大庆原油活性组分及相关界面性质

用沉淀法和色谱分离法将大庆原油分离成沥青质、极性物和抽余油3部分。傅立叶红外光谱分析表明，沥青质组分和极性物中存在羧酸类或酚类以及含氮化合物，抽余油主要为烃类物质，可能还存在很少量的非极性基团较大的酯类物质。测定结果表明，在大庆原油中，沥青质的相对分子质量最大，其次为极性物，抽余油的相对分子质量最小。沥青质、极性物和抽余油都具有一定的界面活性。原油乳化实验表明，沥青质具有较弱的W／O乳化能力，抽余油具有较强的W／O乳化能力，是造成大庆原油W／O乳化的主要组分，极性物是造成大庆原油O／W乳化的主要组分。     

石油沥青质中杂原子化合物的高分辨质谱分析

使用傅里叶变换离子回旋共振质谱研究沥青质及其亚组分的分子组成。结果表明,重质油及其沥青质中杂原子化合物分子组成十分复杂,负离子电喷雾结合高分辨傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)鉴定出了N1、N1O1、N1O1S1、N1O2、N1S1、O2、O2S1、O2S2、O2S3、O3、O3S1、O4等多种杂原子类型,含氧化合物和分子中存在多个杂原子的化合物在沥青质中相对富集。加拿大油砂沥青减压渣油(VTB)C7沥青质较C5沥青质中化合物缩合度更高;不同原油沥青质组成差异很大,VTB沥青质中杂原子类型多,分子缩合程度较高,而苏丹VR沥青质中含氧化物丰度较高。分子缩合度的微小变化也能对沥青质的溶解度产生较大影响,通过对不同极性亚组分分析,从分子层次证明了高缩度和多杂原子化合物最容易在低极性或非极性溶剂中沉淀出来。通过对非碱性氮化合物和酸性化合物的分子组成分析,获得了沥青质分子组成的重要信息,尽管在实验选用的仪器条件下仅能对沥青质中部分化合物进行分析,但是可以确定沥青质中存在很多小分子化合物。     

石油沥青质中杂原子化合物的高分辨质谱分析

使用傅里叶变换离子回旋共振质谱研究沥青质及其亚组分的分子组成。结果表明,重质油及其沥青质中杂原子化合物分子组成十分复杂,负离子电喷雾结合高分辨傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)鉴定出了N1、N1O1、N1O1S1、N1O2、N1S1、O2、O2S1、O2S2、O2S3、O3、O3S1、O4等多种杂原子类型,含氧化合物和分子中存在多个杂原子的化合物在沥青质中相对富集。加拿大油砂沥青减压渣油(VTB)C7沥青质较C5沥青质中化合物缩合度更高;不同原油沥青质组成差异很大,VTB沥青质中杂原子类型多,分子缩合程度较高,而苏丹VR沥青质中含氧化物丰度较高。分子缩合度的微小变化也能对沥青质的溶解度产生较大影响,通过对不同极性亚组分分析,从分子层次证明了高缩度和多杂原子化合物最容易在低极性或非极性溶剂中沉淀出来。通过对非碱性氮化合物和酸性化合物的分子组成分析,获得了沥青质分子组成的重要信息,尽管在实验选用的仪器条件下仅能对沥青质中部分化合物进行分析,但是可以确定沥青质中存在很多小分子化合物。     

伊拉克H油田原油沥青质沉积趋势预测及分析

为了研究伊拉克H油田沥青质的沉积趋势,对伊拉克H油田三种不同油藏原油进行四组分分离,利用胶体体系稳定性定量计算方法预测了沥青质的沉积趋势;并采用元素分析、红外光谱(FTIR)、凝胶渗透色谱(GPC)、核磁共振(1H-NMR)等分析手段对其沥青质分子结构进行了表征,探索了沥青质分子结构与沉积趋势的内在联系。研究结果表明:伊拉克H油田原油沥青质有沉积的趋势,且样品A胶体不稳定指数较大,其沥青质较容易沉积。三种沥青质的结构参数存在差异,相对分子质量、芳香度和芳香缩合度从样品A沥青质、样品B沥青质、样品C沥青质依次减少,而氢碳比(H/C比)依次增大。沥青质聚集体的稳定性与沥青质分子结构特征密切相关,H/C比值较低以及相对分子质量、芳香度、芳香缩合度较高的样品A沥青质具有更大的稳定能,其沥青质沉淀的可能性也较大。     

