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O/W乳化原油轉型影響因素和對策研究

2013-12-03 02:13趙利軍中石化國際石油勘探開發(fā)有限公司北京100029
長江大學學報(自科版) 2013年20期
關鍵詞:乳狀液膠質乳化

趙利軍 (中石化國際石油勘探開發(fā)有限公司,北京100029)

趙修太 (中國石油大學 (華東)石油工程學院,山東 青島266580)

張 慧 (中國石油大學 (華東)教育發(fā)展中心,山東 青島266580)

在稠油開采與輸送方面,國內外開發(fā)了許多方法,如注蒸汽開采法、摻稀油降黏法、摻溶劑降黏法、加熱降黏法以及摻活性水的乳化降黏法等,其中乳化降黏法近年來受到普遍關注,應用井下乳化降黏技術,可提高泵效和油井的動液面,減少動力消耗,降低系統(tǒng)壓力,增加單井原油產量,具有較好的效果和經濟效益[1]。O/W (水包油型)乳化原油的穩(wěn)定存在需要一定條件,有時會出現乳化轉型 (即O/W→W/O),導致黏度急劇升高,嚴重影響了乳化降黏的效果,給生產及輸送也帶來了很大困難[2]。下面,筆者對O/W乳化原油轉型影響因素進行了研究,提出了相應預防措施。

1 試驗部分

1.1 材料

1)主要儀器 Brookfield DV-Ⅲ+ULTRA可編程控制式流變儀 (美國BROOKFIELD公司);紅外干燥烘箱101A-1E型 (上海市儀器總廠);坎農-芬斯克黏度計 (上海申立玻璃儀器有限公司)。

表1 孤東采油廠稠油樣品 (R3N11)性能

2)主要藥品 NaCl、NaOH、無水CaCl2、甲苯等均為分析純 (AR)或化學純 (CR),勝利石油磺酸鹽 (SLPS)為工業(yè)品。試驗用原油R3N11取自勝利油田孤東采油廠,性能測定如表1所示。

1.2 試驗方法

1)乳化原油黏度測定 利用坎農-芬斯克黏度計測定W/O乳狀液的運動黏度,計錄通過毛細管刻度間的時間,通過式 (1)換算出乳狀液的運動黏度,2數值進行平均可以獲得轉型后乳狀液的性能參數:

式中,v為乳狀液的運動黏度,mm2/s;c為黏度計常數,mm2/s2;t為流過毛細管刻度間體積的時間,s。如無特定說明,試驗中均是在60℃下用坎農-芬斯克黏度計測定O/W乳化原油轉型黏度。利用DV-Ⅲ+黏度計測O/W乳化原油的黏度,轉子為00號,剪切速率為6.12s-1。

2)乳狀液轉型的判斷方法 濾紙潤濕法測定乳狀液的類型。將乳狀液滴在濾紙上,若液體能快速的向四周滲入,最后在濾紙中心留一個小油滴,則可以認為該乳狀液為O/W型乳狀液,若液滴不能很快在濾紙上展開,而是在液滴周圍出現油澤,則該液體屬W/O型乳狀液。

2 試驗結果

2.1 原油組份對O/W乳化原油轉型的影響

膠質和瀝青質是從原油R3N11中分離出來的,芳香分用甲苯代替。對轉型黏度(μ)與原油組份含量進行了線性擬合,對轉型時間(t)與原油組份含量進行了多項式擬合,如圖1~3和表2。由表2可以看出,對O/W乳化原油的轉型黏度影響程度瀝青質是膠質的3.79倍,芳香分是膠質的-2.73倍,即瀝青質不利于O/W油乳化原油的穩(wěn)定,芳香分有利于O/W油乳化原油的穩(wěn)定。轉型時間和轉型黏度的總體影響程度見表2。

圖1 原油組分-膠質對轉型的影響

圖2 原油組分-瀝青質對轉型的影響

圖3 原油組分-芳香分對轉型的影響

表2 原油組分對水包油乳化原油轉型黏度和轉型時間的影響

通過對轉型時間進行求導得出:

由式 (2)可知,在定義域內瀝青質的轉型時間變化率是膠質的9.57倍,芳香分的轉型時間變化率是膠質的-7.03倍,膠質瀝青質的轉型時間不斷降低,而芳香分的轉型時間不斷增大。

