SPE 118825碳酸盐岩储层在CO2驱替过程中硫沉积和沥青质沉积研究.doc

1碳酸盐岩储层在 CO2驱替过程中硫沉积和沥青质沉积研究摘要由于 CO2 的注入，多孔介质中会出现硫和沥青质的同时沉积，这可能会明显地降低 CO2 的注入能力和产生堵塞问题，并影响 CO2 驱替过程中的采收率大小在 CO2 注入过程中，准确的评价硫和沥青质的沉积对设计可行的 CO2 驱替过程来说是很重要的这项研究的主要目标是研究在 CO2 驱替过程中硫和沥青质在多孔介质同时沉积为了实现这一目标，文中讨论了水饱和度的影响，驱替过程的类型（即段塞注入和连续注入） ，CO 2 注入速度，影响采收率大小的系统渗透率，和硫、沥青质的损失量文章中用一个阿联酋油藏的原油做了 9 组实验实验结果表明，硫和沥青质在体系中都出现了沉淀，而且还观察到了多孔介质中硫与沥青质相比而言一般有较高的损失引言许多油田实例和实验室研究都提到了提高原油采收率过程中沥青质的凝结和沉积一个共同特点是，沥青质沉积一般首先出现在地面设备中，特别是在石油最后减压步骤中的分离器里面另一个关键点是生产链沿线上沥青质沉淀发生在油管中，沉淀形成的深度与生产出的原油相应泡点压力有关在某些油田实例中，提及到的在储层中沥青质沉积比较严重，以至于它降低了油井的生产能力和注入能力。

沥青质通常存在于所有的原油中基于其在正烷烃中的溶解度，Long 和Speight 等描述了沥青质并把它们界定成复杂分子，它是可溶于苯，不溶于低分子量的正构烷烃Speight 等人还把沥青质界定为每单位体积原油样品用 40 体积的溶剂量去稀释，其能够溶于甲苯且不溶于正戊烷或正庚烷它们是复杂的极性巨环状分子，含有碳，氢，氧和硫等元素沥青质是芳香族的，且是一种能够被非极性树脂和原油中的软沥青部分溶解和部分分散的胶体混浊极性与非极性组分的比例和高分子量和低分子量组分的比例决定原油中的沥青质，树脂和软沥青的溶解度树脂和软沥青含量高的原油更稳定由于化学，2机械或电气性质的作用会使组成比例的改变，因此会降低沥青质胶束的吸附作用导致其不稳定和絮凝例如，增加芳烃含量低的原油中芳烃量，从而更大程度上使沥青质不稳定，这将减少沥青质的沉降硫是原油中除碳和氢外含量最多的元素石油工业特别关注在化石燃料的处理过程中含硫化合物引起的问题以及它们的衍生物对环境的有害影响鉴于这种情况，许多工作者在过去几年了做了相当大的努力去描述石油和沉积物中的硫组分，并有大量新的含有硫的生物标志物被确定与众所周知的、地质形成的碳氢化合物（例如，正构烷烃，类异戊二烯烷烃，甾烷，三环萜烷， 藿烷）及其生化前体（例如， 细菌藿四醇 ，甾醇）相比，有机硫化合物（OSC）的特点是相似的碳骨架。

无数 OSC的识别导致一些有关其起源的假说从地质大分子释放的硫结合生物标志物存在于极性提取物组分，沥青质，和干酪根中，这个最新研究进一步提供了证据，说明地质大分子中的有机结合硫在早期岩化作用阶段是通过无机硫（H 2S,HS）分子间和分子内的结合到机能（生物）液体形成的Ten Haven 等证明硫结合不仅发生在多不饱和多聚物中，而且还在酮类和醛类中Castanier 等研究了可能使用就地燃烧以减少生产出的原油中的硫含量，研究过程中用一个含有95%Ottawa 砂和 5%的耐火粘土的骨架进行了三次燃烧管实验所有的这三次实验使用了按重量计算含有 6%硫的轻质中东石油通过分析知，使用水溶性金属添加剂来就地燃烧那些性能比较差的燃烧轻油，这个过程可能会十分有利于消除硫或其他金属元素在实验中，大多数的硫转化为硫酸温度和压力的变化也可能引起凝结核沉积温度的影响是重要的，因为温度越高树脂在 n-烯烃中的溶解度越大，因此原油中可溶性沥青质就越少所有原油在从油藏到地表生产过程中由于减压将经历一些成分变化轻烃的量，这些烃主要是直链正烯烃，在高于泡点压力情况下将比原油中的重组分相对地膨胀程度大些在泡点压力以下，轻烃会以气态形式离开原油。

