不同礦化度地層水、原油的粘度和密度與溫度之間的關(guān)系測量研究

郭濤

【摘要】油田采收率是反映油氣田地質(zhì)條件好壞以及開發(fā)工藝技術(shù)水平高低的綜合指標(biāo)，影響油田采油率的因素很多，其中一個(gè)重要的方面就是地下流體的性質(zhì)，而流體性質(zhì)離不開粘度和密度，即原油的粘度和密度。任何流體，當(dāng)其內(nèi)部分子之間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)都會(huì)因分子之間的摩擦而產(chǎn)生內(nèi)部阻力。粘度值就是用以表示流體運(yùn)動(dòng)時(shí)分子間摩擦阻力大小的指標(biāo)。流體的粘度隨溫度而變，溫度升高，液體粘度減小，因此不注明溫度條件的粘度是沒有意義的。密度在科學(xué)研究和生產(chǎn)生活中有著廣泛的應(yīng)用。對(duì)于鑒別未知物質(zhì)，密度是一個(gè)重要的依據(jù)?！皻濉本褪峭ㄟ^計(jì)算未知?dú)怏w的密度發(fā)現(xiàn)的。

本次研究采用毛細(xì)管粘度計(jì)和密度計(jì)，對(duì)大慶油田七個(gè)原油試樣在不同溫度下的粘度與密度進(jìn)行系統(tǒng)的測量，得出了試樣粘度與密度在不同溫度下的變化規(guī)律，為提高油田采收率提供了重要的依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】粘度；密度；溫度；原油；采收率

一、粘度

油品的粘度是評(píng)價(jià)原油及其產(chǎn)品流動(dòng)性能的指標(biāo)，在原油和石油化工產(chǎn)品加工、運(yùn)輸、管理、銷售及使用過程中，粘度是很有用的物理常數(shù)。油品的粘度與其化學(xué)組成密切相關(guān)，在一定程度上反映了油品的烴類組成，是煤油，噴氣燃料和潤滑油的重要指標(biāo)。

粘度也叫粘性系數(shù)，在某一溫度下，當(dāng)液體受外力作用而作層流運(yùn)動(dòng)時(shí)，液體分子間產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力叫粘度。粘度是與油料性質(zhì)和溫度、壓力有關(guān)的物理參數(shù)。壓力在一般情況下對(duì)液體石油產(chǎn)品無明顯影響，可以忽略。溫度對(duì)液體粘度的影響十分敏感，因?yàn)殡S著溫度升高，分子間距逐漸增大，相互作用力相應(yīng)減小，粘度就下降。

液體石油產(chǎn)品的粘度按照GB/T 365-88采用毛細(xì)管粘度計(jì)法進(jìn)行測量。方法原理是根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律，導(dǎo)出下式：

式中η——液體動(dòng)力粘度，Pa·s；r——毛細(xì)管半徑，mm；V——在時(shí)間內(nèi)從毛細(xì)管中流出的液體體積，mm3；L——毛細(xì)管長度，mm；τ——液體流出V體積所需時(shí)間，s；P——液體流動(dòng)所受的靜壓力，Pa。

對(duì)指定的毛細(xì)管粘度計(jì)來說，儀器尺寸（V，L，r）和h，g，π均為常數(shù)，因此只要測得油品在某一溫度下V體積液體由刻度a到刻度b所需時(shí)間τ，則其粘度即可求得。

二、密度

密度是物理學(xué)上用來表示物質(zhì)分布密集程度的物理量，定義為物質(zhì)質(zhì)量與其體積的比值（ρ=m/V）。單位體積石油產(chǎn)品的質(zhì)量，稱為石油產(chǎn)品的密度，它在一定程度上反映了油品的組成，因而可以用來確定原油的類別。

當(dāng)溫度升高時(shí)，油品受熱膨脹，體積增大，密度減小，相對(duì)密度減??；當(dāng)溫度降低時(shí)，體積減小，密度增大，相對(duì)密度增大。

密度的測定方法包括密度計(jì)法、韋氏天平法、比重瓶法。本次研究采用密度計(jì)對(duì)大慶油田7個(gè)原油試樣的密度進(jìn)行了系統(tǒng)的測量，得出了不同溫度時(shí)試樣密度的變化規(guī)律。

三、實(shí)驗(yàn)部分

3.1實(shí)驗(yàn)儀器

（1）毛細(xì)管粘度計(jì)一組（2）恒溫浴（3）玻璃水銀溫度計(jì)（4）秒表（5）石油產(chǎn)品密度計(jì)（6支組）。（6）玻璃量筒（7）烘箱（8）調(diào)溫電熱套。（9）1000ML燒杯。（10）玻璃棒。

