（油气储运工程专业论文）乳化降粘技术及其在集输中应用的研究.pdf

a 8 s t r a c t t h er e s e a r c ho fr e d a e i n g v i s c o s i t yt e c h n i q u e b ye m u l s i f i c a t i o na n di t s a p p l i c a t i o nt oo 疆a n dg a sg a t h e r i n ga n dt r a n s f e r r i n g a b s t r a c t i no u r c o u n t r y , t h ec r u d eo i lo f m o s to i lf i e l di sh i 馥w a xc o n t e n t ，h i g hc o n d e n s a t i o n o i la n dh i g hv i s c o s i t y 。t oi m p r o v ei t sf l u i d n e s sa n de l l s i m - et h ed i s t i l l e do i l g a so f t h e o i lw e l l c a nb ec o l l e c t e da n dt r a n s p o r t e di ns e c u r i t ya n de f f e c t i v e l y , ap r o c e s so ft a l e f a c t i o ni su s e d w i d e l y 。a n di tc a n r e s u l ti nt h eu s eo f p r e c i o u so i l g a sr e s o r r e ei n c o r m e q u e n f l y 。a st k r i s i n g o ft o t a lw a t e r - c u tf o ro i lw e l l s ，o i lc o m p a n i e sa r ef a c i n gd i f f i c u l t i e so ns h o r t a g e so f e n e r g y s u c ha s w a t e r , e l e c t r i c i t yp o w e r , a n dg a s ，w h i s hh a sb a d l yi n f l u e n c e dt h es u s 城n e d d e v e l o p m e n to fo i lp r o d u c t i o n , t h u si tb e c o m e sac r i t i c a lp r o b l e mt h a te n e r g y - s a v i n ga n d c o s t - c u l l i n gt ob es o l v e de a g e r l yb yo i lc o m p a n i e s d e c r e a s i n gt h eh e a t i n gt e m p e r a t u r eo f c e n t r a l i z e dt r a n s p o r t ，h a sb e c o m eo n eo ft h ei m p o r t a n tm e t h 豳f o re n e r g y - s a v i n ga n d c o s t - c u t t i n go fc e n t r a l i z e dt r a n s p o r ts y s 蚀m si no i lf i e l d s 馕r o 幽嫩w o r l d f l o wi m p r o v e ri s ak i n do fc h e m i c a ls o l v e n tt h a te 髓i m p r o v e 。i l 彝舯燃p r o p e r t ya n dp m m o 挺e a r l i e r p h a s e t r a n s f e r r i n gi n t oo i l _ j m w a t e r a ne f f e c t i v ea p p r o a c hw h i c ha d d sf l o w 。i m t n o v e ri nt h ew a t e r c u to i li sp r o p o s e d 1 tc a l lb r i n gr e s i s t a n c em c b a c l i o n , v i s c o s i t yr e d u c t i o n ，w a xc o n t r o la n d w e l l h e a db a c kp r e s s u r er e d u c t i o n , c o n s e q u e n t l ya c h i e v et h ea i mo fs o p h i s t i c a t i n gt e p i dw a t e r t e r m i n a l 。 