林雪松，郝炳英

（1.東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院，黑龍江大慶163318；2.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安710016）

原油族組成及碳組成對其界面張力影響實(shí)驗(yàn)研究*

林雪松1，郝炳英2

（1.東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院，黑龍江大慶163318；2.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安710016）

針對大慶油田不同區(qū)塊開展了原油族組成、碳組成及其界面張力測定對比研究。以界面張力為評價(jià)指標(biāo)，分析原油族組成、碳組成的不同對其界面張力的影響。研究結(jié)果表明：原油族組成中飽和烴含量越高，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量越低，原油界面張力越低；原油碳組成中輕質(zhì)碳同位素含量越高，重質(zhì)碳同位素含量越低，原油界面張力越低。

原油族組成；原油碳組成；界面張力

大慶油田經(jīng)過多年的開發(fā)開采，聚合物及三元復(fù)合驅(qū)等化學(xué)驅(qū)油技術(shù)已得到廣泛的應(yīng)用，并顯示出了較好的提高采收率的效果[1，2]。而驅(qū)替相與被驅(qū)替相間界面張力是評價(jià)驅(qū)油體系的重要因素之一，決定著化學(xué)驅(qū)油的效率[3]。不少學(xué)者對三元復(fù)合驅(qū)中不同成分對原油界面張力的影響做了大量的研究，主要包括堿劑類型、表面活性劑種類以及含鹽量等復(fù)合體系對原油界面張力的影響[4-7]。而影響界面張力的因素較為復(fù)雜，其中原油自身性質(zhì)及其組成就是影響原油界面張力的一項(xiàng)重要因素[8-10]。但這方面的研究工作相對較少。為此本文從原油自身因素出發(fā)，以原油族組成及碳組成為切入點(diǎn)，以對比實(shí)驗(yàn)的方法，找到影響原油界面張力的關(guān)鍵族組成及碳同位素組成。

1 界面張力測定分析實(shí)驗(yàn)

為了找到不同區(qū)塊原油界面張力差異，采用對比實(shí)驗(yàn)的方法設(shè)計(jì)界面張力測定實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)選取3個(gè)具有代表性的區(qū)塊原油作為樣本，測定其界面張力并作為評價(jià)指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)樣品分別采自區(qū)塊1，區(qū)塊2，區(qū)塊3的現(xiàn)場原油。

1.1 實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)用油為取自區(qū)塊1、區(qū)塊2及區(qū)塊3現(xiàn)場的原油進(jìn)行脫水處理得到的油樣。實(shí)驗(yàn)儀器為北京東方德菲儀器有限公司生產(chǎn)的DCAT21型表面及接觸角測定儀1臺。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

啟動界面張力儀，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，記錄不同時(shí)間液滴的直徑和長度，按公式計(jì)算得到界面張力值。

1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對不同區(qū)塊分別進(jìn)行5組測定實(shí)驗(yàn)，測定結(jié)果平均數(shù)值見圖1。

圖1不同區(qū)塊界面張力Fig.1Interfacial tension in different blocks

經(jīng)測定，區(qū)塊1原油界面張力為25.2mN·m-1，區(qū)塊2界面張力為39.61mN·m-1、區(qū)塊3界面張力為36.93mN·m-1。以各區(qū)塊實(shí)測界面張力作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的評價(jià)指標(biāo)，從而分析原油族組成性質(zhì)對其界面張力的影響。

2 原油族組成測定分析實(shí)驗(yàn)

使用取自區(qū)塊1、區(qū)塊2及區(qū)塊3的現(xiàn)場油樣。首先對油樣進(jìn)行了脫水處理，而后利用薄層色譜掃描儀開展各區(qū)塊原油族組成測定分析實(shí)驗(yàn)。得到各區(qū)塊飽和烴、芳香烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的質(zhì)量含量，通過對數(shù)據(jù)的處理以及作圖分析，給出影響原油界面張力的因素。

2.1 實(shí)驗(yàn)條件

（1）實(shí)驗(yàn)用油為取自區(qū)塊1、區(qū)塊2、及區(qū)塊3現(xiàn)場的原油進(jìn)行脫水處理得到的油樣。

（2）實(shí)驗(yàn)用藥品有正己烷、二氯甲烷、濃硫酸、高錳酸鉀、碳酸鈉、乙酸乙酯、石油醚。

（3）實(shí)驗(yàn)用材料為GF254薄層板20個(gè)：規(guī)格為75mm×25mm，硅膠層厚度為0.20～0.25mm，點(diǎn)樣毛細(xì)管4個(gè)，直徑90mm的玻璃蒸發(fā)皿4個(gè)。

（4）實(shí)驗(yàn)用儀器為上海科哲公司生產(chǎn)的KH-3000全能型薄層色譜掃描儀1臺。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

對各區(qū)塊油樣進(jìn)行薄層色譜分離、掃描、光密度檢測，通過光密度積分面積與質(zhì)量間的定量關(guān)系，計(jì)算出各區(qū)塊各組分的含量。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對不同區(qū)塊分別進(jìn)行5組測定實(shí)驗(yàn)，測定結(jié)果平均數(shù)值見表1。