这将导致轻烃摩尔体积的减少并造成 n -烯烃浓度的减少由于沥青质在任何原油的溶解能力依赖于芳烃对 n-烯烃的比例，所有的原油在泡点压力以上都有最小溶解能力值这是否足够低到能导致沥青质沉淀取决于上面讨论的因素，即比树脂和沥青质的比例，原油的溶解能力和温度许多研究进行了模拟沥青溶解度和凝结Kocabas 等提出的井筒模型，它把沥青质吸附模型和一系列被实验或油田数据独立验证的现象学模型联系起来这个模型能有效地模拟井筒附近的沥青质运移和沉积生产含硫天然气伴随的3硫沉积是个众所周知的问题这种沉积主要由于压力或温度的降低，更重要的是去评估油藏中由于压力降低导致硫沉积的可能性更为重要的是，阿联酋的油藏是低渗透，中高温度的碳酸盐岩的低渗透碳酸盐岩油藏将加快硫沉积速率，从而在井筒中产生大量的硫沉积(Brogren 和 Karlsson).硫沉积能降低井的产能，以及由此引起的油藏经济效益的降低（Roberts 和 Speight） 许多影响硫沉积的油藏和作业参数都已经确定，用来清洗硫沉积的适当的溶剂也已被报道过记住，只有少数的研究着重于地层中的硫沉积，而大多数的发表过的研究注重井中的硫沉积最近，Al-Awadhy 等第一次研究了碳酸盐岩油藏中的硫沉积问题。

他们进行了一次实验，并提出了一个描述这种现象的数学模型Shedid 和 Zekri 使用范围比较广的流量，不同浓度的硫和不同的岩石渗透率，进行了一次详细的实验研究；这些研究强调了硫沉积问题的严重性Shedid 和 Zekri 还首次研究了没有进行 CO2 驱的情况下碳酸盐岩储层中由于硫和沥青质同时沉积造成的地层损害尽管一些油藏中存在硫和沥青质，但是文献中没有研究和比较 CO2 驱替过程中油井的沥青质和硫沉积因此，这片文章需要得到更多的能够控制这种复杂现象的实验数据基于上述文献没有任何实验或模拟研究去进行研究硫和沥青质同时沉积作用影响二氧化碳驱过程的特性因此石油工业希望得到注 CO2 开采油藏过程中影响硫和沥青质沉积的各种数据，比如，流体饱和度，注入过程的类型，渗透性和 CO2 注入速率可能如何影响多孔介质和原油回收过程中硫和沥青质的同时沉积材料和设备流体用于此项研究的原油是从选定的油田井-A 获得的，并且它的物理性质列于表 1 中这种原油 40ºC 时运动粘度为 6.3cSt，沥青质最低含量为其重量的0.2%， C6-C8 馏分含量略低，n-C 9 至 n-C22 馏分含量略高此项研究中所用的卤水是在地面条件下从选定油田井-B 获取的。

表 2 列出了实验所用卤水的成分分析结果4研究岩心内流动的设备用于本次研究的 SCF（超临界驱替）试验装置示意图如图 1 所示实验装置包括一个容量为 260ml 注射泵和一个控制器系统（模型类型为 260D） ，一个变温炉和不锈钢岩心夹持器岩心夹持器放在变温炉中，压力和温度传感器在岩心夹持器内并连接到岩心的两端，一个图表记录器和一个数字压力记录器分别地与温度和压力传感器相连实验程序9 块碳酸盐岩岩心清洗后在 80℃干燥 72 小时；每个岩心抽空 12 小时，用油藏卤水饱和在这一步中，我们测量了用于完全饱和岩心的原油量，测量结果用于确定它的空隙体积向岩心中注入原油直至到达原油的稳定流状态，沿着岩心的压力降变化曲线能用于其他岩石，并且流动参数采用达西定律去计算岩石渗透率两个岩心被水注入去获得 50％含油饱和度和束缚油饱和度实验的详细情况列于表 3 中我们测量了所有实验的原油采收率，从而去评价硫和沥青质沉积影响 CO2 混相驱过程的程度对所有的实验在 CO2 驱前后测量了原油中硫和沥青质沉积量原油中的初始硫沉积量测的值是重量上计算是 4.7%，而沥青质的量是 0.19%利用 ASTM-D129 抽吸方法，确定了实验中原油样品的硫沉积量。