原油在开采运移过程中沥青质沉淀规律及组成——以准噶尔盆地高探1井为例

采用高温降压模拟实验技术,探讨了不同温度、压力条件下高探1井原油沥青质沉淀过程及沉淀量,结合ICP-MS和傅里叶变换离子回旋共振质谱技术,明确了沉淀物沥青质分子组成及金属元素组成,解释了准噶尔盆地高泉背斜高探1井油藏沥青质沉淀原因。研究结果显示,温度、压力和无机矿物中金属原子是高探1井沥青质沉积的外部影响因素,其中压力是最关键因素。在134℃恒温条件下,当压力降至88.9MPa,原油中沥青质开始迅速沉淀,压力降至74.3MPa以下时,沥青质沉淀速率明显降低,压力降至泡点压力后,沥青质又开始大量沉淀。在105℃恒温条件下,压力降至80 MPa和20 MPa时,加入无机矿物原油的沥青质沉淀量较未加无机矿物的原油同比增长了16.7%和3.8%,说明无机矿物对沥青质沉淀具有促进作用。通过分析无机矿物组分显示,沉淀物中金属元素主要有钙、钡、钠、铁等,其中钙含量最高,为4.96%,其次是钡含量为3.16%。高探1井油藏原油沥青质中富含高缩合度、多氧原子类组分,该类组分在地层条件溶解于原油中,在温度、压力下降过程中,原油溶解能力下降,高缩合度组分由于溶解性低易于从原油中沉淀出来,并且由于富含强极性多氧原子组分,易与来自地层矿物中的金属原子形成更稳定的络合物结构,两者协同作用加速了沥青质沉淀。     

原油组分与降凝剂相互作用

利用红外光谱探讨了原油中各组分与降凝剂之间的相互作用,由实验得到以下主要结论:降凝剂的极性基团与沥青质的极性基团形成氢键,降凝剂和沥青质分子结合在一起,降凝剂高分子链转动和扭曲,减少沥青质平面分子结构的重叠,减少堆叠体的形成;另一方面,降凝剂中的极性基团也可以与胶质的极性基团发生氢键作用,降凝剂高分子分子健转动和扭曲,减少胶质本身的氢键结合,减少胶质分子之间通过氢键形成密集胶束的趋势。由于沥青质堆叠体和胶质密集胶束的减少,原油的粘度的降低,达到了降低原油粘度的目的;原油的凝点主要由蜡的含量和组成决定的,胶质和降凝剂能够参与使蜡的结晶,使蜡晶的形态和尺寸发生改变,达到降低凝点的目的。     

注蒸汽条件下稠油中沥青质催化降解实验研究

利用高温高压反应釜研究了以自制的油溶性有机镍盐作为催化剂进行稠油中沥青质降解反应。正交试验确定了最佳反应条件为：反应温度240℃,反应时间24h,催化剂用量0.6wt%(以沥青质质量计算)。对反应前后的沥青质进行了元素测定,发现反应后H/C原子比增加,S含量的降低,沥青质相对分子质量的下降主要是桥链硫醚和桥链及侧链脂肪单元断裂的结果。采用红外光谱对反应前后沥青质的结构进行了测定,反应后沥青质中重质组分的结构发生了变化,重质组分的减少,轻质组分的增多。催化剂的加入可以降低沥青质分子内及分子间的极性相互作用,使沥青质分子骨架在空间里尽可能呈现松弛状态,与沥青质分子中的杂原子发生了作用,使部分氢键被破坏,部分C-R键发生断裂。     

伊朗北阿扎德干油田沥青质沉积特征

伊朗北阿扎德干油田原油的四组分和气相色质联用分析表明,原油饱和烃碳链分布范围较广,直连烷烃主峰碳为C16,原油重质组分含量相对较高,石蜡组分少,芳烃组成非常复杂,其沉积环境为强还原和高盐度海相沉积环境;胶体不稳定系数及原油的流变性分析说明,该原油容易发生沥青质沉积;对伊朗原油沥青质初始絮凝点和沉淀量的研究发现,剂油比为0.21 mL/g时,伊朗原油沥青质开始发生絮凝,利用标度方程对沥青质沉积的预测表明,当剂油比为0.27 mL/g时,伊朗原油开始出现沥青质沉积,分子量较大的沉淀剂需要较大浓度才能引发沥青质沉淀,沥青质的沉淀量随沉淀剂分子量的增大而减小;分析注入不同体积天然气的特征化原油拟组分的变化情况,发现气举采油会导致沥青质的沉积初始压力升高,沥青质容易在井筒内沉积。     

