基于核磁共振技術(shù)的氣井采出流體乳化物成分分析方法*

胡均志，李 耀，魏 勇，梅明華，周 慶，王 琛

（1.長慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林 719000；2.新疆油田公司風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)，新疆克拉瑪依 834000；3.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西西安 710065）

神木氣田泡排量大、凝析油含量高（0.13 m3/104m3），受新井返排液影響，導(dǎo)致采出水乳化現(xiàn)象嚴(yán)重，影響氣田正常生產(chǎn)。國內(nèi)外學(xué)者已用不同的方法分析乳化物。在乳化物濃度檢測(cè)方面，基于光纖傳感器檢測(cè)可見光折光率［1-3］、基于超聲波傳感器測(cè)量聲波衰減率或傳輸速率［4-6］、基于U型管振蕩法測(cè)量乳化物密度［7-9］，根據(jù)檢測(cè)到的不同參數(shù)均可計(jì)算出乳化物濃度；在評(píng)價(jià)乳化物穩(wěn)定性方面，應(yīng)用Zeta電位分析儀對(duì)固體顆粒、聚合物（SAM）和表面活性劑種類進(jìn)行分析，從而評(píng)價(jià)油水分離性能和乳化液穩(wěn)定性［10］，結(jié)合超低界面張力儀和界面流變儀可評(píng)價(jià)單一驅(qū)油劑、聚合物/表面活性劑二元復(fù)合驅(qū)對(duì)采出水乳化物穩(wěn)定性的影響［11］；在乳化物凈化處理方面，常規(guī)的研究方法有化學(xué)法、生物法和物理法［12-14］。為了改善單一方法的局限性，將電場(chǎng)和旋流/離心場(chǎng)聯(lián)合的新型技術(shù)能更好地實(shí)現(xiàn)乳化物的脫水凈化處理［15］。隨著儀器精度的提高和研究方法的完善，關(guān)于乳化物的研究日益增多，但大多仍局限于定性、半定量評(píng)價(jià)。

核磁共振技術(shù)由于對(duì)巖石骨架沒有響應(yīng)，獲取的T2譜參數(shù)可定量反映孔喉中的流體分布。自引入石油領(lǐng)域以來，在油氣田開發(fā)方面得到了廣泛應(yīng)用［16-18］?；谏衲練馓锊沙鏊畞硪阂后w和乳化物均以有機(jī)質(zhì)為主的特點(diǎn)，筆者將核磁共振技術(shù)用于二者相似程度的評(píng)價(jià)。其原理是乳化物中氫核所具有的核磁矩在均勻分布的外加靜磁場(chǎng)中產(chǎn)生能級(jí)分裂，此時(shí)外加一個(gè)特定頻率的射頻場(chǎng)，核磁矩就會(huì)發(fā)生吸收躍遷，產(chǎn)生核磁共振，核磁共振信號(hào)強(qiáng)度與被測(cè)樣品內(nèi)所含氫核的數(shù)目成正比。磁化矢量在射頻場(chǎng)激發(fā)下發(fā)生核磁共振時(shí)偏離平衡態(tài)后又恢復(fù)到平衡態(tài)的過程稱為弛豫，其弛豫運(yùn)動(dòng)幅度隨時(shí)間衰減的信號(hào)可用橫向弛豫時(shí)間（T2）來描述信號(hào)衰減的快慢［19-20］。液體成分不同，用核磁共振技術(shù)測(cè)得的核磁共振T2譜分布也不同。因此，本文運(yùn)用核磁共振技術(shù)評(píng)價(jià)神木氣田采出水與乳化物的相似程度，通過測(cè)試氫核含量來反映各種來液液體與3 種乳化物的成分相似程度，并以核磁共振T2譜的形式直觀反映出來，根據(jù)T2值疊合范圍和疊合面積來定量反映相似程度，進(jìn)而確定影響氣田乳化的主要因素。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

神木處理廠上源氣井從打井到建成投產(chǎn)，添加的藥劑分別為EM50 壓裂液、PQ-8 型泡排劑（氧化胺類）、UT-6型泡排劑（磺酸鹽復(fù)合表面活性劑），冬季在井口位置添加25%的甲醇。大量藥劑進(jìn)入采出水，是形成乳化物的主要原因。實(shí)驗(yàn)先后3次（6、9、11月）于神木處理廠污油罐底部采集不同季節(jié)乳化物進(jìn)行成分分析，取樣位置如圖1 所示。采出水中乳化物主要由凝析油、懸浮固體和水組成，其中的懸浮固體又以有機(jī)物和黏土為主。通過550℃高溫煅燒得到3種乳化物樣品中有機(jī)物和黏土礦物的含量（表1）。

