[发明专利]定量表征流场剪切对油水乳化过程界面自由能贡献的方法

说明书

本发明涉及的是定量表征流场剪切对油水乳化过程界面自由能贡献的方法，它包括：（一）流场剪切作用下油水乳化液滴的变形描述；（二）流场剪切应力与乳化液滴油‑水界面张力的关系建立；（三）流场剪切作用下油水乳化液滴的变形特征参数获取；（四）油水乳化过程流场剪切能与界面自由能变的关联；（五）流场剪切对油水乳化过程界面自由能贡献的定量表征；（六）重复步骤（二）至（五），定量另一物性油水介质、或另一特性流场中油水乳化过程的流场剪切能与界面自由能变，实现不同特性流场剪切对不同物性油水乳化过程界面自由能贡献的定量表征。本发明解决对油田集输系统剪切流场中油水乳化行为及其乳化液滴受力、变形微尺度描述的问题。

一、技术领域：

本发明涉及的是油田地面工艺中，解决油水混合介质集输时，在流场剪切作用下油水乳化行为及其乳化液滴的受力、变形描述，尤其是对剪切流场中油水乳化过程界面自由能贡献定量表征的技术难题，具体涉及的是定量表征流场剪切对油水乳化过程界面自由能贡献的方法。

二、背景技术：

油田开发过程中，原油大部分以乳化液的形式采出，一般是一种水珠分散于油相中的油包水(W/O)体系，或油珠分散于水相中的水包油(O/W)体系，尤其随着油藏开发进入中高含水期及二、三次采油措施的相继实施，油田乳化液的形成与存在非常的普遍，且往往在井筒及地面集输系统剪切流场中导致以多重型油水乳化液(O/W/O或W/O/W)为主(ZhangFan(张帆)，Wang Fubin(王福宾)，Zhang Shixing(张石兴)，Oil-Gas Field SurfaceEngineeringy(油气田地面工程)，2005，24(12)：2～3；Xu Mingjin(徐明进)，Li Mingyuan(李明远)，Peng Bo(彭勃)，Wu Zhaoliang(吴肇亮)，Lin Meiqin(林梅钦)，Guo Jixiang(郭继香)，Journal of China University of Petroleum(中国石油大学学报(自然科学版))，2007，31(4)：139～143)。尽管关于油水乳化液的这些类型具有成熟的方法可以鉴别，但对于其成型与稳定的内在机制描述仍比较局限，如目前已有共识认为“除了内外相组成特性及油水界面性质等内部因素外，外部剪切作用对油水乳化液体系的热力学及动力学稳定性具有重要影响，且随着体系界面能的降低、剪切强度的增加，乳化液成型变易、稳定性增强”(Liu Yang(刘扬)，Oil&Gas Gathering and Transferring(油气集输)，2015)，但这种认识与理解仅局限于定性描述，尤其是缺少将外部剪切作用和内部界面性质对油水乳化机制的影响相关联。

作为垂直于流体流动方向且具有速度梯度的剪切流场，其普遍存在于油田集输系统的管道、泵机组及管路沿线弯头等各不同生产节点，这种流场剪切不同程度作用于油井采输的不同物性油水介质，使在地层、特别是在近井地带及射孔炮眼等区域形成的原始油水乳化液滴发生变形，在相间界面改变引起正相关于油水乳化行为的界面自由能变化的同时，这种变形会在一定程度上促进乳化液滴中内相的分散与稳定，但油水乳化液滴的粒径本身就小(一般分布在0.1～100μm)，这种微尺度的变形便需联合乳化液滴的形状及取向进行描述，并通过构建三维空间坐标系进行静力平衡分析。与此同时，剪切流场中油水混合介质的运动矢量，如速度、受力均具有方向性，给相关问题的定量研究及运算又带来很多不便。然而，流场剪切做功所生成的能量作为标量，给能够突破关于流场剪切效应、油水界面自由能变与油水乳化机制之间关系的定性分析提供了可能和途径。为此，发明一种定量表征流场剪切对油水乳化过程界面自由能贡献的方法，解决油水混合介质集输过程中，在流场剪切作用下油水乳化行为及其乳化液滴的受力、变形描述，以及对剪切流场中油水乳化过程界面自由能贡献的定量表征，对于剪切流场中油水乳化作用机制的再现与深刻揭示、油水乳化液成型与稳定理论的丰富与拓展具有重要价值，同时有益于促进油田地面高效破乳技术的开发与设计应用工作。

三、发明内容：