高含砂原油流变性研究

高原 辛迎春（中石化石油工程设计有限公司,山东 东营 257000）

近年来，出砂冷采技术被越来越广泛的应用于海洋采油作业中，尤其是在渤海地区已取得较好进展。但由于地层和井下施工作业的复杂性,已采取防砂措施的生产井仍有部分井会存在过度出砂现象。例如蓬莱19-3油田某些井由于井段太长地层砂粒径差异大,采用膨胀筛管防砂投产后仍存在大量出砂的现象[1]。而稠油由于其自身特性，往往具有较强的携砂能力，随着地层开采的深入越来越多的高含砂稠油将被开采出来。本文以蓬莱9-1区块馆陶原油为例，研究了高含砂原油的流变性质，主要从粘度、反相点、含水率及粘弹性几个方面对脱砂前后的馆陶原油进行了对比分析，探讨了含砂量对原油流变性的影响。

1 实验

1.1 馆陶原油基本性质

PL9-1馆陶原油含沙量超过30%，属于高含砂原油，20℃密度为 1076 kg/m3（含泥沙），50℃粘度为 9917 MPa·s，含硫0.256%，含蜡3.69%，胶质含量34.41%，沥青质含量2.96%。按照原油工业分类法，属于含蜡、多胶、低硫、高氮特重原油。

1.2 实验内容

1.2.1 实验仪器：德国Haake RS300流变仪

1.2.2 试验方法：将脱水后原油，在80℃温度下恒温30min，将离心机设置为5000rpm，在此条件下离心15min，得到含砂率＜0.5%原油，再根据混合油的质量比，分别称量乳状液的原油量及水量，油水在50℃温度下恒温30min。将水、油混合放入SY-20型乳化油混调器内，在300 rpm条件下均匀搅拌10分钟，完成原油乳状液制备。取一定量配置好的乳化油样置于德国Haake RS300流变仪的相应测量系统中，设置好程序，完成对原油流变性的测定。

2 结果与讨论

2.1 脱砂前后原油粘温特性

粘-温特性乳化稳定性评价，可作为考察模拟乳化稳定性的一项指标，根据乳化油的粘-温特性和视粘度-含水率的变化定性地体现乳状液的乳化稳定情况。

图3-1 脱砂前馆陶含水油(301/s)粘温曲线

图3-2 脱砂后馆陶含水油(301/s)粘温曲线

图3-3 脱砂前馆陶原油反相点曲线

图3-4 脱砂后馆陶原油反相点曲线

对比图3-1和3-2可以发现，脱砂前原油粘度要远大于脱砂后原油粘度，从图3-3可以看到，脱砂前馆陶原油在含水率＜10%时，粘度随着含水率的增加而增长，在含水率＞10%后，粘度随着含水率的降低而下降，形成了O/W体系，这表明脱砂前原油的反相点为＞10%。从图3-4可以发现，将砂粒脱除后，原油的反相点为＞30%，这表明在原油中的固体颗粒含量过高后，原油内颗粒流动阻力增大，粘度被升高，当原油内固体颗粒达到一定数量后，便与乳状液形成絮凝结构，导致原油乳状液中带有亲水基的连续相被“固化”，从而致使原油的反相点被降低。

2.2 脱砂前后原油粘弹性

粘弹性参数是原油内部结构的体现，本文采用振动应力扫描法，在确定线性粘弹性范围后[2]，使用可控制应力流变仪,在原油凝点附近温度区域对馆陶净化油进行了线性粘弹性应力范围内的小振幅振荡剪切实验[3]。

图3-5 脱砂前后净化油粘弹性曲线

从图3-5可以看出，脱砂后其粘弹性模量均有所下降。脱砂前其粘性模量G″与弹性模量G′相差不大，脱砂后其粘性模量要远大于弹性模量，表明脱砂后，原油乳状液的流动性大大增强了。在较小的剪切应力范围内，脱砂前与脱砂后的G′、G″和损耗角δ基本不随剪切应力而变化；在较高的剪切应力下，弹性模量G′的下降速率要远大于粘性模量G″，并且脱砂后粘性模量的损耗角δ几乎为零，表明在脱砂后，由于原油内部颗粒的减少，导致颗粒间摩擦力降低，阻力减弱，需要克服应力的做功减小，令原油表现出了更好的流动性。

3 结语

对比脱砂前后馆陶原油的粘温特性及粘弹性可知，脱砂后馆陶原油的粘度大幅降低，反相点由10%提高到了30%，原油的粘弹性模量均有所降低，原油表现出了更为良好的流动性，这说明原油的含砂量作为一项影响因素对原油的集输有着不可忽视的影响。因此加强对除砂设备的研究,提高除砂设备技术水平是必不可少的。

[1]李成见海上稠油油田含砂原油除砂及含油砂净化工艺探讨[J].中国海上油气,2007,19(4):260-264.

[2]李传宪,李琦瑰.凝胶原油粘弹性的实验研究[J].力学与实践,2000,3(22）:48-50.

[3]桂平,张劲军.凝点附近含蜡原油的粘弹性研究[J].石油大学学报,2003,2(27):90-92.