干華文，孫紅海，劉 勇，朱 軼，柴 雄，應(yīng)新偉，馬金龍，趙 英，蘇 秋

(塔里木油田 開發(fā)事業(yè)部，新疆 庫爾勒 841000)

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桑塔木油田瀝青析出影響因素及舉措

干華文，孫紅海，劉 勇，朱 軼，柴 雄，應(yīng)新偉，馬金龍，趙 英，蘇 秋

(塔里木油田 開發(fā)事業(yè)部，新疆 庫爾勒 841000)

桑塔木油田已處于開發(fā)高含水階段，原油油品膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量高，容易發(fā)生瀝青析出沉積，給開發(fā)帶來了巨大困難。介紹了桑塔木油田原油中瀝青存在的狀態(tài)、瀝青含量對瀝青析出的影響，通過室內(nèi)實驗描述了瀝青析出的機(jī)理，結(jié)合現(xiàn)場總結(jié)了瀝青析出的影響因素，提出了防止瀝青析出的方法，通過實際生產(chǎn)在桑塔木油田取得了較好的效果，為類似油田開發(fā)提供參考依據(jù)。

瀝青析出；存在狀態(tài)；瀝青含量；影響因素

當(dāng)原油中出現(xiàn)瀝青沉積會給生產(chǎn)造成極大危害，嚴(yán)重影響原油產(chǎn)量和時率。國內(nèi)外學(xué)者主要研究了瀝青在原油中的存在狀態(tài)、瀝青析出的機(jī)理，但是鑒于瀝青成分的復(fù)雜性、沉積區(qū)域性導(dǎo)致瀝青析出依然是石油工業(yè)的難點。瀝青析出會發(fā)生在儲層中、井筒中、也可能發(fā)生在地面設(shè)備中，使其成為花費較高、技術(shù)難度較大的生產(chǎn)問題。筆者主要結(jié)合生產(chǎn)實踐，通過取樣進(jìn)行室內(nèi)對照實驗，研究本油田瀝青存在狀態(tài)、析出機(jī)理、影響因素，制定出相應(yīng)預(yù)防措施，并統(tǒng)計了2口井的措施效果，供老油田后期生產(chǎn)借鑒。

1 桑塔木油田概況

桑塔木油田位于塔里木盆地塔北隆起輪南斜坡桑塔木潛山斷壘-披覆背斜帶，屬于復(fù)雜斷塊油藏，開發(fā)層系多，地質(zhì)儲量豐富，采出程度低，目前處于高含水階段。

油田處于特高含水開發(fā)階段，油田穩(wěn)產(chǎn)難度大，生產(chǎn)效益低下。三疊系油品性質(zhì)普遍較差，原油平均密度0.886 g/cm3，平均粘度129 mPa/s，平均含蠟量6.7%，平均瀝青含量3.36%，平均膠質(zhì)含量3.18%，給生產(chǎn)帶來了巨大挑戰(zhàn)。桑塔木油田處于后期高含水階段，采油方式以機(jī)械采油為主，瀝青析出給電泵井、抽油機(jī)井生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重威脅，通過實驗與國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗，結(jié)合本油田實際情況制定出預(yù)防瀝青析出的措施，且取得了較好的生產(chǎn)效果。

2 國內(nèi)外對瀝青析出研究概況

自1990 年以來, 國外曾采用界面張力法、黏度法及電導(dǎo)率法等進(jìn)行過瀝青質(zhì)析出實驗并取得了一些可喜的成果與進(jìn)展[1]。但是這些研究均側(cè)重于理論研究，大多只闡述了近井地帶瀝青污染或地層污染，對于井筒和地面設(shè)備瀝青沉積導(dǎo)致的危害研究較少，到目前為止人們對瀝青質(zhì)析出的機(jī)理還認(rèn)識不清。

本次在桑塔木油田A井出現(xiàn)的瀝青析出堵塞井筒與生產(chǎn)管線，B井檢泵發(fā)現(xiàn)井筒管柱被瀝青堵死，證實了瀝青析出的存在(見圖1)。為了解決老油田后期稠油生產(chǎn)瀝青的困擾，本次對A、B井堵塞物進(jìn)行了取樣化驗組分全分析，進(jìn)行室內(nèi)模擬實驗。研究出桑塔木油田瀝青在原油中的存在方式，瀝青析出發(fā)生的條件與機(jī)理、瀝青析出的影響因素，以及怎樣預(yù)防瀝青析出的發(fā)生，最終制定出一套適合自噴井與電泵井防止瀝青析出的技術(shù)。

