春光油田超稠油高黏敏感性因素研究

2015-02-19李春云

长江大学学报(自科版) 2015年14期

关键词：黏度

李春云

(中石化河南油田分公司石油工程技术研究院，河南南阳 473132)

罗全民，刘子胜，张清军

(中石化河南油田分公司新疆勘探开发中心，新疆焉耆 841100)

蒋尔梁

(中石化河南油田分公司石油工程技术研究院，河南南阳 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术研究院，河南南阳 473132)

罗全民，刘子胜，张清军

(中石化河南油田分公司新疆勘探开发中心，新疆焉耆 841100)

蒋尔梁

(中石化河南油田分公司石油工程技术研究院，河南南阳 473132)

[摘要]针对春光油田超稠油黏度高、开采难度大的问题，就影响春光油田超稠油高黏敏感性因素进行研究。结果表明，春光油田超稠油高黏度的主要原因之一是胶质和沥青质组分质量分数较高，春光油田超稠油的胶质由3~4个芳香环为主的稠环芳香性分子组成，芳香结构以蒽、菲、苯并蒽等线性排列为主，胶质分子含有可形成氢键的羟基、羧基、胺基、羰基等强极性基团，从而产生强缔合作用。此外镍、铁、钙等金属元素质量分数较高，可形成卟啉络合物，增加了沥青质和胶质形成的胶团结构的内聚力，导致稠油黏度较高。

[关键词]超稠油；黏度；化学组成；春光油田

春光油田稠油油藏主要开发层系为新近系沙湾组和白垩系。春光油田的稠油储量丰富，但由于超稠油的黏度太高，导致原油在地层的流动性较差、开采难度大。因此，在稠油热采开发生产中，配套应用了乳化降黏开采工艺技术[1~3]。为了进一步提高乳化降黏技术针对性，开展了春光油田黏度敏感性因素研究。通过测定春光油田超稠油的族组分，以及稠油中金属元素质量分数，对超稠油中分离出的重质组分进行分析与表征，从而确定春光油田超稠油高黏敏感性因素。

1试验部分

1.1试验试剂与仪器

1)原油春光油田Ⅱ1-1-9H井和K436-28H井稠油，50℃脱气原油黏度分别为16690mPa·s和40840 mPa·s。

2)试剂正庚烷，苯，甲苯，无水乙醇，氯仿(分析纯，上海国药集团化学试剂有限公司)。

3)主要仪器Brookfield数字流变仪(美国Brookfield公司)；Kanuer K-7000分子量测定仪(德国KNAUER公司)；Contr AA 700连续光源原子吸收光谱仪(德国Analytik Jena AG公司)；VARIO ELⅢ元素分析仪(德国Elementar公司)。

1.2试验方法

1)稠油黏度测定采用Brookfield数字流变仪测定不同温度下稠油的黏度。

2)稠油族组分测定首先用正庚烷将稠油中的沥青质分离出来，然后采用液相色谱柱法分离得到3个组分，依次为：饱和分、芳香分和胶质，室温下冷却称量。

3)族组分平均分子质量的测定在25℃下采用苯作为溶剂，通过Kanuer K-7000 分子量测定仪对稠油中族组分的平均分子量进行测定。

4)稠油中元素含量测定利用Contr AA 700连续光源原子吸收光谱仪对稠油中的铁、钙、镍、钡等金属元素质量分数进行测定；利用VARIO ELⅢ元素分析仪对稠油中的氧、硫、氮、碳、氢等非金属元素质量分数进行测定。

2结果与讨论

2.1温度对超稠油黏度的影响

图1　春光油田2种超稠油的黏温曲线

温度是影响稠油黏度主要因素之一，分别测定Ⅱ1-1-9H井和K436-28H井稠油在不同温度下的黏度，如图1所示。当温度大于60℃时，黏度随温度的变化较小；当温度小于60℃时，温度每升高10℃，黏度下降了将近一半，说明温度越低，稠油黏度对温度的变化越敏感。与其他稠油一样，春光油田的超稠油黏度具有极强的温敏性，这是由于温度的上升降低了稠油中各组分的分子间相互作用力，如氢键作用和色散力，同时也加剧了分子的热运动，增大了分子的自由活动体积，破坏了稠油原先内部的网络结构，从而导致了稠油黏度的显著降低[4~6]。

