3 結果分析

3.1 持水率對流動型態(tài)的影響

根據(jù)實際井筒乳化降黏開采過程中,向原油中加入乳化降黏劑后,油水界面張力一般小于1mN/m,這樣有利于水包油乳狀液的形成,達到降黏減阻的目的。為考察油水界面張力小于1mN/m時的重油油水兩相流動規(guī)律,配置質(zhì)量分數(shù)為0.5%的曲拉通-100表面活性劑水溶液,使油水界面張力為0.752mN/m,固定流速0.03m/s,控制持水率為10%~80%,常溫常壓下,觀察加入表面活性劑對不同持水率油水兩相在垂直管道中流動型態(tài)的影響, 并與不加表面活性劑的油水兩相流動特征進行對比,結果見圖3、4。

圖3 加表面活性劑流速為0.03m/s不同持水率下油水兩相流動型態(tài)

圖4 不加表面活性劑速度為0.03m/s時油水兩相流動型態(tài)

從圖3、4看出,環(huán)烷油在可視釜中表現(xiàn)為淡黃色,亞甲基藍染色的水呈深藍色,水與環(huán)烷油主流從注入點(底部)流入,可視釜(頂部)流出。當持水率從10%逐漸增加到80%的過程中,主要觀察到8種流動型態(tài),分別為油包水分散流(DW/O)、油包水泡狀流(BW/O)、油包水彈狀流( SW/O)、油包水蠕狀流(CEW/O)、環(huán)狀流(AF)、擾動流(Churn)、水包油泡狀流(BO/W)和水包油分散流(DO/W)。其中加入表面活性劑后的擾動流(Churn Flow) (圖3)與常規(guī)油水兩相流動的擾動流 (圖4)相差較大,表現(xiàn)為水相穿過油相呈帶狀分布并在延伸方向上波動的剪切流型。

出現(xiàn)該流型的原因是在油水界面張力非常小的情況下,局部持水率急劇增多使水相紊流程度加劇,環(huán)狀流無法繼續(xù)維持而發(fā)生徑向波動,導致流動型態(tài)呈卷曲條帶狀。加入表面活性劑溶液后, 油水界面張力急劇降低,水相易與油相形成水膜,表面活性劑水溶液與油相形成泡沫狀,各個流動型態(tài)也不再是傳統(tǒng)油水兩相流動型態(tài),表現(xiàn)為兩種或兩種以上流動型態(tài)并存,如持水率10%時表現(xiàn)為油包水泡狀流和分散流并存,但以泡狀流為主;持水率30%時,油包水彈狀流和泡狀流并存,彈狀流為主; 持水率40%時,油包水蠕狀流、彈狀流、泡狀流并存,蠕狀流為主。

持水率增大到60%時,水相受油相徑向阻力增大,由于加入表面活性劑水溶液與油相界面張力降低,水相無法繼續(xù)保持環(huán)狀流,在油相中形成擾動流。繼續(xù)增大入口持水率至70%時,相反轉發(fā)生,油為連續(xù)相的流動轉變?yōu)橐运疄檫B續(xù)相的流動,出現(xiàn)水包油泡狀流和水包油分散流。當入口持水率大于30%運行一段時間后,整個體系微藍且透光性變差,說明形成了水包油型乳狀液。而不加表面活性劑的情況下,主要以單一流態(tài)為主,環(huán)狀流并未出現(xiàn),且當持水率增大至80%時,仍然為油包水流動,相轉換未發(fā)生,這與不加表活劑差別較大,說明加入表活劑后油水界面張力降低,使油水界面更易被拉長變形,且油水界面更易破碎,有利于油水相轉換的發(fā)生。

3.2 流速對加劑后油水兩相流動型態(tài)的影響

實際生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)油井產(chǎn)量忽高忽低,地層周期性出水的現(xiàn)象,持水率大小影響油水兩相流動型態(tài)與乳狀液形成過程,流速大小影響油水混合物在垂直井筒中流動摩阻與O/W乳狀液形成快慢,對于重油而言,持水率越大、流速越快,原油與水更易形成水包油乳狀液,能更快起到減阻效果。因此,研究不同流速下,不同含水范圍加入降黏劑后油水兩相垂直管流流態(tài)特征對實際降黏生產(chǎn)指導具有重要意義。

在常溫常壓下,配置質(zhì)量分數(shù)為0.5%的曲拉通-100表面活性劑水溶液, 改變持水率10%~70%,考察流速分別為0.03、0.06、0.09、0.15m/s時油水兩相流動型態(tài)特征：

流速為0.06m/s,持水率為20%~70%時,出現(xiàn)了泡狀流、彈狀流、環(huán)狀流、擾動流;流速為0.09m/s,持水率為20%、30%時為泡狀流,持水率為40%時為彈狀流,持水率為50%時為環(huán)狀流,大于60%為擾動流;流速為0.15m/s,持水率20%~30%為泡狀流,持水率大于40%為擾動流。說明流速越高,持水率越大,越易形成擾動流,擾動流下,長條環(huán)狀水流被打破分散,使水相與油相混合程度更高,更易形成水包油乳狀液,使原油黏度降低。因此在高產(chǎn)量超稠油降黏開采過程中可適當下調(diào)摻入綜合持水率,實現(xiàn)低成本降黏開采。

根據(jù)加入表面活性劑后不同流速、不同持水率下油水兩相垂直管流流態(tài)特征實驗結果,建立常溫常壓加劑后形成乳狀液之前油水兩相流動型態(tài)。

混合流速越低,越容易出現(xiàn)彈狀流、蠕狀流等大粒徑水泡流,隨流速增加,彈狀流與蠕狀流范圍逐漸變窄甚至消失,泡狀流、環(huán)狀流和擾動流等分散度更高的流動型態(tài)所占比例逐漸增加。由于界面張力的極大降低,且水相密度低于油相,油相對水相的浮力作用使水相的表觀速度大于油相的表觀速度,油水界面處存在相對速度差,因此在低界面張力下水相更易被拉長,形成長條狀的彈狀流、蠕狀流以及環(huán)狀流。油水混合速度越大,水相更易在油相中分散,形成細小泡狀流和擾動流,油包水流動更易轉變?yōu)樗土鲃印?