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含蜡原油流变性研究.pdf
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文档介绍：大连理工大学硕士学位论文含蜡原油流变性的研究姓名：王栋申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：赵宗昌大连理工大学硕士学位论文摘要我国大多数油田开采的原油为石蜡基原油，其凝点和反常点温度较高，流变性质异常复杂。当原油温度逐渐降至凝点附近时，其流变性质表现出复杂的触变性。传统上多采用加热工艺进行原油的管道输送。为了降氐运行成本，提高管道运行的经济性，常温输送是管输含蜡原油的发展趋势。因此对含蜡原油低温流动特性及其管输特点进行深入的研究是十分必要的。在原油的储运和加工过程中常常出现蜡的沉积，这引起原油表观粘度的增加，会给管输过程带来许多麻烦和危险。因此，全面研究含蜡原油的流变性质，尤其是较低温度下的流变性质，对原油工业是非常重要的。本论文以大庆外输含蜡原油为油样，对含蜡原油的流变性质进行了较系统的实验研究。并重点对凝点下的触变性进行了实验研究，利用实验数据获得了不同温度下描述其初次裂降过程的R啊G模型方程中的模型参数，对模型中的参数与温度的关系进行了曲线拟合，得到各参数与温度的关系。计算结果与实验数据吻合良好。实验还发现含蜡原油降温速率对其触变性有着重要的影响，降温速率越大，屈服应力和平衡应力越高。对加剂原油的流变性质也进行了流变实验研究，对降凝机理进行了讨论。运用偏振光显微镜对加剂与不加剂原油的蜡晶结构进行了大量的显微观察，采集了蜡晶图像，利用特征提取软件得到其特征的量化参数，讨论了微观蜡晶的形态和结构对宏观流变性质的影响。还尝试运用分形理论对蜡晶图像进行定量描述，为今后进一步从定量的角度建立原油流变性质机理模型、研究原油宏观流变性质与微观蜡晶形态与结构的关系探寻了方向。关键词：含蜡原油；触变性；凝点：降温速率；分形维数含蜡原油流变性的研究AbstractcrudeinoilfieldsareTheoilsourcrudehaveexploitedcountr 上传我的文档
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西安石油大学《原油流变学》(专科复习资料)
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原油流变性的研究
80内蒙古石油化工　　　　　　　　　　2006年第1期　原油流变性的研究郑丽梅??(江苏金湖县试采二厂)　　摘　要　关键词　粘度;流变性;剪切速率;粘温曲线;触变性　　在原油开采、储运过程中,原油的流变性是一个很重要的基本性质,只有通过研究影响流变性的因素,才能采取措施,改善原油的流变性,提高其原油的采收率。1　油流变性的研究,崔庄、码头庄、韦庄原油全分析通常情况下,当原油在50℃的条件下,凝点≥15℃的原油称为易凝原油,当??&200MPa?S,凝点&15℃的原油称为高粘原油或稠油。因江苏油田原油组成异常复杂,不同区块的原油的含蜡含胶质呈现出了较大的差异,这一点在表1的原油的全分析中得到了具体的体现。表1　名称崔庄范庄码头庄韦5??(g/cm2)0..Z=4.481实验温度50℃
)图1　四油田原油的流变特性图(系列1、2、3、4分别代表崔、范、码、韦四区块原油)原油常规物性认识??(MPa?S)28.242.00凝固点(℃)32.9.7蜡(%)15.13.07胶(%)12.36.68　　由上表数据可以分析以上各区块的原油呈现了以下几个特点:??韦庄原油明显呈现出稠油特性,而其它几区块原油应属于易凝高含蜡原油。??原油蜡、胶含量与之间对应关系密切,即随着原油蜡、胶含量的升高,原油的密度和动力粘度相应升高。??原油中的胶质是一种高粘物质,在原油中具有较强的增粘作用由上表数据,我们不难发现随着原油胶质含量增加,原油的粘度显著升高。2　原油流变性及触变性屈服值测定2.1　流体模型划分实验开展及对原油流变性的认识??流体类型划分实验的开展:(实验说明:a.仪器:NXS-11A型旋转粘度计b.测量系统C系统,该曲线是在50℃条件下,将剪切速率由小到大逐渐增大得出的,与剪切速率之间的变化关系曲线,该曲线反应的是原油内部结构随剪切速率而变化的特点。具体特征如下:??、当以较小的剪切速率初次剪切时,由于原油内部结构中具有一定的不规则网状构架,较小的剪切动力不足以破坏其内部结构、指针续数表现出异常偏大不稳定。