表1 原油樣品族組成測定結(jié)果（平均數(shù)據(jù)）Tab．1measuring results of crude oil sample group composition（average data）

圖2不同區(qū)塊原油族組成Fig.2Group composition of crude oil in different blocks

通過對比區(qū)塊1、區(qū)塊2及區(qū)塊3的原油中各組分的含量可知，飽和烴含量由高到低的順序：區(qū)塊1>區(qū)塊2>區(qū)塊3，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等物質(zhì)含量含量由高到低的順序：區(qū)塊3>區(qū)塊2>區(qū)塊1。這表明原油組成中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量越低，飽和烴含量越高，使得原油的界面張力越低。這是因?yàn)椋椭饕蔀r青質(zhì)、膠質(zhì)、芳香烴以及飽和分組成，其極性大小的順序?yàn)r青質(zhì)>膠質(zhì)>芳香烴>飽和烴。界面張力決定于分子間相互作用力的大小，分子極性越大，處在界面層的分子，受到來自不同相的作用力也就越不平衡，使得不同的相之間界面張力也就越大。即極性越大，界面張力越大；極性越小，界面張力越小。同時(shí)，原油中的瀝青質(zhì)、膠質(zhì)等極性物質(zhì)在一定條件下會在界面形成一層堅(jiān)韌的彈性膜,使得原油的界面張力升高。

3 原油碳組成測定分析實(shí)驗(yàn)

利用CM-CRDS碳同位素分析儀開展區(qū)塊1、區(qū)塊2及區(qū)塊3原油碳組成測定分析實(shí)驗(yàn)。得到各區(qū)塊全烴質(zhì)量含量，通過對數(shù)據(jù)的處理以及作圖分析，得到各區(qū)塊碳同位素含量差異性，從而尋找出影響原油界面張力關(guān)鍵碳同位素范圍。

3.1 實(shí)驗(yàn)條件

（1）實(shí)驗(yàn)用油為取自區(qū)塊1、區(qū)塊2、及區(qū)塊3現(xiàn)場的原油進(jìn)行脫水處理得到的油樣。

（2）實(shí)驗(yàn)用藥品有正己烷、二氯甲烷、甲醇、石油醚。

（3）實(shí)驗(yàn)用儀器為美國原生態(tài)有限公司生產(chǎn)的CM-CRDS碳同位素分析儀1臺。

3.2 實(shí)驗(yàn)方法

油樣汽化后隨載氣通過高分辨率毛細(xì)柱，使正庚烷以前輕烴、C8~C39正構(gòu)烷烴與異構(gòu)烷烴分離，用火焰離子化檢器檢測，以面積歸一化法計(jì)算各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

測定結(jié)果數(shù)值見圖3。

圖3不同區(qū)塊原油碳組成Fig.3Carbon isotopic composition of crude oil in different blocks

將數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理，見圖4。

圖4不同區(qū)塊原油碳組成Fig.4Carbon isotopic composition of crude oil in different blocks

通過對比區(qū)塊1、區(qū)塊2及區(qū)塊3的原油碳組成含量可知，區(qū)塊1重質(zhì)碳含量C31~C39含量低于區(qū)塊2、區(qū)塊3。輕質(zhì)碳含量C3~C19含量高于區(qū)塊2、區(qū)塊3。這表明原油組成中輕質(zhì)碳同位素含量越高，重質(zhì)碳同位素含量越低，使得原油的界面張力越低。碳組成中輕質(zhì)碳同位素極性較小，并隨著碳數(shù)的增大，極性隨著變大。

4 結(jié)論

（1）原油的界面張力受多種因素共同影響，而原油族組成及碳組成等自身性質(zhì)是影響其界面張力的一項(xiàng)重要因素。

（2）原油族組成中各組分含量的不同會導(dǎo)致原油界面張力的差異，其中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量越低，飽和烴含量越高，則界面張力越低。

（3）原油碳組成中，重質(zhì)碳組分（C31~C39）含量越低，輕質(zhì)碳組分含量越高（C3~C19），則界面張力越低。

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Effect of the crude oil group composition and carbon isotopic composition on the interfacial tension experimental research*

LIN Xue-song1,HAO Bing-ying2
（1.School of Petroleum Engineering,Northeast Petroleum University,Daqing 163318，China;2.Research Institute of Exploration and Development,Changqing Oil Field Company,Xi'an 710016,China）

For different blocks in Daqing oilfield conducting the determination and comparison research in the crude oil group composition and carbon isotopic composition.Taking the interfacial tension as evaluation index,The effect of different group compositions and carbon isotopic compositions on the interfacial tension anglyzed.The results show that the higher content of satisfied hydrocarbon,the lower interfacial tension gets,the lower content of colloid and asphaltine,the lower interfacial tension gets.The higher content of light carbon isotope,the lower interfacial tension gets.The lower content of heavy carbon isotope,the lower interfacial tension gets.

group composition of crude oil;carbon isotopic composition of crude oil;interfacial tension

TE133

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170514

2017-03-09

黑龍江省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目《聚合物溶液在油層中的工作粘度變化規(guī)律研究》（No.D2015008）

林雪松（1989-），男，漢族，黑龍江省齊齊哈爾市人，在讀研究生，研究方向：油氣田開發(fā)。