模拟延长油田CO2驱油过程原油结蜡特性研究①

尹志福 李建东 魏彦林 方晓君 刘 杰

(陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院)

国内不同油田的原油中普遍都含蜡，蜡质量分数超过10%的原油几乎占整个产出原油的90%，而且大部分原油中蜡的质量分数均在20%以上，有的甚至高达40%～50%。在地层条件下，含蜡原油中的蜡一般溶解在原油中，随着采出过程中压力、温度的下降和轻质组分的逸出，原油中的蜡会逐渐析出，并在地层、油管、集输管线中沉积，给原油的开采和输送带来许多困扰[1-6]。过去的研究主要集中在油温、原油与管壁的温差、流速、原油组成、管壁材质等因素对管壁蜡沉积的影响以及蜡沉积模型的建立[7-9]。

由于延长油田某CO2驱油区块原油中的蜡含量偏高，井下管柱系统和地面集输系统的结蜡将对延长油田的高效经济开发产生不利的影响。目前，气体压力对原油结蜡影响的相关研究鲜见报道。因此，针对延长油田CO2驱油区块原油开采与输送过程中可能产生的结蜡问题，开展了不同CO2分压条件下原油结蜡倾向和原油结蜡特性评价。

1 实验部分

1.1 实验材料与装置

研究实验对象为原油和油管材质试片。原油为延长油田某CO2驱油区块的采出原油，其组分为w(蜡)27.16%、w(胶质)9.72%、w(沥青质)3.31%；试片从J55油管进行线切割截取，尺寸为50 mm×30 mm×5 mm，每个实验条件均为3个试样。

原油结蜡倾向试验在TFCZ-3L、25 MPa、250 ℃高温高压反应釜中进行，原油析蜡特性采用美国的TA MSDSC2910型差示扫描量热仪测试。

1.2 实验方法

将原油装入高压釜体内，将试样安装在高压釜夹具上，安装釜盖密封，检查高压釜密封良好后，加热升温至30 ℃，通入CO2并保持一定时间，直至CO2充分溶解，稳定在试验预定压力(1 MPa、5 MPa)，然后通入N2使高压釜内总压达到15 MPa，流速设定为0.3 m/s。试样在原油中浸泡周期为7天。实验完毕后取出试样，用热水清洗吹干，使用精度为0.1 mg的电子分析天平称量，同时对试验前后原油中蜡含量进行测试，按照公式(1)和公式(2)分别计算CO2分压在1 MPa和5 MPa 下试样表面的结蜡速率及原油的结蜡率。

(1)

(2)

式中，Vwax为结蜡速率，mm/a；ΔW为试样增量，g；ρ为石蜡的密度，g/cm3；A为试样表面积，mm2；T为试验周期，d；Swax为结蜡率，%；W0为原油中初始所含蜡的质量分数；W1为经过不同CO2分压处理后原油中所含蜡的质量分数。

原油析蜡特性测定时，将原油(初始生产原油、CO2分压为1 MPa和5 MPa 浸泡7天处理后的原油)用铝制坩埚密封，并预热至80 ℃，然后以5 ℃/min的降温速率降温至-30 ℃来进行，最后分析原油的析蜡点和含蜡量。

2 结果与讨论

2.1 原油结蜡倾向

图1反映了不同CO2分压下原油在试样表面的结蜡速率和原油的结蜡率。在CO2分压为1 MPa和5 MPa条件下，试样表面的结蜡速率分别为3.05 mm/a和10.59 mm/a，表明在CO2驱油过程中，CO2分压增大时结蜡速率也相应提高。通过实验前后原油中蜡含量的测试结果，经计算得到1 MPa和5 MPa CO2分压条件下原油中蜡的质量分数分别为22.44%和20.98%，结蜡率分别为17.37%和22.75%，表明原油中的蜡含量在模拟CO2驱油作用下有所下降，即有蜡析出，而且随着CO2分压的增大，结蜡率提高。

图2给出了不同的CO2分压条件下，J55钢表面结蜡的宏观形貌。可以看出，原油浸泡处理的试样表面经过热水清洗后，沉积了一层蜡质物。在CO2分压为5 MPa 时(图2(b))，试样表面沉积的蜡质物相对于1 MPa 时(图2(a))的更为明显，表明在CO2分压增大时原油中的蜡析出更明显，与计算得到的结蜡速率与结蜡率的结果是一致的。

2.2 原油析蜡性质

图3为在原始油样以及在1 MPa和5 MPa的CO2分压下处理7天后的原油析蜡特性曲线对比图。图3清楚地反映出各条件下油样的析蜡点和析蜡高峰点特性的变化特点。由表1中的原油析蜡特性测定数据可知，原始油样的析蜡点比经过不同CO2分压处理后油样的析蜡点温度高，即被CO2处理作用后原油析蜡点向低温方向移动，而被CO2处理后油样的蜡含量也相应地比未处理油样的蜡含量低，即析出了蜡。另外，相对于CO2分压为1 MPa 条件，5 MPa的CO2分压条件下处理的原油析蜡点向温度升高方向移动，而蜡含量大大降低(由17.8%降至14.2%)，即有大量蜡析出。

表1 三种原油样品的析蜡特性参数

表1中，未被CO2处理的原油析蜡点比有一定压力的CO2处理后的原油析蜡点都要高一些，很可能是由于压力低于泡点压力时，其析蜡点相对有一定压力的CO2处理的原油析蜡点较高；相对于1 MPa的CO2分压条件，CO2分压为5 MPa 时处理的原油析蜡点向温度升高方向移动，很可能是由于CO2压力高于泡点压力时，随着CO2压力升高，原油密度增大，原油析蜡点升高。在今后的研究中将进一步揭示CO2分压对原油结蜡性质的影响。

3 结 论

(1) CO2分压增大时原油的结蜡速率提高，蜡含量降低，结蜡率提高，蜡析出更明显。

(2) 经CO2处理作用后原油析蜡点向低温方向移动，其蜡含量也相应地比未处理油样的含蜡量降低。

(3) 处理原油的 CO2分压越高，其析蜡点向温度升高方向移动，蜡含量大大降低。

参考文献

[1] Azevedo L F A, Teixeira A M. A critical review of the modeling of wax deposition mechanism[J]. Petroleum Science and Technology, 2003, 21(3/4): 393-408.

[2] Burger E D, Perkins T K. Studies of wax deposition in the transalaska pipeline [C]. SPE 80788, 1980.

[3] 潘永梅. 长输管线析蜡特点分析及应用[J]. 油气田地面工程, 2001, 20(6): 28-30.

[4] 黄启玉, 苗青. 原油析蜡量和结蜡量关系的研究[J]. 油气储运, 2009, 28(4): 48-50.

[5] 万里平,唐酞峰，孟英峰.长庆油田油井井筒腐蚀机理与防护措施[J]. 石油与天然气化工, 2006, 35(4): 311-313.

[6] 陈刚，汤颖，邓强，等.聚丙烯酸酯类防蜡剂的合成与性能研究[J]. 石油与天然气化工, 2010, 39(2): 140-143.

[7] 杨筱蘅. 输油管道设计与管理[M]. 东营: 中国石油大学出版社, 2006.

[8] 李俊刚, 王志华, 龙安厚, 等. 输油管道系统管壁温度与原油温度对蜡沉积的影响[J]. 大庆石油学院学报, 2006, 30(3): 21-23.

[9] 张立新. 原油性质对油井结蜡程度的影响[J]. 2010, 29(8): 12-13.