蒸餾切割與色譜分析相結合的稠油井流物分析方法

王麗娜

（1. 中國石化 勝利油田分公司勘探開發研究院，山東 東營 257015；2. 山東省非常規油氣勘探開發重點實驗室，山東 東營 257015）

井流物是從油氣井中產出的流體物質，實驗室采用氣相色譜進行原油和天然氣組成的分析，根據油氣組成計算井流物數據［1］。井流物分析數據是高壓物性分析的重要組成部分，是油藏數值模擬組分模型中必不可少的基礎參數，同時又是評價油、氣性質的重要依據之一，是編制油田開發方案、計算油田儲量的重要物性參數［2-5］。目前氣藏和普通油藏流體的井流物分析誤差較小，但由于稠油乳化水含量高、密度大、黏度大、沸程寬的特性，使得在進行稠油井流物分析時存在試樣采集難、進樣成功率低、稠油中的大分子化合物無法氣化、污染儀器等問題，造成稠油井流物分析困難，因此，建立稠油井流物分析技術對有效開發油氣田具有重要意義［6-12］。

本工作建立了一種蒸餾切割與色譜分析相結合的稠油井流物分析技術，實現了油田稠油井流物的分析。

1 實驗部分

1.1 實驗用油

實驗用稠油PL9-1-4 和YX9 及對應脫氣氣體試樣均取自中國石化勝利油田分公司某區塊。

1.2 實驗步驟

從現場取得脫氣油和脫氣氣體試樣之后，采用蒸餾切割與色譜分析相結合的方法進行稠油井流物分析，具體步驟：1）采用美國安捷倫公司的Agilent 7890 型氣相色譜分析脫氣氣體試樣的組成；2）將脫氣油進行脫水處理；3）脫氣油脫水后采用蒸餾切割法進行輕質和重質餾分的分離；4）采用美國安捷倫公司的Agilent 6890 型氣相色譜儀分析輕質餾分；5）測定重質餾分的分子量；6）利用測得的數據，計算稠油井流物組成。

1.3 實驗方法

1.3.1 蒸餾切割方法

確定合理的切割溫度。綜合考慮實驗設備性能、原油性質、高壓物性數據的條件限制，確定稠油蒸餾切割的最佳溫度為300 ～350 ℃。為了防止餾分損失、增強餾分切割的精度、避免蒸餾時出現爆沸現象，在GB/T 26984—2011《原油餾程的測定》基礎上［13］，對蒸餾切割實驗進行了優化：將蒸餾設備密閉，控制冷水浴的初始溫度為0 ～5 ℃；蒸餾期間用橡膠墊將量筒蓋嚴；控制冷凝液餾出速度；若原油試樣中水含量大于0.2%（w），則在蒸餾切割時，將試樣加熱至40 ～60 ℃，保持1.5 ～2.0 h，然后冷卻至20 ℃，再繼續蒸餾。

1.3.2 色譜分析方法

色譜條件的選擇：1）原油烴組成分析條件：HP-1 毛細管色譜柱（60 m×0.32 mm×0.25 μm）；載氣為高純氮氣，柱流量1 mL/min；進樣口溫度350 ℃。色譜柱升溫程序：初始柱溫40 ℃，保持時間2 min，然后以6 ℃/min 的升溫速率升至325 ℃，保持時間30 min。分流進樣，進樣量1 μL，分流比為72∶1；FID 檢測器溫度350 ℃。2）脫氣氣體試樣組成分析條件：填充柱及HP-PONA 柱（50 m×0.2 mm×0.50 μm）；載氣為高純氮氣和高純氫氣［14］；進樣口溫度120 ℃；閥進樣，進樣量0.5 mL；程序升溫模式：初始柱溫50 ℃，保持3 min，以10 ℃/min 的升溫速率升至80 ℃，保持4 min，然后以25 ℃/min 的升溫速率升至150 ℃，保持5 min；檢測器為FID 和TCD，檢測器溫度150 ℃。

目前色譜分析所用的色譜襯管只有石英棉，為解決原油全烴分析時稠油試樣對色譜柱的污染和堵塞問題，對色譜進樣系統進行改進：增大襯管中試樣的汽化面積，提高試樣汽化速度；對色譜襯管進行改進，在色譜襯管中添加一種專用的色譜填料，改進前每根色譜柱大約能完成3 個稠油井流物試樣的分析，改進后可以分析試樣50 個以上，既節約了成本，又提高了工作效率。

