新疆油田原油黏度特性對集輸工藝的影響

梅德平 新疆油田公司風城油田作業區

新疆油田原油黏度特性對集輸工藝的影響

梅德平 新疆油田公司風城油田作業區

應用高溫高壓落球黏度計對新疆油田原油及其含水油樣在不同溫度、壓力下進行黏度測定，得到新疆油田原油黏度—溫度曲線、黏度—壓力曲線以及原油黏度與含水率關系。研究結果表明，原油黏度隨溫度增加而大幅度下降，隨壓力升高呈現類似線性趨勢增加，在高溫時，壓力對原油黏度影響小；原油黏度隨含水率增加呈先增后降低趨勢，在某一含水率時存在極大值。將實驗結果應用于原油集輸過程，低含水期原油集輸采用添加高溫處理水工藝；中高含水期集輸，可以對油田集輸工藝進行改造，拆除加熱工藝和摻高溫處理水工藝，采用不加熱原油集輸技術。

黏溫特性；黏度；壓力；含水率；集輸；實驗

原油開采過程中，原油黏度是一個不可忽略的關鍵因素，不同的地層條件對原油黏度都有不同程度的影響[1]。原油黏度的變化會影響到集輸過程中水力、熱力的消耗，工藝的改造、設備的使用和泵站的布置等，對原油集輸效率的高低和成本的可控制具有較大程度的影響。

本文利用高溫高壓落球黏度計對新疆油田原油及其含水油樣在不同溫度、壓力下進行黏度測定，研究了壓力，溫度，含水率對原油黏度的影響，并將其黏度變化規律應用于原油集輸過程。

1 實驗部分

1.1 實驗材料及儀器

實驗用水：室內配置新疆油田地層水，地層水礦化度3 691 mg/L，鈣鎂離子含量869～1 117 mg/L，經0.45 μm微孔濾膜過濾；實驗用油：新疆油田脫氣原油；高壓計量泵：江蘇海安石油儀器有限公司制造；高溫高壓落球黏度計：江蘇海安石油儀器有限公司制造；高溫高壓轉配樣裝置：江蘇海安石油儀器有限公司制造；其他：高壓管線、精密壓力表、閥門、六通閥、壓力容器等。圖1為高溫高壓油水黏度測量裝置實驗流程。

1.2 實驗方法

1.2.1 原油的黏度—溫度、黏度—壓力特性研究

（1）配制模擬油、模擬水，將轉配樣裝置配置好的原油乳液注入落球黏度計。

（2）在溫度分別為60、70、80、100、120和140℃，流體靜壓為0.5、5、10、15和20 MPa時測原油黏度。

圖1 高溫高壓油水黏度測量實驗流程

1.2.2 原油、水體系的黏度與含水率的關系特性研究

（1）配制模擬油、模擬水，將轉配樣裝置配置好的原油乳液注入落球黏度計。

（2）在溫度分別為60、70、80、100、120和140℃，流體靜壓為0.5、5、10、15和20 MPa條件下，含水率在0%、10%、20%、30%、50%、70%、90%時測原油含水乳狀液黏度。

2 實驗結果與討論

2.1 原油的黏度與溫度特性曲線

通過原油黏度—溫度特性實驗，得到了新疆油田原油在不同壓力下的黏度—溫度特性曲線，如圖2所示。

從圖2可以看出，在相同壓力條件下，隨著溫度升高，原油黏度不斷下降，且不同壓力條件下原油黏度也隨溫度升高逐漸接近，并在140℃時黏度基本一致。原油處于低溫時，原油分子運動弱，分子間作用力較大，原油黏度較高，同時壓力越大黏度亦越高；隨溫度不斷升高，原油分子運動加劇，分子間作用力逐漸減弱，黏度下降，同時壓力對黏度影響亦減低；當溫度足夠高時，黏度隨溫度變化較小，壓力對黏度影響亦降低。

2.2 原油的黏度與壓力特性曲線

通過原油的黏度與壓力特性實驗，得到了新疆油田原油在不同溫度下的黏度—壓力特性曲線，如圖3所示。

從圖3中可以看出，在某一溫度時，原油黏度與壓力基本成線性關系，壓力越高，黏度越大。隨溫度的變化，原油黏度也出現不同變化趨勢。在低溫時，如80℃以下，受原油分子間作用力的影響，黏度受壓力影響較大，且溫度越低影響越大；而在高溫時，如120℃以上，黏度受壓力影響較小，且溫度越高，壓力對黏度的影響越小，幾乎可以忽略。

