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        HDCS技術中各因素對超稠油性質(zhì)的影響

        2013-10-17 07:30:20李兆敏孫曉娜李賓飛
        特種油氣藏 2013年4期
        關鍵詞:黏劑芳香稠油

        劉 偉,李兆敏,孫曉娜,李賓飛

        (1.成都理工大學,四川 成都 610059;2.中國石油大學,山東 青島 266580)

        引 言

        勝利油田王莊鄭411塊為深薄層超稠油油藏,地面脫氣原油密度為1.0433 g/cm3,油藏溫度(68℃)下地面脫氣原油密度大于1.2×105mPa·s,油藏埋深為1400~1600 m,油層有效厚度約為6~8 m。該區(qū)塊自2006年開始經(jīng)過蒸汽吞吐、SAGD等多種技術的現(xiàn)場試驗,但由于原油黏度大且埋深較深,導致蒸汽注入壓力過高,降低了蒸汽干度,無法實現(xiàn)該區(qū)塊的有效開發(fā)。在前期研究的基礎上,該區(qū)塊運用HDCS技術,實現(xiàn)了超稠油油藏的有效動用,并進入到全面開發(fā)階段[1-2]。該區(qū)塊利用HDCS技術有效降低了原油黏度和注氣壓力,但由于這屬于1種多元復合吞吐技術,其中各因素在降低原油黏度、改善原油性質(zhì)方面所發(fā)揮的作用、降黏機理和各因素間是否存在協(xié)同作用等問題目前尚未明確,因此,有必要掌握HDCS技術中各因素的降黏機理及對超稠油性質(zhì)的影響,明確其在鄭411區(qū)塊超稠油開發(fā)中的作用,以對其他類似油藏的有效開發(fā)提供一定的借鑒和思路。

        原油的流變特性主要取決于原油中氣體和固體物質(zhì)的含量以及固體物質(zhì)在原油中的分散程度。原油中的液態(tài)組分通??蓜澐譃橥樽?、環(huán)烷族和芳香族3種類型,固體組分主要是石蠟、瀝青質(zhì)和膠質(zhì)[3-4]。稠油與含蠟原油組成上的明顯不同為稠油體系中蠟含量極低(鄭411區(qū)塊原油含蠟量為1.59%),膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量較高。稠油高黏度的實質(zhì)并非石蠟的存在,而是其本身分子(特別是瀝青質(zhì)、膠質(zhì)分子)在體系各種力相互作用下所形成的復雜大分子結構[5]。Pfeiffer[6]和 Yen.T.F[7]研究發(fā)現(xiàn)稠油體系是1種膠體系統(tǒng),該認識已得到公認,其中瀝青質(zhì)為分散相或膠束相,膠質(zhì)為溶膠劑,油分(飽和分和芳香分)為分散介質(zhì)或膠束間相,瀝青質(zhì)通過膠質(zhì)的分散作用形成液性瀝青溶膠,其中對稠油黏度影響較大的是膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量及其結構。目前廣泛采用SARA四組分(飽和分、芳香分、膠質(zhì)和瀝青質(zhì))來表示原油的膠體結構[8]。本文主要通過超稠油的原油組分、化學結構參數(shù)及黏度等的變化來分析其降黏機理。

        1 實驗原理及方案

        實驗通過蒸汽、二氧化碳、降黏劑與鄭411區(qū)塊特超稠油的不同組合,評價其單獨或協(xié)同降黏的效果。利用柱色譜法分別測定不同組合方案后原油的黏度、四組分含量及膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子質(zhì)量變化情況,然后利用核磁共振測試其中瀝青質(zhì)的結構參數(shù),以分析其降黏機理。

        該方案共設計對比實驗7組(1~7號),各組組成分別如下:1號原始油樣;2號原油加油溶性降黏劑;3號原油加柴油;4號原油加蒸汽;5號原油加二氧化碳;6號原油加二氧化碳和蒸汽;7號原油加蒸汽、二氧化碳和油溶性降黏劑。反應時間均為120 min,黏度均在60℃下測得。

