稠油W/O型乳状液表观粘度变化微观原因解析

研究表明在一定温度和剪切速率条件下,一定油品的稠油W/O型乳状液表观粘度随含水率的增加呈现先增加后降低的趋势.基于这种变化现象的微观原因,本文从相、分子取向和原油胶体结构模型氢键理论3个方面进行系统的阐述.同时根据以上3种解释理论,对于不同性质的稠油W/O型乳状液转相点不同的原因也进行探讨分析,验证了3种解释理论的正确性.一般密度大和粘度高的原油所含胶质和沥青质等天然的W/O型乳化剂较多,W/O型乳状液的转相点亦较高.由稠油乳状液表观粘度变化及相转化过程对稠油的开发进行思考,不同稠油油藏初始含水饱和度使稠油乳状液表观粘度变化及相转化过程不同,分析认为考虑相转换对进一步深入认识油藏水驱规律具有较大的研究意义.     

乳化条件对O／W稠油乳液流变性的影响

通过采用偏光显微镜和控制应力流变仪,考察了油水体积比、乳化剂质量分数、乳化温度、乳化时间和搅拌机转速等乳化条件对O/W稠油乳液流变性的影响.实验结果表明,O/W稠油乳液的粒径和粘度随油水体积比(1∶9～7∶3)的增大均逐渐增大;但是,当油水体积比足够大时(8∶2),乳液转相为W/O型,粘度急剧增大.随着乳化剂质量分数的提高(0.5%～5%),乳液粒径减小而粘度先减小再增大.当乳化剂质量分数≤4%时,乳液为简单的牛顿流体;增大乳化剂质量分数到5%导致乳液转变为具有一定结构特性的非牛顿流体.随着乳化温度的提高(40～70 ℃),乳液粘度和粒径均减小;当乳化温度高于70 ℃时,乳化剂失效导致乳液转相为W/O型,乳液粘度急剧增大.随着乳化时间的增长和搅拌机转速的提高,乳液粒径减小、粘度增大,乳液的非牛顿流体特性也越来越显著.     

稠油O/W乳状液中多重乳滴对稳定性的影响

对胜利油田新滩区块稠油乳化降粘研究结果表明:稠油在乳化降粘配制O/W乳状液时,会形成部分W/O/W多重乳滴,这种多重乳滴的多少和性质与配制O/W乳状液的方法有关.当用纯稠油与活性水配制时,形成的多重乳滴少,其主要是中间油相与外水相油水界面膜的破坏.它的破坏对整个乳状液稳定性影响小.而利用高内相W/O乳状液用转相法配制O/W乳状液时,会形成较多的W/O/W多重乳滴.这种乳滴的破坏对乳状液稳定性有很大影响.     

高含水原油流变特性研究

高含水原油的视粘度是温度、含水率以 及剪切速率的函数。从现场实际出发 全面研究高含水原油流变特性,即含水原油视粘度与含水率的关系,含水原油视粘度与剪切速率的关系,含水原油视粘度与油温的关系等。给出了测试的相应曲线并对曲 线进行了分析。该油田油水乳状液转 相点在含水６５ ．２ ％ 左右,在转相点以前是以油为外相,水为内相 Ｗ／ Ｏ 型乳状液,视粘度随含水量上 升而增加,且受温度影响较大,同时剪切速率影响也相当明 显。随着剪 切速率的增加,转相点的视 粘度明显下降。用曲面拟合方法回归出流变参数方程。通过现场取样和数据处理分析可知,含水原油其流变特性可由幂律本构方程表示。这一结论为准确计算高含水原油管道工艺参数奠定基础。     

渤海稠油乳状液制备条件的确定及表观粘度的预测

渤海绸油乳状液为油包水乳状液.通过对比室内制备出的油包水(W/O)乳状液的粘度与现场取样粘度,找到室内制备渤海稠油乳状液的制备条件,并在该条件下制备含水10%～50%的渤海稠油乳状液,测得30、40、50、60和70℃各区纯油粘度及其各区乳状液表观粘度,在此基础上提出了计算渤海稠油乳状液表观粘度的半经验半理论关系式,并对该数学模型进行验证,结果表明,用该方法计算渤海稠油乳状液表观粘度是可行的.     

