高温高压油藏井壁沉淀物成因研究——以准噶尔盆地高探1井为例

李二庭，蒋宜勤，林莉莉，迪丽达尔·肉孜，谢礼科，周 妮，安 科

(1.新疆砾岩油藏实验室，新疆 克拉玛依 834000；2.中国石油 新疆油田分公司 实验检测研究院，新疆 克拉玛依 834000)

油井开采过程中井筒内常常遇见沉淀堵塞物，影响了油井的正常生产，严重时甚至造成停产，因此查明井筒沉淀堵塞物成因对于现场制定解堵措施具有重要指导意义，有利于油井正常平稳生产[1-6]。目前研究认为，井筒沉淀物的形成具有复杂的成因机理，不同情况下的表现不同。文献中报道的成因包括高碳数蜡的沉积[7-9]，高含沥青质原油中的沥青质易絮凝和沉积[10-13]，单质硫与有机物混合物混合形成[14-15]，地层砂与无机盐类矿物形成堵塞物[16-18]等等。

准噶尔盆地高探1井位于盆地南缘四棵树凹陷高泉背斜。2019年1月，该井白垩系清水河组试油获得高产工业油气流，最高日产超过千方，实现了准噶尔盆地南缘下组合油气勘探的首次重大突破，具有重要典范意义[19-21]。前人的研究认为高探1井油气同源，主要来自高成熟的侏罗系烃源岩[22]。高探1井原油为轻质油，具有密度低、黏度低、含蜡量中等、凝固点中等的特点，属于弱挥发性油藏[23]。但随着高探1井的开采，其井壁出现了大量黑色固体不溶沉淀物，堵塞了井筒，严重影响了该井的正常生产，与原油轻质，理论上应不大可能出现沉淀物的推论不符。因此亟需明确固体沉淀物的成因机理，为现场工程工艺改进和预防措施制定提供依据。

本文通过运用热解、族组分等分析手段，明确了高探1井井壁沉淀物的地球化学组成，并对比高探1井原油组成，探讨了其形成原因。

1 原油性质基本特征

准噶尔盆地南缘高探1井连续原油取样，其物性及组分数据见表1。从表中可以看出，高探1井原油为轻质油，随时间开采，原油性质整体上没有明显变化，呈现密度低、黏度低、中等含蜡、析蜡点低、基本不含水的特点，20 ℃密度分布在0.807 8～0.828 6 g/cm3，50 ℃时黏度分布在2.0～2.6 mPa·s，含蜡量分布在6.26%～8.01%，析蜡点分布在16.75～19.20 ℃，族组分中以饱和烃为主，含量分布在65.01%～78.77%，沥青质含量低，分布在1.24%～8.30%。

2 高探1井井壁沉淀物组成

2.1 井壁沉淀物岩石学分析

本文分析的高探1井井壁沉淀物分别为井口处、井壁1 400 m处、井壁2 800 m处样品，在肉眼下形态均呈黑色固体块状，外观特征近似沥青(图1a)，对沉淀物固体含量分析主要采用悬浮法和热解法完成。悬浮法为用100 mL苯溶解5 g左右井壁沉淀物样品，真空抽滤，滤纸采用孔径为5 μm的水系滤膜，通过滤膜前后增重与原始井壁沉淀物重量比值，计算含固量；热解法，热解温度600 ℃，通过井壁沉淀物热解后(图1b)与热解前样品重量比值(图1a)计算固体含量。结果显示，以1 400 m处样品为例，悬浮法计算固体含量为37.08%；热解法计算固体含量为30.88%。可见，沉淀物中无机矿物杂质含量较高，这对于沥青质的沉淀可能存在一定的促进作用。

针对沉淀物中泥砂固体开展岩石薄片鉴定和粒度分析，结果见图2。从显微镜下显示可以看出，1 400 m处井壁沉淀物主要是原油和泥粉砂质的混合物(图2a)，以细粉砂为主。激光粒度分析结果显示砂质粒径主峰分布在20～30 μm范围内，成分主要为石英、长石、泥质、方解石、铁质、碳质，与高探1井5 768～5 770 m岩屑成分相似(图2b)。荧光呈浅褐黄色，主要为胶质沥青和油质沥青的混合物(图2c)。

