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专利名称：一种利用稠油组分定量表征屈服应力的方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202310147658.4

专利申请（专利权）人：长江大学
权利人地址：湖北省荆州市南环路1号

专利发明（设计）人：发明人:柯文丽,朱心怡,张文艳,郭伟泽,喻高明

专利摘要：本发明涉及一种利用稠油组分定量表征屈服应力的方法，包括以下步骤：分离获得原始稠油中四组分，将四组分分别加入到原始稠油中得到复配稠油；分离并测定复配稠油中四组分的相对含量；测定复配稠油的流变曲线，并获得屈服应力；对所述复配稠油中四组分的相对含量、温度以及屈服应力进行多元回归，得到屈服应力组分关系；利用所述屈服应力组分关系，获得待测稠油所对应的屈服应力值。通过本发明方法，可以直接测量组分含量再计算得到屈服应力，这种间接获取屈服应力的方法，除去了相对复杂的测量流变曲线的过程；且本发明所得的经验公式中复相关系数达到0.9076，线性相关程度密切，对稠油性能表征具有良好的借鉴意义。

主权利要求：
1.一种利用稠油组分定量表征屈服应力的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、分离获得原始稠油中四组分，将四组分分别加入到原始稠油中得到复配稠油；所述四组分为饱和烃、芳香烃、胶质与沥青质；
S2、分离并测定复配稠油中四组分的相对含量；测定复配稠油的流变曲线，并获得屈服应力；
S3、对所述复配稠油中四组分的相对含量、温度以及屈服应力进行多元回归，得到屈服应力组分关系；
S4，利用所述屈服应力组分关系，获得待测稠油所对应的屈服应力值。
2.根据权利要求1所述的利用稠油组分定量表征屈服应力的方法，其特征在于，步骤S1和步骤S2中的分离均采用四组分分离法。
3.根据权利要求2所述的利用稠油组分定量表征屈服应力的方法，其特征在于，四组分分离法的具体步骤包括：（1）利用正庚烷处理原始稠油或复配稠油，分离出沥青质和可溶质；
（2）可溶质通过活性Al2O3的吸附色谱柱分离，用正庚烷冲洗得到饱和烃，苯冲洗得到芳香烃，苯?乙醇冲洗得到胶质。
4.根据权利要求1所述的利用稠油组分定量表征屈服应力的方法，其特征在于，步骤S2中在分离后通过干燥称重获得复配稠油中四组分的相对含量。
5.根据权利要求1所述的利用稠油组分定量表征屈服应力的方法，其特征在于，屈服应力组分关系包括经验公式：其中，为屈服应力；Sa为饱和烃含量，%；Ar为芳香烃含量，%；Rs为胶质含量，%；As为沥青质含量，%；T为温度，℃。
6.根据权利要求1所述的利用稠油组分定量表征屈服应力的方法，其特征在于，步骤S1中，制备复配稠油过程中，四组分的添加量均为原始稠油质量的2～20%。
7.根据权利要求1所述的利用稠油组分定量表征屈服应力的方法，其特征在于，步骤S2中采用流变仪测量复配稠油在室温至70℃条件下的流变曲线。
8.根据权利要求1所述的利用稠油组分定量表征屈服应力的方法，其特征在于，步骤S3中利用matlab软件进行多元回归。 说明书 : 一种利用稠油组分定量表征屈服应力的方法技术领域[0001] 本发明涉及稠油组分表征领域，具体涉及一种利用稠油组分定量表征屈服应力的方法。背景技术[0002] 屈服应力是描述流体流变性的一个重要参数，主要是体现流体弹性强度的指标。当流体在剪切应力作用下，随着剪切应力的增加，流体从塑性变形的蠕动状态到连续变形的流动状态，从蠕动到流动所对应的剪切应力临界值称之为屈服应力。存在屈服应力的主要原因在于流体体系内部分子结构强度所决定，对于稠油胶体体系，由于蜡晶、胶质、沥青质这种大分子物质使得体系内部分子构成三维空间网状结构，这种结构的强度非常强，只有在外力作用下破坏这种三维空间网状结构时，稠油胶体体系才会发生流动，因此稠油的屈服应力通常难以表征。