CN110773068B - 一种确定原油包水乳状液制备过程中机械搅拌条件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种确定原油包水乳状液制备过程中机械搅拌条件的方法。所述方法包括：(1)现场采出液的采集及指标分析；(2)对采出液进行脱水处理，所得脱水原油和脱出水按照采出液的质量含水率配制，得到油水混合液；(3)将所得油水混合液在不同搅拌速度条件下进行试验；记录不同搅拌速度条件下，搅拌后所得样品的K值和n值；(4)比较采出液和所得样品的K值和n值，确定原油包水乳状液机械搅拌的条件。本发明通过对采出液特定指标的采集分析，模拟试验比对，实现了乳状液制备条件合理、快速地确定，大大缩短了研究开展前的实验条件摸索时间，提高科研效率，保障研究结果的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及原油包水乳状液的制备技术领域，尤其涉及一种确定原油包水乳状液制备过程中机械搅拌条件的方法。
背景技术
在含水原油的开采过程中，由于原油中胶质沥青质等天然乳化剂的存在，加之井筒、油嘴、泵等设备的剪切作用，通常会形成稳定的原油包水乳状液。然而，大多数的油包水乳状液属于非牛顿流体，其流动特性与牛顿流体有较大差异，故在油气集输管网的设计和运行参数优化计算时，采用以往的牛顿流体计算方法，会导致设计结果与实际生产情况产生较大偏差。
目前，实验室内常采用的制备原油包水乳状液的方法有手摇震荡法、简单机械搅拌法、高速剪切分散法等。这些方法虽然可以制备出稳定的油包水乳状液，但均与现场采集的样品性质有所差异。这主要是因为没有合理的乳状液制备条件，导致所制备乳状液性质存在差异。
目前公开的文献中，有学者采用机械搅拌法，通过比较实验室制得的油包水乳状液与现场采集样品的黏度，来确定油包水乳状液的制备条件(搅拌转速、温度、加水方式等)，以此保证实验室制备乳状液与现场采集样品的相似性。然而黏度的相似并不能完全保证乳状液性质的相近，且人为确定乳化时间为10分钟，也没有理论依据支撑。
因此，有必要提出一种在合理依据指导下确定实验室原油包水乳状液机械搅拌制备条件的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种确定原油包水乳状液制备过程中机械搅拌条件的方法。本方法以机械搅拌法为基础，以重复原油开采过程中，原油和水经历的热历史和剪切历史为理论依据，成功在实验室内还原出与原油开采过程中所生成的油包水乳状液流动特性相近的实验样品，为原油包水乳状液的流动特性研究提供基础素材，并进一步为油气集输管网设计和运行参数优化计算提供数据依据。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种确定原油包水乳状液制备过程中机械搅拌条件的方法，包括：
(1)现场采出液的采集及指标分析；
(2)对采出液进行脱水处理，所得脱水原油和脱出水按照采出液的质量含水率配制，得到油水混合液；
(3)将所得油水混合液在不同搅拌速度条件下进行试验；记录不同搅拌速度条件下，搅拌后所得样品的K值和n值；
(4)比较采出液和所得样品的K值和n值，确定原油包水乳状液机械搅拌的条件。
其中，步骤(1)中，所述采集的指标包括：采出温度、压力，井筒中的流动时长、质量含水率、不同剪切率下的黏度值；并根据幂律模型计算出K值和n值。
所述K值和n值的计算方法如下：
以非牛顿流体的本构方程或流变模型为判断依据，常用的模型为幂律模型：
或者
其中，τ为剪切应力，mPa；μ为动力黏度，mPa·s；
为剪切率，s-1；K为稠度指数；n为流动特性指数。
本构方程是描述物料本质的方程，原油包水乳状液通常为非牛顿流体，若现场采出液和实验室制备的原油包水乳状液的本构方程相同或相近，其表现出的流动特性也就相似。
步骤(3)中，将油水混合液倒入反应釜中，按照步骤(1)采集的温度、压力、流动时长来设置反应釜的参数。其中，初始搅拌速度以本领域常规搅拌速度即可。
