基于色谱指纹技术的化学驱油产能检测系统

基于色谱指纹技术的化学驱油产能检测系统

方 文

中国石油辽河油田分公司锦州采油厂

在化学驱油产能实际生成过程中，通常是采取多个油层同时射开并进行混层开采的方式，将混层开采分为1，2，……，n个单开采层。通过应用色谱指纹技术可以清楚地判断出油层中的非均质性，利用单层原油色谱指纹的相似性以及不同油层色谱指纹的差异性，从而有效地趋避这种原油层的非均质性，进而达到很好的化学驱油产能效果。利用原油色谱指纹化合物参数，只需对井口进行取样，并在实验室仪器下进行分析和研究，便可实现对化学驱油产能的动态监测，且其检测效果得到明显提高。

色谱指纹技术；原油；化学驱油；检测系统；参数

基于色谱指纹技术的化学驱油产能检测系统是指通过原油全烃色谱分离技术，对原油饱和烃气象色谱系统地加以分析，从而达到对化学驱油产能进行实时监测的效果。

1 可行性分析

由于原油中不同油层的色谱指纹化合物的组成及其含量均各不相同，导致原油色谱曲线出现不同的峰高值及峰面积，这些由不同原油色谱的峰高及峰面所形成的曲线叫做色谱指纹。

当油气运输至圈闭的空间进行储藏时，油气在水以及岩石的作用下，其色谱指纹可能会发生很大的变化，特别是存在于原油中的芳烃类极性化合物：一方面是因为容易与圈闭空间周围的岩石产生反应，给单层原油指纹带来很大变化；另一方面则是容易被生物降解及水洗而造成原油指纹发生很大的变化。

此外，在采集原油的过程中，不同单层的原油因为受到井底压力以及温度的催化作用，可能会与地层水以及注入水产生混合反应，从而造成混合原油其色谱指纹发生很大的变化。

需要指出的是，同一流动单元中原油色谱无论是受到非物质、化合物含量不同、温度以及水的催化作用等影响，其色谱指纹的变化步骤均是一致且相对比较稳定的。因此，可以将色谱指纹技术应用在化学驱油产能检测系统之中。

2 技术原理

（1）同一层原油具有相似的色谱指纹。单层原油的气相色谱指纹受氮、硫、氧化合物以及沥青质等非挥发性组分的影响很小，其主要成分是烃类中的挥发部分，并且原油中烃类的组成变化决定烃类流体在色谱指纹上所显示的相似性差异，而这种相似性差异则不受原油中全烃的组成所影响。原油在井底受地下的温度及压强等影响，导致其黏度偏低，因而使得原油中的芳烃以及饱和烃很容易出现流动的现象，这些流动的芳烃及饱和烃则构成了原油的基本混合成分。

（2）在相同的驱油产能单元中，不同层之间的原油色谱指纹存在差异。据相关实验得出，避开油水以及油气的过渡带进行检测时，在相同的驱油产能单元中，连续的单层之内，原油烃类具有相同的组成成分；而不同的单层之间，由于原油组成成分总是存在差别，由此导致色谱指纹出现差异[1]。并且，通过研究发现，在原油全烃色谱指纹中，饱和烃对原油的色谱指纹起着主要的控制作用，相比之下，氮硫氧及沥青质等组分却只产生几个少量的色谱峰值。当然，芳烃馏分和石蜡烷烃也会出现相应的色谱峰值，只是这些色谱峰值相比饱和烃而言，没有较明显的特征，因而对原油色谱指纹所带来的影响较小。

（3）原油中的化合物具有可配比性。为建立正确的化学驱油产能的模型，可以利用原油中化合物的可配比性，来进行模拟化学驱油产能实验。其中原油中化合物的可配比性是指在某一单层中，某一化合物的含量越高，该化合物与其他单层原油进行均匀混合时，其在混合原油样品中所产生的影响便越大。

3 动态监测模型

在化学驱油产能实际生成过程中，通常是采取多个油层同时射开并进行混层开采的方式，将混层开采分为1，2，……，n个单开采层。这种混层开采所得的原油等价于将不同单层的原油按照不同比例进行均匀混合后形成的新原油。若将能够在单层原油中检测到的一组化合物绝对含量表示成aij，这些单层化合物用A、B、C……N加以表示，含量分别为b1，b2，……，bi，则参数bi便由参数aij来决定，其关系式为

则每一个化合物的含量与其在混油层中的绝对含量aij之间存在着关系式

式中i为第i个色谱指纹特征参数，用化合物浓度的绝对含量表示；εi为第i个色谱指纹特征参数在混合原油样品中绝对含量的统计误差；aij为第 j个单层的第i个色谱指纹特征参数；xj为第 j个单层含量在混合原油样品中的贡献率。

为此可以得出一个矩阵形式，即

其中 A=[aij]n×m；b=[bi]。由此，可以利用公式（3）所表示的矩阵方程来计算化学驱油产能的化学成分分配，并建立相关的数学模型[2]。

4 系统应用

（1）应用色谱指纹技术对化学驱油单层产能的贡献。依据我国东部某油田石油开采的现状及单层采油井的分布情况，选择部分采油井作为色谱指纹技术应用在化学驱油产能检测系统中的实验井。通常情况下，影响化学驱油产能率的主要因素有油层的非均质性、地层表面的润湿性、水油流度比以及毛管数等。而通过应用色谱指纹技术可以清楚地判断出油层中的非均质性，利用单层原油色谱指纹的相似性以及不同油层色谱指纹的差异性，从而有效地趋避这种原油层的非均质性，进行达到很好的化学驱油产能效果。

（2）应用色谱指纹技术使得化学驱油产能的动态监测效果得到明显提高。利用原油色谱指纹化合物参数，只需对井口进行取样并在实验室仪器下进行分析和研究，便可实现对化学驱油产能的动态监测，且其检测效果得到明显提高[3]。

（3）原油中不同油层的色谱指纹化合物的组成及其含量不同，造成原油色谱曲线出现不同的峰高值及峰面积，因此出现色谱指纹现象，将这种色谱指纹技术应用到化学驱油产能监测系统之中，不仅能明显提高对化学驱油产能的动态实时监测，而且能实现更好的化学驱油产能效果。

[1]刘新仓，徐典平，陈燕，等．应用原油色谱指纹技术监测三元复合驱分层产油贡献[J]．大庆石油地质与开发，2005，24（2）：83-85.

[2]赵晨云，齐会，刘家俊，等．原油色谱指纹技术在李安沟门井区分层产能监测中的应用[J]．长江大学学报：自然版，2012，9（11）：94-96.

[3]税蕾蕾，彭平安，贾望鲁，等．原油色谱指纹技术的优化与改进[J]．石油地质与工程，2011，25（5）：130-133.

（栏目主持 杨 军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.3.007