文章编号:1004—5716(2003)08—75—03中图分类号:TE345　文献标识码:B 塔河油田稠油粘度特性试验研究耿宏章1,秦积舜2,周开学1,郭文敏2(1、石油大学应用物理系,山东东营257061;2、石油大学石油工程学院,山东东营257061)摘　要:应用高温高压流变仪,在不同温度和压力下,对塔河油田TK427井产原油进行了试验研究,测量了不同含水率、不同气油比下的原油粘度,用曲线拟合法探讨了原油及油气水多相流粘度与温度、压力不同的关系,结果表明原油及油气水多相流的粘温特性符合指数规律,原油粘度与压力呈线形关系,原油的粘度随气油比不同而变化巨大,含气原油粘度随压力变化存在极小值(泡点压力),含水原油粘度随含水量变化存在极大值(非乳化拐点)。

关键词:原油;粘度;含水率;含气率;压力;温度;粘温特性 原油流变性是油田开发及油气集输中重要的特性参数,原油流变性直接影响原油在地下的渗流特性,原油的粘度是反映原油在流动过程中内部的摩擦阻力[1]。

地层原油的粘度直接影响其在地下的运移和流动。

在油田开发过程中原油的粘度决定其在地层中的渗流能力,也影响它在管道中的流动能力。

随着原油开采量的增加,原油开采技术正在不断提高,人们对原油流动性质的研究越来越深入。

原油的流变性对其在多孔介质内的渗流过程有很大影响,油井的产量、油藏的采收率以及其他油田开发指标与原油的流变性有直接关系,采油工艺中深井泵的水力学结构、井筒内流动阻力的计算和原油管输工艺中加热站的设计、管输压降的计算都与原油的流变性有密切关系。

因此,了解原油粘度的变化特点对增加油井产能,提高油田采收率、编制调整开发方案有重要意义[2]。

本文利用高温高压流变仪对塔河油田TK427井产稠油样品及其油气水多相流进行了粘温特性测量,对原油及其油气水多相流进行了较系统的粘温特性的研究,为原油的开发,以及原油在地层、井筒及输油管道中的流动计算提供科学依据。

1　试验条件与方法111　试验条件原油流变性的测试仪器较多,高温高压液体流变性测量仪可以较方便的测量原油及其油气水多相流在不同温度、压力、不同含水率、不同含气率下的粘度,我们利用该仪器与其他设备配合进行测量。

仪器设备:高温高压流体粘度测量仪,高压二氧化碳钢瓶,阀门,精密压力表,截止阀,超级恒温水浴,活塞容器,压力容器,高压计量泵。

原油样品:塔河油田TK427井所产脱气原油,常压下其密度测量结果见表1。

表1　原油的密度测量结果温度(℃)4050607080密度(gΠcm3)0.98270.97620.96970.96340.9571 水样:地层产出水,矿化度:7000mgΠL;气体样品:二氧化碳。

从表4的统计结果来看,该矿区各煤层等分值普遍偏低,除C52煤层等分值达到V3等资源量等分值标准(0.40～0.45)外,其余各煤层等分值均<0.40,相应的资源量级别亦均属于等外资源。

这主要是由于该矿区各煤层成煤期沉积环境较动荡,发育的煤层厚度较薄,结构复杂,灰份偏高,后期又受构造破坏,从而降低了煤层的稳定性和可采连续性所致。

312　经济概略分类评价C2亚煤组煤层埋藏深度一般在垂深100m以内,最大垂深≤200m;第四系覆盖层厚度≤20m,且F2断层上盘之浅部(垂深30m以上)煤层已全部采空,故各煤层剩余资源量埋深在30～200m之间。

经经济性概略评价,各煤层能利用储量范围内,C52煤层V3等资源量为7.873×105t,占总量22.89%,其余各煤层灰份<40%的等外资源量为2.6520×106t,占总量的77.11%,所有煤层灰份>40%的等外资源量为2.6384×106t。

在区位系数为60的条件下,各煤层资源量均为欠经济的资源量。

各煤层资源量经济评价概略分类见表5。

313　资源的有效供给能力简析通过概略分等评价、经济概略分类评价已知,该矿区西山窑组所含可采煤层由于其赋存条件差、资源量等级低、总量有限,开采和利用欠经济性,故不能作为具有效供给能力的资源,不具备建年产6×104t以上矿井的条件。

表5　各煤层资源量经济评价概略分类表煤层编号原地分等级别资源量(104t)占总量百分比灰份>40%资源量(104t)经济概略分类合计(104t) C52V378.7322.89%92.56欠经济的171.29 C32、C42等外138.3640.23%31.91欠经济的170.27 C12、C22等外126.8436.88%139.37欠经济的266.21总计343.93100%263.84欠经济的607.77总第87期2003年第8期 西部探矿工程WEST-CHI NA EXP LORATI ON E NGI NEERI NGseries N o.87Aug.2003112　测量方法(1)将一定量的油气水多相流按一定比例充分混合均匀后转入测量仪,在一定温度下,测量其在不同压力下的粘度。

