不含水原油结蜡的影响因素分析

黄华平 魏 星 钟 华 孙风景 陈 馥

(1.西南石油大学化学与化工学院， 成都 610500；2.中国石油西南油气田公司采气工程研究院, 四川 广汉 618300)

我国大部分油田经过数十年的石油开采，采出原油已进入高含水期。而四川盆地侏罗系油藏川中油气田却是一个特例，其开采出的原油基本不含水，但含蜡量较高，达到20%～40%，而且还富含胶质、沥青质和机械杂质(油泥、油砂等)等成分。这些成分相互影响和作用，生产过程中随着温度、压力的下降，极易在井筒内聚结，堵塞泵筒和生产管柱，严重影响油井的正常生产作业。

在含水原油中，由于水的比容较大，相对于不含水原油，含水原油从油井井底向上流动过程中温度降低更慢一些。另一方面，水能在油管壁上形成一层水膜，这也能很大程度上减缓石蜡在油管壁上的沉积速度[1]。而针对川中不含水原油类型结蜡的影响因素研究较少，本文主要以川中油气田不含水原油为背景，利用不含水原油在不同条件下的结蜡量或析蜡点的变化来研究不同因素对不含水原油结蜡状况的具体影响[3]。

1 实验仪器与药品

实验仪器：NDJ-79型旋转黏度计；JD210-4电子天平；JLY-2型原油动态结蜡仪；HH-601超级恒温水浴锅；N80钢片；FS-3高温高压动态腐蚀仪；Agilent7890GC-5975MS型气质联用色谱仪(美国)；蔡司全自动立体显微镜( SteREO Discovery.V12)。

实验药品：公003-1井原油；公003-H16井原油、盐酸(37.5%)；乳化剂Span80；氢氧化钠(分析纯)；石油醚(分析纯)；正己烷(分析纯)。

2 原油自身组成对析蜡的影响

在分析各种因素对原油结蜡的影响时，我们首先考虑原油本身组成对其结蜡点的影响。川中地区原油沥青质和胶质含量很低，所以原油和蜡主要都是由不同碳数的饱和烃分子组成。我们选择使用Agilent7890GC-5975MS型气质联用色谱仪(美国)对公003-1井和公003-H16井两个油井原油样进行原油全烃气相色谱分析，其结果如表1、表2所示。

测定公003-1和公003-H16井原油的黏温曲线并作出其相应析蜡点(图1)。

表1 公003-1油样碳数分布

表2 公003-H16油样碳数分布

图1 公003-1和公003-H16油样黏温曲线及析蜡点

原因分析是原油碳数的组成分布决定了自身的析蜡点。高碳数的饱和烃其分子更大，分子链更长，流动性比小分子差一些，所以公003-1油样黏度相对更大。当温度下降时，分子流动性变差，大分子更容易失去流动性，从而在相对更高的温度下结晶出来，所以含高碳数分子相对较多的公003-1油样的析蜡点更高[2]。

3 温度对原油结蜡量的影响

表3 温度对原油结蜡量的影响

根据表3结果可知，随着温度下降，结蜡量增加。

分析原因是温度下降，原油对蜡的溶解能力降低，当低于析蜡点之后便开始有蜡晶析出，随着蜡晶不断析出，蜡晶不断聚集、长大，最后形成较致密的蜡。当温度低于析蜡点加较多时，因为已经析出的蜡提供了更多的晶核，所以结蜡量增长更快[4]。

同时，我们通过使用蔡司全自动立体显微镜(SteREO Discovery.V12)观察不同温度下公003-1井油样的蜡晶析出、生长的过程及状态(图2)。

图2 不同温度下蜡晶的状态

4 流量对原油结蜡量的影响

使用公003-1井不含水原油为试样，采用JLY-2型原油动态结蜡仪考察原油在不同流量下的结蜡量变化，其中结蜡循环温度为25 ℃、时间30 min。其结果如图3所示：

图3 不同流量下的结蜡量

由实验结果可知，随着原油的流量增大，蜡在结蜡管上的沉积量呈先增大后减少的趋势。

分析原因是当原油流量较小时，随着原油流量的增大，单位时间内悬浮于原油中的微小蜡晶在结蜡管上沉积量增加，从而结蜡量不断增加。当原油流量增大到某一定值，结蜡量达到最大。当流量再继续增大时，原油对结蜡管管壁处的剪切、冲刷作用增强，析出来的蜡不能稳定地沉积在管壁上，石蜡的沉积量开始随着流量的增加而不断下降[5]。同时由于流量增大，原油在结蜡管中的停留时间下降，从而减缓了结蜡速度，结蜡量下降。