2.2稠油族组分对超稠油黏度的影响

根据稠油组分的不同极性将稠油分离为饱和分、芳香分、胶质、沥青质4个组分，结果如表1所示。K436-28H井稠油中的沥青质、胶质质量分数都明显高于黏度较低的Ⅱ1-1-9H井稠油。胶质和沥青质质量分数总和对稠油黏度有重要影响。这是因为稠油中的沥青质分子和胶质分子都具有很强的极性，容易形成以极性较强的沥青质分子为胶核，极性稍弱的胶质分子吸附在胶核外面形成溶剂化层。当稠油中的胶质质量分数较高时，吸附在沥青质分子的溶剂化层变得越厚，使得胶粒体积也增大，同时大量性质相近的胶粒又可以形成更大的胶团，从而导致稠油的黏度急剧升高[7~10]。

表1　春光油田稠油的族组分分析

2.3族组分平均相对分子质量对超稠油黏度的影响

表2　春光油田稠油的族组分平均相对分子质量测定结果

表2为春光油田2种超稠油中族组分的平均相对分子质量测定结果。春光油田超稠油族组分的平均相对分子质量从大到小的顺序为：沥青质>胶质>芳香烃>饱和烃，同时K436-28H井稠油中的沥青质和胶质的平均分子量明显高于Ⅱ1-1-9H井稠油，这说明稠油中的沥青质和胶质的平均分子量对稠油的黏度有显著的影响，平均分子量升高，稠油黏度增大。综合前面稠油中族组分质量分数测定结果可得出，稠油的黏度高低主要是由稠油中的沥青质和胶质的质量分数及平均分子量大小决定的[11]。

2.4杂原子和金属元素对超稠油黏度的影响

采用元素分析仪和原子吸收光谱仪对春光油田超稠油中的氮、硫、氧等杂原子和镍、钒、铁、钙、镁等金属元素质量分数进行测定，其元素分析结果如表3所示。春光油田超稠油中镍、铁、钙等金属元素质量分数较高。这些金属元素大多以油溶性有机化合物形式存在于稠油中沥青质和胶质组分中，可以与稠油中的卟啉分子形成金属卟啉络合物，或者与稠油组分中的N、O、S等杂原子构成配位络合物，极大地增加了沥青质和胶质形成的胶团结构的内聚力，导致稠油黏度的急剧升高。

表3　春光油田超稠油的元素分析结果

图2　春光油田超稠油中胶质的紫外光谱图

图3　春光油田超稠油中胶质的红外光谱图

2.5重质组分结构对超稠油黏度的影响

采用紫外-可见光光度计对春光油田稠油的胶质进行紫外光谱分析(图2)，参比液为甲苯，胶质的质量浓度为13.2mg/L。可以看出，春光油田稠油中胶质的紫外吸收光谱分别在250~260nm和280~290nm之间有最大的吸收峰。参考模型化合物分析可知，春光油田超稠油中胶质组分结构是以3~4个芳香环为主的稠环芳香性分子组成，如蒽、菲、苯并蒽等[14]。

图3为Ⅱ1-1-9H井和K436-28H井稠油中胶质的红外光谱图。可以看出胶质分子含有可形成氢键的羟基、胺基、羧基等。尤其从K436-28H井稠油中胶质的红外光谱图上可以看出，胶质在3000~4000cm-1之间显示出大的吸收峰，这是已形成氢键的胺基或羟基的吸收峰。可推测出春光油田超稠油中胶质主要含有极性较强的羧酸类、醚类、胺类和酚类化合物，使得胶质分子带有很强极性。这些强极性胶质分子通过氢键作用使胶质分子间、胶质与沥青质分子形成缔合状态，最终导致稠油黏度升高[15]。

3结论

1)春光油田超稠油黏度高的主要原因之一在于胶质和沥青质组分质量分数高，同时Ni、Fe、Ca等金属元素质量分数也较高，极大地增加了沥青质和胶质形成的胶团结构的内聚力，导致稠油黏度的急剧升高，使得稠油流动性差。

2)紫外光谱和红外光谱分析结果表明，春光油田超稠油中胶质组分结构是以3~4个芳香环为主的稠环芳香性分子组成，如蒽、菲、苯并蒽等。胶质分子中主要含有极性较强的羟基、羧基、胺基、羰基等基团，这些强极性基团通过氢键作用使胶质分子间、胶质与沥青质分子形成缔合状态，最终导致稠油黏度升高。

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