蒸馏切割与色谱分析相结合的稠油井流物分析方法

王丽娜

（1. 中国石化 胜利油田分公司勘探开发研究院，山东 东营 257015；2. 山东省非常规油气勘探开发重点实验室，山东 东营 257015）

井流物是从油气井中产出的流体物质，实验室采用气相色谱进行原油和天然气组成的分析，根据油气组成计算井流物数据［1］。井流物分析数据是高压物性分析的重要组成部分，是油藏数值模拟组分模型中必不可少的基础参数，同时又是评价油、气性质的重要依据之一，是编制油田开发方案、计算油田储量的重要物性参数［2-5］。目前气藏和普通油藏流体的井流物分析误差较小，但由于稠油乳化水含量高、密度大、黏度大、沸程宽的特性，使得在进行稠油井流物分析时存在试样采集难、进样成功率低、稠油中的大分子化合物无法气化、污染仪器等问题，造成稠油井流物分析困难，因此，建立稠油井流物分析技术对有效开发油气田具有重要意义［6-12］。

本工作建立了一种蒸馏切割与色谱分析相结合的稠油井流物分析技术，实现了油田稠油井流物的分析。

1 实验部分

1.1 实验用油

实验用稠油PL9-1-4 和YX9 及对应脱气气体试样均取自中国石化胜利油田分公司某区块。

1.2 实验步骤

从现场取得脱气油和脱气气体试样之后，采用蒸馏切割与色谱分析相结合的方法进行稠油井流物分析，具体步骤：1）采用美国安捷伦公司的Agilent 7890 型气相色谱分析脱气气体试样的组成；2）将脱气油进行脱水处理；3）脱气油脱水后采用蒸馏切割法进行轻质和重质馏分的分离；4）采用美国安捷伦公司的Agilent 6890 型气相色谱仪分析轻质馏分；5）测定重质馏分的分子量；6）利用测得的数据，计算稠油井流物组成。

1.3 实验方法

1.3.1 蒸馏切割方法

确定合理的切割温度。综合考虑实验设备性能、原油性质、高压物性数据的条件限制，确定稠油蒸馏切割的最佳温度为300 ～350 ℃。为了防止馏分损失、增强馏分切割的精度、避免蒸馏时出现爆沸现象，在GB/T 26984—2011《原油馏程的测定》基础上［13］，对蒸馏切割实验进行了优化：将蒸馏设备密闭，控制冷水浴的初始温度为0 ～5 ℃；蒸馏期间用橡胶垫将量筒盖严；控制冷凝液馏出速度；若原油试样中水含量大于0.2%（w），则在蒸馏切割时，将试样加热至40 ～60 ℃，保持1.5 ～2.0 h，然后冷却至20 ℃，再继续蒸馏。

1.3.2 色谱分析方法

色谱条件的选择：1）原油烃组成分析条件：HP-1 毛细管色谱柱（60 m×0.32 mm×0.25 μm）；载气为高纯氮气，柱流量1 mL/min；进样口温度350 ℃。色谱柱升温程序：初始柱温40 ℃，保持时间2 min，然后以6 ℃/min 的升温速率升至325 ℃，保持时间30 min。分流进样，进样量1 μL，分流比为72∶1；FID 检测器温度350 ℃。2）脱气气体试样组成分析条件：填充柱及HP-PONA 柱（50 m×0.2 mm×0.50 μm）；载气为高纯氮气和高纯氢气［14］；进样口温度120 ℃；阀进样，进样量0.5 mL；程序升温模式：初始柱温50 ℃，保持3 min，以10 ℃/min 的升温速率升至80 ℃，保持4 min，然后以25 ℃/min 的升温速率升至150 ℃，保持5 min；检测器为FID 和TCD，检测器温度150 ℃。

目前色谱分析所用的色谱衬管只有石英棉，为解决原油全烃分析时稠油试样对色谱柱的污染和堵塞问题，对色谱进样系统进行改进：增大衬管中试样的汽化面积，提高试样汽化速度；对色谱衬管进行改进，在色谱衬管中添加一种专用的色谱填料，改进前每根色谱柱大约能完成3 个稠油井流物试样的分析，改进后可以分析试样50 个以上，既节约了成本，又提高了工作效率。

