莫兰秀，欧阳雯，章思鹏，姚睿，袁海峰

（西安石油大学， 陕西 西安 710065）

因此研究蜡在油藏中的沉积，对于制定高含蜡油藏的合理的开发方案具有指导作用。我国原油多为含蜡原油，在含蜡原油开采过程中，由于油藏压力下降、油藏温度下降和原油脱气等因素，致使蜡在油藏中发生沉积[1-2]。沉积的蜡堵塞储层孔隙吼道和黏附在孔喉壁面，减少油气运移有效通道，使储层渗透率降低，进而导致增大原油流动阻力，增加油气开采难度[3]。而蜡沉积对油藏的损害的程度取决于地层渗透率、蜡沉淀量和油藏温度。油藏中蜡的沉积的机理是非常复杂的，这是因为它涉及学科多，是一个涵盖热力学变量、流体动力学流动、传热传质以及固体-固体和表面-固体相互作用的函数[4]。因此研究蜡在油藏中的沉积，对于制定高含蜡油藏的合理的开发方案具有指导作用。

1 油藏蜡沉积的影响因素

油藏蜡沉积的影响因素众多，总体分为内因和外因，油藏蜡沉积现象是内外因素综合作用的结果[5]。内因主要指原油组成。外因指的是除内因外的其他影响因素，比如原油中的水和机械杂质、温度和压力等。

1.1 内因

内因主要指原油组成。储层中的原油多为碳氢化合物的混合物，它是由饱和烃、芳香烃、沥青质和胶质组成[6-7]。

1.1.1 饱和烃

饱和烃是由正链烷烃、支链烷烃和环烷烃组成，且各组成其对于蜡的析出的作用有所不同。饱和烃是蜡的主要成分，支链烷烃可以延迟蜡核形成，环烷烃具有破坏蜡核形成和蜡的生长过程[8]。原油所含的正烷烃的浓度越高，其对应蜡含量越高。

1.1.2 沥青质和胶质

原油中沥青质的絮凝对蜡沉积具有促进作用，而沥青质具有一定表活性，对蜡沉积具有抑制作用。对于其对蜡沉积发挥何种作用，主要取决于原油中其自身结构及存在状态。胶质能够降低沉积物的生成速率、增大沉积物的含蜡量、促进沉积物的老化进程、以及降低沉积物的胶凝温度和屈服应力，且发现含胶质原油的蜡沉积物中蜡晶体积变小、数量变多、长宽比减小[9-13]。

1.1.3 芳香烃

由碳氢化合物组成且分子至少含有一个苯环结构的芳香烃，其蜡的良好溶剂。也就是说原油中含的芳香烃越多，该石油溶解蜡的能力更强，则蜡的溶解度相对增加[4]。

1.1.4 溶解气

原油中含有溶解气量越大，就相当于充当蜡的溶剂增加，且其析蜡温度相对较低。原油中轻质组分越多，会使原油黏度降低，剪切应力减小，从而抑制蜡的沉积。同时，原油中溶解气逸出会导致原油温度下降，降低蜡的溶解度；轻质组分逸出会导致原油中液相含量减少，减少了蜡的溶剂，促进了蜡结晶析出[14]。

1.2 外因

影响油藏蜡沉积的外因多指油气组成系统的温度和压力[15-16]。

1.2.1 温度

油藏油气系统温度降低的两个主要影响因素为低温工作液的注入和原油脱气膨胀。当大量的低温工作液被注入地层，地层被冷却，导致储层发生不可逆的蜡沉积过程。绝大多数学者认为，由于油藏冷伤害的缘故，油藏蜡沉积在钻井时就存在。原油脱气膨胀，使得油气体系温度降低，致使蜡的溶解度降低。

