準噶爾盆地南緣高探1井生產管柱凝結物分析與沉淀機理研究

杜宗和，伍喆，李雪斌，楊曉儒，郭驍

準噶爾盆地南緣高探1井生產管柱凝結物分析與沉淀機理研究

杜宗和1，伍喆1，李雪斌1，楊曉儒1，郭驍2

（1. 中國石油新疆油田公司勘探事業部，新疆 克拉瑪依 834000； 2. 長江大學，湖北 武漢 430100）

準噶爾盆地南緣GT1井在試產、更換完井管柱過程中，在油嘴處及油管內壁見凝結物，為探究凝結物成分與其沉淀機理，通過實驗分析凝結物主要成分，判斷其主要成分為瀝青質，并對瀝青質的理化性質及其沉淀機理做理論研究。

井筒凝結物；石油瀝青質；沉淀機理

準噶爾盆地南緣西段四棵樹凹陷高泉東背斜部署的風險探井高探1井于白堊系清水河組底部獲高產工業油氣流，其中13.0 mm油嘴試產，油壓37.71~32.40 MPa，套壓25.70~24.87 MPa，日產油 1 212.96 m3，日產氣32.170×104m3，流壓76.77 MPa，流溫160.5 ℃。本井試產過程中，放大油嘴后，油壓、產量快速穩定，表明儲層壓力高、物性好，有高產的潛力。通過預測數據與實際試產數據進行對比，誤差均小于10%，確保了油藏的高效、快速發現，助力南緣勘探實現重大突破。不過，本井在試產、更換完井管柱過程中，在油嘴處及油管內壁見凝結物，本文旨在對管柱凝結物進行分析，為后續生產提供安全保障。

1 井筒凝結物成分實驗

油管內壁凝結物如圖1所示，分析結果顯示以油為主，含泥粉砂質；井底篩管凝結物如圖2所示，以粉細砂質為主，少量油。針對殘存物中油組分開展族組分、含蠟分析；針對殘存物中砂組分開展薄片、能譜、電鏡、固含量、粒度分析。

圖1 油管內壁凝結物

圖2 試采管柱篩管內凝結物

采用國家標準SY/T 7550-2012測定原油中膠質、瀝青質和蠟的含量。樣品經蒸餾后，用正庚烷加熱溶解沉淀，過濾出不溶物。用正庚烷回流除去不溶物中的油蠟和膠質后，用甲苯回流溶解瀝青質，除去溶劑，得到瀝青質含量。另一份樣品在石油醚中溶解，蒸餾后用苯溶劑洗滌。采用氧化鋁柱對油蠟進行分離。然后以苯丙酮為脫蠟溶劑，在20 ℃溫度下用冷凍結晶法測定原油中的蠟含量，通過減法計算出含膠量。測量過程如圖3所示。

圖3 原油中蠟、膠質和瀝青質含量測定流程圖

油管殘存物油分析結果見表1。

表1 油管殘存物油族組分特征表

采用國家標準GB11901-89其中懸浮法測定油管殘存物固含量，稱取定量樣品，用100 mL苯溶解，真空抽濾，記錄濾膜前后增重，計算含固量。

式中：—水中懸浮物濃度，mg/L；

—懸浮物加濾膜加稱重瓶重量，g；

—濾膜+稱重瓶重量，g；

—試樣體積。

油管殘存物含砂量為30.88%，主要成分為石英和長石。

篩管殘存物粉砂含量明顯增加，含量約65%。粒徑小于0.02 mm。成分見：石英、長石、泥質、方解石、鐵質、炭質，與高探1井5 768～5 770 m巖屑成分相似。此殘存物可能為地層物質。

通過實驗分析高探1井井口凝結物主要是原油（瀝青質）混微量砂，井底凝結物主要為原油和地層砂的混合物。油嘴處凝結物成分以膠質、瀝青質為主，油管內壁凝結物成分以瀝青質和地層砂為主。

2 瀝青質基本性質

瀝青質是可以在原油中溶解且質量較大的組分，并不能被類似于正庚烷的輕質溶液溶解。瀝青質中包含著眾多的原子，比如C、H、Y、S、N這些原子。瀝青質由三種成分組成，其一是芳烴；其二是膠體懸浮液，局部分散在穩固的非極性樹脂；其三是原油的軟瀝青質。由于瀝青質的組成十分復雜，所以造成了其物理和化學性質的極其繁雜。

