CN111650269B - 一种确定原油含水率的地球化学方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种确定原油含水率的地球化学方法及系统，属于原油含水率检测技术领域，解决了现有技术中的原油含水率检测效率低的问题。一种确定原油含水率的地球化学方法，包括以下步骤：采集初始原油，获取初始原油中烷基酚组分浓度；将所述初始原油加入水，进行水洗，形成油水混合物，根据所述油水混合物获取水洗后原油中烷基酚组分浓度；根据初始原油中烷基酚组分浓度和水洗后原油中烷基酚组分浓度，获取平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比与水洗后原油中烷基酚组分浓度的关系曲线，通过所述关系曲线获取原油中水和油体积之比。本发明所述的确定原油含水率的地球化学方法，提高了原油含水率检测的效率。

Description

一种确定原油含水率的地球化学方法及系统
技术领域
本发明涉及原油含水率检测技术领域，尤其是涉及一种确定原油含水率的地球化学方法及系统。
背景技术
产液剖面详细分为产油剖面和产水剖面，对油藏开发来说，更关注的是产水剖面；针对油藏开发更加关注的产水剖面监测，少有效果好的方法，研究剩余油分布规律，提高油气采收率，在油田开发中后期进行水驱前缘监测、剩余油储量估算以及产液剖面测定就显得尤为急迫和重要；目前，油田通常采用测井、地震等地球物理以及油藏工程等方法进行水驱前缘和产液剖面研究，但地球物理方法如时移地震在判断水驱前缘受限于原油性质及注水受效的非均质性；产液剖面测定最大的难点之一是油气水三相流动(地层同时产油、气、水)定量、定性解释问题；剩余油静态储量计算不能真实反映注水中后期剩余油分布特点；实际上，注水后，剩余油在单井中的分布已经发生较大变化；而且，上述方案存在成本高、操作复杂、效率低、停井影响生产等问题；现有技术中缺少成本低、操作简单、快速的原油含水率检测方案。
发明内容
本发明的目的在于至少克服上述一种技术不足，提出一种确定原油含水率的地球化学方法及系统。
一方面，本发明提供了一种确定原油含水率的地球化学方法，包括以下步骤：
采集初始原油，获取初始原油中烷基酚组分浓度；
将所述初始原油加入水，进行水洗，形成油水混合物，根据所述油水混合物获取水洗后原油中烷基酚组分浓度；
根据初始原油中烷基酚组分浓度和水洗后原油中烷基酚组分浓度，获取平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比与水洗后原油中烷基酚组分浓度的关系曲线，通过所述关系曲线获取原油中水和油体积之比。
进一步地，所述采集初始原油，获取初始原油中烷基酚组分浓度，具体包括，采集初始原油，过滤初始原油中的沥青质，获取过滤后原油中的烷基酚和中性含氮化合物，对所述烷基酚和中性含氮化合物进行质谱分析，获取初始原油中的烷基酚组分浓度。
进一步地，根据所述油水混合物获取水洗后原油中烷基酚组分浓度，具体包括，对所述油水混合物进行反萃水溶性化合物操作，使得油水混合物中所有酚类化合物完全反萃取，然后进行气相色谱-质谱分析得到水洗后原油中烷基酚组分浓度。
进一步地，根据初始原油中烷基酚组分浓度和水洗后原油中烷基酚组分浓度，获取平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比与水洗后原油中烷基酚组分浓度的关系曲线，具体包括，根据公式
Figure BDA0002495550330000021
获取平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比与水洗后原油中烷基酚组分浓度的关系曲线，其中，P为平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比，C初为初始原油中烷基酚组分浓度，C油为水洗后原油中烷基酚组分浓度，V水、V油分别为原油中水的体积和油的体积。
另一方面，本发明还提供了确定原油含水率的地球化学系统，包括初始原油烷基酚组分浓度获取模块、水洗原油烷基酚组分浓度获取模块和水油体积之比获取模块；
所述初始原油烷基酚组分浓度获取模块，用于采集初始原油，获取初始原油中烷基酚组分浓度；
所述水洗原油烷基酚组分浓度获取模块，用于将所述初始原油加入水，进行水洗，形成油水混合物，根据所述油水混合物获取水洗后原油中烷基酚组分浓度；
所述水油体积之比获取模块，用于根据初始原油中烷基酚组分浓度和水洗后原油中烷基酚组分浓度，获取平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比与水洗后原油中烷基酚组分浓度的关系曲线，通过所述关系曲线获取原油中水和油体积之比。
