不含水原油結(jié)蠟的影響因素分析

黃華平 魏 星 鐘 華 孫風(fēng)景 陳 馥

(1.西南石油大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院， 成都 610500；2.中國(guó)石油西南油氣田公司采氣工程研究院, 四川 廣漢 618300)

我國(guó)大部分油田經(jīng)過(guò)數(shù)十年的石油開(kāi)采，采出原油已進(jìn)入高含水期。而四川盆地侏羅系油藏川中油氣田卻是一個(gè)特例，其開(kāi)采出的原油基本不含水，但含蠟量較高，達(dá)到20%～40%，而且還富含膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和機(jī)械雜質(zhì)(油泥、油砂等)等成分。這些成分相互影響和作用，生產(chǎn)過(guò)程中隨著溫度、壓力的下降，極易在井筒內(nèi)聚結(jié)，堵塞泵筒和生產(chǎn)管柱，嚴(yán)重影響油井的正常生產(chǎn)作業(yè)。

在含水原油中，由于水的比容較大，相對(duì)于不含水原油，含水原油從油井井底向上流動(dòng)過(guò)程中溫度降低更慢一些。另一方面，水能在油管壁上形成一層水膜，這也能很大程度上減緩石蠟在油管壁上的沉積速度[1]。而針對(duì)川中不含水原油類(lèi)型結(jié)蠟的影響因素研究較少，本文主要以川中油氣田不含水原油為背景，利用不含水原油在不同條件下的結(jié)蠟量或析蠟點(diǎn)的變化來(lái)研究不同因素對(duì)不含水原油結(jié)蠟狀況的具體影響[3]。

1 實(shí)驗(yàn)儀器與藥品

實(shí)驗(yàn)儀器：NDJ-79型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)；JD210-4電子天平；JLY-2型原油動(dòng)態(tài)結(jié)蠟儀；HH-601超級(jí)恒溫水浴鍋；N80鋼片；FS-3高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕儀；Agilent7890GC-5975MS型氣質(zhì)聯(lián)用色譜儀(美國(guó))；蔡司全自動(dòng)立體顯微鏡( SteREO Discovery.V12)。

實(shí)驗(yàn)藥品：公003-1井原油；公003-H16井原油、鹽酸(37.5%)；乳化劑Span80；氫氧化鈉(分析純)；石油醚(分析純)；正己烷(分析純)。

2 原油自身組成對(duì)析蠟的影響

在分析各種因素對(duì)原油結(jié)蠟的影響時(shí)，我們首先考慮原油本身組成對(duì)其結(jié)蠟點(diǎn)的影響。川中地區(qū)原油瀝青質(zhì)和膠質(zhì)含量很低，所以原油和蠟主要都是由不同碳數(shù)的飽和烴分子組成。我們選擇使用Agilent7890GC-5975MS型氣質(zhì)聯(lián)用色譜儀(美國(guó))對(duì)公003-1井和公003-H16井兩個(gè)油井原油樣進(jìn)行原油全烴氣相色譜分析，其結(jié)果如表1、表2所示。

測(cè)定公003-1和公003-H16井原油的黏溫曲線并作出其相應(yīng)析蠟點(diǎn)(圖1)。

表1 公003-1油樣碳數(shù)分布

表2 公003-H16油樣碳數(shù)分布

圖1 公003-1和公003-H16油樣黏溫曲線及析蠟點(diǎn)

原因分析是原油碳數(shù)的組成分布決定了自身的析蠟點(diǎn)。高碳數(shù)的飽和烴其分子更大，分子鏈更長(zhǎng)，流動(dòng)性比小分子差一些，所以公003-1油樣黏度相對(duì)更大。當(dāng)溫度下降時(shí)，分子流動(dòng)性變差，大分子更容易失去流動(dòng)性，從而在相對(duì)更高的溫度下結(jié)晶出來(lái)，所以含高碳數(shù)分子相對(duì)較多的公003-1油樣的析蠟點(diǎn)更高[2]。

