CN101221112B - 油藏剩余油粘度的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油藏剩余油粘度测试的方法，该方法利用原油粘度与原油中C40 +高分子量化合物相对含量的相关性，建立原油粘度与C40 +高分子量化合物相对含量关系式，计算获得样品中的剩余油粘度。本发明并以松辽盆地北部萨尔图油田和杏树岗油田样品中剩余油粘度的定量测试为例进行了方法验证。本发明油藏剩余油粘度测试的方法，开创了油藏剩余油粘度测试的新方法，对于认识油藏剩余油的地球化学特征、不同油藏原油及其剩余油粘度的非均质性，指导油田二次、三次采油提高原油采收率有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及原油开发领域，具体涉及对油藏剩余油粘度的测试方法。
背景技术
储层原油产能的大小与原油的性质及粘度密切相关，在相同储层条件下，原油粘度低的储层比原油粘度高的储层产能高；油藏中存在高分子量化合物沉淀或结晶是影响油藏开采的重要原因之一，因此，在勘探开发中原油流度比(k/μ)是关注的一个重要指标。尤其是在水驱、聚驱、三元复合驱等二次、三次采油的油井及油田开发的中后期，剩余油粘度的大小对制定开发方案很重要。常规的原油粘度测定方法(GB265-1988)，采用的原油样品是从地下油藏中通过油井开采出来的，地下油藏中的某些高粘度原油及剩余油可能没有采出地面，采出原油与地下剩余油应存在差别，因此，应用储层渗透率与采出原油粘度计算的流度比并不是地下油藏的真实反映。而油藏中剩余的原油(剩余油)因储存在油砂中而通常无法获得，也就无法测定剩余油粘度。
有文献报道原油蜡质沉淀机理和高分子量烷烃对原油物性有显著影响，参见国外Nguyen X T，Hsieh M，Philp R P.Waxes and asphaltenes in crude oils.Org.Geochem.，1999，30(2/3)：119～132，Boukadi A，Philp R P，Thanh N X.Characterization of paraffinic deposits in crude oil storage tanks using hightemperature gas chromatography.Applied Geochemistry，2005，20(10)：1974～1983.等；国内冯子辉、方伟、张居和等(松辽盆地烃源岩中高分子量(C40+)烷烃系列组成及分布特征，中国科学D辑，2007年第9期)指出了原油高分子量(C40 +)烷烃相对含量显著影响原油粘度，但是，上述研究都不能解决油藏中剩余油粘度测定问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以测定油藏剩余油粘度的方法。
本发明提供的油藏剩余油粘度的方法，包含以下步骤：
1)采集原油和取心井的油砂，分别抽提其中的有机组分作为原油检测样品和剩余油检测样品；
2)用高温气相色谱分析方法检测原油样品和剩余油样品中的烃类组成数据；
3)获取原油粘度、密度、凝固点、含蜡量、沥青质等物性数据；
4)利用步骤2)得到的原油烃类组成和步骤3)得到的原油物性数据，做原油粘度与其它物性及烃类组成相关性分析，确定原油粘度的主要控制因素及其关系式；
5)利用步骤2)得到的油藏剩余油的烃类组成数据，代入步骤4)确立的原油粘度与主要控制因素关系式，计算得出剩余油粘度。
以上所述油藏剩余油粘度测试的方法，所述步骤1)检测样品采用以下制备过程：称取粉碎后的油砂或原油，装入滤纸筒中，置于全自动多功能抽提仪的抽提柱内，用体积比93∶7的氯仿∶甲醇试剂抽提，在85℃的恒温水浴中抽提8h，转移至称量瓶中，40℃恒温、浓缩、恒重，得到油藏剩余油检测样品或原油检测样品。
其中，步骤2)高温气相色谱分析方法获得的烃类组成数据为低等分子量C21 -、中等分子量C21-C40、高分子量C40 +化合物相对含量数据。
其中，步骤3)所述原油粘度的主要控制因素是原油中C40 +高分子量化合物相对含量。
