CN110361295B - 一种w/o型含蜡原油乳状液屈服点确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种W/O型含蜡原油乳状液屈服点确定方法，包括：实验确定W/O型含蜡原油乳状液胶凝结构近似完全形成的时间；待胶凝结构充分形成后进行应力扫描实验，将实验数据整理出来，绘制成储能模量、损耗模量与应力的图，其储能模量与损耗模量相交点对应所对应的剪切应力为其屈服实验最小施加应力；以恒剪切应力加载模式和剪切应力线性增加的加载模式对胶凝结构进行剪切实验；计算出剪切速率每秒钟的变化率即剪切速率变化率；画出剪切速率变化率随时间的变化曲线，曲线中明显的拐点即为W/O型含蜡原油乳状液的屈服点。本发明可以准确获取含蜡原油乳状液的屈服应力和屈服时间，为原油‑水管道混合输送的可泵性和经济评价提供基础资料。

Description

一种W/O型含蜡原油乳状液屈服点确定方法

技术领域：

本发明涉及的是原油-水管道混合输送技术，具体涉及的是一种W/O型含蜡原油乳状液屈服点确定方法。

背景技术：

随着陆上油气资源的日渐减少，全球的油气开发正全面向深海发展，在海上油田集输管道中，油气水混输已经成为主要的运输方法之一。油水混合输送过程中，油水两相因湍流及各类剪切作用而形成乳状液，因为原油中含有界面活性物质，所以更易形成 W/O 型乳状液。原油乳状液胶凝体系的屈服特性是其管道输送可泵性和经济评价的基础资料。

目前广泛使用的原油屈服值的读取方法主要有两种：第一种是将应变显著增加的点确定为原油的屈服点。第二种是将应变速率快速上升段的切线与应变速率趋于平缓变化段的切线的交点所对应的数据点确定为屈服点。现有方法对于脱水含蜡原油的屈服点判定比较准确，对于胶凝含蜡原油的屈服行为发生在蜡晶结构的破坏过程中，而蜡晶的空间网状结构的破坏属于脆性断裂，所以，其急剧上升阶段明显，屈服点易于确定。但对于含蜡原油乳状液而言，由于分散相液滴的存在，分散相液滴的界面膜具有黏弹性，使其屈服过程延性增强，导致屈服点的无法准确确定，获取的屈服应力和屈服时间误差较大。因此为解决屈服过程的延性增强所导致的屈服点不容易读准的问题，迫切需要一种新的屈服点的确定方式。

发明内容：

本发明的目的是提供一种W/O型含蜡原油乳状液屈服点确定方法，该种W/O型含蜡原油乳状液屈服点确定方法用于解决含蜡原油乳状液屈服过程的延性增强所导致的屈服点不容易读准的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种W/O型含蜡原油乳状液屈服点确定方法包括如下步骤：

步骤一、将含蜡原油分成多份，进行预处理，得到基础油样，用于制备W/O型含蜡原油乳状液；

步骤二、称取4~8 mg基础油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cw；

步骤三、利用步骤一得到的基础油样制备W/O型含蜡原油乳状液，得到多份W/O型含蜡原油乳状液；

步骤四、将步骤三制备的W/O型含蜡原油乳状液，依据石油天然气行业标准SY/T0541-2009《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、对步骤三制备的W/O型含蜡原油乳状液在凝点温度下进行小应力振荡时间扫描实验，确定其胶凝结构近似完全形成的时间；具体的步骤为：将W/O型含蜡原油乳状液在原油的析蜡点以上温度装入流变仪的测量筒内，以 0.5℃/min 的速率静态降温至W/O型含蜡原油乳状液的凝点，然后以1Pa剪切应力、0.1Hz振荡频率进行时间扫描实验，实验结束后，将实验数据整理出来，绘制成储能模量与时间的图表，其储能模量和耗能模量近似不增加时，为胶凝结构形成时间；

步骤六、将步骤三制备的W/O型含蜡原油乳状液快速装入控应力流变仪的测量筒内，然后以0.5℃/min的速率静态降温至原油凝点附近的实验温度，在实验温度下恒温静置步骤五确定的胶凝结构形成时间，待胶凝结构充分形成后进行应力扫描实验，实验结束后，将实验数据整理出来，绘制成储能模量、损耗模量与应力的图，其储能模量与损耗模量相交点对应所对应的剪切应力为其屈服实验最小施加应力；