3 溫度對(duì)原油結(jié)蠟量的影響

表3 溫度對(duì)原油結(jié)蠟量的影響

根據(jù)表3結(jié)果可知，隨著溫度下降，結(jié)蠟量增加。

分析原因是溫度下降，原油對(duì)蠟的溶解能力降低，當(dāng)?shù)陀谖鱿烖c(diǎn)之后便開(kāi)始有蠟晶析出，隨著蠟晶不斷析出，蠟晶不斷聚集、長(zhǎng)大，最后形成較致密的蠟。當(dāng)溫度低于析蠟點(diǎn)加較多時(shí)，因?yàn)橐呀?jīng)析出的蠟提供了更多的晶核，所以結(jié)蠟量增長(zhǎng)更快[4]。

同時(shí)，我們通過(guò)使用蔡司全自動(dòng)立體顯微鏡(SteREO Discovery.V12)觀察不同溫度下公003-1井油樣的蠟晶析出、生長(zhǎng)的過(guò)程及狀態(tài)(圖2)。

圖2 不同溫度下蠟晶的狀態(tài)

4 流量對(duì)原油結(jié)蠟量的影響

使用公003-1井不含水原油為試樣，采用JLY-2型原油動(dòng)態(tài)結(jié)蠟儀考察原油在不同流量下的結(jié)蠟量變化，其中結(jié)蠟循環(huán)溫度為25 ℃、時(shí)間30 min。其結(jié)果如圖3所示：

圖3 不同流量下的結(jié)蠟量

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，隨著原油的流量增大，蠟在結(jié)蠟管上的沉積量呈先增大后減少的趨勢(shì)。

分析原因是當(dāng)原油流量較小時(shí)，隨著原油流量的增大，單位時(shí)間內(nèi)懸浮于原油中的微小蠟晶在結(jié)蠟管上沉積量增加，從而結(jié)蠟量不斷增加。當(dāng)原油流量增大到某一定值，結(jié)蠟量達(dá)到最大。當(dāng)流量再繼續(xù)增大時(shí)，原油對(duì)結(jié)蠟管管壁處的剪切、沖刷作用增強(qiáng)，析出來(lái)的蠟不能穩(wěn)定地沉積在管壁上，石蠟的沉積量開(kāi)始隨著流量的增加而不斷下降[5]。同時(shí)由于流量增大，原油在結(jié)蠟管中的停留時(shí)間下降，從而減緩了結(jié)蠟速度，結(jié)蠟量下降。

5 壓力對(duì)原油結(jié)蠟量的影響

在原油開(kāi)采過(guò)程中，原油從地層到井口壓力不斷降低，改變較大。而川中地區(qū)自噴井結(jié)蠟段一般在井口至800 m井段，此段井筒壓力大約在10 MPa左右，為此我們采用003-1井不含水原油400g+50 g(30～60 ℃)石油醚輕組分，配制成含輕組分的模擬原油，在35 ℃、45 min循環(huán)條件下，于FS-3高溫高壓動(dòng)態(tài)腐蝕儀中采用N80鋼片掛片結(jié)蠟的方法，得出不同壓力下的結(jié)蠟量的變化(圖4)。

從圖4可以看出，當(dāng)壓力大于2 MPa時(shí)，結(jié)蠟量隨著壓力的降低而減小，當(dāng)壓力為0時(shí)，結(jié)蠟量最多。

其原因是，原油的泡點(diǎn)壓力為0～2 MPa，當(dāng)壓力大于或等于2 MPa時(shí)，此時(shí)的壓力大于原油的泡點(diǎn)壓力，所以，隨著壓力的減小，原油的密度減小，從而析蠟點(diǎn)降低，結(jié)蠟量也隨著壓力的降低而減??；當(dāng)壓力為0時(shí)，壓力小于原油的泡點(diǎn)壓力，其中加入的輕組分氣體脫出，使得原油的析蠟點(diǎn)升高，從而結(jié)蠟量也隨著壓力的減小而增加[3]。這也說(shuō)明了溶解在原油中的輕組分的脫出比壓力自身下降對(duì)原油的析蠟點(diǎn)和結(jié)蠟量的影響程度更大。

圖4 壓力對(duì)結(jié)蠟量的影響

6 原油中微粒對(duì)析蠟的影響

為了考察原油中的機(jī)械雜質(zhì)，如地層砂粒對(duì)原油析蠟點(diǎn)的影響，采用公003-1井不含水原油100 g，再在其中加入原油總質(zhì)量1%的砂巖巖心粉(100目)配制成原油，使用黏度計(jì)測(cè)定原油的黏溫曲線，并在圖中作出原油的析蠟點(diǎn)。結(jié)果如圖5所示：

