楊永超，尚慶華，王玉霞，黃春霞，余華貴，王賀誼

(1.陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075；2.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系)

延長(zhǎng)油田喬家洼油區(qū)CO2驅(qū)瀝青質(zhì)沉積規(guī)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(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075；2.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系)

摘要：為了明確延長(zhǎng)油田喬家洼油區(qū)CO2驅(qū)油藏瀝青質(zhì)沉積條件和規(guī)律，以該試驗(yàn)區(qū)油藏條件為基礎(chǔ)，開展了原油和CO2不同物質(zhì)的量比條件下的瀝青質(zhì)沉積實(shí)驗(yàn)。研究結(jié)果表明：隨著壓力的增加，CO2與原油作用產(chǎn)生的瀝青質(zhì)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(zhì)沉積點(diǎn)壓力隨CO2含量的增加而降低，兩者幾乎成線性變化關(guān)系。因此，在CO2驅(qū)油過程當(dāng)中，注入井近井地帶和混相驅(qū)的混相帶是容易產(chǎn)生瀝青質(zhì)沉積的地方，易造成儲(chǔ)層傷害。

關(guān)鍵詞：延長(zhǎng)油田；喬家洼油區(qū)；CO2驅(qū)；瀝青沉積

隨著油田勘探開發(fā)的不斷深入，三次采油技術(shù)得到越來越普遍的應(yīng)用。CO2驅(qū)油技術(shù)作為三次采油技術(shù)的重要組成部分，在開采低滲透油藏方面有著很大的優(yōu)勢(shì)。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(bǔ)充地層能量，起到溶解氣驅(qū)的作用。同時(shí)，將CO2注入地層，可以實(shí)現(xiàn)有效封存，減少碳排放，對(duì)改善全球氣候環(huán)境具有重要意義[1-4]。延長(zhǎng)油田油藏多屬低滲、特低滲油藏，CO2驅(qū)油潛力巨大。經(jīng)過前期的充分調(diào)研和立項(xiàng)，再到試驗(yàn)區(qū)的篩選和室內(nèi)評(píng)價(jià)研究，目前延長(zhǎng)油田已經(jīng)開展了CO2驅(qū)礦場(chǎng)先導(dǎo)性試驗(yàn)。不過，據(jù)國(guó)內(nèi)外油田開發(fā)生產(chǎn)實(shí)踐證明，在CO2注入過程中，注入氣與原油重質(zhì)組分的相互作用往往會(huì)產(chǎn)生瀝青質(zhì)沉積，造成地層傷害，甚至嚴(yán)重影響生產(chǎn)[5-7]。雖然目前關(guān)于注CO2瀝青質(zhì)沉積方面的研究很多[8-11]，但由于每個(gè)油田的情況不同，油藏溫度和原油組成等參數(shù)各有差異，延長(zhǎng)油田注CO2產(chǎn)生瀝青質(zhì)沉積的程度和趨勢(shì)并無法從已有研究中得知。因此，本文緊密結(jié)合延長(zhǎng)油田喬家洼CO2驅(qū)油試驗(yàn)區(qū)的油藏特點(diǎn)，開展了不同CO2濃度和不同系統(tǒng)壓力下瀝青質(zhì)沉積規(guī)律的研究，以期為延長(zhǎng)油田CO2驅(qū)油試驗(yàn)取得好的效果提供技術(shù)支持。

1實(shí)驗(yàn)裝置與方法

1.1實(shí)驗(yàn)儀器與裝置

超高壓全可視PVT分析儀，多功能原油脫水實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)用品

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

1.3實(shí)驗(yàn)方法

(1)原油的預(yù)處理。原油經(jīng)過儲(chǔ)存、運(yùn)輸、溫度的變化之后，其各項(xiàng)特性可能產(chǎn)生差異，為了確保每次實(shí)驗(yàn)使用的原油具有相同的特性，確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有良好的重復(fù)性，原油在實(shí)驗(yàn)前必須進(jìn)行預(yù)處理，使處理后原油含水率達(dá)到要求。具體操作方法為：首先，現(xiàn)場(chǎng)采出的原油含水率很高，為了使實(shí)驗(yàn)條件統(tǒng)一，使用DWY-1A型多功能原油脫水實(shí)驗(yàn)儀，在電壓為380V、溫度60 ℃的條件下油脫水60min，將采出的原油進(jìn)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(nèi)，將容器放入60 ℃烘箱恒溫12h，依靠分子的熱運(yùn)動(dòng)瓶?jī)?nèi)原油會(huì)達(dá)到均勻狀態(tài)。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(shí)，油樣預(yù)處理完成，可以用于實(shí)驗(yàn)。油樣經(jīng)過這樣預(yù)處理，在實(shí)驗(yàn)中具有良好的可重復(fù)性。

(2)瀝青質(zhì)沉積實(shí)驗(yàn)。取預(yù)處理后的原油20mL放入已經(jīng)清洗干凈的超高壓全可視PVT分析儀內(nèi)，通入CO2達(dá)到設(shè)定壓力，將儀器設(shè)定為恒壓模式。將PVT分析儀倒立設(shè)置，以便瀝青質(zhì)沉積在可視石英窗上。保持恒定溫度44 ℃，反應(yīng)72h。反應(yīng)結(jié)束后將高壓容器連接在PVT分析儀上，打開開關(guān)取得PVT分析儀內(nèi)的原油樣品。