1.4 稠油井流物分析计算方法

脱气气体试样组成的计算公式见式（1）。

式中，yi为脱气气体中i 组分的摩尔分数，%；Ai为i 组分的峰面积；fi为i 组分的摩尔校正因子。

按照式（2）～（3）计算脱气油试样的组成。

式中，XA为轻质馏分的质量分数，%；XB为重质馏分的质量分数，%；MB为重质馏分的摩尔质量，g/mol；Ci为脱气油中i 组分的质量分数，%；Mi为i 组分的摩尔质量，g/mol；xi，xn+为脱气油中i组分和重质馏分的摩尔分数，%。

稠油试样的井流物组成计算公式见式（4）。

式中，xfi为地层流体i 组分的摩尔分数，%；Wd为脱气油的质量，为脱气油的平均摩尔质量，g/mol；R 为摩尔气体常数，8.314 J/（mol·K）；Z1为室温、大气压力下的气体偏差系数；p1为当日大气压力，MPa；T1为室温，K；V1为放出气体在室温、大气压力下的体积，cm3。

2 结果与讨论

2.1 稠油的物性参数

稠油的物性参数见表1。由表1 可知，PL9-1-4 和YX9 试样密度大、黏度大、胶质和沥青质含量高，试样脱水后的含水率接近0.20% （w），满足实验要求。

2.2 稠油蒸馏切割结果

稠油蒸馏切割数据见表2。由表2 可知，PL9-1-4 和YX9 试样的切割温度分别为320 ℃和300 ℃，试样切割得到的重质馏分含量达80%（w）左右。

2.3 油气试样色谱分析数据及井流物计算结果

稠油的脱气气体组成见表3。

表1 稠油的物性参数Table 1 Physical property parameters of heavy oil

表2 稠油蒸馏切割数据Table 2 Data of heavy oil distillation and cutting

表3 稠油的脱气气体组成Table 3 Degassed gas composition of heavy oil

由表3 可知，气相色谱可以精确分析出脱气气体中烃类及CO2、 N2非烃的组成，稠油脱气气体中甲烷含量高达90%（x）以上，且一般不含有C8以上重组分。

脱气油经蒸馏切割获取的轻质馏分的气相色谱图见图1，轻质馏分的组成见表4 和表5。由图1 可知，脱气油经蒸馏切割后，色谱峰分离度高，峰形好，便于定性和定量分析。

图1 YX9 和PL9-1-4 轻质馏分的气相色谱图Fig.1 Chromatograms of light fraction of YX9 and PL9-1-4.

由表4 和表5 可知，蒸馏切割获取的轻质馏分中C1～5含量低，且通常不含有甲烷。原油性质不同，轻质馏分的组成也存在差异。

脱气油经蒸馏切割得到的重质馏分的分子量见表6。由表6 可知，YX9 和PL9-1-4 的重质馏分分子量较大，分别为725 和897。

表4 YX9 轻质馏分组成Table 4 Light fraction composition of YX9

表5 PL9-1-4 轻质馏分组成Table 5 Light fraction composition for PL9-1-4

表6 重质馏分分子量Table 6 Molecular weight of heavy fraction

稠油井流物的组成见表7 和表8。由表7 和表8 可知，通过蒸馏切割与色谱分析相结合的方法能够精确得到稠油井流物的组成，包括非烃、轻烃和重烃组分，其中，重烃组分能够分析到C38以上。

表7 YX9 井流物组成Table 7 Well stream data of heavy oil YX9

表8 PL9-1-4 井流物组成Table 8 Well stream data of heavy oil PL9-1-4

3 结论

1）建立了一种蒸馏切割与色谱分析相结合的稠油井流物分析方法，解决了稠油井流物分析困难的问题。

2）综合考虑实验设备性能、原油试样性质、高压物性等，确定稠油蒸馏切割的最佳温度为300 ～350 ℃，优化了蒸馏切割实验方法，既节约了成本，又提高了工作效率。

3）采用所建立的分析方法，实现了油田稠油井流物分析，为油田稠油油藏开发提供了重要依据。