低渗透储层原油吸附对渗流的影响

通过静态吸附实验和岩心流动实验研究了大庆低渗透储层原油在岩石表面吸附的机理及其对油水渗流的影响。实验表明,原油中沥青质和非烃组分可以被岩石表面吸附,形成吸附层。吸附层的存在减小了岩心的孔隙半径,增大了油水流动阻力。粘度相同的含有沥青质的模拟原油与精制油在相同实验条件下,流动曲线差别较大。在原油/岩石体系中,原油在岩石孔隙表面的吸附层厚度将达到孔隙半径的30%以上,在原油/地层水/岩石体系中,油膜厚度与孔隙半径的比值随着渗透率的降低而增大,特低渗透岩心中吸附层厚度可达到孔隙半径的10%,一定程度上降低了油相和水单相渗透率。     

油藏开发阶段原油/岩石表面作用机理研究

本文通过动态模拟实验与静态分析相结合的方法研究了原油/岩石表面相互作用机理,了解了油藏在开发阶段原油本身性质发生的一些变化,分析了原油在油藏微观孔隙与岩石表面之间的反应及对原油组成产生的影响,分析了界面原油组成与体相原油的差异性。水驱残余油为极性沥青质、胶质等极性组分,以残余油为目标的三次采油方法研究需要考虑面相原油与体相原油的差异性。     

W/O型含蜡原油乳状液屈服特性研究

屈服特性是W/O型含蜡原油乳状液重要的依时流变特性。本文利用VT550流变仪对3种物性不同的含蜡原油,在恒定剪切速率加载方式条件下,研究了其W/O型胶凝含蜡原油乳状液的屈服特性。发现凝点附近的W/O型含蜡原油乳状液形成水滴被包裹在蜡晶结构之中的胶凝体系,只有当剪切应力既能破坏蜡晶的空间网状结构,又能克服分散相液滴间的作用力时,体系才能够屈服产生流动,因此,W/O型乳状液的屈服应力明显高于脱水原油。当体积含水率较低时,屈服应力随含水率的增加幅度较小;当体积含水率较高时,屈服应力随含水率的增加幅度较大。并根据实验结果,总结提出了屈服应力与体积含水率之间的关系式。     

原油乳状液微观组构剖析

 乳化作用对化学驱提高采收率影响很大,但因实验手段限制,对乳状液类型、粒径大小等组构特征如何影响采收率的问题尚未解决。本研究利用激光共聚焦逐层扫描三维重建技术研究乳状液组构,在对乳状液无损的条件下,分析化学驱矿场试验采出液中所产生的乳状液类型、粒径大小和黏度等特性,定性分析乳状液界面膜物质组成。依据采出乳状液的跟踪检测结果,以乳状液中原油物性和油水比为条件,以平均粒径和黏度为指标,使用反演法在实验室内模拟矿场试验采出乳状液。激光共聚焦扫描分析表明,与现场采出乳状液微观组构特征类似的乳状液能够通过反演法由室内实验准确制备;W/O乳状液的液膜主要由饱和烃和沥青质构成,非烃和芳烃以不连续的形式填充于乳状液液滴中。     

含水原油流变规律实验研究

从大庆油田现场实际出发全面研究高含水原油流变特性 ,即含水原油视粘度与含水率的关系 ,含水原油视粘度与剪切速率的关系 ,含水原油视粘度与油温的关系等 ,给出了测试的相应曲线并对曲线进行了分析 .该油田油水乳状液转相点在 w( H2 O)为 65 .2 %左右 ,在转相点以前是以油为外相 ,水为内相的 W/O型乳状液 ,视粘度随含水量上升而增加 ,且受温度影响较大 ,同时剪切速率影响也相当明显 .随着剪切速率的增加 ,转相点的视粘度明显下降 .在转相点以后 ,形成水为外相 ,W/O型乳状液为内相的 ( W/O/W)水包油包水型复杂的多重乳状液 ,乳状液视粘度随含水量增加而降低 ,且受温度和剪切速率影响 ,乳状液视粘度进入高含水区后变化趋于平缓 .用曲面拟合方法回归出流变参数方程 .通过现场取样和数据处理分析可知 ,含水原油其流变特性可由幂律本构方程表示 .这一结论为准确计算高含水原油管道工艺参数奠定了基础     

