李 歡 任志鵬 丁雅勤 羅麗榮 胡志杰

(長(zhǎng)慶油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，西安 710003)

酸化壓裂技術(shù)經(jīng)多年研究，在油田開(kāi)發(fā)實(shí)踐中取得了顯著的成果，大規(guī)模壓裂一直是超低滲油田難采儲(chǔ)量動(dòng)用的重要技術(shù)措施。近些年，油井前期壓裂措施后，30%左右的壓裂液能正常返排，70%左右的壓裂液隨油井進(jìn)入生產(chǎn)期后流入生產(chǎn)系統(tǒng)[1]，造成原油乳化嚴(yán)重，密度大、粘度高、常規(guī)手段難以破乳。

壓裂后的油井采出液成分十分復(fù)雜，含多種化學(xué)添加劑，乳化嚴(yán)重，乳化層比油重，比水輕，主要成分為含較多膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的原油和地層水，包含極少量化學(xué)藥劑與黏土礦物，穩(wěn)定性強(qiáng)，常規(guī)條件難以完全破[2]。乳化層的體積含水率較高，一般在20%左右，高者可達(dá)50%以上，若將單井采出液直接進(jìn)行化學(xué)分析，存在諸多干擾因素，難以驗(yàn)證穩(wěn)定乳化層存在的主要因素并找到解決方法。

為達(dá)到快速、便捷的分析原油乳化層存在的主要原因，實(shí)現(xiàn)完全破乳，試驗(yàn)采用樣品離心分離，有機(jī)溶劑淋洗沉淀的方式，得到用于紅外鑒定的樣品；利用油田常用水溶性改性聚醚原油破乳劑(長(zhǎng)慶化工集團(tuán))YT-100，調(diào)整破乳條件，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定乳化層完全破乳的室內(nèi)方案。

1 原油乳化層前處理

1.1 原油乳化層前處理分離

1.1.1原油樣品離心分離

將含有乳化層的原油樣品45℃～48℃預(yù)處理加熱至具備充分流動(dòng)性，轉(zhuǎn)移至均質(zhì)化器或高速攪拌器攪拌10min，使樣品中油、乳、水層充分混合均勻。為確保取樣結(jié)果的均一穩(wěn)定性，分別取上、中、下層混合均勻樣品離心至油、乳、水三相完全分層，見(jiàn)圖1所示，離心時(shí)間15 min～20 min，轉(zhuǎn)速4000 r/min，觀察結(jié)果直至同一原油樣品的分次離心試樣中油、乳、水占比完全相同。

圖1 乳液原油離心后分層圖

1.1.2原油族組成、紅外樣品前處理

原油本身就是數(shù)目眾多的烴類和非烴類所組成的混合物[3]，直接用乳化層原油做各種化學(xué)分析和成分鑒定，干擾因素過(guò)多。為進(jìn)一步分析單井原油乳化層存在的主要原因，將離心后乳化層進(jìn)行有機(jī)溶劑清洗、分離、沉淀，具體步驟如圖2所示，將得到的各類產(chǎn)物分別用于紅外鑒定與族組成分析。

圖2 原油族組成、紅外樣品前處理過(guò)程示意圖

2 乳化原油紅外分析

實(shí)驗(yàn)條件：樣品經(jīng)有機(jī)溶劑淋洗沉淀干燥壓盤后，傅里葉變換紅外光譜儀進(jìn)行樣品測(cè)定，光譜采集范圍4000cm-1～650cm-1，分辨率8cm-1，常溫下采集所有樣品光譜。

試驗(yàn)結(jié)論：紅外光譜分析如圖3、圖4、圖5所示，乳化原油用具有一定極性的有機(jī)溶劑清洗后的濾液和沉淀物，經(jīng)紅外特征官能團(tuán)顯示，其主要成分仍是原油。由于原油是極其復(fù)雜的混合物，其中包括大量飽和烴、芳烴、非烴和瀝青質(zhì)成分[4]，在紅外譜圖分析過(guò)程中，有些物質(zhì) 化合物含量極低，或者被其他化合物中的特征峰覆蓋而不顯峰也是常有現(xiàn)象，但仍能從譜圖中得出以下結(jié)論：(1) 無(wú)乳化層原油的紅外譜圖的特征峰幾乎一致，見(jiàn)圖3所示，特征官能團(tuán)出峰位置和開(kāi)采層位沒(méi)有直接關(guān)系。在譜圖中，均能看到2960 cm-1～2830 cm-1附近的甲基及亞甲基νC-H，1460cm-1附近的甲基δas和亞甲基δ剪式，1380 cm-1甲基δs，725 cm-1附近的δ面內(nèi)搖擺，900cm-1～650cm-1處1-3個(gè)較強(qiáng)的苯環(huán)δAR-H(面內(nèi))，1600 cm-1附近芳香烴的νC=C[5]；(2) 乳化層清洗后的濾液和沉淀物，紅外譜圖除了常規(guī)原油中包含的主要官能團(tuán)外，在1700 cm-1附近出現(xiàn)νC=O，考慮為樣品中含有酯類、酮類、醇、醛、羧酸類有機(jī)化合物；(3) 硅膠柱子殘留物的譜圖顯示其主要成分并非原油，在3385 cm-1附近的寬峰為νN-H，考慮此化合物含氮，在1634 cm-1附近出現(xiàn)δC=C，該特征峰為C=C雙取代或多取代， 由此可見(jiàn)，硅膠柱殘留物是一類含雙鍵、含氮結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的化合物，該類物質(zhì)極性較弱，難溶于二氯甲烷、三氯甲烷等極性較強(qiáng)的有機(jī)溶劑，結(jié)合油井現(xiàn)場(chǎng)措施，考慮該類物質(zhì)為壓裂液中含氮化合物，如三乙胺等。綜上所述，含乳化層原油的特征在于：較常規(guī)原油，乳化層原油中含有更多的酯類、酮類、醇、醛、羧酸類有機(jī)化合物，該類化合物在原油中極易形成分子間氫鍵，同時(shí)，乳化層中富集含氮、含雙鍵類藥劑殘留，使原油乳狀液十分穩(wěn)定。

