春光油田超稠油高黏敏感性因素研究

李春云

(中石化河南油田分公司石油工程技術研究院，河南 南陽 473132)

羅全民，劉子勝，張清軍

(中石化河南油田分公司新疆勘探開發中心，新疆 焉耆 841100)

蔣爾梁

(中石化河南油田分公司石油工程技術研究院，河南 南陽 473132)

春光油田超稠油高黏敏感性因素研究

李春云

(中石化河南油田分公司石油工程技術研究院，河南 南陽 473132)

羅全民，劉子勝，張清軍

(中石化河南油田分公司新疆勘探開發中心，新疆 焉耆 841100)

蔣爾梁

(中石化河南油田分公司石油工程技術研究院，河南 南陽 473132)

[摘要]針對春光油田超稠油黏度高、開采難度大的問題，就影響春光油田超稠油高黏敏感性因素進行研究。結果表明，春光油田超稠油高黏度的主要原因之一是膠質和瀝青質組分質量分數較高，春光油田超稠油的膠質由3~4個芳香環為主的稠環芳香性分子組成，芳香結構以蒽、菲、苯并蒽等線性排列為主，膠質分子含有可形成氫鍵的羥基、羧基、胺基、羰基等強極性基團，從而產生強締合作用。此外鎳、鐵、鈣等金屬元素質量分數較高，可形成卟啉絡合物，增加了瀝青質和膠質形成的膠團結構的內聚力，導致稠油黏度較高。

[關鍵詞]超稠油；黏度；化學組成；春光油田

春光油田稠油油藏主要開發層系為新近系沙灣組和白堊系。春光油田的稠油儲量豐富，但由于超稠油的黏度太高，導致原油在地層的流動性較差、開采難度大。因此，在稠油熱采開發生產中，配套應用了乳化降黏開采工藝技術[1~3]。為了進一步提高乳化降黏技術針對性，開展了春光油田黏度敏感性因素研究。通過測定春光油田超稠油的族組分，以及稠油中金屬元素質量分數，對超稠油中分離出的重質組分進行分析與表征，從而確定春光油田超稠油高黏敏感性因素。

1試驗部分

1.1試驗試劑與儀器

1)原油春光油田Ⅱ1-1-9H井和K436-28H井稠油，50℃脫氣原油黏度分別為16690mPa·s和40840 mPa·s。

2)試劑正庚烷，苯，甲苯，無水乙醇，氯仿(分析純，上海國藥集團化學試劑有限公司)。

3)主要儀器Brookfield數字流變儀(美國Brookfield公司)；Kanuer K-7000分子量測定儀(德國KNAUER公司)；Contr AA 700連續光源原子吸收光譜儀(德國Analytik Jena AG公司)；VARIO ELⅢ元素分析儀(德國Elementar公司)。

1.2試驗方法

1)稠油黏度測定采用Brookfield數字流變儀測定不同溫度下稠油的黏度。

2)稠油族組分測定首先用正庚烷將稠油中的瀝青質分離出來，然后采用液相色譜柱法分離得到3個組分，依次為：飽和分、芳香分和膠質，室溫下冷卻稱量。

3)族組分平均分子質量的測定在25℃下采用苯作為溶劑，通過Kanuer K-7000 分子量測定儀對稠油中族組分的平均分子量進行測定。

4)稠油中元素含量測定利用Contr AA 700連續光源原子吸收光譜儀對稠油中的鐵、鈣、鎳、鋇等金屬元素質量分數進行測定；利用VARIO ELⅢ元素分析儀對稠油中的氧、硫、氮、碳、氫等非金屬元素質量分數進行測定。