其中，步骤4)所述原油粘度与主要控制因素关系式是原油粘度与原油中C40 +高分子量化合物相对含量(x)的关系式，即油藏剩余油粘度(y)计算公式为
y＝0.5569x2-1.3021x+9.1435。
其中，步骤5)代入所述关系式的油藏剩余油的烃类组成数据为步骤2)得到的剩余油样品C40 +高分子量化合物相对含量。
以上所述油藏剩余油粘度测试的方法，步骤4)所述相关性分析采用Microsoftoffice Excel公共软件，以相关系数最好的指标作为所述主要控制因素。
本发明采用以上方案，利用油藏剩余油及原油的制备方法和高温气相色谱分析方法，计算获得剩余油粘度，开创了油藏剩余油粘度测试的新方法，对于认识油藏剩余油的地球化学特征、不同油藏原油及其剩余油粘度的非均质性，指导油田二次、三次采油提高原油采收率有重要意义。
附图说明
图1为松辽盆地白垩统地层综合柱状图；
图2为原油及剩余油高温色谱分析定性谱图；
图3为原油粘度与原油密度相关性图；
图4为原油粘度与原油凝固点相关性图；
图5为原油粘度与原油含蜡量相关性图；
图6为原油粘度与原油沥青质含量相关性图；
图7为原油粘度与原油C21 -相对含量相关性图；
图8为原油粘度与原油C21-C40相对含量相关性图；
图9为原油粘度与原油C40 +相对含量相关性图；
图10为中44-检P204井不同储层剩余油高温色谱图。
具体实施方式
本发明主要提出了油藏剩余油粘度的测定方法。剩余油是未采出的仍储存在于地下油藏中的原油，因此剩余油与采出原油两者具有相关的物理化学特性(物性)；通过对油藏剩余油样品和原油样品分别进行高温气相色谱分析，根据对原油样品的分析结果确定原油粘度的主要控制因素及其关系式，再利用该关系式和对剩余油样品的分析数据计算得到剩余油粘度。
以下从几方面详细说明本发明。
一、油藏剩余油样品及原油样品的制备及高温气相色谱分析
1、油藏剩余油样品及原油样品的制备方法
原油：直接取自油井采出原油；
剩余油：指采用不同采油方式(如水驱或聚合物驱等)未采出仍储存在地下油藏中的原油，通过取心井取出的油砂获得剩余油，剩余油储存在油砂中；
检测样品制备：分别称取50g油砂或原油，油砂粉碎(原油不需粉碎)后装入滤纸筒中，置于全自动多功能抽提仪的抽提柱内，用氯仿∶甲醇(93∶7，V/V)250mL抽提样品，在85℃的恒温水浴中抽提8h，转移至称量瓶中，恒温(40℃)浓缩、恒重，分别得到剩余油样品和原油样品用于高温气相色谱分析。
2、剩余油样品及原油样品高温气相色谱分析方法
采用美国HP6890PLus气相色谱仪及化学工作站；25m×0.32mm×0.1μm高温毛细管色谱柱，进样口温度390℃，脉冲不分流进样；检测器FID温度420℃，检测器补充气体为高纯氦气；载气为高纯氦气，柱流量为1ml/min；燃气为氢气，流量为45ml/min；助燃气为空气，流量为450ml/min。毛细管柱升温程序：初温50℃，恒1min，以10℃/min升温速率升到400℃，恒温到组分全部流出。对原油样品和剩余油样品分别进行测定，获得各自烃类组成检测数据，并统计C21 -、C21-C40、C40 +组成化合物的相对含量(％)。
采用C28和C54标样及有关文献(冯子辉、方伟、张居和等：松辽盆地烃源岩中高分子量(C40+)烷烃系列组成及分布特征，中国科学D辑，2007年第9期)定性。
3、原油粘度主要控制因素及其关系式的确定方法
原油的物性主要有原油粘度、密度、凝固点、含蜡量、沥青质等，这些物性参数通过已有方法测得或通过查询记载的原油物性检测数据获得；原油的高温色谱烃类主要由C21 -、C21-C40、C40 +组成。利用原油粘度与其它物性及原油烃类组成检测数据做相关性分析(如可采用Microsoft office Excel 2003软件，公共软件)，根据相关性的数值确定原油粘度的主要控制因素及其关系式。
4、油藏剩余油粘度的计算方法
根据原油粘度与主要控制因素的关系式，将对剩余油样品的烃类组成检测数据代入关系式计算得到油藏剩余油粘度。
二、本发明方法的具体实施例
以下以松辽盆地北部原油和萨尔图油田及杏树岗油田剩余油为例说明本发明方法的实施过程。
