油氣田不明物質(zhì)分析方法與應用

南 源 陳金定 馬雙政 陳小娟 張耀元 楊寶偉 王冠翔 鐘鴻鵬 李志蘭

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術分公司，廣東 湛江524057）

在油氣田開發(fā)生產(chǎn)過程中，井壁、管線流程、罐體、采油閥門等部位可能會出現(xiàn)無機垢、有機垢、添加劑、失效件、泥砂等物質(zhì)。這些物質(zhì)有的可能造成流動阻力增加、引起管線局部腐蝕外還可能造成堵塞，產(chǎn)液下降，給油氣田生產(chǎn)帶來極大的危害。

有不少文獻中將這些物質(zhì)定義為垢樣。由于在油氣田開發(fā)生產(chǎn)中會取到的這些物質(zhì)種類較多、成分不明，而不是僅僅是垢樣。為了方便油田開發(fā)生產(chǎn)管理，因此筆者將這些物質(zhì)統(tǒng)一定義為不明物質(zhì)。若能準確鑒別各種不明物質(zhì)的成分，從而能夠分析不明物質(zhì)的成因，繼而對采取有效的預防和治理措施有著重要的指導作用。

1 實驗設備、材料及方法

1.1 主要實驗儀器

實驗儀器：iCAP7400 光譜儀，美國熱電公司；Ultima IVX 射線衍射儀 日本理學；電子探針顯微分析儀, 日本電子JXA8230；Axio Imager.A2m偏光顯微鏡 德國蔡司；SX2-5-12 馬弗爐，上海實焰；FD023 烘箱，德國賓得；YS 全自動多功能抽提儀抽提儀,德國福里茨。

1.2 實驗試劑

鹽酸、氫氟酸、硝酸、石油醚、苯、三氯甲烷

1.3 主要參考標準

SY/T 5523-2016 油田水分析方法；SL394.1-2007 鉛、鎘、釩、磷等34 種元素的測定- 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法；SY/T 5163-2018 沉積巖中粘土礦物和常見非粘土礦物X射線衍射分析方法；SY/T 6027-2018 巖石礦物電子探針定量分析方法；SY/T 7550-2012 原油中蠟、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量的測定；SY/T5119-2016巖石中可溶有機物及原油族組分分析。

2 不明物質(zhì)分析步驟

對不明物質(zhì)分析，首先應了解不明物質(zhì)的信息，包括分析不明物質(zhì)來自于哪個系統(tǒng)、設備及部位，從而推測不明物質(zhì)的可能包含哪些成分，然后有針對性的選取樣品前處理及實驗分析方法。同時應結合油田開發(fā)生產(chǎn)需要，合理的選擇實驗內(nèi)容。

2.1 有機不明物質(zhì)

對于有機不明物質(zhì)，稱取一定量的該物質(zhì)，用本井或油田的原油稍加熱對其進行溶解，若全部溶解則可以判斷物質(zhì)為來自該井原油的組分，通過原油組分分析可以得到該物質(zhì)的各組分含量。若有部分不溶，則判斷該物質(zhì)可能有聚合物，對不溶的部分用正己烷溶解進行溶解，通過液相色譜進行分析進行定性確認。

表1 沉淀物中主要金屬元素含量

表2 沉淀物電子探針分析結果

2.2 無機不明物質(zhì)

定量選取一部分該物質(zhì)開展巖石薄片鑒定、重礦物鑒定、X- 衍射全巖分析從而可以得到各礦物的定量分析結果。同時對該物質(zhì)進行烘干并稱重，通過加過量的鹽酸進行溶解，對溶解液用ICP 光譜儀進行元素定量分析，對鹽酸不溶解物質(zhì)進行烘干并稱重，并用過量的氫氟酸溶解，溶解部分則可以得到長英質(zhì)、泥質(zhì)、重礦物等的含量，不溶部分則為鉆井液添加重晶石和鋇鍶垢等含量。結合酸溶實驗和巖石薄片、X- 衍射全巖分析等實驗結果則可以對該無機不明物質(zhì)進行定量分析。

