油藏开发中沥青质的研究进展调研..doc

油藏开发中沥青质的研究进展 沥青质是不溶于低级正构烷烃(nC5-nC8)而溶于苯、甲苯等溶剂的一类物质,是原油中分子量最大、极性最强的一个组分。石油中沥青质-胶质-石油烃是一个连续性的动态稳定体系，类似于胶体体系，其中石油烃为溶剂，沥青质为胶束，胶质是稳定化剂。当原油 中温度、压力或组成等因素发生改变时，沥青质动态稳定体系受到干扰甚至破坏，沥青质发生聚集、沉淀现象。 在石油的生产、加工和储运过程中沥青质沉积问题越来越受到人们的重视,目前已成为石油工业中需重点研究和解决的技术问题之一。 在石油炼制过程中,将重质原油转为轻质燃料是石油研究领域的一个重要课题。在该转化过程中,沥青质不仅因其分子量高、芳香度高、杂原子含量高而难以加工,更为重要的是,沥青质是焦炭的主要前身物,沥青质聚集会导致设备结焦,降低生产效率。在储运过程中,沥青质沉积还会引起设备结垢。 到目前为止,对沥青质沉积问题还没有完善的解决措施,只能采取临时性机械和化学方法来补救维持生产。为此,人们采用了多种方法来检测沥青质沉积,并提出了很多沥青质沉积的模型。 1.1 石油沥青质的聚沉机理 沥青质是不溶于低级正构烷烃(nC5-nC8)而溶于苯或甲苯的一类物质，是石油中分子量最大、极性最强的非烃组分。沥青质的概念来源于天然沥青，但现已扩展至其它的有机矿物燃料(如煤液体或页岩 油)。沥青质与胶质(Resin)共同组成石油中最重的部分。但沥青质和芳香物之间也没有截然的界限。并且由于沥青质的组成及结构十分复杂,用不同沉淀剂沉淀出的产物的性质也不一样。 长期的研究表明，大多数原油以一种比较稳定的胶体分散体系形式存在，其中的分散相是以沥青质为核心、以附着于它的胶质为溶剂化层而构成的胶束，而分散介质则主要由油分和部分胶质组成。分散介质的芳香度必须足够高才能使体系稳定。对于沥青质在体系中的分散，胶质起着胶溶剂的作用。对沥青质溶液表面张力的研究表明，存在着临界胶束浓度(CMC)，高于此浓度时，沥青质分子即发生缔合，形成胶束。Mansori等人认为，极性与非极性组分之比和大分子量与小分子量组分之比决定了石油体系中各组分之间的互溶稳定性。若向混合体系中加入溶剂破坏了这两个比值，其中的重质与极性组分就被分离出来，形成另外一个液相或固相沉淀。如果这些被分离出的大分子极性物质之间由于氢键或其它化学力而使分子间相互聚结，就会发生不可逆的沥青质沉淀。 1.2 影响沥青质沉淀的因素 1.2.1 原料组成 Bunger等人认为导致沥青质缔合的因素是其较高的分子量、极性、芳香度及分子对称性等。 (1)沥青质含量沥青质是原油中极性最强的部分，其分子中一般含有不止一个杂原子。在稀溶液中，这些极性物质以单体形式存在；当浓度较高时，就可能以氢键或电子给体-受体形式相结合而形成沥青质聚集体的超分子结构，甚至沉积出来。但是，沥青质沉积现象并不单纯取决于沥青质的含量，还与原油中其它组分的含量和性质有关。例如，阿尔及利亚Hassi Messaound油田的原油中沥青质含量只有0.062%，但在生产初期就有沥青质沉积现象；而委内瑞拉Mata-Acema和Boscan油田的原油中沥青质含量高达17.2%，却没有发生沥青质沉 积现象。 (2)胶质浓度实验证明,在石油胶体体系中胶质是沥青质必不可少的胶溶剂，而石油混合物存在一临界胶质浓度。当胶质含量低于该浓度时，沥青质颗粒将沉淀；高于该浓度时，则不沉淀。采油过程中，在适当位置注入适量的胶质，有可能控制沥青质沉积。 构成复杂石油体系的所有组分间是相互联系的。只要混合物中极性分子与非极性分子、高分子量分子与低分子量分子在含量和性质上都比较匹配，该体系就相对稳定，否则就会发生沥青质沉积。 1.2.2 压力影响 法国石油科学研究院(IEP)对北爱琴海Prinos油田原油的研究结果表明，压力对沥青质沉积的影响比较复杂。如图1所示，在一定的温度下，只有压力在相应的范围内才会发生沥青质沉积，压力高于或低于这个范围沥青质都不会沉积。 如前述阿尔及利亚Hassi Mesound油田，采用了较低的井口压力，使沥青质沉积得以控制。在美国加州的Ventura Avenue油田，也是将压力降至原油泡点以下来解决沥青质沉积的。而在Prinos油田，则需采用较高的压力才能控制沥青质沉积。 Burke等人从溶解度参数角度分析了压力对沥青质沉积的影响。他们认为，在泡点压力之上，当压力降低时，油的溶解度参数降低是由其密度的降低所致；而在泡点压力之下，当压力降低时，气体从油中释放出来，液相中重组分的含量相对增加，导致液相体系的溶解度参数增大，使沥青质不易析出。 1.2.3 温度影响 温度也是影响沥青质沉积的重要因素。Andersen等人圈发现随着温度的升高，沥青质沉积的量减少。此外，元素分析表明，温度升高时，所沉