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稠油作为一种重要的资源受到国内外人士的普遍关注,但稠油难于开采,如何经济有效地开采稠油成为当前世界面临的主要问题。稠油不仅组成复杂,而且不同地区多样性差异较大,使得稠油组分和结构研究变得十分困难。尽管国内外的研究者对稠油及其组分作了大量的分析测试工作,取得了一些成果,但是对于稠油开采和运输的实际指导仍然不足。
塔河油田稠油开发中存在的主要问题是:在油藏条件下原油具有一定的流动性和较好的供油能力,原油进入井筒向地面流动的过程中,随着井筒温度的降低,原油粘度增大,在3000m左右逐渐失去流动性,使原油无法流到井口。针对塔河油田原油的这一特点,目前原油研究主要是以其物性研究为基础,井筒降粘为原则,来寻找合适的开采工艺。
本文以塔河12区不同油井稠油为研究对象,采用国家标准、石油天然气行业标准和先进的分析测试手段,检测了原油密度、凝点、蜡含量、盐含量、发热量、馏分分布、流变性和粘温性、族组分、有机元素、微量金属元素、分子量及其分布,并对饱和烃色谱及色谱-质谱,非烃红外、紫外吸收光谱和扫描电镜进作了详尽的分析。综合稠油物理化学性质和组分结构特性,结合前人对原油胶体系统的研究成果,初步探论了12区原油致稠成因,为稠油开采工艺的优选提供了理论依据。
研究表明,塔河12区稠油为运移后残留重质原油。
塔河12区稠油具有以下特征:
属于高凝点、高密度、高粘度、高发热、高含盐和低含蜡的“五高一低”超稠油。稠油高凝点不是由蜡的结晶和聚集造成,它反映了稠油本身组成上的特异性。
稠油汽油馏分较少,渣油馏分多,轻柴油和重油馏分含量居中,反映了组成稠油的有机化合物分子极性大、分子量大、分子间氢键多的特点。
不同稠油牛顿流体相转变温度点不同,相转变温度均大于100℃,稠油开采需要保持较高的地层和井筒温度。
稠油中烃类和非烃含量各占50%,含有大量的NSO杂原子和过渡金属。稠油中高非烃含量、杂原子(NSO)、过渡金属是影响稠油粘度的因素。一方面非烃杂原子通过形成氢键加强族组分间的相互作用,增强了体系分子间作用力;另一方面非烃杂原子和过渡金属相互作用形成大分子螯合物,增加了体系中大分子组份的相对含量。此外,稠油中胶质含量少、分子量小、分子极性强,导致稠油胶体体系的芳香“梯度”不连续,沥青质分子自缔合作用,使整个体系中大分子组份相对含量增多。组分分子间的强作用力和大分子聚合体的形成导致稠油粘度增大。
稠油平均相对分子质量不是影响稠油粘度的决定性因素。
稠油的生油母质为混合型,陆源植物和水生浮游生物兼有。稠油为形成于咸水-半咸水强还原沉积环境下的成熟油。与典型的生物降解稠油不同,稠油饱和烃色谱呈现“双峰”型,存在大量环烷烃和异戊二烯烃类,正常甾萜类化合物含量丰富,生物降解作用弱。稠油中既有经过生物降解作用的稠油,又有未受生物降解作用的稠油,为后期注入其它油源原油的混合型稠油。
稠油、胶质和沥青质都为典型的碳氢化合物结构,不同稠油结构差异大,而不同胶质和沥青质结构基本相似,都是以杂环和芳香环为基本骨架,但沥青质中迫位缩合芳香环比胶质中的多。沥青质分子聚集颗粒较大,分子排列紧密,胶质分子聚集颗粒小,分子排列松散,胶质是沥青质溶于石油胶体体系的介质。
塔河12区稠油致稠成因:
轻组分运移,残留重组分运移聚集是导致原油超稠的主要因素。杂原子形成氢键作用、杂原子与过渡金属形成螯合物作用、沥青质分子自缔合形成大分子聚集体等是导致稠油进一步稠化的因素。多因素共同作用形成塔河超稠油。