1.2.2 压力

在含蜡原油的生产过程中，油藏压力不断下降，当原油体系的压力低于饱和压力时，会导致溶解气从原油中逸出，使得原油体系的温度降低，蜡的溶解度降低[17]。其次，原油体系中的轻质组分从液相逸出，这将减少了蜡的溶剂，这就会使得蜡在体系中呈现过饱和状态，进而发生析蜡和后续出现的蜡沉积。压力对结蜡速度影响不单一，在露点压力之下， 压力增加沉积速度减小，在露点压力之上压力增加 沉积速度增加[18]。

1.2.3 其他

原油中的机械杂质和微小气泡会作为蜡析出的结晶核心，促进蜡的析出并加速蜡的沉积［11］。同时，原油渗流速度不同其产生的剪切应力不同，剪切应力会破坏蜡的结构，对蜡沉积起抑制作用。

2 油藏蜡沉积机理与机制

于调研可知，关于油藏蜡沉积机理，主要是指在油藏条件下的蜡沉积行为。即蜡从油藏的油气系统析出并沉积，本文主要总结了三种机理。

2.1 正规溶液理论

不同油藏情况其油气体系中蜡组分及其组成的碳氢化合物不同，蜡在油气系统中的溶解度受多种因素的影响。油气系统在稳定条件下，蜡组分完全溶解于原油中，所以在该情况下的含蜡原油可视为真溶液。因此油藏中油气系统中蜡组分是否析出主要由该系统下蜡的溶解度控制。在油藏在投入生产过程中，由于各项增产增注措施，导致油气系统中油气组成、系统温度和压力发生变化，使得蜡在油气系统中的溶解度降低，进而导致蜡的析出。正规溶液理论是后续蜡沉积热力学模型理论基础。

2.2 相平衡理论

一般地，储层中的原始油气系统是处于平衡状态，蜡是完全溶解状态，但由于油藏开发投产致使油气系统的热力学平衡被打破，油气系统中的固-液-气三相失衡，导致蜡析出。在过去的几十年中，相态平衡被广泛应用，且形成许多理论模型。气液固三相平衡热力学模型可用于模拟油藏油气开采过程中由于油气体系压力、温度和组成的改变而引起的蜡沉积问题[5]。

2.3 结晶理论

结晶是指从无序或部分到有序状态形成晶体的过程。所有结晶过程都包括成核和晶体生长。核的形成是一个动态过程，此过程中伴随着不同大小的核的生长和消失，且方向是趋向于最小吉布斯能。当温度等于或低于蜡的外观温度时，油气体系中的蜡成分开始形成晶体。在这个过程中，带有长侧链的非极性高分子物质会进入蜡晶体与蜡发生共晶，而带有极性基团的高分子物质则会被吸附到蜡晶体的表面上，从而促进蜡晶体的聚集和沉积在表面上[19]。并且由于蜡中存在非正链烷烃组分，这将导致共晶混合物的形成。

2.4 油藏蜡沉积机制

3 油藏蜡沉积模型

蜡沉积模型应该包括两部分，即描述蜡在油藏中溶解与析出的蜡沉积预测模型[20]，另一部分是描述蜡析出后沉积与运移的状态方程和蜡沉积对储层造成伤害的蜡沉积伤害模型。总的来说，油藏蜡沉积模型该具备能描述蜡在油藏中的溶解/析出、运移及储层伤害的要素。

3.1 蜡沉积预测模型

首先对油气系统相态进行判断，即判断油气系统是处于气-液-固三相区还是液-固两相区。

S—摩尔固-液比；

e—摩尔气化率。

步骤3：考察属性aj中的每一个候选断点Caj的存在性，即把原始决策表中与Caj相邻的2个属性值中的较小值改成较大值。如果此时的决策表不会产生冲突，那么把Caj从断点集中去除；否则，还原已修改的属性值。

