恒流变合成基钻井液关键机理研究

以FLAT-PRO恒流变体系核心处理剂流型调节剂酰胺化二聚酸衍生物和有机蒙脱土为研究对象,通过宏观、微观和流变分析相结合,深入研究了恒流变合成基钻井液的恒流变性机理。控温流变实验和静置实验表明,低温下,油相体积压缩,有机土在油中的分散性变差,体系黏度切力大幅提高。随着温度升高,油相体积膨胀,有机土扩散性增强,体系黏度切力减小。加入流型调节剂后,钻井液的黏度切力随温度变化减缓,表现出了恒流变特性。显微镜观察,X射线衍射分析、扫描电镜观察结果表明,流型调节剂分子可以插入有机蒙脱土层间,扩大层间距并促进其片层在油中高度分散。最终在钻井液体系中由高度分散的有机土片层、流型调节剂分子和乳液滴共同构成了具备温度响应性的致密网络结构。流型调节剂分子链随温度升高而舒展,导致与2℃相比,体系黏度切力在65℃下增幅更大,从而使流变性在2～65℃范围内随温度变化更加平缓,形成恒流变性能。      

恒流变合成基钻井液关键机理研究

以FLAT-PRO恒流变体系核心处理剂流型调节剂酰胺化二聚酸衍生物和有机蒙脱土为研究对象,通过宏观、微观和流变分析相结合,深入研究了恒流变合成基钻井液的恒流变性机理。控温流变实验和静置实验表明,低温下,油相体积压缩,有机土在油中的分散性变差,体系黏度切力大幅提高。随着温度升高,油相体积膨胀,有机土扩散性增强,体系黏度切力减小。加入流型调节剂后,钻井液的黏度切力随温度变化减缓,表现出了恒流变特性。显微镜观察,X射线衍射分析、扫描电镜观察结果表明,流型调节剂分子可以插入有机蒙脱土层间,扩大层间距并促进其片层在油中高度分散。最终在钻井液体系中由高度分散的有机土片层、流型调节剂分子和乳液滴共同构成了具备温度响应性的致密网络结构。流型调节剂分子链随温度升高而舒展,导致与2℃相比,体系黏度切力在65℃下增幅更大,从而使流变性在2～65℃范围内随温度变化更加平缓,形成恒流变性能。     

油水两相管流测量方法应用进展

随着科学技术的发展,大量基于电学及光学基础的测量设备逐渐被学者们用于定量描述油水两相流动规律的研究中。通过简述国内外关于油水两相管流实验中所采用的测量方法及测量原理,总结电导探针、聚焦光束反射测量仪、光学测量设备及伽玛相分率仪在油水两相管流动中的应用进展,并在其基础上分析了各种测量方法的局限性。根据管流油水流动研究现状,提出油水两相管流研究应从两相流场信息测量及油水界面捕捉入手,通过实验确定影响油水两相相间作用的决定性因素,建立新的流型转化机理,明确局部及完全分散对有效黏度变化的影响趋势,并结合现有两相流动规律,改进及完善了现有压降计算模型。     

垂直同心环空管内上升油水流动实验

以水和机械油为工质对垂直同心环空管内上升油水两相流动进行了研究，根据实验得到了油水两相流动的流型分布。在实验的基础上，通过一定的理论分析得到了各种流型的转换准则，对油水流动的持油率，压降的预测及相转变点的压降特性也进行了一定的研究，这些研究结果对环形管道油井的参数预测（如含水率，压降等）有一定的参考价值。     

国外油气水三相流流动形态研究的最新进展

多相流流型的研究有两个重要内容，即流型的划分和流型的转变和判断，学者们对流型的研究结果的看法是有分歧的，目前在油气水三相流流型的研究上应尽快解决三个问题，一是统一流型的定义；二是发展定量手段进行流型测试；三是加强对油水分散体系的形成和反相规律的研究，对于两相流和多相流而言流动形态指的是相分布状况和结构特性，它影响着流动的力学性质和传热，传质特性，９０年代以来，国外开展了水平管中油气水三相流流动形态     