圖1 采出流體乳化物取樣位置

表1 乳化物樣品組成

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

MINI-MR型核磁共振儀，上海紐邁電子科技有限公司；5700型傅立葉紅外光譜儀，美國熱電公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

（1）采出水與不同乳化物樣品成分相似程度的分析。①根據(jù)氣田生產(chǎn)情況，確定采出水的液體類型分別為EM50 壓裂液、PQ-8 型泡排劑、UT-6 型泡排劑、凝析油；②用核磁共振儀分別測(cè)試EM50壓裂液、PQ-8型泡排劑、UT-6型泡排劑、凝析油的核磁共振T2譜；③用核磁共振儀測(cè)試表1 中1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)乳化物的核磁共振T2譜；④將步驟②和步驟③測(cè)得的核磁共振T2譜繪制在同一張圖上；⑤確定不同乳化物樣品與各種采出水疊合的核磁共振T2值范圍；⑥計(jì)算不同乳化物樣品核磁共振T2譜與各種采出水核磁共振T2譜的疊合區(qū)面積；⑦根據(jù)疊合區(qū)面積的計(jì)算結(jié)果分析采出水與不同乳化物樣品成分的相似程度。

（2）室內(nèi)配制乳化物。①EM50壓裂液乳化物，油水比60%，EM50壓裂液含量為20%，PQ-8型泡排劑含量為1‰，攪拌時(shí)間30 min，攪拌速度5000 r/min；②PQ-8泡排劑型乳化物，油水比60%，EM50壓裂液含量為5%，PQ-8泡排劑含量為5‰，攪拌時(shí)間30 min，攪拌速度5000 r/min；③UT-6泡排劑型乳化物，油水比為60%，EM50壓裂液含量為5%，UT-6泡排劑含量為5‰，攪拌時(shí)間30 min，攪拌速度5000 r/min。

1.4 基本參數(shù)定義

1.3 節(jié)（1）所述步驟⑥中，按?A=Am-An計(jì)算面積差值。其中，?A—疊合區(qū)面積；Am—疊合范圍內(nèi)乳化物的T2譜與x 軸包圍的面積；An—疊合范圍內(nèi)采出水的T2譜與x 軸包圍的面積。所述步驟⑦中，疊合區(qū)面積越大，反映采出水與乳化物成分的相似程度越高。

2 結(jié)果與討論

2.1 乳化物與采出水的核磁共振分析

1 號(hào)乳化物與各種采出水（EM50 壓裂液、PQ-8型泡排劑、UT-6型泡排劑、凝析油）的核磁共振T2譜如圖2 所示。其中1 號(hào)乳化物與EM50 壓裂液疊合的核磁共振T2值范圍為1.29 數(shù)3.87、310.50 數(shù)537.23 ms；1號(hào)乳化物與PQ-8型泡排劑疊合的核磁共振T2值范圍為1.55數(shù)4.64、11.57數(shù)537.2 ms；1 號(hào)乳化物與UT-6 型泡排劑疊合的核磁共振T2值范圍為1.08數(shù)3.22、372.76數(shù)537.23 ms；1號(hào)乳化物與凝析油疊合的核磁共振T2值范圍為0.90 數(shù)1.86、215.44數(shù)537.23 ms。

圖2 1號(hào)乳化物核磁共振成分分析圖

2 號(hào)乳化物與采出水（EM50 壓裂液、PQ-8 型泡排劑、UT-6型泡排劑、凝析油）的核磁共振T2譜如圖3 所示。其中2 號(hào)乳化物與EM50 壓裂液疊合的核磁共振T2值范圍為1.08數(shù)3.87 ms；2 號(hào)乳化物與PQ-8 型泡排劑疊合的核磁共振T2值范圍為1.55數(shù)4.64ms、11.57數(shù)179.46 ms；2 號(hào)乳化物與UT-6 型泡排劑疊合的核磁共振T2值范圍為1.08數(shù)2.23 ms；2號(hào)乳化物與凝析油疊合的核磁共振T2值范圍為179.46數(shù)215.44 ms。

