轻组分对原油凝点、粘度的影响

轻组分对原油凝点、粘度的影响
摘要：未经过原油稳定处理的乍得原油、苏丹原油含有大量的轻组分，两种原油密封测量的凝点比常规测量的分别低2.5℃，1℃；在密封测量的初始温度以下1℃处，密封测量的粘度比常规测量的大；随着温度的降低，常规测量的粘度比密封测量的大，温度越低两者之间的差值越大。

在28℃，5 1/s的条件下，苏丹原油密封测量与常规测量相比粘度减小47.71﹪；在26℃，5 1/s的条件下，乍得原油的减小64.93﹪
关键词：轻组分密封处理凝点粘度
脱水处理后的净化原油内，含有大量的常温常压下为气态的溶解气（），使原油蒸汽压很高，在储运过程中产生大量油蒸汽排入大气，既浪费能源又污染环境；为此，我国的原油都要经过稳定处理，较彻底的脱除原油内蒸汽压高的溶解天然气组分[1]。

但是经过稳定处理的原油的组分发生变化，影响了原油的流变及管输特性；文献[2-6]中表明原油中的轻组分对原油的密度、凝点、粘度及低温流变性都会产生影响。

一、实验方法
1.实验仪器
本文所用主要仪器为德国Anton Paar公司生产的Physica MCR（Modular Compact Rheometer模块化紧凑流变仪）系列中的Physica MCR301。

2.油样
乍得原油、苏丹原油（未经过原油稳定处理），其中含有大量的轻组分。

3.油样的预测量
将500ml的磨口瓶装满（不存在轻组分挥发的空间）油样，放在65℃的恒温水浴中热处理2个小时；然后设定恒温水浴的温度为常规测量所测凝点以上3℃，开启恒温水浴的制冷方式；等到恒温水浴的显示温度为设定温度时恒温30min，然后将磨口瓶取出，将经过预测量的油样分装到18×180的试管（流变仪每次实验所需油样为19ml）中并用橡胶塞将试管密封（防止在储存过程中轻组分挥发），在室温下静置48小时备用。

4.实验过程
凝点测量和动平衡粘温曲线测量分别进行常规测量和密封测量，常规测量是指初始温度为65℃，而密封测量是指初始温度为常规测量所测凝点以上3℃；这两个测量过程的区别在于：原油在常规测量的降温过程中，由于温度较高且所装
油样的上部有轻组分挥发的空间，在整个降温过程中轻组分易挥发；而密封测量的起始温度及降温过程中的温度都较低，轻组分挥发较少。

4.1 凝点测量方法
根据《原油凝点测定法》[7]，对油样进行凝点测定，具体步骤如下：将试管中经过预处理的油样及凝点试管在恒温水浴中加热到初始温度后，把原油油样装入凝点试管中，当凝点试管温度计的读数显示为初始温度时，以℃/min的降温速度冷却原油至高于预期凝点8℃时，每隔2℃观察一次试样的流动性，直至将凝点试管水平放置5s而原油不流动时的最高温度，将此温度定义为该试样的凝点。

4.2 动平衡粘温曲线测量方法
根据《原油粘度测定旋转粘度计平衡法》[8]，对油样进行粘温曲线测定，具体步骤如下：把试管中经过预处理的原油加热到初始温度后装样，当流变仪的显示温度为初始温度时开始实验，以0.5℃/min的速率降温；降到设定的温度，恒温30min，然后在5～30 1/s每间隔5 1/s恒速率剪切15min，记录粘度值；从设定温度开始，每间隔2℃进行一次实验，等所测流变曲线的流变行为指数n的拟合值大于0.95后，每间隔5℃进行一次实验，直到温度达到初始温度为止。

二、实验数据及分析
1.凝点数据分析
由所测数据（表1）可知，乍得原油常规测量的凝点为32℃，则密封测量的初始温度就为35℃；苏丹原油常规测量的凝点为34℃，则密封测量的初始温度就为37℃。

乍得原油密封测量的凝点比常规测量的低2.5℃，苏丹原油密封测量的凝点比常规测量的低1℃；表明在密封测量条件下，轻组分的挥发很少，在蜡晶空间网络结构形成的过程中，轻组分吸附在蜡晶表面起到了阻碍作用，使得所测得的凝点较低。

工程上常用凝点或者倾点作为原油管道停输后管内原油胶凝可能性的依据[9]，对于原油来说常规测量所测的凝点偏高，而密封测量条件下所测的凝点更适合作为输送原油管道停输后管内原油胶凝可能性的依据。