这种测试方法也适用于石油样品含有超过 0.06％的硫质量原油中的沥青质含量是由 ASPHAN 02 提取方法确定的在我们的研究中采用这中方法，是因为这是一个准确的方法，可以测量原油中低沥青质的含量结果和讨论9 组实验用来研究硫和沥青质沉积影响在油田岩心中进行 CO2 驱替的效果这一项目中我们研究了流体饱和度，驱替类型（段塞注入和连续 C02 注入） ，油藏岩石渗透率，和注入速度的影响所有实验在温度和压力的 250ºF 和4000psia 的混相条件下进行，但是段塞驱替过程要在 3500psia 接近混相条件下进行（最低混相压力，MMP，用细管实验测量和计算接近 3700psia） ，如表 4所示所有实验使用了从选定的油藏获得的原油和卤水，原油的物理性质和卤水的化学组成分别列于表 1 和表 2 中5流体饱和度的影响三组岩心驱替实验分别使用渗透率为 2.28，1.4，2.28MD 的岩心，并且以同样的顺序使前面的岩心中含油饱和度分别为 83，64，36%所有的三组实验使用了流量为 1.0cc/min 的连续 CO2 驱替在进行二氧化碳驱替前后分别测量了硫和沥青质浓度，其结果列在图 2 中在 CO2 驱三次采油 (So=36%)和二次采油(So=83%)过程中了原油采收率和多孔介质中硫和沥青质减少百分比的比较结果绘制在图 3 中。

和另外两个岩心相比中间饱和度条件(So=64%)的岩心渗透率有较大的差异性，所以它的结果没有在比较图中使用用下面的两个方程可以确定硫和沥青质浓度的减少量： /ifiRSCS(1)ifiAA(2)结果表明，硫和沥青质都在系统中沉积，而且观察到了多孔介质中硫比沥青质损失的多我们观察到在二次采油和三次采油情况下沥青质浓度的减少量分别为 26%和 21%另一方面观察到在二次采油和三次 CO2 驱采油情况下硫浓度的减少量分别为 72%和 70%硫浓度有个明显的减少，实验结果表明 CO2 能提取和溶解在石油中，而且 CO2 能改变系统的热力学性质，这些性质能够影响硫从原油中凝结和沉积的量如图 3 所示，和三次采油相比，二次采油能使原油中硫和沥青质浓度少的更多这种现象可以解释为在二次采油情况下 CO2 能接触更多的原油且时间较长，且二次采油能更多地减少沥青质浓度，提高原油采收率，这些都表现在图 3 中尽管体系中沥青质和硫沉积或损失掉了，可是仍然可以获得很高的原油采收率，二次采油模型能够采出 99%的原油，而三采模型仅可采出原油地质储量的 76%岩石渗透率的影响三组岩心驱替实验使用的岩心的渗透率分别为 1.43，10.36 和 87.12MD，去研究 CO2 混相驱过程中岩石渗透率影响硫和沥青质的同时沉积。

所有的三组实验在流量为 1.0cc/min，压力为 4000psia，温度为 250ºF，连续 CO2 驱替条件下进行在不同渗透率下原油采收率和硫和沥青质的减少百分比的比较结果如图4 所示结果表明，在连续 CO2 驱替饱和有硫和沥青质的岩心时，渗透低的岩6石比渗透率高的岩石有更高的原油采收率这可能是由于和高渗透性的岩心相比，低渗透的岩心有较少硫和沥青质减少量如图 4 所示，在岩心渗透率为1.43MD 情况下沥青质和硫的浓度降低量分别为 5%和 60%，岩心渗透率为10.36MD 和 67.12MD 时沥青质和硫浓度降低值均为 100%CO 2 驱替过程中较高的硫和沥青质损失反应出较低的原油采收率，岩心的渗透率为 10.36MD 和67.12MD 时原油的采收率分别为 80%和 64%结果表明，如图 3 所示 CO2 驱替致密石灰岩过程中系统中硫比沥青质损失的多因此，可以得出这样的结论：二氧化碳可以非常有效地驱替原油，并对致密石灰岩中饱和有硫和沥青质的原油有很高的驱替效率注 CO2 速度的影响做了三组 CO2 驱替实验去评估石灰岩中 CO2 注入速度对硫和沥青质同时沉淀的影响由于缺乏渗透性相似的实际岩心样品，我们使用了渗透性分别为0.22,2.28 和 0.25MD 的岩心，并且这些岩心分别用下面的速度进行 CO2 驱替：1，2，4c。