基于核磁共振技術的氣井采出流體乳化物成分分析方法*

胡均志，李 耀，魏 勇，梅明華，周 慶，王 琛

（1.長慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林 719000；2.新疆油田公司風城油田作業區，新疆克拉瑪依 834000；3.西安石油大學石油工程學院，陜西西安 710065）

神木氣田泡排量大、凝析油含量高（0.13 m3/104m3），受新井返排液影響，導致采出水乳化現象嚴重，影響氣田正常生產。國內外學者已用不同的方法分析乳化物。在乳化物濃度檢測方面，基于光纖傳感器檢測可見光折光率［1-3］、基于超聲波傳感器測量聲波衰減率或傳輸速率［4-6］、基于U型管振蕩法測量乳化物密度［7-9］，根據檢測到的不同參數均可計算出乳化物濃度；在評價乳化物穩定性方面，應用Zeta電位分析儀對固體顆粒、聚合物（SAM）和表面活性劑種類進行分析，從而評價油水分離性能和乳化液穩定性［10］，結合超低界面張力儀和界面流變儀可評價單一驅油劑、聚合物/表面活性劑二元復合驅對采出水乳化物穩定性的影響［11］；在乳化物凈化處理方面，常規的研究方法有化學法、生物法和物理法［12-14］。為了改善單一方法的局限性，將電場和旋流/離心場聯合的新型技術能更好地實現乳化物的脫水凈化處理［15］。隨著儀器精度的提高和研究方法的完善，關于乳化物的研究日益增多，但大多仍局限于定性、半定量評價。

核磁共振技術由于對巖石骨架沒有響應，獲取的T2譜參數可定量反映孔喉中的流體分布。自引入石油領域以來，在油氣田開發方面得到了廣泛應用［16-18］。基于神木氣田采出水來液液體和乳化物均以有機質為主的特點，筆者將核磁共振技術用于二者相似程度的評價。其原理是乳化物中氫核所具有的核磁矩在均勻分布的外加靜磁場中產生能級分裂，此時外加一個特定頻率的射頻場，核磁矩就會發生吸收躍遷，產生核磁共振，核磁共振信號強度與被測樣品內所含氫核的數目成正比。磁化矢量在射頻場激發下發生核磁共振時偏離平衡態后又恢復到平衡態的過程稱為弛豫，其弛豫運動幅度隨時間衰減的信號可用橫向弛豫時間（T2）來描述信號衰減的快慢［19-20］。液體成分不同，用核磁共振技術測得的核磁共振T2譜分布也不同。因此，本文運用核磁共振技術評價神木氣田采出水與乳化物的相似程度，通過測試氫核含量來反映各種來液液體與3 種乳化物的成分相似程度，并以核磁共振T2譜的形式直觀反映出來，根據T2值疊合范圍和疊合面積來定量反映相似程度，進而確定影響氣田乳化的主要因素。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

神木處理廠上源氣井從打井到建成投產，添加的藥劑分別為EM50 壓裂液、PQ-8 型泡排劑（氧化胺類）、UT-6型泡排劑（磺酸鹽復合表面活性劑），冬季在井口位置添加25%的甲醇。大量藥劑進入采出水，是形成乳化物的主要原因。實驗先后3次（6、9、11月）于神木處理廠污油罐底部采集不同季節乳化物進行成分分析，取樣位置如圖1 所示。采出水中乳化物主要由凝析油、懸浮固體和水組成，其中的懸浮固體又以有機物和黏土為主。通過550℃高溫煅燒得到3種乳化物樣品中有機物和黏土礦物的含量（表1）。

圖1 采出流體乳化物取樣位置

表1 乳化物樣品組成

1.2 實驗設備

MINI-MR型核磁共振儀，上海紐邁電子科技有限公司；5700型傅立葉紅外光譜儀，美國熱電公司。

1.3 實驗方法

（1）采出水與不同乳化物樣品成分相似程度的分析。①根據氣田生產情況，確定采出水的液體類型分別為EM50 壓裂液、PQ-8 型泡排劑、UT-6 型泡排劑、凝析油；②用核磁共振儀分別測試EM50壓裂液、PQ-8型泡排劑、UT-6型泡排劑、凝析油的核磁共振T2譜；③用核磁共振儀測試表1 中1 號、2 號、3 號乳化物的核磁共振T2譜；④將步驟②和步驟③測得的核磁共振T2譜繪制在同一張圖上；⑤確定不同乳化物樣品與各種采出水疊合的核磁共振T2值范圍；⑥計算不同乳化物樣品核磁共振T2譜與各種采出水核磁共振T2譜的疊合區面積；⑦根據疊合區面積的計算結果分析采出水與不同乳化物樣品成分的相似程度。

（2）室內配制乳化物。①EM50壓裂液乳化物，油水比60%，EM50壓裂液含量為20%，PQ-8型泡排劑含量為1‰，攪拌時間30 min，攪拌速度5000 r/min；②PQ-8泡排劑型乳化物，油水比60%，EM50壓裂液含量為5%，PQ-8泡排劑含量為5‰，攪拌時間30 min，攪拌速度5000 r/min；③UT-6泡排劑型乳化物，油水比為60%，EM50壓裂液含量為5%，UT-6泡排劑含量為5‰，攪拌時間30 min，攪拌速度5000 r/min。

1.4 基本參數定義

1.3 節（1）所述步驟⑥中，按?A=Am-An計算面積差值。其中，?A—疊合區面積；Am—疊合范圍內乳化物的T2譜與x 軸包圍的面積；An—疊合范圍內采出水的T2譜與x 軸包圍的面積。所述步驟⑦中，疊合區面積越大，反映采出水與乳化物成分的相似程度越高。