只有当达到一定的值时,结构才被屈服而产生流动。??、该四条曲线线型向上微变显弧型,且曲线顺延点不在原点处,这两条说明原油的流型应基本属于假塑性。但其有具有部分塑性流体的性质,因为其流变曲线线型与假塑性接近,但是其不具有一定的屈服值,呈现出一定的塑性流体的性质,这主要是因为原油成分复杂,表现出的物理性质不能用单一的流型来精确划分。同时,由以上的数据及Ds→??图我们不难发现以上四区块原油流体流变特性非常接近流体中假塑性流体的流变特性的模型。对于假塑性流体,只要存在剪切应力,就会产生剪切流动,剪切速率很低时,流变曲线的斜率是一常数,类似于牛顿流体。但是,当剪切速率达到一定时,曲线及偏离线性,斜率随着剪切速率的增加而降低。这是因为原油中胶质、沥青和石蜡一类的高分子化　2006年第1期　　　　　　　　　　郑丽梅　原油流变性的研究合物在原油中易形成空间网状结构,这种结构在原油流动时容易破坏,破坏的程度与流动的速度有关。当原油静止时,结构得以恢复,重新流动时粘度就很大。所以原油具有异常的粘度,在渗流时易发生滞后现象。要提高原油的采收率,就必须改善原油的流变性,及降低其粘度和极限动剪切应力。2.2　原油触变性实验开展当原油的温度由高到低逐渐变化时,在相同的剪切速率下,原油的粘度将随温度的下降而增高,但
在不同的温度段其增高的梯度不同。81图2　剪切速率与剪应力的关系图(系列1-范庄原油系列-2崔庄系列-3码头庄系列-4韦庄)该四条曲线是在40℃时,将剪切速率由0增加-1到100S时,原油内部结构随剪切速率和作用时间变化的特点。从流变曲线我们可以明确了解到:??随含蜡原油蜡胶含量的增多,原油的空间结构更稳定复杂,要破坏原油内部稳定的结构须较大的外力,在表观上表现屈服值增加,在原油开始流动前,随着蜡胶含量的增加所施加的外力(屈服值)也随着增大。??当原油流动后,其剪切应力随剪切速率增大而缓慢增加,并且呈现出一定的非线性的假塑性流体的性质。2.3　原油粘温曲线的测量因原油的粘度与温度的变化十分密切,因此我们一方面可以通过降低原油的粘度来寻求提高采收率的开发途径,另一方面可以通过改变驱替液的粘度,调整流度比,或改善岩石表面润湿性、减弱原油溶剂化外壳的牢固性来减低原油的极限动剪切应力,从而提高采收率。为了找出原油的粘度与温度的变化关系,我们分别取崔庄、范庄、、码头庄和韦庄的原油,对其不同温度下的粘度进行测量,得出的具体实验数据如下表(4),因此,我们也得到了各区块原油的原油粘温曲线如下图(图4～图6)(测量仪器YN-6型全自动旋转粘度仪,乌氏毛细管粘度计,??=1.2或??=1.
5)　　由上表并考虑到经济的可行性,我们不难得出如下结论:??改变崔庄、范庄、码头庄原油粘度的合适温度范围应在40-60℃之间。??韦5原油稠油,要想使稠油成为可动原油,改变其温度的最佳温度为60-80℃。??温度超过一定的范围后,对改变原油的粘度的幅度非常有限。这使得我们在进行原油开采时注热水、蒸汽或其它热采措施提供了一个很有意义的温度参考。3　流变性影响因素及影响机理的探讨因江苏油田原油成分比较复杂,它不仅指组分、含量分散相的浓度、颗粒大小、形状、排列等内在因素有关,还与经历的热历史、剪切历史等其它的一些外部因素关系密切。3.1　原油成分中组分的影响原油成分差异大,表现出物理性质有一定的差异。物理差异,导致原油流变必性差异,由表原油成分表可知,流变性主要动力于原油中高分子组分物质影响。原油成分中高分子蜡含量大体相同,高分子物质组分的主要差异在于及胶质、沥青质的变化。韦5原油主要属于稠油范畴,而其它几个油田的原油主要属于易凝含蜡原油,当温度高于反常点时,崔庄、范庄、码头庄原油粘度相对较低,流变性表现较好,而韦5原油粘度较高,其流变性相对较差。当原油的温度在反常点以上,范、崔、码油田的原油粘度随温度降低,其粘度变化梯度较小,而韦5原油表观粘度的变化梯度远远小于其它几个油田的原油表观粘度的变化梯度。韦5块原油原油与其它几个油田的原油的性质差别主要在于胶质、沥青质的含量差别,这说明:??胶质、沥青质本身是一种高粘物质,在含蜡原油中具有增粘作用。??含极性基团的胶质是一种天然的表面活性物质,具有良好的分散作用。当原油温度在原油析蜡点,使石蜡在原油中呈片状分散结晶态,从而使得整82内蒙古石油化工　　　　　　　　　　2006年第1期　在渗流孔道内充分接触与混合,加上原油内本身存在着部分天然乳化剂,逐渐将部分水与原油混合乳化起来。随着油田水前缘不断推进,油水乳化逐渐加剧,因此,原油中乳化水含量就会不断增加。