用改进的PR模型预测原油包水型乳状液表观粘度

用改进的PR模型预测原油包水型乳状液 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 观粘度 用改进的PR模型预测原油包水型乳状液表 观粘度 2007年第3l卷 第5期 中国石油大学(自然科学版) JournalofChinaUniversityofPetroleum V01.31No.5 0ct.20o7 文章编号:1673—5005(2007)05-0114-05 用改进的PR模型预测原油包水型乳状液表观粘度 宫敬,窦丹 (中国石油大学多相流实验室,北京102249) 摘要:目前绝大多数的油包水型乳状液粘度预测模型都把乳状液视为牛顿流体,而原油包水型乳状液特别是稠油包水 型乳状液在中,高含水率时却经常表现出很强的非牛顿性.根据油包水乳状液表现出非牛顿性的机理,考虑了乳状液 的非牛顿性与含水率的关系,提出了改进的PR模型,用于预测油包水型乳状液的表观粘度.此方法只需知道纯油的 粘温关系,一组高含水率下的剪切率与表观粘度的关系及一个低含水率下的表观粘度值,即可预测各种温度,含水率和 剪切率下油包水型乳状液的表观粘度(相对粘度).对比结果表明,改 进的PR模型的预测结果更符合实测结果. 关键词:油水乳状液;表观粘度;PR模型;剪切率;含水率 中图分类号:0647.11文献标识码:A Apparentviscositypredictionofwater--in--crudeoilemulsions byimprovedPRmodel ,GONGJing,DOUDan (MultiphaseFlowLaboratoryinChinaUniversityofPetroleum,Be~iing102249,China) Abstract:Water—in—oilemulsionsaletreatedasNewtonianfluidinmostavailableviscositypredictionmodels,butwater—in— crudeoilemulsionsexpressnon—NewtonianbehaviorsatmediumandhJ曲 watercut,especiallyforwater—in—heavyoilemul— sions.Inviewofthemechanismofnon—Newtonianbehaviorsofemulsions,a nimprovedPRmodelconsideringrelationship betweennon—NewtonianbehaviorsandthewatercutofemulsionWasdevelopedtopredictapparentviscosityofwater—in—crude oilemulsionsbasedonPRmode1.Withthismodel,theapparentviscosityofwater—in—crudeoilemulsionsinanytempera- ture,watercutandshearratecouldbepredictedwhentheviscosity—temperat uredependencyofpureoil,asetofapparent viscosity—shearratedependencyinhighwatercutandoneapparentviscosity valueinlowwatercutwereknown.Compared withtheoriginalmodels,theimprovedPRmodelaccordswiththeexperiment aldataverywel1. Keywords:water—in—oilemulsion;apparentviscosity;PRmodel;shearrat e;watercut 原油中大多含有天然乳化剂,一般会形成稳定 的原油包水型乳状液J.目前,大多数乳状液研 究剖中是将轻质油包水型乳状液作为牛顿流体,但 原油包水型乳状液特别是稠油包水和含蜡油包水型 乳状液在较低的含水率时即能表现出较强的非牛顿 特性J.因此,笔者采用油田现场的原油和矿化 水,在PR模型刮的基础上,提出一种新的更为准 确的原油包水型乳状液粘度预测模型. 1模型的建立 在原油包水型乳状液中,由于乳化剂的存在,使 得分散相液滴(水滴)能够产生水合作用,即水滴表 面乳化剂分子与连续相(油相)分子的相互吸引,使 得一定量的油相分子附着于水滴表面,从而使乳状 液的有效含水率大于真实含水率.