多元热流体热采稠油乳状液的形成及稳定性研究

利用PVT装置模拟高温高压下热采稠油乳状液的形成过程,并通过RS600流变仪及光学显微镜,测定了渤海脱水原油与模拟水在不同条件下所形成的原油乳状液的黏度及微观特性,考察了影响热采稠油乳状液稳定性的因素。结果表明,随实验温度、搅拌速率以及防膨剂浓度的增加,稠油与模拟水乳化所形成的原油乳状液黏度增加,水滴数量增加、粒径减小,所形成的原油乳状液稳定性增强,而多元热流体的加入使得原油乳状液黏度降低,但水相颗粒以更小的粒径分布得更均匀。这主要与温度增加及多元热流体的作用有关,稠油黏度降低,再加上剪切速率增加及稠油中的天然乳化剂共同作用,使得稠油容易与模拟水乳化,形成稳定的W/O型乳状液。     

预交联聚合物凝胶颗粒对乳状液稳定性影响

用界面张力仪、表面粘弹性仪和Zeta 电位仪测定了胜利孤东原油模拟油与含预交联聚合物凝胶颗粒 溶液间的界面特性, 并研究了预交联聚合物凝胶颗粒浓度对这些界面特性及乳状液稳定性的影响。结果表明, 去离 子水中加入预交联聚合物凝胶颗粒后, 去离子水及模拟水与原油模拟油间的界面张力和界面剪切粘度及油滴表面 的Ze ta 电位绝对值均增大, 原油与预交联聚合物凝胶颗粒溶液间所形成的W/ O 型和O/W 型乳状液稳定性均随聚 合物凝胶颗粒浓度增加而增强。     

辽河油田含水超稠油流变特性研究

以辽河油田含水超稠油室内试验为依据,讨论了含水原油的转相问题以及含水率、温度和剪切速率对含水原油流变性的影响。影响含水原油相转变机理的因素包括含水率、油的粘度、混合物流速、液滴尺寸及其分布和流态。辽河油田含水超稠油的转相点为18%。在转相点之前,油为连续相,含水原油表观粘度随含水率上升而增加,且受温度影响较大;在转相点,含水原油表观粘度急剧下降。转相点后,水为连续相,含水原油表观粘度缓慢下降,受温度影响小。含水率和温度对流变指数也有较大的影响。含水率越高、温度越低含水原油流变指数越偏离1,非牛顿性越强。含水原油的全粘温曲线分为放射段和直线段。在放射段,原油表观粘度随剪切速率增大而减小;而在直线段,表观粘度与剪切速率无关。     

掺稀质量对油井产出液降粘效果的影响

利用搅拌实验装置建立了油水混合液粘度测量计算式,初步解决了含水稠油井开采中普通同轴旋转 粘度计无法准确测得油水两相混合液粘度的问题。通过室内井筒温度场模拟实验,研究了不同掺稀质量下油井产 出液的流变性。结果表明,大量增加含水井的稀油注入质量,产出液将呈现形成W/O 乳状液的趋势,其粘度变化存 在峰值;不含水稠油井的降粘率随掺稀质量的提高而增大,其值可达99%以上,温度越低降粘效果越好。     

渤海稠油乳状液制备条件的确定及表观粘度的预测

渤海绸油乳状液为油包水乳状液。通过对比室内制备出的油包水(W/O)乳状液的粘度与现场取样粘度,找到室内制备渤海稠油乳状液的制备条件,并在该条件下制备含水10%~50%的渤海稠油乳状液,测得30、40、50、60和70℃各区纯油粘度及其各区乳状液表观粘度,在此基础上提出了计算渤海稠油乳状液表观粘度的半经验半理论关系式,并对该数学模型进行验证,结果表明,用该方法计算渤海稠油乳状液表观粘度是可行的。     

