在油田開發(fā)的后期,注水開發(fā)是提高油田采收率簡易可行和環(huán)境友好的方式。當(dāng)油井中的綜合含水率達(dá)70%以后,油田進(jìn)入高含水生產(chǎn)期,此階段中集輸管道內(nèi)的多相流流態(tài)及流變特性與開發(fā)初期相差很大。油水混合液黏度較開采初期大幅度下降,低溫時管流中的油相粘附在管壁上,導(dǎo)致管道有效流通面積減小,油品損失嚴(yán)重、井口回壓過高等問題。為研究高含水油水兩相體系中的原油粘壁規(guī)律,以兩種基本不含蠟的稠油為實驗對象,首先通過顯微觀察,確定了油水兩相體系的乳化特性,并運用攪拌測黏法測試了油水兩相體系的流變特性,然后采用具有攪拌、控溫的冷指裝置模擬管道中的原油粘壁過程,研究了含水率、熱水浴溫度、溫差、攪拌轉(zhuǎn)速、實驗時間5個外部因素對原油粘壁厚度的影響,明確了冷指槽內(nèi)的主體溫度是影響稠油粘壁厚度的主要因素,且溫度越低,兩相中的油相黏度越大,更易粘附在冷指壁上。以委內(nèi)瑞拉稠油為例,高含水率下的油水兩相體系的粘壁厚度為0.19～0.59mm,純稠油的粘壁厚度為0.18～0.52mm,二者相差無幾。因此,用ANSYS軟件模擬冷指內(nèi)溫度場時,可用單相稠油的模擬結(jié)果代替油水兩相體系的模擬結(jié)果。本文模擬了當(dāng)熱水浴溫度、冷指壁溫、攪拌轉(zhuǎn)速一定時冷指裝置內(nèi)的溫度場分布,通過模擬得到的槽內(nèi)主體溫度為確定該條件下的油相的實際黏度提供了依據(jù)。進(jìn)一步分析得知,稠油黏度的變化是影響粘壁厚度的內(nèi)因。借鑒粘附潤濕理論,以接觸角為表征參數(shù),從微觀上考察了稠油在不同溫度、不同基底材料下的粘附特性。實驗發(fā)現(xiàn),在20℃的低溫時,玻璃優(yōu)先被油相潤濕,當(dāng)溫度高于30℃時,304不銹鋼、銅片及玻璃優(yōu)先被水相潤濕,并且玻璃對水相的潤濕隨溫度的升高從中等潤濕向強潤濕轉(zhuǎn)變。
【學(xué)位單位】：中國石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TE866
【部分圖文】：

圖 2.3 原油乳狀液滴拍照裝置 2.3 The apparatus for microscopic observation of crude oil emul處理過的油樣制備攪拌條件下的油水兩相體系。具體步驟分別盛有原油和純水的藍(lán)蓋瓶密封后置于 50oC 水浴中恒水總體積 45mL，按照一定配比將油、水分別加入 200度 50oC，恒溫 30min，攪拌轉(zhuǎn)速 400r/min，攪拌時間 15拌結(jié)束時將混合液轉(zhuǎn)移到分離瓶中，根據(jù) 12h 內(nèi)分離瓶中油水兩相體系的乳化程度；復(fù)第（1）、（2）步實驗，用細(xì)鐵絲蘸取攪拌結(jié)束時燒杯中的預(yù)先設(shè)定好加熱溫度的顯微鏡的載物臺上，調(diào)節(jié)顯微鏡的滴邊界清晰，觀察液滴的分布情況，由此判斷上層乳狀液于完全乳化的乳狀液，取樣后裝入 RS 150 流變儀中，測觀黏度；對于未完全乳化或分層的油水兩相體系，在傳統(tǒng)致測量失效，按照配比重新配制總體積為 300mL 的油水

圖 2.4 10%和 50%含水率下的委內(nèi)瑞拉稠油乳化特性Fig. 2.4 The emulsion properties of 10% and 50% water-cut Venezuela oil使用偏光顯微鏡觀察了含水率為 60%、70%、80%和 90%的委內(nèi)瑞拉油水兩相體系攪拌結(jié)束時上層液樣的微觀形態(tài)，如下圖 2.5 所示，視野中呈黃色的為連續(xù)相油相，白色的小圓圈為水滴，在高含水的情況下，雖然兩相體系中的水絕大部分以游離態(tài)的形式存在，但是已經(jīng)乳化的水滴隨著含水率的增加在油相中分布得更密集。由此可知，對于稠油，當(dāng)含水率低時，攪拌形成的是油包水型乳狀液，乳化程度高，在 12h 靜置時間內(nèi)穩(wěn)定性很好，幾乎不分離，可保證測試時間內(nèi)體系的均一穩(wěn)定性；當(dāng)含水率高時，乳化程度很低，攪拌停止時，油水幾乎完全分層，但是已經(jīng)乳化的微量部分形成的是油包水型乳狀液。

圖 2.5 高含水率下委內(nèi)瑞拉稠油攪拌結(jié)束時上層液相顯微圖片 Microscopic images of upper liquid of high water-cut Venezuela oil aft水兩相體系表觀黏度驗設(shè)備及方法圓筒、椎板等傳統(tǒng)黏度計不適用于測試不穩(wěn)定的乳狀液體系體系通過攪拌可實現(xiàn)混合均勻。根據(jù)攪拌測黏原理[38]，黏度律關(guān)系 =b aM，其中，122 52 xa D nn D K ，1bx ，，kg/m3；D 為攪拌槳直徑，m；K 為攪拌有關(guān)常數(shù)；x、y 為。因本課題使用攪拌槽的容積與本課題組郁辰陽[38]使用的槽大標(biāo)定。究采用具有控溫功能的攪拌測黏系統(tǒng)制備油水兩相體系，流示意圖如下圖 2.5 所示。攪拌測黏系統(tǒng)基本構(gòu)成：（1）半徑為

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本文編號：2833767