另外,在水滴之 间范德华力的作用下,液滴会聚集,形成絮凝物之 后,其中会稳定地夹带有一部分油相液体,这也会使 乳状液的有效含水率进一步加大L5.7J.. 原油包水型乳状液的粘度与含水率成正比,随 剪切率的增加,凝絮和水合作用被破坏后,会释放出 一 定量原先被夹带或吸附的油相液体,降低了乳状 收稿日期:2007—03—21 基金项目:国家自然科学基金项目(50474061,50674097) 作者简介:宫敬(1962一),女(汉族),辽宁庄河人,教授,博士生导师,研 究方向为油气储运. 第31卷第5期宫敬,等:用改进的PR模型预测原油包水型乳状液表 观粘度’115? 液的有效含水率,从而导致原油包水型乳状液表观 粘度下降.当剪切率进一步升高,水滴夹带的所有 油相液体都被释放以后,剪切率的升高便不会改变 乳状液的有效含水率,其表观粘度不再随剪切率的 升高而改变,此时的原油包水型乳状液表现为牛顿 流体特性. 设油包水型乳状液分散相的有效体积为,真 实体积为,则 = KVo.(1) 其中,K为因水合作用和絮凝作用而引起的油包水 型乳状液分散相体积的改变系数,称为油包水型乳 状液的非牛顿系数.从而, = /~6.(2) 式中,为油包水型乳状液有效含水率;为油包 水型乳状液真实含水率. 根据有效体积假设,真实含水率为的油包水 型乳状液系统可由如下过程得到:最初体系为纯油 相,向其中逐次加入很少量的体积为?的水,直 至真实含水率达到.在此过程中,设在第i步时, 乳状液的总体积为,有效分散相体积为,油包 水型乳状液粘度为田;当加入?的水后到达第 +1步,与第i步相比,增加的有效分散相体积为 ave,增加的粘度为?田.再假设第i步状态时的乳 状液为连续相,则从状态到状态+1的过程为向 连续相中加入少量分散相的过程,从而,状态+1 时的粘度为+?,有效含水率为ave/(+ ?),应用Einstein粘度方程得到 AT/e=7/e 15),(3) 油包水型乳状液有效含水率的改变量为 = ,(4) 由=咖,并设ave?,则由式(4)得到 =.(5) 将式(5)代入式(3)得 : 2.51.(6),,一 ‘ u, 把式(2)代入式(6),有 :2.5.(7)1田一’一’, 当咖时,一.(.为油相粘度);当一 时,一;代入边界条件积分式(7)得 =坐=(1一)-2.5.(8) 非牛顿系数K的 计算公式 六西格玛计算公式下载结构力学静力计算公式下载重复性计算公式下载六西格玛计算公式下载年假计算公式 为 (,咖)=Kf()Kf(咖).(9) 其中,()代表水合作用和絮凝作用的影响,为剪 切率的函数,PR模型认为非牛顿系数K只与剪切 率有关,即K=Kf(),计算时用最大含水率时实测 的一关系来确定()一的函数关系,并认 为不同含水率下油包水型乳状液的非牛顿特性相 同;而原油包水型乳状液的非牛顿特性随含水率的 不同而改变引,因此在改进的PR模型中,认为非 牛顿系数不仅与剪切率有关,而且还受含水率的 影响,并用Kf()来表示这种影响,即在不同的含水 率下,油包水型乳状液具有不同的非牛顿特性. ()表示含水率为的油包水型乳状液与含水率为 条件下油包水型乳状液的非牛顿特性之间的差 异系数. 改进的PR模型计算步骤如下: 对于函数 1一(,咖) == 焉, 咖ax 当咖=咖一时,有 (,咖)l Kf(咖一)=———=1; ()I 当=咖时,有 (l -n? ()I二!! .咖咖m” ax 这样,如果已知函数()的形式,并计算出 (咖一)和(咖i)的值,即可用此改进的PR模型 预测原油包水型乳状液的表观粘度(相对粘度). 2实验 2.1实验样品及其参数 为通过实验寻找(巾)函数的形式并验证改进 PR模型的有效性,准备了7种原油包水型乳状液样 品,样品中的油水乳状液来自不同的油田,从井口取 出油水乳状液后,经过电脱水获得纯油和纯水.油 样XY—I一XY-7的粘度分别为534.0,137.6,52.9, 46.3,101.4,112.7和59.6mPa?S.其中油样XY一 1为稠油,测粘温度为60?;油样XY-2XY-7为 含蜡油,测粘温度为30?. ?116?中国石油大学(自然科学版)2007年lO月 2.2实验结果讨论 2.2.1(咖)函数形式 由式(1O),作实测点的(咖),咖图,并与由 ((b)和(mi)两点拟合出的幂函数曲线比 较,在不同的剪切率下,实测的不同含水率下的 ()值都与由Kf()和Kf(咖)两点拟合的幂函 :: 2.0 0.5 0 含水率 (a)XY一4,200S一. (d)XY一5,200S-. 