基于表观黏度量化表征的原油乳状液配制方法

摘要

本发明涉及的是基于表观黏度量化表征的原油乳状液配制方法，具体为：先得到析蜡温度以下各温度的原油累积析蜡量；确定原油乳状液配制温度的密度；从油桶中取出原油试样并分装到若干个密封磨口瓶中进行预处理；测定原油凝点、平衡表观粘度；配制用于获取表观粘度定量表征参数使用的原油乳状液；测定配制原油乳状液的表观粘度，计算每一种配制条件下的粘性流动熵产值；在已知空白原油密度、表观粘度、析蜡特性等物性前提下，准确选择配制乳状液时的搅拌条件。本发明建立模拟原油乳状液的配制方法，制备与实际生产条件下流变性质相同的模拟油水乳状液，为实验研究原油乳状液的流变特性提供基础。

主权项

一种基于表观黏度量化表征的原油乳状液配制方法，其特征在于：步骤一：将从生产现场采取原油试样置于油桶中运到实验室后，从油桶中称取4~8 mg的原油试样置入铝制坩埚中密封，密封后的坩埚放入差式量热扫描仪的测量池中，加热至80℃并恒温1min，然后以5℃/min的降温速率在氮气气氛下从80℃冷却到‑20℃，结合热谱图曲线，把开始偏离基线的温度确定为原油的析蜡点；再计算得到析蜡温度以下各温度的原油累积析蜡量c_w；步骤二：重新从油桶中量取原油试样，将油样加热至流动性较好的某个温度，测定脱水原油的标准密度，再通过原油的标准密度确定原油乳状液配制温度的密度；步骤三：再从油桶中取出原油试样并分装到若干个密封磨口瓶中进行预处理，即将该批盛有原油试样的密封磨口瓶同时放入水浴中，静置加热至80℃并恒温2h，取出上述密封磨口瓶静置自然冷却至室温，存放于环境温度变化较小处静置48h以上备用；步骤四：从步骤三预处理后的原油试样中任意取出一个密封磨口瓶，依据石油天然气行业标准SY/T 0541‑2009《原油凝点测定法》，使用石油产品凝点仪测定原油凝点；步骤五：从步骤三预处理后的原油试样中再取出若干个密封磨口瓶，依据石油天然气行业标准SY/T 0520‑93《原油粘度测定‑旋转粘度计平衡法》，使用粘度计测定原油在凝点附近温度下的平衡表观粘度；步骤六：配制用于获取表观粘度定量表征参数使用的原油乳状液，所用原油试样是经步骤三预处理后的，取其中一瓶密封磨口瓶放入水浴密闭加热至配制温度，恒温30 min；按体积含水率n_w、原油密度、水密度分别量好连续相和分散相的质量，将连续相和分散相同时倒入预热好的配液烧杯，并使用数显型搅拌器搅拌，搅拌桨置于烧杯中央底端距杯底5mm，在某一搅拌速率下搅拌某一时间，形成需要的原油乳状液，配制低、中、高3个含水率的原油乳状液，每一含水率原油乳状液分别在低、中、高3个剪切速率，低、中、高3个剪切时间，9种配制条件下形成；低含水率为1%～10%，中含水率为30%～40%，高含水率为50%～60%；低剪切速率为8 r/s～10 r/s，中剪切速率为14 r/s～16 r/s，高剪切速率为20 r/s～22 r/s；低剪切时间为500s～600s，中剪切时间为800s～900s，高剪切时间为1100s～1200s；步骤七：测定步骤六配制原油乳状液的表观粘度，步骤六配制好的某一含水率、配制条件下的原油乳状液按照步骤五的表观粘度测量方法进行原油乳状液表观粘度测定；配制好的新鲜乳状液按照测量标准装入流变仪测量筒后，将剩余乳状液迅速装至乳状液稳定性观察试管中，并将其置于流变仪程控水浴中，使观察试管中的乳状液与流变仪中实验样品经历相同的热历史，以观测流变仪中样品是否破乳；测量两个温度下原油乳状液的表观粘度：一是配制温度，二是待表征温度；在原油乳状液配制温度下，由于在析蜡点温度以上，原油一般表现为牛顿流体特性，低含水率原油乳状液也表现为牛顿流体特性，需测平衡表观粘度；而中高含水率的乳状液表现为非牛顿流体特性，符合幂律流体本构关系，其本构方程如下，根据表观粘度数据，拟合出原油乳状液的K、n值；式中为剪切应力，Pa；为剪切速率，s^‑1;    k为稠度系数，Pa·sⁿ；    n为流变行为指数，无量刚量；步骤八：根据步骤六配制乳状液的条件，计算每一种配制条件下的粘性流动熵产值，适用于计算低含水率牛顿流体特性原油乳状液粘性流动熵产值的表达式为：适用于计算中高含水率非牛顿流体特性原油乳状液粘性流动熵产值的表达式为：本步骤两式中——乳状液的体积含水率，%；、——分别为水和原油的密度，kg/m³；T——搅拌槽的实际控温温度，即搅拌温度，K；——搅拌转速，r/s；——Metzner常数，取估计值11；——牛顿流体的粘度，Pa·s；——幂律模型中稠度系数，或幂律系数，Pa·sⁿ；——幂律模型中流性指数，或称为幂律指数，无量纲；——搅拌时间，s；——乳状液配制时间段内的粘性流动熵产，J/kg·K；步骤九：原油乳状液配制过程的粘性流动熵产值s_g，待表征温度下原油析蜡量c_w，原油在凝点附近温度下的平衡表观粘度，原油乳状液的表观粘度及表观粘度测定的剪切速率5个参量符合下述关系式中a₀、a₁、a₂、a₃、a₄——拟合参数；将每一种配制过程的粘性流动熵产值s_g、原油在凝点附近温度下的平衡表观粘度、待表征温度下原油析蜡量c_w、测定乳状液表观粘度时的剪切速率的对数值作为自变量的基础数据，将不同配制过程对应的原油乳状液的表观粘度的对数值作为因变量的基础数据，对以下表达式，利用最小二乘法进行线性拟合；求出拟合参数a₀、a₁、a₂、a₃、a₄的值，再对上式进行指数化，得到如下表达式：即该式适用于牛顿流体；该式适用于非牛顿流体；本步骤各式中——剪切速率，s^‑1；——原油在凝点附近温度下的平衡表观粘度，mpa·s；——待表征温度下原油析蜡量，%；步骤十：在已知空白原油密度、表观粘度、析蜡特性物性前提下，欲配制给定含水率、确定温度下某一表观粘度的模拟原油乳状液，根据上述表达式，准确选择配制乳状液时的搅拌条件，即按照不同搅拌速度与搅拌时间的组合配制基于表观黏度量化表征的原油乳状液。