1.4 稠油井流物分析計算方法

脫氣氣體試樣組成的計算公式見式（1）。

式中，yi為脫氣氣體中i 組分的摩爾分數，%；Ai為i 組分的峰面積；fi為i 組分的摩爾校正因子。

按照式（2）～（3）計算脫氣油試樣的組成。

式中，XA為輕質餾分的質量分數，%；XB為重質餾分的質量分數，%；MB為重質餾分的摩爾質量，g/mol；Ci為脫氣油中i 組分的質量分數，%；Mi為i 組分的摩爾質量，g/mol；xi，xn+為脫氣油中i組分和重質餾分的摩爾分數，%。

稠油試樣的井流物組成計算公式見式（4）。

式中，xfi為地層流體i 組分的摩爾分數，%；Wd為脫氣油的質量，為脫氣油的平均摩爾質量，g/mol；R 為摩爾氣體常數，8.314 J/（mol·K）；Z1為室溫、大氣壓力下的氣體偏差系數；p1為當日大氣壓力，MPa；T1為室溫，K；V1為放出氣體在室溫、大氣壓力下的體積，cm3。

2 結果與討論

2.1 稠油的物性參數

稠油的物性參數見表1。由表1 可知，PL9-1-4 和YX9 試樣密度大、黏度大、膠質和瀝青質含量高，試樣脫水后的含水率接近0.20% （w），滿足實驗要求。

2.2 稠油蒸餾切割結果

稠油蒸餾切割數據見表2。由表2 可知，PL9-1-4 和YX9 試樣的切割溫度分別為320 ℃和300 ℃，試樣切割得到的重質餾分含量達80%（w）左右。

2.3 油氣試樣色譜分析數據及井流物計算結果

稠油的脫氣氣體組成見表3。

表1 稠油的物性參數Table 1 Physical property parameters of heavy oil

表2 稠油蒸餾切割數據Table 2 Data of heavy oil distillation and cutting

表3 稠油的脫氣氣體組成Table 3 Degassed gas composition of heavy oil

由表3 可知，氣相色譜可以精確分析出脫氣氣體中烴類及CO2、 N2非烴的組成，稠油脫氣氣體中甲烷含量高達90%（x）以上，且一般不含有C8以上重組分。

脫氣油經蒸餾切割獲取的輕質餾分的氣相色譜圖見圖1，輕質餾分的組成見表4 和表5。由圖1 可知，脫氣油經蒸餾切割后，色譜峰分離度高，峰形好，便于定性和定量分析。

圖1 YX9 和PL9-1-4 輕質餾分的氣相色譜圖Fig.1 Chromatograms of light fraction of YX9 and PL9-1-4.

由表4 和表5 可知，蒸餾切割獲取的輕質餾分中C1～5含量低，且通常不含有甲烷。原油性質不同，輕質餾分的組成也存在差異。

脫氣油經蒸餾切割得到的重質餾分的分子量見表6。由表6 可知，YX9 和PL9-1-4 的重質餾分分子量較大，分別為725 和897。

表4 YX9 輕質餾分組成Table 4 Light fraction composition of YX9

表5 PL9-1-4 輕質餾分組成Table 5 Light fraction composition for PL9-1-4

表6 重質餾分分子量Table 6 Molecular weight of heavy fraction

稠油井流物的組成見表7 和表8。由表7 和表8 可知，通過蒸餾切割與色譜分析相結合的方法能夠精確得到稠油井流物的組成，包括非烴、輕烴和重烴組分，其中，重烴組分能夠分析到C38以上。

表7 YX9 井流物組成Table 7 Well stream data of heavy oil YX9

表8 PL9-1-4 井流物組成Table 8 Well stream data of heavy oil PL9-1-4

3 結論

1）建立了一種蒸餾切割與色譜分析相結合的稠油井流物分析方法，解決了稠油井流物分析困難的問題。

2）綜合考慮實驗設備性能、原油試樣性質、高壓物性等，確定稠油蒸餾切割的最佳溫度為300 ～350 ℃，優化了蒸餾切割實驗方法，既節約了成本，又提高了工作效率。

3）采用所建立的分析方法，實現了油田稠油井流物分析，為油田稠油油藏開發提供了重要依據。