基于核磁共振技术的气井采出流体乳化物成分分析方法*

胡均志，李 耀，魏 勇，梅明华，周 庆，王 琛

（1.长庆油田分公司第二采气厂，陕西榆林 719000；2.新疆油田公司风城油田作业区，新疆克拉玛依 834000；3.西安石油大学石油工程学院，陕西西安 710065）

神木气田泡排量大、凝析油含量高（0.13 m3/104m3），受新井返排液影响，导致采出水乳化现象严重，影响气田正常生产。国内外学者已用不同的方法分析乳化物。在乳化物浓度检测方面，基于光纤传感器检测可见光折光率［1-3］、基于超声波传感器测量声波衰减率或传输速率［4-6］、基于U型管振荡法测量乳化物密度［7-9］，根据检测到的不同参数均可计算出乳化物浓度；在评价乳化物稳定性方面，应用Zeta电位分析仪对固体颗粒、聚合物（SAM）和表面活性剂种类进行分析，从而评价油水分离性能和乳化液稳定性［10］，结合超低界面张力仪和界面流变仪可评价单一驱油剂、聚合物/表面活性剂二元复合驱对采出水乳化物稳定性的影响［11］；在乳化物净化处理方面，常规的研究方法有化学法、生物法和物理法［12-14］。为了改善单一方法的局限性，将电场和旋流/离心场联合的新型技术能更好地实现乳化物的脱水净化处理［15］。随着仪器精度的提高和研究方法的完善，关于乳化物的研究日益增多，但大多仍局限于定性、半定量评价。

核磁共振技术由于对岩石骨架没有响应，获取的T2谱参数可定量反映孔喉中的流体分布。自引入石油领域以来，在油气田开发方面得到了广泛应用［16-18］。基于神木气田采出水来液液体和乳化物均以有机质为主的特点，笔者将核磁共振技术用于二者相似程度的评价。其原理是乳化物中氢核所具有的核磁矩在均匀分布的外加静磁场中产生能级分裂，此时外加一个特定频率的射频场，核磁矩就会发生吸收跃迁，产生核磁共振，核磁共振信号强度与被测样品内所含氢核的数目成正比。磁化矢量在射频场激发下发生核磁共振时偏离平衡态后又恢复到平衡态的过程称为弛豫，其弛豫运动幅度随时间衰减的信号可用横向弛豫时间（T2）来描述信号衰减的快慢［19-20］。液体成分不同，用核磁共振技术测得的核磁共振T2谱分布也不同。因此，本文运用核磁共振技术评价神木气田采出水与乳化物的相似程度，通过测试氢核含量来反映各种来液液体与3 种乳化物的成分相似程度，并以核磁共振T2谱的形式直观反映出来，根据T2值叠合范围和叠合面积来定量反映相似程度，进而确定影响气田乳化的主要因素。

1 实验部分

1.1 实验材料

神木处理厂上源气井从打井到建成投产，添加的药剂分别为EM50 压裂液、PQ-8 型泡排剂（氧化胺类）、UT-6型泡排剂（磺酸盐复合表面活性剂），冬季在井口位置添加25%的甲醇。大量药剂进入采出水，是形成乳化物的主要原因。实验先后3次（6、9、11月）于神木处理厂污油罐底部采集不同季节乳化物进行成分分析，取样位置如图1 所示。采出水中乳化物主要由凝析油、悬浮固体和水组成，其中的悬浮固体又以有机物和黏土为主。通过550℃高温煅烧得到3种乳化物样品中有机物和黏土矿物的含量（表1）。

图1 采出流体乳化物取样位置

表1 乳化物样品组成

1.2 实验设备

MINI-MR型核磁共振仪，上海纽迈电子科技有限公司；5700型傅立叶红外光谱仪，美国热电公司。

1.3 实验方法

（1）采出水与不同乳化物样品成分相似程度的分析。①根据气田生产情况，确定采出水的液体类型分别为EM50 压裂液、PQ-8 型泡排剂、UT-6 型泡排剂、凝析油；②用核磁共振仪分别测试EM50压裂液、PQ-8型泡排剂、UT-6型泡排剂、凝析油的核磁共振T2谱；③用核磁共振仪测试表1 中1 号、2 号、3 号乳化物的核磁共振T2谱；④将步骤②和步骤③测得的核磁共振T2谱绘制在同一张图上；⑤确定不同乳化物样品与各种采出水叠合的核磁共振T2值范围；⑥计算不同乳化物样品核磁共振T2谱与各种采出水核磁共振T2谱的叠合区面积；⑦根据叠合区面积的计算结果分析采出水与不同乳化物样品成分的相似程度。

（2）室内配制乳化物。①EM50压裂液乳化物，油水比60%，EM50压裂液含量为20%，PQ-8型泡排剂含量为1‰，搅拌时间30 min，搅拌速度5000 r/min；②PQ-8泡排剂型乳化物，油水比60%，EM50压裂液含量为5%，PQ-8泡排剂含量为5‰，搅拌时间30 min，搅拌速度5000 r/min；③UT-6泡排剂型乳化物，油水比为60%，EM50压裂液含量为5%，UT-6泡排剂含量为5‰，搅拌时间30 min，搅拌速度5000 r/min。

1.4 基本参数定义

1.3 节（1）所述步骤⑥中，按∆A=Am-An计算面积差值。其中，∆A—叠合区面积；Am—叠合范围内乳化物的T2谱与x 轴包围的面积；An—叠合范围内采出水的T2谱与x 轴包围的面积。所述步骤⑦中，叠合区面积越大，反映采出水与乳化物成分的相似程度越高。