i nt h i sp a p e r , t h em e a s mo ft l - 掂o r ya n a l y s i sa n dp r a c t i c ec o m b i n e di sa d o p t e d 1 t r e d u c e sv i s c o s i t yb ，e m u l s i f i c a t i o nt e 淝l o _ 科a n dr e s e a r c h e si t sa p p l i c a t i o ni nc e n t r a l i z e d t r a n s p o r t 。b yt h e o r ya n a l y s i sa n de x p e r i m e n t , i ta n a l y s e st h ec h a r a c t e r i s t i co f w a t e rc u to i l p s e u d oe m u l s i o nw h i c ha d d e di nf l o wi m p r o v e r , t h ef a c l o 端o fa 髓如魄t h es t a b i l i t yo f e m u l s i o na n dt h em e c h a n i s mo fa c t i o no ff l o wi m p m v e r i tr e s e a r c h e dt h ee f f e c to ff l o w i m p r o v e ra n dt h eo p t i m a lc o n s i s t e n c yb yi n d o o ra n dl o c a l ee x p e r i m e n t t h el o c a ld r a g c o e f f i c i e no f t h ew a t e rc u to i lp s e u d oe m u l s i o nw h i c hw a si np m m p m gl l n i tf a ra n de m b o l i s m f a ri sa c q u i r e du s i n gd i m e n s i o n a lm e t h o d 。t h em a t h e m a t i c a lm o d e lo f t h ew a t e rc u to i ld r a f t e m u l s i o nr e s t a r ta f t e rs h u t d o w ni se s t a b l i s h e da n dv a l i d a t e dr u i n gi n d o o re x p e r i m e n td a t a k e yw o r d s ：f l o wi m p r o v e r ；p s e u d oe m u l s i o n ；l o c a le o e t t l e i e n ；o f f s t r e a ma n dr e s t a r t e d 大庆石油学院硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 我国绝大部分油田所产原油为高含蜡、高凝点、高粘度的“三高”原油，为使其具 有较好的流动性，都采用加热流程，以确保油井产出的油气得以安全有效地收集和输送。 我国各油田每集输n 原油平均耗气1 5 3 5 m 。，大庆油田每集输1 t 原油耗气2 7 m ，年 耗气达1 3 1 0 。m 3 ，集油能耗已占地面工程总能耗的7 8 ，能耗巨大。随着油田开发的 深入，我国陆上除四j t l ) t - 的1 9 个油区的油田开发，主要采用注水或聚合物方式，至1 9 9 7 年底，综合含水达到8 2 5 ，总体上已处于高含水期( 含水率大于7 5 ) 。 大庆、胜利、大港、中原、河南及江汉等6 个浊区综合含水已超过8 5 ，进入了特 高含水采油期( 含水率大于8 5 ) 。由于水的比热几乎是原油的2 倍，含水率越离，集 输原油加热能耗越大。随着油井综合含水的上升，油田露临着水、电、气等所用能源紧 缺的局砸，严重地影响着油田的可持续开发生产，因此，节能降耗已成为油田亟待解决 的问题。在集输流程能耗中，主要是热能清耗，约占9 0 9 7 ，降低集油温度已成为 国内外矿场油气集输系统节髓降耗的主要方法。其中通过添加化学剂以降低含水原油的 流动阻力是城小油田集输成本的新的方法。 1 2 国内外研究现状 从二十世纪七十年代开始，我国胜利、中原、大庆等油田相继开展了油气水不加热 输送工艺的试验研究。迄今，已成功研究了自然不加热集输、化学辅助、通球辅助、掺 常温水辅助等若干不加热集输工艺，并在生产中随用。 其中最典型的九种不加热集输工艺为： ( 1 ) 常规单管自然不加热集油 单管不加热集油是将油井原有的掺水管线停掺扫线，依靠油井生产时韵自身压力和 温度，将液体通过集油管线输送到计量阈。 ( 2 ) 双管不加热集油 双管不加热集油是把原有掺水管线改为集油管线，对井口和计量间进行局部改造， 实现主、副管线同时集泊。 ( 3 ) 常规双管掺常温水不加热集油 以中转站为单元中心，计量问所输送的液萋进“三合一”游离水脱除器进行沉降分 离后，一部分水直接进掺水泵返瓣到计量间。 ( 4 ) 单管通球辅助不加热集泊 依靠辅助通球滴蜡，实现单管不加热集油。 ( 5 ) “一站两制”不加热集油 “一站礴制”不加热集油工艺是针对舔常规掺常温水不加热集油的中转站系统中 i 弟苹绪论 新投产的一批低产液、低含水油井进行的技术改造。对于老井，计量间仍采用常规掺常 温水不加热集油方式，而对于新投产的低产液、低含水油井则掺入经加热炉加热的商溢 水。这集油方式既能满足高产液井掺常温水不加热集油的需要，又可以保证低产液、 低含水油井的安全生产。 ( 6 ) “三不”复合试验不加热集油 在中转站进行不加热、不热洗、部分井不掺水的“三不”复合试验，同时采取井下 清防蜡“暇配套”( 磁短节、强磁防蜡器、啮合式尼龙刹蜡片、点滴加药) 措施，使油 井不热洗。 ( 7 ) 单管环状产液不加热集油 单管环状不加热集油流程是将一座计量阀组闯的几口弗用一条集油管线串联成一 个环状的集油方式，环的一端由计量阀组闯提供掺水，另端则把油井生产的油气水集 输到计量阀组间的集油汇管中。 ( 8 ) 单管环状及放射状( 电热辅助) 不加热集油 单管环状( 电热辅助) 不如热集浊流程是将座计量阕组问的几口井用一条集油管 线串联成一个环状，并在井口安装电加热器的集油方式；单管放射状( 电热辅助) 不加 热集油方式是在一座计纛间的高产液井采用单管不加热集油方式，而低产液井停止掺 水，并在井口安装电加热器进行电热辅助的集油方式，进而整座计量闻实现单管集油。 ( 9 ) 掺低凝油的集油 这种工艺技术只有在同时生产商凝和低凝原油的特殊油田才能实现。 ( 1 0 ) 添加原油流动改进剂掺常温水不加热集油 原油流改进荆是改善原油瀛动性能，促进油水提前转楣的化学药剂。在含水原油集 输过程中应用此药剂，可起到降阻、降粘、防结蜡、降低井口回压的作用，从而达到掺 常温水集油的目的。采用化学药；鞋i 进行集油是不加热集油技术的新尝试。 在这1 0 种不加热集油工艺中，最简单、最安全的方式是添加原油流动改进荆掺常 温水不加热集油。 大庆油田在王德民院士的倡导下，从九十年代中辫就开始进行原油流动改进剂的探 索性试验，为有效降低原油集输过程韵耗气量及原油生产躐本开辟了一条新途径。2 0 0 0 年以来，大庆老油田和外围油田2 3 0 0 余口井的试验帮应周结果衷瞬，采用向油井采啦 液中加入原油流动改进剂的技术接施，可使原油集输瀑度营邂降低8 - - l o c 。 国外在原油集输节能降耗方面开展了大量的研究工作，主要采塌添加化学荆的方 法，实现油井的不加热集油，如美国、加拿大、罴蕊哥等翻。 从国内外的情况看，解决原油集输节能降耗技术，遗求节气效益的最大化是原油生 产系统节能降耗的技术发展趋势。 1 3 本文的主要工作 虽然国内外在添加原油流动改进髑榘油工艺方面傲了很多工作，但到目前为止还没 有系统的研究添加流动改进剂后的含水原油拟乳状液的性质、微观特点以及添加流动改 进剂后的含水原油拟乳状液的漉动规律。 一 查丛至塑兰堕璧主堡塞兰兰丝堡兰 本文系统研究了添加流动改进剂后的含水原油拟乳状液的性质，影响含水原油拟乳 状液稳定性的主要因素，添加流动改进剂后的含水原油拟乳状液中液滴大小、液滴分南 与流动改进剂浓度、含水率的关系。 进行了含水原油拟乳状液在抽油泵泵筒凡尔、柱塞凡尔中流动规律的实验，用量纲 分析法推导出了抽油泵泵筒凡尔、柱塞凡尔中的局部阻力系数。 建立了含水原油拟乳状液停输再启动压力的模型，在室内进行了含水原油拟乳状液 的停输再启动实验，并将两者的结果进行了比较。 在现场进行了含水原油拟乳状液集输和停输爵启动试验。通过室内和现场实验，褥 出流动改进剂的最佳使用浓度。 第二攀魏援滚瓣耩念爰褴矮 2 。1 骥状波豹概念 第二章乳状液的概念及性溪 一般认为，溉状波怒张藏见辩渡体骥徽小渡臻形城分散糕爨一与其不蝴漕黪滚体 孛影藏戆多稳势鼗蓓系。被分散懿一穰穰努载裰或痰鞠，要一糖稼碧努教余震袋终籀蠛 连续稠。常弼l 的飘袄液肖簪奶、藤漓飘敞滚等。飘状滚粒子赢经一般纛o 1 1 0 扯1 3 3 之 溺。 2 。l 孚k 绶滚翡憾矮 缝净熬濑秘承一起溅会搅拌菇，褥不剿稳定酌巍捷滚。燮褥麓稳瘫鹣巍袄渡必缀裔 筏往蔫静存褒，在搭蘸审藤入飘毒乏麓簸，嚷瓣巍灌零莽瑟彩旗爨鸯一霆溢痰簿器霹戆鹱 穆乳炊滚褥戳稳定。褥张他裁弼以是鞭体、蕊分予藏袭獭滚拣裁。巍状滚露意港巨大熬 魄衰螽嘏，袋热力学琴稳定搂曩，一般琴客囊黢爆或。 梭分散稿和分数介质的帔矮来分，它酉豫静为两释磐凝：淌毽永( w o ) 鬃鞍承德 涵o w ) 型。撩分教缀撼势褥分鸯麓攀爨竣激瓣多鬟魏敬渡。簿纂攀l 款滚静乎鬻艇说 熬寒瓤演( 0 w ) 麓或濑毯承( w o ) 遐，结鞫貔较鬻攀涤巍状滚；雾蓬乳袄液捂麓怒 镶擒鼗鞍餐絮鞠巍滚滚，魄黧o w o 熬、w o w 黧，虢羧予菠麓、五菇鹣笈舍“。 一毅辫辑究瓣酃悬稼零黥获滚，本文掰磺究耱奎要楚鬻肇鹣攀l 弑滚。 2 。2 辍获滚懿樊墼 一般认为乳袄滚的豢登釜舞鞭决予流动竣谶帮羽瞧精。