圖3 2號(hào)乳化物核磁共振成分分析

3 號(hào)乳化物與采出水（EM50 壓裂液、PQ-8 型泡排劑、UT-6型泡排劑、凝析油）的核磁共振T2譜如圖4 所示。其中3 號(hào)乳化物與EM50 壓裂液疊合的核磁共振T2值范圍為1.29數(shù)3.87、310.50數(shù)1339.20 ms；3號(hào)乳化物與PQ-8型泡排劑疊合的核磁共振T2值范圍為372.72數(shù)447.50 ms；3號(hào)乳化物與UT-6型泡排劑疊合的核磁共振T2值范圍為1.35數(shù)4.11、523.7數(shù)1339.2 ms；3號(hào)乳化物與凝析油疊合的核磁共振T2值范圍為0.9數(shù)1.86、215.44數(shù)1339.2 ms。

圖4 3號(hào)乳化物核磁共振成分分析圖

根據(jù)核磁共振T2值疊合范圍，并結(jié)合式（1）計(jì)算得到1數(shù)3 號(hào)乳化物核磁共振T2譜與4 種采出水T2譜的疊合區(qū)面積（表2）。由表可見，不同采樣時(shí)間的乳化物樣品與PQ-8 型泡排劑核磁共振T2疊合區(qū)面積均最大，說明二者成分最為相似；疊合面積介于2831.65數(shù)4235.80，面積差異較大，說明在不同乳化物中PQ-8型泡排劑的含量存在差異。其次為凝析油、EM50 壓裂液。凝析油與乳化物樣品的核磁共振T2疊合區(qū)面積介于315.23數(shù)2079.50，說明在不同乳化物樣品中凝析油含量的差異大，這一差異會(huì)對(duì)破乳及破乳劑配方的確定帶來很大難度。3種乳化物樣品與UT-6 型泡排劑T2譜疊合區(qū)面積均最小，介于87.61數(shù)394.20，說明二者成分相似程度最小。

綜上，造成神木氣田處理廠采出水乳化的主要因素是生產(chǎn)過程中采用的PQ-8 型泡排劑，UT-6 型泡排劑對(duì)采出水乳化幾乎不造成影響。PQ-8 型泡排劑與凝析油和不同乳化物樣品的核磁共振T2譜疊合區(qū)面積差異較大，說明二者在不同乳化物樣品中的含量存在較大差異，從而對(duì)后期乳化物處理帶來難度。

表2 采出流體乳化物與采出水核磁共振T2譜疊合面積

2.2 乳化物的紅外光譜分析

上文基于核磁共振技術(shù)對(duì)氣井采出流體中乳化物成分進(jìn)行了分析。為驗(yàn)證該方法在乳化物成分評(píng)價(jià)中的可靠性，用傳統(tǒng)的傅立葉紅外光譜儀再次分析乳化物成分。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)配制分別以EM50壓裂液、PQ-8 型泡排劑、UT-6 型泡排劑為主要成分的乳化物。與現(xiàn)場(chǎng)采集的1號(hào)乳化物的紅外光譜對(duì)比，結(jié)果見圖5。由圖可見，1號(hào)乳化物樣品與PQ-8型泡排劑乳化物的光譜形態(tài)相似，即二者具有相似的官能團(tuán)。該結(jié)果與基于核磁共振技術(shù)得到的成分分析結(jié)果一致，進(jìn)一步證實(shí)了核磁共振技術(shù)用于乳化物成分分析的可靠性。

圖5 1號(hào)乳化物與配制的3種乳化物的紅外光譜圖

3 結(jié)論

基于核磁共振技術(shù)定量計(jì)算了不同時(shí)間采出流體乳化物核磁共振T2譜與氣井采出水中PQ-8 型泡排劑、凝析油、EM50 壓裂液、UT-6 型泡排劑核磁共振T2譜的疊合區(qū)面積，其中，PQ-8 型泡排劑核磁共振T2譜疊合區(qū)面積最大，其次為凝析油、EM50壓裂液，UT-6型泡排劑T2譜疊合區(qū)面積最小。PQ-8型泡排劑是造成神木氣田處理廠采出水乳化的主要因素，UT-6 型泡排劑對(duì)采出水乳化幾乎不造成影響。PQ-8 型泡排劑與凝析油和不同乳化物樣品的核磁共振T2譜疊合區(qū)面積差異較大，說明二者在不同乳化物樣品中的含量差異大，從而對(duì)后期破乳劑配方的確定及破乳帶來較大難度。基于核磁共振技術(shù)對(duì)氣井采出流體中乳化物成分的分析結(jié)果與用傅立葉紅外光譜儀測(cè)得的結(jié)果一致。