杜宗和，伍喆，李雪斌，楊曉儒，郭驍

準(zhǔn)噶爾盆地南緣高探1井生產(chǎn)管柱凝結(jié)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(yè)部，新疆 克拉瑪依 834000； 2. 長江大學(xué)，湖北 武漢 430100）

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

井筒凝結(jié)物；石油瀝青質(zhì)；沉淀機理

準(zhǔn)噶爾盆地南緣西段四棵樹凹陷高泉東背斜部署的風(fēng)險探井高探1井于白堊系清水河組底部獲高產(chǎn)工業(yè)油氣流，其中13.0 mm油嘴試產(chǎn)，油壓37.71~32.40 MPa，套壓25.70~24.87 MPa，日產(chǎn)油 1 212.96 m3，日產(chǎn)氣32.170×104m3，流壓76.77 MPa，流溫160.5 ℃。本井試產(chǎn)過程中，放大油嘴后，油壓、產(chǎn)量快速穩(wěn)定，表明儲層壓力高、物性好，有高產(chǎn)的潛力。通過預(yù)測數(shù)據(jù)與實際試產(chǎn)數(shù)據(jù)進行對比，誤差均小于10%，確保了油藏的高效、快速發(fā)現(xiàn)，助力南緣勘探實現(xiàn)重大突破。不過，本井在試產(chǎn)、更換完井管柱過程中，在油嘴處及油管內(nèi)壁見凝結(jié)物，本文旨在對管柱凝結(jié)物進行分析，為后續(xù)生產(chǎn)提供安全保障。

1 井筒凝結(jié)物成分實驗

油管內(nèi)壁凝結(jié)物如圖1所示，分析結(jié)果顯示以油為主，含泥粉砂質(zhì)；井底篩管凝結(jié)物如圖2所示，以粉細砂質(zhì)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(nèi)壁凝結(jié)物

圖2 試采管柱篩管內(nèi)凝結(jié)物

采用國家標(biāo)準(zhǔn)SY/T 7550-2012測定原油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和蠟的含量。樣品經(jīng)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(zhì)后，用甲苯回流溶解瀝青質(zhì)，除去溶劑，得到瀝青質(zhì)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(jié)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(zhì)和瀝青質(zhì)含量測定流程圖

油管殘存物油分析結(jié)果見表1。

表1 油管殘存物油族組分特征表

采用國家標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)、方解石、鐵質(zhì)、炭質(zhì)，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(zhì)。

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

2 瀝青質(zhì)基本性質(zhì)

瀝青質(zhì)是可以在原油中溶解且質(zhì)量較大的組分，并不能被類似于正庚烷的輕質(zhì)溶液溶解。瀝青質(zhì)中包含著眾多的原子，比如C、H、Y、S、N這些原子。瀝青質(zhì)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(wěn)固的非極性樹脂；其三是原油的軟瀝青質(zhì)。由于瀝青質(zhì)的組成十分復(fù)雜，所以造成了其物理和化學(xué)性質(zhì)的極其繁雜。

之前的研究認(rèn)為，關(guān)于石油瀝青質(zhì)的結(jié)構(gòu)是多種方式的分析結(jié)果，由于其復(fù)雜性與方法不統(tǒng)一，所以得到的結(jié)果也各不相同。主要基于油氣骨架結(jié)構(gòu)模型有兩個部分，其一是由縮合芳環(huán)組成的芳香片，其二是由烷基組成的官能團。瀝青質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)并不單一，且瀝青質(zhì)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(zhì)結(jié)構(gòu)圖。

圖4 瀝青質(zhì)結(jié)構(gòu)圖

研究瀝青質(zhì)性質(zhì)的重點一直未變，就是瀝青質(zhì)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(zhì)分子量

原油瀝青質(zhì)使用互相靠近的方法使自身分子量變大，這種瀝青質(zhì)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(zhì)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(zhì)分子量約在900~3 000。瀝青質(zhì)的分子量常常隨著溫度與濃度變化，這是由于瀝青質(zhì)自身具有分散性與自締合性。

3 瀝青質(zhì)的沉積機理

現(xiàn)在一般認(rèn)為瀝青質(zhì)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(zhì)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(zhì)沉積過程

瀝青質(zhì)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(qū)動力主要來自偶極相互作用、電荷轉(zhuǎn)移、范德瓦爾斯和氧鍵等分子間作用力。

目前，學(xué)術(shù)界對瀝青質(zhì)沉淀機理有三種基本觀點：一是基于以瀝青質(zhì)為原油膠質(zhì)組分的膠體溶液理論，體系中分散相的核心是瀝青質(zhì)，膠質(zhì)附著在瀝青質(zhì)上，從而形成膠束分散在油中，如圖6所示。由于外界環(huán)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(zhì)膠束溶液

二是溶液理論，以瀝青質(zhì)為固相溶質(zhì)，以瀝青質(zhì)和蠟以外的原油為溶劑。認(rèn)為瀝青質(zhì)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(xué)可逆過程，大多數(shù)瀝青質(zhì)沉淀和溶解實驗都證實了這一點。

圖8 瀝青質(zhì)分子溶液

三是瀝青質(zhì)沉淀是部分可逆的。瀝青質(zhì)的沉淀過程往往發(fā)生在多孔介質(zhì)中。瀝青質(zhì)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(zhuǎn)移、氫鍵和其他分子間作用力。瀝青質(zhì)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(jié)論與認(rèn)識

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

（2）研究分析瀝青質(zhì)沉積機理。認(rèn)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(dǎo)致輕質(zhì)組分揮發(fā)，溶解于輕質(zhì)油中的蠟、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的溶解度明顯下降，從而使輕質(zhì)油中溶解的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、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(xù)油管清管解堵，了解凝結(jié)物沉積原因，為后續(xù)化學(xué)分散劑的研究打下理論基礎(chǔ)。

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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(yè)于中國石油大學(xué)，現(xiàn)從事油氣勘探工作。

郭驍（1996-），男，長江大學(xué)研究生在讀，研究方向：鉆柱力學(xué)。

TE353

A

1004-0935（2020）02-0173-03