步骤七、将步骤三制备的W/O型含蜡原油乳状液快速装入流变仪的测量筒内，测量筒的温度提前预热至W/O型含蜡原油乳状液配制温度，然后以 0.5℃/min 的速率静态降温至凝点附近的实验温度，在实验温度下恒温静置步骤五确定的胶凝结构形成时间，然后以恒剪切应力加载模式和剪切应力线性增加的加载模式对胶凝结构进行剪切实验，恒定剪切应力加载模式其加载量大于步骤六确定的剪切应力，剪切应力线性增加满足下面关系式：

τ=K t 0≤t≤t₁

式中：K ——剪切应力变化率（在一个实验中为常数，结合实际工程，依据流体在实际工程如管道中剪切应力的变化情况而定）Pa/s；此实验采取的剪切应力变化率为0.25Pa/s；

t₁ ——剪切应力上升的时间，s；

步骤八、计算出步骤七得出的剪切速率每秒钟的变化率即剪切速率变化率；

步骤九、画出步骤八所得剪切速率变化率随时间的变化曲线，曲线中明显的拐点即为W/O型含蜡原油乳状液的屈服点。

上述方案步骤一中对含蜡原油进行预处理的方法：

将从生产现场采取原油试样置于密封的油桶中运到实验室后，原油充分搅拌，然后分装到适当的磨口瓶内密封保存作为组分相同的实验油样；然后将其放入水浴中，静置加热至80℃，并恒温2h，然后取出实验油样室温下静置，自然冷却，恒温环境下静置48h以上，得到基础油样。

上述方案中利用基础油样制备W/O型含蜡原油乳状液的方法：

a）搅拌架上固定好容积为250ml的烧瓶，并将其置于预热好的乳状液配制温度的恒温水域中，配制温度选择析蜡点以上温度；

b）将基础油样和水在与a）中所述配制温度相同的恒温水浴中静止加热30min ；

c）按体积含水率配比，分别量好基础油样的质量和水的体积后，立即倒入a）中所述的烧瓶中，然后，将搅拌桨置于被液体中央，开始搅拌；

d）将配制好的新鲜乳状液置于屈服实验测定的温控程序下静置，观察其稳定性；如果温控程序执行过程中出现破乳，则改变制备温度、搅拌时间、搅拌速度、加水方式，重复c），直至配制出实验条件下稳定的 W/O 型含蜡原油乳状液。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供一种原油乳状液屈服特性的实验方法和屈服点的确定方法，可以准确获取W/O型含蜡原油乳状液的屈服应力和屈服时间，为原油-水管道混合输送的可泵性和经济评价提供基础资料，同时丰富了原油流变学研究进展。

2、本发明解决W/O型含蜡原油乳状液的屈服应力和屈服时间传统实验方法获取误差过大问题，解决屈服过程的延性增强所导致的屈服点不容易读准的问题。

四、附图说明：

图1是现有技术中确定原油屈服点一种方法。

图2是现有技术中确定原油屈服点另一种方法。

图3 是本发明确定原油屈服点方法。

图4是W/O型含蜡原油乳状液储能模量与时间图。

图5 是W/O型含蜡原油乳状液储能模量与损耗模量图。

图6 是对比1-现有技术确定的原油屈服点。

图7 是对比2-现有技术确定的原油屈服点。

图8 是本发明确定的原油屈服点。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

实施例1

在应力线性增加加载条件下，在34℃的实验条件下W/O型含蜡原油乳状液的屈服点的确定方法，包括以下步骤：

1、含蜡原油实验样品的准备，即预处理，具体操作如下：

将从生产现场采取原油试样置于密封的油桶中运到实验室后，原油充分搅拌，然后分装到适当的磨口瓶内密封保存作为组分相同的实验油样；然后将其放入水浴中，静置加热至80℃，并恒温2h，然后取出实验油样室温下静置，自然冷却，存放在环境温度变化较小处静置48h以上，做为乳状液配制的基础油样。

2、含蜡原油析蜡特性测定，具体如下：

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，测得该油样的析蜡温度为36.66℃；再计算得到析蜡温度以下各温度的原油累积析蜡量cw为20.54%。