倾斜管内高黏油水两相流的数值模拟

采用Fluent三维数值模拟方法研究了倾斜管内高黏油水乳化前后的流动状态,从流型与压降两方面总结了油水两相流的流动规律。实验结果表明,乳化前油水两相流的流型呈现油水交替、泡状流、水塞流、弹状流和环状流,而乳化后则以分层流、分散流、分层流且带有水包油为主。在一定倾角和入口流速下,管内压降随含水率的增加急剧减小;在一定入口流速和含水率下,管内压降随倾角增加逐渐减小。正交实验结果表明,入口流速对压降的影响最大,含水率次之,倾角的影响最小;最优组合为倾角20°、入口流速0.4 m/s、含水率40%。     

水平井油水两相流型测量实验

为了考察生产测井仪器测量对于水平油井内的流体分布影响,利用柴油和自来水作为实验介质,在多相流动模拟实验装置上进行了油水两相水平流动测量实验.通过实验测量和观察,油水两相的分布可分为4类:水平层状流和波状流、水平泡状流、水平沫状流和水平乳状流.利用实验数据绘制出流型图,建立了流型转换的关系式,可以在油水两相流动测井条件下识别和预测流体的流型.     

油田特高含水油水混合物低温流动特性的室内研究

采用室内环道实验的方法研究了水平管中特高含水油水混合物在原油凝点及其以下温度的流型、压降梯度、混合黏度和温度、含油率、流速等参数的关系。研究结果表明:凝点以下油水混合物的流型均为水漂油块流型,凝点时会出现水包油包油团流型,在温度较低时会出现明显的管壁黏油现象;油水混合物的压降梯度随温度的升高略有减小,幅度很小,随含油率的升高逐渐增大,幅度较小;油水混合物的混合黏度随流速的增大逐渐减小,表现出明显的剪切稀释性,随含油率的升高逐渐增大。油水混合物的压降梯度和混合黏度均随聚合物浓度的升高大致呈先减小后增大的规律。     

高含水采出液T形管分离器的流场数值模拟

传统的油田集输工艺损耗能量大,运行成本高。鉴于此,基于Fluent数值模拟软件,采用RNG k-ε湍流模型和欧拉多相流模型对T形管分离器的流场特性以及油水分离过程展开研究。研究结果表明:油水两相速度分布规律基本相同,在主管中沿流动方向速度逐渐降低,分支管中速度最大,水相在主管顶部区域速度较小,在汇管中上述分布趋势更加明显;湍流在分支管和主管连接处、分支管和汇管连接处以及汇管上游较为剧烈,油水发生强烈掺混;入口流速对油水分离过程的影响较大,流速越大,流体的停留时间越短,分流扰动后恢复为分层流更加困难;流速越大,油水剪切作用增强,油滴更均匀分散在水中,混合层携带更多的油相,故操作中需要确定最佳流速;随着含油体积分数增大,混合层厚度增加,最终分离效率呈现先缓慢增加,后逐渐下降的趋势;分流比较低时,汇管主要流出底层水,分离效率较低;随着分流比增大,汇管的流量增大,油水间扰动增强,流体流经汇管携带了部分混合层流体,分离效果明显提升;但分流比继续增大,混合层全部流入汇管后,油层开始流入汇管,此时分离效率随着分流比的增大呈线性降低。基于研究结果,最优操作参数为:入口流速0.10~0.30 m/s,入口含油体积分数5%~9%,分流比0.5~0.7。研究结果为油水分离提供了新思路,可为探究高效分离效果的设备结构设计和优化提供参考。     

微观油水调控体系性能评价

针对胜利油田地质条件,室内优化出一种由不同表面活性剂复配形成的微观油水调控体系。80℃时质量浓度为4 000 mg/L的微观油水调控体系在轻微外力作用下,就能使油滴分散进入水相形成乳状液,该体系与原油的界面张力在10-3~10-2m N/m之间,洗油效率可达81.05%,自渗吸进入岩心孔隙能力强。微观形态研究表明,该体系乳化原油,得到粒径范围分布较广的液滴,粒径小于5μm及粒径为15~35μm的液滴居多,液滴之间通过架桥聚并的形式形成更大油滴或油带。     

