油)中的分散液滴(水)急剧增多,油相中水滴距离迅速减小,其间的作用力即范德华引力则显著增大,并导致水滴的聚集,形成构造复杂的聚集体,相流中发生液滴间的相互碰撞和相对滑动,以及相间表面能的作用,导致了粘度的迅速上升,非牛顿性质增强[ 1]。最大值粘度随温度的升高而降低。在内相体积浓度超过 006 后,粘度开始明显下降,随着内相体积浓度的增大,稠油 "# $ 乳状液开始向 $# " 乳状液转化,从而粘度也发生了变化。在内相体积浓度达到 +26 时,乳状液粘度降到最低,"# $ 乳状液已经转化为 $# " 乳状液或者高含水的油水两相体系。图 2* 粘度与内相体积浓度曲线2/.* 剪切条件的影响在实验研究范围内,由于剪切速率较低,内相体积浓度不同的 "# $ 稠油乳状液在低剪切速率下,都呈表现出剪切稀化现象。同时也观察到随着剪切速率的增大乳状液粘度降低幅度变小,内相体积浓度越低粘度降幅越小,有幂律流体向牛顿流体转变的趋势(图 !)。从图 ! 可以看出,粘度随剪切速率的增大,粘度曲线由陡趋于平缓,内相体积浓度越高(低于转相点)这种变化越明显。2/2* 温度的影响在剪切速率不太高的情况下,温度对稠油 "# $乳状液粘度的影响比剪切速率影响要大得多。 &’ (稠油乳状液粘度对温度的变化是敏感的。随着温度升高,乳状液的粘度明显下降。稠油 "# $ 乳状液粘度随温度的升高而降低,与稠油粘度随温度变化规律基本一致[ 4 (0]。稠油 &’ ( 乳状液粘度与温度符合关系式# ! )9*+,其中, )、 +— 待定系数; #— 粘度, :%&· ’; ,— 温度, -。拟合结果见表 .。由表中可见,拟合相关系数 $拟合得很好。待定系数 、随着乳状液内2.!第 . 期 * * * * * * * * * * * * * 孟 江等: * 高内相稠油油包水乳状液流变性研究万方数据相 体 积 浓 度 的 不 同 而 有 差 异 。表 !" 不 同 含 水 #$ % 乳 状 液 粘 温 拟 合 结 果内 相 体 积浓 度 $ &’( ’’ )( )’ *( *’ +(! ,!!- ./ ).*- /. ./)+- . 0(+/- / 0),0- , 0,**- ." (- (- .*!’ (- .)- ./’+ /- (()+ (- .),+ /- ((/)#!(- .+(, (- ..() (- .+)’ (- .+) (- .+*+ (- .., (- .++!," #$ % 乳 状 液 转 相 点转 相 就 是 两 相 体 系 中 连 续 相 和 分 散 相 相 互 转 换的 一 种 现 象 。 转 相 是 乳 状 液 特 性 之 一 。 稠 油 #$ %乳 状 液 转 相 点 对 于 研 究 稠 油 降 粘 有 一 定 意 义 。从 图 ! 可 见 , 粘 度 在 内 相 体 积 浓 度 达 为 **& 达到 最 大 值 , 温 度 不 同 这 个 最 大 值 也 不 一 样 。 内 相 体积 浓 度 为 **&, 就 是 所 研 究 的 #$ % 乳 状 液 转 相 形成 %$ # 乳 状 液 的 转 相 点 。在 内 相 体 积 浓 度 大 于 **& 后 粘 度 并 不 是 突 然降 到 很 低 值 , 直 到 内 相 体 积 浓 度 达 到 +0&, 粘 度 才降 低 到 /(( 123· 4 左 右 。 实 际 上 大 于 相 转 变 点 后 ,#$ % 乳 状 液 的 转 相 是 不 完 全 的 , 因 此 表 现 出 体 系 的粘 度 并 不 会 很 快 降 到 很 低 。 随 着 水 含 量 的 进 一 步 增大 , 大 部 分 水 处 于 外 相 或 游 离 态 , 因 此 粘 度 才 表 现 出较 低 的 值 。’" #$ % 乳 状 液 稳 定 性稠 油 #$ % 乳 状 液 的 稳 定 性 主 要 受 稠 油 性 质 、 内相 体 积 浓 度 、 温 度 、 混 合 体 条 件 等 因 素 的 影 响 。 因 此在 稠 油 确 定 的 条 件 下 , #$ % 乳 状 液 随 着 内 相 体 积 浓度 的 增 大 、 温 度 的 升 高 、 搅 拌 强 度 的 增 大 稳 定 性 变差 , 而 且 乳 状 液 本 身 就 处 在 一 个 热 力 不 稳 定 状 态 , 高内 相 乳 状 液 稳 定 更 差 , 更 容 易 受 外 界 条 件 影 响 而 游离 出 水 来 。 在 实 验 中 , 将 从 现 场 取 回 的 内 相 体 积 浓度 为 )!&的 乳 状 液 油 样 , 室 温 放 置 三 天 , 样 桶 底 部就 有 游 离 水 出 现 , 测 量 油 样 含 水 率 下 降 为 ’)&, 而内 相 体 积 浓 度 为 ,(& 的 #$ % 乳 状 液 , 在 同 样 的 条件 下 很 少 有 水 出 现 。当 然 采 取 单 一 的 方 法 破 乳 , 稠 油 #$ % 乳 状 液 脱水 并 不 完 全 , 只 是 脱 出 部 分 水 , 脱 出 水 的 部 分 仍 然 是#$ % 乳 状 液 。 