3 桑塔木油田瀝青析出

3.1 瀝青和膠質(zhì)的特征

在原油中, 最常見的芳烴是瀝青和中性膠質(zhì), 也包括地瀝青酸、碳烯和焦瀝青。瀝青和膠質(zhì)的化學(xué)組成很難分析出來, 因為它們的性質(zhì)很復(fù)雜。瀝青是原油中較重的、非揮發(fā)的極性組分。

瀝青主要是由包含碳、氫和少量組分(如硫、氮、氧) 組成的雜環(huán)分子。膠質(zhì)與瀝青有相同的化合物組成, 但它是很小的分子, 并有較多的石蠟鏈接在稠環(huán)上。在自然狀態(tài)下, 瀝青經(jīng)常包含相當(dāng)濃度的鎳、鐵和釩[2]。

3.2 瀝青存在的狀態(tài)

A)分散狀:瀝青以分散質(zhì)點的形式分布在膠體溶液, 質(zhì)點為球粒狀,粒徑一般為1 μm～10 μm, 小者可小于1 μm。

B)凝絮狀:瀝青膠質(zhì)凝聚為絮狀, 常呈現(xiàn)為薄膜狀、膠束狀、海綿狀等多種形狀, 具有很強(qiáng)的黏結(jié)力, 常把許多瀝青微粒黏結(jié)在一起。這些凝絮, 在溶液中是可以隨意流動的。

C)團(tuán)塊狀:它是由許多瀝青微粒聚集在一起而形成, 形狀很不規(guī)則,多以枝狀、綱狀、團(tuán)塊狀等多種形狀產(chǎn)出, 其內(nèi)可包括巖石微粒。大小多在10 μm～100 μm 以上。

3.3 桑塔木油田瀝青存在方式

從表1可以看出，桑塔木油田B井“非烴+瀝青質(zhì)”含量高達(dá)24.15%，重質(zhì)組分較高，構(gòu)成了瀝青析出的物質(zhì)基礎(chǔ)。但是A井“非烴+瀝青質(zhì)”含量僅達(dá)7.27%，但依舊出現(xiàn)了瀝青析出。A井、B井現(xiàn)場出現(xiàn)瀝青堵塞后，證實了桑塔木油田瀝青析出的存在。通過現(xiàn)場取樣分析，A井堵塞前原油密度0.816 4 g/cm3，含蠟量6.3%，膠質(zhì)0.53%，瀝青質(zhì)0.49%；堵塞后膠質(zhì)10.86%+瀝青質(zhì)37.72%+含蠟量3.1%。B井堵塞前原油密度0.929 5 g/cm3，含蠟量3.3%，瀝青質(zhì)15.89%，膠質(zhì)1.08%。兩口井瀝青質(zhì)含量差距大，但均發(fā)生了瀝青析出，說明瀝青析出不單純?nèi)Q于瀝青質(zhì)含量的高低, 還與原油中的其他組分含量有關(guān)。

表1 桑塔木油田原油族組成對比表

因此, 構(gòu)成復(fù)雜石油體系的石油組分之間是相互聯(lián)系的, 只要混合物中極性分子與非極性分子、高分子量與低分子量分子在含量和性質(zhì)上都比較匹配, 該體系就能保持相對穩(wěn)定而不出現(xiàn)沉積。如果開采中打破這種平衡, 那么稠油中的重組分特別是瀝青將會發(fā)生沉積[3]。

3.4 溫度壓力對桑塔木油田瀝青析出的影響

A井發(fā)生瀝青沉積堵塞后進(jìn)行了取樣實驗，樣品呈黑色固體狀，實驗在油田室內(nèi)化驗室進(jìn)行。實驗分為四組進(jìn)行，主要用于模擬井下原油狀態(tài)在溫度發(fā)生變化后瀝青沉積過程，另設(shè)一組對照實驗用于觀察桑塔木油田瀝青存在的狀態(tài)和自然狀態(tài)下的析出過程。

表2 實驗室內(nèi)組合方案

從實驗數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)完全按照井底原油組分比例進(jìn)行實驗且在有瀝青分散劑的條件下開始融化所需要的溫度最低、最先開始融化。在不加瀝青分散劑的條件下，按照井底原油比例進(jìn)行實驗，樣品開始溶化的溫度為70℃。結(jié)合A井生產(chǎn)過程中的流梯資料分析，地層中深流壓48.55 MPa，地層中深流溫112℃，在地層條件下不會發(fā)生瀝青析出。井筒深度2 100 m以上壓力低于40 MPa，溫度低于75℃，易發(fā)生瀝青析出。對照實驗設(shè)置在室內(nèi)式樣瓶中，實驗發(fā)現(xiàn)剛從加熱爐取樣口取出的原油在瓶壁上未留下痕跡，放置1 h后瓶壁上留下了藻痕，6 h后瓶底有瀝青析出。