表面活性剂T154和Span80对W/O型单重乳状液膜稳定性的影响

采用单因素实验法分别进行了表面活性剂T154和Span80制备W/O单重乳状液膜的研究。重点考察了表面活性剂体积分数、制乳搅拌速度、油内比、内相NaOH浓度和乳液静置时间对两种表面活性剂制备的乳状液膜破损率的影响并进行了比较。结果表明,T154和Span80制备的乳状液膜的破损率均随各考察因素的增大而降低或升高（除制乳搅拌速度外）,但前者降低或升高的幅度显著低于后者。实验确定了T154制备乳状液膜的最适宜条件,在此条件下,当乳状液膜静置时间为1、4、8 h时,其破损率分别为2.3%、4.7%和7.8%,显著低于Span80制备的乳状液膜的破损率9.2%、21.9%和48.4%。     

分散相形态对原油乳状液黏度的影响

在不同的水体积分数、搅拌速度和温度条件下制备油包水型乳状液,模拟混输过程中遇到的不同情况,分析了乳状液液滴粒径分布规律及其与黏度的关系。结果表明,乳状液中水的体积分数小于60%时,随着搅拌速度的加快,乳状液分散相的平均粒径变小,黏度变大;随着温度的升高,乳状液分散相的平均粒径变大,黏度逐渐降低;随着水体积分数的增加,分散相液滴平均粒径变大,黏度呈明显的上升趋势。但是,当水体积分数大于60%时,随着水体积分数的增加,乳状液的黏度大幅度降低,乳状液流型发生变化。研究结果对管输的安全运行和集输工艺的研究具有一定的指导意义。     

含水率对油包水乳状液流变和析蜡特性分析

以含蜡原油和纯净水为工质,制备了多组不同微观液滴分布的W/O型乳状液,结合微观显微镜和聚焦光束测量仪观察及测量分析,得出了乳状液分散相液滴的大小和分布规律,探讨了油包水乳状液分散相液滴分布规律对乳状液流变、析蜡特性的影响机理。结果表明,随含水率的增大,油水乳状液体系将有更高的表观黏度,屈服应力、凝点和析蜡点也随之增大,恒应力表现出逐渐减小的趋势。大庆含蜡原油的转相点为含水率60%左右。     

溶气原油乳状液的溶气特性与稳定性研究

利用带压溶气原油乳化装置在不同溶气环境（CO2、CH4、N2）下对长庆原油进行带压乳化,并通过溶解度测定装置、溶气原油乳液稳定性分析装置、界面张力仪、高压流变仪测得不同气体的溶解度Rs、分水率fv、界面张力γ、界面膜弹性模量εd、溶气原油黏度μ,溶气原油乳状液表观黏度μap。结果表明,油水界面膜的存在会在一定程度上抑制气体从外相向内相的迁移,使溶气原油乳状液的溶解度小于内外相各自的溶解度之和;在溶CO2的环境下,由于其油/水界面张力最小,使其乳化效果最好,形成的带压W/O型乳状液乳滴最为细密,同时由于其油水界面弹性模量最大,形成的带压乳液体系最为稳定,乳液体系较原油体系的增黏率最明显;与之相反,在溶N2的环境下,带压乳液体系的稳定性较差,易于破乳。     

W/O型原油模拟乳化液稳定性影响因素实验研究

室内配制的模拟乳化液的稳定性与真实原油的相似度对实验结果能否具有工程指导意义至关重要,首次在国内借助Turbiscan LABExpert稳定性分析仪,较为全面地评价连续相黏度、含水率等物性参数和剪切时间、剪切强度以及化学试剂添加量等配制参数对W/O型模拟乳化液稳定性的影响,筛选出配制满足稳定性要求乳化液所需的最优参数,为后续降黏处理、破乳剂筛选和乳化液静电聚结特性研究等实验奠定基础。     

