姜彬，邱凌，李雪，楊勝來(lái)，李珂，陳翰

（1. 中海油研究總院；2. 中國(guó)石油大學(xué)（北京））

0 引言

析蠟點(diǎn)是決定地層條件下原油是否析蠟的關(guān)鍵參數(shù)，地層溫度低于析蠟點(diǎn)時(shí)，石蠟析出，原油黏度升高，地下滲流條件變差，影響原油采收率。對(duì)于注水開發(fā)高凝油藏，地層含氣原油析蠟點(diǎn)是確定合理注水溫度的重要指標(biāo)。

目前，國(guó)內(nèi)外常用的原油析蠟點(diǎn)[1-4]測(cè)試方法主要針對(duì)地面脫氣原油，部分測(cè)試方法[5-9]可實(shí)現(xiàn)壓力較高條件下脫氣原油的析蠟點(diǎn)測(cè)試；而對(duì)地層條件下含氣原油的析蠟點(diǎn)測(cè)試方法相對(duì)較少，文獻(xiàn)[10]描述了一種利用激光法測(cè)試地層條件下含氣原油析蠟點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)，但對(duì)顏色較深、透光性差的原油并不適用。本文利用超聲波在不同介質(zhì)中傳播的聲學(xué)特性，探索利用超聲波測(cè)試地層含氣原油析蠟點(diǎn)的新方法，并對(duì)國(guó)外某高凝油藏原油樣品析蠟點(diǎn)進(jìn)行了測(cè)試，為指導(dǎo)該高凝油藏的合理開發(fā)提供了依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)原理

超聲波脈沖[11-12]包含多個(gè)頻率成分，在單一介質(zhì)中傳播時(shí)，其主頻成分首先衰減，并以吸收衰減為主。原油析蠟時(shí)，隨著固體蠟晶從原油中析出，初始單相體系逐漸變?yōu)楣桃簝上囿w系，隨著散射衰減對(duì)超聲波的影響增強(qiáng)，觀察到的首波頻率也將發(fā)生變化，拐點(diǎn)即為析蠟點(diǎn)。若忽略測(cè)試過程中聲束擴(kuò)散衰減的影響，析蠟前后原油中聲波的衰減系數(shù)[13-14]可表示為：

析蠟前，

析蠟后，

式中 α——衰減系數(shù)，dB/cm；f0——析蠟前超聲波首波頻率，Hz；f1——析蠟后超聲波首波頻率，Hz；C1——吸收衰減系數(shù)，(dB·s2)/cm；C2——散射衰減系數(shù)，(dB·s4)/cm。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及流體樣品

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

超聲波測(cè)試原油析蠟點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由注入系統(tǒng)、超聲波發(fā)射接收系統(tǒng)、超聲波數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及計(jì)量系統(tǒng)組成。注入系統(tǒng)包括高精度計(jì)量泵（ISOC泵）、回壓泵；超聲波發(fā)射接收系統(tǒng)包括 YBH-1超聲波測(cè)試裝置和 2個(gè)可直接伸入高壓平衡釜（由夾持器夾持）的超聲波探頭；超聲波數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括超聲波頻率轉(zhuǎn)換裝置和數(shù)據(jù)處理器；計(jì)量系統(tǒng)包括壓力表、電子溫度計(jì)（可精確至 0.1 ℃）等。實(shí)驗(yàn)裝置連接見圖1。

圖1 超聲波測(cè)原油析蠟點(diǎn)流程圖

2.2 油田概況及樣品性質(zhì)

K油田位于東非裂谷西支北端，屬于邊水半背斜層狀砂巖油藏，儲(chǔ)集層為扇三角洲分流河道沉積，埋深2 100～2 600 m，主力層物性較好，孔隙度為15%～30%，滲透率為（100～3 600）×10?3μm2，平均 1 500×10?3μm2。主力層原始地層壓力22.8 MPa，地層溫度為86 ℃，飽和壓力為8.8 MPa，地層條件下原油黏度為3.53 mPa·s，溶解氣油比約45 m3/m3，含蠟量為 29.8%，凝固點(diǎn)為45 ℃，具有高含蠟、高凝固點(diǎn)的特征，屬于典型的高凝油藏。

