延長油田喬家洼油區CO2驅瀝青質沉積規律研究

楊永超，尚慶華，王玉霞，黃春霞，余華貴，王賀誼

(1.陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院，陜西西安 710075；2.西北大學地質學系)

延長油田喬家洼油區CO2驅瀝青質沉積規律研究

楊永超1，尚慶華1，王玉霞2，黃春霞1，余華貴1，王賀誼1

(1.陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院，陜西西安 710075；2.西北大學地質學系)

摘要：為了明確延長油田喬家洼油區CO2驅油藏瀝青質沉積條件和規律，以該試驗區油藏條件為基礎，開展了原油和CO2不同物質的量比條件下的瀝青質沉積實驗。研究結果表明：隨著壓力的增加，CO2與原油作用產生的瀝青質沉積量先是緩慢增加，然后大幅上升，直到變化不再明顯。瀝青質沉積點壓力隨CO2含量的增加而降低，兩者幾乎成線性變化關系。因此，在CO2驅油過程當中，注入井近井地帶和混相驅的混相帶是容易產生瀝青質沉積的地方，易造成儲層傷害。

關鍵詞：延長油田；喬家洼油區；CO2驅；瀝青沉積

隨著油田勘探開發的不斷深入，三次采油技術得到越來越普遍的應用。CO2驅油技術作為三次采油技術的重要組成部分，在開采低滲透油藏方面有著很大的優勢。它不僅可以降低界面張力，降低原油黏度，改善不利的流度比，還可以補充地層能量，起到溶解氣驅的作用。同時，將CO2注入地層，可以實現有效封存，減少碳排放，對改善全球氣候環境具有重要意義[1-4]。延長油田油藏多屬低滲、特低滲油藏，CO2驅油潛力巨大。經過前期的充分調研和立項，再到試驗區的篩選和室內評價研究，目前延長油田已經開展了CO2驅礦場先導性試驗。不過，據國內外油田開發生產實踐證明，在CO2注入過程中，注入氣與原油重質組分的相互作用往往會產生瀝青質沉積，造成地層傷害，甚至嚴重影響生產[5-7]。雖然目前關于注CO2瀝青質沉積方面的研究很多[8-11]，但由于每個油田的情況不同，油藏溫度和原油組成等參數各有差異，延長油田注CO2產生瀝青質沉積的程度和趨勢并無法從已有研究中得知。因此，本文緊密結合延長油田喬家洼CO2驅油試驗區的油藏特點，開展了不同CO2濃度和不同系統壓力下瀝青質沉積規律的研究，以期為延長油田CO2驅油試驗取得好的效果提供技術支持。

1實驗裝置與方法

1.1實驗儀器與裝置

超高壓全可視PVT分析儀，多功能原油脫水實驗儀(DWY-1A型)，恒溫箱(HH.B11-600型)，超聲波清洗儀，高壓容器，精密天平，量筒，錐形瓶等。

1.2實驗用品

CO2氣體：純度99.95%，北京氦普北分氣體工業有限公司生產；正戊烷：分析純，北京化學試劑廠生產；纖維素濾膜：北京北化黎明膜技術有限公司生產；原油：取自延長油田喬家洼油區。

1.3實驗方法

(1)原油的預處理。原油經過儲存、運輸、溫度的變化之后，其各項特性可能產生差異，為了確保每次實驗使用的原油具有相同的特性，確保實驗數據具有良好的重復性，原油在實驗前必須進行預處理，使處理后原油含水率達到要求。具體操作方法為：首先，現場采出的原油含水率很高，為了使實驗條件統一，使用DWY-1A型多功能原油脫水實驗儀，在電壓為380V、溫度60 ℃的條件下油脫水60min，將采出的原油進行電脫水，使原油含水率小于0.5%。然后，將油樣盛入帶塞容器內，將容器放入60 ℃烘箱恒溫12h，依靠分子的熱運動瓶內原油會達到均勻狀態。最后，取出容器，自然冷卻到室溫后，再在常溫下存放48h以上。此時，油樣預處理完成，可以用于實驗。油樣經過這樣預處理，在實驗中具有良好的可重復性。

(2)瀝青質沉積實驗。取預處理后的原油20mL放入已經清洗干凈的超高壓全可視PVT分析儀內，通入CO2達到設定壓力，將儀器設定為恒壓模式。將PVT分析儀倒立設置，以便瀝青質沉積在可視石英窗上。保持恒定溫度44 ℃，反應72h。反應結束后將高壓容器連接在PVT分析儀上，打開開關取得PVT分析儀內的原油樣品。

