大庆原油乳状液的流变特性及理论研究.doc

大庆原油乳状液的流变特性及理论研究 孙春柳 康万利 孟令伟 李金环 (大庆石油学院石油工程学院，大庆 163318)摘 要：本文采用大庆油田采油四厂原油，制成不同分散相体积分数的 W／ O型乳状液，利用 Brookfield DV—114- 型黏度计测量在不同剪切速率、不同温度 条件下的 w／ O型乳状液的黏度结果表明：温度低于 50℃ 时，原油乳状液表现 为非牛顿流体，符合宾汉模式，温度高于 50℃ 时，原油乳状液表现为牛顿流体 建立了原油乳状液黏度的理论方程，并与 3种已有理论方程对比，建立的方程计 算值与实验值符合较好，能够用于描述大庆原油乳状液的流变特性关键词：原油乳状液 流变性黏度 理论方程原油乳状液主要在原油开采过程中形成在加工、储存运输和销售过程中也能够形 成含水量比较低的乳状液研究原油乳状液的流变特性具有重要意义一方面可以给原 油采出液处理提供参考数据，另一方面也为原油集输管网设计及优化提供理论指导乳 状液的流变特性与原油性质、分散相体积分数和温度有关 Pal等 [1~21 研究了不同体系原 油乳状液的流变性 Ronningsen 等口 ~41 提出了不同条件下描述 w／ O乳状液流变特性的 理论方程。

王为民等 [5]研究了辽河高含水超稠油乳状液的流变特性吴明等 [61研究了大 庆油田高含水原油流变特性而对低分散相体积分数大庆原油乳状液流变性的理论研究 还不够完善，本文在前人研究的基础上探讨了低分散相体积分数大庆原油乳状液的流变 特性，建立了描述原油乳状液流变特性的理论方程并将理论计算值与已有的三种理论 方程进行了对比联系人简介：康万利，男，研究员，博士生导师研究方向：油田采出液处理理论与技术：提高采收理论与技术研 究 E-mail ： kangwanli@1 23． corn 黑龙江省杰出青年科学基金 (J03 一 11) 及黑龙江省教育厅海外学人项目(1055HZ034) 资助一 266 —1 实验部分1． 1实验材料与仪器油，大庆油田采油四厂脱水原油；水，大庆油田采油四厂污水 FM200 型实验室分散乳化机，上海弗鲁克流体机械制造有限公司； Brookfield DV—II+型黏度计，美国 Brookfield 公司1．2 实验方法原油乳状液制备：将原油与污水按一定体积比混合，用乳化机乳化，配成乳状液原 油乳状液黏度测量：用 Brookfield DV—II+ 型黏度计测量原油和不同分散相体积分数的乳 状液在不同温度、不同剪切速率下的黏度。

2 结果与讨论2． 1原油乳状液的流变特性图 1(a) 为原油黏度与剪切速率关系曲线，图 1(b) ～ (d) 为乳状液黏度与剪切速率的 关系曲线可以看到，随着剪切速率的增加，原油黏度逐渐减小，低剪切速率下，原油黏度 减小速度较快，较高剪切速率下，原油黏度减小速度变缓，最后基本保持不变乳状液黏 度变化规律与原油黏度变化规律相似温度低于 50℃ 时，原油及原油乳状液均表现为非 牛顿流体，本构方程为宾汉模式温度较低，原油中的沥青质及蜡晶可以形成网状结构， 网状结构随着剪切速率的增大被破坏，原油及原油乳状液的黏度逐渐减小原油及原油 乳状液均表现为宾汉塑性流体温度高于 50℃ 时，原油及原油乳状液的黏度基本保持不 变，这说明原油及原油乳状液为牛顿流体乳状液黏度还受分散相体积分数的影响分 散相体积分数越高，乳状液黏度越大随着剪切速率增大，乳状液黏度趋于不变时的所需 温度越高一 267 —(c) (d)图 1黏度与剪切速率关系曲线 (a)V 一 0， (b)y=0 ． 2， (c)y=0 ． 3， (d)y 一 0． 4Fig．1 Relationship between viscosity and shear rates(a)y —O， (b)V —O． 2， (c)y —O． 3， (d)y 一 0． 42． 2原油乳状液黏度与温度关系由图 1还可以看出，剪切速率一定时，温度越高，原油及原油乳状液的黏度减小。

温 度高于 50 C时，分析实验数据如图 2所示，得出原油及原油乳状液的运动黏度与温度的 函数关系也符合文献 ‘8|：ln(In( 口 +O ． 7))=A —BIn(T) (1)1． 8冒》乒 1． 6昌上套 1． 4譬圭 1． 2蚤5．77 5．78 5．79 5． 8 5． 8linT[T： KI 图 2运动黏度与温度关系曲线Fig．2 Relationship between kinetic viscosity and temperature～ 268 —2． 3分散相体积分数对原油乳状液黏度的影响温度高于 50℃ 时，求解出了方程 (1) 中的系数 A， B与分散相体积分数关系如图 3所 示，与分散相体积分数近似呈多项式关系，可用下列关系式表示：2520兽 15o《10500 0． 1 0． 2 0． 3 0． 4 0． 5矿图 3 方程参数 A和 B是分散相体系分数的函数 (y一 0． 367)Fig．3 Parameters A and B of the correlation is a function of volume fraction of dispersed phase(y 一 0． 367／ s-1)A一是 l+k2V+k3V2 (2)B=k 。