表1 准噶尔盆地南缘高探1井地面原油物性及族组分特征Table 1 Physical properties and family composition characteristics of oil from well Gaotan 1 on the southern margin of Junggar Basin

图1 准噶尔盆地高探1井井壁沉淀物热解实验Fig.1 Pyrolysis experiment of wellbore sediment in well Gaotan 1, Junggar Basin

图2 准噶尔盆地高探1井井壁沉淀物与岩屑显微镜下特征对比Fig.2 Microscopic characteristics comparison of wellbore sediments and debris in well Gaotan 1, Junggar Basin

2.2 井壁沉淀物有机组分物性分析

对高探1井井壁沉淀物进行可溶性及熔融性分析，结果见表2、表3和图3。井壁沉淀物可溶性实验步骤如下：取适量的1 400 m井壁沉淀物样品，分别放入10 mL不同极性的有机溶剂进行可溶性实验，溶解率数据见表2。可以看出，随着有机溶剂极性增大，溶剂对样品的溶解性增强，样品溶解率升高。在极性较低的溶剂油、石油醚、正己烷中，沉淀物的溶解率在50%左右，过滤后，有成块状的不溶固体。相比而言，在极性较高的二甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷中，沉淀物基本溶解，过滤后仅有极少的小颗粒杂质。通过分析，发现残余小颗粒杂质为泥沙物质，说明高探1井井壁沉淀物主要为可溶有机质。

表2 准噶尔盆地高探1井井壁沉淀物中有机质在不同极性有机溶剂中的溶解情况Table 2 Dissolving ability of different polar organic solvents for organic matter in wellbore sediments in well Gaotan 1, Junggar Basin

表3 准噶尔盆地高探1井井壁沉淀物中有机质在不同温度下熔解实验Table 3 Melting experiments of organic matter in wellbore sediments in well Gaotan 1, Junggar Basin

图3 准噶尔盆地高探1井井壁沉淀物熔解实验Fig.3 Melting experiment of wellbore sediments in well Gaotan 1, Junggar Basin

井壁沉淀物熔解性实验：为明确高探1井井壁沉淀物样品随温度变化情况，进行了熔融性实验。同样取适量的1 400 m井壁沉淀物样品置于烧杯中，水浴升温，升温范围40～90 ℃，每隔5～10 ℃作为一个温度点，保持 20 min，观察样品的流动状态，在90 ℃温度点观察后将样品自然降温至室温，实验结果见图3和表3。可以看出，随着温度的升高，沉淀物样品逐渐由固体块状软化，在加热至55 ℃，样品全部软化，成软坨状，在60 ℃时样品开始出现流动状态，在90 ℃时，沉淀物已全部熔解，具有可流动，有光泽感，加热后样品温度在降至室温后，重新凝固，呈细腻状，有光泽感，表现出沥青的特点。

2.3 井壁沉淀物中含蜡量分析

井壁沉淀物蜡含量分析结果显示，含蜡量较低，以1 400 m处样品为例，其含蜡量为2.84%，析蜡点 21.2 ℃。从前文井壁沉淀物的熔解实验也可以看出，在室温 25 ℃时，沉淀物呈黑色粗糙状的固体状态，且样品在加热至60 ℃时才开始出现流动状态，说明高探1井井壁沉淀物形成原因与原油蜡析出的关系不大。

2.4 井壁沉淀物族组分分析

采用二氯甲烷溶解井壁沉淀物，过滤除去固体杂质，可溶有机质挥发晾干，进行族组分分析，结果见表4。从表中可以看出，高探1井井壁沉淀物中可溶有机质与原油组成差异明显，主要以沥青质为主，井口处沉淀物的沥青质含量较低，含量在40%以上，井壁沉淀物的沥青质含量达到70%以上。

表4 准噶尔盆地高探1井井壁沉淀物中有机质族组分特征

图4 准噶尔盆地高探1井井壁沉淀物不同溶剂溶解液气相色谱(a，b)和水相液相色谱(c，d)Fig.4 Gas chromatograms(a,b) and aqueous liquid chromatograms(c,d) of differentsolvent dissolved wellbore sediments in well Gaotan 1, Junggar Basin

