[科普中国]-有机沉积物

有机沉积物是压力和温度降低时重烃(石蜡或沥青)沉淀而形成的产物。这是蒸馏的一种形式。它们通常位于油管、孔眼或地层中。尽管地层中有机沉积物的形成机理很多且复杂(Houchin和Hudson，1986)，但其主要的机理是由于流动系统中压力或温度变化。井筒的冷却或者注入冷的施工液体就具有非常显著的效果。有机沉积物不能与另一种叫酸渣的沉积物混淆。酸渣是某种原油与强无机酸或某种盐水反应产生的粘性的乳化物，酸渣不易被溶解。1

石蜡石蜡是最简单的烃，它们仅仅由碳和氢原子组成，且无支链。能形成固体石蜡沉积物的碳链最少含16个碳原子，有的达到60个甚至更多。石蜡沉淀是由于压力降落、温度降落或者短链碳氢化合物的断裂而形成(即：轻烃的逸出)。从纯液态溶液中形成第一颗固体石蜡晶体的温度叫浊点。完井设计时应保证产出液地面温度高于浊点并采用化学方法改变浊点，以防止石蜡在油管中沉积。

石蜡链长度增加，其熔点也升高。固体石蜡的硬度也随分子大小的增加而增加。在生产系统中，石蜡会在具备沉淀条件的任何地方沉积(Cole和Je&son，1960；Burger等，1981；Newberry等，1986；Thomas，1988；Newberry，1981；Sutton和Roborts，1974)。在接近地面的油管中，由于温度和压力下降最多，容易形成石蜡。在诸如接近压力衰竭的油藏或经过了干气回注(它消除轻烃)的地层中，在其孔眼或地层中能形成石蜡。石蜡也因冷液体的注入而沉淀。尽管不完全如此，但这是很多井增产措施后返排慢的原因。1

沥青质沥青质是相对分子质量为几百或几千的稠环芳香烃或环烷烃化合物组成的有机物质(Leontaritis，1989；Leontaritis和Mansoori，1987；Tuttle，1983；Newberry和Barker，1985；Addison 1989；Bunger，1979；Thawer等，1990)。沥青质由于含有氮、硫、氧而具有特定的性质，被定义为油中不溶于直链溶剂如戊烷或庚烷的有机物质，沥青通常见于以下三种不同形态之一：

(1)硬的像煤一样的物质；

(2)发黑的酸渣或刚性膜的乳化物(通常由溶液中的铁引起)；

(3)与石蜡混合。1

焦油焦油仅为沥青或其他重油的沉积物，它不能被酸或互溶剂清除。清除它需用芳香族溶剂分散，并一般需补充能量。1

混合沉积物混合的有机、无机沉积物是一种含有机化合物和垢或微粒及粘土等组合的混合物。运移过程中，砂岩油藏中产水的增加产生的微粒变为油湿，并作为有机沉积物的集结场所(Houchin和Hudson，1986)。1

乳化液乳化液是两种或多种互不相溶流体(包括气体)的混合物，它们并不以分子状态相互分散乳化液由外相(也叫非分散相或连续相)和内相(分散相或非连续相)组成，内相由悬浮于外相的微滴组成。油田中发现的所有乳状物几乎都通过产品混合时某种形式能量附加而产生，当能量源被消除，大多数乳化物迅速破坏。这些不稳定乳化物的破坏机理是，通过微粒接触、生长，然后被流体分隔开。当微滴靠近并接触，微滴表面层液膜就变薄并破裂，形成更大液滴，这个过程叫结合。由于形成分离层的液体之间的密度差异，较大微滴沉降更迅速，只有微滴的一部分会接触而结合。当最小的结合发生时，乳化物就稳定了。

如果乳化液不分离，就有一个稳定力起着使流体保持乳化的作用。最常见的稳定力是在其界(表)面由于化学反应、部分润湿微粒的沉淀或附加作用，电离子、高粘化合物或者合成流体粘度引起的表面膜力量的改变。这些力量可以单独起作用或混合起作用。

天然表面活性剂通过使液滴周围的膜绷紧或使小固体颗粒部分润湿而有助于乳化物稳定。天然表面活性剂存在于大多数的水中和大多数的原油中，它们可能由几种化合物组成，或为生油过程产生的部分物质，或为细菌副产物。像其他表面活性剂一样，它们含有一个亲油基和一个亲水基(通常带一小电荷)，并聚集在油、水界面。

