桑塔木油田沥青析出影响因素及举措

干华文，孙红海，刘 勇，朱 轶，柴 雄，应新伟，马金龙，赵 英，苏 秋

(塔里木油田 开发事业部，新疆 库尔勒 841000)



桑塔木油田沥青析出影响因素及举措

干华文，孙红海，刘 勇，朱 轶，柴 雄，应新伟，马金龙，赵 英，苏 秋

(塔里木油田 开发事业部，新疆 库尔勒 841000)

桑塔木油田已处于开发高含水阶段，原油油品胶质、沥青质含量高，容易发生沥青析出沉积，给开发带来了巨大困难。介绍了桑塔木油田原油中沥青存在的状态、沥青含量对沥青析出的影响，通过室内实验描述了沥青析出的机理，结合现场总结了沥青析出的影响因素，提出了防止沥青析出的方法，通过实际生产在桑塔木油田取得了较好的效果，为类似油田开发提供参考依据。

沥青析出；存在状态；沥青含量；影响因素

当原油中出现沥青沉积会给生产造成极大危害，严重影响原油产量和时率。国内外学者主要研究了沥青在原油中的存在状态、沥青析出的机理，但是鉴于沥青成分的复杂性、沉积区域性导致沥青析出依然是石油工业的难点。沥青析出会发生在储层中、井筒中、也可能发生在地面设备中，使其成为花费较高、技术难度较大的生产问题。笔者主要结合生产实践，通过取样进行室内对照实验，研究本油田沥青存在状态、析出机理、影响因素，制定出相应预防措施，并统计了2口井的措施效果，供老油田后期生产借鉴。

1 桑塔木油田概况

桑塔木油田位于塔里木盆地塔北隆起轮南斜坡桑塔木潜山断垒-披覆背斜带，属于复杂断块油藏，开发层系多，地质储量丰富，采出程度低，目前处于高含水阶段。

油田处于特高含水开发阶段，油田稳产难度大，生产效益低下。三叠系油品性质普遍较差，原油平均密度0.886 g/cm3，平均粘度129 mPa/s，平均含蜡量6.7%，平均沥青含量3.36%，平均胶质含量3.18%，给生产带来了巨大挑战。桑塔木油田处于后期高含水阶段，采油方式以机械采油为主，沥青析出给电泵井、抽油机井生产带来了严重威胁，通过实验与国内外先进经验，结合本油田实际情况制定出预防沥青析出的措施，且取得了较好的生产效果。

2 国内外对沥青析出研究概况

自1990 年以来, 国外曾采用界面张力法、黏度法及电导率法等进行过沥青质析出实验并取得了一些可喜的成果与进展[1]。但是这些研究均侧重于理论研究，大多只阐述了近井地带沥青污染或地层污染，对于井筒和地面设备沥青沉积导致的危害研究较少，到目前为止人们对沥青质析出的机理还认识不清。

本次在桑塔木油田A井出现的沥青析出堵塞井筒与生产管线，B井检泵发现井筒管柱被沥青堵死，证实了沥青析出的存在(见图1)。为了解决老油田后期稠油生产沥青的困扰，本次对A、B井堵塞物进行了取样化验组分全分析，进行室内模拟实验。研究出桑塔木油田沥青在原油中的存在方式，沥青析出发生的条件与机理、沥青析出的影响因素，以及怎样预防沥青析出的发生，最终制定出一套适合自喷井与电泵井防止沥青析出的技术。

3 桑塔木油田沥青析出

3.1 沥青和胶质的特征

在原油中, 最常见的芳烃是沥青和中性胶质, 也包括地沥青酸、碳烯和焦沥青。沥青和胶质的化学组成很难分析出来, 因为它们的性质很复杂。沥青是原油中较重的、非挥发的极性组分。

沥青主要是由包含碳、氢和少量组分(如硫、氮、氧) 组成的杂环分子。胶质与沥青有相同的化合物组成, 但它是很小的分子, 并有较多的石蜡链接在稠环上。在自然状态下, 沥青经常包含相当浓度的镍、铁和钒[2]。

3.2 沥青存在的状态

A)分散状:沥青以分散质点的形式分布在胶体溶液, 质点为球粒状,粒径一般为1 μm～10 μm, 小者可小于1 μm。

B)凝絮状:沥青胶质凝聚为絮状, 常呈现为薄膜状、胶束状、海绵状等多种形状, 具有很强的黏结力, 常把许多沥青微粒黏结在一起。这些凝絮, 在溶液中是可以随意流动的。

