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.     

影响稠油粘度的化学组成灰熵分析

针对稠油高粘度特性,采用灰色关联熵分析法,以MATLAB为平台分析了稠油族组成、元素组成及主要官能团与稠油粘度之间的关系,探讨了各组成因素对其粘度的影响.分析结果表明,沥青质是影响稠油粘度的最主要的因素,胶质和芳烃起着稳定沥青质,防止其聚沉的作用;而沥青质、胶质分子中的杂元素、过渡金属元素、芳香结构和烷基侧链则会影响沥青质分子之间、沥青质与胶质分子之间的缔合.分析结果与Pfeiffer提出的沥青质-胶质复合胶体体系等结论一致,证明了在稠油化学组成对粘度的影响研究中引入灰色关联熵分析法是可靠的.这对稠油处理加工将起到推动作用.     

稠油化学组成对其粘度影响的灰熵分析

从稠油高粘度形成机制出发,采用灰色关联熵分析方法,以MATLAB为平台从计算化学角度探讨了稠油粘度特性与其组成、结构和性质之间的内在联系,考察了稠油化学组成和化学结构诸因素参与稠油高粘度形成过程的性质。由于对灰色关联分析法进行改进,不仅将稠油粘度与稠油组成关联起来,而且定量说明相关化学组成对稠油粘度的影响。结果表明,沥青质是影响稠油粘度的最主要因素,胶质和芳香烃起着稳定沥青质,防止其聚集分相的作用;而沥青质分子之间、沥青质与胶质分子之间的缔合与其分子中的杂原子、过渡金属、芳香结构和烷基侧链有着密切关系;沥青质分子中的极性部位(电负性部位)和配位基部位是引发沥青质分子聚沉的关键因素。有效降低沥青质分子内及分子之间的极性相互作用和配位作用,对稠油开采、集输及后加工处理将起到推动作用。     

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.     

温度对乳化稠油含水率反相点及增黏倍数的影响

以胜利油田2种普通稠油和3种超稠油为研究对象, 考察了5种稠油含水率反相点和增黏倍数随温 度的变化规律。结果表明, 随着温度的升高稠油的含水率反相点增大; 3 0%含水率的乳状液其增黏倍数先增大后减 小; 反相点时乳状液的增黏倍数逐渐增大。比较相同温度下5种稠油的含水率反相点以及增黏倍数发现, 稠油净化 油的黏度越小, 乳化越容易进行, 含水率反相点越高, 3 0%含水率乳状液的增黏倍数越小, 反相点时乳状液的增黏倍 数越大。     

轮古稠油乳化降黏的实验研究

轮古稠油黏度高、流动性差,主要采用掺稀油的方式进行开采,在实际生产中,这种方式逐渐暴露出稀油需求量大、价值被拉低、运输和处理成本偏高等问题。在模拟自喷井举升的条件下,选取合适的水基降黏剂对轮古稠油乳化降黏进行了实验研究。实验结果表明:水基降黏剂将黏度31 600mPa·s的掺稀稠油转变成黏度不超过400mPa·s的稠油拟乳状液,降黏率达到98.7%,降黏后的稠油拟乳状液具有良好的动态稳定性,易于脱水。     

W／O型不饱和聚酰树脂乳状液固化体系的研究

对W／O型不饱和聚酯树脂乳化液的固化条件进行了研究，并对乳状液的固化机理进行了探讨，结果表明：采状液热固化选用BPO较好，固化工艺参数为60℃，固化时间为1－2小时,室温固化则宜选用BPO－二甲基苯胺引发体系。     

降黏剂对塔河稠油油水界面性质和乳状液稳定性的影响

选用两种不同种类的降黏剂-水溶性降黏剂和油溶性降黏剂,分别测定其与塔河稠油采出液的油水界面张力、界面剪切黏度、油水乳状液的稳定性以及降黏效果。研究发现,水溶性降黏剂可以显著降低油水界面张力,油溶性降黏剂则主要影响界面剪切黏度。水溶性降黏剂利于形成油水乳状液,油溶性降黏剂可以提高乳状液的稳定性,并达到较好的降黏效果。此外,将两种降黏剂进行复配,在一定条件下复配体系的降黏效果及乳状液稳定性相对单一体系都显著提高。     

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。     

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。     

油包水型乳化液剪切破乳的实验

通过设计Couette双圆筒装置形成薄层纯剪切流场,其剪切强度可通过内筒转速调节,对油包水型乳 化液剪切破乳的可行性进行研究。从流体动力学角度分析单个液滴受力,建立其仿射形变模型并经实验验证,与 TaylorGI和CoxRG的理论模型基本一致。实验结果表明,将剪切作用引入流场中有利于液滴聚合,当内筒转速 为50~150r/min(剪应力8.67~26.01Pa)时,液滴最大直径和平均直径比未引入剪切力场时高,说明只有在一定剪 切范围内,剪切才能促进液滴聚合。因此,为了提高油水乳化液分离效率,可在油水分离设备中引入适当的剪切力 场。     

稠油二氧化碳降粘的化学机制研究

为认识二氧化碳降粘的化学机制,考察了不同压力下二氧化碳在胜利稠油中的溶解度、二氧化碳处理对稠油化学组成的影响以及超临界二氧化碳对稠油的萃取行为。结果表明,二氧化碳在稠油中有很高的溶解度,可达105 kg/m3,但不改变稠油的化学组成;超临界二氧化碳萃取过程中,对饱和分的溶解能力强于胶质和沥青质,会破坏稠油的胶体化学结构。二氧化碳降粘主要来自于稀释作用,但胶体体系改变后,会释放出溶剂化层中的小分子,减小分散相体积,降低体系粘度。     

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。     

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.     

稠油乳状液稳定性实验研究

为确定能够提高辽河油田稠油乳状液稳定性的最优复配体系以及在不同条件下乳状液稳定性的变化规律,利用聚焦光束反射测量仪（FBRM）、流变仪,通过四因素三水平的正交实验,探究了液滴平均粒径、分散度、乳状液黏度的变化规律,考察了外部因素对复配体系下乳状液稳定性的影响。结果表明,OBS?50、AEO15/OS?15、OP?15、十二烷基苯磺酸钠的质量分数分别为4.0%、4.0%、1.4%、1.4%的复配乳化剂有利于提高辽河油田稠油乳状液的稳定性;平均粒径与分散度存在正协同关系,与乳状液黏度存在反比关系;温度、油水体积比的提升,会降低乳状液的稳定性;加大搅拌速率及矿化度,有利于提高乳状液的稳定性;矿化物NaCl的质量分数为0.2%～1.0%时,能较大幅度地提升乳状液稳定性,进一步提高其质量分数对乳状液稳定性的提升效果不明显。