圖3 無(wú)乳化層原油紅外比對(duì)圖

圖4 NH7-1含乳化層原油紅外比對(duì)圖

圖5 MP93井含乳化層原油紅外比對(duì)圖

3 原油族組成分析

實(shí)驗(yàn)條件：實(shí)驗(yàn)方法按照SY/T5119-2016執(zhí)行，所有樣品經(jīng)氯仿純化后，用于族組成分析。

試驗(yàn)結(jié)論：將含穩(wěn)定乳化層、常規(guī)方法難以破乳的原油樣品和含少量乳化層、常規(guī)方法可以破乳的原油樣品分別進(jìn)行原油族組成分析，結(jié)果如表1、表2所示。表1中含穩(wěn)定乳化層的原油樣品中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)在四組分中占比較高，為8.27 %～10.56 %；表2中含少量乳化層原油樣品的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)成分占比較低，為3.95 %～4.20 %。膠質(zhì)、瀝青質(zhì)是天然的油包水型的乳化劑，他們?cè)谟退缑鏄O易形成較為牢固的乳化膜，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)占比越高，乳狀液的穩(wěn)定性越強(qiáng)，難以破乳[6,7]。

表1 含穩(wěn)定乳化層上層原油族組成分析表

表2 含極少量乳化層上層原油族組成分析表

4 原油乳化層破乳試驗(yàn)

試驗(yàn)條件：選用水溶性改性聚醚破乳劑YT-100，NH7-1乳化層混合均質(zhì)化后，經(jīng)蒸餾法測(cè)定乳化層體積含水率54.0 %，將其用于1、3、4、6、7號(hào)樣品的乳化層破乳試驗(yàn)；剩余乳化層常溫靜置60天后取下1/3層樣品(體積含水率為55.5%)用于2、5、8號(hào)樣品破乳試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)論：NH7-1樣品預(yù)處理55℃，若不加破乳劑，加熱6 h以上均沒(méi)有脫水現(xiàn)象，考慮實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的乳化層有自然沉淀現(xiàn)象試驗(yàn)加做了含水率較高、較難破乳的下部乳化層的破乳試驗(yàn)，破乳溫度60 ℃，各樣品的破乳時(shí)間如圖6所示。破乳試驗(yàn)結(jié)果表明：(1 )穩(wěn)定乳化層可以實(shí)現(xiàn)完全破乳，破乳時(shí)間12h，隨著加藥濃度增加，完全破乳時(shí)間沒(méi)有明顯變化，見(jiàn)圖中1、3、4、6、7號(hào)樣品的破乳試驗(yàn)曲線，時(shí)間較常規(guī)原油明顯增長(zhǎng)，破乳效率達(dá)91.9%以上，見(jiàn)表3；(2)下部乳化層更難破乳，破乳時(shí)間較常規(guī)乳化層明顯增加，2、5、8號(hào)樣品實(shí)現(xiàn)完全破乳需要時(shí)間分別為26 h、20 h、16 h以上，破乳時(shí)間隨加藥濃度增加而降低；(3)綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)條件和經(jīng)濟(jì)實(shí)用型，破乳劑的加藥濃度建議控制在50mg/L～150mg/L，適當(dāng)提高破乳溫度，延長(zhǎng)破乳時(shí)間，可以達(dá)到較好的破乳效果。

圖6 NH7-1乳化層破乳試驗(yàn)

表3 乳化層樣品脫水率表

5 結(jié)語(yǔ)

綜合考慮含乳化層原油的紅外、族組成、破乳試驗(yàn)分析結(jié)果，得出以下結(jié)論：乳化層難以破乳的主要原因?yàn)槿榛瘜虞^原油層含更多膠質(zhì)、瀝青質(zhì)成分，壓裂液中化學(xué)藥劑殘留會(huì)加速原油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)聚集沉降，形成穩(wěn)定乳化層。在實(shí)際油井生產(chǎn)過(guò)程中，為提高產(chǎn)量，需要特別重視乳化層的破乳，升高破乳溫度、增加破乳時(shí)間、增大油水?dāng)嚢桀l率，以達(dá)到完全破乳效果。