JH 油田含蜡原油析蜡温度测试与分析

刘 霞，王银强，冯 晶，艾克拜尔·木合塔尔

（新疆油田油气储运分公司，新疆 克拉玛依 834000）

0 引言

析蜡温度是原油重要的性质参数，得到准确的析蜡温度是保证含蜡原油管道安全输送的前提[1]。对于含蜡原油来说，原油中蜡的溶解度对温度的依赖性很强[2]。温度较高时，蜡晶基本能够溶解在原油中。当温度降低至某一温度时，原油中溶解的蜡达到饱和，大分子量的蜡首先结晶析出。除了原油中蜡的含量及分布外，其中的不溶性大分子化合物（如沥青质）或活性物质（如胶质、添加剂等）的含量会影响蜡晶析出温度。测定油品析蜡点的方法有很多种，比较常用的有黏温曲线法、显微镜法、差热分析法（DSC）等[3-5]，这些测试方法都属于间接测试法。本次实验使用此3 种方法。

1 实验部分

为了方便记录，将6 种原油分别称为1～6 号油，其中1 号为配比的中质油、2 号为稠油、5 号为稠稀混油，其余均为普通稀油。将原油充分搅拌均匀后，分别取出部分油品进行封存，把封存的每种油品分为6 份。

1.1 黏温曲线法

1.1.1 实验仪器

实验使用安东帕MCR-2 旋转流变仪，温度范围为-20～100 ℃，黏度范围为0.1～109 mPa·s，速度响应时间为5 ms，应变响应时间为10 ms。

1.1.2 实验方法

此方法使用前4 份，每份油品分为2 个油样，分别使用4 种不同的剪切速率10、20、50、100 s-1对试样进行降温剪切，降温速率0.5 ℃/min。另一相同油样进行凝点测量，采用相同速率进行线性降温（见表2）。

1.1.3 测定结果

将1 号油在四种不同剪切速率下所测的黏度绘制在半对数坐标中，可以看出反常点区间为31～34 ℃，而黏度转折点两边的斜率相差很小，因而不是由于蜡晶析出的影响，所以该黏度转折点不是析蜡点，析蜡点应该位于反常点附近，如图1 所示。测试3～6 号油黏度转折点或析蜡点的方法与1 号油相同，结果如表1 所示。原油凝点如表2。

表1 原油析蜡点（黏温曲线法）

表2 原油凝点 单位：℃

图1 1 号油半对数坐标黏温曲线

由图2 可以看出，2 号油的黏温关系不受剪切速率的影响，在半对数坐标中，整个测温区间基本为一条直线。该油样含蜡量很少，不存在蜡晶析出温度。黏温关系曲线上存在轻微黏度转折点，该点可能是由于油品中所含有的活性物质、胶质或添加剂等对黏度产生的影响。

图2 2 号油半对数坐标黏温曲线

所测6 种油品中，1、3、4、5 号油基本符合剪切稀释流体的规律。2 号油黏度较大，在整个流动过程中均为牛顿流体。6 号油黏度较小，产生数据不重叠的现象可能受仪器精度的影响（如图3 所示）。

图3 6 号油半对数坐标黏温曲线

1.2 显微镜法

1.2.1 实验装置

偏光显微镜及配套的水浴降温装置和照相装置。

1.2.2 实验方法

此方法使用后两份中的一份，将油样放入容器中加热至65 ℃，恒温10 min，之后制备实验试片，将实验用盖玻片用石油醚清洗并擦拭干净后干燥，将预热处理后的油样搅匀，取一滴试样滴在热台上，再盖上盖玻片，使之形成均匀薄膜。将热台置于显微镜下，调节焦距，从监视器屏幕上观测到试样蜡晶后，微调焦距至最清晰状态。之后启动热台的控温系统，升温至热台上试样蜡晶全部消失，恒温10 min，分别按0.5 ℃/min 和5 ℃/min 的速率降温。当从监视器屏幕上观测到蜡晶时，控温系统所显示的温度即为测试样品的析蜡点。

1.2.3 测定结果

1 号油析蜡点附近显微镜照片如图4 所示。由于2 号油含蜡量低，在降温至-20℃时仍未发现白光点，无法测量析蜡点。3～6 号油测试方法与1 号油相同，结果见表3。