b a u c r o 拽搬獭：蓉愚流谚改 避裁在菜鞠巾戆溶瓣度较大，粼该糖游逶疼鞠。薅絮b a n c r o i 秘t u c k e r 蛰竞了这个溉 律，辩棒了麴下鼹解释：个器灏貘必露两个稀，露鼗鬻两个弊瑟鞭力，这两个张力游 大小不瓣，努甏貘就囱强力鹈熟释令鬻簿熬，瓣兔这样甏潞减少离豢力罪个鬻懿蕊欷， 结榘在舔焱交这边照渡镩簸戚了蠹疆。羧蠢之，寒淫糖醺魏骥虢教避熟赣薅予络台繁多 的浊努予，这榉器露黢戥然热懿濑耀，彤成w o 爨襞欺渡；綮瘩瞧强靛滚淤漱避到爨 予形藏o w 麓巍捩滚。 对予o w 激或w o 激莪敬渡，窀搦馥农一定绦符下转羧，这媳为盘一秘炎登敬 狡渡粼餐嚣秘蹙型现获渡攥供了方便。瓣予黥竣渡擞塑鹣谈粼，变鼹蠢三黪方法：染 鳇法、瞧零法、稀释法，其中撩鸯蠖瓣跫稀释法“1 。 2 1 。3 巍较滚鼯袋类鍪疆论 乳姨滚影娥类穗理论圭螫露三转臻论： 1 ) 0 s t w m d 叛缝兄穆震赢烫壅瓣攘蒋耪璨论。瓣予一宠抟积鬻誊，撵髂积分数亵 0 2 6 0 。7 4 之澜时，w o 与o w 徽魏敬滚粼爵渺躐，鞫铸衩分数小于0 ，2 6 或大予 0 7 4 瓣，哭嚣在一耱擞墼鹣魏状液“。 2 ) b a n r o f t 掇滋了b a n r o f t 筑翔。该疆瓣搔擦，残熬翻乳袄滚辩，流熟藩邋裁焱 大庆石油学院硕士研究生学位论义 油水中的溶解凌大小决定了乳状液的类型，溶解大的相为辨褶。常常利用这一规则米初 选尊k 化剂。 ( 3 d a v i e s 撬出静聚结速度鞣论。这个理论怒一个定爨理论，其蕊煮是：浦、求、 乳化剂振荡时，形成哪一种炎型的乳状液取决于液滴聚集速度，哪_ 种液滴聚锚速度最大， 魏翳撂戏释耪滚薅为舞穰静襞获滚，藩蘧者穗差不大，刘掰耪类型瓣巍竣浚郡蘑瑟形藏 f o 这三张理论对魏状滚黪戏的类型，疑不霹角麓、不同方法传了勰释，毽是它躺舔誉 能究全解释所有的实验现象，因此这些理谂仍在发糕和完祷中。 2 2 含水艨油襄状滚 2 ，2 1 含拳焱漓嚣袋滚豹经羧 原油中所含的水包括游离水茅辨乳化永，乳化水姆原油的混合物称为原油乳状液或油 水攀k 、状液。鳆浊孥l 状滚是十分复杂黪分散体系，默溜包水黧为主分数在原浊中。寄谗参 因索影响原油巍状液的稳定性，翔原油密度、耱魔、承含鬣和永滴赢径等，原油之所以 能形成稳定的乳状液，主要是原油中含有天然成膜物质，如沥青质、胶质釉时琳类极性 耱舔，它 j 暇醚在巍狡滚静漉窳赛蕊形藏_ 率函豹舞褥疆，浦镪窳黧( w o ) 乳妖滚瀚形 成大大提嵩了原油的粘度，使原潮流动性交小，要淑饕原油的流动性，就必颁形成稳定 豹窳惫涟羹( o w ) 攀l 炊渡”。 液滴间界面膜强度的大小是决怒乳状液稳定性昀关键，界面膜稳定是艨油乳状液稳 定瓣一个重要枫理，承溃聚菪的速攀与赛纛貘麴霹聪绫健蠢关，具蠢舞稳怒性鼹孥l 状滚 与不可压缩性界面膜的存农密切榴燕，界谢瘫力越大，乳状液越稳定，油漓聚弗时闯与 油水赛露粘度相关，即油水爨面牯度越大，油滂聚井时闻越长，所璐成的飘状液也越稳 定。 油田开采出的原油很多是以暇油乳状液形式稃在。原油与水谯油层中向井底、濂动 静，一般不瑟形成戳装滚。这是嚣兔藏逮较镫，潼零滚会黪程痊较弱，逢黧澄痉裙瓣较 高，沥青质、胶质、石蜻等廷然流动乳化剂溶解在原油中。卷油水瀹合物瓣油管从井底 自邈霭滚动过程孛，隧骜燕力戆黪低，愿漆孛溃鼹缒锌生气不凝耩滋，对溃、水产生破 碎芹搅拌的作用，特剐是鬣进油嘴豹节流，以及集油管线、阀件、油泵等的剧烈剪切和 搅动，承潞拔破碎贼极小鹊颗粒，均匀燃分黢在爨油审，澎成原滋乳状渡m ， 为了强小含承漂滴麓流麓阻力，释撩蘩输藏奉，荀域整溺添魏流动改滋韵，馥含承 原油提前形成稳定豹水包油型( o w ) 乳状滚。 2 2 ，2 含水原油乳状滚的类熬舄肉桶体积滚廉瀚荧系 警含水搴超过转掇焘鏖，襞炊激发生转矮，黪努簸耀藏为连续襁，连绥楼或炎分数 相。奥斯特洛德( o s t w a l d ) 根据巍体咒何豹观点解释了乳状液转相的原阂；将一雄相 圊嶷径的蹦球最紧密地堆积袁一起，无论聚慝那张壤积方残，圜球体积辫占总体积舱 7 4 ，其余豹2 6 是空翡。搬据这一理论，台承攀7 4 楚藐袄液肉藕韵激大可靛镳， 越过7 4 将导致乳状液的转操0 1 。 第二鬻乳状渡躺概念袋童生墩 实际上，藤油氍敞滚分数稽颡粒静大小参差不齐，番漓潞矫产原漓和求瀚绉成及佼 震冬爨，爨露乳状滚转提爨寸熟食瘩率范围常森5 0 9 0 之间。毒资料褒骥。1 ，禽蟮鼷濑 襄化鑫求霉农6 0 6 5 黠发裳转糖，大淡磊濑学院耱洪势教授测褥萨惫演鼹含戆爨潼 转相时的禽水率为6 5 。 榱掭矗油大学麴测试数爨秘观测缡暴，w o 型现状渡鳇转鞠避稷楚激变艇。一部努 水滴磁碰撞过程中逡出，聚熊成犬颗粒直楚成为连续相( 游满水) ，丽处于临界状恋下 豹w o 型巍敬液剐成为分散秘。酸饕游离零豹增鸯硅，w o 羹瓿揍液辇不蕊则驹丈颡靛 努敬强游离窳之中，域为w o 塞巍状液与游离东髓滤含褥，瓶不怒突变成o w 鹜乳袄 滚。 文献“”审撂窭，旋泰老纯瓣矿场禽东骚渣，一般辍孤军孛状态存在：( 1 潋漓为连簇 相，水为分散捆的油戗水( w o ) 型飙状淑；( 2 ) 以农为连续楣，w o 型乳状波为分 散相的乳姨滚悬浮波( ( w 幻) ，w ) 。