蒸餾切割與色譜分析相結(jié)合的稠油井流物分析方法

王麗娜

（1. 中國(guó)石化 勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東 東營(yíng) 257015；2. 山東省非常規(guī)油氣勘探開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 東營(yíng) 257015）

井流物是從油氣井中產(chǎn)出的流體物質(zhì)，實(shí)驗(yàn)室采用氣相色譜進(jìn)行原油和天然氣組成的分析，根據(jù)油氣組成計(jì)算井流物數(shù)據(jù)［1］。井流物分析數(shù)據(jù)是高壓物性分析的重要組成部分，是油藏?cái)?shù)值模擬組分模型中必不可少的基礎(chǔ)參數(shù)，同時(shí)又是評(píng)價(jià)油、氣性質(zhì)的重要依據(jù)之一，是編制油田開發(fā)方案、計(jì)算油田儲(chǔ)量的重要物性參數(shù)［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(jìn)行稠油井流物分析時(shí)存在試樣采集難、進(jìn)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(shù)對(duì)有效開發(fā)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(jié)合的稠油井流物分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了油田稠油井流物的分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)用油

實(shí)驗(yàn)用稠油PL9-1-4 和YX9 及對(duì)應(yīng)脫氣氣體試樣均取自中國(guó)石化勝利油田分公司某區(qū)塊。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

從現(xiàn)場(chǎng)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(jié)合的方法進(jìn)行稠油井流物分析，具體步驟：1）采用美國(guó)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(jìn)行脫水處理；3）脫氣油脫水后采用蒸餾切割法進(jìn)行輕質(zhì)和重質(zhì)餾分的分離；4）采用美國(guó)安捷倫公司的Agilent 6890 型氣相色譜儀分析輕質(zhì)餾分；5）測(cè)定重質(zhì)餾分的分子量；6）利用測(cè)得的數(shù)據(jù)，計(jì)算稠油井流物組成。

1.3 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)設(shè)備性能、原油性質(zhì)、高壓物性數(shù)據(jù)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(qiáng)餾分切割的精度、避免蒸餾時(shí)出現(xiàn)爆沸現(xiàn)象，在GB/T 26984—2011《原油餾程的測(cè)定》基礎(chǔ)上［13］，對(duì)蒸餾切割實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了優(yōu)化：將蒸餾設(shè)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(yán)；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(shí)，將試樣加熱至40 ～60 ℃，保持1.5 ～2.0 h，然后冷卻至20 ℃，再繼續(xù)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(xì)管色譜柱（60 m×0.32 mm×0.25 μm）；載氣為高純氮?dú)猓髁? mL/min；進(jìn)樣口溫度350 ℃。色譜柱升溫程序：初始柱溫40 ℃，保持時(shí)間2 min，然后以6 ℃/min 的升溫速率升至325 ℃，保持時(shí)間30 min。分流進(jìn)樣，進(jìn)樣量1 μL，分流比為72∶1；FID 檢測(cè)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?dú)夂透呒儦錃猓?4］；進(jìn)樣口溫度120 ℃；閥進(jìn)樣，進(jìn)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(cè)器為FID 和TCD，檢測(cè)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(shí)稠油試樣對(duì)色譜柱的污染和堵塞問題，對(duì)色譜進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)：增大襯管中試樣的汽化面積，提高試樣汽化速度；對(duì)色譜襯管進(jìn)行改進(jìn)，在色譜襯管中添加一種專用的色譜填料，改進(jìn)前每根色譜柱大約能完成3 個(gè)稠油井流物試樣的分析，改進(jìn)后可以分析試樣50 個(gè)以上，既節(jié)約了成本，又提高了工作效率。

1.4 稠油井流物分析計(jì)算方法

脫氣氣體試樣組成的計(jì)算公式見式（1）。

式中，yi為脫氣氣體中i 組分的摩爾分?jǐn)?shù)，%；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(jì)算脫氣油試樣的組成。

式中，XA為輕質(zhì)餾分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；XB為重質(zhì)餾分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；MB為重質(zhì)餾分的摩爾質(zhì)量，g/mol；Ci為脫氣油中i 組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；Mi為i 組分的摩爾質(zhì)量，g/mol；xi，xn+為脫氣油中i組分和重質(zhì)餾分的摩爾分?jǐn)?shù)，%。

稠油試樣的井流物組成計(jì)算公式見式（4）。

式中，xfi為地層流體i 組分的摩爾分?jǐn)?shù)，%；Wd為脫氣油的質(zhì)量，為脫氣油的平均摩爾質(zhì)量，g/mol；R 為摩爾氣體常數(shù)，8.314 J/（mol·K）；Z1為室溫、大氣壓力下的氣體偏差系數(shù)；p1為當(dāng)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(jié)果與討論

2.1 稠油的物性參數(shù)

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

2.2 稠油蒸餾切割結(jié)果

稠油蒸餾切割數(shù)據(jù)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(zhì)餾分含量達(dá)80%（w）左右。

2.3 油氣試樣色譜分析數(shù)據(jù)及井流物計(jì)算結(jié)果

稠油的脫氣氣體組成見表3。

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

表2 稠油蒸餾切割數(shù)據(jù)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(dá)90%（x）以上，且一般不含有C8以上重組分。

脫氣油經(jīng)蒸餾切割獲取的輕質(zhì)餾分的氣相色譜圖見圖1，輕質(zhì)餾分的組成見表4 和表5。由圖1 可知，脫氣油經(jīng)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(zhì)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(zhì)餾分中C1～5含量低，且通常不含有甲烷。原油性質(zhì)不同，輕質(zhì)餾分的組成也存在差異。

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

表4 YX9 輕質(zhì)餾分組成Table 4 Light fraction composition of YX9

表5 PL9-1-4 輕質(zhì)餾分組成Table 5 Light fraction composition for PL9-1-4

表6 重質(zhì)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(jié)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?zé)N組分，其中，重?zé)N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(jié)論

1）建立了一種蒸餾切割與色譜分析相結(jié)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(shí)驗(yàn)設(shè)備性能、原油試樣性質(zhì)、高壓物性等，確定稠油蒸餾切割的最佳溫度為300 ～350 ℃，優(yōu)化了蒸餾切割實(shí)驗(yàn)方法，既節(jié)約了成本，又提高了工作效率。

3）采用所建立的分析方法，實(shí)現(xiàn)了油田稠油井流物分析，為油田稠油油藏開發(fā)提供了重要依據(jù)。