大庆原油乳状液的流变特性及理论研究.doc

大庆 大庆原油乳状液的流变特性及理论研究 孙春柳 康万利。 孟令伟 李金环 (大庆石油学院石油工程学院，大庆163318) 摘 要：本文采用大庆油田采油四厂原油，制成不同分散相体积分数的W／ O型乳状液，利用Brookfield DV—114-型黏度计测量在不同剪切速率、不同温度 条件下的w／O型乳状液的黏度。结果表明：温度低于50℃时，原油乳状液表现 为非牛顿流体，符合宾汉模式，温度高于50℃时，原油乳状液表现为牛顿流体。 建立了原油乳状液黏度的理论方程，并与3种已有理论方程对比，建立的方程计 算值与实验值符合较好，能够用于描述大庆原油乳状液的流变特性。 关键词：原油乳状液 流变性黏度 理论方程 原油乳状液主要在原油开采过程中形成。在加工、储存运输和销售过程中也能够形 成含水量比较低的乳状液。研究原油乳状液的流变特性具有重要意义。一方面可以给原 油采出液处理提供参考数据，另一方面也为原油集输管网设计及优化提供理论指导。乳 状液的流变特性与原油性质、分散相体积分数和温度有关。Pal等[1~21研究了不同体系原 油乳状液的流变性。Ronningsen等口~41提出了不同条件下描述w／O乳状液流变特性的 理论方程。王为民等[5]研究了辽河高含水超稠油乳状液的流变特性。吴明等[61研究了大 庆油田高含水原油流变特性。而对低分散相体积分数大庆原油乳状液流变性的理论研究 还不够完善，本文在前人研究的基础上探讨了低分散相体积分数大庆原油乳状液的流变 特性，建立了描述原油乳状液流变特性的理论方程。并将理论计算值与已有的三种理论 方程进行了对比。 *联系人简介：康万利，男，研究员，博士生导师。研究方向：油田采出液处理理论与技术：提高采收理论与技术研 究。E-mail：kangwanli@1 23．corn 黑龙江省杰出青年科学基金(J03一11)及黑龙江省教育厅海外学人项目(1055HZ034)资助 一266— 1 1 实验部分 1．1实验材料与仪器 油，大庆油田采油四厂脱水原油；水，大庆油田采油四厂污水。 FM200型实验室分散乳化机，上海弗鲁克流体机械制造有限公司；Brookfield DV—II +型黏度计，美国Brookfield公司。 1．2 实验方法 原油乳状液制备：将原油与污水按一定体积比混合，用乳化机乳化，配成乳状液。原 油乳状液黏度测量：用Brookfield DV—II+型黏度计测量原油和不同分散相体积分数的乳 状液在不同温度、不同剪切速率下的黏度。 2 结果与讨论 2．1原油乳状液的流变特性 图1(a)为原油黏度与剪切速率关系曲线，图1(b)～(d)为乳状液黏度与剪切速率的 关系曲线。可以看到，随着剪切速率的增加，原油黏度逐渐减小，低剪切速率下，原油黏度 减小速度较快，较高剪切速率下，原油黏度减小速度变缓，最后基本保持不变。乳状液黏 度变化规律与原油黏度变化规律相似。温度低于50℃时，原油及原油乳状液均表现为非 牛顿流体，本构方程为宾汉模式。温度较低，原油中的沥青质及蜡晶可以形成网状结构， 网状结构随着剪切速率的增大被破坏，原油及原油乳状液的黏度逐渐减小。原油及原油 乳状液均表现为宾汉塑性流体。温度高于50℃时，原油及原油乳状液的黏度基本保持不 变，这说明原油及原油乳状液为牛顿流体。乳状液黏度还受分散相体积分数的影响。分 散相体积分数越高，乳状液黏度越大。随着剪切速率增大，乳状液黏度趋于不变时的所需 温度越高。 一267— (c) (c) (d) 图1黏度与剪切速率关系曲线(a)V一0，(b)y=0．2，(c)y=0．3，(d)y一0．4 Fig．1 Relationship between viscosity and shear rates(a)y—O，(b)V—O．2，(c)y—O．3，(d)y一0．4 2．2原油乳状液黏度与温度关系 由图1还可以看出，剪切速率一定时，温度越高，原油及原油乳状液的黏度减小。温 度高于50。C时，分析实验数据如图2所示，得出原油及原油乳状液的运动黏度与温度的 函数关系也符合文献‘8|： ln(In(口+O．7))=A—BIn(T) (1) 1．8 冒 》 乒 1．6 昌 上 套 1．4 譬 圭 1．2 蚤 5．77 5．78 5．79 5．8 5．8l inT[T：KI 图2运动黏度与温度关系曲线 Fig．2 Relationship between kinetic viscosity and temperature ～268— 2．3 2．3分散相体积分数对原油乳状液黏度的影响 温度高于50℃时，求解出了方程(1)中的系数A，B与分散相体积分数关系如图3所 示，与分散相体积分数近似呈多项式关系，可用下列关系式表示： 25 20 兽15 《10 5 0 0 0．1 0．