尹志福 李建東 魏彥林 方曉君 劉 杰

(陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院)

國(guó)內(nèi)不同油田的原油中普遍都含蠟，蠟質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)10%的原油幾乎占整個(gè)產(chǎn)出原油的90%，而且大部分原油中蠟的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在20%以上，有的甚至高達(dá)40%～50%。在地層條件下，含蠟原油中的蠟一般溶解在原油中，隨著采出過(guò)程中壓力、溫度的下降和輕質(zhì)組分的逸出，原油中的蠟會(huì)逐漸析出，并在地層、油管、集輸管線(xiàn)中沉積，給原油的開(kāi)采和輸送帶來(lái)許多困擾[1-6]。過(guò)去的研究主要集中在油溫、原油與管壁的溫差、流速、原油組成、管壁材質(zhì)等因素對(duì)管壁蠟沉積的影響以及蠟沉積模型的建立[7-9]。

由于延長(zhǎng)油田某CO2驅(qū)油區(qū)塊原油中的蠟含量偏高，井下管柱系統(tǒng)和地面集輸系統(tǒng)的結(jié)蠟將對(duì)延長(zhǎng)油田的高效經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)產(chǎn)生不利的影響。目前，氣體壓力對(duì)原油結(jié)蠟影響的相關(guān)研究鮮見(jiàn)報(bào)道。因此，針對(duì)延長(zhǎng)油田CO2驅(qū)油區(qū)塊原油開(kāi)采與輸送過(guò)程中可能產(chǎn)生的結(jié)蠟問(wèn)題，開(kāi)展了不同CO2分壓條件下原油結(jié)蠟傾向和原油結(jié)蠟特性評(píng)價(jià)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與裝置

研究實(shí)驗(yàn)對(duì)象為原油和油管材質(zhì)試片。原油為延長(zhǎng)油田某CO2驅(qū)油區(qū)塊的采出原油，其組分為w(蠟)27.16%、w(膠質(zhì))9.72%、w(瀝青質(zhì))3.31%；試片從J55油管進(jìn)行線(xiàn)切割截取，尺寸為50 mm×30 mm×5 mm，每個(gè)實(shí)驗(yàn)條件均為3個(gè)試樣。

原油結(jié)蠟傾向試驗(yàn)在TFCZ-3L、25 MPa、250 ℃高溫高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行，原油析蠟特性采用美國(guó)的TA MSDSC2910型差示掃描量熱儀測(cè)試。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

將原油裝入高壓釜體內(nèi)，將試樣安裝在高壓釜夾具上，安裝釜蓋密封，檢查高壓釜密封良好后，加熱升溫至30 ℃，通入CO2并保持一定時(shí)間，直至CO2充分溶解，穩(wěn)定在試驗(yàn)預(yù)定壓力(1 MPa、5 MPa)，然后通入N2使高壓釜內(nèi)總壓達(dá)到15 MPa，流速設(shè)定為0.3 m/s。試樣在原油中浸泡周期為7天。實(shí)驗(yàn)完畢后取出試樣，用熱水清洗吹干，使用精度為0.1 mg的電子分析天平稱(chēng)量，同時(shí)對(duì)試驗(yàn)前后原油中蠟含量進(jìn)行測(cè)試，按照公式(1)和公式(2)分別計(jì)算CO2分壓在1 MPa和5 MPa 下試樣表面的結(jié)蠟速率及原油的結(jié)蠟率。

(1)

(2)

式中，Vwax為結(jié)蠟速率，mm/a；ΔW為試樣增量，g；ρ為石蠟的密度，g/cm3；A為試樣表面積，mm2；T為試驗(yàn)周期，d；Swax為結(jié)蠟率，%；W0為原油中初始所含蠟的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；W1為經(jīng)過(guò)不同CO2分壓處理后原油中所含蠟的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

原油析蠟特性測(cè)定時(shí)，將原油(初始生產(chǎn)原油、CO2分壓為1 MPa和5 MPa 浸泡7天處理后的原油)用鋁制坩堝密封，并預(yù)熱至80 ℃，然后以5 ℃/min的降溫速率降溫至-30 ℃來(lái)進(jìn)行，最后分析原油的析蠟點(diǎn)和含蠟量。

