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來源：中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) 瀏覽 396 次 發(fā)布時(shí)間:2025-12-24
摘要:采用軸對稱液滴形狀分析(ADSA)方法，測定煙道氣-稠油、正己烷-稠油、煙道氣+正己烷-稠油系統(tǒng)表面張力的變化規(guī)律，分析蒸汽輔助重力泄油(SAGD)過程中注入非凝析氣體和溶劑后對降低稠油表面張力的能力。研究結(jié)果表明:在一定溫度下，稠油的表面張力隨著氣體壓力的增加而減小，在一定壓力下，煙道氣-稠油和正己烷-稠油表面張力的變化規(guī)律則相反。在相同的溫度和壓力下，與煙道氣相比，正己烷降低稠油表面張力的作用更顯著。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)測得的煙道氣-稠油表面張力與N2-稠油表面張力和CO2-稠油表面張力的線性插值擬合性較好。
蒸汽輔助重力泄油技術(shù)(SAGD)可以有效開采埋藏淺、厚度大的超稠油油藏，自2005年在遼河油田取得先導(dǎo)試驗(yàn)成功以后，目前已進(jìn)入工業(yè)化推廣階段。然而，常規(guī)SAGD過程中存在著諸多問題:蒸汽注入量大、向地層的熱損失大、采出水處理費(fèi)用高、溫室氣體排放量大等。目前，室內(nèi)模擬和礦場試驗(yàn)表明在SAGD過程中注入適量的非凝析氣體(例如氮?dú)狻⒍趸肌煹罋獾?和氣化溶劑(例如丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷等)可以減少對注入能量的需要，即氣體輔助SAGD技術(shù)(SAGP)和溶劑輔助SAGD技術(shù)(ES-SAGD)。研究表明，降低稠油的表面張力是SAGP技術(shù)中注入的非凝析氣體和ES-SAGD技術(shù)中注入的少量氣化溶劑改善SAGD開發(fā)效果的作用機(jī)理之一。研究SAGP和ES-SAGD過程中的界面現(xiàn)象具有重要意義。氣體注入后，稠油的表面張力降低，在多孔介質(zhì)中流動的毛管力和黏附力減小，油藏流體在重力作用下流入生產(chǎn)井被采出。因此，本文作者研究不同溫度、不同壓力下煙道氣-稠油、溶劑-稠油表面張力的變化規(guī)律，分析SAGP和ES-SAGD過程中氣體注入對重力泄油的影響。
1實(shí)驗(yàn)
1.1實(shí)驗(yàn)樣品
實(shí)驗(yàn)所用原油為新疆克拉瑪依油田提供的脫氣原油，60℃條件下密度為0.945 6g/cm3，黏度為5340 mPa·s。實(shí)驗(yàn)所用非凝析氣體為煙道氣，由N2和CO2按照一定的摩爾分?jǐn)?shù)比例混合得到，CO2和N2均由青島天源氣體制造公司生產(chǎn)，純度均為99.9%。實(shí)驗(yàn)所用溶劑為正己烷(n-C6H14)，由西隴化工有限公司生產(chǎn)，純度>95%。
實(shí)驗(yàn)過程中需要輸入不同溫度和壓力條件下原油和氣體的密度。由于原油的密度隨壓力變化不大，假設(shè)在同一溫度下，原油密度不變。根據(jù)已知60℃時(shí)脫氣原油密度為0.945 6g/cm3，查閱石油計(jì)量表中的原油部分(GB/T 1885-1998)得到測試溫度條件下的脫氣原油密度，見表1。氣體的密度采用數(shù)模軟件CMG的Winprop 模塊通過P-R 狀態(tài)方程計(jì)算得到，見 表2-4。
表1不同溫度時(shí)原油密度
| 溫度/℃ | 密度/(g·cm-3) |
| 80 | 0.933 |
| 100 | 0.921 |
| 120 | 0.908 |
| 140 | 0.896 |
| 80℃ | 100℃ | 120℃ | ||||
| 壓力/ MPa | 80% N2+20% CO2 | CO2 | N2 | 80% N2+20% CO2 | 60% N2+40% CO2 | 80% N2+20% CO2 |
| 0.2 | 2.128 | 2.852 | 1.806 | 2.013 | 2.222 | 1.910 |
| 0.5 | 5.328 | 7.188 | 4.513 | 5.038 | 5.567 | 4.779 |
| 1.0 | 10.679 | 14.572 | 9.023 | 10.091 | 11.177 | 9.566 |