1、地质背景与实验样品
松辽盆地位于中国东北部，是目前世界上已发现的最大的陆相含油气盆地。在松辽盆地北部上白垩统发育了有利的生、储、盖组合(图1)，主要形成了青一段、青二+三段、嫩一段和嫩二段共4套烃源岩，烃源岩有机质丰度高、母质类型好，以I、II型即腐泥型为主，为黑帝庙(H)、萨尔图(S)、葡萄花(P)、高台子(G)、扶余(F)、杨大城子(y)6套储油层提供充足的油气。选取采集松辽盆地北部6套储油层原油21件(参见表2所列的20口油井)，萨尔图和杏树岗油田3口油田开发取心检查井的萨尔图、葡萄花、高台子3套主力产油层的油砂样品30件(参见表3所列的3口取心井)。
该实例中，原油样品和油砂样品不在一口井或地区，主要考虑取样的代表性。取原油样品分析主要是确定原油粘度与其烃类组成C21 -、C21～C0、C40 +(％)的关系，从实际分析数据看原油的烃类组成C21 -、C21～C40、C40 +(％)及原油物性参数值与其所在的油井、储油层位和地区没有明显的对应关系。另一方面，在一口井或同一地区很难取到6套储油层的具有不同粘度值的原油和油砂样品，也就难做原油粘度主控因素及相关性分析，而通过松辽盆地北部不同地区及油井6套储层原油所确定的原油粘度与其烃类组成关系及关系式，具有更广泛的适用性和说服力。
2、测试结果及讨论
采用一中步骤1和2介绍的方法制备原油和油砂样品，对样品分别进行高温气相色谱分析，得到原油及剩余油样品高温色谱分析定性谱图(见图2)。并进行以下实验：
2.1重复性实验
将油砂样品或原油样品进行制备和高温色谱重复性实验(即对一油砂或原油重复制样、检测，然后比较检测数据)，重复性分析结果表明，样品分析组分一致、重复性好：正构烷烃质量分数范围0.50％～1.00％、1.00％～5.00％、5.00％～10.00％的相对偏差分别为小于15.00％、小于10.00％、小于5.00％。如表1列出中44-检P204井972.72m剩余油样品的检测数据，表明重复性分析的正构烷烃质量分数的最大相对偏差为10.81％，最小相对偏差为1.07％，说明实验重复性好。
表1 油藏剩余油高温色谱重复性实验对比数据
2.2原油粘度主控因素分析
松辽盆地北部6套油层21件原油样品的原油粘度、密度、凝固点、含蜡量、沥青质、高温色谱检测结果列于表2，从中可以看出，黑帝庙、萨尔图、葡萄花、高台子、扶余、杨大城子油层原油的粘度的变化范围为8.10～107.00mPa.S，其中肇23黑帝庙、金24萨尔图、树141杨大城子油层原油的分别为107.00mPa.S、68.50mPa.S、55.60mPa.S；密度的变化范围为0.8318～0.8987g/cm3，凝固点的变化范围为29～42℃，含蜡量的变化范围为18.8～34.2％，沥青质的变化范围为0.6～7.7％；C21 -的变化范围为23.21～70.32％，C21-C40的变化范围为27.31～67.71％，C40 +的变化范围为0.63～14.80％。可见，原油的烃类组成C21 -、C21～C40、C40 +(％)及原油物性参数值与其所在的储油层位和地区没有明显的对应关系。
表2 松辽盆地原油物性及高温色谱分析数据
2.2.1原油粘度与原油物性的关系
将原油粘度分别与原油的密度(参见图3)、凝固点(参见图4)、含蜡量(参见图5)、沥青质(参见图6)做相关性分析，结果相关系数r分别为0.7631、0.3422、0.6100、0.1517，可见，原油粘度与原油的密度的相关性好，与含蜡量的较好，与凝固点的差，与沥青质的最差。
2.2.2原油粘度与原油烃类组成的关系
将原油粘度分别与原油的烃类组成C21 -、C21-C40、C40 +做相关性分析(参见7、图8、图9)，相关系数r分别为0.7009、0.4645、0.9557，可见，原油粘度与原油的低等分子量烃类化合物的相关性好，与原油的中等分子量烃类化合物的相关性差，与原油的高分子量烃类化合物的相关性最好。
可见，在原油烃类组成中高分子量化合物的相对含量为原油粘度的主要影响因素。这主要是由于原油中高分子量烃类化合物的分子量大、彼此吸引力大、相对流动的粘滞性大、内摩擦力、阻碍力大，原油烃类组成中高分子量化合物的相对含量成为原油粘度的主要控制因素。