表1 两种不同方式所测凝点的数据
2.粘温曲线
从常规条件下乍得原油的动平衡粘温曲线所得的凝点为32℃，该凝点与按照《原油凝点测定法》常规测量的凝点32℃相一致；在凝点以上，粘度随温度的变化趋势比较平缓；而在凝点以下，随着温度的降低粘度急剧增加。

反常点是原油牛顿流体行为与非牛顿流体行为的分界点，从常规条件下乍得原油的动平衡粘温曲线所得的反常点为34℃（图1）。

在反常点以下的某一温度，粘度随着剪切速率的增大而减小且递减的趋势变小；温度越低，粘度随着剪切速率增大而减
小的趋势越明显（图2）。

图 1 常规条件下乍得原油的动平衡粘温曲线图 2 常规条件下乍得原油粘度随剪切速率的变化曲线
从密封条件下乍得原油的动平衡粘温曲线所得的凝点为30℃（图3（a）），该凝点与按照《原油凝点测定法》密封测量的凝点29.5℃基本一致；从密封条件下苏丹原油的动平衡粘温曲线所得的凝点为34℃（图3（b）），该凝点与按照《原油凝点测定法》密封测量的凝点33℃基本一致。

密封测量与常规测量相比，能明显的降低乍得原油的凝点，而对苏丹原油凝点的降低作用较小（表1，图3）
在常规测量下，乍得原油与苏丹原油的粘度最大值都出现在温度最低，剪切速率最小的测试条件下。

常规测量下乍得原油的最大粘度值是13400 mPa·s，对应的温度为26℃，剪切速率为5 1/s；而密封测量所得的粘度值为4700 mPa·s，与常规测量相比粘度减小了8700 mPa·s，减小幅度为64.93﹪（表2）。

在28℃，5 1/s的测试条件下，苏丹原油密封测量与常规测量相比，减小幅度为47.71﹪（表3）。

温度为34℃（密封处理温度35℃），乍得原油的密封测量的粘度比常规测量的粘度高；剪切速率越高，两者之间的差值越小（表2）。

苏丹原油在36℃（密封处理温度37℃）也出现同样的现象（表3）。

升温到达某一温度时未溶解的蜡含量比降温到达同一温度时已结晶的蜡含量要多[10]，而原油中已结晶蜡的量、蜡晶形态和结构是决定原油流变性的主要因素，所以在密封测量温度附近，密封测量的粘度比常规测量的要高。

然而随着温度降低，常规条件下蜡晶大量析出，而密封条件下由于轻组分的存在，吸附在蜡晶表面阻阻碍了蜡晶的过快生长，使得常规测量的粘度比密封测量的高；且随着温度的降低，两者之间的差值越来越大。

表2 乍得原油的粘温数据
表3 苏丹原油的粘温数据
（a）乍得原油（b）苏丹原油
图3 密封条件下原油的动平衡粘温曲线
参考文献
[1] 冯叔初，郭揆常，等.油气集输与矿产加工[M].中国石油大学出版社，2006.
[2] 李锦昕.原油加剂改性的影响因素[J].油气储运，1999，18（9）：32-35.
[3] 马晶，冯萍.油品密度测定影响因素分析[J].石油工业技术监督，1999，15（8）：
21-23.
[4] 杜国敏，张劲军.加剂原油轻组分挥发对低速剪切效应的影响[J].油气储运，1998，17（9）：1-2.
[5] 罗塘湖.含蜡原油流变特性及其管道输送[M].石油工业出版社（北京），1991.
[6] 黎晓茸，杨瑞，王伟.油井生产中原油脱气对结蜡的影响分析[J].低渗透油气田，2005，10（4）：35-36.
[7] 李传宪，杨飞，陈红，等.SY/T 0541-2009 原油凝点测定法[S].2010.
[8] 刘学，陈红，郑玉良，等.SY/T 0520-2008 原油粘度测定旋转粘度计平衡法[S].2008.
[9] 杨筱蘅.输油管道设计与管理[M].中国石油大学出版社，2006.
[10] Asger B.Hansen，Elfinn Larsen，Walther B.Pedersen，et al. Wax precipitation from north sea crude oils.3.prcipitation and dissolution of wax studied by differential scanning calorimetry[J]. Energy&Fuels，1991，5，914-923.。