蒸汽吞吐开采中的原油乳化特征及有效破乳体系研究_王传军.pdf
《蒸汽吞吐开采中的原油乳化特征及有效破乳体系研究_王传军.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《蒸汽吞吐开采中的原油乳化特征及有效破乳体系研究_王传军.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 25 卷 第 1 期重庆科技学院学报(自然科学版)2023 年 2 月蒸汽吞吐开采中的原油乳化特征及有效破乳体系研究王传军1张 洪1王曼依1陈来勇1孙 君2周文超2朱诗杰3(1 中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津 300452;2 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司,天津 300452;3 重庆科技学院 石油与天然气工程学院,重庆 401331)收稿日期:2022 02 10基金项目:重庆市自然科学基金项目“黏弹性流体动态吸附量与滞留量的量化界定及数学模型表征研究”(CSTC2021JCYJ MSXMX0522);海洋石油高效开发国家重点实验室开放基金课题“聚合物溶液黏弹性对稠
2、油驱油效率作用规律研究”(CCL2021CPS0513KQN)作者简介:王传军(1977 ),男,硕士,高级工程师,研究方向为油气田开发、油藏工程。摘要:稠油乳化现象会严重影响蒸汽吞吐的开采效果,明确原油乳化机理、优选有效破乳体系,是实现稠油油藏蒸汽吞吐高效开发的基础。通过室内实验研究了油藏含水率、原油组分等因素对原油乳化的影响,利用 Materials Studio 分子模拟技术研究原油乳化机理。研究结果表明,产出液中油水乳状液稳定性好、黏度高,极易滞留在近井地带,从而影响油藏的开发效果。优选出的苯环类耐高温破乳剂可以有效改善油水乳状液的界面张力,剥离油水乳化界面层,最终实现破乳降黏。关键词
3、:蒸汽吞吐;油包水乳状液;Materials Studio 分子模拟;苯环类破乳剂中图分类号:TE341文献标识码:A文章编号:1673 1980(2023)01 0051 060前言在原油蒸汽吞吐开采过程中,极易出现原油乳化的现象,油藏的含水率、温度、原油组分等指标对原油乳化均有不同程度的影响1 3。针对稠油油藏蒸汽吞吐过程中因产出液乳化而导致的产能下降问题,通过室内实验研究明确了目标油藏的乳化特征。采用 Materials Studio 分子模拟技术对蒸汽吞吐稠油过程中原油的乳化现象进行了模拟,并从微观对乳化机理进行了分析。1影响原油乳化的因素实验所用原油为现场取样的乳化原油,当温度为 5
4、0 时,其黏度为 1 658 mPas。对乳化原油进行脱气脱水破乳处理后,在 50 下,其黏度为812 mPas。实验所用水为现场取样的地层水。11含水率对原油乳化效果的影响用矿场取样地层水与原油配制含水率为 20%50%的油水混合物,通过吴茵搅拌器搅拌而形成油水乳状液。应用 Brookfield DV 布氏黏度计在温度为 50、剪切速率为 7 34 s1的条件下,对乳状液的黏度进行测定;应用 TX 500C 型界面张力仪在转速为 5 000 r/min 的条件下,对乳状液的界面张力进行测定。不同含水率条件下的乳状液黏度和界面张力如图 1 所示。当乳状液的含水率为 20%50%时,其黏度随着含
5、水率的增大而增大,油水界面张力随着含水率的增大而不断降低。这说明乳状液含水率的增大加剧了油水两相之间的乳化行为。在实际施工过程中,随着吞吐周期的增加,含水率会不断增加,这将15DOI:10.19406/ki.cqkjxyxbzkb.2023.01.016王传军,等:蒸汽吞吐开采中的原油乳化特征及有效破乳体系研究严重影响稠油蒸汽吞吐的施工效果,所以有效预防原油乳化十分必要。图 1不同含水率条件下的乳状液黏度和界面张力12原油组分对原油乳化效果的影响对原油进行蒸馏分离,配制成组分不同的原油(见表 1),然后将其与地层水以体积比 1 1混合,并通过吴茵搅拌器加以搅拌而形成乳状液,最后测试其黏度和界面
6、张力。不同沥青质含量下的乳状液黏度和界面张力如图 2 所示。表 1原油组成序号饱和烃/%芳香烃/%胶质/%沥青质/%1533625 2420 500902503424 0323 791843482725 1122 72390图 2不同沥青质含量下乳状液表观黏度和界面张力变化随着原油组分中沥青质含量的增加,乳状液表观黏度呈上升趋势,界面张力不断下降。这是因为沥青质中部分活性物质在原油乳化过程中充当表面活性剂,促进了油水的乳化,乳状液含量不断增加。在实际矿场应用过程中,随着蒸汽吞吐轮次的增加,原油中的轻质组分不断被萃取,地层条件下的原油重质组分含量不断增加,这将导致原油乳化的加剧。2乳化机理研究采