2 結果與討論

2.1 乳化物與采出水的核磁共振分析

1 號乳化物與各種采出水（EM50 壓裂液、PQ-8型泡排劑、UT-6型泡排劑、凝析油）的核磁共振T2譜如圖2 所示。其中1 號乳化物與EM50 壓裂液疊合的核磁共振T2值范圍為1.29 數3.87、310.50 數537.23 ms；1號乳化物與PQ-8型泡排劑疊合的核磁共振T2值范圍為1.55數4.64、11.57數537.2 ms；1 號乳化物與UT-6 型泡排劑疊合的核磁共振T2值范圍為1.08數3.22、372.76數537.23 ms；1號乳化物與凝析油疊合的核磁共振T2值范圍為0.90 數1.86、215.44數537.23 ms。

圖2 1號乳化物核磁共振成分分析圖

2 號乳化物與采出水（EM50 壓裂液、PQ-8 型泡排劑、UT-6型泡排劑、凝析油）的核磁共振T2譜如圖3 所示。其中2 號乳化物與EM50 壓裂液疊合的核磁共振T2值范圍為1.08數3.87 ms；2 號乳化物與PQ-8 型泡排劑疊合的核磁共振T2值范圍為1.55數4.64ms、11.57數179.46 ms；2 號乳化物與UT-6 型泡排劑疊合的核磁共振T2值范圍為1.08數2.23 ms；2號乳化物與凝析油疊合的核磁共振T2值范圍為179.46數215.44 ms。

圖3 2號乳化物核磁共振成分分析

3 號乳化物與采出水（EM50 壓裂液、PQ-8 型泡排劑、UT-6型泡排劑、凝析油）的核磁共振T2譜如圖4 所示。其中3 號乳化物與EM50 壓裂液疊合的核磁共振T2值范圍為1.29數3.87、310.50數1339.20 ms；3號乳化物與PQ-8型泡排劑疊合的核磁共振T2值范圍為372.72數447.50 ms；3號乳化物與UT-6型泡排劑疊合的核磁共振T2值范圍為1.35數4.11、523.7數1339.2 ms；3號乳化物與凝析油疊合的核磁共振T2值范圍為0.9數1.86、215.44數1339.2 ms。

圖4 3號乳化物核磁共振成分分析圖

根據核磁共振T2值疊合范圍，并結合式（1）計算得到1數3 號乳化物核磁共振T2譜與4 種采出水T2譜的疊合區面積（表2）。由表可見，不同采樣時間的乳化物樣品與PQ-8 型泡排劑核磁共振T2疊合區面積均最大，說明二者成分最為相似；疊合面積介于2831.65數4235.80，面積差異較大，說明在不同乳化物中PQ-8型泡排劑的含量存在差異。其次為凝析油、EM50 壓裂液。凝析油與乳化物樣品的核磁共振T2疊合區面積介于315.23數2079.50，說明在不同乳化物樣品中凝析油含量的差異大，這一差異會對破乳及破乳劑配方的確定帶來很大難度。3種乳化物樣品與UT-6 型泡排劑T2譜疊合區面積均最小，介于87.61數394.20，說明二者成分相似程度最小。

綜上，造成神木氣田處理廠采出水乳化的主要因素是生產過程中采用的PQ-8 型泡排劑，UT-6 型泡排劑對采出水乳化幾乎不造成影響。PQ-8 型泡排劑與凝析油和不同乳化物樣品的核磁共振T2譜疊合區面積差異較大，說明二者在不同乳化物樣品中的含量存在較大差異，從而對后期乳化物處理帶來難度。

表2 采出流體乳化物與采出水核磁共振T2譜疊合面積

2.2 乳化物的紅外光譜分析

上文基于核磁共振技術對氣井采出流體中乳化物成分進行了分析。為驗證該方法在乳化物成分評價中的可靠性，用傳統的傅立葉紅外光譜儀再次分析乳化物成分。在實驗室內配制分別以EM50壓裂液、PQ-8 型泡排劑、UT-6 型泡排劑為主要成分的乳化物。與現場采集的1號乳化物的紅外光譜對比，結果見圖5。由圖可見，1號乳化物樣品與PQ-8型泡排劑乳化物的光譜形態相似，即二者具有相似的官能團。該結果與基于核磁共振技術得到的成分分析結果一致，進一步證實了核磁共振技術用于乳化物成分分析的可靠性。

圖5 1號乳化物與配制的3種乳化物的紅外光譜圖

3 結論

基于核磁共振技術定量計算了不同時間采出流體乳化物核磁共振T2譜與氣井采出水中PQ-8 型泡排劑、凝析油、EM50 壓裂液、UT-6 型泡排劑核磁共振T2譜的疊合區面積，其中，PQ-8 型泡排劑核磁共振T2譜疊合區面積最大，其次為凝析油、EM50壓裂液，UT-6型泡排劑T2譜疊合區面積最小。PQ-8型泡排劑是造成神木氣田處理廠采出水乳化的主要因素，UT-6 型泡排劑對采出水乳化幾乎不造成影響。PQ-8 型泡排劑與凝析油和不同乳化物樣品的核磁共振T2譜疊合區面積差異較大，說明二者在不同乳化物樣品中的含量差異大，從而對后期破乳劑配方的確定及破乳帶來較大難度。基于核磁共振技術對氣井采出流體中乳化物成分的分析結果與用傅立葉紅外光譜儀測得的結果一致。