基于色譜指紋技術(shù)的化學(xué)驅(qū)油產(chǎn)能檢測系統(tǒng)

方 文

中國石油遼河油田分公司錦州采油廠

在化學(xué)驅(qū)油產(chǎn)能實際生成過程中，通常是采取多個油層同時射開并進行混層開采的方式，將混層開采分為1，2，……，n個單開采層。通過應(yīng)用色譜指紋技術(shù)可以清楚地判斷出油層中的非均質(zhì)性，利用單層原油色譜指紋的相似性以及不同油層色譜指紋的差異性，從而有效地趨避這種原油層的非均質(zhì)性，進而達到很好的化學(xué)驅(qū)油產(chǎn)能效果。利用原油色譜指紋化合物參數(shù)，只需對井口進行取樣，并在實驗室儀器下進行分析和研究，便可實現(xiàn)對化學(xué)驅(qū)油產(chǎn)能的動態(tài)監(jiān)測，且其檢測效果得到明顯提高。

色譜指紋技術(shù)；原油；化學(xué)驅(qū)油；檢測系統(tǒng)；參數(shù)

基于色譜指紋技術(shù)的化學(xué)驅(qū)油產(chǎn)能檢測系統(tǒng)是指通過原油全烴色譜分離技術(shù)，對原油飽和烴氣象色譜系統(tǒng)地加以分析，從而達到對化學(xué)驅(qū)油產(chǎn)能進行實時監(jiān)測的效果。

1 可行性分析

由于原油中不同油層的色譜指紋化合物的組成及其含量均各不相同，導(dǎo)致原油色譜曲線出現(xiàn)不同的峰高值及峰面積，這些由不同原油色譜的峰高及峰面所形成的曲線叫做色譜指紋。

當(dāng)油氣運輸至圈閉的空間進行儲藏時，油氣在水以及巖石的作用下，其色譜指紋可能會發(fā)生很大的變化，特別是存在于原油中的芳烴類極性化合物：一方面是因為容易與圈閉空間周圍的巖石產(chǎn)生反應(yīng)，給單層原油指紋帶來很大變化；另一方面則是容易被生物降解及水洗而造成原油指紋發(fā)生很大的變化。

此外，在采集原油的過程中，不同單層的原油因為受到井底壓力以及溫度的催化作用，可能會與地層水以及注入水產(chǎn)生混合反應(yīng)，從而造成混合原油其色譜指紋發(fā)生很大的變化。

需要指出的是，同一流動單元中原油色譜無論是受到非物質(zhì)、化合物含量不同、溫度以及水的催化作用等影響，其色譜指紋的變化步驟均是一致且相對比較穩(wěn)定的。因此，可以將色譜指紋技術(shù)應(yīng)用在化學(xué)驅(qū)油產(chǎn)能檢測系統(tǒng)之中。

2 技術(shù)原理

（1）同一層原油具有相似的色譜指紋。單層原油的氣相色譜指紋受氮、硫、氧化合物以及瀝青質(zhì)等非揮發(fā)性組分的影響很小，其主要成分是烴類中的揮發(fā)部分，并且原油中烴類的組成變化決定烴類流體在色譜指紋上所顯示的相似性差異，而這種相似性差異則不受原油中全烴的組成所影響。原油在井底受地下的溫度及壓強等影響，導(dǎo)致其黏度偏低，因而使得原油中的芳烴以及飽和烴很容易出現(xiàn)流動的現(xiàn)象，這些流動的芳烴及飽和烴則構(gòu)成了原油的基本混合成分。

（2）在相同的驅(qū)油產(chǎn)能單元中，不同層之間的原油色譜指紋存在差異。據(jù)相關(guān)實驗得出，避開油水以及油氣的過渡帶進行檢測時，在相同的驅(qū)油產(chǎn)能單元中，連續(xù)的單層之內(nèi)，原油烴類具有相同的組成成分；而不同的單層之間，由于原油組成成分總是存在差別，由此導(dǎo)致色譜指紋出現(xiàn)差異[1]。并且，通過研究發(fā)現(xiàn)，在原油全烴色譜指紋中，飽和烴對原油的色譜指紋起著主要的控制作用，相比之下，氮硫氧及瀝青質(zhì)等組分卻只產(chǎn)生幾個少量的色譜峰值。當(dāng)然，芳烴餾分和石蠟烷烴也會出現(xiàn)相應(yīng)的色譜峰值，只是這些色譜峰值相比飽和烴而言，沒有較明顯的特征，因而對原油色譜指紋所帶來的影響較小。

