原油的性质随产地的不同有很大差别, 即使在同一油田中, 不同的油井, 同一油井不同的采油层位, 原油的组成和性质也有很大差异。我国所产原油80%以上为含蜡原油, 世界各国所产的原油中也有相当数量的含蜡原油。含蜡原油的凝点高, 流变性复杂, 给原油的生产、储存以及运输带来诸多问题和困难, 比如输油能耗高, 管道运行存在安全隐患等。江汉油田原油含蜡量比较高, 油井结蜡严重, 研究江汉原油油样的物性, 可为原油析蜡过程和油井清蜡、防蜡方法的研究提供理论依据。笔者对凝点、粘度、析蜡点和含蜡量分别进行了实验分析, 旨在对该地区的原油的开采、加工、运输提供一定的参考[1, 2]。
玻璃套管、温度计、恒温水浴锅;
美国Brookfield DV-Ⅱ+系列布氏旋转粘度计、ULA超低粘度适配器;
美国PE公司Pyrisl DSC差示扫描量热仪。
凝点[3]测定依照SY/T 0541-94进行测定, 将经预热后的油样装入试管中, 以0.5℃/ min~1℃/min的冷却速度冷却试样至高于预期凝点8℃时, 每降2℃观测一次试样的流动性, 直至将试管水平放置5 s而试样不流动, 此时的最高温度即为凝点。
粘度[4]测定, 固定转速为60 r/min, 从70℃一直冷却到25℃, 每降5℃测量一次。
析蜡点和含蜡量测定[5]在70℃, 恒温1 min, 以保证试样中的蜡全部熔化。然后以5℃/min的降温速率在氮气气氛下(流速50 mL/min)从70℃冷却至-20℃。依据析蜡点tc至-20℃间试样放热量及试样质量, 计算原油中蜡结晶放出的热量。
测定结果如表 1。
凝点用来表征原油的低温流动性。由表 1可以看出, 江汉油田原油的凝点较高, 分布在25℃~32℃之间, 平均凝点为27℃, 原油失去流动性主要是因为蜡的结晶析出, 室温时(25℃)均处于不流动或流动性不佳的状态, 因此对于原油的地上运输和加工, 就有比较严峻的考验, 因而对清防蜡剂方面就有了比较急切的需要。但在一般的油井温度下(50℃), 蜡还没有完全析出, 原油的流动性比较好。
不同原油在不同温度下的粘度数据如表 2所示。原油粘温曲线如图 1。
粘度是评价液体流动性的指标, 它表征其分子做相对运动时因分子之间的摩擦而产生内部阻力的大小。液体的粘度随压力的增大而增大, 随温度的升高而减小。根据液体流动牛顿方程式可知, 分子愈大, 它们之间的相互作用就越大, 流动所需的能量就愈大, 因此粘度也就愈大。同时分子间的氢键也会使液体的粘度增大。一般情况在油层条件下, 粘度50 mPa·s以上(密度大于0.9200 g/m3)称为稠油。其中粘度(在油层条件)在50 mPa·s~10 000mPa·s (密度0.9200 g/m3~0.9500 g/m3)称为普通稠油; 粘度10 000 mPa·s~50 000 mPa·s (密度0.9500 g/m3~0.9800 g/m3)称为特稠油; 大于50 000 mPa·s (密度大于0.9800 g/m3)称为超稠油或天然沥青。
由表 2可知, 江汉原油50℃时的粘度均较小, 为13.0 mPa·s ~72.0 mPa·s, 均值为33.3 mPa·s, 主要集中在40 mPa·s以下, 说明原油属正常原油。广8斜-14在50℃以下的粘度值, 在温度呈下降趋势的情况下相对于其他原油要升高得快, 到40℃时, 开始急剧升高, 这可能与广8斜-14的凝点比其他原油的要高有关。温度较高时, 随着温度的降低, 粘度变化较缓慢, 温度降至40℃以下, 粘度值随温度降低而急剧升高, 主要是因为原油析蜡点均在40℃以下, 随着温度的降低, 蜡逐渐析出, 原油开始变为固液双相体系, 固相逐渐增多, 原油粘度急剧升高。
DSC实验数据及分析测试结果如图 2。
取原油析蜡结晶的平均结晶热约为200 J/g, 原油的析蜡点及计算所得含蜡量如下表 3。
差示扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry, DSC)装置是在试样和参比物容器下装有两组补偿加热丝, 当试样在加热过程中由于热效应与参比物之间出现温差△T时, 通过差热放大电路和差动热量补偿放大器, 使流入补偿电热丝的电流发生变化, 当试样吸热时, 补偿放大器使试样一边的电流立即增大; 反之, 当试样放热时则使参比物一边的电流增大, 直到两边热量平衡, 温差△T消失为止。换句话说, 试样在热反应时发生的热量变化, 由于及时输入电功率而得到补偿, 所以实际记录的是试样和参比物下面两只电热补偿的热功率之差随时间t的变化关系。如果升温速率恒定, 记录的也就是热功率之差随温度T的变化关系, 其峰面积s正比于热焓的变化。一般含蜡量小于2.5%是低蜡原油, 在2.5%~10%是含蜡原油, 大于10%的是高蜡原油。
由表 3可知, 油样均属于高含蜡原油, 凝点高、粘度低。可以看出江汉油田原油属石蜡基原油, 其特点是含蜡量高、密度小、凝点高, 粘度小, 含胶质、沥青质低。这对于开采、加工、运输均造成很大影响。根据江汉油田原油的特点, 可以寻找比较合适的助剂及添加剂来提高原油采收率。
(1) 江汉油田的原油凝点相对较高, 分布在25℃~32℃之间, 平均凝点为27℃, 比较容易析出蜡。因此对于原油的地上运输和加工工作, 就有比较严峻的考验。
(2) 江汉油田原油50℃时的粘度均较小, 为13.0 mPa·s ~72.0 mPa·s, 均值为33.3mPa·s, 因此江汉油田的原油粘度属于正常。
(3) 江汉原油的含蜡量均高于10%, 属高含蜡原油。
(4) 根据所得的数据可知, 江汉油田原油的开采、加工、运输工作, 将会面临一些难题, 特别是蜡的析出所造成的一系列影响。对于这个问题的解决办法就是寻找效果好、无毒、安全、稳定、价廉的清防蜡剂。
2010, Vol. 39 Issue (4): 350-351, 359
2010, Vol. 39 Issue (4): 350-351, 359