2.2 水質對O/W乳化原油轉型的影響

地層水含有多種礦物質,對O/W乳化原油轉型的影響很大,影響較大的主要有一價金屬離子、二價金屬離子、pH值等。

1)金屬離子的影響 ①一價金屬離子。一價金屬離子含量低于1000mg/L時,隨著離子含量的增加,轉型黏度急劇增加;離子含量在1000~4000mg/L范圍內時,轉型黏度變化不大,為3181~3310mPa·s,近似階梯形;離子含量超過4000mg/L時,O/W乳化原油轉型黏度迅速增大,但比含量低于1000mg/L時變化略小 (見圖4(a))。②二價金屬離子。二價金屬離子的含量越高,轉型的時間越短,轉型的黏度越高。當CaCl2含量超過0.6×103mg/L-1時,O/W型乳化原油迅速轉型,且轉型黏度急劇增大 (見圖4 (b))。

2)pH值的影響 在不同的pH值條件下配制穩(wěn)定的O/W乳化原油,在60℃恒溫水浴用DV-Ⅲ+黏度計測其黏度。由圖5可以看出,當pH<10.0時,不能形成穩(wěn)定的O/W乳化原油;pH>12.0時,導致O/W型乳化原油容易向W/O型的轉型,且轉型后黏度高達4880mPa·s;pH值在10.0~12.0范圍內,O/W乳化原油穩(wěn)定性好,黏度低,降黏率最高達99.14%。

2.3 其他因素對O/W乳化原油轉型的影響

1)溫度的影響 在40℃到90℃溫度范圍內,考察了O/W乳化原油轉型的時間,結果見圖6。由圖6可以看出,隨著溫度升高O/W乳化原油穩(wěn)定性降低,當溫度達90℃時,O/W乳化原油5min就轉型增稠了。

圖4 金屬離子對轉型的影響

圖5 pH值對轉型的影響

圖6 溫度對轉型的影響

2)乳化降黏劑的影響 配制乳化降黏劑SLPS加量分別為0.5%、1.0%、1.5%和2.0%的乳狀液,結果見圖7所示。由圖7可以看出,隨著乳化降黏劑加量的增大,轉型的時間不斷增長,由初始的7min增長到36min;轉型的黏度先升高后降低,最后趨于平緩,當加量高于2.0%時,轉型黏度低于原油黏度。

3)剪切速率的影響 通過不同的轉速考察剪切速率對O/W乳化原油轉型的影響。把配置好的乳化原油,在不同的轉速下測定其轉型時間,結果見圖8。由圖8可以看出,當轉速低于8r/s,隨著轉速增加,轉型時間降低很快;當轉速高于8r/s,O/W乳化原油轉型時間趨于平緩。O/W乳化原油的轉型存在一個臨界剪切速率。

圖7 乳化降黏劑的加量對轉型的影響

圖8 轉速對轉型的影響

4)HPAM的影響 由圖9可以看出,轉型時間隨著HPAM (聚丙烯酰胺)加量的增加先增大后減小,當加量為50mg/L時,乳化原油轉型時間長達120min,聚合物的加入對轉型黏度的影響不大。

圖9 HPAM對轉型的影響

3 預防O/W乳化原油轉型的對策

O/W型乳化原油轉型的影響因素很多而且非常復雜,預防其轉型的方法主要從以下幾個方面考慮:

(1)降低膠質/瀝青質含量,采用合適的水熱裂解催化劑配合適當的注入方式,在蒸汽吞吐的條件下,可以實現井下催化降黏、降低膠質/瀝青質含量[4]。

(2)根據油藏及開采條件優(yōu)選合適的原油乳化降黏劑體系。

(3)優(yōu)化并控制合理的乳化條件。

[1]黃有泉,尉小明,杭國敏,等 .高稠原油水基降黏劑GCJN-01的研制 [J].油氣地面工程,2002,21(5):18-19.

[2]陳良,張慶,蔣宇,等 .稠油不加熱集輸技術現狀與應用探討 [J].天然氣與石油,2010,28(1):6-9.

[3]于洪喜,林立,劉敏 .稠油乳狀液穩(wěn)定性實驗研究 [J].油氣田地面工程,2007,26(10):17.

[4]范洪富,劉永建,趙曉非,等 .國內首例井下水熱裂解催降黏開采稠油現場試驗 [J].石油鉆采工藝,2001,23(3):42-44.

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