（3）原油中的化合物具有可配比性。為建立正確的化學(xué)驅(qū)油產(chǎn)能的模型，可以利用原油中化合物的可配比性，來進行模擬化學(xué)驅(qū)油產(chǎn)能實驗。其中原油中化合物的可配比性是指在某一單層中，某一化合物的含量越高，該化合物與其他單層原油進行均勻混合時，其在混合原油樣品中所產(chǎn)生的影響便越大。

3 動態(tài)監(jiān)測模型

在化學(xué)驅(qū)油產(chǎn)能實際生成過程中，通常是采取多個油層同時射開并進行混層開采的方式，將混層開采分為1，2，……，n個單開采層。這種混層開采所得的原油等價于將不同單層的原油按照不同比例進行均勻混合后形成的新原油。若將能夠在單層原油中檢測到的一組化合物絕對含量表示成aij，這些單層化合物用A、B、C……N加以表示，含量分別為b1，b2，……，bi，則參數(shù)bi便由參數(shù)aij來決定，其關(guān)系式為

則每一個化合物的含量與其在混油層中的絕對含量aij之間存在著關(guān)系式

式中i為第i個色譜指紋特征參數(shù)，用化合物濃度的絕對含量表示；εi為第i個色譜指紋特征參數(shù)在混合原油樣品中絕對含量的統(tǒng)計誤差；aij為第 j個單層的第i個色譜指紋特征參數(shù)；xj為第 j個單層含量在混合原油樣品中的貢獻率。

為此可以得出一個矩陣形式，即

其中 A=[aij]n×m；b=[bi]。由此，可以利用公式（3）所表示的矩陣方程來計算化學(xué)驅(qū)油產(chǎn)能的化學(xué)成分分配，并建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型[2]。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

（1）應(yīng)用色譜指紋技術(shù)對化學(xué)驅(qū)油單層產(chǎn)能的貢獻。依據(jù)我國東部某油田石油開采的現(xiàn)狀及單層采油井的分布情況，選擇部分采油井作為色譜指紋技術(shù)應(yīng)用在化學(xué)驅(qū)油產(chǎn)能檢測系統(tǒng)中的實驗井。通常情況下，影響化學(xué)驅(qū)油產(chǎn)能率的主要因素有油層的非均質(zhì)性、地層表面的潤濕性、水油流度比以及毛管數(shù)等。而通過應(yīng)用色譜指紋技術(shù)可以清楚地判斷出油層中的非均質(zhì)性，利用單層原油色譜指紋的相似性以及不同油層色譜指紋的差異性，從而有效地趨避這種原油層的非均質(zhì)性，進行達到很好的化學(xué)驅(qū)油產(chǎn)能效果。

（2）應(yīng)用色譜指紋技術(shù)使得化學(xué)驅(qū)油產(chǎn)能的動態(tài)監(jiān)測效果得到明顯提高。利用原油色譜指紋化合物參數(shù)，只需對井口進行取樣并在實驗室儀器下進行分析和研究，便可實現(xiàn)對化學(xué)驅(qū)油產(chǎn)能的動態(tài)監(jiān)測，且其檢測效果得到明顯提高[3]。

（3）原油中不同油層的色譜指紋化合物的組成及其含量不同，造成原油色譜曲線出現(xiàn)不同的峰高值及峰面積，因此出現(xiàn)色譜指紋現(xiàn)象，將這種色譜指紋技術(shù)應(yīng)用到化學(xué)驅(qū)油產(chǎn)能監(jiān)測系統(tǒng)之中，不僅能明顯提高對化學(xué)驅(qū)油產(chǎn)能的動態(tài)實時監(jiān)測，而且能實現(xiàn)更好的化學(xué)驅(qū)油產(chǎn)能效果。

[1]劉新倉，徐典平，陳燕，等．應(yīng)用原油色譜指紋技術(shù)監(jiān)測三元復(fù)合驅(qū)分層產(chǎn)油貢獻[J]．大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2005，24（2）：83-85.

[2]趙晨云，齊會，劉家俊，等．原油色譜指紋技術(shù)在李安溝門井區(qū)分層產(chǎn)能監(jiān)測中的應(yīng)用[J]．長江大學(xué)學(xué)報：自然版，2012，9（11）：94-96.

[3]稅蕾蕾，彭平安，賈望魯，等．原油色譜指紋技術(shù)的優(yōu)化與改進[J]．石油地質(zhì)與工程，2011，25（5）：130-133.

（欄目主持 楊 軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.3.007