常温输送高含水稠油粘壁机理研究

发布时间：2020-10-09 13:51

　　在油田开发的后期,注水开发是提高油田采收率简易可行和环境友好的方式。当油井中的综合含水率达70%以后,油田进入高含水生产期,此阶段中集输管道内的多相流流态及流变特性与开发初期相差很大。油水混合液黏度较开采初期大幅度下降,低温时管流中的油相粘附在管壁上,导致管道有效流通面积减小,油品损失严重、井口回压过高等问题。为研究高含水油水两相体系中的原油粘壁规律,以两种基本不含蜡的稠油为实验对象,首先通过显微观察,确定了油水两相体系的乳化特性,并运用搅拌测黏法测试了油水两相体系的流变特性,然后采用具有搅拌、控温的冷指装置模拟管道中的原油粘壁过程,研究了含水率、热水浴温度、温差、搅拌转速、实验时间5个外部因素对原油粘壁厚度的影响,明确了冷指槽内的主体温度是影响稠油粘壁厚度的主要因素,且温度越低,两相中的油相黏度越大,更易粘附在冷指壁上。以委内瑞拉稠油为例,高含水率下的油水两相体系的粘壁厚度为0.19～0.59mm,纯稠油的粘壁厚度为0.18～0.52mm,二者相差无几。因此,用ANSYS软件模拟冷指内温度场时,可用单相稠油的模拟结果代替油水两相体系的模拟结果。本文模拟了当热水浴温度、冷指壁温、搅拌转速一定时冷指装置内的温度场分布,通过模拟得到的槽内主体温度为确定该条件下的油相的实际黏度提供了依据。进一步分析得知,稠油黏度的变化是影响粘壁厚度的内因。借鉴粘附润湿理论,以接触角为表征参数,从微观上考察了稠油在不同温度、不同基底材料下的粘附特性。实验发现,在20℃的低温时,玻璃优先被油相润湿,当温度高于30℃时,304不锈钢、铜片及玻璃优先被水相润湿,并且玻璃对水相的润湿随温度的升高从中等润湿向强润湿转变。
【学位单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TE866
【部分图文】：

分布情况,原油乳状液

图 2.3 原油乳状液滴拍照装置 2.3 The apparatus for microscopic observation of crude oil emul处理过的油样制备搅拌条件下的油水两相体系。具体步骤分别盛有原油和纯水的蓝盖瓶密封后置于 50oC 水浴中恒水总体积 45mL，按照一定配比将油、水分别加入 200度 50oC，恒温 30min，搅拌转速 400r/min，搅拌时间 15拌结束时将混合液转移到分离瓶中，根据 12h 内分离瓶中油水两相体系的乳化程度；复第（1）、（2）步实验，用细铁丝蘸取搅拌结束时烧杯中的预先设定好加热温度的显微镜的载物台上，调节显微镜的滴边界清晰，观察液滴的分布情况，由此判断上层乳状液于完全乳化的乳状液，取样后装入 RS 150 流变仪中，测观黏度；对于未完全乳化或分层的油水两相体系，在传统致测量失效，按照配比重新配制总体积为 300mL 的油水

特性图,委内瑞拉,含水率,特性

图 2.4 10%和 50%含水率下的委内瑞拉稠油乳化特性Fig. 2.4 The emulsion properties of 10% and 50% water-cut Venezuela oil使用偏光显微镜观察了含水率为 60%、70%、80%和 90%的委内瑞拉油水两相体系搅拌结束时上层液样的微观形态，如下图 2.5 所示，视野中呈黄色的为连续相油相，白色的小圆圈为水滴，在高含水的情况下，虽然两相体系中的水绝大部分以游离态的形式存在，但是已经乳化的水滴随着含水率的增加在油相中分布得更密集。由此可知，对于稠油，当含水率低时，搅拌形成的是油包水型乳状液，乳化程度高，在 12h 静置时间内稳定性很好，几乎不分离，可保证测试时间内体系的均一稳定性；当含水率高时，乳化程度很低，搅拌停止时，油水几乎完全分层，但是已经乳化的微量部分形成的是油包水型乳状液。

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图 2.5 高含水率下委内瑞拉稠油搅拌结束时上层液相显微图片 Microscopic images of upper liquid of high water-cut Venezuela oil aft水两相体系表观黏度验设备及方法圆筒、椎板等传统黏度计不适用于测试不稳定的乳状液体系体系通过搅拌可实现混合均匀。根据搅拌测黏原理[38]，黏度律关系 =b aM，其中，122 52 xa D nn D K ，1bx ，，kg/m3；D 为搅拌桨直径，m；K 为搅拌有关常数；x、y 为。因本课题使用搅拌槽的容积与本课题组郁辰阳[38]使用的槽大标定。究采用具有控温功能的搅拌测黏系统制备油水两相体系，流示意图如下图 2.5 所示。搅拌测黏系统基本构成：（1）半径为

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