随着原油乳化水含量的变化,原油的粘度相应也发生较大的变化。而原油粘度差异又是导致开采过程中,注水前缘指进和前沿突破的重要因素。因此探求乳化水含量与粘度的变化规律,对指导注水开发有着十分重要的意义。我们选用了韦5块乳化含水不同的油井进行粘温曲线的测定,得出的实验结果如下图:从以上各组数据我们发现,所选韦5块以上各油井原油,除含水量与粘度差别较大之外,其余各项物理数据相差不大。由上表数据我们容易发现,随着原油乳化水含量的增加,原油的粘度相应增高,但不呈线性关系。为了进一步探讨含水量与原油粘度的关系,我们对以上油样三个区块的原油油样进行筛选,选出了各区块原油乳化含水量不同的油井原油进行同一测量条件(同温、同压、同仪器)对原油的粘度的进行测量,测量的具体数据如下:表3　韦5块5口井原油全分析具体数据如下井号含乳化水%4.015.522.030.044粘度166.55.0398.2密度3原油体系的表观粘度随温度变化的梯度较小。3.2　外在条件变化的影响??热处理温度影响原油的相态和内部物理构成的变化与温度变化密切相关。外在温度条件改变是改变原油流变性的最主要因素。当含蜡原油温度由高到低变化时,蜡从溶解在原油中到逐渐析出一直到形成空间网络结构这一过程,就会导致原油自身的流变特性牛顿性逐渐减弱,非牛顿性逐渐加强。对原油的流变性测试之前,如果对原油进行不同温度的加热处理,将经冷却到析蜡点温度以下时,这时原油将会呈现出不同的流变特性。加热对含蜡原油的流变性影响仅限于原油在有蜡晶颗粒出现的温度以下,当原油油温较高时,原油的粘度与热历史无关。将韦5原油加热到不同的温度,再以同样的方式冷却至30℃,以101/s的恒剪切速率进行剪切测试,结果如下表:表2　不同温度热处理后韦5原油的表观粘度曾用热处理温度(℃)表观粘度(Pa?S)602.052701.792801.221901.443凝固点(℃)17.018.222.024.021.5含蜡(%)17.616.5.4含胶-沥清质(%)32.029.15.89　　可见,不同的加热温度对含蜡原油的低温流变性会产生影响。温度加热到一定值时,原油的低温流动性能比较好。这是因为体系中的蜡颗粒完全溶解,沥青质高度分散,胶质稀化,体系成为假均匀溶液,在随后的冷却过程中,蜡晶具备了按分子量高低次序析出的条件,胶质--沥青质也依次逐渐均匀吸附在已析出的蜡晶上或共晶长大,只要控制适宜的冷却速度,体系将会形成松散的枝状流变结构,同时在宏观上表现出良好的低温流变性。温度改变是原油中蜡可能重新结晶的先决条件,冷却速度的快慢则可改变原油中蜡的过饱和程度,使蜡晶的生成速度和蜡颗粒生长的速度不同,造成蜡颗粒的形态各异,宏观上呈现不同的流变性。从表10我们可以看出,韦5原油热处理温度达到60℃以上对其流变性质都有不同程度的改善,而在70-80℃时效果最明显,温度过大或过小,热处理效果都有不同程度的降低。说明原油在80℃时内部蜡晶全部熔融,在适宜的冷却方式和冷却速度下,原来的晶体结构完全转变成新的形态,从而达到改善原油流变性的目的。在原油生产运用中,可以对地下原油进行注蒸汽开采,对管输原油采取首站加热、热化学解堵等处理措施,只要采取的热处方法合理,温度控制合适都将会改善原油的流变性,从而达到提高原油采收率的目的。??原油乳化水含量的影响。在我们日常的生产实践中,我们发现原油在注水开采过程中,原油内乳化水含量的多少直接影响原油的粘度,而在注水开,(MPa?S)(g/cm)0...9109韦5-1韦5韦5-9韦5-10韦5-4　　由以上组数据我们很明显地看到随着原油乳化水含量的增高,原油粘度相应增高,这主要是因为乳化水在原油中主要以形成油包水的颗粒形式存在,随着乳化的加重,原油内的相对稳定油包水颗粒相对增多,原油内部的内摩擦相对增高,从而在宏观测量上表现出随着原油乳化水含量增高,原油粘度相应增高。在原油注水开采的生产中,随着油田开发时间到中后期,原油含水量逐步升高,而含水量的增高导致原油粘度的升高,我们知道在驱替液水不变的情况下,随着原油的粘度的升高,油水流度比将会进一步增大,这样就更容易造成水的指进、舌进,甚至前缘的突破,从而降低了水驱效率。参考文献[1]　张洪亮,郑俊得主编.油气田开发与开采.石油工业出版社.[2]　姜继水,宋吉水主编.提高石油采收率技术.石油工业出版社.[3]　费海虹,刘柏林等.江苏油田原流变性性实验的研究.[4]　姜言里,纪平等.聚合物驱油最佳条件优选.石油工
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