油井堵塞成因分析及对堵塞物中沥青质性质研究

doi:10.12422/j.issn.1006-396X.2025.02.002

石油化工高等学校学报 ›› 2025, Vol. 38 ›› Issue (2): 10-20.DOI: 10.12422/j.issn.1006-396X.2025.02.002

油井堵塞成因分析及对堵塞物中沥青质性质研究

刁大龙¹(), 杜新娟¹, 冯海顺², 张欣莹¹, 王继乾¹^,³, 张龙力¹^,³

^1.中国石油大学（华东）化学化工学院，山东青岛 266580
^2.中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司石油工程技术;研究院，山东东营 257000
^3.中国石油大学（华东）化学化工学院重质油全国重点实验室，山东青岛 266580

收稿日期:2024-07-08 修回日期:2024-10-14 出版日期:2025-04-25 发布日期:2025-04-25
通讯作者: 张龙力
作者简介:刁大龙（2000⁃），男，硕士研究生，从事沥青质聚沉、蜡沉积等方面的研究；E⁃mail：17806284573@163.com。
基金资助:
国家自然科学基金项目(U22B20144)

Analysis of Wellbore Blockage Causes and Study on the Asphaltene Properties in Blockage Materials

Dalong DIAO¹(), Xinjuan DU¹, Haishun FENG², Xinying ZHANG¹, Jiqian WANG¹^,³, Longli ZHANG¹^,³

^1.College of Chemistry and Chemical Engineering，China University of Petroleum（East China），Qingdao Shandong 266580，China
^2.SINOPEC Shengli Oilfield Research Institute of Petroleum Engineering，China Petroleum and Chemical Corporation，Dongying Shandong 257000，China
^3.State Key Laboratory of Heavy Oil Processing，College of Chemistry and Chemical Engineering，China University of Petroleum（East China），Qingdao Shandong 266580，China

Received:2024-07-08 Revised:2024-10-14 Published:2025-04-25 Online:2025-04-25
Contact: Longli ZHANG

摘要/Abstract

摘要：

针对某油田在开发过程中出现油井堵塞的难题，以Y3原油为研究对象，通过室内实验分析了原油的组成以及井筒堵塞物的主要成分；对油田收集的地层堵塞物进行甲苯抽提，并利用XRD分析了甲苯不溶物的成分；对可溶物部分进行四组分分离，并重点研究了可溶物及Y3油样中沥青质的组成及性质；通过沥青质吸附实验，测量油水界面张力、水下接触角等，探究沥青质极性和芳香性对其界面性质的影响。结果表明，该油井的地层堵塞物主要矿物为石英、长石、方解石等；与Y3原油中沥青质相比，堵塞物中的沥青质分子质量更大，杂原子质量分数以及芳碳率更高，堵塞物中含蜡极少；井筒堵塞的主要原因是沥青质在砂石上的吸附，沥青质杂原子质量分数及极性对吸附量和界面张力等有较大的影响。

关键词: 井筒堵塞, 沥青质, 沉淀成因, 蜡, 地层砂石

Abstract:

To address the challenge of wellbore blockage during the development of a certain oilfield, Y3 crude oil was taken as the research object. Laboratory experiments were conducted to analyze the composition of the crude oil and the main components of wellbore blockage materials.Toluene extraction was performed on formation blockage materials collected from the oilfield, and XRD was used to analyze the composition of toluene?insoluble substances. The soluble fraction was separated into four components, with a focus on studying the composition and properties of asphaltenes in the soluble fraction and Y3 oil samples. Through asphaltene adsorption experiments, oil?water interfacial tension, underwater contact angle, etc., were measured to explore the effects of asphaltene polarity and aromaticity on interfacial properties. The experimental results show that the main minerals of the formation blockage of the wellbore are quartz, feldspar, calcite, etc. Compared with the asphaltene in Y3 crude oil, the asphaltene in the blockage has higher molecular weight, heteroatomic mass fraction and aryl carbon ratiowith minimal wax content in blockage materials. The main cause of wellbore blockage was the adsorption of asphaltenes on sandstone. The heteroatom mass fraction and polarity of asphaltenes had significant effects on adsorption capacity and interfacial tension.

Key words: Wellbore blockage, Asphaltene, Precipitation formation, Wax, Dinas

中图分类号:

TE35

刁大龙, 杜新娟, 冯海顺, 张欣莹, 王继乾, 张龙力. 油井堵塞成因分析及对堵塞物中沥青质性质研究[J]. 石油化工高等学校学报, 2025, 38(2): 10-20.

Dalong DIAO, Xinjuan DU, Haishun FENG, Xinying ZHANG, Jiqian WANG, Longli ZHANG. Analysis of Wellbore Blockage Causes and Study on the Asphaltene Properties in Blockage Materials[J]. Journal of Petrochemical Universities, 2025, 38(2): 10-20.

