高凝油的流变性特征及影响因素研究

摘要：本文分析了高凝油的化学组分及其流变性特征，高含量的石蜡族烃是高凝油区别于常规原油的特点，也使得高凝油具有与普通原油不同的流动性质。最后分析了影响高凝油流变性特征的内外部因素。

关键词：高凝油；流变性；影响因素

高凝油油藏在世界上分布较广，地质储量约为1000亿吨，美国、前苏联、印度尼西亚等国都有丰富的高凝油资源。在我国已探明的石油储量中，高含蜡高凝固点原油占有一定的比重。由于高凝油油藏特殊的流变性特征，决定了其开发方式及开采工艺技术与常规油藏有着较大的区别，比如，高凝油油藏进行常规开采容易析蜡，注水开发时易受“冷伤害”，这样就严重影响高凝油油藏的经济高效开采。我国部分典型高凝油油藏的特点是含蜡量很高(均大于36%)，凝固点高于40℃，且胶质和沥青质的含量也比较高(最高可达13%)，开发难度很大。基于此，本文重点分析了高凝油油藏的流变性特征及其影响因素，以期为提高高凝油藏采收率提供参考。

一、高凝油油藏的化学组分及其流变性特征

高凝油是烷烃、蜡和渣油含量高，硫和沥青含量低的原油。目前关于高凝油没有一个明确的定义，调研文献中见到把凝固点高于40℃、含蜡量大于35%的原油称作高凝油。

（一）高凝油的化学组分

众所周知，原油的基本成分是烃类，主要为烷烃，此外还有部分环烷烃和芳香烃，烷烃又称为石蜡族烃，其化学通式为CnH2n+2。液态油是C5H12～C16H34烷烃，原油中的蜡组分是C16H34以上的烷烃，常温常压下呈固态。高凝油中蜡沉积物的主要成分除蜡外，还有各种有机或无机混和物，如胶质沥青质、砂粒、金属氧化物和无机盐等。

具体来讲，在原油中的石油蜡主要由一种含有16个以上碳原子(最高可高达C70以上)的直链烷烃的混合物构成，除此之外还含有少量的支链蜡、单环蜡、聚环蜡和芳烃，通过溶剂的结晶作用液态原油中的石油蜡成分形成形状大小不一的蜡晶体在油藏条件下游离于原油中。

（二）高凝油的流变性特征

高凝油的化学组分含有高分子烷烃的石蜡族烃，是导致高凝固点的主要因素。高凝油凝固点和含蜡量有密切的关系，随着含蜡量的增加，原油凝固点上升，凝固点与含蜡量符合下面的公式：

T ――凝固点，℃

f ――含蜡量，%

高凝油的这个特性使高凝油具有与普通原油不同的流动性质，即流变性。随着油藏温度的变化，高凝油经历三个临界温度点，即析蜡点、反常点及凝固点，相应的相态一般发生以下变化：

1、当油藏温度在析蜡点温度以上时，高凝油中的石蜡族处于溶解状态，原油为单相体系，其流动性与一般原油无差别，具有牛顿流体的特征；

2、当油藏温度降到析蜡点温度以下反常点温度以上时，在范德华力的作用下，许多较小的分子聚集形成较大的分子群，并开始有蜡晶析出，蜡晶分散在原油中，原油由单一液态逐渐变成悬浮液，形成双相体系，但原油仍为连续相，可以近似认为是牛顿流体；

3、当油藏温度继续下降，下降至反常点以下时，由于析出的蜡晶增多并聚结，原油中开始出现海绵状凝胶体，呈现出非牛顿流体的流变特征，具有剪切稀释性，原油为假塑性流体；

4、当油藏温度进一步下降到失流点或凝固点以下时，原油发生转相，蜡晶相互连接形成空间网络结构，成为连续相，液态烃则被隔开而成为分散相，失去其流动性，此时原油为塑性流体。