蒙脱土对胜利原油油水界面性质及油水分离的影响

用室内实验的方法研究了蒙脱土对胜利原油油水界面性质及油水分离的影响。结果表明,当蒙脱土吸附了原油中的界面活性组分后容易聚集到油水界面上参与界面膜的形成,使界面膜强度显著增加,且膜强度有随蒙脱土浓度的增大而增大的趋势。蒙脱土对原油中界面活性组分的吸附使得蒙脱土可与原油模拟油的油滴间形成OMA结构,其zeta电位明显高于蒙脱土及油滴的zeta电位。蒙脱土的水化作用使得OMA结构中夹带了较多的水,这种夹带的水随OMA结构一起上浮到乳状液的上层浓相中,使得O/W型乳状液的稳定性增强,导致油水分离更加困难。     

大庆减压渣油馏分油水界面张力的研究

采用超临界萃取分离技术 ,将大庆减压渣油按相对分子质量分割为 17个馏分 ,并对各馏分进行了化学组成分析和紫外光谱测定。在此基础上 ,采用吊环法对各馏分在不同条件 (馏分质量分数、油相组成、盐的种类及质量分数、水相 pH值 )下的油水界面张力进行了研究。结果表明 ,大庆减渣馏分相对分子质量逐渐增大 ,氢碳原子比逐渐下降 ,芳香共轭结构逐渐增多 ;随着馏分在油相中质量分数的增大 ,界面张力下降 ,且下降趋势相似 ,总体降幅不大 ;随着油相中庚烷的增多 ,界面张力降低。水相中CaCl2 使得油水界面张力上升 ,而NaCl或KCl对油水界面张力影响较小。水相 pH值在酸性范围内变化时 ,基本不影响油水界面张力 ,pH值在碱性范围内增大时 ,界面张力降低。     

稠油O/W乳状液中多重乳滴对稳定性的影响

对胜利油田新滩区块稠油乳化降粘研究结果表明：稠油在乳化降粘配制O/W乳状液时,会形成部分W/O/W多重乳滴,这种多重乳滴的多少和性质与配制O/W乳状液的方法有关。当用纯稠油与活性水配制时,形成的多重乳滴少,其主要是中间油相与外水相油水界面膜的破坏。它的破坏对整个乳状液稳定性影响小。而利用高内相W/O乳状液用转相法配制O/W乳状液时,会形成较多的W/O/W多重乳滴。这种乳滴的破坏对乳状液稳定性有很大影响。     

应用均匀设计法研究原油的微波破乳脱水规律

原油含水不仅给油田生产带来一系列困难,还给原油的储存、输送以及炼油厂的加工造成不利影响.因此,原油脱水成为油田生产过程中不可缺少的环节,研究高效、低耗、便捷的破乳脱水技术具有重要意义.利用微波辐射处理油包水型乳化液具有常规破乳脱水方法不可比拟的优越性.应用均匀设计方法研究了微波功率、微波作用时间和乳化液含水率与微波处理后原油脱水率之间的关系,并拟合出它们之间的经验关系式,分析了微波对含水原油的破乳脱水规律.研究表明,乳化液含水率对微波破乳的效果影响最大,含水率越高,脱水率越高;微波功率与辐射时间的乘积越大,即微波辐射能量越大,破乳效果越好.     

表面活性剂对铝热轧用润滑剂性能的影响

通过对乳化液稳定性、粒径及其分布和表面张力的分析，研究了T702，SPAN80，油酸三乙醇胺皂，Tween80和NP-10这5种表面活性剂及其复配对铝热轧润滑剂性能的影响。研究结果表明：不同的表面活性剂对乳化液的稳定性有较大的影响，在基础油中添加油性剂，可与表面活性剂发挥协同效应，增加其乳化性能，降低乳液的表面张力，提高乳液的润湿性和稳定性。油酸三乙醇胺皂与Tween80或NP-10复配能使乳化液分散更细、更均匀，进一步降低其表面张力，提高乳化液的润湿性和稳定性；乳化剂的类型、亲水亲油平衡值及其用量和复配技术对乳化液的粒径有较大影响。     

MD膜驱剂与季铵盐对油藏矿物润湿性的影响

用Washburn法对比了单分子双季铵盐MD膜驱剂、四乙基溴化铵和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对油藏矿物润湿性的影响。研究结果表明,油藏矿物吸附MD膜驱剂或(Et)4NB亲水性大于CTAB,大庆、中原油砂吸附MD膜驱剂或(Et)4NB亲水性增加;油藏矿物吸附不同季铵盐亲油性大部分降低。沥青质油藏矿物(除沥青质-高岭土)吸附不同季铵盐亲油性都有增加; 油砂及沥青质油砂吸附MD膜驱剂亲油性小于(Et)4NB和CTAB,对油田的水驱和三次采油具有重要意义。