2結果與討論

2.1溫度對超稠油黏度的影響

圖1　春光油田2種超稠油的黏溫曲線

溫度是影響稠油黏度主要因素之一，分別測定Ⅱ1-1-9H井和K436-28H井稠油在不同溫度下的黏度，如圖1所示。當溫度大于60℃時，黏度隨溫度的變化較小；當溫度小于60℃時，溫度每升高10℃，黏度下降了將近一半，說明溫度越低，稠油黏度對溫度的變化越敏感。與其他稠油一樣，春光油田的超稠油黏度具有極強的溫敏性，這是由于溫度的上升降低了稠油中各組分的分子間相互作用力，如氫鍵作用和色散力，同時也加劇了分子的熱運動，增大了分子的自由活動體積，破壞了稠油原先內部的網絡結構，從而導致了稠油黏度的顯著降低[4~6]。

2.2稠油族組分對超稠油黏度的影響

根據稠油組分的不同極性將稠油分離為飽和分、芳香分、膠質、瀝青質4個組分，結果如表1所示。K436-28H井稠油中的瀝青質、膠質質量分數都明顯高于黏度較低的Ⅱ1-1-9H井稠油。膠質和瀝青質質量分數總和對稠油黏度有重要影響。這是因為稠油中的瀝青質分子和膠質分子都具有很強的極性，容易形成以極性較強的瀝青質分子為膠核，極性稍弱的膠質分子吸附在膠核外面形成溶劑化層。當稠油中的膠質質量分數較高時，吸附在瀝青質分子的溶劑化層變得越厚，使得膠粒體積也增大，同時大量性質相近的膠粒又可以形成更大的膠團，從而導致稠油的黏度急劇升高[7~10]。

表1　春光油田稠油的族組分分析

2.3族組分平均相對分子質量對超稠油黏度的影響

表2　春光油田稠油的族組分平均相對分子質量測定結果

表2為春光油田2種超稠油中族組分的平均相對分子質量測定結果。春光油田超稠油族組分的平均相對分子質量從大到小的順序為：瀝青質>膠質>芳香烴>飽和烴，同時K436-28H井稠油中的瀝青質和膠質的平均分子量明顯高于Ⅱ1-1-9H井稠油，這說明稠油中的瀝青質和膠質的平均分子量對稠油的黏度有顯著的影響，平均分子量升高，稠油黏度增大。綜合前面稠油中族組分質量分數測定結果可得出，稠油的黏度高低主要是由稠油中的瀝青質和膠質的質量分數及平均分子量大小決定的[11]。

2.4雜原子和金屬元素對超稠油黏度的影響

采用元素分析儀和原子吸收光譜儀對春光油田超稠油中的氮、硫、氧等雜原子和鎳、釩、鐵、鈣、鎂等金屬元素質量分數進行測定，其元素分析結果如表3所示。春光油田超稠油中鎳、鐵、鈣等金屬元素質量分數較高。這些金屬元素大多以油溶性有機化合物形式存在于稠油中瀝青質和膠質組分中，可以與稠油中的卟啉分子形成金屬卟啉絡合物，或者與稠油組分中的N、O、S等雜原子構成配位絡合物，極大地增加了瀝青質和膠質形成的膠團結構的內聚力，導致稠油黏度的急劇升高。

表3　春光油田超稠油的元素分析結果

圖2　春光油田超稠油中膠質的紫外光譜圖

圖3　春光油田超稠油中膠質的紅外光譜圖

2.5重質組分結構對超稠油黏度的影響

采用紫外-可見光光度計對春光油田稠油的膠質進行紫外光譜分析(圖2)，參比液為甲苯，膠質的質量濃度為13.2mg/L。可以看出，春光油田稠油中膠質的紫外吸收光譜分別在250~260nm和280~290nm之間有最大的吸收峰。參考模型化合物分析可知，春光油田超稠油中膠質組分結構是以3~4個芳香環為主的稠環芳香性分子組成，如蒽、菲、苯并蒽等[14]。

圖3為Ⅱ1-1-9H井和K436-28H井稠油中膠質的紅外光譜圖。可以看出膠質分子含有可形成氫鍵的羥基、胺基、羧基等。尤其從K436-28H井稠油中膠質的紅外光譜圖上可以看出，膠質在3000~4000cm-1之間顯示出大的吸收峰，這是已形成氫鍵的胺基或羥基的吸收峰。可推測出春光油田超稠油中膠質主要含有極性較強的羧酸類、醚類、胺類和酚類化合物，使得膠質分子帶有很強極性。這些強極性膠質分子通過氫鍵作用使膠質分子間、膠質與瀝青質分子形成締合狀態，最終導致稠油黏度升高[15]。