本次實(shí)驗(yàn)樣品取自K-1井2A層，取樣方式分別為井下中途測(cè)試取樣和地面油罐取樣，即地層含氣原油和地面脫氣原油，其樣品性質(zhì)見表1。

表1 K油田高凝原油性質(zhì)

2.3 測(cè)試流程

①檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，試壓，預(yù)試驗(yàn)；調(diào)節(jié)超聲波裝置初始參數(shù)：發(fā)射電壓1 000 V；脈沖寬度1 μs。測(cè)得脫氣原油樣品初始衰減系數(shù)39 dB/cm，含氣原油樣品初始衰減系數(shù)63 dB/cm。

②將夾持器中的高壓平衡釜（體積為205 mL）抽真空，通過ISOC泵將原油樣品泵入其中。

③將恒溫箱溫度升至88 ℃，并恒溫10 h。

④對(duì)夾持器兩端分別加壓至10.6 MPa、15.8 MPa和22.8 MPa，并分別穩(wěn)定5 h。每組實(shí)驗(yàn)完成后，須升溫至熔蠟溫度以上，直至蠟重新熔進(jìn)樣品中，并在指定壓力下穩(wěn)定5 h后開始降溫。

⑤采用恒速降溫方式（約1 ℃/h）逐步降低體系溫度，通過超聲波數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，記錄并處理降溫過程中接收端超聲波頻率的變化。

⑥分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算析蠟點(diǎn)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比與分析

3.1 地面脫氣原油析蠟點(diǎn)

測(cè)試結(jié)果表明，對(duì)于常壓（0.1 MPa）脫氣原油，隨著原油溫度的降低，聲波頻率的變化趨勢(shì)分為 2個(gè)階段（見圖 2）：超聲波首波頻率先保持不變，然后隨溫度持續(xù)下降，首波頻率呈上升趨勢(shì)。根據(jù)降溫過程中首波頻率的變化規(guī)律，將溫度與首波頻率曲線進(jìn)行分段擬合，得到頻率隨溫度變化的拐點(diǎn)為63.78 ℃，即地面脫氣原油的析蠟點(diǎn)為63.78 ℃。

為進(jìn)一步驗(yàn)證超聲波方法測(cè)定析蠟點(diǎn)的可靠性，采用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)法、差示熱流掃描（DSC）法、壓差法及冷指法等4種國(guó)內(nèi)外常見方法對(duì)K-1井地面脫氣原油樣品析蠟點(diǎn)進(jìn)行了測(cè)定，測(cè)定結(jié)果分別為63.44 ℃、65.67 ℃、63.00 ℃、65.00 ℃，超聲波方法與這4種方法的測(cè)量誤差在2 ℃以內(nèi)。

圖2 常壓下脫氣原油溫度與首波頻率關(guān)系曲線

需要特別指出的是，為達(dá)到儀器的最小量程，采用上述 4種方法測(cè)試時(shí)，要求原油體系中析出少量的石蠟晶體，如旋轉(zhuǎn)黏度儀法測(cè)定的原油樣品含蠟量需大于 5%；若要滿足DSC方法對(duì)放熱量測(cè)量精度的要求，則需要體系中積累一定量的固體蠟；同樣，要觀測(cè)到壓差法中濾網(wǎng)兩端壓差的明顯變化以及冷指法中肉眼可分辨的析蠟層，都必須以少量蠟析出為前提。因此，采用這些方法獲得的析蠟點(diǎn)通常稱為“整體”析蠟點(diǎn)，并非第 1顆蠟晶出現(xiàn)的溫度，而該“整體”析蠟點(diǎn)已被證實(shí)可以滿足地面工程設(shè)計(jì)的要求。與上述 4種常用方法類似，超聲波方法在測(cè)試過程中同樣要求原油體系中析出少量的石蠟晶體。