步骤(4)中，若两者的K值和n值相对误差均在±5％内，即可判定两者性质相近；否则，改变搅拌速度，重复步骤(3)。
本发明所取得的有益效果如下：
本发明提供了一种确定原油包水乳状液机械搅拌制备条件的方法。该方法以能够在实验室内制备出与油田现场采出液流动性质相近的原油包水乳状液为目标，通过对采出液特定指标的采集分析，模拟试验比对，实现了乳状液制备条件合理、快速地确定，大大缩短了研究开展前的实验条件摸索时间，提高科研效率，保障研究结果的准确性。
附图说明
图1为确定原油包水乳状液机械搅拌制备条件的流程图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
现有某油田井口采出液(原油包水乳状液)5L，其采出温度为40℃，压力为2.5MPa，在井筒中的流动时间为8min。
确定该乳状液实验室内机械搅拌制备条件的过程如下：
1、采用含水率测定仪器分析井口采出液的质量含水率为32％。
2、采用流变仪测量井口采出液在40℃下的黏度，如表1所示。
表1
| 剪切率，s<sup>-1</sup> | 黏度，mPa·s |
| 50 | 72.28 |
| 100 | 67.44 |
| 150 | 64.76 |
| 200 | 62.92 |
| 250 | 61.53 |
根据幂律模型，计算出原油包水乳状液的K值和n值分别为106.88和0.90。
3、对采出液进行脱水，并收集脱出原油和脱出水作为乳状液制备原料。
4、采用上述原料配制质量含水率为32％的油水混合液800ml。
5、将配制好的油水混合液倒入反应釜中，设定温度为40℃，压力2.5MPa，搅拌转速800rpm，待温度和压力达到设定值，等待10min后，开启反应釜进行搅拌，搅拌时间为8min。
6、搅拌完成后，取出完全乳化的样品，重复步骤2，得到表2结果。
表2
| 剪切率，s<sup>-1</sup> | 黏度，mPa·s |
| 50 | 71.37 |
| 100 | 66.13 |
| 150 | 63.25 |
| 200 | 61.28 |
| 250 | 59.79 |
根据幂律模型，计算出原油包水乳状液的K值和n值分别为109.75和0.89。
7、比较井口采出液和所得乳化样品的K值和n值，如表3，其相对误差均在±5％内。
表3
| 井口采出液 | 所得乳化样品 | 相对误差 | |
| K值 | 106.88 | 109.75 | 2.69％ |
| n值 | 0.90 | 0.89 | -1.11％ |
注：相对误差＝(制备乳状液数值-井口采出液数值)/井口采出液×100％
8、最终确定该乳状液实验室机械搅拌制备条件为：温度40℃，压力2.5MPa，搅拌转速800rpm，搅拌时间8min，制备液量800ml。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (1)
1.一种确定原油包水乳状液制备过程中机械搅拌条件的方法，其特征在于，包括：
(1)对现场采出液的指标进行采集及分析；
所述指标为：采出液的温度、压力，在井筒中的流动时长、质量含水率、不同剪切率下的黏度值；
所述分析为根据幂律模型计算出K值和n值；
所述K值和n值的计算方法如下：
以非牛顿流体的本构方程或流变模型为判断依据，模型为幂律模型：
或者
其中，τ为剪切应力，mPa；μ为动力黏度，mPa·s；
为剪切率，s-1；K为稠度指数；n为流动特性指数；
(2)对采出液进行脱水处理，所得脱水原油和脱出水按照采出液的质量含水率配制，得到油水混合液；
(3)将所得油水混合液倒入反应釜中，按照步骤(1)采集的温度、压力、流动时长来设置反应釜的参数；
在不同搅拌速度条件下进行试验；记录不同搅拌速度条件下的剪切率和黏度值，并根据幂律模型计算出K值和n值；
(4)比较采出液和所得样品的K值和n值，确定原油包水乳状液机械搅拌的条件；
若两者的K值和n值相对误差均在±5％内，即可判定两者性质相近；否则，改变搅拌速度，重复步骤(3)。
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