C)团块状:它是由许多沥青微粒聚集在一起而形成, 形状很不规则,多以枝状、纲状、团块状等多种形状产出, 其内可包括岩石微粒。大小多在10 μm～100 μm 以上。

3.3 桑塔木油田沥青存在方式

从表1可以看出，桑塔木油田B井“非烃+沥青质”含量高达24.15%，重质组分较高，构成了沥青析出的物质基础。但是A井“非烃+沥青质”含量仅达7.27%，但依旧出现了沥青析出。A井、B井现场出现沥青堵塞后，证实了桑塔木油田沥青析出的存在。通过现场取样分析，A井堵塞前原油密度0.816 4 g/cm3，含蜡量6.3%，胶质0.53%，沥青质0.49%；堵塞后胶质10.86%+沥青质37.72%+含蜡量3.1%。B井堵塞前原油密度0.929 5 g/cm3，含蜡量3.3%，沥青质15.89%，胶质1.08%。两口井沥青质含量差距大，但均发生了沥青析出，说明沥青析出不单纯取决于沥青质含量的高低, 还与原油中的其他组分含量有关。

表1 桑塔木油田原油族组成对比表

因此, 构成复杂石油体系的石油组分之间是相互联系的, 只要混合物中极性分子与非极性分子、高分子量与低分子量分子在含量和性质上都比较匹配, 该体系就能保持相对稳定而不出现沉积。如果开采中打破这种平衡, 那么稠油中的重组分特别是沥青将会发生沉积[3]。

3.4 温度压力对桑塔木油田沥青析出的影响

A井发生沥青沉积堵塞后进行了取样实验，样品呈黑色固体状，实验在油田室内化验室进行。实验分为四组进行，主要用于模拟井下原油状态在温度发生变化后沥青沉积过程，另设一组对照实验用于观察桑塔木油田沥青存在的状态和自然状态下的析出过程。

表2 实验室内组合方案

从实验数据可以看出，当完全按照井底原油组分比例进行实验且在有沥青分散剂的条件下开始融化所需要的温度最低、最先开始融化。在不加沥青分散剂的条件下，按照井底原油比例进行实验，样品开始溶化的温度为70℃。结合A井生产过程中的流梯资料分析，地层中深流压48.55 MPa，地层中深流温112℃，在地层条件下不会发生沥青析出。井筒深度2 100 m以上压力低于40 MPa，温度低于75℃，易发生沥青析出。对照实验设置在室内式样瓶中，实验发现刚从加热炉取样口取出的原油在瓶壁上未留下痕迹，放置1 h后瓶壁上留下了藻痕，6 h后瓶底有沥青析出。

结合矿场实验沥青包络线理论图对比(见图2)，在一定的温度下，只有压力在相应的范围内才会发生沥青质析出，压力高于或低于这个范围，沥青质都不会析出[4]。正好验证了A井、B井发生沥青析出的温度和压力影响。

3.5 井筒流动性及生产压差对沥青析出的影响

A井、B井在正常生产时均未发生沥青析出。A井为桑塔木油田三叠系三油组的一口自喷井，生产过程中井口经常性返出钻井过程中遗留下的铁屑等杂质，导致井口油嘴经常性堵塞，从而导致流体在井筒中流动的连续性变差，最终出现沥青析出。B井为桑塔木油田三叠系三油组的一口电泵井，生产过程中时常发生过载或欠载停泵，严重影响油井时率和产量。在最近一次检泵作业中出现了沥青沉积，第20到200根油管被沥青沉积堵死，折算深度246 m～2 006 m，第200到270根管柱为稀油，底部为水。该井正常生产时采用6 mm 油嘴控制生产压差生产，减缓底水锥进，日产液61 t，含水77%。而与其油品性质相似的邻井生产压差相对小，故未出现沥青析出(见表3)。在过载停泵后，井筒温度压力发生变化，流动性变差出现沥青沉积。两口井沥青沉积说明流动性差的稠油开采过程中易发生沥青析出，且都发生在井筒中，生产压差越小越不易发生沥青析出。

表3 邻井生产情况对比

3.6 含水对沥青析出的影响

桑塔木油田处于开发的特高含水期，B井周围井油品性质相似，但是邻井含水均高达90%，而B井含水仅60～70%。这就导致B井流动性变小，水冲刷作用相对弱，从而易发生沥青析出。

表4 邻井含水率对比

3.7 原油组分对沥青析出的影响

引用Gh.Reza和P.Oskui提出的胶体系统不稳定指数(colloidal instability index，CII) ，可以通过原油的四组分分析对原油是否会发生沥青质析出进行宏观预测[4]。

