2.2正己烷-稠油系统表面张力变化规律

研究表明，正己烷(n-C6H14)可以有效地改善SAGD的开发效果。本文实验中选用的溶剂为正己烷，研究正己烷降低稠油表面张力的能力。

2.2.1正己烷降低表面张力能力分析

与CO2、N2和烟道气相比，正己烷在稠油中的溶解、萃取作用很强。图5对比了120℃时正己烷、CO2、N2和烟道气与稠油的表面张力。用其他气体-稠油表面张力与正己烷-稠油表面张力的比值得到的无因次倍数表征正己烷降低表面张力的能力，无因次倍数越大，表明在相同温度和压力条件下正己烷降低稠油表面张力能力越强，如表7所示。当压力接近正己烷的饱和蒸气压时，烟道气-稠油表面张力是正己烷-稠油表面张力的2倍，因为与烟道气相比，正己烷在稠油中的溶解、萃取作用更强，对降低稠油表面张力作用更显著。

2.2.2温度和压力对正己烷-稠油表面张力的影响

为了研究温度和压力对正己烷-稠油表面张力的影响，分别测定了100，120和140℃3种温度下的表面张力，如图6所示。当温度一定时，由于正己烷在稠油中的溶解度随着压力的增加迅速增大，使得正己烷-稠油表面张力随压力增大呈线性关系迅速降低。正己烷在100，120和140℃接近饱和蒸气压时的表面张力分别为14.57，12.49和9.42mN/m，表明温度越高，在接近饱和蒸气压时，正己烷-稠油表面张力越小。与烟道气-稠油表明张力不同的是:当压力一定时，温度升高，正己烷-稠油表面张力有所升高，主要是因为温度升高，正己烷在稠油中溶解度减小，从而使得降低表面张力的能力降低。

表7正己烷降低稠油的表面张力

图6不同温度下正己烷-稠油表面张力变化曲线

2.3烟道气+正己烷-稠油系统表面张力变化规律

在进行烟道气+正己烷-稠油表面张力测定实验时，首先向高温高压容器内加入一定量的液态正己烷，然后升温至实验温度，待容器内压力和温度都稳定10 min后，然后向高温高压容器内注入一定量的烟道气，从而得到烟道气与正己烷的混合气体。

图7对比了120℃时烟道气、正己烷和烟道气+正己烷3种气体与稠油的表面张力变化规律。由图7可见:当温度一定时，3种气体-稠油表面张力均随压力的增大而减小，但是变化的幅度不同;在低压下，烟道气对降低稠油表面张力作用有限，当气体中含有正己烷时，稠油的表面张力明显降低;在120℃和0.3 MPa时，烟道气-稠油表面张力为24.70mN/m，向烟道气中加入50%(摩尔分数)的正己烷后表面张力为15.89mN/m，与纯正己烷气体表面张力相差不大，后者为 15.19 mN/m。前面的研究表明，烟道气-稠油表面张力可以由 CO2-稠油表面张力和 N2-稠油表面张力线性叠加得到，但是对于烟道气+正己烷混合气体，正己烷对降低表面张力起主要作用，不能简单的由烟道气-稠油表面张力和正己烷-稠油表面张力进行简单的线性插值进行计算。

前面在进行烟道气+正己烷-稠油表面张力研究时固定2种气体的摩尔分数比为1:1。图8对比了混合气体中烟道气与正己烷的摩尔分数比分别为 1:3, 1:1和3:1时与稠油表面张力的变化规律。由图8可知:当压力一定时，混合气体中正己烷含量越高，表面张力越低;当压力由0.1MPa增大到0.39MPa，烟道气与正己烷摩尔分数比为1:3时，表面张力由21.61 mN/m降低到12.24mN/m，降低了43.36%;当烟道气与正己烷摩尔分数比为1:1时，表面张力由21.83 mN/m降低到13.48mN/m，降低了38.25%;当烟道气与正己烷摩尔分数比为3:1时，表面张力由22.28 mN/m降低到15.58mN/m，降低了30.07%。由图8可见:烟道气与正己烷混合气体中溶剂对降低表面张力起到主导作用。

图8120℃时不同比例烟道气+正己烷混合气体与稠油表面张力变化曲线

3结论

1)气体与稠油动态表面张力测定分为2个阶段:第1个阶段为气体向稠油中溶解、扩散的波动阶段，第2个阶段为平衡阶段。

2)当压力一定时,温度升高,烟道气-稠油表面张力降低，正己烷-稠油表面张力则升高。在接近饱和蒸气压时，正己烷-稠油表面张力随温度的升高而越小。

3)在实验压力范围(<6 MPa)内，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，相对误差<3%。

4)与烟道气相比，正己烷降低稠油表面张力能力明显。向烟道气中加入适量的正己烷，即可大幅度地降低表面张力。