模擬延長油田CO2驅(qū)油過程原油結(jié)蠟特性研究①

尹志福 李建東 魏彥林 方曉君 劉 杰

(陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院)

國內(nèi)不同油田的原油中普遍都含蠟，蠟質(zhì)量分數(shù)超過10%的原油幾乎占整個產(chǎn)出原油的90%，而且大部分原油中蠟的質(zhì)量分數(shù)均在20%以上，有的甚至高達40%～50%。在地層條件下，含蠟原油中的蠟一般溶解在原油中，隨著采出過程中壓力、溫度的下降和輕質(zhì)組分的逸出，原油中的蠟會逐漸析出，并在地層、油管、集輸管線中沉積，給原油的開采和輸送帶來許多困擾[1-6]。過去的研究主要集中在油溫、原油與管壁的溫差、流速、原油組成、管壁材質(zhì)等因素對管壁蠟沉積的影響以及蠟沉積模型的建立[7-9]。

由于延長油田某CO2驅(qū)油區(qū)塊原油中的蠟含量偏高，井下管柱系統(tǒng)和地面集輸系統(tǒng)的結(jié)蠟將對延長油田的高效經(jīng)濟開發(fā)產(chǎn)生不利的影響。目前，氣體壓力對原油結(jié)蠟影響的相關(guān)研究鮮見報道。因此，針對延長油田CO2驅(qū)油區(qū)塊原油開采與輸送過程中可能產(chǎn)生的結(jié)蠟問題，開展了不同CO2分壓條件下原油結(jié)蠟傾向和原油結(jié)蠟特性評價。

1 實驗部分

1.1 實驗材料與裝置

研究實驗對象為原油和油管材質(zhì)試片。原油為延長油田某CO2驅(qū)油區(qū)塊的采出原油，其組分為w(蠟)27.16%、w(膠質(zhì))9.72%、w(瀝青質(zhì))3.31%；試片從J55油管進行線切割截取，尺寸為50 mm×30 mm×5 mm，每個實驗條件均為3個試樣。

原油結(jié)蠟傾向試驗在TFCZ-3L、25 MPa、250 ℃高溫高壓反應(yīng)釜中進行，原油析蠟特性采用美國的TA MSDSC2910型差示掃描量熱儀測試。

1.2 實驗方法

將原油裝入高壓釜體內(nèi)，將試樣安裝在高壓釜夾具上，安裝釜蓋密封，檢查高壓釜密封良好后，加熱升溫至30 ℃，通入CO2并保持一定時間，直至CO2充分溶解，穩(wěn)定在試驗預(yù)定壓力(1 MPa、5 MPa)，然后通入N2使高壓釜內(nèi)總壓達到15 MPa，流速設(shè)定為0.3 m/s。試樣在原油中浸泡周期為7天。實驗完畢后取出試樣，用熱水清洗吹干，使用精度為0.1 mg的電子分析天平稱量，同時對試驗前后原油中蠟含量進行測試，按照公式(1)和公式(2)分別計算CO2分壓在1 MPa和5 MPa 下試樣表面的結(jié)蠟速率及原油的結(jié)蠟率。

(1)

(2)

式中，Vwax為結(jié)蠟速率，mm/a；ΔW為試樣增量，g；ρ為石蠟的密度，g/cm3；A為試樣表面積，mm2；T為試驗周期，d；Swax為結(jié)蠟率，%；W0為原油中初始所含蠟的質(zhì)量分數(shù)；W1為經(jīng)過不同CO2分壓處理后原油中所含蠟的質(zhì)量分數(shù)。

原油析蠟特性測定時，將原油(初始生產(chǎn)原油、CO2分壓為1 MPa和5 MPa 浸泡7天處理后的原油)用鋁制坩堝密封，并預(yù)熱至80 ℃，然后以5 ℃/min的降溫速率降溫至-30 ℃來進行，最后分析原油的析蠟點和含蠟量。

2 結(jié)果與討論

2.1 原油結(jié)蠟傾向

圖1反映了不同CO2分壓下原油在試樣表面的結(jié)蠟速率和原油的結(jié)蠟率。在CO2分壓為1 MPa和5 MPa條件下，試樣表面的結(jié)蠟速率分別為3.05 mm/a和10.59 mm/a，表明在CO2驅(qū)油過程中，CO2分壓增大時結(jié)蠟速率也相應(yīng)提高。通過實驗前后原油中蠟含量的測試結(jié)果，經(jīng)計算得到1 MPa和5 MPa CO2分壓條件下原油中蠟的質(zhì)量分數(shù)分別為22.44%和20.98%，結(jié)蠟率分別為17.37%和22.75%，表明原油中的蠟含量在模擬CO2驅(qū)油作用下有所下降，即有蠟析出，而且隨著CO2分壓的增大，結(jié)蠟率提高。

圖2給出了不同的CO2分壓條件下，J55鋼表面結(jié)蠟的宏觀形貌?？梢钥闯?，原油浸泡處理的試樣表面經(jīng)過熱水清洗后，沉積了一層蠟質(zhì)物。在CO2分壓為5 MPa 時(圖2(b))，試樣表面沉積的蠟質(zhì)物相對于1 MPa 時(圖2(a))的更為明顯，表明在CO2分壓增大時原油中的蠟析出更明顯，與計算得到的結(jié)蠟速率與結(jié)蠟率的結(jié)果是一致的。

2.2 原油析蠟性質(zhì)

圖3為在原始油樣以及在1 MPa和5 MPa的CO2分壓下處理7天后的原油析蠟特性曲線對比圖。圖3清楚地反映出各條件下油樣的析蠟點和析蠟高峰點特性的變化特點。由表1中的原油析蠟特性測定數(shù)據(jù)可知，原始油樣的析蠟點比經(jīng)過不同CO2分壓處理后油樣的析蠟點溫度高，即被CO2處理作用后原油析蠟點向低溫方向移動，而被CO2處理后油樣的蠟含量也相應(yīng)地比未處理油樣的蠟含量低，即析出了蠟。另外，相對于CO2分壓為1 MPa 條件，5 MPa的CO2分壓條件下處理的原油析蠟點向溫度升高方向移動，而蠟含量大大降低(由17.8%降至14.2%)，即有大量蠟析出。

表1 三種原油樣品的析蠟特性參數(shù)

表1中，未被CO2處理的原油析蠟點比有一定壓力的CO2處理后的原油析蠟點都要高一些，很可能是由于壓力低于泡點壓力時，其析蠟點相對有一定壓力的CO2處理的原油析蠟點較高；相對于1 MPa的CO2分壓條件，CO2分壓為5 MPa 時處理的原油析蠟點向溫度升高方向移動，很可能是由于CO2壓力高于泡點壓力時，隨著CO2壓力升高，原油密度增大，原油析蠟點升高。在今后的研究中將進一步揭示CO2分壓對原油結(jié)蠟性質(zhì)的影響。

3 結(jié) 論

(1) CO2分壓增大時原油的結(jié)蠟速率提高，蠟含量降低，結(jié)蠟率提高，蠟析出更明顯。

(2) 經(jīng)CO2處理作用后原油析蠟點向低溫方向移動，其蠟含量也相應(yīng)地比未處理油樣的含蠟量降低。

(3) 處理原油的 CO2分壓越高，其析蠟點向溫度升高方向移動，蠟含量大大降低。

參考文獻

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