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https://journal.lnpu.edu.cn/syhg/CN/Y2025/V38/I2/10

图/表 18

表 1 堵塞物的组成成分分析指标

Table 1 Component analysis indicators of blockages

来源	含水率/%	含固率/%	含油率/%
堵塞物1	1.44	87.33	11.23
堵塞物2	1.94	87.78	10.28
堵塞物3	1.10	89.79	9.11

图1 堵塞物的XRD谱图

Fig.1 XRD images blockages

表2 堵塞物中矿物质的XRD分析结果

Table 2 XRD analysis results of minerals in blockages

矿物质	w/%
矿物质	堵塞物1	堵塞物2	堵塞物3
石英	46.83	36.03	12.57
方解石	0.99	2.98	17.79
钾长石	9.66	13.54	0
斜长石	34.79	35.81	0
白云石	2.50	6.47	0
方沸石	0	1.01	0
石盐	0	0	8.42
重晶石	0	0	8.96
赤铁矿	0	0	13.30
磁铁矿	0	0	27.02
Fe	0	0	5.91
其他	5.23	4.16	6.03

表3 Y3原油及堵塞物的四组分分析结果

Table 3 Four component analysis results of Y3 crude oil and blockages

油样及堵塞物	w（沥青质）/%	w（胶质）/%	w（芳香分）/%	w（饱和分）/%
Y3原油	7.42	11.27	16.73	64.58
堵塞物1	18.11	17.56	27.16	37.17
堵塞物2	21.77	17.42	34.45	26.36
堵塞物3	2.14	21.36	33.63	42.87

图2 Y3原油及堵塞物中甲苯可溶物的全烃分析

Fig.2 Total hydrocarbon analysis of toluene soluble substances in Y3 crude oil and blockages

表4 Y3原油及堵塞物中沥青质的元素质量分数及分子质量

Table 4 Elemental mass fraction and molecular weight of asphaltene in Y3 crude oil and blockages

沥青质种类	油样及堵塞物	w（C)/%	w（H)/%	w（S)/%	w（N)/%	分子质量/ (g·mol^-1)
ASP-1	Y3原油	85.90	7.88	0.17	0.79	5 310
ASP-2	堵塞物1	80.55	7.55	0.18	0.72	5 514
ASP-3	堵塞物2	80.56	7.45	0	0.73	7 879

图3 Y3原油及堵塞物中沥青质的红外谱图

Fig.3 Infrared spectra of asphaltene in Y3 crude oil and blockages

图4 Y3原油及堵塞物中沥青质的核磁谱图

Fig.4 NMR spectra of asphaltene in Y3 crude oil and blockages

表5 Y3原油及堵塞物中沥青质的结构参数

Table 5 Structural parameters of asphaltene in Y3 crude oil and blockages

结构参数	符号		数值
结构参数	符号	ASP-1	ASP-2	ASP-3
总氢	H_T	446.29	397.80	582.99
总碳	C_T	394.38	360.56	554.74
芳碳率	f_A	0.49	0.52	0.53
芳香碳数	C_A	192.65	188.35	293.87
饱和碳	C_S	201.73	172.21	260.87
芳香环系周边氢取代率	σ	0.41	0.29	0.43
芳香环系缩合度参数	n（H_AU）/n（C_A）	0.38	0.40	0.36
总环数	R_T	75.91	68.48	117.31
芳香环数	R_A	62.88	61.45	96.62
环烷环数	R_N	13.03	7.03	20.69
环烷碳率	f_N	0.10	0.06	0.11
烷基碳率	f_P	0.41	0.42	0.36
一个结构单元中的芳香碳数	C_A*	44.46	39.67	47.10
结构单元数	n	4.33	4.75	6.24
结构单元重	W	1 272.45	1 118.45	1 262.88
支化指数	B_I	0.38	0.53	0.38
芳香外周边碳	C_AP	72.32	74.85	107.18
芳香内碳	C_I	120.33	113.50	186.70
芳香融碳、迫碳	C_F	54.01	44.65	85.52

图5 沥青质的平均分子结构

Fig.5 The molecular structure of the asphaltenes

表6 石英粉和云母粉的BET测试参数

Table 6 BET test parameters of quartz powder and mica powder

砂石种类	比表面积/（m²·g^-1）	平均孔径/nm	孔隙体积/（cm³·g^-1）
石英粉	1.468	1.275	0.004
云母粉	7.820	1.518	0.033

图6 不同沥青质在石英粉和云母粉上的吸附量

Fig.6 Adsorption capacityof different asphaltene on quartz powder and mica powder

表7 沥青质的组成和性质对其在石英粉上吸附的影响

Table 7 Influence of composition and properties of asphaltene in adsorption on quartz powder

参数	数值
参数	ASP-1	ASP-2	ASP-3
w（O）/%	5.15	7.25	10.17
w（N）/%	0.79	0.72	0.73
w（N+O+S）/%	6.10	7.98	11.07
粒径/nm	181	164	370
n（H）/n（C）	1.14	1.11	1.06
吸附量/（mg·L^-1）	2.99	3.89	7.13

图7 Y3原油及堵塞物DSC热分析曲线

Fig.7 DSC thermal analysis curve of Y3 crude oil and blockages

图8 界面张力测量中使用不同表面活性剂时ASP-1的液滴形状

Fig.8 Droplet shapes of ASP-1 using different surfactants in interfacial tension measurement

图9 不同表面活性剂对沥青质甲苯溶液界面张力的影响（a） ASP-1 （b） ASP-2 （c） ASP-3

Fig.9 Influence of different surfactants on the interfacial tension of asphaltene toluene solution

图10 CTAB溶液中沥青质甲苯液滴在老化岩石上的接触角

Fig.10 Contact angle of asphaltene toluene droplet on aged mineral in CTAB solution

图11 ASP-2在不同岩石及不同表面活性剂溶液中的接触角

Fig.11 Contact angle of ASP-2 in different rocks and surfactant solutions

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油井堵塞成因分析及对堵塞物中沥青质性质研究

Analysis of Wellbore Blockage Causes and Study on the Asphaltene Properties in Blockage Materials

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