春光油田超稠油高黏敏感性因素研究

李春云

(中石化河南油田分公司石油工程技術(shù)研究院，河南 南陽 473132)

羅全民，劉子勝，張清軍

(中石化河南油田分公司新疆勘探開發(fā)中心，新疆 焉耆 841100)

蔣爾梁

(中石化河南油田分公司石油工程技術(shù)研究院，河南 南陽 473132)

春光油田超稠油高黏敏感性因素研究

李春云

(中石化河南油田分公司石油工程技術(shù)研究院，河南 南陽 473132)

羅全民，劉子勝，張清軍

(中石化河南油田分公司新疆勘探開發(fā)中心，新疆 焉耆 841100)

蔣爾梁

(中石化河南油田分公司石油工程技術(shù)研究院，河南 南陽 473132)

[摘要]針對春光油田超稠油黏度高、開采難度大的問題，就影響春光油田超稠油高黏敏感性因素進(jìn)行研究。結(jié)果表明，春光油田超稠油高黏度的主要原因之一是膠質(zhì)和瀝青質(zhì)組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，春光油田超稠油的膠質(zhì)由3~4個芳香環(huán)為主的稠環(huán)芳香性分子組成，芳香結(jié)構(gòu)以蒽、菲、苯并蒽等線性排列為主，膠質(zhì)分子含有可形成氫鍵的羥基、羧基、胺基、羰基等強(qiáng)極性基團(tuán)，從而產(chǎn)生強(qiáng)締合作用。此外鎳、鐵、鈣等金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，可形成卟啉絡(luò)合物，增加了瀝青質(zhì)和膠質(zhì)形成的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)的內(nèi)聚力，導(dǎo)致稠油黏度較高。

[關(guān)鍵詞]超稠油；黏度；化學(xué)組成；春光油田

春光油田稠油油藏主要開發(fā)層系為新近系沙灣組和白堊系。春光油田的稠油儲量豐富，但由于超稠油的黏度太高，導(dǎo)致原油在地層的流動性較差、開采難度大。因此，在稠油熱采開發(fā)生產(chǎn)中，配套應(yīng)用了乳化降黏開采工藝技術(shù)[1~3]。為了進(jìn)一步提高乳化降黏技術(shù)針對性，開展了春光油田黏度敏感性因素研究。通過測定春光油田超稠油的族組分，以及稠油中金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，對超稠油中分離出的重質(zhì)組分進(jìn)行分析與表征，從而確定春光油田超稠油高黏敏感性因素。

1試驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)試劑與儀器

1)原油春光油田Ⅱ1-1-9H井和K436-28H井稠油，50℃脫氣原油黏度分別為16690mPa·s和40840 mPa·s。

2)試劑正庚烷，苯，甲苯，無水乙醇，氯仿(分析純，上海國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)。

3)主要儀器Brookfield數(shù)字流變儀(美國Brookfield公司)；Kanuer K-7000分子量測定儀(德國KNAUER公司)；Contr AA 700連續(xù)光源原子吸收光譜儀(德國Analytik Jena AG公司)；VARIO ELⅢ元素分析儀(德國Elementar公司)。

1.2試驗(yàn)方法

1)稠油黏度測定采用Brookfield數(shù)字流變儀測定不同溫度下稠油的黏度。

2)稠油族組分測定首先用正庚烷將稠油中的瀝青質(zhì)分離出來，然后采用液相色譜柱法分離得到3個組分，依次為：飽和分、芳香分和膠質(zhì)，室溫下冷卻稱量。

3)族組分平均分子質(zhì)量的測定在25℃下采用苯作為溶劑，通過Kanuer K-7000 分子量測定儀對稠油中族組分的平均分子量進(jìn)行測定。

4)稠油中元素含量測定利用Contr AA 700連續(xù)光源原子吸收光譜儀對稠油中的鐵、鈣、鎳、鋇等金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行測定；利用VARIO ELⅢ元素分析儀對稠油中的氧、硫、氮、碳、氫等非金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行測定。

2結(jié)果與討論

2.1溫度對超稠油黏度的影響

圖1　春光油田2種超稠油的黏溫曲線

溫度是影響稠油黏度主要因素之一，分別測定Ⅱ1-1-9H井和K436-28H井稠油在不同溫度下的黏度，如圖1所示。當(dāng)溫度大于60℃時，黏度隨溫度的變化較??；當(dāng)溫度小于60℃時，溫度每升高10℃，黏度下降了將近一半，說明溫度越低，稠油黏度對溫度的變化越敏感。與其他稠油一樣，春光油田的超稠油黏度具有極強(qiáng)的溫敏性，這是由于溫度的上升降低了稠油中各組分的分子間相互作用力，如氫鍵作用和色散力，同時也加劇了分子的熱運(yùn)動，增大了分子的自由活動體積，破壞了稠油原先內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致了稠油黏度的顯著降低[4~6]。

2.2稠油族組分對超稠油黏度的影響

根據(jù)稠油組分的不同極性將稠油分離為飽和分、芳香分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)4個組分，結(jié)果如表1所示。K436-28H井稠油中的瀝青質(zhì)、膠質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)都明顯高于黏度較低的Ⅱ1-1-9H井稠油。膠質(zhì)和瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)總和對稠油黏度有重要影響。這是因?yàn)槌碛椭械臑r青質(zhì)分子和膠質(zhì)分子都具有很強(qiáng)的極性，容易形成以極性較強(qiáng)的瀝青質(zhì)分子為膠核，極性稍弱的膠質(zhì)分子吸附在膠核外面形成溶劑化層。當(dāng)稠油中的膠質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時，吸附在瀝青質(zhì)分子的溶劑化層變得越厚，使得膠粒體積也增大，同時大量性質(zhì)相近的膠粒又可以形成更大的膠團(tuán)，從而導(dǎo)致稠油的黏度急劇升高[7~10]。

