考慮瀝青及含水影響的稠油粘度預(yù)測模型

鐘海全 （“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點實驗室·西南石油大學(xué)，四川成都610500）

劉忠能 （西南石油大學(xué)研究生學(xué)院，四川成都610500）

李穎川 （“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點實驗室·西南石油大學(xué)，四川成都610500）

考慮瀝青及含水影響的稠油粘度預(yù)測模型

鐘海全 （“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點實驗室·西南石油大學(xué)，四川成都610500）

劉忠能 （西南石油大學(xué)研究生學(xué)院，四川成都610500）

李穎川 （“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點實驗室·西南石油大學(xué)，四川成都610500）

現(xiàn)有的稠油粘度預(yù)測模型都近似將粘度處理為溫度和API重度的函數(shù)，然而稠油粘度實際上還與瀝青及膠質(zhì)含量、含水量等有關(guān)。利用29口井的稠油樣品測試資料，對4個常用的脫氣稠油粘度預(yù)測模型進行了評價，并運用對比擬合的方法建立了新的脫氣稠油粘度預(yù)測模型，模型綜合考慮了溫度、API重度、瀝青與膠質(zhì)含量、含水量的影響。運用新模型預(yù)測了稠油樣品的粘度，在2個API重度范圍內(nèi)預(yù)測粘度值的平均相對誤差分別為15．76%和17．20%，遠(yuǎn)小于所評價的模型；運用新模型實例預(yù)測了另外11口井的稠油樣品粘度，預(yù)測平均相對誤差為17．66%，基本滿足工程精度要求。

稠油；粘度預(yù)測模型；模型評價；瀝青質(zhì)含量

粘度是評價稠油特征的核心參數(shù)［1］，對稠油的開采具有重要意義。學(xué)者們建立了許多脫氣原油粘度預(yù)測模型［2，3］，由于建模方式的差異以及所用油田油樣的局限性，使得模型預(yù)測結(jié)果差異很大，粘度預(yù)測的可靠性較低。而未考慮瀝青及膠質(zhì)含量、含水量對脫氣原油粘度的重要影響［4］，是預(yù)測不準(zhǔn)確的重要原因。筆者在前人研究的基礎(chǔ)上，評價了常用的粘度預(yù)測模型，建立了新的未乳化條件下的脫氣稠油粘度預(yù)測模型，并進行了實例預(yù)測和驗證。

1 稠油粘度預(yù)測模型評價

1．1 稠油粘度預(yù)測模型現(xiàn)狀

高粘度是稠油最顯著的特性之一，也是稠油開采過程中最主要的影響因素。常用的脫氣稠油粘度預(yù)測模型有：Ghetto模型［5］、Hossain模型［6］、Beggs ＆Robinson模型［7］、Petrosky模型［8］及Elsharkaway模型［9］等。

模型均考慮溫度及API重度對粘度的影響，在一定的使用范圍內(nèi)能夠較好地預(yù)測稠油粘度。但是由于模型中沒有考慮瀝青及膠質(zhì)含量、含水量等因素的影響，對于瀝青及膠質(zhì)含量、含水量較高的稠油樣品預(yù)測結(jié)果誤差可能會很大。因此，有必要對常用的稠油粘度預(yù)測模型進行評價以優(yōu)選稠油粘度預(yù)測模型。

1．2 稠油粘度預(yù)測模型評價

收集了某區(qū)塊29口井的油樣數(shù)據(jù)。通過油樣分析，獲得了原油的瀝青及膠質(zhì)含量、含水量、相對密度等參數(shù)，并測定了不同溫度（40、50、70、90℃）下的脫氣稠油粘度。瀝青及膠質(zhì)含量分布于6．31%～47．76%之間（主要分布在10%～30%之間），含水量分布在0．3%～47．27%之間，相對密度分布在0．9069～0．9743之間，粘度值在15．22～13909．26mPa·s之間。其中1～12號油品的API重度在19～25．5范圍內(nèi)，13～29號油品的API重度在13．5～19范圍內(nèi)。

選用常用的Ghetto模型、Hossain模型、Petrosky模型及Beggs ＆Robinson模型進行評價，表1列出了4個模型的適用范圍及各個模型不同預(yù)測溫度條件下的預(yù)測平均誤差。由表1可知，所評價的4個模型的預(yù)測結(jié)果誤差均很大；溫度越高，各模型的預(yù)測誤差越低。