立管内水合物浆液流动特性及正交实验研究

通过FLUENT数值模拟技术对CO_2及天然气水合物浆液在立管内的流动特性进行了模拟,研究了水合物浆液平均流速、水合物体积分数、水合物颗粒粒径及连续相黏度对立管出口截面水合物浓度分布、速度分布及立管段压降的影响。通过正交实验确定了立管中CO_2水合物和天然气水合物阻力特性各影响因素的顺序均为:连续相黏度水合物颗粒的体积分数水合物颗粒的直径水合物浆液的平均流速,并在此基础上确定了各影响因素的最优组合,即平均流速2.5 m/s、水合物体积分数10%、连续相黏度1.79 m Pa·s、水合物颗粒直径50μm。研究结果可为深水流动安全保障技术的发展提供技术支持。     

数字图像分析技术研究乳状液的微观结构

在热力采油尤其是复合驱作业中,高黏度乳状液的形成、产出及其处理有非常重要的影响.近年来,在大庆、胜利等油田进行的三元复合驱矿场先导性试验中,乳化是用化学法提高采收率过程中普遍存在的现象.微观液滴结构及其分布是表征乳状液性质的重要基础参数,采用数字图像分析技术,研究具有显著非牛顿流体特征的乳状液体系特殊的渗流特征与其微观的液滴结构的关系,初步结论如下①微观液滴结构与乳状液的流变学性质密切相关;②乳状液在多孔介质中的渗流条件(如流速)影响着乳状液的液滴形态与分布和体系的黏度、黏弹性等.图4参7     

水平及微倾斜管内油气水三相流流型特性

以4号机械油、自来水和空气为实验介质,对水平及微倾斜有机玻璃管内油气水三相流的流型及其转变特性进行了实验研究。采用观察法和流型识别仪相结合的方法,按照油、水两相的关系以及气液界面总体特征,将管内油气水三相流的流型进行了划分,并给出了相应的流型结构及流型图。以实验数据为基础提出了考虑流动参数变化影响的反相点预测关联式。按照现有的关于气液两相流的流型转变准则以及考虑流动条件的油水乳状液的变化规律,对管内油气水三相流各流型之间的相互转变进行了预测和分析,结果表明,气相的作用使油水分布发生了很大变化,不同流动条件下的油水混合物的物性变化也很大。     

基于Janus SiO_2/PS纳米颗粒的乳液相行为及流变性

从微观状态和流变性能方面对克拉玛依油田81#联合站原油与Janus SiO_2/PS纳米颗粒水分散体系在不同质量分数(C_S)及不同水油体积比(R_WO)条件下形成乳液的相行为进行了研究。固定C_S=0.100%,当R_WO≤7/3时,Janus SiO_2/PS纳米颗粒水分散体系与原油形成稳定的油包水乳液,乳液液滴粒径和黏度都随水油体积比升高而增大;当R_WO7/3时,油水混合液分为上、下两相,上部为油包水乳液,下部以水为主,乳液黏度随水油体积比升高而降低。固定R_WO=7/3,当0.080%≤C_S≤0.300%时,油水完全混相,乳液黏度超过原油黏度的60倍,并且在高剪切速率时剪切变稀;当C_S0.080%或C_S0.300%时,油水混合液分为两相,并且黏度随分水体积增加而降低。固定R_WO=4/6,当0.001%≤C_S≤0.500%时,油水完全混相,乳液黏度为55~75 m Pa·s,并在剪切速率为3.00~70.00 s~(-1)时剪切增稠。以上结果表明,Janus SiO_2/PS纳米颗粒水分散体系使原油在较高含水条件下形成稳定高黏的油包水乳液,并且在一定水油体积比范围内含水越高乳液黏度越高。这个研究结果为非均质油藏扩大波及体积提供了新思路。     

数字图像分析技术研究乳状液的微观结构

在热力采油尤其是复合驱作业中,高黏度乳状液的形成、产出及其处理有非常重要的影响。近年来,在大庆、胜利等油田进行的三元复合驱矿场先导性试验中,乳化是用化学法提高采收率过程中普遍存在的现象。微观液滴结构及其分布是表征乳状液性质的重要基础参数,采用数字图像分析技术,研究具有显著非牛顿流体特征的乳状液体系特殊的渗流特征与其微观的液滴结构的关系,初步结论如下:①微观液滴结构与乳状液的流变学性质密切相关;②乳状液在多孔介质中的渗流条件(如流速)影响着乳状液的液滴形态与分布和体系的黏度、黏弹性等。图4参7     

