Изучение реологических свойств водонефтяных эмульсий высоковязких нефтей. Работа №72904

Изучение реологических свойств водонефтяных эмульсий высоковязких нефтей.

Садейская В.А. (vsadeiskaya@ugtu.net)

( ФГБО ВО Ухтинский государственный технический университет г.Ухта )

Аннотация в статье приводятся результаты исследования реологических свойств водонефтяных эмульсий высоковязких нефтей на ротационном вискозиметре HAAKE VT550.

Ключевые слова: эмульсии, ротационный вискозиметр.

Актуальность: Большинство месторождений разрабатываются с помощью поддержания давления путем закачки воды в пласт. При совместном движении нефти и воды неизбежно образуются водонефтяные эмульсии, вязкость которых может во много раз превышать вязкость составляющих ее компонентов. Повышенная вязкость эмульсии по сравнению с составляющими ее нефтью и водой вызывает много проблем при добыче нефти: снижает межремонтный период эксплуатации оборудования, а так же технологические показатели его работы. Прогнозирование вязкости водонефтяных эмульсий представляет на сегодняшний день одну из самых сложных задач нефтепромысловой механики.

Основными факторами, влияющими на вязкость эмульсий, являются: объемное содержание дисперсной фазы, деформация капель при сдвиге, размер капель и характер распределения, флокуляция капель.

Рисунок 1. – Зависимость вязкости от объёмной доли воды.

<Object: word/embeddings/oleObject1.bin>Большинство существующих моделей высоковязких эмульсий дают оценку относительной её вязкости, определяемой как отношение вязкости эмульсии к вязкости сплошной среды. Наиболее распространенные модели представляют относительную вязкость эмульсий при постоянной температуре как функцию от объемного содержания дисперсной фазы.

(1)

µэм – вязкость эмульсииµС - вязкость дисперсионной среды (нефти)

где

Самой ранней моделью является модель, предложенная А. Эйнштейном для дисперсий индивидуальных капель, расстояние между которыми намного больше их размера (рисунок 2).

Рисунок 2.- Модель Эйншейна.

Батчелор дополнил выводы Эйнштейна путем учета гидродинамического взаимодействия капель и броуновского движения (рисунок 3).

Приведенные выше соотношения справедливы только для эмульсий с низким объемным содержанием дисперсной фазы, так как они не учитывают агрегацию капель и их стесненное течение.

Рисунок 3.- Модель Батчелора.

Муни разработал модель, учитывающую стесненное течение и образование агрегатов капель.

По Муни при низких скоростях сдвига каждый агрегат ведет себя как отдельная сфера с объемом большим, чем сумма объемов составляющих его капель, потому что внутри структуры удерживается некоторое количество дисперсионной среды. В данной модели φmax соответствует объемной доле дисперсной фазы в агрегате. При φmax=1 модель Муни описывает течение индивидуальных капель дисперсной фазы.

Рисунок 4.- Модель Муни.

Целью данной работы является исследование зависимости кажущейся вязкости водонефтяных эмульсий нефтей различного состава и свойств от водосодержания и температуры, а также сравнение полученных экспериментальных зависимостей с известными теоретическими моделями, используемыми для прогнозирования вязкости эмульсий.

Объектами исследования являлись водонефтяные эмульсии, приготавливаемые из дистиллированной воды и нефтей Ярегского месторождения, пермокарбоновой залежи Усинского месторождения и Западно-Сюрхаратинского месторождения. Эмульсии приготавливались при комнатной температуре путем перемешивания расчётных объемов нефти и воды лопостной мешалкой в течение 10 минут (рисунок 5). Приготовленные эмульсии не проявляли признаков расслоения в течении всего времени эксперимента.

Рисунок 5.- Перемешивающее устройство US-2000D

Вязкость эмульсий измерялась на ротационном вискозиметре «Fungilab, Expert L».

Измеренными значениями вязкости считались те, которые записывались после 1 минуты при данной скорости оборотов шпинделя. Образец в ячейке термостатировался с точностью ±0,10С в течение 10 минут перед измерением вязкости.

Таблица 1.- Характеристики приготовленной эмульсии.

Ярегская нефть

Плотность, кг/м3

930

Место отбора

НШ-2

ОПУ-3бис

На данном слайде представлена зависимость вязкости Ярегской нефти и её водонефтяных эмульсий от температуры (рисунок 6)

Таблица 2.- Исходные данные распределения капель по размерам водонефтяных эмульсий.

Фракция

Вязкость

Dср

PD

1

1993,454

6,145436

1,096766

2

2105,216

6,922

1,089023

3

2266,561

6,873

1,08005

Рисунок 6.- Кривые распределения капель

по размерам водонефтяных эмульсий

На основе результатов эксперимента получена зависимость относительной вязкости эмульсий Ярегской нефти от водосодержания при разных температурах. Видно, что сильных отличий между ними не наблюдается. Анализируя график можно сказать, что сильно отличий между ними не наблюдается.