影響稠油乳狀液表觀黏度因素分析

王少華，孫玉豹，鄒 劍，汪 成，吳春洲，肖 灑，王秋霞

(1中海油田服務(wù)股份有限公司 2中海石油(中國)有限公司天津分公司)

多元熱流體吞吐技術(shù)已在渤海多個(gè)油田進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，增產(chǎn)效果顯著[1-8]，但燜井后放噴初期產(chǎn)出液中的油包水乳狀液，尤其當(dāng)含水率在30%～60%時(shí)，造成平臺的加熱脫水設(shè)備油水分離效果差，外輸原油含水率升高。同時(shí)污水含油量超標(biāo)，不能滿足污水回注地層進(jìn)行水驅(qū)的水質(zhì)要求。

目前的研究主要是在常溫條件下配制稠油乳狀液并研究影響乳狀液穩(wěn)定性的因素?？等f利、孫春柳[9-10]等人研究發(fā)現(xiàn)剪切速率越大、乳化時(shí)間越長、水滴粒徑越小，乳狀液越穩(wěn)定，含水率越大、溫度越高，乳狀液穩(wěn)定性越低。孟江[11-14]等人研究發(fā)現(xiàn)油包水乳狀液黏度隨溫度上升而下降，隨含水率上升而上升。為此，重點(diǎn)研究了乳化溫度、含水率、實(shí)驗(yàn)測試溫度對乳狀液黏度的影響并對不同含水率乳狀液的粒徑大小、粒徑分布進(jìn)行了研究，以期為油田的熱采產(chǎn)出液放噴速度控制和破乳研究提供依據(jù)。

一、實(shí)驗(yàn)部分

1.材料和儀器

藥品：渤海南堡35-2油田B-XX井油樣，飽和分、芳香分、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量分別為44.58%、25.49%、21.44%和1.32%，50℃、9 L/s下脫氣原油表觀黏度為2 076 mPa·s；模擬地層水，總礦化度2 315.38 mg/L，其中K++Na+質(zhì)量濃度為721.28 mg/L，Ca2+為15.92 mg/L，Mg2+為19.32 mg/L，Cl-為581.22 mg/L。

儀器：RS 6000 Hakke流變儀，賽默飛世爾科技公司；LEICA DM2500P顯微鏡及配套儀器，德國徠卡公司；SNB-2型數(shù)字式黏度計(jì)，上海精天電子儀器有限公司；XGRL-3型數(shù)顯式滾子加熱爐，青島海通達(dá)公司；FM200型分散乳化機(jī)，上海弗魯克科技發(fā)展有限公司。

2.實(shí)驗(yàn)方法

2.1 乳狀液的配制

將一定原油與模擬地層水加入高溫老化罐中，然后采用分散乳化機(jī)在5 000 r/min下攪拌10 min。最后將密封好的老化罐放入滾動(dòng)式加熱爐中加熱乳化，滾動(dòng)速率50 r/min，乳化時(shí)間為5 h。

2.2 乳狀液表觀黏度測定

用SN-B-2型數(shù)字式黏度計(jì)測量乳狀液黏度，測試溫度50℃。

2.3 乳狀液粒徑分析

用玻璃棒取乳化好的原油一滴，滴在載玻片上，將制作好的載玻片放在顯微鏡下進(jìn)行觀察并記錄照片，運(yùn)用Image軟件進(jìn)行圖像處理，提取統(tǒng)計(jì)目標(biāo)，對稠油乳狀液粒徑分布和大小進(jìn)行分析。

二、結(jié)果與討論

1.乳化溫度對乳狀液黏度的影響

不同乳化溫度對乳狀液表觀黏度的影響見圖1。由圖1可知，稠油乳化嚴(yán)重區(qū)間為90℃～150℃。當(dāng)乳化溫度小于90℃時(shí)，稠油黏度高，流動(dòng)特性差，水分子形成的聚集體不能有效進(jìn)入原油體系，油水乳化不完全，油包水乳狀液體系不穩(wěn)定，黏度低；當(dāng)溫度高于150℃時(shí)，雖然稠油體系黏度降低，流動(dòng)性好，有利于水分子進(jìn)入稠油體系，但該溫度區(qū)間部分芳香分會(huì)從原油中蒸發(fā)到密閉老化罐中未被液體占據(jù)空間的空氣中，產(chǎn)生芳香分損耗；林海英[15]等人利用熱失重分析儀，在惰性氣氛中測出芳香分在160℃下和在180℃下恒溫3 h，芳香分因?yàn)檎舭l(fā)重量損失量分別為1.711%和5.536%。而芳香分的減少會(huì)降低膠質(zhì)的分散性，降低了石油乳狀液油水界面膜中重要乳化劑膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的數(shù)量和界面膜的強(qiáng)度，從而降低了乳狀液的穩(wěn)定性，油水分層現(xiàn)象加劇，油水乳化不完全，油包水乳狀液黏度降低。故現(xiàn)場通過對放噴初期產(chǎn)出液溫度和含水率的監(jiān)測，當(dāng)產(chǎn)出液溫度在90℃～150℃、含水率在30%～60%時(shí)，降低放噴速度，減少穩(wěn)定的油包水乳狀液對采油平臺油水分離系統(tǒng)與含油污水處理流程的沖擊。