[0003] 另外，屈服应力除了与流体结构强度有关，与流体受力后的动力学特性也有关。因此，期望获得一种利用稠油组分定量表征屈服应力的方法，其对稠油性能表征存在重要意义。发明内容[0004] 本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种利用稠油组分定量表征屈服应力的方法，解决现有技术中稠油的屈服应力难以进行表征的技术问题。[0005] 为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种利用稠油组分定量表征屈服应力的方法：[0006] 包括以下步骤：[0007] S1、分离获得原始稠油中四组分，将四组分分别加入到原始稠油中得到复配稠油；[0008] S2、分离并测定复配稠油中四组分的相对含量；测定复配稠油的流变曲线，并获得屈服应力；[0009] S3、对所述复配稠油中四组分的相对含量、温度以及屈服应力进行多元回归，得到屈服应力组分关系；[0010] S4，利用所述屈服应力组分关系，获得待测稠油所对应的屈服应力值。[0011] 进一步地，四组分为饱和烃、芳香烃、胶质与沥青质。[0012] 进一步地，步骤S1和步骤S2中的分离均采用四组分分离法。[0013] 进一步地，四组分分离法的具体步骤包括：[0014] (1)利用正庚烷处理原始稠油或复配稠油，分离出沥青质和可溶质；[0015] (2)可溶质通过活性Al2O3的吸附色谱柱分离，用正庚烷冲洗得到饱和烃，苯冲洗得到芳香烃，苯?乙醇冲洗得到胶质。[0016] 进一步地，步骤S2中在分离后通过干燥称重获得复配稠油中四组分的相对含量。[0017] 进一步地，屈服应力组分关系包括经验公式：[0018] lnτ＝1687.01*Sa+1687.10*Ar+1688.08*Rs+1688.79*As?0.6541*T?168698.3[0019] 其中，τ为屈服应力；Sa为饱和烃含量，％；Ar为芳香烃含量，％；Rs为胶质含量，％；As为沥青质含量，％；T为温度，℃。[0020] 进一步地，步骤S1中，制备复配稠油过程中，四组分的添加量均为原始稠油质量的2～20％。[0021] 进一步地，步骤S2中采用流变仪测量复配稠油在室温至70℃条件下的流变曲线。[0022] 进一步地，步骤S3中利用matlab软件进行多元回归。[0023] 与现有技术相比，本发明的有益效果包括：[0024] 本发明通过研究组分含量、温度和屈服应力之间的关系，然后对屈服应力与组分、温度之间的关系进行多元回归，对稠油组分与屈服应力间关系进行定量表征，利用不同油田的组分和温度数据代入该表征关系中，可以计算出屈服应力。通过本发明方法，可以直接测量组分含量再计算得到屈服应力，这种间接获取屈服应力的方法，除去了相对复杂的测量流变曲线的过程；且本发明所得的经验公式中复相关系数达到0.9076，线性相关程度密切，对稠油性能表征具有良好的借鉴意义。附图说明[0025] 图1是本发明的流程框图；[0026] 图2是本发明四组分分离流程图；[0027] 图3是本发明不同温度下饱和烃含量与屈服应力的关系曲线；[0028] 图4是芳香烃含量与屈服应力关系曲线图；[0029] 图5是胶质含量与屈服应力关系曲线图；[0030] 图6是沥青质含量与屈服应力关系曲线图；[0031] 图7是本发明组分公式计算值与实测值。具体实施方式[0032] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。[0033] 屈服应力值可以直接通过流变仪进行测量，但流变仪本身价格昂贵，且容易受场地限制；相比较而言，稠油组分的测定可以直接通过四组分分离法进行分离，再通过称重即可获得，步骤简单。