油氣田不明物質分析方法與應用

南 源 陳金定 馬雙政 陳小娟 張耀元 楊寶偉 王冠翔 鐘鴻鵬 李志蘭

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，廣東 湛江524057）

在油氣田開發生產過程中，井壁、管線流程、罐體、采油閥門等部位可能會出現無機垢、有機垢、添加劑、失效件、泥砂等物質。這些物質有的可能造成流動阻力增加、引起管線局部腐蝕外還可能造成堵塞，產液下降，給油氣田生產帶來極大的危害。

有不少文獻中將這些物質定義為垢樣。由于在油氣田開發生產中會取到的這些物質種類較多、成分不明，而不是僅僅是垢樣。為了方便油田開發生產管理，因此筆者將這些物質統一定義為不明物質。若能準確鑒別各種不明物質的成分，從而能夠分析不明物質的成因，繼而對采取有效的預防和治理措施有著重要的指導作用。

1 實驗設備、材料及方法

1.1 主要實驗儀器

實驗儀器：iCAP7400 光譜儀，美國熱電公司；Ultima IVX 射線衍射儀 日本理學；電子探針顯微分析儀, 日本電子JXA8230；Axio Imager.A2m偏光顯微鏡 德國蔡司；SX2-5-12 馬弗爐，上海實焰；FD023 烘箱，德國賓得；YS 全自動多功能抽提儀抽提儀,德國福里茨。

1.2 實驗試劑

鹽酸、氫氟酸、硝酸、石油醚、苯、三氯甲烷

1.3 主要參考標準

SY/T 5523-2016 油田水分析方法；SL394.1-2007 鉛、鎘、釩、磷等34 種元素的測定- 電感耦合等離子體發射光譜法；SY/T 5163-2018 沉積巖中粘土礦物和常見非粘土礦物X射線衍射分析方法；SY/T 6027-2018 巖石礦物電子探針定量分析方法；SY/T 7550-2012 原油中蠟、膠質、瀝青質含量的測定；SY/T5119-2016巖石中可溶有機物及原油族組分分析。

2 不明物質分析步驟

對不明物質分析，首先應了解不明物質的信息，包括分析不明物質來自于哪個系統、設備及部位，從而推測不明物質的可能包含哪些成分，然后有針對性的選取樣品前處理及實驗分析方法。同時應結合油田開發生產需要，合理的選擇實驗內容。

2.1 有機不明物質

對于有機不明物質，稱取一定量的該物質，用本井或油田的原油稍加熱對其進行溶解，若全部溶解則可以判斷物質為來自該井原油的組分，通過原油組分分析可以得到該物質的各組分含量。若有部分不溶，則判斷該物質可能有聚合物，對不溶的部分用正己烷溶解進行溶解，通過液相色譜進行分析進行定性確認。

表1 沉淀物中主要金屬元素含量

表2 沉淀物電子探針分析結果

2.2 無機不明物質

定量選取一部分該物質開展巖石薄片鑒定、重礦物鑒定、X- 衍射全巖分析從而可以得到各礦物的定量分析結果。同時對該物質進行烘干并稱重，通過加過量的鹽酸進行溶解，對溶解液用ICP 光譜儀進行元素定量分析，對鹽酸不溶解物質進行烘干并稱重，并用過量的氫氟酸溶解，溶解部分則可以得到長英質、泥質、重礦物等的含量，不溶部分則為鉆井液添加重晶石和鋇鍶垢等含量。結合酸溶實驗和巖石薄片、X- 衍射全巖分析等實驗結果則可以對該無機不明物質進行定量分析。

2.3 有機物和無機混合不明物質

多數時候，油氣田不明物質為無機和有機混合物，這時首先需要通過族組分分析，將無機部分和有機部分分離并分別定量，然后在結合2.1 和2.2 中的步驟進行不明物質成分定量分析。

3 典型油氣田不明物質分析案例與應用

3.1 沉淀物分析

樣品為某注入水與地層水混合后產生的黑色懸浮物，用濾紙過濾得到黑色固體粉末放置一段時間后該沉淀物由黑色變為黃褐色。對該不明物質分別采用酸溶實驗、電子探針、X-衍射實驗進行成分分析，分析結果如下：3.1.1 元素分析。將樣品在105℃條件下，加熱烘干。準確稱取0.5000g垢樣，用硝酸濕法敞口杯消解。并對消解液通過ICP 光譜儀進行元素含量分析，得到各主要元素分析見表1。3.1.2 電子探針（能譜）實驗結果。對沉淀物用氯仿進行洗油處理并烘干，然后用電子探針（能譜）分析，結果見表2 和圖1、圖2。由電子探針結果可知，組成沉淀物的元素主要包括C、O、Na、S、Cl、Ca、Fe；分析認為垢樣的主要成分為碳酸鹽、磁鐵礦、石鹽、硫化亞鐵。3.1.3 顯微拍照鑒定。對洗油處理后的沉淀物烘干并進行顯微拍照鑒定，如見圖3- 圖6。

3.2 油泥樣分析

樣品為電脫水罐內油泥，為黃褐色泥沙狀物質。分析步驟為首先采用氯仿抽提，分析可溶有機物含量，得到其可溶有機物含量為12.15%，不可溶無機物占87.85%。樣品在600℃馬弗爐高溫下煅燒，除去有機物；取部分除油烘干后的垢樣，加入鹽酸加熱攪拌，樣品無明顯反應，推測油泥樣中不含能與鹽酸發生反應的物質。取部分洗油烘干后的垢樣，進行全巖X- 衍射分析分析結果見圖7；通過全巖X衍射試驗結果表明，除油后的無機物中主要為65%為SiO2，35%為CaSO4。

3.3 某注水管線結垢物分析

該樣品為黑色有沙粒狀液態流體物質，采用氯仿抽提分析可溶有機物含量得到其可溶有機物含量為21.43%，不可溶無機物占78.57%。再采用高溫煅燒的除油方式獲取不溶物，取部分除油烘干后的垢樣，加入鹽酸加熱攪拌，發生反應樣品大部份溶解，溶液呈淺綠色，推測垢樣中含能與鹽酸發生反應的物質并能產生二價鐵離子，取部分洗油烘干后的垢樣，進行全巖X衍射分析分析結果見圖8；通過全巖X衍射試驗結果表明，無機垢樣主要為含鐵化合物，其中Fe2O3的含量為63%，Fe3O4含量為17%，FeSO4含量為20%。

4 結論

石油行業中尚未制定油氣田不明物質分析的標準。本文總結了油氣田不明物質分析的步驟與實驗方法、并結合油氣田常見的不明物質進行了分析。在實際工作中應結合油田開發生產需要，合理的選擇實驗內容。該方法能夠準確、快速地對油氣田不明物質定性、定量分析，為油氣田出砂、管線堵塞、腐蝕結垢等問題的防治措施提供了基礎數據支持。

圖1 電子探針選擇打點位置圖

圖2 電子探針選擇打點位置圖

圖3

圖4

圖5

圖6

圖7 油泥X- 衍射分析圖譜

圖8 注水管線結垢物X- 巖石分析譜圖