        2 實驗裝置及藥品

        實驗藥品:鄭411區(qū)塊采出原油,地面脫氣原油60℃下黏度為145169 mPa·s;SLKF系列油溶性復合降黏劑;二氧化碳氣體,純度為99.999%;93號柴油;正庚烷,分析純;甲苯,分析純;石油醚為60~90℃;無水乙醇,化學純;中性氧化鋁,層析用,100~200目。

        實驗裝置:油浴鍋、超級恒溫水浴、真空干燥箱、馬弗爐、漏斗、錐形瓶、吸附柱、FYXD0325/400永磁旋轉(zhuǎn)攪拌高壓釜、VPO K-7000分子質(zhì)量測定儀、Bruker Avance-500型核磁共振波普儀等。

        3 實驗結果與分析

        3.1 不同實驗條件下超稠油組分及分子質(zhì)量變化

        鄭411區(qū)塊超稠油不同條件下的黏度及四組分變化情況見表1、2。

        表1 不同實驗條件下超稠油黏度變化情況

        由表1可以看出,4號方案原油與蒸汽作用后,黏度略有升高,其余方案均不同程度降低了超稠油的黏度。由于黏度均為在60℃條件下測得,蒸汽對超稠油的熱力降黏作用并沒有充分體現(xiàn),且由于油水乳化,導致了其黏度略有升高[9]。

        鄭411區(qū)塊超稠油與降黏劑、柴油和二氧化碳作用后,其黏度分別降低了56.10%、51.53%和16.60%;超稠油分別與二氧化碳+蒸汽、二氧化碳+蒸汽+降黏劑作用后,其黏度也分別降低了60.12%和84.38%。

        表2 不同實驗條件下超稠油組含量變化情況

        雖然2號、3號和5~7號方案中鄭411區(qū)塊超稠油黏度均不同程度的降低,但上述方案中稠油四組分含量及膠質(zhì)瀝青質(zhì)分子質(zhì)量變化趨勢則有所不同,這也反映了其黏度變化機理的不同。

        (1)超稠油與降黏劑作用后,膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量分別下降了350和1115,膠質(zhì)和瀝青質(zhì)分子質(zhì)量也分別降低了25.55%和26.80%,說明SLKF油溶性降黏劑對鄭411區(qū)塊超稠油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)具有解締作用;柴油對鄭411區(qū)塊超稠油的降黏效果非常明顯,但其中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的含量及分子質(zhì)量基本沒有變化,而且在四組分含量測定過程中柴油在300℃之前已經(jīng)被蒸餾掉,不會影響測量結果,可以看出柴油的降黏作用主要依靠其對超稠油的稀釋,而對超稠油的化學性質(zhì)基本沒有影響;原油與蒸汽作用后黏度有所增加,但原油四組分及膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子質(zhì)量基本沒有變化,說明蒸汽對原油的化學性質(zhì)基本沒有影響,黏度變化可能是因為原油經(jīng)過蒸汽作用后混入了少量的水,產(chǎn)生了原油乳化造成的[9];原油與二氧化碳作用后黏度稍有降低,但原油四組分及膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子質(zhì)量基本沒有變化,說明二氧化碳對原油的化學性質(zhì)基本沒有影響,黏度變化是由于二氧化碳的溶解作用造成的,同時由于溫度和壓力較低,原油原始黏度較大,二氧化碳靠自身擴散作用較難溶入原油,原油黏度變化不大。

        (2)稠油+二氧化碳+蒸汽相互作用后,原油黏度降低了60.12%,但原油四組分及膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子質(zhì)量基本沒有變化,說明二氧化碳和蒸汽對原油的化學性質(zhì)基本沒有影響,黏度變化是由于二氧化碳的溶解作用造成的,由于溫度和壓力較高,二氧化碳在較高壓力下容易擴散溶解到原油中,原油黏度下降幅度要高于單獨與蒸汽或二氧化碳作用。