表1　春光油田稠油的族組分分析

2.3族組分平均相對分子質(zhì)量對超稠油黏度的影響

表2　春光油田稠油的族組分平均相對分子質(zhì)量測定結(jié)果

表2為春光油田2種超稠油中族組分的平均相對分子質(zhì)量測定結(jié)果。春光油田超稠油族組分的平均相對分子質(zhì)量從大到小的順序?yàn)椋簽r青質(zhì)>膠質(zhì)>芳香烴>飽和烴，同時K436-28H井稠油中的瀝青質(zhì)和膠質(zhì)的平均分子量明顯高于Ⅱ1-1-9H井稠油，這說明稠油中的瀝青質(zhì)和膠質(zhì)的平均分子量對稠油的黏度有顯著的影響，平均分子量升高，稠油黏度增大。綜合前面稠油中族組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定結(jié)果可得出，稠油的黏度高低主要是由稠油中的瀝青質(zhì)和膠質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及平均分子量大小決定的[11]。

2.4雜原子和金屬元素對超稠油黏度的影響

采用元素分析儀和原子吸收光譜儀對春光油田超稠油中的氮、硫、氧等雜原子和鎳、釩、鐵、鈣、鎂等金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行測定，其元素分析結(jié)果如表3所示。春光油田超稠油中鎳、鐵、鈣等金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。這些金屬元素大多以油溶性有機(jī)化合物形式存在于稠油中瀝青質(zhì)和膠質(zhì)組分中，可以與稠油中的卟啉分子形成金屬卟啉絡(luò)合物，或者與稠油組分中的N、O、S等雜原子構(gòu)成配位絡(luò)合物，極大地增加了瀝青質(zhì)和膠質(zhì)形成的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)的內(nèi)聚力，導(dǎo)致稠油黏度的急劇升高。

表3　春光油田超稠油的元素分析結(jié)果

圖2　春光油田超稠油中膠質(zhì)的紫外光譜圖

圖3　春光油田超稠油中膠質(zhì)的紅外光譜圖

2.5重質(zhì)組分結(jié)構(gòu)對超稠油黏度的影響

采用紫外-可見光光度計(jì)對春光油田稠油的膠質(zhì)進(jìn)行紫外光譜分析(圖2)，參比液為甲苯，膠質(zhì)的質(zhì)量濃度為13.2mg/L?？梢钥闯?，春光油田稠油中膠質(zhì)的紫外吸收光譜分別在250~260nm和280~290nm之間有最大的吸收峰。參考模型化合物分析可知，春光油田超稠油中膠質(zhì)組分結(jié)構(gòu)是以3~4個芳香環(huán)為主的稠環(huán)芳香性分子組成，如蒽、菲、苯并蒽等[14]。

圖3為Ⅱ1-1-9H井和K436-28H井稠油中膠質(zhì)的紅外光譜圖?？梢钥闯瞿z質(zhì)分子含有可形成氫鍵的羥基、胺基、羧基等。尤其從K436-28H井稠油中膠質(zhì)的紅外光譜圖上可以看出，膠質(zhì)在3000~4000cm-1之間顯示出大的吸收峰，這是已形成氫鍵的胺基或羥基的吸收峰?？赏茰y出春光油田超稠油中膠質(zhì)主要含有極性較強(qiáng)的羧酸類、醚類、胺類和酚類化合物，使得膠質(zhì)分子帶有很強(qiáng)極性。這些強(qiáng)極性膠質(zhì)分子通過氫鍵作用使膠質(zhì)分子間、膠質(zhì)與瀝青質(zhì)分子形成締合狀態(tài)，最終導(dǎo)致稠油黏度升高[15]。

3結(jié)論

1)春光油田超稠油黏度高的主要原因之一在于膠質(zhì)和瀝青質(zhì)組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，同時Ni、Fe、Ca等金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)也較高，極大地增加了瀝青質(zhì)和膠質(zhì)形成的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)的內(nèi)聚力，導(dǎo)致稠油黏度的急劇升高，使得稠油流動性差。

2)紫外光譜和紅外光譜分析結(jié)果表明，春光油田超稠油中膠質(zhì)組分結(jié)構(gòu)是以3~4個芳香環(huán)為主的稠環(huán)芳香性分子組成，如蒽、菲、苯并蒽等。膠質(zhì)分子中主要含有極性較強(qiáng)的羥基、羧基、胺基、羰基等基團(tuán)，這些強(qiáng)極性基團(tuán)通過氫鍵作用使膠質(zhì)分子間、膠質(zhì)與瀝青質(zhì)分子形成締合狀態(tài)，最終導(dǎo)致稠油黏度升高。

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[編輯]帥群

[引著格式]李春云,羅全民，劉子勝，等.春光油田超稠油高黏敏感性因素研究[J].長江大學(xué)學(xué)報(自科版) ,2015,12(14):78~81.

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號]1673-1409(2015)14-0078-04

[中圖分類號]TE345

[作者簡介]李春云(1970-)，女，助理工程師，現(xiàn)主要從事油田開發(fā)工程研究，614667729@qq.com。

[收稿日期]2015-02-14