高含砂原油流變性研究

高原 辛迎春（中石化石油工程設計有限公司,山東 東營 257000）

近年來，出砂冷采技術被越來越廣泛的應用于海洋采油作業中，尤其是在渤海地區已取得較好進展。但由于地層和井下施工作業的復雜性,已采取防砂措施的生產井仍有部分井會存在過度出砂現象。例如蓬萊19-3油田某些井由于井段太長地層砂粒徑差異大,采用膨脹篩管防砂投產后仍存在大量出砂的現象[1]。而稠油由于其自身特性，往往具有較強的攜砂能力，隨著地層開采的深入越來越多的高含砂稠油將被開采出來。本文以蓬萊9-1區塊館陶原油為例，研究了高含砂原油的流變性質，主要從粘度、反相點、含水率及粘彈性幾個方面對脫砂前后的館陶原油進行了對比分析，探討了含砂量對原油流變性的影響。

1 實驗

1.1 館陶原油基本性質

PL9-1館陶原油含沙量超過30%，屬于高含砂原油，20℃密度為 1076 kg/m3（含泥沙），50℃粘度為 9917 MPa·s，含硫0.256%，含蠟3.69%，膠質含量34.41%，瀝青質含量2.96%。按照原油工業分類法，屬于含蠟、多膠、低硫、高氮特重原油。

1.2 實驗內容

1.2.1 實驗儀器：德國Haake RS300流變儀

1.2.2 試驗方法：將脫水后原油，在80℃溫度下恒溫30min，將離心機設置為5000rpm，在此條件下離心15min，得到含砂率＜0.5%原油，再根據混合油的質量比，分別稱量乳狀液的原油量及水量，油水在50℃溫度下恒溫30min。將水、油混合放入SY-20型乳化油混調器內，在300 rpm條件下均勻攪拌10分鐘，完成原油乳狀液制備。取一定量配置好的乳化油樣置于德國Haake RS300流變儀的相應測量系統中，設置好程序，完成對原油流變性的測定。

2 結果與討論

2.1 脫砂前后原油粘溫特性

粘-溫特性乳化穩定性評價，可作為考察模擬乳化穩定性的一項指標，根據乳化油的粘-溫特性和視粘度-含水率的變化定性地體現乳狀液的乳化穩定情況。

圖3-1 脫砂前館陶含水油(301/s)粘溫曲線

圖3-2 脫砂后館陶含水油(301/s)粘溫曲線

圖3-3 脫砂前館陶原油反相點曲線

圖3-4 脫砂后館陶原油反相點曲線

對比圖3-1和3-2可以發現，脫砂前原油粘度要遠大于脫砂后原油粘度，從圖3-3可以看到，脫砂前館陶原油在含水率＜10%時，粘度隨著含水率的增加而增長，在含水率＞10%后，粘度隨著含水率的降低而下降，形成了O/W體系，這表明脫砂前原油的反相點為＞10%。從圖3-4可以發現，將砂粒脫除后，原油的反相點為＞30%，這表明在原油中的固體顆粒含量過高后，原油內顆粒流動阻力增大，粘度被升高，當原油內固體顆粒達到一定數量后，便與乳狀液形成絮凝結構，導致原油乳狀液中帶有親水基的連續相被“固化”，從而致使原油的反相點被降低。

2.2 脫砂前后原油粘彈性

粘彈性參數是原油內部結構的體現，本文采用振動應力掃描法，在確定線性粘彈性范圍后[2]，使用可控制應力流變儀,在原油凝點附近溫度區域對館陶凈化油進行了線性粘彈性應力范圍內的小振幅振蕩剪切實驗[3]。

圖3-5 脫砂前后凈化油粘彈性曲線

從圖3-5可以看出，脫砂后其粘彈性模量均有所下降。脫砂前其粘性模量G″與彈性模量G′相差不大，脫砂后其粘性模量要遠大于彈性模量，表明脫砂后，原油乳狀液的流動性大大增強了。在較小的剪切應力范圍內，脫砂前與脫砂后的G′、G″和損耗角δ基本不隨剪切應力而變化；在較高的剪切應力下，彈性模量G′的下降速率要遠大于粘性模量G″，并且脫砂后粘性模量的損耗角δ幾乎為零，表明在脫砂后，由于原油內部顆粒的減少，導致顆粒間摩擦力降低，阻力減弱，需要克服應力的做功減小，令原油表現出了更好的流動性。

3 結語

對比脫砂前后館陶原油的粘溫特性及粘彈性可知，脫砂后館陶原油的粘度大幅降低，反相點由10%提高到了30%，原油的粘彈性模量均有所降低，原油表現出了更為良好的流動性，這說明原油的含砂量作為一項影響因素對原油的集輸有著不可忽視的影響。因此加強對除砂設備的研究,提高除砂設備技術水平是必不可少的。

[1]李成見海上稠油油田含砂原油除砂及含油砂凈化工藝探討[J].中國海上油氣,2007,19(4):260-264.

[2]李傳憲,李琦瑰.凝膠原油粘彈性的實驗研究[J].力學與實踐,2000,3(22）:48-50.

[3]桂平,張勁軍.凝點附近含蠟原油的粘彈性研究[J].石油大學學報,2003,2(27):90-92.