圖1 乳化溫度對乳狀液表觀黏度的影響

2.含水率對乳狀液黏度的影響

乳化溫度為150℃時(shí)，不同含水率乳狀液的黏溫曲線見圖1。由圖1可知，相同乳化溫度下，乳狀液含水率越高，表觀黏度越大。這是因?yàn)槿闋钜汉矢弑砻饔懈嗟乃肿泳奂w進(jìn)入到稠油體系中，形成穩(wěn)定的乳狀液，小水滴之間、水滴與稠油之間相互作用，增大了乳狀液體系的內(nèi)摩擦力，從而導(dǎo)致乳狀液表觀黏度升高。

3.測試溫度對乳狀液黏度的影響

由圖2可知，不同含水率的乳狀液的黏度隨著測試溫度的升高而降低，且乳狀液黏度的下降幅度隨著溫度的升高而降低。50℃～70℃時(shí)，乳狀液黏度的下降幅度較大；當(dāng)溫度為80℃～100℃時(shí)，乳狀液的黏度下降幅度減弱，不同含水率的乳狀液黏度相近。

圖2 不同含水率乳狀液的黏溫曲線

4.不同含水率乳狀液的微觀特征

不同含水率乳狀液的微觀圖像顯示分散相顆粒為白色球狀顆粒，而分散介質(zhì)呈褐色或紅棕色連續(xù)相，因此不同含水率的稠油乳狀液為油包水型乳狀液。不同含水率的稠油乳狀液體系內(nèi)，既存在直徑較小的液滴又存在直徑較大的液滴，大、小液滴的分布位置無明顯規(guī)律，隨著含水率的增加，乳狀液微觀液滴個(gè)數(shù)增多，液滴間的距離減小。

運(yùn)用Image軟件對乳狀液的微觀圖像進(jìn)行處理，提取統(tǒng)計(jì)目標(biāo)，分析乳狀液微觀結(jié)構(gòu)的粒徑分布。稠油乳狀液微觀液滴分布參數(shù)見表1。由表1可知，隨著含水率的增大，平均液滴個(gè)數(shù)增多，平均液滴直徑增大。

表1 稠油乳狀液微觀液滴分布參數(shù)

圖3顯示了微觀液滴粒徑的累計(jì)分布規(guī)律，其更加清楚地表明在相同的攪拌速率和乳化時(shí)間條件下，隨著含水率的增大，分散相液滴中小液滴累計(jì)數(shù)量所占的比例減小。由圖3知液滴粒徑從0 μm逐漸增加到65 μm，不同液滴粒徑下，含水率為30%的乳狀液中液滴個(gè)數(shù)依次大于含水率50%和含水率60%的乳狀液中液滴個(gè)數(shù)。例如液滴粒徑小于40 μm，含水率為30%的乳狀液占比為68%，含水率為50%的乳狀液占比為59%。含水率為60%的乳狀液占比為47%。另外含水率為30%和50%的乳狀液中不含粒徑在70～80 μm的大粒徑液滴，而含水率為60%的乳狀液的液滴個(gè)數(shù)為9%。

圖3 不同含水率下乳狀液微觀液滴粒徑累計(jì)分布圖

這是由于：①在攪拌轉(zhuǎn)速相同的條件下，外界提供給油水兩相體系的能量是恒定的，含水率增大，水相被分散成更小液滴的能量就相對下降，體系的分散度就比低含水率下的分散度低，大液滴累計(jì)數(shù)量所占的比例就增大；②由于原油中的膠質(zhì)瀝青質(zhì)組分含有極性基團(tuán)，可以吸附在油水界面上，降低油水界面張力，并形成機(jī)械屏障，提高油水界面膜強(qiáng)度。乳狀液的含水率增大，表明體系內(nèi)的油相減少，體系中的膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量減少，從而降低了油水界面膜的機(jī)械強(qiáng)度，液滴由于重力作用而聚并的作用增強(qiáng)，體系內(nèi)大液滴所占的比例就逐漸增大。

三、結(jié)論

(1)含水率為30%～60%的乳狀液的乳化嚴(yán)重區(qū)間為90℃～150℃，油水乳化最完全，乳狀液穩(wěn)定且黏度高。乳狀液的黏度隨溫度的升高而降低，隨著含水率的升高而增加。

(2)隨著含水率的增大，乳狀液中分散相液滴數(shù)量增多，液滴間的距離減小，平均液滴直徑增大。

(3)通過對放噴初期產(chǎn)出液溫度和含水率的監(jiān)測，當(dāng)產(chǎn)出液溫度在90℃～150℃、含水率在30%～60%時(shí)，降低放噴速度，減少穩(wěn)定的油包水乳狀液對采油平臺油水分離系統(tǒng)與含油污水處理流程的沖擊。