1.3實驗步驟

測定煙道氣-稠油表面張力的實驗步驟如下。

1)每次測試前，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驅(qū)動系統(tǒng)，調(diào)節(jié)可視窗至恰當?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電加熱方式進行加熱，30~60 min后待容器內(nèi)的壓力和溫度達到穩(wěn)定值后，記錄下來。

5)在測試窗口輸入油滴和氣體密度，點擊測試按鈕，通過馬達驅(qū)動，在注射器針尖上形成1個懸垂的油滴;同時，通過攝像機實時采集油滴形狀圖片，傳送至計算機數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，計算得到煙道氣-稠油的表面張力。

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

7)調(diào)節(jié)壓力和溫度，重復步驟4)~6)，完成實驗。

在進行正己烷-稠油表面張力測試過程中，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到測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，進行加熱，升高至一定溫度時，正己烷開始氣化，用0.15 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)升溫至測試溫度，容器內(nèi)壓力上升至飽和蒸氣壓，穩(wěn)定30 min后進行測試。其他步驟與煙道氣-稠油表面張力的測試方法的相同。

2實驗結(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，煙道氣會向原油中擴散、溶解，一直持續(xù)到油滴被煙道氣飽和。為了檢測氣體向原油中溶解、擴散對表面張力的影響，對煙道氣-稠油系統(tǒng)的動態(tài)表面張力進行測定。圖2所示為120℃和4MPa下測量的煙道氣-稠油動態(tài)表面張力，其中煙道氣組成為80%N2+20%CO2(摩爾分數(shù))，并與CO2-稠油和N2-稠油的表面張力進行對比。

由圖2可以看出動態(tài)表面張力的變化可以分為2個階段:第1個階段為波動階段，在氣體擴散的初始階段，動態(tài)表面張力存在一定的波動，約100s，說明氣體向稠油中擴散會持續(xù)一段時間;第2個階段為平衡階段，氣體-稠油的表面張力波動很小，幾乎是一個常數(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驗值。

表5前300s稠油動態(tài)表面張力實驗值表

2.1.2靜態(tài)表面張力分析

為了研究溫度和壓力對煙道氣-稠油平衡表面張力的影響,分別在80,100和120℃下進行實驗,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:當氣體壓力從0.2 MPa升高到6MPa，在80℃時，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，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，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%。當溫度一定時，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。這是因為溫度一定時，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。當壓力一定時，煙道氣-稠油系統(tǒng)的平衡表面張力隨溫度的升高而減小。這是因為煙道氣的主要成分是N2，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氣體組成對煙道氣-稠油表面張力的影響

在礦場情況下，煙道氣的組成很復雜，但其中N2和CO2的摩爾分數(shù)之和超過90%。在實驗過程中，對煙道氣的組成進行簡化，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(摩爾分數(shù))，因此，煙道氣-稠油表面張力是CO2和N2對稠油表面張力的綜合體現(xiàn)。

圖4所示為100℃時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，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，三者的表面張力相近，壓力越高，三者的表面張力差值越大。當壓力由0.2 MPa增加到6MPa過程中，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%。這是因為在同一溫度和壓力下，CO2在稠油中的溶解度遠遠大于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2種不同組成煙道氣實驗值與線性插值結(jié)果。由 表6可見:實驗值與線性插值相對誤差<3%，說明在實驗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，并且誤差在實驗誤差允許范圍之內(nèi)。