3.2實(shí)驗(yàn)方法和步驟

3.2.1粘度測量（1）按測定要求調(diào)節(jié)恒溫浴。（2）將脫水過濾后的原油試樣放入小燒杯中。（3）選擇合適的粘度計(jì)，洗滌干凈并烘干。（4）將橡皮管套在粘度計(jì)支管上，倒置粘度計(jì)并用大拇指堵住上管口，將管身的末端插入盛有地層水或原油試樣的燒杯中，利用橡皮球?qū)⒁后w吸到上標(biāo)線時(shí)，從燒杯中提起粘度計(jì)，擦去管身外壁的多余試樣。（5）將裝有試樣的粘度計(jì)浸入恒溫浴，并用將粘度計(jì)固定使其垂直。（6）恒溫浴中溫度計(jì)的水銀球位置必須與粘度計(jì)中點(diǎn)保持水平。（7）將恒溫浴調(diào)節(jié)到實(shí)驗(yàn)規(guī)定的溫度，裝好油的粘度計(jì)在規(guī)定溫度的恒溫浴內(nèi)經(jīng)規(guī)定的恒溫時(shí)間后，開始測量。（8）達(dá)到待測溫度時(shí)，用橡皮球通過管身所套的橡皮管，將試油或水試樣吸到擴(kuò)張部分的上球，液面稍高于上標(biāo)線，然后讓試樣自動(dòng)流下，液面達(dá)到上標(biāo)線時(shí)開動(dòng)秒表，達(dá)到下標(biāo)線時(shí)停止秒表，記錄試樣流動(dòng)時(shí)間。（9）每個(gè)試樣至少重復(fù)測量4次，取流動(dòng)時(shí)間所得的算術(shù)平均值，作為試樣的平均流動(dòng)時(shí)間。

3.2.2密度測量

（1）將調(diào)好溫度的試樣沿壁傾入量筒中，保持穩(wěn)定，注意不要濺潑，以免生成氣泡，當(dāng)試樣表面有氣泡聚集時(shí)，可用一片清潔濾紙出去氣泡。（2）將選好的密度計(jì)緩慢放入試樣中，液面以上的密度計(jì)桿管浸濕不得超過兩個(gè)最小分度值，否則會(huì)影響所得讀數(shù)。密度計(jì)穩(wěn)定后讀取數(shù)值。（3）同時(shí)測量試樣的溫度，注意溫度計(jì)要保持全浸（水銀線），溫度讀準(zhǔn)至0.2℃。（4）將密度計(jì)在量筒中輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)一下，然后放開，按2和3的要求再測定一次，記錄連續(xù)兩次測定溫度和視密度的結(jié)果，取算術(shù)平均值作為測量密度。若兩次溫度讀數(shù)之差超過0.5℃，則重新測量。

結(jié)論

在油田開發(fā)中，原油的粘度和密度是判別原油性質(zhì)、提高采油率的重要依據(jù)。了解地下流體性質(zhì)是在一次采油之后進(jìn)行的工作，注水開發(fā)是我國目前采油的主要措施，而在長期的注水過程中，注入水對(duì)地下流體性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生極其緩慢但又不可忽視的影響。因此搞清注入水對(duì)儲(chǔ)層流動(dòng)性能的影響，不但可以提高注水效果，而且對(duì)油田增儲(chǔ)上產(chǎn)、提高最終采收率發(fā)揮了一定的作用。

通過對(duì)8個(gè)不同水型和包括二廠、七廠、八廠在內(nèi)的7個(gè)大慶不同地區(qū)原油的粘度和密度的測量，模糊的概念變?yōu)榱司_的數(shù)據(jù)。測量的數(shù)據(jù)表明，不同礦化度地層水的粘度和密度在溫度不斷升高的過程中不斷減小，粘度變化較小，密度變化不大；原油的粘度和密度在溫度不斷升高的過程中不斷減小，粘度變化相對(duì)地層水變化較大，密度變化不大。不同地區(qū)原油粘度和密度相差較大，曲線變化的斜率也不同。

從數(shù)據(jù)來看，提高注水溫度無疑是提高采收率的有效手段，但注入水的溫度不是越高越好，控制油田的開發(fā)成本也很重要。那么針對(duì)不同油田的原油性質(zhì)，注入水的溫度應(yīng)該控制在什么范圍之內(nèi)，才能做到既可以最大限度的提高地下原油的流動(dòng)性，又能夠盡量的節(jié)約開發(fā)成本，最終達(dá)到提高油田采收率的目的，這將是一項(xiàng)非常重要的工作。

參考文獻(xiàn)

[1]廖克儉，戴躍玲，叢玉鳳.石油化工分析[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2005，175～189.

[2]李陽初，王耀斌.石油化學(xué)工程基礎(chǔ)[M].石油大學(xué)出版社，2004，8～11.

[3]常子恒.石油勘探開發(fā)技術(shù)[M]，石油工業(yè)出版社，2001，512～513.

[4]復(fù)旦大學(xué).物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M]，人民教育出版社，1978年12月，24～29.

[5]趙學(xué)玒，汪晏，江鳴，王永洪.分析儀器[M].1996年第04期.

[6]張濟(jì)新等.分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].華東化工學(xué)院出版社，1989年6月，16～25..