JH 油田含蠟原油析蠟溫度測試與分析

劉 霞，王銀強，馮 晶，艾克拜爾·木合塔爾

（新疆油田油氣儲運分公司，新疆 克拉瑪依 834000）

0 引言

析蠟溫度是原油重要的性質參數，得到準確的析蠟溫度是保證含蠟原油管道安全輸送的前提[1]。對于含蠟原油來說，原油中蠟的溶解度對溫度的依賴性很強[2]。溫度較高時，蠟晶基本能夠溶解在原油中。當溫度降低至某一溫度時，原油中溶解的蠟達到飽和，大分子量的蠟首先結晶析出。除了原油中蠟的含量及分布外，其中的不溶性大分子化合物（如瀝青質）或活性物質（如膠質、添加劑等）的含量會影響蠟晶析出溫度。測定油品析蠟點的方法有很多種，比較常用的有黏溫曲線法、顯微鏡法、差熱分析法（DSC）等[3-5]，這些測試方法都屬于間接測試法。本次實驗使用此3 種方法。

1 實驗部分

為了方便記錄，將6 種原油分別稱為1～6 號油，其中1 號為配比的中質油、2 號為稠油、5 號為稠稀混油，其余均為普通稀油。將原油充分攪拌均勻后，分別取出部分油品進行封存，把封存的每種油品分為6 份。

1.1 黏溫曲線法

1.1.1 實驗儀器

實驗使用安東帕MCR-2 旋轉流變儀，溫度范圍為-20～100 ℃，黏度范圍為0.1～109 mPa·s，速度響應時間為5 ms，應變響應時間為10 ms。

1.1.2 實驗方法

此方法使用前4 份，每份油品分為2 個油樣，分別使用4 種不同的剪切速率10、20、50、100 s-1對試樣進行降溫剪切，降溫速率0.5 ℃/min。另一相同油樣進行凝點測量，采用相同速率進行線性降溫（見表2）。

1.1.3 測定結果

將1 號油在四種不同剪切速率下所測的黏度繪制在半對數坐標中，可以看出反常點區間為31～34 ℃，而黏度轉折點兩邊的斜率相差很小，因而不是由于蠟晶析出的影響，所以該黏度轉折點不是析蠟點，析蠟點應該位于反常點附近，如圖1 所示。測試3～6 號油黏度轉折點或析蠟點的方法與1 號油相同，結果如表1 所示。原油凝點如表2。

表1 原油析蠟點（黏溫曲線法）

表2 原油凝點 單位：℃

圖1 1 號油半對數坐標黏溫曲線

由圖2 可以看出，2 號油的黏溫關系不受剪切速率的影響，在半對數坐標中，整個測溫區間基本為一條直線。該油樣含蠟量很少，不存在蠟晶析出溫度。黏溫關系曲線上存在輕微黏度轉折點，該點可能是由于油品中所含有的活性物質、膠質或添加劑等對黏度產生的影響。

圖2 2 號油半對數坐標黏溫曲線

所測6 種油品中，1、3、4、5 號油基本符合剪切稀釋流體的規律。2 號油黏度較大，在整個流動過程中均為牛頓流體。6 號油黏度較小，產生數據不重疊的現象可能受儀器精度的影響（如圖3 所示）。

圖3 6 號油半對數坐標黏溫曲線

1.2 顯微鏡法

1.2.1 實驗裝置

偏光顯微鏡及配套的水浴降溫裝置和照相裝置。

1.2.2 實驗方法

此方法使用后兩份中的一份，將油樣放入容器中加熱至65 ℃，恒溫10 min，之后制備實驗試片，將實驗用蓋玻片用石油醚清洗并擦拭干凈后干燥，將預熱處理后的油樣攪勻，取一滴試樣滴在熱臺上，再蓋上蓋玻片，使之形成均勻薄膜。將熱臺置于顯微鏡下，調節焦距，從監視器屏幕上觀測到試樣蠟晶后，微調焦距至最清晰狀態。之后啟動熱臺的控溫系統，升溫至熱臺上試樣蠟晶全部消失，恒溫10 min，分別按0.5 ℃/min 和5 ℃/min 的速率降溫。當從監視器屏幕上觀測到蠟晶時，控溫系統所顯示的溫度即為測試樣品的析蠟點。

1.2.3 測定結果

1 號油析蠟點附近顯微鏡照片如圖4 所示。由于2 號油含蠟量低，在降溫至-20℃時仍未發現白光點，無法測量析蠟點。3～6 號油測試方法與1 號油相同，結果見表3。