3、乳状液的配制温度选择析蜡点以上温度（50℃）。

4、W/O型含蜡原油乳状液的制备，具体操作如下：

a）搅拌架上固定好容积为250ml的烧瓶，并将其置于预热好的乳状液配制温度（50℃）的恒温水域中。

b）将预处理后密封的基础油样和水在与配制温度相同的恒温水浴中静止加热30min 后。

c）按体积含水率配比为40%时分别量好原油的质量（0.1kg）和水的体积（80ml）后，立即倒入a）的烧杯中，然后，搅拌桨置于被液体中央，开始搅拌。

d）将配制好的新鲜乳状液置于屈服实验测定的温控程序下静置，观察其稳定性。如果温控程序执行过程中出现破乳，则改变制备温度、搅拌强度（包括搅拌时间和搅拌速度）、加水方式重复上述步骤c），直至配制出实验条件下稳定的 W/O 型含蜡原油乳状液。该油样制备温度为50℃，搅拌速率为800 r/min，搅拌时间为20 min，加水时间分别为第0、7、14 min的实验条件下形成稳定的 W/O 型含蜡原油乳状液。

5、按照步骤4配制稳定新鲜的乳状液，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，测得该样品的凝点为33.3℃。

6、对原油乳状液在凝点温度下进行小应力振荡时间扫描实验，确定其胶凝结构近似完全形成的时间。具体的步骤为：将步骤4的新鲜乳状液在步骤3的温度（50℃）下装入流变仪的测量筒内，然后以 0.5℃/min 的速率静态降温至步骤5凝点温度（33.3℃）。然后以1Pa剪切应力、0.1Hz振荡频率进行时间扫描实验，其储能模量和耗能模量近似不增加时，为胶凝结构形成时间。实验结束后，将实验数据整理出来，绘制成储能模量与时间的图表，部分实验曲线如图4所示。经过数据处理可得：该油样乳状液的胶凝结构充分形成的时间为40min。对脱水原油进行时间扫描，因为乳状液的析蜡温度较脱水原油高，因此只要脱水原油析蜡可以达到基本稳定，乳状液也可以达到稳定。

7、将按照步骤4配制的最高含水率（40%）的稳定新鲜乳状液立即装入流变仪的测量筒内，然后以0.5℃/min的速率静态降温至凝点（33.3℃）附近的实验温度。在实验温度下恒温静置步骤6确定的胶凝结构形成时间（40min），待胶凝结构充分形成后进行应力扫描实验，其储能模量与损耗模量相交点对应所对应的剪切应力为其屈服实验最小施加应力。实验曲线如图5所示，并根据此拟确定实验施加的应力范围为155-165 Pa。

8、按照步骤4配制稳定新鲜的乳状液立即装入流变仪的测量筒内，测量筒的温度提前预热至乳状液配制温度（50℃），然后以0.5℃/min 的速率静态降温至凝点（33.3℃）附近的实验温度。在实验温度下恒温静置步骤6确定的胶凝结构形成时间（40min），然后以剪切应力线性增加的加载模式对胶凝结构进行剪切实验，剪切应力线性增加即所施加的剪切应力与时间满足下面关系式：

τ=K t 0≤t≤t₁

式中：K ——剪切应力变化率（在一个实验中为常数，结合实际工程，依据流体在实际工程如管道中剪切应力的变化情况而定。）Pa/s；此实验采取的剪切应力变化率为0.25Pa/s。

t₁ ——剪切应力上升的时间，s。

9、图6、图7为文献确定原油屈服点方法，由于原油乳状液屈服过程延性增强，对于乳状液我们从图中会发现，在剪切速率快速增加段与剪切速率平缓变化段，出现一段类似于“倒角”的一段（图中黑色尖头所指），使用该方法屈服点确定存在较大误差。图6确定的屈服点在图中A、B点之间，屈服应力范围为109.9-113.8 Pa，屈服时间范围为440-455 s。图7确定的屈服点的应力范围为109.9-112.6 Pa，屈服时间范围为440-450 s。图8为本专利的方法，具体做法如下：提取剪切速率与时间关系曲线，利用数学手段计算出剪切速率变化率，在图8中的曲线出现明显的拐点（如图8中圆圈的中心点），该点即为原油乳状液在该种加载方式下的屈服点，对应实验数据可获得屈服应力范围为114.4-114.6 Pa，屈服时间范围为445-446 s。该点的确定范围在图6、图7屈服点变化范围之内。可以认为，此方法准确的确定乳状液的屈服点。