CII=(饱和分质量分数+沥青质质量分数)/

(芳香分质量分数+胶质质量分数)

CII<0.7，系统稳定；0.7

表5 B井、C井原油四组分统计表

从表可以看出，B井CII等于1.82，远大于0.9，说明原油处于不稳定系统，容易析出沥青质析出。

4 桑塔木油田防止沥青沉积措施及效果

通过此次实验分析，制定出针对自喷井和电泵井不同生产方式的预防沥青析出的配套措施。鉴于桑塔木油田三叠系三油组的油品性质，在新井投产、措施投产以及老井生产过程中要进行应对稠油技术分析。

对于自喷井A井，新井投产时3 mm油嘴控制底水生产，正常生产时油压33 MPa，发生了沥青沉积后堵塞油嘴和井筒。通过此次现场结合室内实验，适当扩大生产制度将3 mm油嘴更换为7 mm油嘴生产，增大生产压差，保证流体在井筒中连续流动。同时为了控制底水锥进，在地面控制方面，在井场设置加热炉，生产管线上采用电伴热加热，保证原油集输温度；井场采用三级节流控制生产同时保证流体流动无阻碍，嘴后节流阀、加热炉前二级节流、出井场三级节流，将井口油压控制在33 MPa，嘴后压力控制在20 MPa，出井场压力控制在7.8 MPa，保证正常生产防止沥青析出又控制底水锥进。站内设备方面，运用远传监测井口压力参数，行成压力趋势直线，以便对井口及时进行调整，保证平稳运行。配套措施实施后，A井平稳生产，化验含水稳定，取样分析原油未有沥青析出。

对于电泵井，同样适当扩大生产制度，减小生产压差，保证流体在井筒中连续流动，同时尽可能地减少停泵。在预防配套方面，安装了井下传感器，实时监测井下机组工作状态，主要录取吸入口压力、温度、振动频率等参数。当参数异常时立即进行相应措施，如采取大排量洗井，增大井内流体流动性和起到一定冲刷作用，保证机组正常运行。另外，对于措施后的井，在充分分析油品性质和地层供液能力情况下，采取“小井眼，大排量”配套管柱进行生产，尽量增大流体的流动，增大井口温度。

通过措施，A井恢复了正常生产，平均日增油50 t，日增气15万m3。B井恢复正常生产，检泵周期增加160 d，平均日增油10 t。两口井均取得了较好的效果。

5 取得的认识及结论

1)桑塔木油田沥青主要以絮凝状存在与原油中，在自然大气压条件、静止下很快会析出沥青析出；2)沥青析出的发生与沥青质含量高低关系不大；3)桑塔木油田沥青析出的主要因素有温度、压力、流动性、生产压差和含水率以及原油四组分情况有关;4)通过增大生产压差、增大井筒流体流动性可以减小沥青析出现象。

[1] 闵令元.油田开发的潜在危害——沥青质沉积[J].科技情报开发与经济杂志社，2006(22):2-4.

[2] 段秋者.电潜泵应用中的沥青沉积[J].PENNWELL PUBL CO ENERGY GROUP，2000(8)：1-3.

[3] 中国石化公司.提高采收率技术座谈会文集[G].北京:中国石化出版社,2002.

[4] 钱坤，杨胜来，刘盼.原油沥青质初始沉淀压力实验测定研究[J].中国石油大学石油工程教育部重点实验室,2014(31):1-2.

Factors Influencing Asphalt Precipitation in Sangtamu Oilfield and Countermeasures

GAN Hua-wen, SUN Hong-hai, LIU Yong, ZHU Yi, CHAI Xiong,YING Xin-wei, MA Jin-long, ZHAO Ying, SU Qiu

(Development Department, Tarim Oilfiled Company, Korla 841000, Xinjiang, China)

Sangtamu oilfield is in high water cut stage, with crude oil properties, prone to asphalt precipitation, bringing great difficulties to oil production. This paper introduces the influence of state and asphalt content of asphalt in the crude oil in Sangtamu oilfield. The mechanism of asphalt precipitation was described by laboratory experiments. The paper summarized the influencing factors of asphalt precipitatio， proposed methods for preventing the precipitation of asphalt. So the actual production has achieved good effect in Sangtamu oilfield, providing reference for similar oilfield development.

asphalt precipitation; existing state; asphalt content; influence factor

2016-08-30

干华文(1989-)，男，四川人，油藏工程师，从事油气田开发工作,E-mail:1160962506@qq.com。

TE357

B

1008-9446(2017)01-0027-05