2.2正己烷-稠油系統(tǒng)表面張力變化規(guī)律

研究表明，正己烷(n-C6H14)可以有效地改善SAGD的開發(fā)效果。本文實(shí)驗(yàn)中選用的溶劑為正己烷，研究正己烷降低稠油表面張力的能力。

2.2.1正己烷降低表面張力能力分析

與CO2、N2和煙道氣相比，正己烷在稠油中的溶解、萃取作用很強(qiáng)。圖5對(duì)比了120℃時(shí)正己烷、CO2、N2和煙道氣與稠油的表面張力。用其他氣體-稠油表面張力與正己烷-稠油表面張力的比值得到的無(wú)因次倍數(shù)表征正己烷降低表面張力的能力，無(wú)因次倍數(shù)越大，表明在相同溫度和壓力條件下正己烷降低稠油表面張力能力越強(qiáng)，如表7所示。當(dāng)壓力接近正己烷的飽和蒸氣壓時(shí)，煙道氣-稠油表面張力是正己烷-稠油表面張力的2倍，因?yàn)榕c煙道氣相比，正己烷在稠油中的溶解、萃取作用更強(qiáng)，對(duì)降低稠油表面張力作用更顯著。

2.2.2溫度和壓力對(duì)正己烷-稠油表面張力的影響

為了研究溫度和壓力對(duì)正己烷-稠油表面張力的影響，分別測(cè)定了100，120和140℃3種溫度下的表面張力，如圖6所示。當(dāng)溫度一定時(shí)，由于正己烷在稠油中的溶解度隨著壓力的增加迅速增大，使得正己烷-稠油表面張力隨壓力增大呈線性關(guān)系迅速降低。正己烷在100，120和140℃接近飽和蒸氣壓時(shí)的表面張力分別為14.57，12.49和9.42mN/m，表明溫度越高，在接近飽和蒸氣壓時(shí)，正己烷-稠油表面張力越小。與煙道氣-稠油表明張力不同的是:當(dāng)壓力一定時(shí)，溫度升高，正己烷-稠油表面張力有所升高，主要是因?yàn)闇囟壬?，正己烷在稠油中溶解度減小，從而使得降低表面張力的能力降低。

表7正己烷降低稠油的表面張力

圖6不同溫度下正己烷-稠油表面張力變化曲線

2.3煙道氣+正己烷-稠油系統(tǒng)表面張力變化規(guī)律

在進(jìn)行煙道氣+正己烷-稠油表面張力測(cè)定實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先向高溫高壓容器內(nèi)加入一定量的液態(tài)正己烷，然后升溫至實(shí)驗(yàn)溫度，待容器內(nèi)壓力和溫度都穩(wěn)定10 min后，然后向高溫高壓容器內(nèi)注入一定量的煙道氣，從而得到煙道氣與正己烷的混合氣體。

圖7對(duì)比了120℃時(shí)煙道氣、正己烷和煙道氣+正己烷3種氣體與稠油的表面張力變化規(guī)律。由圖7可見(jiàn):當(dāng)溫度一定時(shí)，3種氣體-稠油表面張力均隨壓力的增大而減小，但是變化的幅度不同;在低壓下，煙道氣對(duì)降低稠油表面張力作用有限，當(dāng)氣體中含有正己烷時(shí)，稠油的表面張力明顯降低;在120℃和0.3 MPa時(shí)，煙道氣-稠油表面張力為24.70mN/m，向煙道氣中加入50%(摩爾分?jǐn)?shù))的正己烷后表面張力為15.89mN/m，與純正己烷氣體表面張力相差不大，后者為 15.19 mN/m。前面的研究表明，煙道氣-稠油表面張力可以由 CO2-稠油表面張力和 N2-稠油表面張力線性疊加得到，但是對(duì)于煙道氣+正己烷混合氣體，正己烷對(duì)降低表面張力起主要作用，不能簡(jiǎn)單的由煙道氣-稠油表面張力和正己烷-稠油表面張力進(jìn)行簡(jiǎn)單的線性插值進(jìn)行計(jì)算。

前面在進(jìn)行煙道氣+正己烷-稠油表面張力研究時(shí)固定2種氣體的摩爾分?jǐn)?shù)比為1:1。圖8對(duì)比了混合氣體中煙道氣與正己烷的摩爾分?jǐn)?shù)比分別為 1:3, 1:1和3:1時(shí)與稠油表面張力的變化規(guī)律。由圖8可知:當(dāng)壓力一定時(shí)，混合氣體中正己烷含量越高，表面張力越低;當(dāng)壓力由0.1MPa增大到0.39MPa，煙道氣與正己烷摩爾分?jǐn)?shù)比為1:3時(shí)，表面張力由21.61 mN/m降低到12.24mN/m，降低了43.36%;當(dāng)煙道氣與正己烷摩爾分?jǐn)?shù)比為1:1時(shí)，表面張力由21.83 mN/m降低到13.48mN/m，降低了38.25%;當(dāng)煙道氣與正己烷摩爾分?jǐn)?shù)比為3:1時(shí)，表面張力由22.28 mN/m降低到15.58mN/m，降低了30.07%。由圖8可見(jiàn):煙道氣與正己烷混合氣體中溶劑對(duì)降低表面張力起到主導(dǎo)作用。

圖8120℃時(shí)不同比例煙道氣+正己烷混合氣體與稠油表面張力變化曲線

3結(jié)論

1)氣體與稠油動(dòng)態(tài)表面張力測(cè)定分為2個(gè)階段:第1個(gè)階段為氣體向稠油中溶解、擴(kuò)散的波動(dòng)階段，第2個(gè)階段為平衡階段。

2)當(dāng)壓力一定時(shí),溫度升高,煙道氣-稠油表面張力降低，正己烷-稠油表面張力則升高。在接近飽和蒸氣壓時(shí)，正己烷-稠油表面張力隨溫度的升高而越小。

3)在實(shí)驗(yàn)壓力范圍(<6 MPa)內(nèi)，不同組成的煙道氣-稠油表面張力可以由  N2-稠油表面張力和  CO2-稠油表面張力線性插值得到，相對(duì)誤差<3%。

4)與煙道氣相比，正己烷降低稠油表面張力能力明顯。向煙道氣中加入適量的正己烷，即可大幅度地降低表面張力。