摘要:采用軸對(duì)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(duì)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(duì)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(dòng)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(duì)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

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(duì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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。