(3)瀝青質(zhì)含量的測(cè)定。取反應(yīng)后的油樣5.00g，首先經(jīng)過過濾除掉不溶物及雜質(zhì)后，用干凈錐形瓶接受濾液，并稱瓶與濾液總質(zhì)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(jié)束后，將錐形瓶放置在黑暗處?kù)o置沉淀，經(jīng)過24h后，用0.45μm的纖維素膜過濾，在過濾進(jìn)行中還要用正戊烷連續(xù)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(jìn)行干燥，在干燥過程中要用保鮮膜將其蓋住，干燥結(jié)束后，稱重得到與CO2作用后原油中的瀝青質(zhì)含量。

2結(jié)果與討論

本次實(shí)驗(yàn)測(cè)定了CO2與原油物質(zhì)的量比分別為50%、75%和90%時(shí)，原油與CO2作用后重組分瀝青質(zhì)含量和沉積量的變化規(guī)律，確定了不同CO2濃度下原油瀝青質(zhì)的沉積點(diǎn)，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1、圖2所示。

圖1　不同CO2含量下瀝青質(zhì)含量隨壓力的變化關(guān)系

由圖1、圖2可以看出，原油中的瀝青質(zhì)含量隨系統(tǒng)壓力的增加而降低，相對(duì)沉積量隨系統(tǒng)壓力的增加而增加。在壓力低于15MPa時(shí)，原油中的瀝青質(zhì)含量隨壓力上升變化幅度較??；也即在此壓力范圍內(nèi)，瀝青質(zhì)隨壓力的上升沉積量增加的幅度較為平緩。隨著系統(tǒng)壓力的增加，在壓力從15MPa升至27MPa的過程中，瀝青質(zhì)含量減小的幅度陡然增大，瀝青質(zhì)隨壓力增加沉積非常明顯。當(dāng)系統(tǒng)壓力繼續(xù)增加時(shí)，由于原油中的瀝青質(zhì)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(duì)原油瀝青質(zhì)的沉積起到了促進(jìn)作用，也即同一系統(tǒng)壓力下，CO2的含量越高，瀝青質(zhì)的沉積量越大。

圖2　不同CO2含量下相對(duì)沉積量隨壓力的變化關(guān)系

分析認(rèn)為，造成上述現(xiàn)象的原因是：對(duì)于特定的原油和CO2混合體系，當(dāng)溫度一定時(shí)，壓力和CO2含量都將對(duì)原油中瀝青質(zhì)的沉積產(chǎn)生影響，且壓力起主導(dǎo)作用。隨系統(tǒng)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(zhì)外面起穩(wěn)定作用的膠質(zhì)的空間位置，使得穩(wěn)定瀝青質(zhì)的膠質(zhì)不斷從瀝青質(zhì)顆粒表面游離出來溶解于原油中，從而導(dǎo)致瀝青質(zhì)沉淀出來。CO2與原油的作用強(qiáng)度隨著壓力的增加而增加，且當(dāng)壓力超過某一值時(shí)發(fā)生陡升拐點(diǎn)。

對(duì)于特定的原油和CO2含量，當(dāng)系統(tǒng)壓力較小時(shí)，CO2與原油作用產(chǎn)生的瀝青質(zhì)沉積不明顯，隨著壓力的增加，沉積明顯(相對(duì)沉積量達(dá)到8%左右)，此時(shí)的壓力即為該條件下瀝青質(zhì)的沉積點(diǎn)。原油瀝青質(zhì)的沉積點(diǎn)受CO2含量的影響，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果繪制瀝青質(zhì)沉積點(diǎn)隨CO2含量的變化關(guān)系如圖3所示。

圖3　瀝青質(zhì)沉積點(diǎn)隨CO2含量的變化關(guān)系

從圖3可以看出，瀝青質(zhì)沉積點(diǎn)壓力隨CO2含量的增加而降低，且兩者幾乎成線性關(guān)系。因此在現(xiàn)場(chǎng)CO2驅(qū)油過程當(dāng)中，注入井近井地帶CO2含量高、壓力高，極易產(chǎn)生瀝青質(zhì)的沉積，導(dǎo)致滲透率和注入能力的下降。另外對(duì)于CO2混相驅(qū)，混相帶CO2與原油混合充分，也是容易產(chǎn)生瀝青質(zhì)沉積的地方，造成儲(chǔ)層的傷害。

3結(jié)論

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

(2)瀝青質(zhì)沉積點(diǎn)壓力隨CO2含量的增加而降低，即CO2含量的增加對(duì)原油瀝青質(zhì)沉積起促進(jìn)作用，兩者幾乎成線性變化關(guān)系。

(3)在CO2驅(qū)油過程當(dāng)中，注入井近井地帶和混相驅(qū)的混相帶是容易產(chǎn)生瀝青質(zhì)沉積的地方，可能造成儲(chǔ)層的傷害。

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編輯：李金華

文章編號(hào)：1673-8217(2016)02-0142-03

收稿日期：2015-10-28

作者簡(jiǎn)介：楊永超,高級(jí)工程師，1967年生，1989年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院石油地質(zhì)專業(yè)，主要從事油田開發(fā)及提高采收率方面的研究工作。

基金項(xiàng)目:國(guó)家科技支撐計(jì)劃“陜北煤化工CO2捕集、埋存與提高采收率技術(shù)示范”(2012BAC26B00) 資助。

中圖分類號(hào)：TE341

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A