由以上式子可知，（3-1）和（3-2）是判断气—液平衡，（3-3）和（3-4）可判断液—固平衡，当以上四个式子均大于1 时，混合物才属于气—液—固三相平衡。

当油藏发生蜡沉积时，可根据热力学平衡条件列方程计算蜡沉积量。当油藏发生蜡沉积时，可根据热力学平衡条件列方程计算蜡沉积量。

式中：A—常数，取0.882 4；

B—常数，取0.000 3；

C—常数，取0.114 4；

3.2 蜡沉积模型

在原油开采中，由于蜡的热力学平衡被打破，蜡开始从原油中析出。油气系统中蜡的固体颗粒在随原油流经储层时会堵在孔喉中，导致蜡沉积。根据蜡的连续性方程结合蜡的质量守恒方程，最后可得到油藏蜡的沉积模型（3-9）式：

式中：C—每单位液体体积（该体积为液体加上液体中悬浮蜡固体的）的悬浮蜡固体体积，无因次；

3.3 石蜡沉积伤害模型

储层多孔介质三维重构是研究油藏蜡沉积基础[21]。在研究油藏蜡沉积的损害模型时，关于储层多孔介质三维模型重建的方法有毛细管束模型、随机法、切片法组合法、多点统计法、过程法、X 射线立体成像法和孔隙网络模型等。由于毛管束模型法建立储层多孔介质模型较为简单，因此可通采用毛管束模型将储层多孔介质简化，为了更贴近实际，可采用弯的毛管束模型进行研究。毛管束模型法建立储层多孔介质模型的思维图如图1 所示。

图1 储层多孔介质模型

袁媛[22]提出了一种考虑迂曲度的毛管束模型，该模型结合了压汞资料和MATLAB 的计算，细化了毛细管相关参数。其中，平均迂曲度可以使用如下的计算式：

φ—岩心的孔隙度，小数；

原油在储层流动时，蜡可能会发生沉积并以薄膜的形式附着在岩石孔隙表面，如果假设蜡在毛细管壁上均匀地附着，可以通过预测沉积量来推测毛细管径的变化。图2 展示了该过程的等效示意图。假蜡沉积的体积为，蜡沉积后后地层的渗透率、地层的孔隙度和毛细管半径分别变为

图2 孔喉蜡沉积

同时假设比面的变化可以忽略不计，则 ：

石蜡沉积后的毛细管半径计算公式如下（3-11）式：

石蜡沉积后的地层孔隙度计算公式如下（3-12）式：

把(3-10)式带入上式得：

常用的渗透率模型有Kozeny-Carman 水力毛细管模型、Kozeny-Carman 毛细管修正模型、多参数幂律模型、网络节点模型、流动效率模型和Fair-Hatch模型等。其中，多参数幂律模型是应用最广的模型之一。（3-15）式为Civan 在考虑多孔介质结构特性、有效孔隙度以及各类垢等影响因素上，所提出的改进的幂律模型。

式中：下标min 和max 的物理量—分别表示这项物理量的最小值和最大值；

C—分形系数；

A—毛细管横截面积，cm2；

V—孔隙间流体流动速率，m/s。

4 结 论

油藏蜡沉积是油气系统内因和外因素综合作用的结果，其中内因为油气系统组成，外因为油藏开发过程中的各项措施所引起的油藏油气系统的温度和压力变化。对于高含蜡油藏在投入生产时，清防蜡工作应该贯穿整个生产过程。同时可以使用蜡沉积预测模型去预测油藏不同生产条件下蜡沉积相关温度和沉积量，使用蜡沉积伤害模型去预测清防蜡时机。蜡沉积伤害模型的精确度依赖于蜡沉积量的精确度和多孔介质建模。对蜡的浊点、倾点和析蜡点的实验预测结果可以对蜡沉积的热力学模型进行校正，同时原油的碳数分布的精确预测可提高蜡沉积量的预测结果。对于蜡固液平衡预测可以使用SP-Wax 软件进行模拟，蜡沉积行为可用分子动力学模拟[23-24]。在建立储层多孔介质模型建模，可以参考最先进的油藏多孔介质三维建模并结合实验进一步改进模型的精确度，使得模型更贴合实际的初始储层。