之前的研究認為，關于石油瀝青質的結構是多種方式的分析結果，由于其復雜性與方法不統一，所以得到的結果也各不相同。主要基于油氣骨架結構模型有兩個部分，其一是由縮合芳環組成的芳香片，其二是由烷基組成的官能團。瀝青質的分子結構并不單一，且瀝青質的分子量決定于測試溶劑的極性，極性越弱，分子量越大。圖4為瀝青質結構圖。

圖4 瀝青質結構圖

研究瀝青質性質的重點一直未變，就是瀝青質分子量的測量。測試方法及其所測分子量如圖5所示。

圖5 不同測量方法下的瀝青質分子量

原油瀝青質使用互相靠近的方法使自身分子量變大，這種瀝青質的粒徑約在4～24納米之間，利用沉淀劑促使其分子聚集，那么瀝青質的分子量就會增大，使用性能更為良好的沉淀劑所獲得的瀝青質分子量約在900~3 000。瀝青質的分子量常常隨著溫度與濃度變化，這是由于瀝青質自身具有分散性與自締合性。

3 瀝青質的沉積機理

現在一般認為瀝青質的沉淀就是其固體粒子的集合沉積，沉積一般有四個階段：沉淀、聚集、表面接觸和黏附，大分子的瀝青質能夠吸附在接觸表面。沉積的四個階段如示意圖6所示。

圖6 瀝青質沉積過程

瀝青質自締合作用是在非水體系中進行的，作用機理尚不十分明確，但可以確定驅動力主要來自偶極相互作用、電荷轉移、范德瓦爾斯和氧鍵等分子間作用力。

目前，學術界對瀝青質沉淀機理有三種基本觀點：一是基于以瀝青質為原油膠質組分的膠體溶液理論，體系中分散相的核心是瀝青質，膠質附著在瀝青質上，從而形成膠束分散在油中，如圖6所示。由于外界環境的變化，膠體平衡條件被破壞，沉淀過程是不可逆的。

圖7 瀝青質膠束溶液

二是溶液理論，以瀝青質為固相溶質，以瀝青質和蠟以外的原油為溶劑。認為瀝青質以分子形式溶解在原油中，如圖7所示。沉淀過程類似于熱力學可逆過程，大多數瀝青質沉淀和溶解實驗都證實了這一點。

圖8 瀝青質分子溶液

三是瀝青質沉淀是部分可逆的。瀝青質的沉淀過程往往發生在多孔介質中。瀝青質的聚集主要來自范德華力與π-π相互作用、偶極相互作用、電荷轉移、氫鍵和其他分子間作用力。瀝青質與接觸面在流動過程中的黏附主要取決于范德華力、靜電和水動力條件的共同作用。

4 結論與認識

（1）通過實驗證明高探1井井口凝結物主要是原油（瀝青質）混微量砂，井底凝結物主要為原油和地層砂的混合物。

（2）研究分析瀝青質沉積機理。認為沉積原因是隨著原油開采過程中，溫度和壓力均有所下降，從而導致輕質組分揮發，溶解于輕質油中的蠟、膠質、瀝青質的溶解度明顯下降，從而使輕質油中溶解的膠質、瀝青質、蠟析出，并吸附在管壁上，逐漸堆積。

（3）目前清管采用機械方法，即連續油管清管解堵，了解凝結物沉積原因，為后續化學分散劑的研究打下理論基礎。

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Condensate Analysis and Precipitation Mechanism Research in Production Pipe Column in GT 1 Well in the Southern Margin of Junggar Basin

11112

（1. PetroChina Xinjiang Oilfield Company, Xinjiang Karamay 834000, China;2. Yangtze University, Hubei Wuhan 430100, China）

In the process of production test and replacement of completion string of well GT1 in the south margin of Junggar basin, condensate was found at the nozzle and the inner wall of tubing. In order to explore the composition of condensate and its precipitation mechanism, the main composition of condensate was analyzed by condensate composition experiment, and the main composition was determined as asphaltene, and the physical and chemical properties and precipitation mechanism of asphaltene were studied.

wellbore condensate; petroleum asphaltene; sedimentation mechanism

2019-11-14

杜宗和（1984-），男，工程師，畢業于中國石油大學，現從事油氣勘探工作。

郭驍（1996-），男，長江大學研究生在讀，研究方向：鉆柱力學。

TE353

A

1004-0935（2020）02-0173-03