7、用介观模拟对原油乳状液的乳化机理进行研究。介观模拟(mesoscale simulation)主要针对介观尺度下各种复杂流体的流动行为4,是宏观尺度和微观尺度之间的桥梁5。分子模拟技术可以对参与乳化的各组分进行分子动力学建模,以完成乳化性能的参数化转化,并在介观层面对乳化机理进行分子模拟分析6。21分子模拟模型的构建动力学模拟的运动为大量粗粒化珠子受力运动的宏观表现6。粗粒化珠子之间存在相互作用力,可根据功能将其分为 3 种:一是粗粒化珠子间摩擦耗散的耗散力;二是粗粒化珠子之间相斥的保守力;三是布朗随机运动的随机力7。根据 Flory Huggins 溶解理论在稠油乳化体系中建立原油基本模型及
8、各组分的分子模型,如图3 所示。原油基本模型中,红色部分表示轻质油组分,绿色部分表示胶质与沥青质组分。沥青质组分聚集成为原油重质组分的内核,轻质组分则包裹在重质组分的外侧。由组分极性分析可知,原油中极性较强的沥青质组分被极性稍弱的芳香烃和长链烃所包围,而芳香烃与长链烃因极性相差不大而相互融合。应用 MS 软件建模:首先,对粗粒化珠子进行划分;然后,对各粗粒化珠子的溶解度进行计算,粗粒化珠子溶解度计算相关参数如表 2 所示;最后,在DPD 中模拟粗粒化珠子的力场参数(见表 2)。目标油藏中,原油的密度为 0 983 g/cm3,原油中重质组分占比为 14 31%,轻质组分占比为85.69%。在此
9、基础上,构建稠油蒸汽吞吐模型。采用 Amorphous cell 模块建立各体系的无定形晶胞,晶胞盒子中含有 20 个单位的分子结构,将其密度设定为 1 g/cm3。使用 Forcite 中的 Geometry Optimiza-tion 与 Energy 任务分别对晶胞的结构、能量进行优化,模拟精度选择 Fine,力场选择 COMPASS,范德华力与库仑力选择 Ewald。25王传军,等:蒸汽吞吐开采中的原油乳化特征及有效破乳体系研究图 3原油基本模型及各组分的分子模型22原油乳化模拟及机理分析向原油模型中输入 30%的水分子,构建含水率为 30%的油水乳状液模型(见图 4a);向原油模型中
10、输入 40%的氮气分子,构建油气乳状液模型(见图 4b);向原油模型中输入 20%的水分子、10%的氮气分子,构建油气水三相混合的乳状液模型(见图 4c)。其中,红色部分表示原油轻质组分,绿色部分表示原油重质组分,深蓝色部分表示水组分。表 2粗粒化珠子溶解度计算相关参数体系划分能量参数/(kmol1)相互作用参数轻质原油3455901芳香烃组分3510903沥青质组分3595906氮气组分5466971水分子组分78551055图 4原油乳状液模型示意图如图 4a 所示,油水乳状液模型中,原油组分将水组分包裹,原油中的胶质组分在油水相之间形成界面膜,最终形成圆形的油包水乳状液。分析认为,原油中
11、的重质组分充当了表面活性剂,促进了原油的乳化作用。如图 4b 所示,油气乳状液模型没有形成稳定性的界面膜,虽然气相分子被原油包裹,但在该体系内,原油中大多数重质组分单独存在,不与气相发生特殊作用。所以,当乳状液形成后,油相与气相极易分离,难以形成稳定的乳状液。如图 4c 所示,明显不同于油水乳状液和油气乳状液,在油气水三相乳状液模型中,被原油组分包裹的水相与气相相互混合发生乳化,但是原油组分中的沥青质更倾向于包裹水相,气相的稳定性较差,油气水三相无法形成稳定的界面膜,最终导致乳状液的稳定性下降。采用分子模拟技术对不同乳状液模型的界面强度进行分析,结果如图 5 所示。在油水乳状液模型中,油水两相
12、间的界面膜出现明显聚集,与油气、油气水三相乳状液模型相比,其粒子密度高 1 倍以上;油水乳化液模型的界面膜强度远远高于其他乳状液模型。乳状液的界面强度一定程度上反映了乳化的稳定性,当乳状液模型中只含油水两相时,强度较高的界面膜会阻止油水的运移,从而使乳化液的稳定35王传军,等:蒸汽吞吐开采中的原油乳化特征及有效破乳体系研究图 5不同乳状液模型的界面强度分析性得到提高。当乳状液模型中存在气相时,气相极易在油相界面处发生扩散,从而使界面密度大幅下降,最终导致体系的稳定性下降。若要解决稠油开发中由蒸汽吞吐而产生的乳化现象,就需破坏原本高密度的油水界面,使油水在斥力的作用下相互分离,并且阻止油水之间的
13、相互扩散。3破乳剂的优选及评价31破乳剂分子的优选针对目标油藏蒸汽吞吐过程中存在的乳化现象,优选出 3 种耐高温的破乳剂8:一是苯环类耐高温破乳剂,适用于稠油类型破乳;二是阳离子酰胺类破乳剂,由羧酸和胺类反应得到,该类型破乳剂适合较高温度的破乳;三是乙烯基改性类破乳剂,由乙烯基聚合得到,适用于高凝、稠油类型的破乳,且破乳所需温度较高。破乳剂分子模型如图 6 所示。图 6破乳剂分子模型32不同破乳剂作用下的油水界面特征建立环境温度为 50、含水率为 30%的油水乳状液模型,向模型中加入1%的破乳剂,利用分子模拟技术对其进行模拟。破乳剂作用下的油水界面特征如图 7 所示。图 7破乳剂作用下的油水界
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 蒸汽 吞吐 开采 中的 原油 乳化 特征 有效 体系 研究 王传军
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。