2 结果与讨论

2.1 乳化物与采出水的核磁共振分析

1 号乳化物与各种采出水（EM50 压裂液、PQ-8型泡排剂、UT-6型泡排剂、凝析油）的核磁共振T2谱如图2 所示。其中1 号乳化物与EM50 压裂液叠合的核磁共振T2值范围为1.29 数3.87、310.50 数537.23 ms；1号乳化物与PQ-8型泡排剂叠合的核磁共振T2值范围为1.55数4.64、11.57数537.2 ms；1 号乳化物与UT-6 型泡排剂叠合的核磁共振T2值范围为1.08数3.22、372.76数537.23 ms；1号乳化物与凝析油叠合的核磁共振T2值范围为0.90 数1.86、215.44数537.23 ms。

图2 1号乳化物核磁共振成分分析图

2 号乳化物与采出水（EM50 压裂液、PQ-8 型泡排剂、UT-6型泡排剂、凝析油）的核磁共振T2谱如图3 所示。其中2 号乳化物与EM50 压裂液叠合的核磁共振T2值范围为1.08数3.87 ms；2 号乳化物与PQ-8 型泡排剂叠合的核磁共振T2值范围为1.55数4.64ms、11.57数179.46 ms；2 号乳化物与UT-6 型泡排剂叠合的核磁共振T2值范围为1.08数2.23 ms；2号乳化物与凝析油叠合的核磁共振T2值范围为179.46数215.44 ms。

图3 2号乳化物核磁共振成分分析

3 号乳化物与采出水（EM50 压裂液、PQ-8 型泡排剂、UT-6型泡排剂、凝析油）的核磁共振T2谱如图4 所示。其中3 号乳化物与EM50 压裂液叠合的核磁共振T2值范围为1.29数3.87、310.50数1339.20 ms；3号乳化物与PQ-8型泡排剂叠合的核磁共振T2值范围为372.72数447.50 ms；3号乳化物与UT-6型泡排剂叠合的核磁共振T2值范围为1.35数4.11、523.7数1339.2 ms；3号乳化物与凝析油叠合的核磁共振T2值范围为0.9数1.86、215.44数1339.2 ms。

图4 3号乳化物核磁共振成分分析图

根据核磁共振T2值叠合范围，并结合式（1）计算得到1数3 号乳化物核磁共振T2谱与4 种采出水T2谱的叠合区面积（表2）。由表可见，不同采样时间的乳化物样品与PQ-8 型泡排剂核磁共振T2叠合区面积均最大，说明二者成分最为相似；叠合面积介于2831.65数4235.80，面积差异较大，说明在不同乳化物中PQ-8型泡排剂的含量存在差异。其次为凝析油、EM50 压裂液。凝析油与乳化物样品的核磁共振T2叠合区面积介于315.23数2079.50，说明在不同乳化物样品中凝析油含量的差异大，这一差异会对破乳及破乳剂配方的确定带来很大难度。3种乳化物样品与UT-6 型泡排剂T2谱叠合区面积均最小，介于87.61数394.20，说明二者成分相似程度最小。

综上，造成神木气田处理厂采出水乳化的主要因素是生产过程中采用的PQ-8 型泡排剂，UT-6 型泡排剂对采出水乳化几乎不造成影响。PQ-8 型泡排剂与凝析油和不同乳化物样品的核磁共振T2谱叠合区面积差异较大，说明二者在不同乳化物样品中的含量存在较大差异，从而对后期乳化物处理带来难度。

表2 采出流体乳化物与采出水核磁共振T2谱叠合面积

2.2 乳化物的红外光谱分析

上文基于核磁共振技术对气井采出流体中乳化物成分进行了分析。为验证该方法在乳化物成分评价中的可靠性，用传统的傅立叶红外光谱仪再次分析乳化物成分。在实验室内配制分别以EM50压裂液、PQ-8 型泡排剂、UT-6 型泡排剂为主要成分的乳化物。与现场采集的1号乳化物的红外光谱对比，结果见图5。由图可见，1号乳化物样品与PQ-8型泡排剂乳化物的光谱形态相似，即二者具有相似的官能团。该结果与基于核磁共振技术得到的成分分析结果一致，进一步证实了核磁共振技术用于乳化物成分分析的可靠性。

图5 1号乳化物与配制的3种乳化物的红外光谱图

3 结论

基于核磁共振技术定量计算了不同时间采出流体乳化物核磁共振T2谱与气井采出水中PQ-8 型泡排剂、凝析油、EM50 压裂液、UT-6 型泡排剂核磁共振T2谱的叠合区面积，其中，PQ-8 型泡排剂核磁共振T2谱叠合区面积最大，其次为凝析油、EM50压裂液，UT-6型泡排剂T2谱叠合区面积最小。PQ-8型泡排剂是造成神木气田处理厂采出水乳化的主要因素，UT-6 型泡排剂对采出水乳化几乎不造成影响。PQ-8 型泡排剂与凝析油和不同乳化物样品的核磁共振T2谱叠合区面积差异较大，说明二者在不同乳化物样品中的含量差异大，从而对后期破乳剂配方的确定及破乳带来较大难度。基于核磁共振技术对气井采出流体中乳化物成分的分析结果与用傅立叶红外光谱仪测得的结果一致。