        (3)稠油與二氧化碳+蒸汽+降黏劑相互作用后,原油黏度降低幅度最大,為84.38%,原油膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量明顯降低,同時膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子質(zhì)量也有較大幅度降低,而且比降黏劑與原油單獨作用時效果明顯,說明蒸汽、二氧化碳以及降黏劑的作用是相互促進的,蒸汽的熱力降黏作用使得原油黏度變小,較低黏度的原油有利于二氧化碳和降黏劑的擴散,提高了降黏效果。

        3.2 核磁共振分析結果

        通過核磁共振波譜法測定瀝青質(zhì)結構參數(shù)。配合油樣的碳氫原子比,可計算油樣的芳香度:

        式中:fA為油樣的芳香度;C為油樣中碳原子數(shù);H為油樣中氫原子數(shù);HT為與芳香碳直接相連的氫原子數(shù);Hα為與芳香環(huán)的α碳直接相連的氫原子數(shù);Hβ為芳香環(huán)的β碳上的氫以及β以遠的CH2及CH基上的氫原子數(shù);Hγ為芳香環(huán)的γ位以及γ以遠的CH3基上的氫原子數(shù)。

        通過式(1)計算得出fA,結果見表3。

        表3 核磁共振氫譜測定瀝青質(zhì)4類氫的分布

        假定整個環(huán)系均為渺位縮合,且環(huán)烷環(huán)都是六圓環(huán)與芳香環(huán)并合,則瀝青質(zhì)的其他結構參數(shù)可根據(jù)式(2)~(7)求得:

        式中:CT、CA、CN、CP、H1分別為平均分子中的總碳數(shù)、芳香碳數(shù)、環(huán)烷碳數(shù)、烷基碳數(shù)和總氫數(shù);RT、RA、RN相應為平均分子中的總環(huán)數(shù)、芳香環(huán)數(shù)和環(huán)烷環(huán)數(shù)。

        根據(jù)表3所得數(shù)據(jù),按式(2)~(7)計算瀝青質(zhì)其他結構參數(shù),結果見表4。

        表4 瀝青質(zhì)結構參數(shù)

        由表4可知:加入降黏劑后,瀝青質(zhì)分子中fA有所上升,總碳數(shù)、芳香碳數(shù)、環(huán)烷碳數(shù)、烷基碳數(shù)、芳香環(huán)和環(huán)烷環(huán)數(shù)均有所降低,這說明降黏劑具有解締瀝青質(zhì)的作用,能分離超稠油瀝青質(zhì)中的部分結構,導致芳香環(huán)數(shù)量上升;二氧化碳、蒸汽和降黏劑復配使用時,以上參數(shù)降低程度最大,說明3種因素協(xié)同作用對瀝青質(zhì)結構的影響最大;而其他形式的處理方式基本不影響稠油瀝青質(zhì)結構,驗證了柴油、二氧化碳和蒸汽對稠油瀝青質(zhì)無解締作用。

        4 結論

        (1)降黏劑、二氧化碳和柴油對鄭411區(qū)塊超稠油均有較為明顯的降黏效果,但其降黏機理不同。降黏劑與鄭411區(qū)塊超稠油作用后,可以解締瀝青質(zhì),導致超稠油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量和分子質(zhì)量均呈下降趨勢,瀝青質(zhì)分子中芳香度上升;且降黏劑與二氧化碳和蒸汽復配使用時,其可以產(chǎn)生協(xié)同作用,明顯降低原油黏度,對瀝青質(zhì)結構的影響也最大。

        (2)二氧化碳對鄭411區(qū)塊超稠油的降黏機理主要是依靠二氧化碳的溶解,且溫度升高時,二氧化碳溶解性變好,降黏效果也更為明顯。柴油和二氧化碳及蒸汽對稠油的化學性質(zhì)沒有影響。

        (3)油溶性降黏劑對鄭411區(qū)塊超稠油的降黏效果明顯,瀝青質(zhì)含量和分子質(zhì)量下降幅度較大,對于瀝青質(zhì)含量較高的超稠油油藏,可以充分利用油溶性降黏劑解締瀝青質(zhì)大分子的特性,有效降低注氣壓力,提高注氣干度。

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