表3 原油析蠟點（顯微鏡法）單位：℃

圖4 1 號油析蠟點附近顯微鏡照片

1.3 差熱分析法

1.3.1 實驗裝置

實驗使用METTLER 差示掃描量熱儀，溫度范圍為-150～750 ℃，溫度靈敏度為±0.1 ℃，量熱靈敏度為0.01 μW。

1.3.2 實驗方法

將最后一份油樣分別放入容器中加熱至65 ℃，恒溫10 min，之后將試樣置于坩堝中。將裝有油樣的坩堝置于檢測池的試樣支架上，同時將一空的坩堝（以空氣為參比物）置于參比物支架上，將兩個坩堝放在各自的支架中心，保證其充分熱接觸，加蓋冷卻罩。恒溫10 min 后分別以5 ℃/min 和10 ℃/min 的速率降至-20 ℃，進行連續掃描量熱，得到油樣析蠟過程的DSC 熱譜圖。通過對熱譜圖進行分析，即可得出所測油樣的析蠟點和最快析蠟溫度。

1.3.3 測定結果

從1 號油的DSC 曲線可以看出（見圖5、圖6），降溫速率10 ℃/min 時，初始析蠟點34 ℃，顯性析蠟點為26 ℃，最快析蠟溫度13 ℃；降溫速率5 ℃/min時，初始析蠟點40 ℃，顯性析蠟點為29 ℃，最快析蠟溫度13 ℃。

圖5 降溫速率為10 ℃/min 的1 號油DSC 曲線

圖6 降溫速率為5 ℃/min 的1 號油DSC 曲線

從2 號油的DSC 曲線可知（見圖7），曲線從高溫到低溫一直沒有突變點，呈下降趨勢，可能是由于該油含蠟量低致使熱流的變化不足以找出析蠟點。

圖7 降溫速率為10℃/min 的2 號油DSC 曲線

在測量的6 種油品中，除2 號油外，其余油品的DSC 曲線均存在突變，測試結果見表4。

表4 原油析蠟點（DSC 法）

由表4 可知，原油初始析蠟點和顯性析蠟點隨降溫速率的增大而減小[6]。這是由于，原油隨降溫速率較大時，原油在較高的溫度下還來不及形成晶核，從而使初始析蠟點和顯性析蠟點均降低。

此外，1 號、3 號及4 號油蠟分子碳數分布有雙峰，初始析蠟點和顯性析蠟點不重合。5～6 號油蠟分子碳數分布只有單峰，隨著溫度的降低，蠟晶析出，在初始析蠟點處產生突變，即初始析蠟點與顯性析蠟點重合。

2 原因分析

使用上述3 種方法測量的析蠟點有所差異，原因可能有以下幾點：

1）油品在高溫時呈現牛頓流體的特性，較小的含蠟量與大分子不溶物及活性物質的協同作用會使反常點和析蠟點之間的溫度區間變小。因此，利用黏溫曲線法測量的高溫范圍內的轉折點，僅是由于大分子不溶物析出致使黏溫曲線輕微變化，并非由于蠟晶析出引起。對于這類油品，當蠟晶析出時，進一步改變黏溫關系，當溫度再適當降低時，油品的黏度就與剪切速率有關。此時析蠟點就是比反常點稍高的溫度。

2）對于4 號油，黏溫關系顯示的析蠟溫度與其他兩種方法差異較大，可能與原油中含有活性物質和大分子不溶物（如膠質、瀝青質、添加劑等）有很大關系。

3）在使用流變儀測量時，圓筒內的油品受轉子剪切，為敞口容器，且實驗時間較長，可能會導致輕組分揮發，而其他兩種方法使用的是封閉容器，因而可能會使結果產生偏差。

4）在進行黏溫曲線和顯微鏡實驗時，所測油品的溫度為控制油品的介質的溫度，且降溫速率均保持為0.5 ℃/min，因此，可能與油品的真實溫度大約有不超過1℃的誤差。

5）進行DSC 實驗時，受儀器分辨率的影響，降溫速率分別設置為5 ℃/min 和10 ℃/min。一般來說，10 ℃/min 時所測的析蠟點要低一些，這是由于大降溫速率時，油品中蠟分子的過飽和度更大，來不及析出。

6）對于蠟分子碳數分布呈現雙峰的油品，容易導致不同方法測試的結果差異大，如1 號和3 號油品。

7）受顯微鏡精度和視野的影響，可能會出現有蠟晶析出時但未觀察到的情況，從而導致結果存在一定的偏差。

3 結果分析

利用這些實驗方法測出的實用性較強的析蠟點與熱力學意義上的析蠟點有所不同。實際可測的析蠟點是由于在降溫過程中原油中蠟的析出所產生的的效應，如黏溫曲線的變化、蠟晶尺寸大小、蠟晶析出潛熱等。析蠟溫度為蠟晶增加到實驗儀器或實驗方法可辨別時所對應的最高溫度，與測量儀器的分辨率或實驗方法的精度有關系。實際可測的析蠟點都會低于原油熱力學意義上的析蠟點，并且不同方法測定的析蠟點也會有所差別，當然也與用于測試的油樣密切相關。因此，在實際可測的析蠟點以上的溫度就已經有蠟析出了，但并不多。析蠟點以下的溫度析出的蠟稍多。另外，有些原油的析蠟點很明顯，而有的卻不明顯。