1.3實(shí)驗(yàn)步驟

測(cè)定煙道氣-稠油表面張力的實(shí)驗(yàn)步驟如下。

1)每次測(cè)試前，用丙酮和酒精清洗高溫高壓容器、注射器、針頭和樣品池。

2)將微型注射器裝滿測(cè)試稠油，放置于高溫高壓容器中。

3)連接高溫高壓容器與馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)可視窗至恰當(dāng)?shù)奈恢茫⒂?.3 MPa的煙道氣沖刷高溫高壓容器5次，以排空內(nèi)部的空氣。

4)將煙道氣注入到高溫高壓容器中并通過(guò)電加熱方式進(jìn)行加熱，30~60 min后待容器內(nèi)的壓力和溫度達(dá)到穩(wěn)定值后，記錄下來(lái)。

5)在測(cè)試窗口輸入油滴和氣體密度，點(diǎn)擊測(cè)試按鈕，通過(guò)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，在注射器針尖上形成1個(gè)懸垂的油滴;同時(shí)，通過(guò)攝像機(jī)實(shí)時(shí)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)，計(jì)算得到煙道氣-稠油的表面張力。

6)在一定的壓力和溫度條件下，每個(gè)煙道氣-稠油系統(tǒng)的表面張力測(cè)定重復(fù)3次，以保證較好的重復(fù)性。

7)調(diào)節(jié)壓力和溫度，重復(fù)步驟4)~6)，完成實(shí)驗(yàn)。

在進(jìn)行正己烷-稠油表面張力測(cè)試過(guò)程中，由于正己烷在室溫條件下呈液態(tài)，高溫高壓容器中正己烷氣體達(dá)到測(cè)試溫度和壓力的方法為:首先向高溫高壓容器中加入適量的液態(tài)正己烷，進(jìn)行加熱，升高至一定溫度時(shí)，正己烷開始?xì)饣?.15 MPa的正己烷氣體沖刷高溫高壓容器5次，以排空內(nèi)部的空氣。然后繼續(xù)升溫至測(cè)試溫度，容器內(nèi)壓力上升至飽和蒸氣壓，穩(wěn)定30 min后進(jìn)行測(cè)試。其他步驟與煙道氣-稠油表面張力的測(cè)試方法的相同。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1煙道氣-稠油系統(tǒng)表面張力變化規(guī)律

2.1.1動(dòng)態(tài)表面張力分析

由于煙道氣在原油中具有一定的溶解度，油滴形成后，煙道氣會(huì)向原油中擴(kuò)散、溶解，一直持續(xù)到油滴被煙道氣飽和。為了檢測(cè)氣體向原油中溶解、擴(kuò)散對(duì)表面張力的影響，對(duì)煙道氣-稠油系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)表面張力進(jìn)行測(cè)定。圖2所示為120℃和4MPa下測(cè)量的煙道氣-稠油動(dòng)態(tài)表面張力，其中煙道氣組成為80%N2+20%CO2(摩爾分?jǐn)?shù))，并與CO2-稠油和N2-稠油的表面張力進(jìn)行對(duì)比。

由圖2可以看出動(dòng)態(tài)表面張力的變化可以分為2個(gè)階段:第1個(gè)階段為波動(dòng)階段，在氣體擴(kuò)散的初始階段，動(dòng)態(tài)表面張力存在一定的波動(dòng)，約100s，說(shuō)明氣體向稠油中擴(kuò)散會(huì)持續(xù)一段時(shí)間;第2個(gè)階段為平衡階段，氣體-稠油的表面張力波動(dòng)很小，幾乎是一個(gè)常數(shù)，在相同的溫度和壓力下，CO2-稠油的表面張力最小，N2-稠油的表面張力最大，煙道氣-稠油的表面張力介于二者之間，表5所示為前300s稠油與不同氣體作用表面張力的實(shí)驗(yàn)值。

表5前300s稠油動(dòng)態(tài)表面張力實(shí)驗(yàn)值表

2.1.2靜態(tài)表面張力分析

為了研究溫度和壓力對(duì)煙道氣-稠油平衡表面張力的影響,分別在80,100和120℃下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),圖3所示為不同溫度下煙道氣-稠油平衡表面張力隨壓力變化曲線。由圖3可見:當(dāng)氣體壓力從0.2 MPa升高到6MPa，在80℃時(shí)，煙道氣-稠油表面張力由27.31mN/m減小到23.53mN/m，降低了13.84%;在100℃時(shí)，煙道氣-稠油表面張力由26.10mN/m減小到22.26mN/m，降低了14.71%;在120℃時(shí)，煙道氣-稠油表面張力由 24.75 mN/m減小到 21.75 mN/m,降低了12.12%。當(dāng)溫度一定時(shí)，煙道氣-稠油系統(tǒng)的平衡表面張力隨著壓力的增大而減小，并呈較好的線性關(guān)系。這是因?yàn)闇囟纫欢〞r(shí)，壓力增大，煙道氣在稠油中的溶解度增大，使得平衡表面張力減小。當(dāng)壓力一定時(shí)，煙道氣-稠油系統(tǒng)的平衡表面張力隨溫度的升高而減小。這是因?yàn)闊煹罋獾闹饕煞质荖2，N2在稠油中的溶解度隨著溫度升高而增大。

圖3不同溫度下煙道氣-稠油平衡表面張力變化曲線

2.1.3氣體組成對(duì)煙道氣-稠油表面張力的影響

在礦場(chǎng)情況下，煙道氣的組成很復(fù)雜，但其中N2和CO2的摩爾分?jǐn)?shù)之和超過(guò)90%。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)煙道氣的組成進(jìn)行簡(jiǎn)化，使用的煙道氣由N2和CO2按照一定的比例混合得到。在前面的研究中，煙道氣的組成均為80%N2+20%CO2(摩爾分?jǐn)?shù))，因此，煙道氣-稠油表面張力是CO2和N2對(duì)稠油表面張力的綜合體現(xiàn)。

圖4所示為100℃時(shí)CO2,N2和煙道氣與稠油表面張力隨壓力變化曲線。由圖4可以看出:100℃時(shí)，3種氣體與稠油的表面張力均隨壓力的增大而減小，呈現(xiàn)很好的線性關(guān)系。低壓時(shí)，三者的表面張力相近，壓力越高，三者的表面張力差值越大。當(dāng)壓力由0.2 MPa增加到6MPa過(guò)程中，CO2-稠油表面張力降低幅度最明顯，由26.07mN/m減小到17.47mN/m，降低了32.99%;N2-稠油表面張力的變化最小，由26.18 mN/m減小到23.52mN/m，降低了10.16%;煙道氣-稠油表面張力的變化介于二者之間，由26.10mN/m減小到22.26mN/m，降低了14.71%。這是因?yàn)樵谕粶囟群蛪毫ο拢珻O2在稠油中的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于N2的溶解度。

為了探究煙道氣-稠油表面張力與CO2-稠油表面張力和N2-稠油表面張力之間的關(guān)系，表6給出了100℃時(shí)2種不同組成煙道氣實(shí)驗(yàn)值與線性插值結(jié)果。由 表6可見:實(shí)驗(yàn)值與線性插值相對(duì)誤差<3%，說(shuō)明在實(shí)驗(yàn)條件下不同組成的煙道氣-稠油表面張力可以由N2-稠油表面張力和CO2-稠油表面張力線性插值得到，并且誤差在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍之內(nèi)。