垂直或倾斜井筒中油水流动的简化模型

这篇论文对垂直或倾斜井筒中的油水两相流动进行了实验研究和半理论分析，的重点是不占主导的流型，能够观察到泡状流，拟段塞流和湍流。运用漂移速度方法研究上述三种流型中油水两相系统的流动规律，发现轻油相的漂移速度取决于它的就地体积百分数及最终泡或滴的上升速度。对于垂直或倾斜管柱中的流动，我们能够用一种表达式描述漂移速度μｏｗ，且导出了就地油相百分数ｆ０的单个等式。对于所研究的三种流型。我们把ｆ０和油的表观     

油水不相溶体系流变特性探讨

油水两相流广泛存在于油田生产中,其流动黏度的准确测定直接影响集输工艺设计的合理性与运行管理的科学性,但现有技术尚不能满足其快捷与准确测定的需要。为此,分别以二甲基硅油、吉7稠油和CZ27稠油为油相,自来水为水相,制备不同的油水不相溶体系;采用Anton-Paar Rheolab QC同轴圆筒流变仪及配套DIN53019转子系统,测试其流变特性;分析含水率、温度和剪切速率对油水不相溶体系流变特性的影响,建立相应的流变模型。结果表明,高黏度油相与水组成的油水不相溶体系在本实验剪切速率范围内表现出与纯油相相同的流变特征;根据含水率的不同,表观黏度变化趋势可分为四个区间:含水0~40%的无影响区,40%~55%的线性变化区,55%~75%的波动区,75%~93%的线性变化区;二甲硅油及其油水不相溶体系表现为牛顿流体流变特性,而乳化稠油及其油水不相溶体系表现为剪切稀释性。     

非牛顿原油包水乳状液的表观黏度预测

基于有效介质理论,在Pal等学者提出的经典黏度模型基础上,对含沥青质、胶质等界面活性成分的原油包水乳状液黏度及流变特性进行预测。界面活性分子对连续相的吸附与夹带,导致有效含水率的增加,是乳状液具有非牛顿性的诱因。将促进与阻碍乳状液有效含水率增加的正反2种作用分开考虑,并用含水率因子和颗粒雷诺数因子分别表征。含水率因子考虑了含水率及微观液滴分布对促进作用的影响;颗粒雷诺数因子着重体现不同液滴微观分布时剪切的破坏作用。建立了考虑微观液滴分布、剪切速率、含水率等多因素影响的黏度预测模型,油田现场原油、矿化水乳状液数据验证表明,所建模型具有较好的预测精度,预测结果的最大相对误差为11.44%。     

大管径不同井斜油水两相流流型数值模拟

通过ICEM CFD建立倾角θ为±20°、±15°、±10°、±5°和0°(完全水平),内径为0.124m,长度为20m的井筒,利用FLUENT中的VOF多相流模型对大管径不同斜度井中的油水两相流进行数值模拟,得出不同油水混合速度、不同含水率和不同倾角时的流动变化规律;结合Trallero J L的流型分类方法,根据模拟得到的油水两相分布图划分了6种流型,并制作了以混合速度、倾角为坐标的流型图。倾角θ=0°(井筒水平)时,流型以分层流为主,随着混合速度的增加,其逐渐变为界面混杂的分层流;若含水率逐渐增大,流型将转变为油-油包水、油包水或水包油-水、水包油;倾角θ0°(井筒上倾)时,流型随流速的增大提前发生转变,并且水相出现回流,局部持水率变大;倾角θ0°(井筒下倾)时,水相在底部加速流动,局部持水率变小。计算结果与相关实验结果比较吻合。     

大管径水平管油水两相流动特性试验研究

因井斜变化、流体密度差异等因素致使水平井井中流体流动特性复杂多变,准确进行水平井生产动态监测成为难题。基于水平管油水两相模拟试验,在完全水平流、上坡流和下坡流情况下,对油和水的分布规律、流型分类、速度剖面和滑脱效应等进行了分析,通过剖析3种不同持率测量仪器的响应规律,制作了速度剖面和滑脱速度等试验图版,能很好地用于判断流体流动特性。