圖5 微粒對(duì)原油析蠟點(diǎn)和黏度的影響

由圖5可以知道，沒(méi)有加入微粒的原油其析蠟點(diǎn)為48.8 ℃，當(dāng)向原油中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的巖心粉后，原油析蠟點(diǎn)提高了約1.5 ℃，相同溫度下黏度也增大了。

分析原因是當(dāng)原油中的蠟開(kāi)始析出時(shí)，加入的微粒成為析出蠟的結(jié)晶中心,有助于細(xì)小的蠟晶相互連接，因此其黏度略微有所提前，變化也更明顯一些，但蠟晶的析出主要是取決于原油本身的物理化學(xué)性質(zhì)，因此其析蠟點(diǎn)增高比較小，變化不大[6]。加入微粒后對(duì)原油的黏度影響較大，原因是微?？梢云鸬竭B接蠟晶的作用，使形成的蠟晶比未加微粒時(shí)的蠟晶更大，蠟晶之間的摩擦增大，導(dǎo)致黏度上升。因此在開(kāi)采過(guò)程中要注意合理控制開(kāi)采速率，防止地層出砂導(dǎo)致結(jié)蠟現(xiàn)象嚴(yán)重化和原油黏度增加。

7 原油pH值對(duì)析蠟的影響

在油井的增產(chǎn)措施中，常常采用酸化或者壓裂。工作液的注入通常會(huì)導(dǎo)致原油pH值的變化，酸化液會(huì)使原油的pH值降低，壓裂液會(huì)使原油的pH值升高。為了考察pH值變化對(duì)原油析蠟情況的影響，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的鹽酸模擬酸化后的殘酸酸度，pH為10的氫氧化鈉溶液模擬壓裂液的堿度。測(cè)定了不同酸堿條件下使用公003-1井蠟樣400g配制成的原油的黏溫曲線，結(jié)果如圖6和圖7所示，原油配方見(jiàn)表4。

表4 不同pH值的原油配方

從以上兩圖可知：空白樣品的析蠟點(diǎn)為49.2 ℃，在酸性條件下，原油析蠟點(diǎn)和黏度基本保持不變；堿性條件下，原油的析蠟點(diǎn)為47.8 ℃，降低了1.4 ℃，原油黏度也低于空白樣品。

酸的加入對(duì)原油的物理化學(xué)性質(zhì)影響不大，因此其析蠟點(diǎn)和黏度幾乎不變；而堿性條件下，原油中的一些脂肪酸與堿反應(yīng)生成脂肪酸鈉，脂肪酸鈉的極性較強(qiáng)，具有一定的表面活性，不利于蠟晶的聚集，因此析蠟點(diǎn)和黏度都有所下降[7]。因此在原油尤其是含水原油的開(kāi)采過(guò)程中，偏堿性工作液的注入更有助于降低原油黏度和減緩結(jié)蠟現(xiàn)象。

圖6 酸性條件對(duì)原油黏度和析蠟點(diǎn)的影響

圖7 堿性條件對(duì)原油黏度和析蠟點(diǎn)的影響

8 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)具體實(shí)驗(yàn)結(jié)蠟量和析蠟點(diǎn)的改變量對(duì)比，可以得出原油本身組成、溫度和流速這三個(gè)因素對(duì)不含水原油結(jié)蠟的影響相對(duì)更大。微粒在不含水原油中能起到結(jié)蠟中心的作用，但是蠟晶的析出主要是取決于原油本身的物理化學(xué)性質(zhì)，所以微粒的影響較小。壓力對(duì)原油結(jié)蠟的影響更多體現(xiàn)在原油輕組分的脫出上，壓力本身影響較小。pH值的變化對(duì)原油結(jié)蠟點(diǎn)改變較小，尤其在川中原油基本不含水的條件下，pH值對(duì)原油結(jié)蠟影響更小。在川中不含水原油開(kāi)采中，原油在管道中的流速是可人為控制的，因而可以通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)采速率控制流速來(lái)減緩石蠟在油管壁上的沉積。

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