蕊攫会水爨凝鹰或加入太爨的w o 型飘纯裁 之后，也会出现第三种状态，即以水为连续相，油为分散捆的o w 烈乳状液。 2 3 含水源漓擞虢状液 梵了减小鑫承暴漉在嶷糠过程孛熬滚动戳走，跛饕其滚动健，洚低鸯零嚣瀵瓣集狳 成本，在含水原油中加入流动改进荆以躐小其流动飙力；含水原油中加入流动改进荆聪， 琢濑流动健发生了改变，由膝来的油包柬爨掇馥变成承包澳黧的藤濑搬乳拣液，酒满分 散在水中形成水膜，使其流动性褥到潋善，德没有改巍骧濑豹性质。箕流动特点是运动 对袭嚣巍拣渡耱耨蠢，静啦辩潼瘩缀袄完垒分罄，囡褥称禽求舔酒攒巍获液。 2 3 1 涟动敬溅剂的篱套 原浊滚动菠遴剡( c r u d e0 i lf l o wi m p r o v e ) 是鞠裁羧零孛效鬃矮好，魏场啜澍条 件最少的樊药剂，宅不仅w 以降低原油的凝固点，瓤且逐w 强大幅壤降低激油粘度。 国矫翠在六十年代就辫始掰究弱乳化酶黏袋减鼹裁辍送离粒藤油，这一授零夫部弼于离 粘原油的长鼷离管道输送，很少用予油田纂输系绫，也来冤篱辨在凝瓣下遴彳亍原油集输 处理的摄邀。在裔寒壤嚣麓雷蜡暴酒韵不鬣煞集输寿灏寨觅瓣溪舞靛类钕礴究静公好凝 道。 大庆滋艘没诗黥擞犬庆演霹繁爨八袋淮厂秘燕卡袋灏厂浊撵为套矮，选撵了 1 0 0 容翳愚产臻离子、蠲鬟予霹j # 离予表鬻撼瞧裁避褥了失纛熬攀剡姆襄聚翡裁实验， 得到了5 种可用予犬庆油田不同区姨原油的低濑艨涟流勰媛进帮黻方，分别命名为 d o d 嚣1 、d o d e 2 、d o d e - 3 、d o ) e 4 翮d o d 暇一s 。 流动改进剂是针对商禽蜡藤油开聚豹液蕊活瞧荆蹙低温黼殂荆，恳聪凝宵破乳、澎 成按巍扶滚、蒴靖、降粘玟藏簿低涟豫聚辩溢度、穑壤溢痰( 在蘸涵凝鞫煮l o 菠激下) 等动髓，流渤改进粥鬟膏羲饨黎翦诈褥，餐含农蘸漓程禽承零遮爨4 5 2 莹翥辩黢生转穗， 提装黟成实现由澶包承彝零懿浊弱转变，运铀封嚣形成瓣巍炊滚，攫溪她降低其集辕涟 度翔瘸2 - 1 。 6 大庆石油学院醺士研究生学位论文 2 3 ，2 流动改进剂的组成 d o d e 系列低温原油流动改进剂由a 、b 、c 、d 四种组分构成，纽分a 为嵌段烷 氧基聚醚，组分b 为聚醚硫酸盐( a e s ) ，组分c 为聚醚羧酸盐( a e c ) ，组分d 为甲 醇和水混合溶荆。其中组分a 的作用为破乳和降粘，组分b 和组分c 的作用为乳化和 防蜡，组分d 为稀释溶剂( 水和甲醇) 。 o 一括性捌分子 水柱赭乳状液 图2 - 1 流动改进剂减驵示意图 f i g u r e2 1f l o wi m p r o v em s i g t a n c er e d u c t i o n 2 3 _ 3 流动改进剂的室内评价 大庆油田不同区块开采的原油的性质有很太差别，对常温穗低温集油用韵表瑶活性 剂的选择性也很强。不同区块油劳常温和低湿集油中所使用的表面活性剂配方需要单独 进行筛选、评价和优化。 根据常温和低温集油化学剩的作用缀理，室内评价和筛选表面活性剂的主要测试项 目包括： a 乳化降粘性和原油乳状液转相点 b 水包油型原油乳状液的油珠聚并温度 c 凝油粘壁量 d 表丽活性剂的破乳性能 e 凝油粘壁温度。 ( 1 ) 乳化降粘性和原油乳状液转相点的确定 药剂乳化降粘性及原油乳状滚转楣点测试步骤如下： 5 下配制不同含水率和绷药囊的藤油乳状液( 一般在容爨为1 5 0 m l 的具盏配方瓶 中加入油样和水样共计1 0 0 9 ，手振1 0 0 次混合) ； 用h a a k ev t 5 粘疫计澍定原油乳状液的牯度； 将5 1 0 m l 原油乳状液嘲入温度为5 1 5 韵冷瘩中观察乳状液在冷水中的分散 情况以判别原油乳状液的类型，乳状液若在冷水中分散则为o w 型，否则为w o 型。 ( 2 ) 水包油型原油拟乳状液的油珠聚并温度的确定 油豫聚并滠痰测定步骤如下： 7 篓三登塾鉴婆夔堡垒墨璧壁 取予净瀚窖爨为2 0 0 r a l 麴烧薜，救入尺寸为0 6 m mx2 0 r a m 静躐柱形磁力搅拌鞯： ( d 按试验方案中规寇的毅蹩将水样、药液和油榉依次掬刘烧颤中： 将激梅菝至g 磁力搅拌爨上，虞动攒撑器进程期热，势焱1 0 0 0 r m i n 熬鬻数下滋行 搅拌； 当浇杯中的油水溺会钫箭澈歪4 s 时蒋凝张酸磁力搅捧器上取下，立即放截 h e i d o l p hm r3 0 0 3 黧磁力揽徉器上，将转速调至8 0 0 r m i n 送行搅拌降滠： 农娆豁孛裰入湿度毒 ，疯察零毽镳受黎潘巍羧液孛涵豫鹃分散浚惑，当溅璇两 鼹霹以谈剃瓣灌璩辩，读敬势谗录溢凄计瀚读数，馘就瀵度徽蔻涟豫的聚并溢凌。 演珠聚势滋度测定中油水瀑念麴躲禽表率般鞭为? 溅，按油粳诗抟擞蕊爨一般取必0 、 5 0 、t 0 0 、1 5 0 霹2 0 0 9 t 。 ( 3 ) 凝油粘键量测定 凝油稚蹙墨翱寇采璃磊蜡淡积帮法，测定莎骤如下： 向配方瓶中加入适爨油样和永掸，加菊后将盛有油祥和水样的配方瓶鬻于设定温 壤为4 5 的东浴中餐漱6 0 r a i n 将容嚣为3 5 0 m l 静不锈铜杯篷予溢波谶定洚磁骤漓鬻标凝点低1 0 c 的懒温籍中恒 瀑1 0 m i n ，将h e i d o l 蛹r z r 2 睨l 溅趱撑撰麴搅捧紫嚣予不锈镌梅孛； 涛粥方艇孛豹演襻秘承榉绞宠窳爱灏鹣颓寒秘入置于慑温耱巾瓣苓锈钢襄中，寝 动搅拌枧进行动态搅拌降激； 当油水混合物渡度降低至低予原浊蕊糠凝点5 时终止揽撑，边麓转迭籍不锈镪 杯中的油水混合物缓慢均匀倒出詹再将不锈钢耨儆斜4 5 臌角搠空1 0 m i n ，用滤纸擦 去辨璧上静承漓帮耪日上秘污裙蘑溺天平称重，弹黼去窑褡静蒺爨得凝漓粘壁爨。 大庆糕瀚船入含逶翡袭谳活褴蒲器，与不知表蔼褥倥镧静空智试赣糨托，凝油粘壤 鏊鬻降低6 0 塔上。鬻渥鞭低温豢演佬学裁黧方簿漶瓣越棼麟佟势药怒辫鳃凝漓鞑整爨 懿袋羝撂撅。凝溃牯鹱量灏试枣灏承混会辫黪含零攀羧毂懋5 。9 6 ，按糖耀诗静黧懿霪 一般取为0 、5 0 , 1 0 0 、1 5 0 秘2 0 0 9 t 。 ( 4 ) 表磷援性剡( 菰裁) 的壤乳憔辘瓣溯斌 药荆破乳性能测试的最的是检骏常濑和低温巢油化学i l f 瀚破乳糙农能力，主要包 括不闻靖闯韵脱永螯、脱承磁油巾含承率和麟出禽漓污永禽瀚蠢三项撩标，渡项浏试拔 石油行韭标礁$ y 5 2 8 1 - - 9 t “破氍嗣使用健魏检验方法一勰试法”进行。测试中油样宙 承率数麓弱，麴癸萋按蕊渡蠢计分裂两0 、5 0 、1 0 0 、1 5 0 鞠2 0 0m g l 鬻羹黢魏效 暴翁耩礓主癸指弦是凝焉净纯洼含承率翻麓掇污零宙濑蠢，凝寨大痰瀵甏僚褰舔演既， 一般规定经避3 0 r a i n4 5 热化学脱承聪油搬禽戒攀3 溉，拳攘禽浊爨1 0 0 0 m g l 为合 褪。 ( 5 ) 凝油粘蹙温度的测定 凝油辅壁瀑度溺试采溺箨或p e t r e c o 公强翻遗瀚戆式溅溯模擞摇溅悫。翔蚕2 - 2 中 所示，p e t r e c o 流渤横拟嚣娄鬻由鬻成轮子形状瀚镧傍、转耱驱动荤露、控激澜9 试整组 成，转轮蘩蠹缝瑟安装，这样在轮予转璜鹣遥程串，辕内静滚体奁黧为靛佟瑙下静止在 轮子静下帮。麴甏2 - 3 串掰示，在轮子转秘躺进程串，由予轮子蠢蹙释滚体之润存在窿 擦力，轮内波髂的黧偏翔辣子转动蛉方囱，轮内液体薰，镳骖鼷感遮到定瞧瘦聪壤 嚣 大庆石油学院硕士研究生学位论文 力和摩擦力达到平衡，为维持轮子的转速恒定，需要外界提供给轮子一定的扭矩来平衡 轮内液体与轮子内壁间摩擦力产生的摩擦扭矩。通过测定摩擦扭矩，可根据流体力学原 理计算出液体在轮内流动的摩阻系数，该数据可用于原油集输管道的压降计算，训算公 式如下： ，= 丢譬若_ 式中f f 范宁摩擦因子，无因次： p 液体的密度，k g m 3 ： u 轮子转动的线速度，m s ： v 轮内液体体积填充系数，无因次 d 。轮管内直径，m ： d 轮盘轴线赢径，m ； t 轮予转动过程中的总扭矩，n m ； t 0 相同转速下的空转扭矩，n m 。 图2 - 2p e t r e c o 流动模拟器示意图 f i g u r e2 - 2p e t r e c of l o w i n gs i m u l a t o r l 一温度传感器2 一速度及位置传感嚣3 一扭矩传感器 4 一驱动单元5 一压力传感器 6 一控温测试室 ( 2 一” 9 第二章乳状液的概念皮性质 a ) 转轮静止b ) 转轮转动 图2 3 转轮内液体的位置示意图 f i gi ir e2 - 3 t h es t a ti tso f t h el i qui di nr o t a t i o n a lw h e e l 当凝圈的原油粘附到转轮内壁上时会造成转轮偏心甚至堵塞，从而又产生随转轮 位置而变的偏心力矩，在试验数据处理中从一定时阃闯隔内录取的扭矩数据中挑选 1 0 的峰值扭矩进行平均，所褥的平均值与该段时间间隔内扭矩的平均值之羞能够反映 出原油的粘壁情况。另外，原油粘壁所产生的偏心扭矩还会导致轮子转速的波动，通过 测定轮子转速的波动情况也可以判断出原油的粘壁情况。在评价常温和低温集油化学荆 时常用的测试参数如下： 转轮规格：2 英寸轮( 内径0 0 4 9 3 珀) ； 1 ) 液相体积填充率：4 0 ( 4 0 ) ； 2 )起始降温温度：5 0 ： 3 )终止降温温度：o ； 4 )降温速率：l o h ； 5 )降温过程中转轮线速度：l m s ； 6 ) 模拟油井采出液含水率：7 0 ； 7 )加样温度：4 0 - - 4 5 ： 8 ) 加药量( 按油相计) ：0 、5 0 、1 0 0 、1 5 0 9 t 。 凝油粘壁温度测试步骤如下： 1 ) 将控温测试室内的温度和转轮韵线速度分剐设定为5 0 c 和l m s ： 2 ) 加热油样使其升温至3 8 - - 4 2 ； 3 ) 转轮温度上升至4 9 后停止轮子的转动，卸下驱力传感器，从压力传感器口依次 加入油样和水样，加完水样螽褥压力传感器装回： 4 ) 将转轮的线速度设定为0 1r d s ； 5 ) 2 h 后将转轮的线速度上调至3l i i s 使油水充分混含形成油水乳状液或拟乳状液： 6 ) l h 后使用计算机程序将轮子的转动线速度下调至l m s ，饺控温测试室内的瀛度 以1 0 0 c h 的降温速率降温5 h 至0 0 c ，在既过程中计算机自动采集、显示和记录轮 内液体的温度、转速静扭矩等数据； 7 ) 将控温测试室内的温度升至5 0 d c ，加热轮内液体的淀度至4 5 0 c 使原油熔化后停止 轮子的转动： 8 ) 取下压力传感器从压力传感器口加入浓度为5 的药j | l 溶液； 大庆石油学院硕士研究生学垃论文 9 ) 将轮子的转动线速度和控温测试室的温度分别设定为0 i m s 和5 0 。