含蜡原油乳状液磁处理降黏实验_柴冲.pdf

87Process&Engineering|工艺与工程2023 年 1 月第 42 卷 第 1 期网络出版时间：2022-09-23T10:37:13网络出版地址：http:/ 58、磁场强度为 200 T、磁处理 10 min 时，乳状液黏度降低幅度最大，降黏率达到 14.5；通过界面与显微实验发现，乳状液经磁处理后油水界面张力降低，施加不同的磁处理条件后液滴分布不变，磁场作用通过降低油水界面张力与原油黏度进而降低乳状液黏度。研究成果可为含蜡原油乳状液降黏输送技术提供指导，保障原油集输安全。（图 10，表 4，参 26）关键词：油田集输；含蜡原油；乳状液；磁处理；界面张力；液滴分布；降黏率中图分类号：TE81文献标识码：A文章编号：1000-8241（2023）01-0087-09DOI：10.6047/j.issn.1000-8241.2023.01.012Experiment on viscosity reduction of waxy crude oil emulsion by magnetic treatmentCHAI Chong1，2,HOU Lei2,LI Xueying2,HE Sichen2,HUANG Yanan21.PipeChina Institute of Science and Technology;2.College of Mechanical and Transportation Engineering,China University of Petroleum(Beijing)/MOE Key Laboratory of Petroleum EngineeringAbstract:The crude oil emulsion formed by oil-water mixture in the process of oilfield gathering and transportation has complicated rheological properties,which may affect the safe and economic operation of pipelines.In order to explore the viscosity reduction effect of magnetic treatment on waxy crude oil emulsion,the viscosity change of emulsion was experimentally studied by adjusting the magnetic field intensity,as well as the temperature and time of magnetic treatment,with the self-developed static permanent magnet treatment device.Then,the crude oil viscosity and oil-water interfacial tension before and after magnetic treatment were measured,the droplet distribution of emulsion was observed,and the reason for emulsion viscosity reduction was analyzed.Through the magnetic treatment experiment,it is found that the viscosity reduction rate of the emulsion is the highest(14.5%)when the magnetic treatment lasts 10 min at the magnetic treatment temperature of 58 and the magnetic field intensity of 200 mT.It is also found through the interface and microscopic experiment that the oil-water interfacial tension of the emulsion decreases after magnetic treatment,the droplet distribution remains unchanged after the application of different magnetic treatment conditions,and the viscosity of emulsion is reduced under the action of magnetic field that decreases the oil-water interfacial tension and crude oil viscosity.Generally,the research results could provide guidance for the viscosity reduction and transportation technology of waxy crude oil emulsion,thus ensuring the safe gathering of crude oil.(10 Figures,4 Tables,26 References)Key words:oilfield gathering and transportation,waxy crude oil,emulsion,magnetic treatment,interfacial tension,droplet distribution,viscosity reduction rate引文：柴冲，侯磊，李雪莹，等.