表1 4個模型的適用范圍及不同溫度下預(yù)測粘度的平均誤差

各個模型的粘度預(yù)測值與實測值的比較結(jié)果如圖1所示。

圖1 4個稠油粘度預(yù)測模型的粘度預(yù)測值與實測值的比較

每個點的橫縱坐標(biāo)讀數(shù)分別為預(yù)測值和實測值，數(shù)據(jù)個數(shù)由各個模型的適用條件從29個油樣（每個油樣4個溫度下的粘度值，總共116個實測粘度值）中選取。越靠近對角線表明模型預(yù)測結(jié)果越好，通過所有點的橫縱坐標(biāo)的差異可知模型預(yù)測結(jié)果都很差。

從圖1中可知，各個預(yù)測溫度條件下的粘度預(yù)測值均遠(yuǎn)小于實測值，所評價模型均不能用于預(yù)測該區(qū)塊原油粘度。原因可能是由于現(xiàn)有的稠油粘度預(yù)測模型均未考慮瀝青及膠質(zhì)含量、含水量對稠油粘度預(yù)測的影響。因此，應(yīng)建立考慮瀝青及膠質(zhì)含量、含水量影響的脫氣稠油粘度預(yù)測模型。

2 新模型的建立

由于已有的稠油粘度預(yù)測模型不能較好地預(yù)測所收集原油樣品的粘度，筆者在前人研究的基礎(chǔ)上，建立了新的脫氣稠油粘度預(yù)測模型。依據(jù)各個模型對不同油品預(yù)測誤差相關(guān)性的差異，選用了相關(guān)性較高的Elsharkaway模型和Petrosky模型的形式進行改進以建立適應(yīng)不同API重度范圍內(nèi)的粘度預(yù)測需求的新模型。新模型可表示如下：

式中，μ為粘度，mPa·s；API表示API重度；T為溫度，F(xiàn)；f1為膠質(zhì)及瀝青含量，小數(shù)；fw為含水量，小數(shù)。

對已有數(shù)據(jù)的深入分析，發(fā)現(xiàn)瀝青及膠質(zhì)含量對粘度的影響較為明顯，含水量的影響較弱。通過不斷調(diào)試不同的添加因式以及運用對比擬合方法進行試探性擬合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：將Elsharkaway模型的常數(shù)項去掉并將100×f1和lg（100×fw）兩項組合為因式嵌入Elsharkaway模型，并添加T因式和lgT因式平衡新因式的影響；將瀝青及膠質(zhì)含量、含水量的影響以泰勒二次二項式形式因式嵌入Petrosky模型，并添加lgT因式平衡新因式的影響，2個模型的擬合結(jié)果可以達(dá)到最優(yōu)。由此確定了新模型的2個API重度范圍內(nèi)的預(yù)測模型的具體形式。

當(dāng)19≤API≤25．5時，稠油粘度μ可表示如下：

當(dāng)13．5≤API＜19時，稠油粘度μ可表示為：

經(jīng)驗證，API重度為19時，模型并不連續(xù)，粘度預(yù)測值可取兩式預(yù)測值的平均值。依據(jù)所收集的粘度數(shù)據(jù)，回歸出模型中的系數(shù)。系數(shù)擬合結(jié)果如表2所示。新模型對未乳化條件下瀝青與膠質(zhì)含量、含水量較高的稠油樣品粘度的預(yù)測更加準(zhǔn)確。

表2 系數(shù)擬合結(jié)果

3 模型比較分析

3．1 新模型預(yù)測結(jié)果

運用新模型預(yù)測了所評價油品以及同區(qū)塊另外11口井油品（30～40號油品）在不同溫度（40、50、70、90℃）下的粘度，預(yù)測結(jié)果如表3所示。從表3中可知，新模型的預(yù)測結(jié)果比較準(zhǔn)確，2個API重度范圍內(nèi)預(yù)測的總平均相對誤差分別為15．76%和17．20%，標(biāo)準(zhǔn)差分別為0．13176和0．12325，說明該模型的預(yù)測結(jié)果對該油品的粘度預(yù)測較為可靠，誤差幅度小，能滿足實際粘度預(yù)測要求。新模型預(yù)測結(jié)果的平均相對誤差的大致趨勢均是隨著預(yù)測溫度的上升而降低，說明溫度越高，新模型粘度預(yù)測越準(zhǔn)確。30～40號油品的粘度預(yù)測平均相對誤差為17．66%，表明新模型的預(yù)測較準(zhǔn)確，可靠性得到驗證。