(2)改变温度,待温度稳定后,测量多相流在不同压力下的粘度。

(3)重复步骤(2),直到所需数据为止。

2　实验测量结果及处理对塔河油田TK 427所产油样进行了实验测量,对原油、不同含水率的原油、不同含气率的原油及油水多相流在不同压力、温度下的粘度变化规律进行了实验研究。

211　不同压力下原油的粘温特性曲线通过实验测量得到原油不同压力下的粘温特性曲线见图1。

图1　TK 427原油粘温特性曲线212　不同温度下原油的粘度—压力特性曲线原油在不同温度下的粘度—压力特性曲线见图2。

图2　TK427原油粘度-压力特性曲线213　不同温度、压力下的原油粘度与含水率关系特性原油在不同温度、压力下的粘度—含水率特性曲线见图3。

图3　常压下TK 427原油粘度-含水率关系图214　不同气油比下原油的粘度与压力的关系特性原油在不同气油比不同温度下的粘度—压力特性曲线见图4。

图4　油气多相流粘度-压力关系图3　原油及多相流的粘度变化规律分析311　不同压力下原油的粘温特性曲线从图2不同压力下原油的粘温特性曲线可以看出,原油粘度与温度之间存在规律性的关系,根据曲线特征判断粘度与温度之间存在指数关系[3],利用回归法得出粘度与温度之间的关系。

设粘度与温度之间的关系为:μ=Ae BT(2)式中:μ———粘度,mPa ・S;T ———温度,℃;A ———与压力、原油组分有关的待定数值;B ———与原油组分有关的待定数值。

对图1进行曲线拟合的得到如表2所示数据处理结果。

对粘度与温度之间的关系式(1)中系数进行分析,因为A 、B 是与压力、含水率等有关的系数,应进一步分析探寻其规律性。

31111　待定系数A 与压力的关系为了分析待定系数A 与压力的关系,探寻其规律性。

将不同含水率下系数A 与压力的关系列表如表3所示,做出A 与压力的关系图如图5所示。

从图5可以看出,不同含水率下系数A 与压力的关系表现为线性关系,因此设系数A 与压力的关系如(3)式所示:A =C +DP(3)式中:P ———压力,MPa ;C 、D ———与含水率有关的系数。

将图5中图线进行线性拟合,得出C 、D 的数值如表4所示。

表2　原油在不同压力下的回归结果压力(MPa )A B 相关系数R0.132774-0.071940.9903133047-0.071690.9905538105-0.072080.99411045634-0.072990.99391554440-0.073790.99382065710-0.074750.994267西　部　探　矿　工　程 Aug.2003N o.8表3　不同含水率下系数A 与压力的关系表压力ΠMPa原油10%20%30%50%70%90%0.13277440424880378145.11884.7692.56160.0213304741400943648316.92069.2654.36170.83538105478711243219645.82751.2658.52179.32104563457602152163109633472.3743.04188.96155444070593182402122474462.6848.57236.18206571084024212396135344234.1930.19256.86图5　不同含水率下系数A 与压力的关系图表4　系数C 、D 、B 与含水率的关系表含水率η%C D B 相关系数R原油0%31010.51636.94-0.0728730.992910%38425.92179.24-0.0701670.994420%89428.16205.77-0.0754630.999130%8153.74272.584-0.0594920.999150%2023.46131.768-0.0589130.961670%640.68113.3689-0.0475350.947190%158.2564.74827-0.0292570.972431112　待定系数B 与压力的关系粘度与温度之间的关系式(2)待定系数B 是与原油的组成相关的量,同一油样或相同含水率下应为同一数值[4],因此对同一含水率下的B 值取其平均值,得到系数B 与不同含水率的关系如表4中所示,不同含水率时系数B 是不同的。

312　不同温度下原油的粘度—压力关系由图2所示原油在不同温度下的粘度—压力特性曲线可以看出,粘度随压力的升高而变大,基本上呈线性关系,这与图5中所示关系是一致的。

313　不同温度、压力下的原油粘度与含水率关系由图3所示原油在不同温度、压力下的粘度—含水率特性曲线可以看出,粘度随含水率的升高先呈上升趋势,达到一极大值后随含水率的上升而下降,此极值点为油水非乳化的拐点,对TK 427原油粘度极值在含水20%左右。

314　不同气油比下原油的粘度与压力的关系由图4可见含气原油的粘度对压力十分敏感,随压力和升高粘度先降低后再上升,极小值对应压力为饱和压力即泡点压力Pb 。

粘度与压力曲线说明,当压力低于饱和压力时,随压力的上升,气体溶入油中,改善了原油的组成,使原油粘度急剧下降。

当高于饱和压力时,随压力的上升,已没有气体溶于油中,原油受压力作用体积收缩,密度增加,分子间距变小,液层内部摩擦力增大,因而粘度增加。

当压力等于饱和压力时,原油中溶气量达到最大值,原油的组分达最佳组合,因而此时原油粘度值最低,或称极小值。

原油粘度随气油比的不同而变化较大,气油比增大粘度下降较大,可见含气后原油的物性发生较大的变化;含气原油的粘度随温度的升高而下降。

随温度的升高泡点压力值变大,随含气量的增加泡点压力值也变大。

4　结论(1)粘度与温度之间存在规律性关系,分析不同压力下原油及其不同含水率下的粘温特性曲线可以看出,粘度与温度之间存在指数关系。