2.3 有機物和無機混合不明物質(zhì)

多數(shù)時候，油氣田不明物質(zhì)為無機和有機混合物，這時首先需要通過族組分分析，將無機部分和有機部分分離并分別定量，然后在結合2.1 和2.2 中的步驟進行不明物質(zhì)成分定量分析。

3 典型油氣田不明物質(zhì)分析案例與應用

3.1 沉淀物分析

樣品為某注入水與地層水混合后產(chǎn)生的黑色懸浮物，用濾紙過濾得到黑色固體粉末放置一段時間后該沉淀物由黑色變?yōu)辄S褐色。對該不明物質(zhì)分別采用酸溶實驗、電子探針、X-衍射實驗進行成分分析，分析結果如下：3.1.1 元素分析。將樣品在105℃條件下，加熱烘干。準確稱取0.5000g垢樣，用硝酸濕法敞口杯消解。并對消解液通過ICP 光譜儀進行元素含量分析，得到各主要元素分析見表1。3.1.2 電子探針（能譜）實驗結果。對沉淀物用氯仿進行洗油處理并烘干，然后用電子探針（能譜）分析，結果見表2 和圖1、圖2。由電子探針結果可知，組成沉淀物的元素主要包括C、O、Na、S、Cl、Ca、Fe；分析認為垢樣的主要成分為碳酸鹽、磁鐵礦、石鹽、硫化亞鐵。3.1.3 顯微拍照鑒定。對洗油處理后的沉淀物烘干并進行顯微拍照鑒定，如見圖3- 圖6。

3.2 油泥樣分析

樣品為電脫水罐內(nèi)油泥，為黃褐色泥沙狀物質(zhì)。分析步驟為首先采用氯仿抽提，分析可溶有機物含量，得到其可溶有機物含量為12.15%，不可溶無機物占87.85%。樣品在600℃馬弗爐高溫下煅燒，除去有機物；取部分除油烘干后的垢樣，加入鹽酸加熱攪拌，樣品無明顯反應，推測油泥樣中不含能與鹽酸發(fā)生反應的物質(zhì)。取部分洗油烘干后的垢樣，進行全巖X- 衍射分析分析結果見圖7；通過全巖X衍射試驗結果表明，除油后的無機物中主要為65%為SiO2，35%為CaSO4。

3.3 某注水管線結垢物分析

該樣品為黑色有沙粒狀液態(tài)流體物質(zhì)，采用氯仿抽提分析可溶有機物含量得到其可溶有機物含量為21.43%，不可溶無機物占78.57%。再采用高溫煅燒的除油方式獲取不溶物，取部分除油烘干后的垢樣，加入鹽酸加熱攪拌，發(fā)生反應樣品大部份溶解，溶液呈淺綠色，推測垢樣中含能與鹽酸發(fā)生反應的物質(zhì)并能產(chǎn)生二價鐵離子，取部分洗油烘干后的垢樣，進行全巖X衍射分析分析結果見圖8；通過全巖X衍射試驗結果表明，無機垢樣主要為含鐵化合物，其中Fe2O3的含量為63%，F(xiàn)e3O4含量為17%，F(xiàn)eSO4含量為20%。

4 結論

石油行業(yè)中尚未制定油氣田不明物質(zhì)分析的標準。本文總結了油氣田不明物質(zhì)分析的步驟與實驗方法、并結合油氣田常見的不明物質(zhì)進行了分析。在實際工作中應結合油田開發(fā)生產(chǎn)需要，合理的選擇實驗內(nèi)容。該方法能夠準確、快速地對油氣田不明物質(zhì)定性、定量分析，為油氣田出砂、管線堵塞、腐蝕結垢等問題的防治措施提供了基礎數(shù)據(jù)支持。

圖1 電子探針選擇打點位置圖

圖2 電子探針選擇打點位置圖

圖3

圖4

圖5

圖6

圖7 油泥X- 衍射分析圖譜

圖8 注水管線結垢物X- 巖石分析譜圖