表3 預(yù)測結(jié)果

30～40號油品粘度預(yù)測值與實測值的比較結(jié)果如圖2所示。新模型的預(yù)測點均勻地分布在對角線附近，表明預(yù)測值與實測值接近，預(yù)測結(jié)果符合度高，比較結(jié)果驗證了新模型的可靠性。

3．2 對比分析

新模型的預(yù)測結(jié)果與Ghetto模型、Hossain模型、Petrosky模型、Beggs ＆Robinson模型的預(yù)測結(jié)果進行了比較，并繪出了5個模型在不同溫度下預(yù)測結(jié)果的平均誤差趨勢圖。如圖3所示，已有模型的預(yù)測結(jié)果與實測值平均相對誤差均很大，不能用于預(yù)測已收集油品的粘度。原因之一可能是因為粘度模型均運用某個油田區(qū)塊某段時間內(nèi)收集的數(shù)據(jù)建立，適用范圍有限；原因之二可能是由于模型沒有考慮瀝青及膠質(zhì)含量、含水量等的影響，使得預(yù)測結(jié)果不可靠。從圖3中還可看出，5個模型的平均相對誤差的趨勢，均是隨溫度的升高而趨于越低。

4 結(jié)論

1）現(xiàn)有的稠油粘度預(yù)測模型考慮影響因素不足，對未乳化條件下瀝青及膠質(zhì)含量、含水量較高的油品粘度預(yù)測誤差很大。

2）在模型預(yù)測溫度范圍內(nèi)，新模型的粘度預(yù)測誤差遠(yuǎn)低于所評價的模型，與已有模型的預(yù)測結(jié)果對比表明，新模型能夠更好地預(yù)測稠油粘度。

3）新模型預(yù)測值與實測粘度數(shù)據(jù)吻合較好，2個API重度范圍內(nèi)預(yù)測粘度值與實測值的平均相對誤差分別為15．76%和17．20%，實例驗證平均誤差為17．66%，可滿足工程運用需要。

圖2 30～40號油品粘度預(yù)測值與實測值比較

圖3 不同溫度條件下粘度預(yù)測平均相對誤差趨勢圖

［1］康志勇．遼河油區(qū)稠油分類及其儲量等級劃分［J］．特種油氣藏，1996，3（2）：7～12．

［2］Egbogah E O，Jack T N．An improved temperature－viscosity correlation for crude oil systems［J］．Journal of Petroleum Science and Engineering，1990，4（3）：197～200．

［3］Kartoatmodjo T．New correlation for estimating hydrocarbon liquid properties［D］．Tulsa：The University of Tulsa，1990．

［4］沈國華．高凝高粘原油井筒粘度計算模型［J］．石油鉆探技術(shù)，2008，36（4）：67～70．

［5］Giambattista D G，F(xiàn)rancesco P，Marco V．Pressures－volume－temperature correlations for heavy and extra heavy oils［J］．SPE30316，1995．

［6］Hossain M S，Sarica C，Zhang H Q．Assessment and development of heavy－oil viscosity correlations［J］．SPE／PS－CIM／CHOA 97907，2005．

［7］Beggs H D，Robinson J R．Estimating the viscosity of crude oil systems［J］．Journal of Petroleum Technology，1975，27（9）：1140～1141．

［8］Petrosky G E，Jr Chevron F F．Viscosity correlations for Gulf of Mexico crude oils［J］．SPE29468，1995．

［9］Elsharkawy A M，Hassan S A，Hashim Y S K．New compositional models for calculating viscosity of crude oils［J］．Industrial and Engineering Chemistry Research，2003，42（17）：4132～4142．

［編輯］ 蕭 雨

TE311

A

1000－9752（2012）06－0115－04

2011－11－28

國家自然科學(xué)基金項目（51104125）。

鐘海全（1979－），男，2002年西南石油大學(xué)畢業(yè)，博士，講師，現(xiàn)主要從事采油采氣工程及多相流模擬等研究。