流动改进剂对水油管线集输管路流动的影响

流动改进剂对水油管线集输管路流动的影响

中国大部分油田的原油含有大量水分。在收集和输送过程中，油和乳液的混合乳液被输送。随着含水量的变化，表观粘度显示出规律性的变化。表观黏度的增大直接导致集输管道中能量损失增高,集输成本增加。因此,许多油田在集输过程中采用了添加流动改进剂的方法来降低含水原油黏度,降低输送能量损耗,降低输油成本。王鸿赝、秦积舜等研究了含水原油黏度随着含水率的变化呈现出的变化规律。Svetgoff和Clark研究了原油化学乳化的方法及机理,王小兵等研究了添加流动改进剂后的含水原油在井筒中的流动规律。对添加流动改进剂后含水原油流变性研究还未见报道。在集输管道中加入流动改进剂可降低原油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(O/W)原油乳状液或拟乳状液,显著降低含水原油的表观黏度。本文主要研究了乳状液的表观黏度与含水率之间的关系以及添加流动改进剂后表观黏度与含水率之间关系的变化,建立了发生转相时的含水率与流动改进剂浓度之间的数学模型。1管道改进实验油样由大庆采油一厂提供,未加任何药剂。DODE系列流动改进剂为大庆油田设计院研制产品,由多种阴离子、阳离子和非离子表面活性剂复配而成。实验工作在大庆石油学院特殊实验室的模拟管道实验装置上进行(见图1)。实验管道上有20m的水平实验段,稳定段足够长,且有透明的观察段。由螺杆泵供液,采用上海光华仪表公司的LDY-S一体型电磁流量计计量流量,加拿大塞尔瑟斯仪表科技有限公司的V4差压变送器测压差,水银温度计测量温度,计算机采集流量和压差数据。配制含水率由小至大改变(30%、40%、50%、60%、70%、90%)的含水原油,对于每一个固定含水率原油,配制含不同量(0、150、200、250mg/L)流动改进剂DODE的拟乳状液,在36℃下进行管道流动实验;改变流量(约15个不同流量),用计算机采集每个流量下压差、流量、时间、温度、管长、管径这6个参数值,计算出剪切速率与表观黏度值。2结果与分析2.1含水水分、含水水分、含水率原油表观黏度的变化含水原油是非牛顿流体,图2(a)和(b)所示表观黏度变化表明,在相同的剪切速率下,加入DODE系列流动改进剂的含水原油表观黏度下降,并且流动改进剂的加量越大,同一含水率的含水原油表观黏度降低越快。含水原油的表观黏度也取决于原油的含水率,未加流动改进剂的含水原油的表观黏度先随含水率的增大而急剧上升,达到转相点含水率时表观黏度最大,此后随着含水率的继续增加而急剧下降。2.2流动改进剂的影响流动改进剂是一种表面活性剂,在含水原油中的作用机理主要有两点:一是使原油分散在水中形成水包油型(O/W)原油乳状液或拟乳状液,从而大大降低原油的表观黏度;二是吸附在管壁上形成亲水膜,降低管壁的摩阻。在一定条件下,形成亲水膜和生成O/W型原油乳状液这两种机理有一种占主导地位,在混合条件好的情况下形成O/W型原油乳状液是主要的,而在混合条件差的情况下则管壁形成亲水膜是主要的。从图2(a)和(b)对比可以看出,加入流动改进剂可降低含水原油的转相点,使含水原油在较低含水率时提前形成稳定的水包油型(O/W)原油拟乳状液。转相点随流动改进剂加量的增大而降低,未加流动改进剂时转相含水率为50%～70%,流动改进剂加量增大到250mg/L时提前到了35%～45%。2.3流动改进剂加量的影响从图3(a)和(b)可以看出,在同一剪切速率下含水原油转相点随流动改进剂加量的增大而降低,当加入量在0～200mg/L范围内时,含水原油转相点随加量的增大显著降低。当加量大于200mg/L时,含水原油转相点随加量的增大下降缓慢,最后趋于直线。这是由于要使乳状液稳定就需要有足够量的流动改进剂分子吸附在油水界面上。流动改进剂加量较低时,在界面上吸附的分子少,界面膜中分子排列松散,乳状液不稳定,此时转相点含水率高。随着流动改进剂加量的增大,界面膜中分子越来越多,乳状液越来越稳定,转相点的含水率相应降低。当流动改进剂加量增加到界面上分子紧密排列,形成的界面膜具有一定的强度,足以阻碍液珠的聚并,并且管壁上形成了连续亲水膜,此时再增加流动改进剂的加量,转相点的含水率不再发生明显的变化。由图3(a)和(b)还得知在相同管径、相同流动改进剂加量下,转相点含水率随剪切速率的增大而升高,这是由于剪切速率的增大使乳状液内部结构遭到破坏,界面膜中吸附的流动改进剂分子变得较稳定。3含水率预测方程通过对实验数据进行分析,发现同一温度、同一剪切速率下的实验数据用S函数拟合时误差较小。因此建立加入不同量流动改进剂后转相点含水率预测方程:η=ηc0−ηc∞1+exp[(x−x0)/D]+ηc∞(1)η=ηc0-ηc∞1+exp[(x-x0)/D]+ηc∞(1)式中:ηc0—流动改进剂加量为0mg/L时的转相点含水率;ηc∞—转相点不随流动改进剂加量改变时的含水率;x0—在拟合曲线上当ηc=(ηc0+ηc∞)/2时的流动改进剂加量,mg/L;D=(ηc∞-ηc0)/4η′(x0)。4低、以低65%之间的逆差关系,造成减轻负担(1)加入流动改进剂后,含水原油转相点提前,转相点含水率值随流动改进剂加量的增大而降低,最后趋于35%～45%之间的某