結(jié)合礦場實驗瀝青包絡(luò)線理論圖對比(見圖2)，在一定的溫度下，只有壓力在相應(yīng)的范圍內(nèi)才會發(fā)生瀝青質(zhì)析出，壓力高于或低于這個范圍，瀝青質(zhì)都不會析出[4]。正好驗證了A井、B井發(fā)生瀝青析出的溫度和壓力影響。

3.5 井筒流動性及生產(chǎn)壓差對瀝青析出的影響

A井、B井在正常生產(chǎn)時均未發(fā)生瀝青析出。A井為桑塔木油田三疊系三油組的一口自噴井，生產(chǎn)過程中井口經(jīng)常性返出鉆井過程中遺留下的鐵屑等雜質(zhì)，導(dǎo)致井口油嘴經(jīng)常性堵塞，從而導(dǎo)致流體在井筒中流動的連續(xù)性變差，最終出現(xiàn)瀝青析出。B井為桑塔木油田三疊系三油組的一口電泵井，生產(chǎn)過程中時常發(fā)生過載或欠載停泵，嚴(yán)重影響油井時率和產(chǎn)量。在最近一次檢泵作業(yè)中出現(xiàn)了瀝青沉積，第20到200根油管被瀝青沉積堵死，折算深度246 m～2 006 m，第200到270根管柱為稀油，底部為水。該井正常生產(chǎn)時采用6 mm 油嘴控制生產(chǎn)壓差生產(chǎn)，減緩底水錐進(jìn)，日產(chǎn)液61 t，含水77%。而與其油品性質(zhì)相似的鄰井生產(chǎn)壓差相對小，故未出現(xiàn)瀝青析出(見表3)。在過載停泵后，井筒溫度壓力發(fā)生變化，流動性變差出現(xiàn)瀝青沉積。兩口井瀝青沉積說明流動性差的稠油開采過程中易發(fā)生瀝青析出，且都發(fā)生在井筒中，生產(chǎn)壓差越小越不易發(fā)生瀝青析出。

表3 鄰井生產(chǎn)情況對比

3.6 含水對瀝青析出的影響

桑塔木油田處于開發(fā)的特高含水期，B井周圍井油品性質(zhì)相似，但是鄰井含水均高達(dá)90%，而B井含水僅60～70%。這就導(dǎo)致B井流動性變小，水沖刷作用相對弱，從而易發(fā)生瀝青析出。

表4 鄰井含水率對比

3.7 原油組分對瀝青析出的影響

引用Gh.Reza和P.Oskui提出的膠體系統(tǒng)不穩(wěn)定指數(shù)(colloidal instability index，CII) ，可以通過原油的四組分分析對原油是否會發(fā)生瀝青質(zhì)析出進(jìn)行宏觀預(yù)測[4]。

CII=(飽和分質(zhì)量分?jǐn)?shù)+瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù))/

(芳香分質(zhì)量分?jǐn)?shù)+膠質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù))

CII<0.7，系統(tǒng)穩(wěn)定；0.7

表5 B井、C井原油四組分統(tǒng)計表

從表可以看出，B井CII等于1.82，遠(yuǎn)大于0.9，說明原油處于不穩(wěn)定系統(tǒng)，容易析出瀝青質(zhì)析出。

4 桑塔木油田防止瀝青沉積措施及效果

通過此次實驗分析，制定出針對自噴井和電泵井不同生產(chǎn)方式的預(yù)防瀝青析出的配套措施。鑒于桑塔木油田三疊系三油組的油品性質(zhì)，在新井投產(chǎn)、措施投產(chǎn)以及老井生產(chǎn)過程中要進(jìn)行應(yīng)對稠油技術(shù)分析。