4-k5V4-k6V2 (3)将 (2)， (3)代入 (1)得ln(1n(v4-0 ． 7)) 一是 14-kzV4-k3V2 一 (志 4-k5V4-k6V2)×in(T) (4)分析实验数据得到方程 (4)系数的值，见表 1方程 (4)可用于表示温度高于 50℃ 时， 原油乳状液黏度与分散相体积分数的关系衰 1 方程的系数Tab ． 1 toefficients of correlation2． 4实验值与计算值的对比分析旷十 [智 ]]V ㈤Ronningsen 提出 w／ o型乳状液的黏度是分散相体积分数和温度的函数：ln(p ， )一口 l-'l-az￡+ 口 3V+ 口 4tV (7) 图 4(a) ～ (c) 为不同温度下实验值与 Einstein 模型、 Taylor 模型、 Ronningsen 方程和 提出的方程计算值的对比图可以看到， Einstein 模型和 Taylor 模型的偏差很大分散 相体积分数远低于最大充填体积分数时，取决于分散相的粒径分布对乳状液的黏度影响 方程 (4)与实验值对应最好，这说明方程 (4)的计算值与实验值吻合较好因此，可以用方程 (4) 来描述低分散相体积分数大庆原油乳状液的流变特性。

叩 硝山＼ g}—日一 Proposed t实验值 +Taylor*Enistein--卜 Ronningsen(a)啪姗 m啪 踯 ∞∞ 加 o叹 T=55"C)斗 Proposed+实验值 +Taylor V(T=60"C)+实验值 +Taylor—静Eni配in—◆一Ronningsen--◆_Ronningsen(b) (c)图 4黏度与分散相体积分数关系曲线Fig． 4 Relationship bet丧 zeen viscosity and volume fraction of dispersed phase3 结 论在研究的剪切速率范围内，温度低于 50℃ 时，原油乳状液表现为宾汉塑性流体，温度 高于 50 C时，原油乳状液表现牛顿流体建立的理论方程的计算值与实验值符合最好， 能够用于描述温度高于 50℃ 的大庆原油乳状液的流变特性一 270 一符号意义：口为运动黏度， m2／ s； T为绝对温度， K； A， B为方程 (1)系数芦，为相对黏 度， V为分散相体积分数 ∥D 为分散相体积分数，／ ID为连续相体积分数 a-， a2， a3， a4为 方程 (7)的系数， t为温度， ℃ 。

参考文献C13 Pal R．． Colloids Surf ．， A Physicochem ． Eng ． Asp ． 137 ， 275 ～ 286 ， 1998E2]Pal ， R．． J． Chem． Eng． 81， 15～ 21， 2001[3]Ronningsen ， H． P．． Proc ． SPE Int ． Symp ．， Oil Field Chem ．， SPE 28968 ， Houston ， Texas ， 1995E4]Marco A． Farah ， Roberto C． Oliveira ， Jorge Navaes Caldas ， Krishnaswamy Rajagopal ． Journalof Petro ． Sci ． Eng ． 48 ， 2005 ， 169 — 184C5]王为民，李恩田，申龙涉，王树立，石兆东．石油化工高等学校学报， 2003， 16(2) ： 69～ 75 [-63 吴明，申龙涉，杨惠达．西安石油学院学报 (自然科学版 )， 2002 ， 17(1) ： 28～ 31Studies on Rheology and Theory of Daqing Crude Oil EmulsionChunliu Sun， Wanli Kang ， Lingwei Meng ， Jinhuan Li(Petroleum Engineering Dep ． Daqing Petroleum Institue ， Daqing 1 6 3 3 1 8， P． R． China)Abstract ： Using crude oil of the 4th Oil Recovery Plant of Daqing ． w／ o emulsion with different volume fraction of dispersed phase were prepared ． The viscosity of emulsion is measured at different temperature and different shear rate by using Brookfield DV — II+ viscometer ． The results show that crude oil emulsion behave as Non-Newtonian Bing—ham fluids at temperature lower than 50℃ 。

and it behave as Newtonian fluids at temper— ature higher than 50℃ ． A theoretical correlation of viscosity of crude oil emulsion is proposed ． Comparing with three present theoretical correlations ， proposed correlation has a better adaptation to Daqing crude oil emulsion ． Proposed correlation can be used todescribe the rheology of Daqing crude oil emulsion ．Keywords ： crude oil emulsion ； rheology ； viscosity ； theoreti。