Claims (3)

1.一种W/O型含蜡原油乳状液屈服点确定方法，其特征是包括如下步骤：

步骤一、将含蜡原油分成多份，进行预处理，得到基础油样，用于制备W/O型含蜡原油乳状液；

步骤二、称取4~8 mg基础油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cw；

步骤三、利用步骤一得到的基础油样制备W/O型含蜡原油乳状液，得到多份W/O型含蜡原油乳状液；

步骤四、将步骤三制备的W/O型含蜡原油乳状液，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、对步骤三制备的W/O型含蜡原油乳状液在凝点温度下进行小应力振荡时间扫描实验，确定其胶凝结构近似完全形成的时间；具体的步骤为：将W/O型含蜡原油乳状液在原油的析蜡点以上温度装入流变仪的测量筒内，以 0.5℃/min 的速率静态降温至W/O型含蜡原油乳状液的凝点，然后以1Pa剪切应力、0.1Hz振荡频率进行时间扫描实验，实验结束后，将实验数据整理出来，绘制成储能模量与时间的图表，其储能模量和耗能模量近似不增加时，为胶凝结构形成时间；

步骤六、将步骤三制备的W/O型含蜡原油乳状液快速装入控应力流变仪的测量筒内，然后以0.5℃/min的速率静态降温至原油凝点附近的实验温度，在实验温度下恒温静置步骤五确定的胶凝结构形成时间，待胶凝结构充分形成后进行应力扫描实验，实验结束后，将实验数据整理出来，绘制成储能模量与损耗模量与应力图，其储能模量与损耗模量相交点所对应的剪切应力为其屈服实验最小施加应力；

步骤七、将步骤三制备的W/O型含蜡原油乳状液快速装入流变仪的测量筒内，测量筒的温度提前预热至W/O型含蜡原油乳状液配制温度，然后以 0.5℃/min 的速率静态降温至凝点附近的实验温度，在实验温度下恒温静置步骤五确定的胶凝结构形成时间，然后以恒剪切应力加载模式和剪切应力线性增加的加载模式对胶凝结构进行剪切实验，应力加载量大于步骤六确定的剪切应力，剪切应力线性增加满足下面关系式：

τ=K t 0≤t≤t₁

式中：K ——剪切应力变化率Pa/s，在一个实验中为常数，结合实际工程，依据流体在实际工程的管道中剪切应力的变化情况而定；此实验采取的剪切应力变化率为0.25 Pa/s；

t₁ ——剪切应力上升的时间，s；

步骤八、计算出步骤七得出的剪切速率每秒钟的变化率即剪切速率变化率；

步骤九、画出步骤八所得剪切速率变化率随时间的变化曲线，曲线中明显的拐点即为W/O型含蜡原油乳状液的屈服点。

2.根据权利要求1所述的W/O型含蜡原油乳状液屈服点确定方法，其特征是：所述的步骤一中对含蜡原油进行预处理的方法：

将从生产现场采取原油试样置于密封的油桶中运到实验室后，原油充分搅拌，然后分装到适当的磨口瓶内密封保存作为组分相同的实验油样；然后将其放入水浴中，静置加热至80℃，并恒温2h，然后取出实验油样室温下静置，自然冷却，恒温环境下静置48h以上，得到基础油样。

3.根据权利要求2所述的W/O型含蜡原油乳状液屈服点确定方法，其特征是：所述的利用基础油样制备W/O型含蜡原油乳状液的方法：

a）搅拌架上固定好容积为250ml的烧瓶，并将其置于预热好的乳状液配制温度的恒温水浴中，配制温度选择析蜡点以上温度；

b）将基础油样和水在与a）中所述配制温度相同的恒温水浴中静止加热30min ；

c）按体积含水率配比，分别量好基础油样的质量和水的体积后，立即倒入a）中所述的烧瓶中，然后，将搅拌桨置于液体中央，开始搅拌；

d）将配制好的新鲜乳状液置于屈服实验测定的温控程序下静置，观察其稳定性；如果温控程序执行过程中出现破乳，则改变制备温度、搅拌时间、搅拌速度、加水方式，重复c），直至配制出实验条件下稳定的 W/O 型含蜡原油乳状液。

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