| 2.0 | 21.441 | 29.963 | 18.278 | 20.237 | 22.517 | 19.162 |
| 3.0 | 32.287 | 46.244 | 27.006 | 30.423 | 34.005 | 28.776 |
| 4.0 | 43.182 | 63.488 | 35.950 | 40.637 | 45.623 | 38.397 |
| 5.0 | 54.116 | 81.773 | 44.851 | 50.864 | 57.354 | 48.016 |
| 6.0 | 65.072 | 101.176 | 53.704 | 1 61.096 | 69.180 | 57.623 |
| 100℃ | 120℃ | 140℃ | |||
| 壓力/ MPa | 密度/ (kg-m-3) | 壓力/ MPa | 密度/ (kg-m-3) | 壓力/ MPa | 密度/ (kg·m-3) |
| 0.100 | 2.871 | 0.100 | 2.712 | 0.100 | 2.571 |
| 0.125 | 3.621 | 0.150 | 4.130 | 0.150 | 3.906 |
| 0.150 | 4.384 | 0.200 | 5.593 | 0.200 | 5.278 |
| 0.175 | 5.162 | 0.250 | 7.106 | 0.250 | 6.688 |
| 0.200 | 5.955 | 0.300 | 8.673 | 0.300 | 8.140 |
| 0.240 | 7.257 | 0.350 | 10.299 | 0.350 | 9.637 |
| 0.390 | 12.491 | 0.400 | 11.182 | ||
| 0.450 | 12.619 | ||||
| 0.500 | 14.438 | ||||
| 0.550 | 16.159 | ||||
| 0.600 | 17.950 | ||||
| 壓力/ MPa | 25% n-C6H14+ 75%煙道氣 | 50% n-C6H14+ 50%煙道氣 | 75% n-C6H14+ 25%煙道氣 |
| 0.100 | 1.379 | 1.811 | 2.254 |
| 0.150 | 2.072 | 2.727 | 3.410 |
| 0.200 | 2.767 | 3.652 | 4.586 |
| 0.250 | 3.463 | 4.585 | 5.785 |
| 0.300 | 3.4634.161 | 5.525 | 7.006 |
| 0.350 | 4.862 | 6.674 | 8.250 |
| 0.390 | 5.424 | 7.240 | 9.264 |
1.2實(shí)驗(yàn)裝置
測定高溫高壓下煙道氣-稠油和正己烷-稠油系統(tǒng)的表面張力，采用具有較高精度的軸對稱液滴形狀分析技術(shù)(ADSA)，得到液滴表面平均張力。測量裝置為芬蘭Kibron公司生產(chǎn)的Delta-8全自動高通量表面張力儀(如圖1所示)，主要包括:帶視窗的高溫高壓容器(體積為400mL，壓力范圍為0~20 MPa，溫度范圍為 0~200℃);馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng);1000μL微型注射器;不銹鋼注射針頭;樣品池;溫度控制面板;壓力控制面板;氣體注入系統(tǒng);光源;圖片采集分析系統(tǒng)等。
1一平流泵;2一氣體壓力容器;3一壓力表;4一壓力控制面板;5一溫度控制面板;6一溫度探針;7一樣品池;8一注射器;
9-馬達(dá)驅(qū)動動力系統(tǒng);10-高溫高壓容器;11光源;12-攝像機(jī);13-計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)
圖1稠油表面張力測定實(shí)驗(yàn)裝置圖
ADSA技術(shù)測量界面張力全部由計(jì)算機(jī)完成，可以避免由于人的主觀因素造成的誤差。在實(shí)驗(yàn)過程中，首先輸入氣相和油相的密度，然后通過馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)在微型注射器針頭形成1個(gè)油滴，使用攝像機(jī)自動采集油滴形狀圖片，傳送至計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，通過拉普拉斯方程進(jìn)行求解，直接輸出測量的界面張力、油滴體積、油滴面積、曲率半徑和邦德數(shù)等結(jié)果。