黃啟玉， 李增材， 丁振軍， 于 達

（中國石油大學（北京）油氣儲運工程系，北京102249）

稠油乳化降黏是稠油開采和運輸過程中常用的降黏技術(shù)［1］。加入水基降黏劑的含水稠油，常以油水懸浮液或乳狀液形式存在，該種狀態(tài)的混合物不能長時間均勻穩(wěn)定存在，采用常規(guī)同軸圓筒旋轉(zhuǎn)黏度計無法進行準確測量，這給稠油水基降黏劑的評價帶來了困難［2］。針對該種情況，常采用攪拌法和環(huán)道實驗法進行降黏劑效果評價。諸多學者對不同流變性測量方法進行了研究，認為所測量流體的性質(zhì)和測量方法是造成測量誤差的重要因素［3－8］。環(huán)道實驗無法避免多次過泵剪切對流體流變性的影響，測量結(jié)果與實際結(jié)果往往差距較大。攪拌法使流體均勻混合，可以持續(xù)模擬管輸過程中的剪切歷史，保證了降黏劑評價的準確性［9］。

1 實驗部分

1.1 實驗油樣

本實驗采用稠油和地層水配制的含水率為30%油水懸浮液，稠油主要物性參數(shù)見表1。稠油和含水率為30%油包水乳狀液在不同溫度下的黏度見圖1。評價用降黏劑為自制含共聚物稠油水基降黏劑。

表1 稠油基礎物性Table 1 Heavy oil basis properties

圖1 稠油和含水30%油包水乳狀液黏溫曲線Fig.1 Viscosity－temperature curve of heavy oil and aqueous emulsion with 30% water

1.2 實驗裝置及測量原理

本實驗使用攪拌測量系統(tǒng)（見圖2）進行快速降溫法和管輸模擬法水基降黏劑評價實驗。該系統(tǒng)由MR－D 攪拌器、RE162C數(shù)字顯示轉(zhuǎn)速儀、IKAVISC D1－S1數(shù)字顯示扭矩儀、HAAKE AC200恒溫水浴和帶有蓋板的攪拌罐組成。

圖2 攪拌裝置示意圖Fig.2 Mixing device schematic diagram

根據(jù)流體流動能量耗散率與剪切率的關系，得到現(xiàn)場管流平均剪切率計算式（1）以及該攪拌系統(tǒng)的平均剪切率計算式（2）。根據(jù)式（1）、式（2）計算管輸模擬時攪拌槽中攪拌槳轉(zhuǎn)速，模擬實際管道的管流剪切過程［10－13］。實驗前使用多種標準黏度流體對該攪拌系統(tǒng)進行標定，確定攪拌槳扭矩與黏度的對應關系。

式中：f－摩 阻 系 數(shù)；ρ－密 度，kg／m3；ˉV－管 流 平 均 流速，m／s；μ－黏度，mPa·s；D－管徑，m；V－罐中油水混合物體積，L；˙γ－剪切率，s－1；N－攪拌槳轉(zhuǎn)速，r／min。

該方法的測量結(jié)果在文獻［9］中得到了現(xiàn)場驗證，保證了攪拌法測量黏度的準確性。

1.3 實驗方法

1.3.1 快速降溫實驗 通過測試不同溫度下油水懸浮液黏度來評價水基降黏劑的效果。油水懸浮液降溫速率為0.5 ℃／min，測溫50～80 ℃，到達測量溫度恒溫至溫度穩(wěn)定，進行攪拌，轉(zhuǎn)速為150r／min，記錄扭矩儀示數(shù)。

1.3.2 管輸模擬實驗 本實驗根據(jù)管輸條件對油水懸浮液流變性進行測量，降溫速率和攪拌時間與實際管輸情況相同，見表2、表3，攪拌轉(zhuǎn)速150r／min，到達測量溫度恒溫至溫度穩(wěn)定，記錄扭矩儀示數(shù)。

表2 某實際管道參數(shù)Table 2 A practical pipeline parameters

表3 管道沿程降溫速率Table 3 Cooling rate along pipeline

2 結(jié)果及分析

采用快速降溫法和管輸模擬法對加劑量分別為400、600、900μg／g油水懸浮液不同溫度下黏度進行測量，并對稠油水基降黏劑進行評價［14－15］。

2.1 快速降溫實驗結(jié)果

快速降溫法測量不同加劑量、不同溫度下油水懸浮液的黏度見圖3。

圖3 快速降溫不同加劑量油水懸浮液黏溫曲線Fig.3 Viscosity－temperature curve of fast cooling with different doses