进一步地，所述初始原油烷基酚组分浓度获取模块，采集初始原油，获取初始原油中烷基酚组分浓度，具体包括，采集初始原油，过滤初始原油中的沥青质，获取过滤后原油中的烷基酚和中性含氮化合物，对所述烷基酚和中性含氮化合物进行质谱分析，获取初始原油中的烷基酚组分浓度。
进一步地，所述水洗原油烷基酚组分浓度获取模块，根据所述油水混合物获取水洗后原油中烷基酚组分浓度，具体包括，
对所述油水混合物进行反萃水溶性化合物操作，使得油水混合物中所有酚类化合物完全反萃取，然后进行气相色谱-质谱分析得到水洗后原油中烷基酚组分浓度。
进一步地，所述水油体积之比获取模块，根据初始原油中烷基酚组分浓度和水洗后原油中烷基酚组分浓度，获取平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比与水洗后原油中烷基酚组分浓度的关系曲线，具体包括，
根据公式
Figure BDA0002495550330000031
获取平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比与水洗后原油中烷基酚组分浓度的关系曲线，其中，P为平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比，C初为初始原油中烷基酚组分浓度，C油为水洗后原油中烷基酚组分浓度，V水、V油分别为原油中水的体积和油的体积。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过采集初始原油，获取初始原油中烷基酚组分浓度；将所述初始原油加入水，进行水洗，形成油水混合物，根据所述油水混合物获取水洗后原油中烷基酚组分浓度；根据初始原油中烷基酚组分浓度和水洗后原油中烷基酚组分浓度，获取平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比与水洗后原油中烷基酚组分浓度的关系曲线，通过所述关系曲线获取原油中水和油体积之比；提高了原油含水率检测的效率。
附图说明
图1是本发明实施例1所述的确定原油含水率的地球化学方法的流程示意图；
图2是本发明实施例1所述的平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比与水洗后原油中烷基酚组分浓度的关系曲线图；
图3是本发明实施例1所述的正己烷/苯与水油之比的关系曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明实施例提供了一种确定原油含水率的地球化学方法，其流程示意图，如图1所示，所述确定原油含水率的地球化学方法包括以下步骤：
步骤S1、采集初始原油，获取初始原油中烷基酚组分浓度；
步骤S2、将所述初始原油加入水，进行水洗，形成油水混合物，根据所述油水混合物获取水洗后原油中烷基酚组分浓度；
步骤S3、根据初始原油中烷基酚组分浓度和水洗后原油中烷基酚组分浓度，获取平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比与水洗后原油中烷基酚组分浓度的关系曲线，通过所述关系曲线获取原油中水和油体积之比。
优选的，所述采集初始原油样品，获取初始原油中烷基酚组分浓度，具体包括，采集初始原油，过滤初始原油中的沥青质，获取过滤后原油中的烷基酚和中性含氮化合物，对所述烷基酚和中性含氮化合物进行质谱分析，获取初始原油中的烷基酚组分浓度。
需要说明的是，烷基酚是一类由酚烷基化后产生的化合物，具有本源地质示踪剂特质；
具体实施时，获取原油中的烷基酚组分浓度是通过烷基酚的分离和鉴定来确定的，本发明实施例所采用的分离柱为3ml C18固相萃取柱，内填有C18非极性吸附剂，化学试剂为色谱级的正己烷和二氯甲烷；
分离步骤为，称取原油样品100mg；然后在原油样品中加入色谱级的正己烷静止过夜以沉淀沥青质，利用脱脂棉过滤掉沥青质，并将滤液转移；萃取之前先用适量正己烷将C18柱润湿，然后把脱沥青质原油转入固相萃取柱，接着用4～5ml正己烷少量多次加入固相萃取柱；在此过程中，由于吸附剂对不同性质化合物的选择性吸附作用，填充有C18固定相的吸附剂对脱沥青质原油中的饱和烃、芳香烃和其他一些非烃化合物(非烷基苯酚和中性含氮化合物)不具有吸附性或吸附性很弱，它们很容易被正己烷洗脱下来，但这一吸附剂对烷基苯酚和中性含氮化合物的吸附性相对较强，一般情况下，正己烷很难把它们洗脱下来；
在正己烷冲洗过程中，烷基酚和中性含氮化合物被吸附在柱子中；在这一过程中应通过控制一次加入正己烷的量来控制流速，因为正己烷流速过快会影响固定相对烷基苯酚和中性含氮化合物的吸附；