液体中微小固体通过增加微滴周围表面膜的粘度或充当一个氧化剂的作用，并使带有电荷的分散液体束缚而使乳化物稳定。如果它足够，几乎所有固体都是一种稳定剂。只有当固体存在于液滴与连续相的界面时才能稳定乳化液。使油田乳化液稳定较常见的固体材料是硫化铁、石蜡、砂、粉砂、粘土、沥青、垢、金属剥落碎片(来自于管道)、岩屑或腐蚀产物。

改变pH值能影响乳化液的稳定性。大多数游离水脱出器和处理器有效工作的pH值为6～7，具体值因井而异。酸处理后，pH值可降到4并可能发生乳化。在这种条件下产生的乳化液直到pH值上升到6～7之前都是稳定的。当井在酸处理时，地层原油会发生乳化或形成酸渣，则应在井口安装化学注入孔(在上部扼流圈上)或在施工管柱的气举筒的某一位置安装化学注入阀。这些注入口被用来注入破乳剂。1

外来微粒堵塞除了自然发生运移的颗粒如粘土或微粒外，在常规作业中常向地层引入外来颗粒。钻井、完井、修井、增产措施以及二次或三次采油都能向地层引入外来颗粒。

注入液体的微粒伤害发生在近井地带，作用为堵塞地层孔隙喉道。问题包括：孔隙中桥塞、孔眼中堵塞以及高固化液体向天然裂缝及支撑裂缝系统中的大量滤失。避免这种类型的伤害是采用清洁流体，清洁流动系统中带有控制尺寸大小的微粒．这种流体将会在井筒中桥塞、孔眼中堵塞以及高固化液体向天然裂缝及支撑裂缝系统中的大量滤失。避免这种类型的伤害是采用清洁流体，清洁流动系统中带有控制尺寸大小的微粒．这种流体将会在井筒中桥塞，以阻止液体大量滤失。

外来颗粒的组分范围较宽。钻井液中能产生潜在伤害的颗粒物为粘土、钻屑、加重剂和防滤失物质，包括聚合物(Barna和Patton，1972；Fisher等，1973；Sloan等，1975)。这些物质产生的伤害问题与泥浆类型(油基、水基或聚合物基)无关。修井液和增产液中也含有包括细菌和聚合物残渣(Tuttle和BarRman，1974)在内的悬浮固体(Rike，1980；Rike和Pledger，1981)。特殊用途的压井液使用多种聚合物作为加重剂或防滤失剂。典型的压井液固体包括带聚合物的盐球、交联聚合物、羟丙基纤维素(HEC)聚合物、堵漏球和带有聚合物的CaC03。

增产措施液体中的微粒是因为水质差、罐涂层、罐残余物以及油管和管道的碎屑(如：干泥浆、垢和管道中的杂质)。增产措施使用的液体带来的问题是它们含有有效的清洁剂和酸，并能把岩屑分散或部分溶解于通往地层的管道中或储罐中。

当地层中部分溶解物质或伤害物质，通过孑L隙、天然裂缝或支撑裂缝返排出来时，增产措施后的微粒伤害也会发生。由于除垢剂或互溶剂通常会引起地层中微粒释放。酸化施工因为二次酸反应物沉淀作用也会导致地层伤害，其沉淀物包括氢氧化铁、氟化钙、氟硅酸钾和硅等。1

润湿性改变液体(或气体)改变地层岩石相对渗透率也会引起地层堵塞。相对渗透率的改变能使地层对特定液体的有效渗透率降低达80%～90%。润湿性和地层相关的相对渗透率决定于流动相的量以及天然的和注入的表面活性剂和油产生的涂层。

如果一种液滴被放置在另一种不混溶液体表面或一种固体(不被所放液体溶解)的表面，它能扩展为一个薄膜或可以连续以液滴形式或厚的透镜形式存留(Hausler，1978)。如果液滴扩展，它润湿表面；如果它不扩展，它就不润湿表面。两相间的表面自由能和界面张力决定液体是扩展或以变形的液滴形式存在。通过测量特殊表面上液体形成的微滴的接触角来确定润湿性，如果接触角臼小于90。，液滴就从初始球状扩展，就可以说明这个表面被液体润湿。接触角越小，水润湿性越大。如果接触角0大于90。，表面就不能被液体润湿。润湿性可以由一种被气体包围的液体来测定，或一种液体被另一种不相混溶的液体包围来测定。简单的润湿性没有什么意义，润湿对液体流动的影响结果才是重要的。

在自然状态下，地层可能是水湿、油湿或中性，具体情况决定于裸露于液体的岩石表面和液体中的天然表面活性剂。有一些例子，如加拿大阿尔伯达地区的Cardium油藏，在油藏的不同阶段，既存在油湿状态，也存在水湿状态。1