對于自噴井A井，新井投產(chǎn)時3 mm油嘴控制底水生產(chǎn)，正常生產(chǎn)時油壓33 MPa，發(fā)生了瀝青沉積后堵塞油嘴和井筒。通過此次現(xiàn)場結(jié)合室內(nèi)實驗，適當(dāng)擴(kuò)大生產(chǎn)制度將3 mm油嘴更換為7 mm油嘴生產(chǎn)，增大生產(chǎn)壓差，保證流體在井筒中連續(xù)流動。同時為了控制底水錐進(jìn)，在地面控制方面，在井場設(shè)置加熱爐，生產(chǎn)管線上采用電伴熱加熱，保證原油集輸溫度；井場采用三級節(jié)流控制生產(chǎn)同時保證流體流動無阻礙，嘴后節(jié)流閥、加熱爐前二級節(jié)流、出井場三級節(jié)流，將井口油壓控制在33 MPa，嘴后壓力控制在20 MPa，出井場壓力控制在7.8 MPa，保證正常生產(chǎn)防止瀝青析出又控制底水錐進(jìn)。站內(nèi)設(shè)備方面，運(yùn)用遠(yuǎn)傳監(jiān)測井口壓力參數(shù)，行成壓力趨勢直線，以便對井口及時進(jìn)行調(diào)整，保證平穩(wěn)運(yùn)行。配套措施實施后，A井平穩(wěn)生產(chǎn)，化驗含水穩(wěn)定，取樣分析原油未有瀝青析出。

對于電泵井，同樣適當(dāng)擴(kuò)大生產(chǎn)制度，減小生產(chǎn)壓差，保證流體在井筒中連續(xù)流動，同時盡可能地減少停泵。在預(yù)防配套方面，安裝了井下傳感器，實時監(jiān)測井下機(jī)組工作狀態(tài)，主要錄取吸入口壓力、溫度、振動頻率等參數(shù)。當(dāng)參數(shù)異常時立即進(jìn)行相應(yīng)措施，如采取大排量洗井，增大井內(nèi)流體流動性和起到一定沖刷作用，保證機(jī)組正常運(yùn)行。另外，對于措施后的井，在充分分析油品性質(zhì)和地層供液能力情況下，采取“小井眼，大排量”配套管柱進(jìn)行生產(chǎn)，盡量增大流體的流動，增大井口溫度。

通過措施，A井恢復(fù)了正常生產(chǎn)，平均日增油50 t，日增氣15萬m3。B井恢復(fù)正常生產(chǎn)，檢泵周期增加160 d，平均日增油10 t。兩口井均取得了較好的效果。

5 取得的認(rèn)識及結(jié)論

1)桑塔木油田瀝青主要以絮凝狀存在與原油中，在自然大氣壓條件、靜止下很快會析出瀝青析出；2)瀝青析出的發(fā)生與瀝青質(zhì)含量高低關(guān)系不大；3)桑塔木油田瀝青析出的主要因素有溫度、壓力、流動性、生產(chǎn)壓差和含水率以及原油四組分情況有關(guān);4)通過增大生產(chǎn)壓差、增大井筒流體流動性可以減小瀝青析出現(xiàn)象。

[1] 閔令元.油田開發(fā)的潛在危害——瀝青質(zhì)沉積[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì)雜志社，2006(22):2-4.

[2] 段秋者.電潛泵應(yīng)用中的瀝青沉積[J].PENNWELL PUBL CO ENERGY GROUP，2000(8)：1-3.

[3] 中國石化公司.提高采收率技術(shù)座談會文集[G].北京:中國石化出版社,2002.

[4] 錢坤，楊勝來，劉盼.原油瀝青質(zhì)初始沉淀壓力實驗測定研究[J].中國石油大學(xué)石油工程教育部重點實驗室,2014(31):1-2.

Factors Influencing Asphalt Precipitation in Sangtamu Oilfield and Countermeasures

GAN Hua-wen, SUN Hong-hai, LIU Yong, ZHU Yi, CHAI Xiong,YING Xin-wei, MA Jin-long, ZHAO Ying, SU Qiu

(Development Department, Tarim Oilfiled Company, Korla 841000, Xinjiang, China)

Sangtamu oilfield is in high water cut stage, with crude oil properties, prone to asphalt precipitation, bringing great difficulties to oil production. This paper introduces the influence of state and asphalt content of asphalt in the crude oil in Sangtamu oilfield. The mechanism of asphalt precipitation was described by laboratory experiments. The paper summarized the influencing factors of asphalt precipitatio， proposed methods for preventing the precipitation of asphalt. So the actual production has achieved good effect in Sangtamu oilfield, providing reference for similar oilfield development.

asphalt precipitation; existing state; asphalt content; influence factor

2016-08-30

干華文(1989-)，男，四川人，油藏工程師，從事油氣田開發(fā)工作,E-mail:1160962506@qq.com。

TE357

B

1008-9446(2017)01-0027-05