2.3不同油藏剩余油的烃类组成及谱图特征
2.3.1不同油藏剩余油的烃类组成特征
从3口取心井取30件油砂，测定的剩余油烃类组成检测结果列于表3，其中，中44-检P204井除877.66m剩余油的C21 -、C21-C40、C40 +分别为9.96％、18.98％、71.06％，其它剩余油的C21 -的变化范围为18.85～30.03％，C21-C40的变化范围为39.23～67.66％，C40 +的变化范围为6.90～35.69％；杏1-4-检P42井剩余油的C21 -的变化范围为22.39～29.10％，C21-C40的变化范围为63.04～68.17％，C40 +的变化范围为3.43～13.69％；杏6-1-平35井剩余油的C21 -的变化范围为21.73～45.60％，C21-C40的变化范围为50.91～73.38％，C40 +的变化范围为3.49～13.54％。由此可见，不同井、同一口井不同储层剩余油的烃类组成不同，每口井不同油藏剩余油表现出非均质性。
2.3.2不同油藏剩余油的烃类高温谱图特征
同一口井不同储层剩余油的高温色谱谱图不同特征，如中44-检P204井(参见图10)So组818.96m剩余油碳数范围从C14～C63，分布呈双峰型，前主峰群主峰碳nC23，后主峰群主峰碳nC47，在nC30～nC37之间有丰度较低的C29～C35藿烷系列生物标记化合物；在nC40正构烷烃之后出现丰度低的异构烷烃系列、烷基环己烷系列化合物、烷基环戊烷系列化合物.
SII组877.66m剩余油碳数范围从C11～C64，分布呈双峰型，前主峰群主峰碳nC23，后主峰群主峰碳nC47，且后主峰群为主体组成部分，与其它剩余油的谱图不同；在nC30～nC37之间有丰度很低的C29～C35藿烷系列生物标记化合物；在nC40正构烷烃之后出现丰度很低的异构烷烃系列、烷基环己烷系列化合物、烷基环戊烷系列化合物。
SII组901.40m剩余油碳数范围从C11～C64，分布呈单峰型，主峰碳nC23，在nC30～nC37之间有丰度很高的C29～C35藿烷系列生物标记化合物；在nC40正构烷烃之后出现丰度很高的异构烷烃系列、烷基环己烷系列化合物、烷基环戊烷系列化合物。
PI组972.72m剩余油碳数范围从C11～C64，分布呈单峰型，主峰碳nC23，在nC30～nC37之间有丰度很高的C29～C35藿烷系列生物标记化合物；在nC40正构烷烃之后出现丰度很高的异构烷烃系列、烷基环己烷系列化合物、烷基环戊烷系列化合物。
表3 油藏剩余油的烃类组成分析数据
GII组1110.73m剩余油碳数范围从C13～C66，分布呈单峰型，主峰碳nC23，在nC30～nC37之间有丰度低的C29～C35藿烷系列生物标记化合物；在nC40正构烷烃之后出现丰度较低的异构烷烃系列、烷基环己烷系列化合物、烷基环戊烷系列化合物。
黑帝庙原油主要来源于嫩一段和嫩二段烃源岩，萨尔图、葡萄花、高台子主要来源于原油青一段、青二+三段，油藏剩余油除受源岩性质控制外，还受储层环境、采油程度等影响，呈现不同的特征。
2.4油藏剩余油粘度及特征
2.4.1油藏剩余油粘度的计算
原油中C40 +高分子量化合物相对含量为原油粘度的主要控制因素(参见2.2.2的实验)，其相关系数达0.9557(图中R2为0.9133，其开平方为相关系数r＝0.9557)，因此可利用获得的原油粘度(y)与C40 +高分子量化合物相对含量(x)的关系式：
y＝0.5569x2-1.3021x+9.1435 (1)
将剩余油样品检测得到的C40 +高分子量化合物数值(参见表3)代入关系式(1)中计算得到剩余油粘度数据。剩余油粘度计算结果参见表4。
2.4.2油藏剩余油粘度特征
萨尔图油田中44-检P204井(表4)的剩余油粘度介于26.67～2728.70mPa.S，杏树岗油田杏1-4-检P42井剩余油的介于11.23～95.69mPa.S，杏树岗油田杏6-1-平35井剩余油的介于11.38～93.61mPa.S。可见，不同井及油田、同一口井不同油层剩余油粘度呈现非均质性。