其中，析蜡点，又叫浊点，是指蜡颗粒首次从原油中析出时的温度；反常点是指原油在降温的过程中随着蜡的析出，其流动性由牛顿流体转向非牛顿流体的温度；凝固点，又叫失流点，是温度降低过程中原油失去流动性的温度。

二、高凝油流变性的影响因素分析

影响高凝油流变性及凝固点的因素很多，主要分为内因和外因两个方面，内因主要受高凝油内部化学组分控制。外因主要受高凝油油田的储层温压系统以及开发过程中开采方式的影响。

（一）高凝油流变性的内因分析

高凝油流变性的内因受其化学组分的控制，概括起来有以下几个方面：

1、原油中蜡含量，石蜡族组分含量越高，液态流体中蜡晶体数量就越多，相对于原油中的液态组分来说，蜡晶的体积就越大大，接蜡倾向越大。

2、蜡与胶质、沥青质的含量比，也直接影响原油的流变性。因为含蜡原油在冷却过程中，蜡分子的析出要受到胶质和沥青质的制约。

3、原油中溶解气含量，根据性质相近而相溶的原理，天然气中的甲烷、乙烷、丙烷对蜡的析出影响不大，而丁烷和更重的碳氢化合物可以明显地影响蜡的析出，因此，随着原油溶解气量增大，原油的析蜡点降低。

4、原油含水高低，原油含水大体有两种情况，一种是游离水，另一种是乳化水。实验测试结果表明，高凝油含乳化水的凝固点同稀油情况相似，乳化水的凝固点随含水量的增大而增大，即在原油析蜡温度以上，仍属非牛顿流体。但有一个峰值，当含水量超过该值时，若含水量增加，则凝固点大幅度下降，趋向牛顿流体。

因此，在高凝油的开发过程中，对油藏的油品（析蜡点、凝固点、含蜡量以及其他杂质含量等）要仔细分析研究，然后在此基础上选择合理的开发方式，提高原油的采出程度。

（二）高凝油流变性的外因分析

1、油藏温度，就其外因来讲，首当其冲的是温度，温度是高凝油流变性最敏感的因素。油藏温度包括储层温度、近井地层温度和井筒温度等。储层温度受油藏温压系统控制，而温压系统与储层埋深有关。目前发现的高凝油油藏，绝大多数油层埋藏都比较深，油层温度较高，原油在油层状态下呈液态，属于牛顿流体，温度对高凝油流变性及相态的影响较小。而近井地带和井筒的温度会在油藏的开采过程中随着压力的下降或其他因素而降低，导致近井地带地层污染或井筒堵塞等，影响开发效果。

2、原油流速，在外因中，除了温度之外，还有原油流速，即在实际的油井生产中，含蜡原油具有一定的流速，并溶有一定量的气体和水，在油藏温度不变的情况下，原油流速是影响凝固点的主要因素，流速或剪速的剪切作用可以破坏蜡晶生长，而高的剪切速度能打破蜡晶的空间网状结构，使结构粘度突降或消失，降低原油凝固点，使原油保持牛顿流体的特征。因此，在生产过程中，可以通过提液、放大生产压差、下泵等工作制度的改变使高凝油处于高流速状态，防止析蜡，提高开发效果。

3、开发方式的改变，此处主要指在高凝油开发工程中，油藏进入注水补充能量开发阶段，注入油藏中的冷流体也会导致油藏温度降低，使高凝油油藏有析蜡的风险，从而导致地层“冷伤害”，影响高凝油油藏的高效经济开采。

三、几点认识

（一）高凝油的化学组分含有高分子烷烃的石蜡族烃，是导致高凝固点的主要因素。高凝油的相态随着温度的变化会发生变化。

（二）影响高凝油流变性的内部因素主要取决于其蜡组分的结构和含量，此外，胶质沥青质的含量比、高凝油中溶解气的含量以及含水的多少都会对高凝油的流变性造成影响。

（三）温度是影响高凝油流变性的主要外部因素，其他因素还有原油流速以及开发方式的变化，诸如注冷水开发会导致地层“冷伤害”。

参考文献：

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