固体颗粒对O／W乳状液稳定性的影响

采用表面张力仪、界面黏弹性仪和Zeta电位仪,研究了大庆油田三元复合驱采出水中的固体颗粒（纳米SiO2、钠基蒙脱土）与驱油剂（碱、表面活性剂、聚合物）作用对油水界面性质及乳状液稳定性的影响。结果表明,固体颗粒与NaO H作用使得油滴表面Zeta电位绝对值增大;固体颗粒与烷基苯磺酸盐作用,油水界面张力增大,水相固体颗粒使得油水界面剪切黏度减小;固体颗粒与HPAM 作用使得油滴表面Zeta电位绝对值明显增大。固体颗粒与碱作用时,其低质量浓度不利于O/W乳状液的稳定,而高质量浓度（800 m g/L ）则有利于O/W乳状液的稳定;固体颗粒与烷基苯磺酸盐作用使得O/W乳状液稳定性增加,而与H PA M作用则减小O/W乳状液的稳定性。     

CO2/降粘剂改进超稠油物性研究

粘度大、流动能力差一直是困扰超稠油开发的难题.作者通过室内实验研究了CO2及油溶性复合降粘剂在单独和复合条件下对超稠油物理性质的改进能力,实验结果表明:(1)CO2对超稠油溶胀、降粘作用明显,对油包水乳状液有很强的破乳能力;(2)针对超稠油开发的油溶性复合降粘剂降粘和反相乳化能力显著;(3)CO2和油溶性复合降粘剂同时使用时对超稠油油包水乳状液的反乳化、降粘能力明显好于二者分别单独使用时的情形.     

W/W型PAM-MMT乳液的制备及性能研究

为了提高以明胶为稳定剂分散聚合制备的聚丙烯酰胺“水包水”（W/W型PAM）乳液的絮凝性能，首先，采用阳离子单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（methacrylatoethyl trimethyl ammonium chloride, DMC）对钠基蒙脱土（sodium-montmorillonite, Na-MMT）进行插层改性制备有机蒙脱土（organic montmorillonite, OMMT），通过X射线衍射（X-ray diffraction, XRD）测试得到插层改性后蒙脱土的层间距由1.25 nm增加至1.43 nm，说明DMC单体已经成功插层进入蒙脱土片层。然后，将OMMT引入以明胶为稳定剂的W/W型PAM乳液的体系中，以制备W/W型PAM-MMT乳液。通过透射电镜（transmission electron microscope, TEM）乳液微观形貌进行观察，得到乳液结构是由以蒙脱土颗粒为“交联点”的聚丙烯酰胺高分子网络和W/W型PAM乳液的混合体。研究了OMMT用量、明胶浓度、体系pH值以及阳离子单体DMC添加比例对合成W/W型PAM-MMT乳液性能的影响规律。结果显示：在适宜条件下合成的乳液均具有较好的储存稳定性和在水中的再分散性。乳液的表观黏度和絮凝性能都与OMMT和明胶用量呈正相关性；当pH值在明胶等电点（isoelectric point，IEP）时，得到的乳液的表观黏度最低，絮凝效果最好；随着DMC单体用量比例增大，乳液表观黏度减小，高岭土悬浮液的絮凝效果先增大后减小。     

乳状液膜法提取酸浸液中铁的传质研究

采用Span80-TBP-NH3.H2O体系乳状液膜法提取溶液中的Fe(Ⅲ),研究表面活性剂含量、载体含量、内水相试剂浓度、外水相硫酸浓度等对铁离子提取效果的影响。确定了膜相组成为Span80:TBP:石蜡:煤油(体积比)=5:4:2:89、内水相氨水浓度为1.5 mol/L,用微分法求得该反应的反应级数为nC≈1.