数曲线有很好的相关性.大量的比较验算表明,油 包水型乳状液的非牛顿性系数(咖)与含水率咖 成幂函数关系最为符合实际,即 (咖)=o4,b.(11) 图1为4和5油包水型乳状液样品的(咖) 与关系曲线.式(11)中的a,b为曲线拟合系数. (b)XY一4,400S一. 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.O 05 O 3.O 2.5 2.0 1.5 l,O 0.5 O (c)XY一4,600S一 (e)XY一5,400S-.(f)XY一5,600s一 图1Kt(西)与西函数关系实验验证 2.2.2改进的PR模型的验证 XY一1油样(稠油)油包水型乳状液在不同含水 率和剪切率下的实测粘度结果与PR模型和改进的 PR模型的预测粘度结果见表1(实验温度为6O ?). 表1XY.1油样(稠油)油包水型乳状液实测粘度与预测粘度对比 mPa?s 由表1可以得出最大相对误差,对于稠油包水 型乳状液,改进的PR模型预测结果的最大相对误 差为15.35%,而PR模型最大相对误差为24.28%, 对于较高含水率的非牛顿油包水型乳状液,改进的 PR模型的预测结果更为理想. 对于XY-2,XY-7油样(含蜡原油),不同剪切 率和含水率条件下实测相对粘度与PR模型和改进 的PR模型的预测结果见图2. 在不同剪切率和含水率下,7种油样制备的油 包水型乳状液的PR模型和改进的PR模型预测相 对粘度的偏差见图3. 从图3可以看出,改进的PR模型预测结果的 平均偏差为8.9%,而PR模型预测结果的平均偏差 为27.1%,改进的PR模型预测的效果令人满意. 从原理上讲,对于含水率较低的油包水型乳状 液,其性质为牛顿流体,而由于无法得到确切的牛顿 流体与非牛顿流体的转化点,因而预测其粘度时只 能仍然按非牛顿流体处理,尽管如此,预测的结果仍 能令人满意. PR模型考虑了油包水型乳状液的非牛顿性,而 改进的PR模型则进一步考虑了油包水型乳状液的 非牛顿性随含水率的改变而改变的特点,因而比原 第31卷第5期宫敬,等:用改进的PR模型预测原油包水型乳状液表 观粘度’117? 模型具有更高的准确性.在计算方法上,改进的PR 模型与原模型大体相同,只是需要多测量一组= i时的表观粘度,需要特别指出的是此时油包水 型乳状液一般为牛顿型流体.这样,只需知道纯油 越 餐 丧 翼 摇 丧 翼 含水率 (矗)xY一2油样,200s- 的粘温关系和一组高含水率下的剪切率与表观粘度 的关系及一个低含水率下的表观粘度值,即可预测 各种温度,含水率和剪切率下油包水型乳状液的表 观粘度(相对粘度). 含水率 (b)X’Y一3油样,600r. 含水率 (c)x’Y一4油样,600f. 含水率一含水率含水率 (d)XY-5#油样,200s-1(e)x’Y’-6油样,400s,(t3X~一7油样,400s-I 图2XY-2一XY.7油样相对粘度预测结果比较 图3模型预测值与实测值的偏差 3结论 (1)轻质油包自来水型乳状液一般为牛顿流 体,只有在转相点附近才会表现出一定的非牛顿性, 原油包水型乳状液特别是稠油包水型和含蜡油包水 型乳状液在较低的含水率时即能表现出较强的非牛 顿特性. (2)PR模型考虑了油包水型乳状液的非牛顿 性,而改进的PR模型则进一步考虑了油包水型乳 状液的非牛顿性随含水率的改变而改变的特点. (3)原油包水型乳状液的非牛顿特性与含水率 有关,改进的PR模型中非牛顿系数与含水率成幂 函数关系. (4)改进的PR模型比PR模型的预测效果更 好. 参考文献: [1]江延明,李传宪.W/O乳状液的流变性研究[J].油气 储运,2000,19(1):10—12. JIANGYan—ruing,LIChuan—xian.Researchonrheologi— ca1prope~iesofW/Oemulsion[J].Oil&GasStorage ? 118?中国石油大学(自然科学版)2007年1O月 (上接第108页) [2]黄崇品,刘植昌,史全,等.改性离子液体中异丁烷与 丁烯的烷基化反应[J].燃料化学,2003,31(5): 462.465. HUANGChong-pin,LIUZhi-chang,SHIQuan,eta1. 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