2.4.3油藏剩余油粘度与采出原油变化对比
杏树岗油田杏66、杏72、杏12-4-34井等12口油井(1989年～1999年13件萨尔图、葡萄花油层原油样品)原油粘度介于11.60～27.60mPa.S、平均为17.52mPa.S；现在，杏树岗油田剩余油粘度(表4)介于11.23～95.69mPa.S、平均为42.76mPa.S。
萨尔图油田中90-检252、中82-246井等5口油井(1999年～2002年11件萨尔图油层原油样品)原油粘度介于16.20～30.11mPa.S、平均为19.83mPa.S；现在，萨尔图油田剩余油粘度(表4)除877.66m的外介于26.67～672.04mPa.S、平均为187.98mPa.S。综上所述，随着原油开采时间和开采程度的提高，剩余油粘度较采出油粘度呈现增大的趋势。
表4 油藏剩余油粘度测定数据
以上通过实例具体说明了本发明进行油藏剩余油粘度测定的全过程，该方法测得的结果可用来分析评价剩余油的开采利用前景。本发明具有下述特点：
(1)在世界上首次提出并建立了油藏剩余油粘度测定方法，利用该方法在松辽盆地北部的萨尔图油田和杏树岗油田的3口油井应用，测定了30个储油层剩余油的粘度，填补了这一领域的世界空白。
(2)实验研究表明，原油粘度与原油的密度的相关性好、与含蜡量的较好、与凝固点的差、与沥青质的最差，与原油中C21 -的低等分子量烃类化合物相对含量的相关性好、与C21-C40中等分子量烃类化合物的相关性差、与C40 +高分子量烃类化合物的相关性最好，原油中C40 +高分子量烃类化合物相对含量是原油粘度的主要控制因素。
(3)油藏剩余油粘度测定结果表明，随着油田开发时间及原油采收率的提高及二次、三次采油的实施，剩余油粘度与采出油粘度比较呈增大趋势，不同产油层之间剩余油粘度呈现非均质性，给三次采油及其它采油方式的实施增加了难度。
(4)油藏剩余油的粘度测定结果，为制定萨尔图油田和杏树岗油田及不同油层的剩余油下一步开发方案提供了新依据。
(5)本发明开创了油藏剩余油粘度测试的新方法，为油田开发及提高原油采收率提供新指标，应用前景广阔。
Claims (3)
1.一种油藏剩余油粘度测试的方法，其特征在于，包含以下步骤：
1)采集原油和取心井的油砂，分别抽提其中的有机组分作为原油检测样品和剩余油检测样品；
2)用高温气相色谱分析方法检测原油样品和剩余油样品中的烃类组成数据；
3)获取原油粘度、密度、凝固点、含蜡量、沥青质等物性数据；
4)利用步骤2)得到的原油烃类组成和步骤3)得到的原油物性数据，做原油粘度与其它物性及烃类组成相关性分析，确定原油粘度的主要控制因素及其关系式；
5)利用步骤2)得到的油藏剩余油的烃类组成数据，代入步骤4)确立的原油粘度与主要控制因素关系式，计算得出剩余油粘度；其中：
步骤2)高温气相色谱分析方法获得的烃类组成数据为低等分子量C21 -、中等分子量C21-C40、高分子量C40 +化合物相对含量数据；
步骤4)确定所述原油粘度的主要控制因素是原油中C40 +高分子量化合物相对含量；所述原油粘度与主要控制因素关系式是原油粘度与原油中C40 +高分子量化合物相对含量x的关系式，即油藏剩余油粘度y计算公式为y＝0.5569x2-1.3021x+9.1435；
步骤5)代入所述关系式的油藏剩余油的烃类组成数据为步骤2)得到的剩余油样品C40 +高分子量化合物相对含量。
2.根据权利要求1所述的油藏剩余油粘度测试的方法，其特征在于，所述步骤1)检测样品采用以下制备过程：称取粉碎后的油砂或原油，装入滤纸筒中，置于全自动多功能抽提仪的抽提柱内，用体积比93∶7的氯仿∶甲醇试剂抽提，在85℃的恒温水浴中抽提8h，转移至称量瓶中，40℃恒温、浓缩、恒重，得到油藏剩余油检测样品或原油检测样品。
3.根据权利要求1或2所述油藏剩余油粘度测试的方法，其特征在于，步骤4)所述相关性分析采用Microsoft office Excel公共软件。
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