[0034] 基于此，本发明提供了一种利用稠油组分定量表征屈服应力的方法，主要研究稠油屈服值与粘度、组分、温度的关系，由于屈服应力值的获取方法很多，并且每种方法得到的屈服应力值之间差别很大，本发明中屈服应力值的获取主要选用宾汉流变方程进行拟合回归得到，对于屈服应力的表征公式是基于宾汉流变方程回归拟合结果进行多因素回归得到，保证最终所得公式的线性相关性。[0035] 参见图1，本发明方法包括如下步骤：[0036] S1、采用四组分分离法获得原始稠油中饱和烃、芳香烃、胶质与沥青质四组分，将四组分分别按一定比例加入到原始稠油中得到复配稠油；[0037] S2、采用四组分分离法分离并测定复配稠油中四组分的相对含量；测定复配稠油的流变曲线，由流变曲线获得屈服应力；[0038] S3、对复配稠油中四组分的相对含量、温度以及屈服应力进行多元回归，得到屈服应力组分关系公式；[0039] S4，利用所述屈服应力组分关系，获得待测稠油所对应的屈服应力值。[0040] 优选地，步骤S1中原始稠油和步骤S2中复配稠油四组分分离法均采用色谱柱四组分分离的方法，参考标准为NB/SH/T0509?2010石油沥青四组分测定法；且步骤S2中在分离后通过干燥称重获得稠油中饱和烃、芳香烃、胶质与沥青质的相对含量，如图2所示，具体包括以下步骤：[0041] (1)利用正庚烷处理稠油，分离出沥青质(不溶物)和可溶质(滤液)；[0042] (2)可溶质通过活性Al2O3的吸附色谱柱分离，用正庚烷冲洗得到饱和烃，苯冲洗得到芳香烃，苯?乙醇冲洗得到胶质；[0043] (3)将收集的各组分进行溶剂蒸馏处理，干燥后称重并计算含量。[0044] 优选地，步骤S1中，复配稠油中各组分的添加量均为原始稠油质量的2～20％；更进一步优选为5～20％。[0045] 优选地，步骤S2中采用流变仪测量复配稠油在室温至70℃条件下的流变曲线。[0046] 优选地，步骤S3中利用matlab软件进行多元回归。[0047] 下面通过具体的实施例对本发明做进一步详细说明。[0048] 本发明实施例主要使用的实验仪器：[0049] 流变仪：MCR301安东帕流变仪。[0050] 实施例1[0051] S1、利用色谱柱四组分分离的方法将A油田稠油进行分离后，重新按照如下表1所示不同组分比例进行复配，复配时按照每种组分递增来添加，得到13种不同组分的复配稠油样品，编号分别为1#～13#号油样。[0052] 其中饱和烃、芳香烃、胶质以及沥青质添加情况如表1所示。[0053] S2、对复配后1#～13#号油样进行四组分相对含量测定，测量结果如表2所示。另外表2中14#～17#油样来自国内不同于A油田的其他油田，主要用来验证计算屈服应力公式的适用性。[0054] 利用流变仪测量稠油样品在室温至70℃条件下流变曲线，由流变曲线获得各复配稠油样品的屈服应力。[0055] 表1实验稠油样来源信息[0056][0057][0058] 表2复配样品四组分[0059][0060] 由表2可知，添加不同纯组分以后，会发生分子间相互作用，进而会影响组分的含量，所以添加组分以后其他组分降低或者升高是不定的。因此各组分含量需要重新测量，而不能用实际添加的量来计算。[0061] S3、稠油组分对屈服应力的影响[0062] 首先研究稠油四组分与屈服应力之间的影响关系，利用matlab软件对稠油饱和烃、芳香烃、胶质、沥青质、温度以及屈服应力进行多元回归，得到相关经验公式，并进行分析。[0063] 301、稠油组分对屈服应力的影响[0064] (1)饱和烃对屈服应力的影响[0065] 图3是不同温度下饱和烃含量与屈服应力的关系曲线，其中纵轴为半对数坐标下进行绘制。[0066] 通过图3的实验结果可以看出，随着饱和烃含量的增加，屈服应力逐渐减。庵饕怯捎诒ズ吞具有溶剂化作用，降低稠油大分子之间的相互作用力，三维空间网状结构的强度减弱，从而导致屈服应力减小。[0067] (2)芳香烃对屈服应力的影响[0068] 图4是不同温度下芳香烃含量与屈服应力的关系曲线，其中纵轴为半对数坐标下进行绘制。