2 結(jié)果與討論

2.1 原油結(jié)蠟傾向

圖1反映了不同CO2分壓下原油在試樣表面的結(jié)蠟速率和原油的結(jié)蠟率。在CO2分壓為1 MPa和5 MPa條件下，試樣表面的結(jié)蠟速率分別為3.05 mm/a和10.59 mm/a，表明在CO2驅(qū)油過(guò)程中，CO2分壓增大時(shí)結(jié)蠟速率也相應(yīng)提高。通過(guò)實(shí)驗(yàn)前后原油中蠟含量的測(cè)試結(jié)果，經(jīng)計(jì)算得到1 MPa和5 MPa CO2分壓條件下原油中蠟的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為22.44%和20.98%，結(jié)蠟率分別為17.37%和22.75%，表明原油中的蠟含量在模擬CO2驅(qū)油作用下有所下降，即有蠟析出，而且隨著CO2分壓的增大，結(jié)蠟率提高。

圖2給出了不同的CO2分壓條件下，J55鋼表面結(jié)蠟的宏觀形貌。可以看出，原油浸泡處理的試樣表面經(jīng)過(guò)熱水清洗后，沉積了一層蠟質(zhì)物。在CO2分壓為5 MPa 時(shí)(圖2(b))，試樣表面沉積的蠟質(zhì)物相對(duì)于1 MPa 時(shí)(圖2(a))的更為明顯，表明在CO2分壓增大時(shí)原油中的蠟析出更明顯，與計(jì)算得到的結(jié)蠟速率與結(jié)蠟率的結(jié)果是一致的。

2.2 原油析蠟性質(zhì)

圖3為在原始油樣以及在1 MPa和5 MPa的CO2分壓下處理7天后的原油析蠟特性曲線(xiàn)對(duì)比圖。圖3清楚地反映出各條件下油樣的析蠟點(diǎn)和析蠟高峰點(diǎn)特性的變化特點(diǎn)。由表1中的原油析蠟特性測(cè)定數(shù)據(jù)可知，原始油樣的析蠟點(diǎn)比經(jīng)過(guò)不同CO2分壓處理后油樣的析蠟點(diǎn)溫度高，即被CO2處理作用后原油析蠟點(diǎn)向低溫方向移動(dòng)，而被CO2處理后油樣的蠟含量也相應(yīng)地比未處理油樣的蠟含量低，即析出了蠟。另外，相對(duì)于CO2分壓為1 MPa 條件，5 MPa的CO2分壓條件下處理的原油析蠟點(diǎn)向溫度升高方向移動(dòng)，而蠟含量大大降低(由17.8%降至14.2%)，即有大量蠟析出。

表1 三種原油樣品的析蠟特性參數(shù)

表1中，未被CO2處理的原油析蠟點(diǎn)比有一定壓力的CO2處理后的原油析蠟點(diǎn)都要高一些，很可能是由于壓力低于泡點(diǎn)壓力時(shí)，其析蠟點(diǎn)相對(duì)有一定壓力的CO2處理的原油析蠟點(diǎn)較高；相對(duì)于1 MPa的CO2分壓條件，CO2分壓為5 MPa 時(shí)處理的原油析蠟點(diǎn)向溫度升高方向移動(dòng)，很可能是由于CO2壓力高于泡點(diǎn)壓力時(shí)，隨著CO2壓力升高，原油密度增大，原油析蠟點(diǎn)升高。在今后的研究中將進(jìn)一步揭示CO2分壓對(duì)原油結(jié)蠟性質(zhì)的影響。

3 結(jié) 論

(1) CO2分壓增大時(shí)原油的結(jié)蠟速率提高，蠟含量降低，結(jié)蠟率提高，蠟析出更明顯。

(2) 經(jīng)CO2處理作用后原油析蠟點(diǎn)向低溫方向移動(dòng)，其蠟含量也相應(yīng)地比未處理油樣的含蠟量降低。

(3) 處理原油的 CO2分壓越高，其析蠟點(diǎn)向溫度升高方向移動(dòng)，蠟含量大大降低。

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