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烟道气−稠油系统表面张力变化规律研究

来源:中南大学学报(自然科学版) 浏览 88 次 发布时间:2023-08-10

采用轴对称液滴形状分析(ADSA)方法,测定烟道气−稠油、正己烷−稠油、烟道气+正己烷−稠油系统表面张力的变化规律,分析蒸汽辅助重力泄油(SAGD)过程中注入非凝析气体和溶剂后对降低稠油表面张力的能力。研究结果表明:在一定温度下,稠油的表面张力随着气体压力的增加而减小,在一定压力下,烟道气−稠油和正己烷−稠油表面张力的变化规律则相反。在相同的温度和压力下,与烟道气相比,正己烷降低稠油表面张力的作用更显著。同时,实验测得的烟道气−稠油表面张力与N2−稠油表面张力和CO2−稠油表面张力的线性插值拟合性较好。


研究表明,降低稠油的表面张力是SAGP技术中注入的非凝析气体和ES-SAGD技术中注入的少量气化溶剂改善SAGD开发效果的作用机理之一。研究SAGP和ES-SAGD过程中的界面现象具有重要意义。气体注入后,稠油的表面张力降低,在多孔介质中流动的毛管力和黏附力减小,油藏流体在重力作用下流入生产井被采出。


烟道气−稠油系统表面张力变化规律


动态表面张力分析


由于烟道气在原油中具有一定的溶解度,油滴形成后,烟道气会向原油中扩散、溶解,一直持续到油滴被烟道气饱和。为了检测气体向原油中溶解、扩散对表面张力的影响,对烟道气−稠油系统的动态表面张力进行测定。图1所示为120℃和4 MPa下测量的烟道气−稠油动态表面张力,其中烟道气组成为80%N2+20%CO2(摩尔分数),并与CO2−稠油和N2−稠油的表面张力进行对比。由图1可以看出动态表面张力的变化可以分为2个阶段:第1个阶段为波动阶段,在气体扩散的初始阶段,动态表面张力存在一定的波动,约100 s,说明气体向稠油中扩散会持续一段时间;第2个阶段为平衡阶段,气体−稠油的表面张力波动很小,几乎是一个常数,在相同的温度和压力下,CO2−稠油的表面张力最小,N2−稠油的表面张力最大,烟道气−稠油的表面张力介于二者之间,表1所示为前300 s稠油与不同气体作用表面张力的实验值。

1—烟道气;2—CO2;3—N2

图1 120℃和4 MPa下稠油动态表面张力变化图

表1 前300 s稠油动态表面张力实验值表

同温度下烟道气−稠油平衡表面张力变化曲线

静态表面张力分析


为了研究温度和压力对烟道气−稠油平衡表面张力的影响,分别在80,100和120℃下进行实验,图2所示为不同温度下烟道气−稠油平衡表面张力随压力变化曲线。由图2可见:当气体压力从0.2 MPa升高到6 MPa,在80℃时,烟道气−稠油表面张力由27.31 mN/m减小到23.53 mN/m,降低了13.84%;在100℃时,烟道气−稠油表面张力由26.10 mN/m减小到22.26 mN/m,降低了14.71%;在120℃时,烟道气−稠油表面张力由24.75 mN/m减小到21.75 mN/m,降低了12.12%。当温度一定时,烟道气−稠油系统的平衡表面张力随着压力的增大而减小,并呈较好的线性关系。这是因为温度一定时,压力增大,烟道气在稠油中的溶解度增大,使得平衡表面张力减小。当压力一定时,烟道气−稠油系统的平衡表面张力随温度的升高而减小。这是因为烟道气的主要成分是N2,N2在稠油中的溶解度随着温度升高而增大。