3結論

1)春光油田超稠油黏度高的主要原因之一在于膠質和瀝青質組分質量分數高，同時Ni、Fe、Ca等金屬元素質量分數也較高，極大地增加了瀝青質和膠質形成的膠團結構的內聚力，導致稠油黏度的急劇升高，使得稠油流動性差。

2)紫外光譜和紅外光譜分析結果表明，春光油田超稠油中膠質組分結構是以3~4個芳香環為主的稠環芳香性分子組成，如蒽、菲、苯并蒽等。膠質分子中主要含有極性較強的羥基、羧基、胺基、羰基等基團，這些強極性基團通過氫鍵作用使膠質分子間、膠質與瀝青質分子形成締合狀態，最終導致稠油黏度升高。

[參考文獻]

[1]Luigi B, Alberto D, Amelia L. An innovative way to produce and transport heavy oil through dispersion in water: Laboratory study and field test results [J]. SPE2854, 1994.

[2] Nehal S A, Amal M N, Nael N Z. Formation of fluid heavy oil-in-water emulsions for pipeline transportationt[J]. Fuel, 1999, 78(5): 593~600.

[3] 羅全民，王若浩，方舒，等.春光油田超稠油熱化學輔助吞吐技術應用研究[J].石油天然氣學報(江漢石油學院學報)，2014，36(7)：137~141.

[4] 權忠輿.有關原油流變性與石油化學的討論[J].油氣儲運，1996，15(10)：1~6.

[5] 汪雙清，沈斌，林壬子.稠油黏度與化學組成的關系[J].石油學報(石油加工)，2010，26(5)：795~800.

[6] 趙凱，丁汝杰，于欣.稠油致黏因素研究現狀[J].廣東化工，2012，39(12)：5~6.

[7] 張龍力，楊國華，闕國和，等.大港常壓渣油各組分平均偶極矩的研究[J].燃料化學學報，2007，35(3): 289~292.

[8] 程亮，鄒長軍，楊林，等.稠油化學組成對其黏度影響的灰熵分析[J].石油化工高等學校學報，2006，19(3)：6~10.

[9] 韓超，吳曉南，杜洋，等.新疆風城稠油高粘實質及其降粘方法探析[J].重慶科技學院學報(自然科學版)，2010，12(3)：36~38.

[10] 敬加強，羅平亞，朱毅飛.原油組成對其黏度影響的灰色關聯分析[J].油氣田地面工程，2000，19(6)：12~14.

[11] 蓋平原.勝利油田稠油黏度與其組分性質的關系研究[J].油田化學，2011，28(1)：54~57.

[12] 李美蓉，馬濟飛，孫向東.超稠油中酸性組分的分離及其界面活性研究[J].石油化工高等學校學報，2006，19(3)：60~63.

[13] 張龍力，楊國華，孫在春，等.超聲波對瀝青質分散作用的研究進展[J].應用聲學，2002，21(2)：30~34.

[14] 任波，丁保東，楊祖國，等.塔河油田高含瀝青質稠油致稠機理及降黏技術研究[J].西安石油大學學報(自然科學版)，2012，28(3)：82~86.

[15] 關潤伶，朱紅.勝利油田稠油組分的光譜法研究[J].光譜學與光譜分析，2007，27(11)：2270~2274.

[編輯]帥群

[引著格式]李春云,羅全民，劉子勝，等.春光油田超稠油高黏敏感性因素研究[J].長江大學學報(自科版) ,2015,12(14):78~81.

[文獻標志碼]A

[文章編號]1673-1409(2015)14-0078-04

[中圖分類號]TE345

[作者簡介]李春云(1970-)，女，助理工程師，現主要從事油田開發工程研究，614667729@qq.com。

[收稿日期]2015-02-14