表3 原油析蜡点（显微镜法）单位：℃

图4 1 号油析蜡点附近显微镜照片

1.3 差热分析法

1.3.1 实验装置

实验使用METTLER 差示扫描量热仪，温度范围为-150～750 ℃，温度灵敏度为±0.1 ℃，量热灵敏度为0.01 μW。

1.3.2 实验方法

将最后一份油样分别放入容器中加热至65 ℃，恒温10 min，之后将试样置于坩埚中。将装有油样的坩埚置于检测池的试样支架上，同时将一空的坩埚（以空气为参比物）置于参比物支架上，将两个坩埚放在各自的支架中心，保证其充分热接触，加盖冷却罩。恒温10 min 后分别以5 ℃/min 和10 ℃/min 的速率降至-20 ℃，进行连续扫描量热，得到油样析蜡过程的DSC 热谱图。通过对热谱图进行分析，即可得出所测油样的析蜡点和最快析蜡温度。

1.3.3 测定结果

从1 号油的DSC 曲线可以看出（见图5、图6），降温速率10 ℃/min 时，初始析蜡点34 ℃，显性析蜡点为26 ℃，最快析蜡温度13 ℃；降温速率5 ℃/min时，初始析蜡点40 ℃，显性析蜡点为29 ℃，最快析蜡温度13 ℃。

图5 降温速率为10 ℃/min 的1 号油DSC 曲线

图6 降温速率为5 ℃/min 的1 号油DSC 曲线

从2 号油的DSC 曲线可知（见图7），曲线从高温到低温一直没有突变点，呈下降趋势，可能是由于该油含蜡量低致使热流的变化不足以找出析蜡点。

图7 降温速率为10℃/min 的2 号油DSC 曲线

在测量的6 种油品中，除2 号油外，其余油品的DSC 曲线均存在突变，测试结果见表4。

表4 原油析蜡点（DSC 法）

由表4 可知，原油初始析蜡点和显性析蜡点随降温速率的增大而减小[6]。这是由于，原油随降温速率较大时，原油在较高的温度下还来不及形成晶核，从而使初始析蜡点和显性析蜡点均降低。

此外，1 号、3 号及4 号油蜡分子碳数分布有双峰，初始析蜡点和显性析蜡点不重合。5～6 号油蜡分子碳数分布只有单峰，随着温度的降低，蜡晶析出，在初始析蜡点处产生突变，即初始析蜡点与显性析蜡点重合。

2 原因分析

使用上述3 种方法测量的析蜡点有所差异，原因可能有以下几点：

1）油品在高温时呈现牛顿流体的特性，较小的含蜡量与大分子不溶物及活性物质的协同作用会使反常点和析蜡点之间的温度区间变小。因此，利用黏温曲线法测量的高温范围内的转折点，仅是由于大分子不溶物析出致使黏温曲线轻微变化，并非由于蜡晶析出引起。对于这类油品，当蜡晶析出时，进一步改变黏温关系，当温度再适当降低时，油品的黏度就与剪切速率有关。此时析蜡点就是比反常点稍高的温度。

2）对于4 号油，黏温关系显示的析蜡温度与其他两种方法差异较大，可能与原油中含有活性物质和大分子不溶物（如胶质、沥青质、添加剂等）有很大关系。

3）在使用流变仪测量时，圆筒内的油品受转子剪切，为敞口容器，且实验时间较长，可能会导致轻组分挥发，而其他两种方法使用的是封闭容器，因而可能会使结果产生偏差。

4）在进行黏温曲线和显微镜实验时，所测油品的温度为控制油品的介质的温度，且降温速率均保持为0.5 ℃/min，因此，可能与油品的真实温度大约有不超过1℃的误差。

5）进行DSC 实验时，受仪器分辨率的影响，降温速率分别设置为5 ℃/min 和10 ℃/min。一般来说，10 ℃/min 时所测的析蜡点要低一些，这是由于大降温速率时，油品中蜡分子的过饱和度更大，来不及析出。

6）对于蜡分子碳数分布呈现双峰的油品，容易导致不同方法测试的结果差异大，如1 号和3 号油品。

7）受显微镜精度和视野的影响，可能会出现有蜡晶析出时但未观察到的情况，从而导致结果存在一定的偏差。

3 结果分析

利用这些实验方法测出的实用性较强的析蜡点与热力学意义上的析蜡点有所不同。实际可测的析蜡点是由于在降温过程中原油中蜡的析出所产生的的效应，如黏温曲线的变化、蜡晶尺寸大小、蜡晶析出潜热等。析蜡温度为蜡晶增加到实验仪器或实验方法可辨别时所对应的最高温度，与测量仪器的分辨率或实验方法的精度有关系。实际可测的析蜡点都会低于原油热力学意义上的析蜡点，并且不同方法测定的析蜡点也会有所差别，当然也与用于测试的油样密切相关。因此，在实际可测的析蜡点以上的温度就已经有蜡析出了，但并不多。析蜡点以下的温度析出的蜡稍多。另外，有些原油的析蜡点很明显，而有的却不明显。