5 压力对原油结蜡量的影响

在原油开采过程中，原油从地层到井口压力不断降低，改变较大。而川中地区自喷井结蜡段一般在井口至800 m井段，此段井筒压力大约在10 MPa左右，为此我们采用003-1井不含水原油400g+50 g(30～60 ℃)石油醚轻组分，配制成含轻组分的模拟原油，在35 ℃、45 min循环条件下，于FS-3高温高压动态腐蚀仪中采用N80钢片挂片结蜡的方法，得出不同压力下的结蜡量的变化(图4)。

从图4可以看出，当压力大于2 MPa时，结蜡量随着压力的降低而减小，当压力为0时，结蜡量最多。

其原因是，原油的泡点压力为0～2 MPa，当压力大于或等于2 MPa时，此时的压力大于原油的泡点压力，所以，随着压力的减小，原油的密度减小，从而析蜡点降低，结蜡量也随着压力的降低而减小；当压力为0时，压力小于原油的泡点压力，其中加入的轻组分气体脱出，使得原油的析蜡点升高，从而结蜡量也随着压力的减小而增加[3]。这也说明了溶解在原油中的轻组分的脱出比压力自身下降对原油的析蜡点和结蜡量的影响程度更大。

图4 压力对结蜡量的影响

6 原油中微粒对析蜡的影响

为了考察原油中的机械杂质，如地层砂粒对原油析蜡点的影响，采用公003-1井不含水原油100 g，再在其中加入原油总质量1%的砂岩岩心粉(100目)配制成原油，使用黏度计测定原油的黏温曲线，并在图中作出原油的析蜡点。结果如图5所示：

图5 微粒对原油析蜡点和黏度的影响

由图5可以知道，没有加入微粒的原油其析蜡点为48.8 ℃，当向原油中加入质量分数为1%的岩心粉后，原油析蜡点提高了约1.5 ℃，相同温度下黏度也增大了。

分析原因是当原油中的蜡开始析出时，加入的微粒成为析出蜡的结晶中心,有助于细小的蜡晶相互连接，因此其黏度略微有所提前，变化也更明显一些，但蜡晶的析出主要是取决于原油本身的物理化学性质，因此其析蜡点增高比较小，变化不大[6]。加入微粒后对原油的黏度影响较大，原因是微粒可以起到连接蜡晶的作用，使形成的蜡晶比未加微粒时的蜡晶更大，蜡晶之间的摩擦增大，导致黏度上升。因此在开采过程中要注意合理控制开采速率，防止地层出砂导致结蜡现象严重化和原油黏度增加。

7 原油pH值对析蜡的影响

在油井的增产措施中，常常采用酸化或者压裂。工作液的注入通常会导致原油pH值的变化，酸化液会使原油的pH值降低，压裂液会使原油的pH值升高。为了考察pH值变化对原油析蜡情况的影响，用质量分数为5%的盐酸模拟酸化后的残酸酸度，pH为10的氢氧化钠溶液模拟压裂液的碱度。测定了不同酸碱条件下使用公003-1井蜡样400g配制成的原油的黏温曲线，结果如图6和图7所示，原油配方见表4。

表4 不同pH值的原油配方

从以上两图可知：空白样品的析蜡点为49.2 ℃，在酸性条件下，原油析蜡点和黏度基本保持不变；碱性条件下，原油的析蜡点为47.8 ℃，降低了1.4 ℃，原油黏度也低于空白样品。

酸的加入对原油的物理化学性质影响不大，因此其析蜡点和黏度几乎不变；而碱性条件下，原油中的一些脂肪酸与碱反应生成脂肪酸钠，脂肪酸钠的极性较强，具有一定的表面活性，不利于蜡晶的聚集，因此析蜡点和黏度都有所下降[7]。因此在原油尤其是含水原油的开采过程中，偏碱性工作液的注入更有助于降低原油黏度和减缓结蜡现象。

图6 酸性条件对原油黏度和析蜡点的影响

图7 碱性条件对原油黏度和析蜡点的影响

8 结 语

通过具体实验结蜡量和析蜡点的改变量对比，可以得出原油本身组成、温度和流速这三个因素对不含水原油结蜡的影响相对更大。微粒在不含水原油中能起到结蜡中心的作用，但是蜡晶的析出主要是取决于原油本身的物理化学性质，所以微粒的影响较小。压力对原油结蜡的影响更多体现在原油轻组分的脱出上，压力本身影响较小。pH值的变化对原油结蜡点改变较小，尤其在川中原油基本不含水的条件下，pH值对原油结蜡影响更小。在川中不含水原油开采中，原油在管道中的流速是可人为控制的，因而可以通过调节开采速率控制流速来减缓石蜡在油管壁上的沉积。

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