使用5ml二氯甲烷分多次加入固相萃取柱，以解吸被C18固定相吸附的烷基酚和中性含氮化合物，然后把含有烷基酚和中性含氮化合物的馏分浓缩至0.5ml；
由于酚是一类带有羟基的极性化合物，如果这类带有极性官能团的化合物直接进入毛细色谱柱将会严重影响色谱柱的柱效，因此，在对含烷基苯酚和中性含氮化合物馏分进行GC-MS(气相色谱-质谱联用仪)分析以前，有必要对烷基苯酚进行硅烷化，具体操作是在0.5ml的含有烷基苯酚和中性含氮化合物的馏分中加入100μl的硅烷化试剂，形成酚的硅烷化衍生物，以利于质谱分析；最后对所述烷基酚和中性含氮化合物进行质谱分析，获取原油中的烷基酚组分浓度。
优选的，根据所述油水混合物获取水洗后原油中烷基酚组分浓度，具体包括，对所述油水混合物进行反萃水溶性化合物操作，使得油水混合物中所有酚类化合物完全反萃取，然后进行气相色谱-质谱分析得到水洗后原油中烷基酚组分浓度。
一个具体实施例中，进行烷基酚的分离和鉴定后，对将所述初始原油加入水，进行水洗；鉴于地下水的确切成分尚不清楚，但肯定会被电离，可以使用自来水进行了水洗，自来水用二氯甲烷清洗，然后用GC-MS检查污染物，检测当中不含酚类化合物，将每份约100mg原油添加清洗后的自来水分别配比成体积比100：0、90：10、80：20、......、0：100的油水混合物利用摇床充分混合12h，然后用离心机分离，为了进一步分离，水和油的馏分在室温条件下黑暗中静置24小时；
将水洗过的油(处于上层)转移到2毫升小瓶中，进行气相色谱-质谱分析；向水相(处于下层)中加入2-3毫升二氯甲烷，均匀混合，以反萃水溶性化合物；用二氯甲烷反萃取水相三次；最后一次二氯甲烷萃取用GC-MS检查，以确保所有酚类化合物完全反萃取，然后，将收集到的二氯甲烷溶液浓缩到大约剩下2毫升，然后进行GC-MS分析，气相色谱-质谱分析得到水洗后原油中烷基酚组分浓度。
优选的，根据初始原油中烷基酚组分浓度和水洗后原油中烷基酚组分浓度，获取平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比与水洗后原油中烷基酚组分浓度的关系曲线，具体包括，根据公式
Figure BDA0002495550330000051
获取平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比与水洗后原油中烷基酚组分浓度的关系曲线，其中，P为平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比，C初为初始原油中烷基酚组分浓度，C油为水洗后原油中烷基酚组分浓度，V水、V油分别为原油中水的体积和油的体积。
需要说明的是，在石油在运移中，烷基酚的分配是一个复杂的过程，初始原油中烷基酚的总量等于原油水洗后的烷基酚质量和水中烷基酚质量与岩石吸附的烷基酚质量三者之和；
m初＝m油+m水+m岩
其中，m初为初始原油中烷基酚质量，m油为水洗后原油中烷基酚质量，m水为水中烷基酚质量，m岩为岩石吸附的烷基酚质量，均以kg作为单位；
水洗前原油中烷基酚的浓度视为原油中烷基酚初始浓度，水洗后原油中烷基酚的浓度视为原油中烷基酚最终浓度；假设原油和水以及水和岩石之间在这个过程中达到了一个平衡的状态，那么在这个平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比，为一常数，即分配系数P；
Figure BDA0002495550330000061
其中，C油为水洗后原油中烷基酚组分浓度，C水为水中烷基酚组分浓度，单位均为kg/m3；同理，烷基酚在岩石和水之间也有一个分布系数K；
Figure BDA0002495550330000062
其中，C岩岩石吸附的烷基酚组分浓度，单位为kg/m3，再引入浓度C和体积V对溶质进行表示，可以得到以下方程组，
m初＝m油+m水+m岩＝C油V油+C水V水+C岩M岩＝C初V油
Figure BDA0002495550330000063
Figure BDA0002495550330000064
其中，M岩为岩石质量，单位为kg，C初为初始原油中烷基酚组分浓度，V水为水的体积，V油为原油体积，单位为m3，P为油和水之间的分配系数，即平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比，K为岩石和水之间的分布系数；
解C油、C水、C岩，得到
C水＝C初V油/KM岩+PV油+V水
C油＝C初PV油/KM岩+PV油+V水
C岩＝C初KV油/KM岩+PV油+V水
如果这里忽略岩石的吸附作用，也就是假设K＝0，那么原油中烷基酚的组分浓度表达式变为：
Figure BDA0002495550330000071