圖2 原油黏度—溫度特性曲線

圖3 原油黏度—壓力特性曲線

2.3 原油的黏度與含水率特性曲線

通過原油黏度與含水率實驗，得到了新疆油田原油在不同溫度下的油、水體系黏度與含水率的特性曲線，如圖4所示。

從圖4中可以看出，原油隨著含水率的不斷增加出現先增加后減小的趨勢，在含水率達到20%時，黏度出現了一個最大值，在低溫時表現得更為明顯，高溫條件下，黏度受含水率的影響相對較小。在油—水混合的過程中，隨著含水量的增加，油水存在乳化過程，在接近乳化狀態前的非乳化狀態，此時濃度會逐漸增加，而越接近乳化狀態黏度越低。因此，該原油與水混合時，黏度存在一個極大值。

圖4 不同溫度下油、水體系黏度—含水率曲線

3 原油黏度對集輸工藝的影響

新疆油田原油黏度特性實驗結果表明，原油黏度與溫度、壓力、原油含水率存在較大的相關性，特別是受到溫度和含水率的影響較大[2]。同時，在原油集輸過程中，溫度直接體現為熱力的消耗和能源的利用，含水率高低直接決定了原油集輸設備和管道的防蠟、防腐程度，熱力消耗和防蠟、防腐措施直接決定了集輸成本的高低。而且原油黏度高也大大增加了原油與集輸設備間的摩擦阻力，增加了集輸難度。因此，原油黏度對原油集輸效率、成本等具有十分重要的影響。

3.1 中低含水期集輸

在油田開采初期或中前期，油井開采出的原油含水率較低，此時原油黏度隨含水率增加而逐步增大，導致集輸管壁結蠟腐蝕程度高，通常需要采用加熱的方式將溫度提高到100℃以上進行集輸。

油田中低含水期原油集輸采用添加高溫處理水工藝，一方面通過回收利用高溫水減少熱力消耗，另一方面提高原油含水率，降低原油黏度。做法：增加摻高溫處理水集油工藝，把處理站脫出的60℃左右的游離水摻到井口出油管道中，控制含水率在50%左右，再通過稍微加熱控制原油溫度在80℃，然后進行集輸。這樣可以降低原油黏度50%～80%，降低熱力消耗60%以上。

3.2 中高含水期集輸

在油田開采的后期，隨著油田長期采用回注水進行開采，開采出的原油含水率逐步升高，油田逐步進入高含水期開采[3]，當含水率達到60%～70%時，原油黏度下降20%左右。且隨含水原油比熱增加，開采出的原油溫度較高，原油黏度處在較低水平，此時可以對油田集輸工藝進行改造，拆除加熱工藝和摻高溫處理水工藝，采用不加熱原油集輸技術，以降低熱力的消耗和集輸成本。

3.3 集輸規劃和優化

通過原油黏度與溫度、壓力、含水率的變化規律，原油黏度特性以及其隨外界因素的變化規律，對集輸規劃進行優化可以降低集輸系統全過程運行成本。

首先，摻水工藝的水泵站選址要在脫水處理站與油田出油井口的中間且偏近處理站的位置，這樣可確保處理高溫水的抽取、輸送和摻加能耗最低。其次，加熱處理系統要直接設置在油井附近位置，在低含水期原油開采出并摻加高溫處理水后方便進行實時加熱，控制集輸溫度，同時便于不加熱集輸時設備的拆除和工藝的改造。

4 結論

（1）在不同的壓力條件下，原油的黏度隨溫度的升高呈現下降的趨勢，并且在高溫時，黏度基本相同，不受壓力的影響。

（2）在不同的溫度條件下，原油的黏度隨著壓力的升高呈現類似線性的上升趨勢，低溫條件下，黏度的升高更明顯。

（3）原油的黏度隨含水率的增加出現先增加后減小的趨勢，在某一含水率時存在一個極大值，該點為原油與水的非乳化狀態黏度最大處。

（4）不同溫度、壓力、含水率的條件下，原油黏度的變化趨勢對原油的運輸過程中工藝變更、成本控制、泵站的布置等都有一定的指導意義。

[1]耿宏章，秦積舜，周開學，等．含水率對原油粘度影響的實驗研究[J]．油氣田地面工程，2003，22（2）：68-69.

[2]耿宏章，秦積舜，周開學，等．影響原油粘度因素的試驗研究[J]．青島大學學報：工程技術版，2003，18（1）：83-87.

[3]朱林，孫錦華，楊杰．原油視粘度隨含水率的變化規律及在原油集輸中的應用[J]．油田地面工程，1993，12（2）：8-11.

（欄目主持楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.5.009