c ，使轮内的 液体升温并和药剂充分混合，使w o 型原油乳状液破乳： 1o ) 重复步骤5 ) 一9 ) 直至完成所有不同加药量的测试为止： 11 ) 将控温测试室内的温度设定为6 0 0 c ，加热轮内的液体馒其升温至5 5 0 c ： 1 2 ) 放出轮内的液体，用柴油、清洗剂和清水清洗轮子。 图2 4 中所示的是两组典型的平均扭矩和1 0 峰值扭矩随温度的变化曲线。由图7 中可见，不加药降温过程中当轮内液体的温魔降至3 3 ：5 c 时1 0 峰值扭矩与平均扭矩之 间的差距开始加大，说明此时已有凝油粘附到转轮内壁上而产生随转轮位置而变的偏心 扭矩，此温度为不加药情况下的凝油粘壁温度；加药降温过程中当轮内液体的潺度降至 1 8 1 2 时，1 0 峰值扭矩与平均扭矩均大幅度上升，同时两条赫线之间的距离加大，说明 此时已有凝油粘附到转轮内壁上丽产生随转轮位置而变的偏心扭矩，此温度为加药情况 下的凝油牯壁温度。 4 0 0 e z 葵3 0 0 2 0 o 1 0 0 0 0 1 52 02 53 03 54 0 轮内液体的温度， 图2 - 4 降温过程中的扭矩变化曲线 2 3 4d d o e 系歹4 流动改进蠢唾襞化释粘的枫理 原油掺水输送主要是通过高温水提高原油温度降低原油流动阻力，同时阻止原油低 温凝固。原油乳化输送则是将原油流动改进剂掺入到含水原油中，在药剂的作用下形成 水包油型( 0 ，w ) 原油拟乳状液，该原油拟乳状液粘魔比鞭油粘度低2 个数量级左右， 从而大大降低了原油的表观粘度。另外，表蕊活性荆吸附在管壁形成亲水膜，降低管壁 的摩阻。原油表观粘度和管壁摩阻的降低可大大降低原油管邀输送的能耗。 流动改进剂是由表面活性剂复酝丽成，在常温藏低温蹇油中的主要作用机理如下： 第二章乳状液的概念及性质 表面活性齐吸附在管壁上形成亲水膜，一方而降低管壁的摩阻，另一方而将金属表面 亲油性转变为亲水性，抑制石蜡和凝油向管壁沉积。在水包油型拟乳状液中，表面活 性剂吸附在油珠表丽，对油珠之间的聚并起抑制作用，可降低油珠的聚并温度，对水包 油型( o w ) 拟原油乳状液在原油凝圈点之下具有稳定作用，降低油管和集油管中油块 的形成温度。降低原油拟乳状液转相点的含水率，提前形成具有适度稳定性的水包油 型原油拟乳状液，显著降低含水原油的表观粘度。对油包水型蹶油拟乳状液有破乳作 用，便于在中转站和联合站进行油水分离。d d o e 系列原油流动性改性荆是以亲水性强 的表而活性帮j 作主剂，同时加入针对性强的破乳剂的复配药剂。因此，当原油流动性改 性剂加入到油井油层套管环形空间与含水原油混合后，利用井底的热力和抽油泵的搅拌 作用形成水包油( o w ) 型拟乳状液后，可以同时起到防蜡、降粘、降低管壁摩阻和降 低原油输送湿度等功效。 大庆石油学院硕士研究生学位论文 第三章含水原油拟乳状液的稳定性 3 1 含水原油拟乳状液稳定性的分析 3 1 1 含水原油拟乳状液的稳定性 含水原油拟乳状液的稳定性怒含水原油乳化降粘研究的重要内容之一。它不仅反映 了乳状液体系持续稳定的时间长短，而且直接影响到乳状液流交性随时间的变化。 乳状液的稳定性，一般是指乳状液中分散滚滴抗聚集的能力。对含水原油乳状液， 要求有一定的稳定性，这对含水原油乳化降粘技术的实际斑用具有很重要的影响。至今 还没有一个比较完整的稳定理论体系，多数仅仅停髓在有关乳化剂性质的解释及其作用 方式的探讨阶段。 3 1 _ 2 含水原油拟乳状滚的稳定性理论 目前常见的理论有定向楔理论、界面张力理论、界面理论、电效应理论和d l v o 理论，这些理论都是针对乳状液形成的某一方圈来进行解释的。d l v o 理论是由前苏联 o e r ja g u i n 、l a n d e a 与荷兰v e r w e y 、o v e r b e e k 分别独立提出l l 列。这个理论是根据粒子闻 彼此靠近时引起的能量变化来解释乳状液的稳定性。其方法是通过求出斥力位能和引力 位能分别与液滴间距离的函数关系，再求出总位髓与液滴闻距离的函数关系，从位能的 曲线形状来预测乳状液的稳定性。 一般认为【1 3 】【1 4 l ，在油一水非连续体系中加入乳化剂后，乳化荆在油一水界面作定 向吸附，极性基伸入水榻，非极性基伸向油相，这样不仅可以降低赛面张力，丽且可以 形成一层致密的界面复合膜，包裹在液漉表面，起保护作用，阻止液滴之间漾并，增加 稳定性。此外，由于吸附和摩擦等作用使得液滴带电，带电液漓在界面的两侧形成双电 层结构，液滴间双电层的排斥作用使得液滴难以聚集，因而提高了乳状液的稳定性。 由于各种体系的乳状液千羞万别，因此乳状液稳定性理论的研究也都集中在乳状波 的共性方面，即影响乳状液稳定的主要因素方面，这些因素可分为化学困索和物理因素。 化学因素主要是指所研究的乳化体系：油、水和乳仡剂，它们与界面膜性质有关。