酸反应及酸反应产物酸化会引起许多问题，包括：

(1)油管上的伤害物质进入地层。

(2)表面活性剂使油藏变为油湿，特别是缓蚀剂，它还能引起乳化堵塞。

(3)水锁。

(4)当注人大量酸液时产生沥青或石蜡沉积。

除了这些常见的伤害过程外，不合理的酸化施工设计可以导致产量损害，损害包括以下几个方面：

(1)酸和沥青反应产生酸渣，特别是当存在的某些添加剂(特别是表面活性剂)或溶液中存在铁时。

(2)酸和地层物质反应生成的沉淀产物。地化模型根据地层岩石、处理液成分、压力以及温度能预测产物的化学性质，但它不能预测产物是否产生伤害。水化硅可以沉淀在粘土表面上，但不会引起伤害。像硼硅酸盐和氟硼酸盐这些化合物甚至是有利的。像氢氧化铁这样的凝胶状沉淀物，能完全堵塞孑L隙，并很难清除。另一种副产品组成的物质，如以单晶体形式的氟硅酸盐能运移到孔喉处并桥塞喉道。当酸化含硫化物的井时，甚至能在低pH值环境中沉淀的硫化铁属于这类型的另一种化合物。

(1)酸化时使用多价螯合剂来防止铁伤害问题时，当酸被用完而没有铁存在时，其剩余部分能形成沉淀物。

(2)缓蚀剂里存在的残渣或聚合物(如降阻剂)热降解产生的残渣会使渗透率降低。1

细菌尽管很多微生物能存在于油田的有菌世界里，但只有少数产生广泛伤害问题(Shuler等，1995；Clementz等，1982；Crowe，1968；Carlson等，1961；Raleigh和Flock，1965)。细菌在生产操作中是一个严重问题，由于它们的消耗物及其产物，细菌能生长在多种不同环境和条件下：温度变化范围为12--250。F以上(一11～120℃)；pH值范围为1～11，矿化度可高达30%，压力可达到25000psi。

细菌被分为如下几类：

(1)需要氧气的需氧细菌；

(2)不需要氧气的厌氧细菌(事实上，氧气抑制它们的生长)；

(3)由于细菌的新陈代谢改变而适应环境，故在有氧和无氧环境下都能生长的兼性细菌。它们在有氧环境里生长比在无环境下快约5倍。2

水锁水能堵塞低渗岩石(Keelan和Koepf，1977)。水锁是一个相对渗透率问题的特例。在水锁中，水通常占据流动空间(孔隙或天然裂缝)，这种流动空间通常是碳氢化物流向井筒的通道。由于流度和粘度差异，碳氢化合物液体不能驱替水。低压、低渗气层在用表面张力高的水处理后常发现会引起严重的水锁。1

油基钻井液大斜度井为增加润湿性而选用油基泥浆(OBM)作钻井液，对水基泥浆(WBM)非常敏感的地层也应如此。大多数OBM，特别是那些密度大于141bm/gal的OBM，含有相当多的固体物质，当它们和高矿化度盐或酸混合时会产生被粉砂稳定的乳化物。这些乳化物的粘度大，并且难于破乳。不管是在实验室或是在井筒中，一些乳化物已经证明可以稳定几个月。地层被这些乳化物伤害的程度可以严重到一个全部产层被误判的程度。比如，在南得克萨斯的一口井中，0BM乳化物产生的伤害严重到从井中几乎没有液体可以检查到，当这种伤害被消除后，该井测试产量大于12×108ft3/d。

OBM引起的问题是相对渗透率改变，这是由于为稳产OBM而加入了润湿性强的表面活性剂。当这些材料覆盖在或者吸附在地层表面时，地层的润湿性被改变，其渗透率可降至仅为原来的10%～20%，当泥浆密度超过141bm/gal时，通常会发生最严重的伤害问题。引起这些问题的主要原因是由于从加重剂和稠化剂(增粘剂)以及钻屑中的微粒被油润湿。1

泥炭基底分层植物一代接着一代，植物残落物在沼泽和湿地一层沉积接着一层，这些成层的剖面随时间的前进而变化，因为后来的植物和前面生长的植物不同，随着气候的变化和水平的变化，在间时间中，这种沉积是无规律和不确定的。因此，层次特征、分解程度和有机组织的性质是不同的。3

本词条内容贡献者为:

郭亮 - 副教授 - 中国海洋大学