[0069] 通过图4的实验结果可以看出，随着芳香烃含量的增加，屈服应力整体呈先增加后逐渐减小的趋势。这主要是由于在芳香烃含量逐渐增加的初期，芳香烃与胶质间的偶极?偶极作用占主导地位，使得芳香烃与沥青质之间的相互作用力(分散作用)减弱，因此导致沥青质聚集，大分子的形成会增加三维空间网状结构的强度。随着芳香烃含量的持续增加，芳香烃的分散作用逐渐加强，降低稠油大分子之间的相互作用力，三维空间网状结构的强度减弱，从而减小屈服应力。[0070] (3)胶质对屈服应力的影响[0071] 图5是不同温度下胶质含量与屈服应力的关系曲线，其中纵轴为半对数坐标下进行绘制。[0072] 通过图5的实验结果可以看出，随着胶质含量的增加，屈服应力整体趋势逐渐增加，这主要是由于胶质与沥青质分子之间具有电荷转移作用、氢键作用与偶极作用，几种作用的影响下使得沥青质在胶质的包裹下形成更大的聚集体，此时的分子三维空间网状结构所具有的强度加强，从而导致屈服应力变大。[0073] (4)沥青质对屈服应力的影响[0074] 图6是不同温度下沥青质含量与屈服应力的关系曲线，其中纵轴为半对数坐标下进行绘制。[0075] 通过图6的实验结果可以看出，随着沥青质含量的增加，屈服应力先下降后呈上升。沥青质引起屈服应力减小主要是由于进入胶体体系的沥青质首先与胶团外部的胶质结合形成聚集体，拆散了胶质沥青质胶团形成的缔合体，此时三维空间网络结构强度减弱，屈服应力下降。当沥青质含量持续增加，沥青质分子之间具有缔合作用，导致形成的分子量更大、结构强度更强的聚集体，因此稠油的结构力学性质就越强，屈服应力增加。[0076] 302、屈服应力与组分、温度的定量表征[0077] 对不同组分和屈服应力之间的关系，利用matlab软件进行多元回归，得到利用组分和温度计算屈服应力的经验公式及复相关系数如下所示。[0078] lnτ＝1687.01*Sa+1687.10*Ar+1688.08*Rs+1688.79*As?0.6541*T?168698.37(1)[0079] 其中，复相关系数：0.9076(计算值为横坐标，实验值为纵坐标绘制曲线，然后对曲线进行线性拟合得到)，本发明所得复相关系数大，表明公式(1)要素或变量之间的线性相关程度密切。[0080] 式中：τ为屈服应力；[0081] Sa为饱和烃含量，％；[0082] Ar为芳香烃含量，％；[0083] Rs为胶质含量，％；[0084] As为沥青质含量，％；[0085] T为温度，℃。[0086] 303、屈服应力组分公式验证[0087] 利用上述14#～17#稠油样品进行计算结果验证，通过粘度计直接测出不同温度下稠油的粘度值，利用组分公式计算结果与屈服应力实测结果对比如下图7所示。[0088] 参见图7，根据以上组分公式计算结果可以看出，屈服应力组分公式计算结果平均偏差为32.45％，这主要是由于屈服应力组分计算公式的拟合过程中受到稠油样本数量的限制，导致偏差较大，但本发明提供了一种新的定量表征方法，能够通过组分含量测定来间接获得屈服应力，对稠油性能表征具有良好的借鉴意义，未来可以拓展更多不同油田稠油样品进行实时更新数据库完善经验公式，提升普适性。[0089] 本发明首先研究组分、温度和屈服应力之间的关系，然后利用matlab软件对屈服应力与组分、温度之间的关系进行多元回归，得到公式(1)，也就是不同组分值、温度值和屈服应力之间的关系式(1)；然后利用不同油田的组分和温度数据代入公式(1)计算出屈服应力。本发明可以通过测量组分含量直接计算屈服应力，除去了测量流变曲线的过程。[0090] 以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

专利地区：湖北

专利申请日期：2023-02-20

专利公开日期：2024-10-11

专利公告号：CN116429636B