2.5 井壁沉淀物可溶有机质色谱分析

为明确高探1井井壁沉淀物中是否含有聚合物及可溶有机质的主要成分，采用色谱和液相色谱技术进行了分析，结果见图4。从图4可以看出，二氯甲烷萃取液色谱图中出现较大的“基线鼓包”，说明存在胶质、沥青质一类的高质量数、沸点较高，气相色谱质谱联用仪无法分离的物质。正己烷萃取液色谱图可看出，主峰碳数为 C24，说明该沉淀物烷烃主要成分为中质组分，属中质油，原油中的轻质组分优先分逸流出。沉淀物水层萃取液液相谱图中只有一个水的倒峰，说明没有易溶于水相的大分子量的物质，沉淀物样品中不含大分子聚合物。

3 高探1井井壁沉淀物成因分析

前人的研究认为原油中沥青质、胶质、芳香烃、烷烃组分在一定比例条件下处于平衡状态，沥青质不易析出，在原油开采过程中，当温度和压力发生改变，会造成原油组成发生变化，原油动态稳定体系被破坏，会造成原油中沥青质析出、缔合为絮状物而沉积在井筒表面[23-29]。通过原油的胶体系统不稳定指数可以宏观预测原油是否会发生沥青质析出，该指数定义为CII=[(饱和分质量分数+沥青质质量分数)/(芳香分质量分数+胶质质量分数)][30]。CII≤0.7，原油体系稳定；0.7

前人的研究表明，高探1井油源可能来自四棵树凹陷侏罗系烃源灶[18]，生成的原油成熟度高，轻质组分含量高，C1—C5组分含量为71.41%[19]。井壁沉淀物沥青质组成主要为高缩合度组分，从元素组成分析上看，沥青质的H/C比达到1.04，氧元素含量达到7.95%，氮、硫元素含量较低，含量低于1%，表明沥青质主要为高缩合度芳烃，具有较多含氧杂原子。由于高探1井油藏地层条件下为单相液态流体，地层异常高压，地层能量充足，轻质组分对高缩合度沥青质组分溶解能力强，易于将沥青质从地层中携带入井筒。

综合以上的分析，认为高探1井井壁沉淀物形成与其油藏特殊性有关。高探1井井壁沉淀物主要以可溶有机质为主，含量在70%左右，含泥粉砂质颗粒，其中可溶有机质又主要由高缩合度沥青质组成，高缩合度主要是由于高的热演化程度造成的，其含量占有机质的70%以上。故可以推断，高探1井井壁沉淀物的形成原因可能是在高温高压井油藏地层中，轻质组分以超临界流体形态存在，对难溶的高缩合度沥青质具有很强的溶解性，原油呈单相流体状态，而在原油开采过程中，温度和压力下降快，从而导致轻质组分优先分逸流出，原油分异为两相，溶解于轻质油中的高缩合度沥青质的溶解度明显下降，造成沥青质析出、絮凝，并吸附在井壁上[31]，在此过程中，井底的泥沙随流体流动混入沉淀物中，随沉淀物一起长大堆积。

这一结果对于认识准噶尔盆地南缘高探1井这类高温高压油藏原油开采具有重要启示意义。高热演化易形成高缩合度沥青质，该类沥青质在温度和压力下降后一定会从原油中沉淀出来，且该组分是原油体系中极性最强的一种物质，极易吸附在固体表面。针对高探1井井壁结垢的问题，建议筛选强极性沥青分散剂来增加原油体系稳定性，抑制原油中沥青质的析出，对已结垢的井筒采用强极性试剂进行化学清洗，增加井底滤网，减少砂泥固体颗粒。

4 结论

(1)准噶尔盆地高探1井井壁沉淀物是可溶有机质与泥粉砂质的混合物，可溶有机质主要由沥青质组成，含量达到70%以上，无机矿物以细粉砂为主。

(2)高探1井井壁沉淀物形成原因是在原油开采过程中，随着压力和温度的降低，导致原油中轻质组分优先分逸流出，原油动态稳定体系被破坏，导致沥青质析出并沉积在井壁表面，并逐渐堆积长大。

(3)井壁沉淀物的形成可能是高温高压井原油开采的普遍现象，其组成和成因研究为现场治理措施的制定提供了依据，有利于原油平稳高效开采。