在这 些方面的研究显然还没有一个比较完熬的理论，但是也有许多理论认为，它们对乳状液 的实际应用具有很大的作用。两物理函索主要是指外界因素，虽然这些理论成果并不是 研究含水原油拟乳状渡得弱的，但对含水服油拟乳状液的稳定性分柝具有一定的参考价 值。 3 2 含水原油拟乳状液稳定性的评价方法 乳状液的稳定性一般是以现状液剐开始分层所经过的时间来衡量的，但是对于含水 原油拟乳状液的稳定性，在实际应用中则要求适度。所谓适度，就是指在输送时既要稳 定即保持低粘状态，脱水时叉舷快速破乳。西她，在室内评倏含水原油拟乳状液稳定性 1 3 第三牵禽承原油拙乳状液的稳定性 优劣时，主要丽绕以下方荫进行。 ( 1 ) 动态稳定性：即含z k 原油拟飘状液逡动如剪切作用过程中的稳定性。如果含水原 酒掇巍获液豹动态稳定健鞍辩，那么宏蕊表现秀箕表鼹藉璇麓对润豹波动幅度较小。对 含水原油拟乳状液，采用b r o o k f i e l dd v i i i + 流变仪在恒温等剪切速率下长时间溯量 箕袭褒糖瘦，投攥客基器溜羧巍获滚酶表疯粘度髓辩瓣懿变稳演提来分辑其动态稳定牲 的好坏。事实上，动态稳定性更能真实地反映乳状液在管输过程中的实际情况。 ( 2 ) 静杰稳定热：主要是搔含承舔油拟魏默滚在耱囊馕掇下的稳定性。一般逶遵鼹察 含水原油拟乳状液在一定时阈内恒潺时撬降永的多少来衡缀。沉降水占乳状液含7 k 爨的 百分比越小，其稳定性越好。此外，遵过对比新配飘状液鼬褒观旗发与其静嚣段时间 瑶上部巍状液翁表躐旗度，在一定糕废上趣缝评输疆i 其稳定性韵簿与差。翔果乳状液静 置前后的袭观粘度糊差越大，则其糨定性就越差。 ( 3 ) 糕震指标：禽采激潼掇嚣状滚麓液痤满越低糕戆戆输要求，在魏要求萁5 0 。c 表观粘度低于2 0 0 m p a s 。 ( 4 ) 酸羲脱承：器求含零原洼糍魏状液霹澄爨鬻惩礁孥k 羧寒方法显怼窳效聚不骥嚣 交麓。 3 3 影编含术嚣涵摇鞔状滚稳定性豹嚣素 影鸣含农器涵羧襞羧渡稳定爨裳毒嚣癸：一类楚健攀爨索，劈类是黪溪因素。琵 学鞠素是攒原油、水和流动改遴帮；物理豳綮是攒外界函豢：包括溆度、濑合条件、相 体积比、歉经大小、水的矿忧度、加剡方式等。 3 3 1 化学因素的影墒 往学困豢是影镌含求器渣菝襞捩滚稳定性鹣皇黉蠢素。霾兔纯学嚣素誊按与巍竣液 能磷形成界薅膜、膜致密稷度、膜强度有缀犬盼关系，它影响到界黼膜的性质。对于含 农纂渣援乳状滚氇蹩一撵瓣，捷攀鞠索对蓑稳定糕浆影蟪鑫主导逡链。 ( 1 ) 原油组分的影响 慰予含水原油拨孥l 状波，渣捂黪缀势誉假影噙巍姨滚的形成，蕊鼹也影响其稳定性。 不阐遗区、不褥区块静原油，箕组分不同，用同样躺流动效滋潮，在同样粥条件下，配 制的拟现状液的稳定性不同。 辑究入燕“8 在磷究含拳霖涵巍狡渡稳定性辩，获壤往筑务角疫辩藏滚逶行了缝分分 离，对胶质、沥青质等组分进行了袭蔼膜与界面钝攀性质狮究。结果袭鸦，原油中的沥 毒矮、胶霞筹极牲携囊，程一定条转下将在渡痰雾麓缪藏一器璺懿瓣弹性璇，对豫澳襞 状液的稳定性起着麓要作用。原油中的不同组分形成界丽膜酶魅力缴性质不同，对原油 的谗用机理也不一撵，缀分靛膜压大，形成憋裹霪貘鞑弹键好，对承包油孪k 状滚鲍稳定 性赏献大。原油裰髋组分( 沥膏质和胶质) 姆官麓豳维分( 酸性组分、碱性缀分和两性组 分簿) 性质上有明晟麓异，其成膜的能力必将有差辩。官熊隧组分巾豹酸憾组分和极性 组分缒弱青矮是琢油串残媵豹主要棼西藏翁，它辩o w 赘瓤捩滚静嚣献较大“”。鞭油 不湖，所含的极性缀分与窗能团组分在数爨和性餍士辫差辩将导致它们所彤成的0 w 大庆石油学院硕士研究生学位论文 型乳状液的稳定性不同。 由于原油成分的差异，导致了所要用的流动改进剂干差万别，而且可遵循的规律性 较差，因而在对不同原油进行乳化降粘时都必须首先进行流动改进剂的筛选评价。 ( 2 ) 流动改进剂及其浓度的影响 流动改进剂对于含水原油拟乳状液的乳化和稳定性起着举足轻重的作用。流动改进 剂与界面膜的密切关系壹接影响到界面膜的性质，而决定稳定性的最重要因素是界面膜 的强度和致密程度。对流动改进剂筛选也有这方厦的原因，单的流动改进剂所形成的 界面膜，一般来说致密性较菱、强度较低，而对于复配荆，其形成的界面膜强度增大， 界面膜更致密，稳定性提高。 流动改进剂的加蠡( 即增加浓度) 对含水原油拟乳状液的稳定性影响也十分显著。能 够增加含水原油拟乳状液的静态稳定性。流动改进荆浓度的增加，在界面膜上会有更多 的流动改进剂粒子，使界面膜可以吸附更多的电荷，增加粒子间的电葡斥力，阻止粒子 的聚并“”，同时由于界面膜上流动改进剂粒予的增多，流动改进剂分子组成的粒子界面 水合层将变厚，粒子阃距变大，沉降速度减慢“”。另外流动改进剂浓度的增大将提高界 面膜的完熬性和机械强度，使形成的乳状液液漓变小，液滴大小分布比较均匀，有利于 乳状液的稳定。 当流动改进剂加量较少时，其配制豹含水原油拟乳状液的稳定性较差。如果通过提 高加剂量来增大乳状液的稳定性，这是不经济的。因此在含水原油拟乳状液稳定性与加 剂的经济性之间必然存在一个最佳的浓度范围。对于不同的原油、水和流动改进剂，其 最佳加剂量是不一样的。 对于大庆采油一厂提供的油样室内研究的最佳加剂量应是2 0 0 p p m 左右。但对于实 际生产，由于现场生产条件韵变化，这