采用快速降溫法測量的油水懸浮液黏度值計算得到不同溫度、不同加劑量下水基降黏劑評價結(jié)果見表4。

表4 快速降溫法對降黏劑評價結(jié)果Table 4 Evaluation results in rapid cooling method

由圖3和表4可知，加劑量400μg／g，油水懸浮液溫度降至50 ℃，降黏率仍高達98.0%，降黏效果明顯，且加劑量在400～900μg／g時，隨著加劑量增大稠油水基降黏劑的降黏效果變好。

2.2 管輸模擬實驗結(jié)果

管輸模擬法測量不同加劑量、不同溫度下油水混合物的黏度見圖4。

圖4 管輸模擬不同加劑量油水混合物黏溫曲線Fig.4 Viscosity－temperature curve of fast cooling with different doses

由圖4可知，相同加劑量、相同溫度條件下，管輸模擬法對油水混合物黏度的測量值明顯高于快速降溫法的測量值。管輸模擬實驗中，油水懸浮液在低溫下發(fā)生轉(zhuǎn)相，形成W／O 乳狀液，引起混合物黏度明顯增大。

采用管輸模擬法對不同溫度下、不同加劑量水基降黏劑的評價結(jié)果見表5。

由表5可知，溫度在50℃，加劑量400μg／g，降黏率 僅 為2.9%；加 劑 量900 μg／g，降 黏 率 為80.6%。管輸模擬剪切與實際管輸運行條件一致，模擬過程中W／O 乳狀液的形成是造成黏度增大、降黏率下降的主要原因。

3 結(jié)論

快速降溫法和管輸模擬法對稠油水基降黏劑的評價結(jié)果存在較大差異，攪拌強度對稠油水基降黏劑效果的評價具有重要影響?？焖俳禍胤〝嚢钑r間較短，對油水混合物的剪切程度較弱，不能準確反映水基降黏劑的實際降黏效果。管輸模擬法攪拌時間和攪拌強度與實際管輸情況一致，可以準確模擬流體在管道內(nèi)的剪切歷史，保證稠油水基降黏劑評價結(jié)果的準確性，因此建議采用管輸模擬法進行稠油水基降黏劑的評價。

［1］ Shadi W H，Mamdouh T G，Nabil E.Heavy crude oil viscosity reduction and rheology for pipeline transportation［J］.Fuel，2010，89（1）：1095－1100.

［2］ Adekunle OPAWALE.Oilfield emulsion control：A major issue during heavy crude oil production［J］.SPE128352.

［3］ 李玉鳳.加劑原油輸送過程中的剪切作用模擬方法［J］.油氣儲運，2005，24（11）：9－12.

［4］ 楊飛，李傳憲，林名楨，等.乳化條件對O／W 稠油乳液流變性的影響［J］.石油化工高等學校學報，2009，22（3）：51－54.

［5］ Hassan Alkanari，Osamah Alomair，Adel Elsharkawy.Heavy oil viscosity measurements：Accuracy，reliability，and repeatability［J］.SPE160879.

［6］ 張紅，蔣鴻水，劉珮羽，等.超稠原油降黏劑的應用性能［J］.油氣儲運，2012，31（3）：165－166.

［7］ 劉景華.稠油乳化降黏方法初探［J］.電大理工，2012（1）：4－5.

［8］ Meng Jiang，Ren Liancheng，Wei Xiaolin，et al.Heavy oil O／W emulsion properties under the test loop conditions［J］.OGST，2012，31（3）：167－170.

［9］ 徐誠，黃啟玉，黃小娟，等.破乳劑對含水稠油流變性的影響［J］.油氣儲運，2010，29（9）：664；672.

［10］ 張勁軍，嚴大凡.利用能量耗散率計算管流的平均剪切率［J］.石油學報，2002，23（5）：88－90.

［11］ 張勁軍，黃啟玉，嚴大凡.管輸剪切模擬攪拌槽中流體平均剪切率的計算［J］.石油學報，2003，24（2）：94－96.

［12］ Houari Ameur，Mohamed Bouzit.Power consumption for stirring shear thinning fluids by two－blade impeller［J］.Energy，2012（11）：1－7.

［13］ 張勁軍，張帆，黃啟玉，等.絕熱攪拌槽內(nèi)流體平均剪切速率的一種計算方法［J］.工程熱物理學報，2002，23（6）：703－706.

［14］ 孫強，申龍涉.超稠油摻水溶性乳化降黏劑降黏試驗［J］.油氣儲運，2009，28（2）：43－46.

［15］ 李樹剛，霍彥.塔河稠油乳化降黏劑的研制及性能評價［J］.化學工程與裝備，2011（9）：31－32.