新疆油田原油黏度特性对集输工艺的影响

梅德平 新疆油田公司风城油田作业区

新疆油田原油黏度特性对集输工艺的影响

梅德平 新疆油田公司风城油田作业区

应用高温高压落球黏度计对新疆油田原油及其含水油样在不同温度、压力下进行黏度测定，得到新疆油田原油黏度—温度曲线、黏度—压力曲线以及原油黏度与含水率关系。研究结果表明，原油黏度随温度增加而大幅度下降，随压力升高呈现类似线性趋势增加，在高温时，压力对原油黏度影响小；原油黏度随含水率增加呈先增后降低趋势，在某一含水率时存在极大值。将实验结果应用于原油集输过程，低含水期原油集输采用添加高温处理水工艺；中高含水期集输，可以对油田集输工艺进行改造，拆除加热工艺和掺高温处理水工艺，采用不加热原油集输技术。

黏温特性；黏度；压力；含水率；集输；实验

原油开采过程中，原油黏度是一个不可忽略的关键因素，不同的地层条件对原油黏度都有不同程度的影响[1]。原油黏度的变化会影响到集输过程中水力、热力的消耗，工艺的改造、设备的使用和泵站的布置等，对原油集输效率的高低和成本的可控制具有较大程度的影响。

本文利用高温高压落球黏度计对新疆油田原油及其含水油样在不同温度、压力下进行黏度测定，研究了压力，温度，含水率对原油黏度的影响，并将其黏度变化规律应用于原油集输过程。

1 实验部分

1.1 实验材料及仪器

实验用水：室内配置新疆油田地层水，地层水矿化度3 691 mg/L，钙镁离子含量869～1 117 mg/L，经0.45 μm微孔滤膜过滤；实验用油：新疆油田脱气原油；高压计量泵：江苏海安石油仪器有限公司制造；高温高压落球黏度计：江苏海安石油仪器有限公司制造；高温高压转配样装置：江苏海安石油仪器有限公司制造；其他：高压管线、精密压力表、阀门、六通阀、压力容器等。图1为高温高压油水黏度测量装置实验流程。

1.2 实验方法

1.2.1 原油的黏度—温度、黏度—压力特性研究

（1）配制模拟油、模拟水，将转配样装置配置好的原油乳液注入落球黏度计。

（2）在温度分别为60、70、80、100、120和140℃，流体静压为0.5、5、10、15和20 MPa时测原油黏度。

图1 高温高压油水黏度测量实验流程

1.2.2 原油、水体系的黏度与含水率的关系特性研究

（1）配制模拟油、模拟水，将转配样装置配置好的原油乳液注入落球黏度计。

（2）在温度分别为60、70、80、100、120和140℃，流体静压为0.5、5、10、15和20 MPa条件下，含水率在0%、10%、20%、30%、50%、70%、90%时测原油含水乳状液黏度。

2 实验结果与讨论

2.1 原油的黏度与温度特性曲线

通过原油黏度—温度特性实验，得到了新疆油田原油在不同压力下的黏度—温度特性曲线，如图2所示。

从图2可以看出，在相同压力条件下，随着温度升高，原油黏度不断下降，且不同压力条件下原油黏度也随温度升高逐渐接近，并在140℃时黏度基本一致。原油处于低温时，原油分子运动弱，分子间作用力较大，原油黏度较高，同时压力越大黏度亦越高；随温度不断升高，原油分子运动加剧，分子间作用力逐渐减弱，黏度下降，同时压力对黏度影响亦减低；当温度足够高时，黏度随温度变化较小，压力对黏度影响亦降低。

2.2 原油的黏度与压力特性曲线

通过原油的黏度与压力特性实验，得到了新疆油田原油在不同温度下的黏度—压力特性曲线，如图3所示。

从图3中可以看出，在某一温度时，原油黏度与压力基本成线性关系，压力越高，黏度越大。随温度的变化，原油黏度也出现不同变化趋势。在低温时，如80℃以下，受原油分子间作用力的影响，黏度受压力影响较大，且温度越低影响越大；而在高温时，如120℃以上，黏度受压力影响较小，且温度越高，压力对黏度的影响越小，几乎可以忽略。