变换公式得到原油中水和油体积之比V水/V油：
Figure BDA0002495550330000072
根据得到的公式可以建立一种分配系数与原油中烷基酚归一化浓度的关系曲线，即平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比与水洗后原油中烷基酚组分浓度的关系曲线，根据对原油的分离、鉴定及水洗，得到平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比与水洗后原油中烷基酚组分浓度的关系曲线图，如图2所示，
图2中的曲线是V水/V油的等值线，根据V水/V油的等值线，即可获取原油中水和油体积之比；
当然从图2中看出失踪成分具有0.1-0.5的最终浓度范围(水洗后原油中烷基酚组分浓度)，并且需要一系列的示踪物(表1)，当然，图2中所描述的仅限于水与原油相互作用的简化的示踪物；化合物的分配系数，如表1所示
表1
化合物 系数
短链羧酸类 ＜＜＜1
C<sub>0</sub>-C<sub>3</sub>烷基酚类 0.1～200
为验证本发明实施例所述的确定原油含水率的地球化学方法的适用性，取原油样品与水进行配比实验，从最开始的V水∶V油＝0：100、V水∶V油＝10：90依次增加到V水∶V油＝100：0，建立一个更全面的油-水分配系数(P)和水与油相对体积V水/V油的函数图版，然后利用实际取出的含水原油样品测量实际烷基酚浓度绘制在图版上，这样就推算出实际原油的含水率。
正己烷和苯可以证明本发明所述的确定原油含水率的地球化学方法的适用性，这两种化合物中的苯极易分配到水中而且两者均不会被吸附再矿物表面；因此在运移的过程中，正己烷和苯的比值变化将明显的为油和水的分配作用所控制；正己烷/苯与水油之比的关系曲线图，如图3所示，图3表明，起点比值在1和4之间的正己烷与苯的比值与逐渐增加的水油比值之间的关系；可以看出随着水油比值的增加，正己烷和苯的比值有明显的升高趋势。
实施例2
本发明实施例提供了确定原油含水率的地球化学系统，包括初始原油烷基酚组分浓度获取模块、水洗原油烷基酚组分浓度获取模块和水油体积之比获取模块；
所述初始原油烷基酚组分浓度获取模块，用于采集初始原油，获取初始原油中烷基酚组分浓度；
所述水洗原油烷基酚组分浓度获取模块，用于将所述初始原油加入水，进行水洗，形成油水混合物，根据所述油水混合物获取水洗后原油中烷基酚组分浓度；
所述水油体积之比获取模块，用于根据初始原油中烷基酚组分浓度和水洗后原油中烷基酚组分浓度，获取平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比与水洗后原油中烷基酚组分浓度的关系曲线，通过所述关系曲线获取原油中水和油体积之比。
优选的，所述初始原油烷基酚组分浓度获取模块，采集初始原油，获取初始原油中烷基酚组分浓度，具体包括，采集初始原油，过滤初始原油中的沥青质，获取过滤后原油中的烷基酚和中性含氮化合物，对所述烷基酚和中性含氮化合物进行质谱分析，获取初始原油中的烷基酚组分浓度。
优选的，所述水洗原油烷基酚组分浓度获取模块，根据所述油水混合物获取水洗后原油中烷基酚组分浓度，具体包括，
对所述油水混合物进行反萃水溶性化合物操作，使得油水混合物中所有酚类化合物完全反萃取，然后进行气相色谱-质谱分析得到水洗后原油中烷基酚组分浓度。
优选的，所述水油体积之比获取模块，根据初始原油中烷基酚组分浓度和水洗后原油中烷基酚组分浓度，获取平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比与水洗后原油中烷基酚组分浓度的关系曲线，具体包括，
根据公式
Figure BDA0002495550330000081
获取平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比与水洗后原油中烷基酚组分浓度的关系曲线，其中，P为平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比，C初为初始原油中烷基酚组分浓度，C油为水洗后原油中烷基酚组分浓度，V水、V油分别为原油中水的体积和油的体积。
需要说明的是，实施例1和实施例2未重复描述之处可互相借鉴。
