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

劉忠能 （西南石油大學研究生學院，四川成都610500）

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

考慮瀝青及含水影響的稠油粘度預測模型

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

劉忠能 （西南石油大學研究生學院，四川成都610500）

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

現(xiàn)有的稠油粘度預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含量、含水量等有關。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測模型，模型綜合考慮了溫度、API重度、瀝青與膠質含量、含水量的影響。運用新模型預測了稠油樣品的粘度，在2個API重度范圍內預測粘度值的平均相對誤差分別為15．76%和17．20%，遠小于所評價的模型；運用新模型實例預測了另外11口井的稠油樣品粘度，預測平均相對誤差為17．66%，基本滿足工程精度要求。

稠油；粘度預測模型；模型評價；瀝青質含量

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。學者們建立了許多脫氣原油粘度預測模型［2，3］，由于建模方式的差異以及所用油田油樣的局限性，使得模型預測結果差異很大，粘度預測的可靠性較低。而未考慮瀝青及膠質含量、含水量對脫氣原油粘度的重要影響［4］，是預測不準確的重要原因。筆者在前人研究的基礎上，評價了常用的粘度預測模型，建立了新的未乳化條件下的脫氣稠油粘度預測模型，并進行了實例預測和驗證。

1 稠油粘度預測模型評價

1．1 稠油粘度預測模型現(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能夠較好地預測稠油粘度。但是由于模型中沒有考慮瀝青及膠質含量、含水量等因素的影響，對于瀝青及膠質含量、含水量較高的稠油樣品預測結果誤差可能會很大。因此，有必要對常用的稠油粘度預測模型進行評價以優(yōu)選稠油粘度預測模型。

1．2 稠油粘度預測模型評價

收集了某區(qū)塊29口井的油樣數(shù)據。通過油樣分析，獲得了原油的瀝青及膠質含量、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，13～29號油品的API重度在13．5～19范圍內。

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測溫度條件下的預測平均誤差。由表1可知，所評價的4個模型的預測結果誤差均很大；溫度越高，各模型的預測誤差越低。

表1 4個模型的適用范圍及不同溫度下預測粘度的平均誤差

各個模型的粘度預測值與實測值的比較結果如圖1所示。

圖1 4個稠油粘度預測模型的粘度預測值與實測值的比較

每個點的橫縱坐標讀數(shù)分別為預測值和實測值，數(shù)據個數(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測結果越好，通過所有點的橫縱坐標的差異可知模型預測結果都很差。

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

2 新模型的建立

由于已有的稠油粘度預測模型不能較好地預測所收集原油樣品的粘度，筆者在前人研究的基礎上，建立了新的脫氣稠油粘度預測模型。依據各個模型對不同油品預測誤差相關性的差異，選用了相關性較高的Elsharkaway模型和Petrosky模型的形式進行改進以建立適應不同API重度范圍內的粘度預測需求的新模型。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為膠質及瀝青含量，小數(shù)；fw為含水量，小數(shù)。

對已有數(shù)據的深入分析，發(fā)現(xiàn)瀝青及膠質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個模型的擬合結果可以達到最優(yōu)。由此確定了新模型的2個API重度范圍內的預測模型的具體形式。

當19≤API≤25．5時，稠油粘度μ可表示如下：

當13．5≤API＜19時，稠油粘度μ可表示為：

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

表2 系數(shù)擬合結果

3 模型比較分析

3．1 新模型預測結果

運用新模型預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，預測結果如表3所示。從表3中可知，新模型的預測結果比較準確，2個API重度范圍內預測的總平均相對誤差分別為15．76%和17．20%，標準差分別為0．13176和0．12325，說明該模型的預測結果對該油品的粘度預測較為可靠，誤差幅度小，能滿足實際粘度預測要求。新模型預測結果的平均相對誤差的大致趨勢均是隨著預測溫度的上升而降低，說明溫度越高，新模型粘度預測越準確。30～40號油品的粘度預測平均相對誤差為17．66%，表明新模型的預測較準確，可靠性得到驗證。

表3 預測結果

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

3．2 對比分析

新模型的預測結果與Ghetto模型、Hossain模型、Petrosky模型、Beggs ＆Robinson模型的預測結果進行了比較，并繪出了5個模型在不同溫度下預測結果的平均誤差趨勢圖。如圖3所示，已有模型的預測結果與實測值平均相對誤差均很大，不能用于預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)塊某段時間內收集的數(shù)據建立，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含量、含水量等的影響，使得預測結果不可靠。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 結論

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

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

3）新模型預測值與實測粘度數(shù)據吻合較好，2個API重度范圍內預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號油品粘度預測值與實測值比較

圖3 不同溫度條件下粘度預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，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

國家自然科學基金項目（51104125）。

鐘海全（1979－），男，2002年西南石油大學畢業(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。