含蜡原油乳状液磁处理降黏实验J.油气储运，2023，42（1）：87-95.CHAI Chong,HOU Lei,LI Xueying,et al.Experiment on viscosity reduction of waxy crude oil emulsion by magnetic treatmentJ.Oil&Gas Storage and Transportation,2023,42(1):87-工艺与工程|Process&Engineering2023 年 1 月第 42 卷 第 1 期digital 型搅拌器，其转速区间为 602 400 r/min；黏度测试仪采用 Anton Paar 公司 RheolabQC 型流变仪，配有循环水浴（精度为 0.1）；采用日本 Nikon 公司产OPTIPHOT2-POL 型偏光显微镜观察乳状液液滴；采用德国产 SVT20N 型界面张力仪测试油水界面张力。磁处理装置整体结构为长方体，外部尺寸为长30 cm、宽 14 cm、高 14 cm，内部尺寸为长 20 cm、宽 10 cm、高 10 cm，通过调节丝杠带动磁铁移动，控制装置内部磁场强度（图 1）。静态磁处理装置的水槽与恒温水浴连接。1.2实验油样实验原油虽然经过脱水流程，仍含有少量乳化水，实验前需进行深度脱水处理12。采用 DTS-IV（4C）型石油密闭脱水仪进行脱水，脱水温度为 80，同时消除油样的热历史与剪切历史。分别采用差式扫描量热法13和四组分分离法14测定原油含蜡量、胶质与沥青质含量，采用流变仪测定原油黏温曲线（表 1、图 2）。油田集输工艺主要采用油水混输，由于原油中含有大量胶质、沥青质等天然乳化剂，油水混合物在井筒与地面管道中受到剪切作用时易形成稳定的原油乳状液1。由于分散相的加入，原油乳状液的流变特性相较于原油更为复杂2。为保证管道安全经济运行，必须采用物理或化学方法降低乳状液黏度。磁处理技术作为新兴的物理降黏技术因其安装简便、成本低、无污染等优点在油田得到广泛应用3-4。大庆油田在部分井口安装磁处理装置，实现了中低含水油井的不加热输送，但磁处理装置对不同井流物的作用效果差别较大5。马秀波等6分析认为磁场导致蜡晶颗粒间的范德华引力势能增大是磁处理降黏的根本原因。马先国等7-9通过原油电磁防蜡降黏实验，分析了磁处理温度、磁场波形、磁处理时效性等参数对降黏效果的影响，发现磁处理温度存在最佳范围，磁场波形对降黏无影响，且磁处理时效性一般为 4 h。张伟伟10对电磁掺水复合防蜡进行现场试验，发现施加电磁场后原油流动性得到进一步改善，输送阻力显著降低，在油田短程集油管道上应用磁处理技术能够实现冷输集油。Contreras-mateus 等4针对重油与磁流体的混合物，研究其在外磁场作用下的黏性效应，认为原油在较宽温度范围内（-560）是遵循广义 Maxwell 模型的黏弹性流体，重油与磁流体的协同作用显著降低了原油黏度。Chen 等11通过分子动力学模拟，分析磁场对含蜡原油的影响，发现在低磁场强度范围内进行磁处理对原油降黏更有效。综上，大部分学者针对磁处理原油的降黏防蜡机理进行了研究，通过实验探究不同类型原油的最佳磁处理条件，提出了磁致胶体效应、磁场使分子取向排列等降黏理论，但未形成统一认识。同时，针对磁处理乳状液降黏的研究较少，对磁处理乳状液的降黏机理研究不够深入。由此，开展含蜡原油乳状液性能实验，分析不同因素对乳状液黏度与稳定性的影响，确定乳状液配置条件。进而，通过含蜡原油及其乳状液静态磁处理实验，观察磁处理前后原油及其乳状液的黏度、液滴分布以及油水界面张力的变化，分析降黏机理，以期为含蜡原油乳状液降黏输送提供理论指导。1实验仪器与油样 1.1实验仪器乳状液制备所用的搅拌器为德国 IKA RW20 图 1含蜡原油乳状液磁处理实验装置示意图Fig.1Experiment device for magnetic treatment of waxy crude oil emulsion表 1含蜡原油乳状液磁处理实验所用原油物性表Table 1Physical properties of crude oil used in magnetic treatment experiment of waxy crude oil emulsion密度/（kgm-3）凝点/析蜡点/组分含量（质量分数）蜡沥青质胶质845365829.50.6311.17图 2含蜡原油乳状液磁处理实验所用原油黏温曲线Fig.2Viscosity-temperature curve of crude oil used in magnetic treatment experiment of waxy crude oil Process&Engineering|工艺与工程d32indi3indi2 （2）式中：di为第i个液滴的直径，m；n为图像区域内液滴总数。3实验结果与讨论 3.1乳状液性能3.1.1配液温度对乳状液黏度的影响考虑油田集输原油含水率要求，以体积含水率30、剪切强度 800 r/min、搅拌时间 15 min 为制备条件，分别在 55、60 时制备原油乳状液。该制备条件下乳状液凝点为 39，由此选取 42 作为原油与乳状液黏度测试温度，测定不同配液温度下的乳状液黏度曲线（图 3）。两组乳状液黏度在不同剪切率下最大相差 6.8，因此，在该实验条件下，配液温度对乳状液黏度影响较小。3.1.2剪切强度与搅拌时间对乳状液黏度的影响油水两相在混合过程中，剪切强度与搅拌时间的影响相互耦合，当油水混合比例与乳化程度一定时，施加的剪切强度越大，所需搅拌时间越短；施加的剪切强度越小，所需搅拌时间越长。设置配液温度为 55、剪切强度为 800 r/min，搅拌时间分别为 10 min、15 min、20 min、30 min，测定乳状液的黏度曲线（图4），探究搅拌时间对乳