電磁力旋轉粘度計法測定原油粘度的研究

陳鳳祥，孔 艷，董 娟，劉亦暢，宋繼芳

（大慶油田有限責任公司勘探開發研究院，黑龍江 大慶 163000）

原油是一種黑褐色并帶有綠色熒光，具有特殊氣味的粘稠性油狀液體。是烷烴、環烷烴、芳香烴和烯烴等多種液態烴的混合物。原油粘度是指原油中任一點上單位面積的剪應力與速度梯度的比值。粘度的高低表明原油流動的難易，粘度愈大，流動阻力愈大，越難流動。原油粘度是表征石油性質的基本物理指標之一，是油田勘探、開發、儲運及加工等部門評價原油性質的重要參數，直接決定石油煉制的加工深度和工藝路線選擇。影響原油粘度的因素[3]主要有三方面，如原油自身物性組成（膠質瀝青質含量對原油粘度影響金屬雜質含量對原油粘度影響）、表面活性劑對原油粘度影響、外界物理因素（溫度、氣體含量、壓力、含水率、氣泡等）。準確檢測原油粘度，對勘探、開發、生產加工具有重要意義。

1 電磁力旋轉法原理

電磁力旋轉粘度計法檢測原油粘度的原理是通過一個由電磁相互作用驅動的球體旋轉從而來測定液體的粘度。在溫度控制室內，兩個磁體連接到轉子上從而建立一個旋轉磁場，旋轉磁場誘導樣品管中圓球磁體形成渦電流。產生的洛倫磁力使得磁場和渦流[4]之間產生轉矩，從而旋轉磁球體。球體的轉速取決于磁場的旋轉速度、磁場大小和球體周圍的樣品粘度。

2 實驗部分

2.1 試驗原料及試劑

原油；無水乙醇：用于清洗磁球體。

2.2 實驗設備

儀器名稱：EMS-1000S電磁力旋轉粘度計，日本/京都電子公司(KEM)，粘度測量范圍：0.1～1000mPa·s(?1.5mm 球體，選件)，0.1～100000mPa·s(?2mm 球體)，10～1000000mPa·s(?4.7mm 球體)，100～100000mPa·s(?5mm鈦球體，選件)；測量重復性：RSD在3%以內；最小樣品量：90μL(少量的容器+?2mm 球體，選件)，300μL(?2mm球體)，700μL(?4.7mm球體)，700μL(?5mm鈦球體，選件)；溫度設定范圍：0°C～200°C；溫度穩定性：±0.1°C；轉速設定范圍：500～1000r/min；轉速穩定性：±3%。

2.3 試驗準備

將待測原油樣品加熱脫水至殘余水含量質量分數不高于0.2%。在室溫下能充分流動的原油，可直接用注射器抽取1mL左右原油試樣，注入樣品管中，旋緊上蓋；在室溫下不能充分流動的原油，應將原油置于水浴鍋中加熱融化，融化溫度不高于凝點以上9℃，以防止輕組分揮發，待試樣充分融化后再抽取注入樣品管。

2.4 試驗方法

將樣品管插入樣品槽中，在顯示器上觀察磁珠的亮點，用手輕輕旋轉樣品管，使磁珠的亮點與監視器靶心的十字交叉點相重合，此為旋轉計數的最佳監測點。單溫度點粘度檢測：編制單溫度點檢測程序，設定溫度，測試5 次，取最接近3 個數據，計算平均值，作為試樣的動力粘度。運行測試程序，樣品室開始升降溫，到達設定溫度時儀器進行自動測試，并將每次測試的結果按時間順序顯示到設定的表格中；粘溫曲線檢測：原油粘溫曲線檢測采用從低溫到高溫的方式，即從50℃～90℃，每間隔5℃作為測試點，每個測試點平行測試3次。運行程序，樣品室開始升降溫，在達到最低檢測溫度后（通常是50℃），儀器進行自動測試，并在此溫度點測試3次，將每個溫度點測試的結果按時間順序顯示到設定的表格中。此后，儀器自動升溫5℃，檢測下一個溫度點的動力粘度，并在每個溫度點上，按程序平行檢測3次，直至最后一個溫度點（一般設定為90℃）。

3 電磁力旋轉法測定原油粘評價

3.1 磁場轉速設定

采用斯塔賓格自動粘度儀檢測肇49井Z49-1原油樣品粘度，檢測數值29.5；表1 為不同旋轉速度下采用電磁旋轉法5次測定Z49-1原油樣品粘度的檢測數值，通過對比分析實驗數據，我們可得出結論：采用電磁力旋轉測定原油樣品粘度，應將轉速設定為1000r/min。

表1 不同旋轉速度下肇49井原油樣品粘度的測試結果

3.2 磁珠尺寸選定

分別選用直徑為1.5mm、直徑為2.0mm 和直徑為4.7mm的磁珠，用電磁力旋轉粘度計，檢測同一塊樣品的粘度，表2記錄了檢測結果。并對比斯塔賓格粘度儀的檢測數據，我們可以得到結論是：直徑4.7mm的磁珠更適用高粘度的原油的粘度檢測；直徑1.5mm 的磁珠更適用低粘度的原油的粘度檢測；直徑2.0mm 的磁珠普遍適用于各區塊原油粘度的檢測。

表2 不同尺寸磁珠下古頁1井等原油樣品粘度測試結果（mPa·s）

3.3 樣品量選擇

對同一原油樣品，分別稱取不同質量樣品。選用直徑2.0mm的磁珠，用電磁力旋轉粘度計在1000r/min下檢測樣品粘度。表3 記錄了不同溫度下的實驗結果。由表3可以看出：不同質量的樣品在同一檢測溫度下，檢測結果差異較小，在系統誤差范圍內。

表3 不同樣品量試驗結果（mPa·s）

4 結論

采用電磁力旋轉粘度計法測定原油粘度，磁場轉速應設定1000r/min。超高粘度的原油粘度檢測應選用直徑4.7mm 的磁珠，超低粘度的原油粘度檢測應選用直徑1.5mm 的磁珠，直徑2.0mm 的磁珠普遍適用于一般原油粘度的檢定。取樣質量的差異對檢測結果影響較小。該方法檢測范圍廣（0.1～100000mPa·s)，測定的速度快（100mPa·s 以下約1s，10000mPa·s 約1min)，用樣品量極少，操作非常簡便，密封的試管可防止樣品揮發產生誤差，檢測結果準確率高。