(3)瀝青質含量的測定。取反應后的油樣5.00g，首先經過過濾除掉不溶物及雜質后，用干凈錐形瓶接受濾液，并稱瓶與濾液總質量。然后按照1.00g原油中加入40mL正戊烷的比例用量筒量取一定量的正戊烷，將稱量好的原油和正戊烷按照比例加入到錐形瓶中，振蕩均勻后，用保鮮膜封蓋錐形瓶瓶口，將處理好的錐形瓶放于超聲波清洗儀中振蕩，每次振蕩5min，共振蕩4次即可，保證原油和正戊烷充分的混合均勻。振蕩結束后，將錐形瓶放置在黑暗處靜置沉淀，經過24h后，用0.45μm的纖維素膜過濾，在過濾進行中還要用正戊烷連續沖洗濾膜上的沉淀物，原則是少量多次，直至流出液呈無色，然后將所得沉淀物放置在45 ℃的真空烘箱中進行干燥，在干燥過程中要用保鮮膜將其蓋住，干燥結束后，稱重得到與CO2作用后原油中的瀝青質含量。

2結果與討論

本次實驗測定了CO2與原油物質的量比分別為50%、75%和90%時，原油與CO2作用后重組分瀝青質含量和沉積量的變化規律，確定了不同CO2濃度下原油瀝青質的沉積點，具體實驗結果如圖1、圖2所示。

圖1　不同CO2含量下瀝青質含量隨壓力的變化關系

由圖1、圖2可以看出，原油中的瀝青質含量隨系統壓力的增加而降低，相對沉積量隨系統壓力的增加而增加。在壓力低于15MPa時，原油中的瀝青質含量隨壓力上升變化幅度較小；也即在此壓力范圍內，瀝青質隨壓力的上升沉積量增加的幅度較為平緩。隨著系統壓力的增加，在壓力從15MPa升至27MPa的過程中，瀝青質含量減小的幅度陡然增大，瀝青質隨壓力增加沉積非常明顯。當系統壓力繼續增加時，由于原油中的瀝青質含量有限，沉積量再增加的幅度變小，甚至不再變化。另外還可以看出，CO2濃度的增加對原油瀝青質的沉積起到了促進作用，也即同一系統壓力下，CO2的含量越高，瀝青質的沉積量越大。

圖2　不同CO2含量下相對沉積量隨壓力的變化關系

分析認為，造成上述現象的原因是：對于特定的原油和CO2混合體系，當溫度一定時，壓力和CO2含量都將對原油中瀝青質的沉積產生影響，且壓力起主導作用。隨系統壓力增加，越來越多的CO2溶解到原油中，由于CO2分子體積較小，CO2不斷擠占了包裹在瀝青質外面起穩定作用的膠質的空間位置，使得穩定瀝青質的膠質不斷從瀝青質顆粒表面游離出來溶解于原油中，從而導致瀝青質沉淀出來。CO2與原油的作用強度隨著壓力的增加而增加，且當壓力超過某一值時發生陡升拐點。

對于特定的原油和CO2含量，當系統壓力較小時，CO2與原油作用產生的瀝青質沉積不明顯，隨著壓力的增加，沉積明顯(相對沉積量達到8%左右)，此時的壓力即為該條件下瀝青質的沉積點。原油瀝青質的沉積點受CO2含量的影響，由實驗數據結果繪制瀝青質沉積點隨CO2含量的變化關系如圖3所示。

圖3　瀝青質沉積點隨CO2含量的變化關系

從圖3可以看出，瀝青質沉積點壓力隨CO2含量的增加而降低，且兩者幾乎成線性關系。因此在現場CO2驅油過程當中，注入井近井地帶CO2含量高、壓力高，極易產生瀝青質的沉積，導致滲透率和注入能力的下降。另外對于CO2混相驅，混相帶CO2與原油混合充分，也是容易產生瀝青質沉積的地方，造成儲層的傷害。

3結論

(1)對于原油和CO2混合體系，當壓力在較低范圍內(本文為小于15MPa)時，原油中瀝青質含量隨壓力增加而降低的幅度較小；當壓力超過該范圍值時，隨著壓力的增加，瀝青質沉積的幅度加大；壓力繼續增加超過某一值(本文為27MPa)時，瀝青質沉積量變化不再明顯。

(2)瀝青質沉積點壓力隨CO2含量的增加而降低，即CO2含量的增加對原油瀝青質沉積起促進作用，兩者幾乎成線性變化關系。

(3)在CO2驅油過程當中，注入井近井地帶和混相驅的混相帶是容易產生瀝青質沉積的地方，可能造成儲層的傷害。

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編輯：李金華

文章編號：1673-8217(2016)02-0142-03

收稿日期：2015-10-28

作者簡介：楊永超,高級工程師，1967年生，1989年畢業于江漢石油學院石油地質專業，主要從事油田開發及提高采收率方面的研究工作。

基金項目:國家科技支撐計劃“陜北煤化工CO2捕集、埋存與提高采收率技術示范”(2012BAC26B00) 資助。

中圖分類號：TE341

文獻標識碼：A