1.3实验步骤

测定烟道气-稠油表面张力的实验步骤如下。

1)每次测试前，用丙酮和酒精清洗高温高压容器、注射器、针头和样品池。

2)将微型注射器装满测试稠油，放置于高温高压容器中。

3)连接高温高压容器与马达驱动系统，调节可视窗至恰当的位置，并用0.3 MPa的烟道气冲刷高温高压容器5次，以排空内部的空气。

4)将烟道气注入到高温高压容器中并通过电加热方式进行加热，30~60 min后待容器内的压力和温度达到稳定值后，记录下来。

5)在测试窗口输入油滴和气体密度，点击测试按钮，通过马达驱动，在注射器针尖上形成1个悬垂的油滴;同时，通过摄像机实时采集油滴形状图片，传送至计算机数据采集分析系统，计算得到烟道气-稠油的表面张力。

6)在一定的压力和温度条件下，每个烟道气-稠油系统的表面张力测定重复3次，以保证较好的重复性。

7)调节压力和温度，重复步骤4)~6)，完成实验。

在进行正己烷-稠油表面张力测试过程中，由于正己烷在室温条件下呈液态，高温高压容器中正己烷气体达到测试温度和压力的方法为:首先向高温高压容器中加入适量的液态正己烷，进行加热，升高至一定温度时，正己烷开始气化，用0.15 MPa的正己烷气体冲刷高温高压容器5次，以排空内部的空气。然后继续升温至测试温度，容器内压力上升至饱和蒸气压，稳定30 min后进行测试。其他步骤与烟道气-稠油表面张力的测试方法的相同。

2实验结果及讨论

2.1烟道气-稠油系统表面张力变化规律

2.1.1动态表面张力分析

由于烟道气在原油中具有一定的溶解度，油滴形成后，烟道气会向原油中扩散、溶解，一直持续到油滴被烟道气饱和。为了检测气体向原油中溶解、扩散对表面张力的影响，对烟道气-稠油系统的动态表面张力进行测定。图2所示为120℃和4MPa下测量的烟道气-稠油动态表面张力，其中烟道气组成为80%N2+20%CO2(摩尔分数)，并与CO2-稠油和N2-稠油的表面张力进行对比。

由图2可以看出动态表面张力的变化可以分为2个阶段:第1个阶段为波动阶段，在气体扩散的初始阶段，动态表面张力存在一定的波动，约100s，说明气体向稠油中扩散会持续一段时间;第2个阶段为平衡阶段，气体-稠油的表面张力波动很小，几乎是一个常数，在相同的温度和压力下，CO2-稠油的表面张力最小，N2-稠油的表面张力最大，烟道气-稠油的表面张力介于二者之间，表5所示为前300s稠油与不同气体作用表面张力的实验值。

表5前300s稠油动态表面张力实验值表

2.1.2静态表面张力分析

为了研究温度和压力对烟道气-稠油平衡表面张力的影响,分别在80,100和120℃下进行实验,图3所示为不同温度下烟道气-稠油平衡表面张力随压力变化曲线。由图3可见:当气体压力从0.2 MPa升高到6MPa，在80℃时，烟道气-稠油表面张力由27.31mN/m减小到23.53mN/m，降低了13.84%;在100℃时，烟道气-稠油表面张力由26.10mN/m减小到22.26mN/m，降低了14.71%;在120℃时，烟道气-稠油表面张力由 24.75 mN/m减小到 21.75 mN/m,降低了12.12%。当温度一定时，烟道气-稠油系统的平衡表面张力随着压力的增大而减小，并呈较好的线性关系。这是因为温度一定时，压力增大，烟道气在稠油中的溶解度增大，使得平衡表面张力减小。当压力一定时，烟道气-稠油系统的平衡表面张力随温度的升高而减小。这是因为烟道气的主要成分是N2，N2在稠油中的溶解度随着温度升高而增大。

图3不同温度下烟道气-稠油平衡表面张力变化曲线

2.1.3气体组成对烟道气-稠油表面张力的影响

在矿场情况下，烟道气的组成很复杂，但其中N2和CO2的摩尔分数之和超过90%。在实验过程中，对烟道气的组成进行简化，使用的烟道气由N2和CO2按照一定的比例混合得到。在前面的研究中，烟道气的组成均为80%N2+20%CO2(摩尔分数)，因此，烟道气-稠油表面张力是CO2和N2对稠油表面张力的综合体现。

图4所示为100℃时CO2,N2和烟道气与稠油表面张力随压力变化曲线。由图4可以看出:100℃时，3种气体与稠油的表面张力均随压力的增大而减小，呈现很好的线性关系。低压时，三者的表面张力相近，压力越高，三者的表面张力差值越大。当压力由0.2 MPa增加到6MPa过程中，CO2-稠油表面张力降低幅度最明显，由26.07mN/m减小到17.47mN/m，降低了32.99%;N2-稠油表面张力的变化最小，由26.18 mN/m减小到23.52mN/m，降低了10.16%;烟道气-稠油表面张力的变化介于二者之间，由26.10mN/m减小到22.26mN/m，降低了14.71%。这是因为在同一温度和压力下，CO2在稠油中的溶解度远远大于N2的溶解度。

为了探究烟道气-稠油表面张力与CO2-稠油表面张力和N2-稠油表面张力之间的关系，表6给出了100℃时2种不同组成烟道气实验值与线性插值结果。由 表6可见:实验值与线性插值相对误差<3%，说明在实验条件下不同组成的烟道气-稠油表面张力可以由N2-稠油表面张力和CO2-稠油表面张力线性插值得到，并且误差在实验误差允许范围之内。