油气田不明物质分析方法与应用

南 源 陈金定 马双政 陈小娟 张耀元 杨宝伟 王冠翔 钟鸿鹏 李志兰

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，广东 湛江524057）

在油气田开发生产过程中，井壁、管线流程、罐体、采油阀门等部位可能会出现无机垢、有机垢、添加剂、失效件、泥砂等物质。这些物质有的可能造成流动阻力增加、引起管线局部腐蚀外还可能造成堵塞，产液下降，给油气田生产带来极大的危害。

有不少文献中将这些物质定义为垢样。由于在油气田开发生产中会取到的这些物质种类较多、成分不明，而不是仅仅是垢样。为了方便油田开发生产管理，因此笔者将这些物质统一定义为不明物质。若能准确鉴别各种不明物质的成分，从而能够分析不明物质的成因，继而对采取有效的预防和治理措施有着重要的指导作用。

1 实验设备、材料及方法

1.1 主要实验仪器

实验仪器：iCAP7400 光谱仪，美国热电公司；Ultima IVX 射线衍射仪 日本理学；电子探针显微分析仪, 日本电子JXA8230；Axio Imager.A2m偏光显微镜 德国蔡司；SX2-5-12 马弗炉，上海实焰；FD023 烘箱，德国宾得；YS 全自动多功能抽提仪抽提仪,德国福里茨。

1.2 实验试剂

盐酸、氢氟酸、硝酸、石油醚、苯、三氯甲烷

1.3 主要参考标准

SY/T 5523-2016 油田水分析方法；SL394.1-2007 铅、镉、钒、磷等34 种元素的测定- 电感耦合等离子体发射光谱法；SY/T 5163-2018 沉积岩中粘土矿物和常见非粘土矿物X射线衍射分析方法；SY/T 6027-2018 岩石矿物电子探针定量分析方法；SY/T 7550-2012 原油中蜡、胶质、沥青质含量的测定；SY/T5119-2016岩石中可溶有机物及原油族组分分析。

2 不明物质分析步骤

对不明物质分析，首先应了解不明物质的信息，包括分析不明物质来自于哪个系统、设备及部位，从而推测不明物质的可能包含哪些成分，然后有针对性的选取样品前处理及实验分析方法。同时应结合油田开发生产需要，合理的选择实验内容。

2.1 有机不明物质

对于有机不明物质，称取一定量的该物质，用本井或油田的原油稍加热对其进行溶解，若全部溶解则可以判断物质为来自该井原油的组分，通过原油组分分析可以得到该物质的各组分含量。若有部分不溶，则判断该物质可能有聚合物，对不溶的部分用正己烷溶解进行溶解，通过液相色谱进行分析进行定性确认。

表1 沉淀物中主要金属元素含量

表2 沉淀物电子探针分析结果

2.2 无机不明物质

定量选取一部分该物质开展岩石薄片鉴定、重矿物鉴定、X- 衍射全岩分析从而可以得到各矿物的定量分析结果。同时对该物质进行烘干并称重，通过加过量的盐酸进行溶解，对溶解液用ICP 光谱仪进行元素定量分析，对盐酸不溶解物质进行烘干并称重，并用过量的氢氟酸溶解，溶解部分则可以得到长英质、泥质、重矿物等的含量，不溶部分则为钻井液添加重晶石和钡锶垢等含量。结合酸溶实验和岩石薄片、X- 衍射全岩分析等实验结果则可以对该无机不明物质进行定量分析。

2.3 有机物和无机混合不明物质

多数时候，油气田不明物质为无机和有机混合物，这时首先需要通过族组分分析，将无机部分和有机部分分离并分别定量，然后在结合2.1 和2.2 中的步骤进行不明物质成分定量分析。

3 典型油气田不明物质分析案例与应用

3.1 沉淀物分析

样品为某注入水与地层水混合后产生的黑色悬浮物，用滤纸过滤得到黑色固体粉末放置一段时间后该沉淀物由黑色变为黄褐色。对该不明物质分别采用酸溶实验、电子探针、X-衍射实验进行成分分析，分析结果如下：3.1.1 元素分析。将样品在105℃条件下，加热烘干。准确称取0.5000g垢样，用硝酸湿法敞口杯消解。并对消解液通过ICP 光谱仪进行元素含量分析，得到各主要元素分析见表1。3.1.2 电子探针（能谱）实验结果。对沉淀物用氯仿进行洗油处理并烘干，然后用电子探针（能谱）分析，结果见表2 和图1、图2。由电子探针结果可知，组成沉淀物的元素主要包括C、O、Na、S、Cl、Ca、Fe；分析认为垢样的主要成分为碳酸盐、磁铁矿、石盐、硫化亚铁。3.1.3 显微拍照鉴定。对洗油处理后的沉淀物烘干并进行显微拍照鉴定，如见图3- 图6。

3.2 油泥样分析

样品为电脱水罐内油泥，为黄褐色泥沙状物质。分析步骤为首先采用氯仿抽提，分析可溶有机物含量，得到其可溶有机物含量为12.15%，不可溶无机物占87.85%。样品在600℃马弗炉高温下煅烧，除去有机物；取部分除油烘干后的垢样，加入盐酸加热搅拌，样品无明显反应，推测油泥样中不含能与盐酸发生反应的物质。取部分洗油烘干后的垢样，进行全岩X- 衍射分析分析结果见图7；通过全岩X衍射试验结果表明，除油后的无机物中主要为65%为SiO2，35%为CaSO4。

3.3 某注水管线结垢物分析

该样品为黑色有沙粒状液态流体物质，采用氯仿抽提分析可溶有机物含量得到其可溶有机物含量为21.43%，不可溶无机物占78.57%。再采用高温煅烧的除油方式获取不溶物，取部分除油烘干后的垢样，加入盐酸加热搅拌，发生反应样品大部份溶解，溶液呈浅绿色，推测垢样中含能与盐酸发生反应的物质并能产生二价铁离子，取部分洗油烘干后的垢样，进行全岩X衍射分析分析结果见图8；通过全岩X衍射试验结果表明，无机垢样主要为含铁化合物，其中Fe2O3的含量为63%，Fe3O4含量为17%，FeSO4含量为20%。

4 结论

石油行业中尚未制定油气田不明物质分析的标准。本文总结了油气田不明物质分析的步骤与实验方法、并结合油气田常见的不明物质进行了分析。在实际工作中应结合油田开发生产需要，合理的选择实验内容。该方法能够准确、快速地对油气田不明物质定性、定量分析，为油气田出砂、管线堵塞、腐蚀结垢等问题的防治措施提供了基础数据支持。

图1 电子探针选择打点位置图

图2 电子探针选择打点位置图

图3

图4

图5

图6

图7 油泥X- 衍射分析图谱

图8 注水管线结垢物X- 岩石分析谱图