3.2 地層含氣原油析蠟點(diǎn)

地層壓力下（22.8 MPa），含氣原油聲波頻率隨溫度變化規(guī)律與脫氣原油相同，超聲波首波頻率隨溫度降低的階段性變化明顯：原油溫度由 86.0 ℃降低到60.11 ℃，首波頻率基本保持在145 kHz左右，隨后繼續(xù)降溫，首波頻率明顯上升，表明原油中的蠟開始析出，因而判斷該含氣原油樣品在地層壓力下的析蠟溫度為60.11 ℃（見圖3）。該溫度比地面常壓下的脫氣原油析蠟溫度（63.78 ℃）低約3.7 ℃，說(shuō)明溶解氣的存在對(duì)原油析蠟點(diǎn)有一定影響，常用的地面原油析蠟點(diǎn)不能準(zhǔn)確判斷地層條件下含氣原油是否析蠟。

圖3 地層壓力下含氣原油溫度與聲波首波頻率關(guān)系

3.3 不同壓力下原油析蠟點(diǎn)

為進(jìn)一步研究壓力對(duì)析蠟溫度的影響，本實(shí)驗(yàn)分別對(duì)10.6 MPa、15.8 MPa和22.8 MPa 壓力下K-1井同層位的含氣原油和脫氣原油的析蠟點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。由圖 4可見，壓力對(duì)原油析蠟點(diǎn)具有明顯影響，隨著壓力降低，含氣原油和脫氣原油的析蠟點(diǎn)均呈降低趨勢(shì)，且相同壓降下，含氣原油析蠟點(diǎn)的降低程度略小于脫氣原油。

圖4 不同壓力下含氣原油與脫氣原油析蠟點(diǎn)對(duì)比

由圖4和表2可見，相同壓力條件下，含氣原油析蠟點(diǎn)比脫氣原油低8 ℃左右，說(shuō)明溶解氣對(duì)原油析蠟有明顯的抑制作用。

表2 K油田不同壓力下含氣原油與脫氣原油析蠟點(diǎn)對(duì)比

4 結(jié)論及建議

建立了利用超聲波測(cè)試原油析蠟點(diǎn)的新方法，可適用于含氣和脫氣原油析蠟點(diǎn)的測(cè)量，且不受原油顏色限制。該方法能夠有效克服常規(guī)方法在含氣原油析蠟點(diǎn)測(cè)試中的不足，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地層條件下含氣原油析蠟點(diǎn)的測(cè)定。以K油田為例，超聲波方法測(cè)得的地層含氣原油析蠟點(diǎn)比地面脫氣原油析蠟點(diǎn)低約3.7 ℃，因此，采用常規(guī)測(cè)試方法獲得的地面原油析蠟點(diǎn)判斷地層條件下的原油析蠟與否比較保守。

壓力和溶解氣對(duì)原油析蠟溫度影響較大，不同壓力下原油析蠟溫度不同，隨著壓力降低，脫氣原油和含氣原油的析蠟點(diǎn)均呈降低趨勢(shì)。但相同壓力條件下，脫氣原油的析蠟溫度則明顯高于含氣原油。

利用超聲波方法測(cè)得的析蠟溫度為“整體”析蠟溫度，可直接用于指導(dǎo)地面工程設(shè)計(jì)，但由于“整體”析蠟點(diǎn)以一定量蠟析出為前提，因此該溫度是否影響多孔介質(zhì)中原油的流動(dòng)，仍待室內(nèi)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)的論證。為防止原油析蠟對(duì)地層物性的傷害，建議高凝油田注水開發(fā)過程中，應(yīng)盡量將注入水井底溫度保持在地層含氣原油的析蠟溫度以上，對(duì)于K油田，應(yīng)保持注入水井底溫度在60.11 ℃以上。

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