本发明公开了一种确定原油含水率的地球化学方法及系统，通过采集初始原油，获取初始原油中烷基酚组分浓度；将所述初始原油加入水，进行水洗，形成油水混合物，根据所述油水混合物获取水洗后原油中烷基酚组分浓度；根据初始原油中烷基酚组分浓度和水洗后原油中烷基酚组分浓度，获取平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比与水洗后原油中烷基酚组分浓度的关系曲线，通过所述关系曲线获取原油中水和油体积之比；提高了原油含水率检测的效率；此外，降低了原油含水率检测的成本，操作方法简单。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种确定原油含水率的地球化学方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集初始原油，获取初始原油中烷基酚组分浓度；
将所述初始原油加入水，进行水洗，形成油水混合物，根据所述油水混合物获取水洗后原油中烷基酚组分浓度；
根据初始原油中烷基酚组分浓度和水洗后原油中烷基酚组分浓度，获取平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比与水洗后原油中烷基酚组分浓度的关系曲线，通过所述关系曲线获取原油中水和油体积之比；
根据初始原油中烷基酚组分浓度和水洗后原油中烷基酚组分浓度，获取平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比与水洗后原油中烷基酚组分浓度的关系曲线，具体包括，根据公式
Figure FDA0003568412130000011
获取平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比与水洗后原油中烷基酚组分浓度的关系曲线；
其中，P为平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比，C初为初始原油中烷基酚组分浓度，C油为水洗后原油中烷基酚组分浓度，V水、V油分别为原油中水的体积和油的体积。
2.根据权利要求1所述的确定原油含水率的地球化学方法，其特征在于，所述采集初始原油，获取初始原油中烷基酚组分浓度，具体包括，采集初始原油，过滤初始原油中的沥青质，获取过滤后原油中的烷基酚和中性含氮化合物，对所述烷基酚和中性含氮化合物进行质谱分析，获取初始原油中的烷基酚组分浓度。
3.根据权利要求1所述的确定原油含水率的地球化学方法，其特征在于，根据所述油水混合物获取水洗后原油中烷基酚组分浓度，具体包括，对所述油水混合物进行反萃水溶性化合物操作，使得油水混合物中所有酚类化合物完全反萃取，然后进行气相色谱-质谱分析得到水洗后原油中烷基酚组分浓度。
4.一种确定原油含水率的地球化学系统，其特征在于，包括初始原油烷基酚组分浓度获取模块、水洗原油烷基酚组分浓度获取模块和水油体积之比获取模块；
所述初始原油烷基酚组分浓度获取模块，用于采集初始原油，获取初始原油中烷基
酚组分浓度；
所述水洗原油烷基酚组分浓度获取模块，用于将所述初始原油加入水，进行水洗，形成油水混合物，根据所述油水混合物获取水洗后原油中烷基酚组分浓度；
所述水油体积之比获取模块，用于根据初始原油中烷基酚组分浓度和水洗后原油中烷基酚组分浓度，获取平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比与水洗后原油中烷基酚组分浓度的关系曲线，通过所述关系曲线获取原油中水和油体积之比；
所述水油体积之比获取模块，根据初始原油中烷基酚组分浓度和水洗后原油中烷基酚组分浓度，获取平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比与水洗后原油中烷基酚组分浓度的关系曲线，具体包括，
根据公式
Figure FDA0003568412130000021
获取平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比与水洗后原油中烷基酚组分浓度的关系曲线；
其中，P为平衡状态下烷基酚在油和水中的浓度之比，C初为初始原油中烷基酚组分浓度，C油为水洗后原油中烷基酚组分浓度，V水、V油分别为原油中水的体积和油的体积。
5.根据权利要求4所述的确定原油含水率的地球化学系统，其特征在于，所述初始原油烷基酚组分浓度获取模块，采集初始原油，获取初始原油中烷基酚组分浓度，具体包括，
采集初始原油，过滤初始原油中的沥青质，获取过滤后原油中的烷基酚和中性含氮化合物，对所述烷基酚和中性含氮化合物进行质谱分析，获取初始原油中的烷基酚组分浓度。
6.根据权利要求4所述的确定原油含水率的地球化学系统，其特征在于，所述水洗原油烷基酚组分浓度获取模块，根据所述油水混合物获取水洗后原油中烷基酚组分浓度，具体包括，
对所述油水混合物进行反萃水溶性化合物操作，使得油水混合物中所有酚类化合物完全反萃取，然后进行气相色谱-质谱分析得到水洗后原油中烷基酚组分浓度。
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