采用軸對稱(chēng)液滴形狀分析(ADSA)方法，測定煙道氣?稠油、正己烷?稠油、煙道氣+正己烷?稠油系統表面張力的變化規律，分析蒸汽輔助重力泄油(SAGD)過(guò)程中注入非凝析氣體和溶劑后對降低稠油表面張力的能力。研究結果表明：在一定溫度下，稠油的表面張力隨著(zhù)氣體壓力的增加而減小，在一定壓力下，煙道氣?稠油和正己烷?稠油表面張力的變化規律則相反。在相同的溫度和壓力下，與煙道氣相比，正己烷降低稠油表面張力的作用更顯著(zhù)。同時(shí)，實(shí)驗測得的煙道氣?稠油表面張力與N2?稠油表面張力和CO2?稠油表面張力的線(xiàn)性插值擬合性較好。

研究表明，降低稠油的表面張力是SAGP技術(shù)中注入的非凝析氣體和ES-SAGD技術(shù)中注入的少量氣化溶劑改善SAGD開(kāi)發(fā)效果的作用機理之一。研究SAGP和ES-SAGD過(guò)程中的界面現象具有重要意義。氣體注入后，稠油的表面張力降低，在多孔介質(zhì)中流動(dòng)的毛管力和黏附力減小，油藏流體在重力作用下流入生產(chǎn)井被采出。

煙道氣?稠油系統表面張力變化規律

動(dòng)態(tài)表面張力分析

由于煙道氣在原油中具有一定的溶解度，油滴形成后，煙道氣會(huì )向原油中擴散、溶解，一直持續到油滴被煙道氣飽和。為了檢測氣體向原油中溶解、擴散對表面張力的影響，對煙道氣?稠油系統的動(dòng)態(tài)表面張力進(jìn)行測定。圖1所示為120℃和4 MPa下測量的煙道氣?稠油動(dòng)態(tài)表面張力，其中煙道氣組成為80%N2+20%CO2(摩爾分數)，并與CO2?稠油和N2?稠油的表面張力進(jìn)行對比。由圖1可以看出動(dòng)態(tài)表面張力的變化可以分為2個(gè)階段：第1個(gè)階段為波動(dòng)階段，在氣體擴散的初始階段，動(dòng)態(tài)表面張力存在一定的波動(dòng)，約100 s，說(shuō)明氣體向稠油中擴散會(huì )持續一段時(shí)間；第2個(gè)階段為平衡階段，氣體?稠油的表面張力波動(dòng)很小，幾乎是一個(gè)常數，在相同的溫度和壓力下，CO2?稠油的表面張力最小，N2?稠油的表面張力最大，煙道氣?稠油的表面張力介于二者之間，表1所示為前300 s稠油與不同氣體作用表面張力的實(shí)驗值。

1—煙道氣；2—CO2；3—N2

圖1 120℃和4 MPa下稠油動(dòng)態(tài)表面張力變化圖

表1 前300 s稠油動(dòng)態(tài)表面張力實(shí)驗值表

同溫度下煙道氣?稠油平衡表面張力變化曲線(xiàn)

靜態(tài)表面張力分析

為了研究溫度和壓力對煙道氣?稠油平衡表面張力的影響，分別在80，100和120℃下進(jìn)行實(shí)驗，圖2所示為不同溫度下煙道氣?稠油平衡表面張力隨壓力變化曲線(xiàn)。由圖2可見(jiàn)：當氣體壓力從0.2 MPa升高到6 MPa，在80℃時(shí)，煙道氣?稠油表面張力由27.31 mN/m減小到23.53 mN/m，降低了13.84%；在100℃時(shí)，煙道氣?稠油表面張力由26.10 mN/m減小到22.26 mN/m，降低了14.71%；在120℃時(shí)，煙道氣?稠油表面張力由24.75 mN/m減小到21.75 mN/m，降低了12.12%。當溫度一定時(shí)，煙道氣?稠油系統的平衡表面張力隨著(zhù)壓力的增大而減小，并呈較好的線(xiàn)性關(guān)系。這是因為溫度一定時(shí)，壓力增大，煙道氣在稠油中的溶解度增大，使得平衡表面張力減小。當壓力一定時(shí)，煙道氣?稠油系統的平衡表面張力隨溫度的升高而減小。這是因為煙道氣的主要成分是N2，N2在稠油中的溶解度隨著(zhù)溫度升高而增大。