要 使 乳 状 液 完 全 脱 水 必 须 采 用 合 理的 工 艺 和 高 效 的 破 乳 剂[ + 5.]。)" 结 " 论内 相 体 积 浓 度 不 同 的 #$ % 乳 状 液 , 在 研 究 范 围内 , 其 流 变 特 性 近 似 遵 从 幂 律 模 式 。( /) #$ % 乳 状 液 随 着 其 内 相 体 积 浓 度 的 增 大 ,乳 状 液 由 膨 胀 性 流 体 向 假 塑 性 流 体 转 变 。( !) 在 低 剪 切 速 率 下 #$ % 稠 油 乳 状 液 , 表 现 出剪 切 稀 化 现 象 。( 0) 从 粘 度 变 化 来 看 #$ % 乳 状 液 转 相 存 在 一个 过 程 ; 高 内 相 的 #$ % 稠 油 乳 状 液 具 有 粘 弹 性 流 体的 某 些 特 征 。( ,) 高 内 相 体 积 浓 度 的 乳 状 液 稳 定 差 , 更 容 易受 温 度 、 混 合 体 条 件 等 因 素 的 影 响 而 脱 水 。因 此 可 以 采 取 合 理 的 措 施 降 粘 节 能 , 以 利 于 稠油 集 输[ /(]。参 考 文 献 :[ /] " 卢 东 风 、 张 夏 泽 , 姜 海 峰 - 聚 合 物 驱 油 井 采 出 液 流 变 性及 管 输 水 力 的 计 算 [ 6] - 油 气 田 地 面 工 程 , /..., /+( !) : /, 5/)-[ !] " 237 8- 29:;79? >= @ 7>? :3: 9? ;79>97;F A@B;4[ 6] - I?, /..., !’( ), *) : /(’05/(*!-[ ,] " 黄 建 春 , 李 光 正 , 莫 乃 榕 - 油 !水 乳 状 液 流 过 弯 管 的 局部 阻 力 特 性 研 究 [ 6] - 华 中 科 技 大 学 学 报 , !((/, !.( *) : .+ 5/((-[ ’] " 喻 高 明 - 超 特 稠 油 流 变 性 综 合 研 究 [ 6] - 河 南 石 油!((,, /+( 0) : ,( 5,0-[ )] " 窦 丹 , 宫 敬 - 稠 油 $ 水 乳 状 液 表 观 粘 度 实 验 研 究 [ 6] 工 程 , !((), .( 0,) : 0. 5,!-[ *] " 张 金 亮 , 王 为 民 , 申 龙 涉 , 等 - 辽 河 油 田 超 稠 油 流 变 特性 的 试 验 研 究 [ 6] - 油 气 田 地 面 工 程 , !((), *( /’) ://, /’-[ +] " 宁 甲 清 , 孟 #, 李 泽 勤 - 超 稠 油 脱 水 工 艺 试 验 研 究 [ 6] 油 气 藏 , !(((, *( /) : 0+ 5!,(-[ .] " 武 本 成 , 朱 建 华 , 蒋 昌 启 - 采 用 脱 水 剂 强 化 超 稠 油 脱 水的 实 验 研 究 [ 6] - 中 国 石 油 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) ,!(()+( ,) : /!0 5/!’, /0/-[ /(] " 郑 钦 祥 - 稠 油 降 粘 技 术 及 输 送 方 法 [ 6] - 油 气 田 地 面工 程 , !((), ,( ,) : ) 5*-( 编 辑 " 朱 和 平 ),!/ 西 南 石 油 大 学 学 报 " " " " " " " " " " " " " " " " " " " !((* 年万方数据高内相稠油油包水乳状液流变性研究作者: 孟江, 向阳, 魏小林, 李顺勇作者单位: 孟江,向阳("油气藏地质及开发工程"国家重点实验室·成都理工大学,四川,成都,610059), 魏小林(西安长庆设计院石油所), 李顺勇(中国石油管道兰成渝输油公司)刊名: 西南石油大学学报英文刊名: F (期): 2007,29(2)被引用次数: 3次参考文献(10条)合物驱油井采出液流变性及管输水力的计算[期刊论文]999(02) of 993(11) in 999(6刊论文]001(07)特稠油流变性综合研究[期刊论文]004(03)油/水乳状液表观粘度实验研究[期刊论文]006(09)河油田超稠油流变特性的试验研究[期刊论文]006(07)稠油脱水工艺试验研究[期刊论文]000(01)用脱水剂强化超稠油脱水的实验研究[期刊论文]然科学版)2006(04)油降粘技术及输送方法[期刊论文]006(04)相似文献(1条)质液体泡沫的流变性 8(9)应用用稳态剪切方法和小振幅振荡剪切对胶质液体泡沫(系的流变特性进行了系统分析,讨论了温度、相体积比(油相与水相体积比,低~4)条件下,时,表现出一定程度的粘弹性;系比较,发现条)古15井区含水稠油流变性实验研究[期刊论文])本文链接::中国石油大学(华东)图书馆(授权号:29265011年3月27日
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