2021-10-09
摘要
蒸汽輔助重力泄油技術（SAGD）是開發超稠油的一項前沿技術，其機理是在注汽井中注入蒸汽，蒸汽向上超覆在地層中形成蒸汽腔，蒸汽腔向上及側面擴展，與油層中的原油發生熱交換，加熱后的原油和蒸汽冷凝水靠重力作用泄到下面的水平生產井中產出。在這一過程中會產生復雜的W/O/W乳液，為了獲得無水稠油需要將乳液進行相分離。由于重質油的密度與水接近，經常采取稀釋的方法降低瀝青的粘度來加速相分離過程。
在本文中，利用靜態多重光散射儀Turbiscan測量了重質油乳液的不穩定現象，評價了不同種類稀釋劑對重質油油乳液穩定性的影響。
材料和方法
脫水重質油（飽和烴30%，芳烴34%，樹脂23%，瀝青13%），鹵水（0.93%NaCl，0.67%NaHCO3）
重質油和稀釋劑利用如下方程稀釋，獲得稀釋油。
然后將稀釋油與鹵水按照25:75的比例混合，在瓦林攪拌器中攪拌5min，獲得乳液。
選取了3中稀釋劑（A,B,C），分別對應下表中的組分。
樣品命名方法，以A50為例，A代表選取的稀釋劑種類，隨后的數字代表稀釋劑和油的混合比例，例如100mL的A50，含水75mL，含稀釋油25mL，其中稀釋油的成分為12.5mL稀釋劑A和12.5mL脫水油。
使用Turbiscan多重光散射儀測量不穩定現象，生產廠家法國Formulaction。
實驗結果和討論
多重光散射儀通過測量瓶子的透射光和背向散射光，可以表征樣品中的粒徑變化（絮凝，聚并）和局部濃度變化（粒子遷移現象），多重光散射方法比瓶試觀察法具有更加快速和客觀的優勢。
圖1 （a）A50樣品瓶樣品外觀隨時間變化照片（b）A50樣品在常溫下背散射光掃描曲線，箭頭指示著掃描線隨時間變化過程，虛線指示124min時的分層界面位置
圖1顯示了一個典型樣品（A50）的背散射光掃描曲線，由于樣品渾濁不透明，所有分析采取背散射數據。由于實驗沒有采用化學添加劑促進相分離，實驗結束時分離的兩相為：富油相和富水相（oil rich phase and water rich phase），從圖5a的照片中眼睛可以看到上下層顏色不同，但是很難分辨界面位置，但是從圖5b中，多重光散射技術可以精確地確定界面位置（虛線位置），在這個位置ΔBS曲線的斜率發生了轉變。通過測量界面位置隨時間的變化，可以獲得并比較三種稀釋劑的相分離速度。
圖2 頂部分層體積百分比隨時間變化曲線與瓶試法數據對比（Turbiscan實心，瓶試法空心）
圖2展示了三種乳液頂部富油層與純油相的體積百分比隨時間變化曲線，由于分離的富油相中含有一部分乳化水，A50樣品的最終體積百分比超過了100%。通過與瓶試法對比，Turbiscan數據與瓶試法具有一致性。從圖中可見，在室溫條件下，B50在三者中是最穩定的乳液。為了比較稀釋對穩定性大的影響，測量了不同稀釋劑濃度的頂部分層體積百分比。
圖3 不同稀釋劑和稀釋劑濃度樣品的頂部分層體積百分比
稀釋劑的自身性質對瀝青的沉淀具有重要作用，稀釋比例對瀝青界面性質也會產生影響（Alvarez et al., 2009）。一些作者研究指出，稀釋的特征比例與稀釋劑中的蠟含量有關，而且與蠟的分子鏈長度有關，當蠟的分子鏈長度在C7-C10附近，瀝青會更容易沉淀（Wang et al., 2001，Wiehe et al., 2004）。
在圖3中，水油比依然為75:25，隨著稀釋比利增加，樣品穩定性越來越好，A100，B100，C100三個樣品中的油相是100%的稀釋劑，出人意料的是，這三個樣品的乳液穩定性非常好，說明稀釋劑中的某些組分含有表面活性分子，也對乳液穩定性產生重要作用。
結論
通過這篇研究，證實了多重光散射儀是表征蒸汽輔助重力泄油（SAGD）產生的復雜乳液的有力工具，成功的研究了不同稀釋劑對乳液穩定性的影響，稀釋劑比例越高，乳液穩定越好，稀釋劑中的蠟質組分對瀝青沉淀具有明顯作用。
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