图2 原油黏度—温度特性曲线

图3 原油黏度—压力特性曲线

2.3 原油的黏度与含水率特性曲线

通过原油黏度与含水率实验，得到了新疆油田原油在不同温度下的油、水体系黏度与含水率的特性曲线，如图4所示。

从图4中可以看出，原油随着含水率的不断增加出现先增加后减小的趋势，在含水率达到20%时，黏度出现了一个最大值，在低温时表现得更为明显，高温条件下，黏度受含水率的影响相对较小。在油—水混合的过程中，随着含水量的增加，油水存在乳化过程，在接近乳化状态前的非乳化状态，此时浓度会逐渐增加，而越接近乳化状态黏度越低。因此，该原油与水混合时，黏度存在一个极大值。

图4 不同温度下油、水体系黏度—含水率曲线

3 原油黏度对集输工艺的影响

新疆油田原油黏度特性实验结果表明，原油黏度与温度、压力、原油含水率存在较大的相关性，特别是受到温度和含水率的影响较大[2]。同时，在原油集输过程中，温度直接体现为热力的消耗和能源的利用，含水率高低直接决定了原油集输设备和管道的防蜡、防腐程度，热力消耗和防蜡、防腐措施直接决定了集输成本的高低。而且原油黏度高也大大增加了原油与集输设备间的摩擦阻力，增加了集输难度。因此，原油黏度对原油集输效率、成本等具有十分重要的影响。

3.1 中低含水期集输

在油田开采初期或中前期，油井开采出的原油含水率较低，此时原油黏度随含水率增加而逐步增大，导致集输管壁结蜡腐蚀程度高，通常需要采用加热的方式将温度提高到100℃以上进行集输。

油田中低含水期原油集输采用添加高温处理水工艺，一方面通过回收利用高温水减少热力消耗，另一方面提高原油含水率，降低原油黏度。做法：增加掺高温处理水集油工艺，把处理站脱出的60℃左右的游离水掺到井口出油管道中，控制含水率在50%左右，再通过稍微加热控制原油温度在80℃，然后进行集输。这样可以降低原油黏度50%～80%，降低热力消耗60%以上。

3.2 中高含水期集输

在油田开采的后期，随着油田长期采用回注水进行开采，开采出的原油含水率逐步升高，油田逐步进入高含水期开采[3]，当含水率达到60%～70%时，原油黏度下降20%左右。且随含水原油比热增加，开采出的原油温度较高，原油黏度处在较低水平，此时可以对油田集输工艺进行改造，拆除加热工艺和掺高温处理水工艺，采用不加热原油集输技术，以降低热力的消耗和集输成本。

3.3 集输规划和优化

通过原油黏度与温度、压力、含水率的变化规律，原油黏度特性以及其随外界因素的变化规律，对集输规划进行优化可以降低集输系统全过程运行成本。

首先，掺水工艺的水泵站选址要在脱水处理站与油田出油井口的中间且偏近处理站的位置，这样可确保处理高温水的抽取、输送和掺加能耗最低。其次，加热处理系统要直接设置在油井附近位置，在低含水期原油开采出并掺加高温处理水后方便进行实时加热，控制集输温度，同时便于不加热集输时设备的拆除和工艺的改造。

4 结论

（1）在不同的压力条件下，原油的黏度随温度的升高呈现下降的趋势，并且在高温时，黏度基本相同，不受压力的影响。

（2）在不同的温度条件下，原油的黏度随着压力的升高呈现类似线性的上升趋势，低温条件下，黏度的升高更明显。

（3）原油的黏度随含水率的增加出现先增加后减小的趋势，在某一含水率时存在一个极大值，该点为原油与水的非乳化状态黏度最大处。

（4）不同温度、压力、含水率的条件下，原油黏度的变化趋势对原油的运输过程中工艺变更、成本控制、泵站的布置等都有一定的指导意义。

[1]耿宏章，秦积舜，周开学，等．含水率对原油粘度影响的实验研究[J]．油气田地面工程，2003，22（2）：68-69.

[2]耿宏章，秦积舜，周开学，等．影响原油粘度因素的试验研究[J]．青岛大学学报：工程技术版，2003，18（1）：83-87.

[3]朱林，孙锦华，杨杰．原油视粘度随含水率的变化规律及在原油集输中的应用[J]．油田地面工程，1993，12（2）：8-11.

（栏目主持杨军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.5.009