1. 引言
通过对中东M油田近13年开发生产史的研究，发现M油田存在两种类型沥青。一种是新井钻井过程中遇到的沥青bitumen，属于储层沥青，它是在早期成藏过程中形成的。另一种是油井在生产过程中，原油因原有的压力、温度和成分的平衡被打破，使原有溶解在原油中的高分子量组分或重质组分析出的沥青Asphalt，属于次生沥青[1] [2]。
为了解决M油田在钻新井开发过程中的卡钻问题和在老井生产过程沥青析出降低产量的问题，开展了本项研究。通过本文研究可以认识M油田储层沥青的物理、化学性质，地质成因类型，通过对储层沥青分布规律分析，为后期钻新井坚定了信心；通过对生产井沥青析出沉淀分析，沉淀原理及其对生产的影响，析出沥青分布规律研究，解堵措施研究，优选了解堵措施，并得以实施，取得了好的增产效果。本文给类似油田出现的沥青对开发生产影响问题，提供了解决措施，为开发生产工作者提供了借鉴。
2. 新井钻遇储层沥青研究
2.1. 新井钻遇储层沥青情况简介
本文研究了M油田2012~2023年新钻的多口井，结果表明有6口新井钻遇储层沥青，各井钻遇沥青的深度、小层层位、气测情况，测井解释、钻井风险，见表1。在M-B油田，有M-B-S3区的4口井，钻井受到沥青的影响；在M-F油田，有M-F-57 D钻遇沥青，对钻井作业影响较小；在M-A油田，有M-A-37钻遇沥青，未对钻井作业产生影响。
储层沥青物理特性(见图1)。
1) Mishrif层沥青：深黑色，块状，少量片状，易碎，手略脏，不与盐酸反应，直接光照无荧光，易燃有臭味，典型井M-B-100 H/139 H/104 H。
2) Asmari层沥青：黑色，非常柔软，沥青光滑，断裂不均匀，易碎，易变成黑色粉末，直接照明无荧光，蓝白荧光，典型井M-F-57 D。
Table 1. Statistics of bitumen encountered in new wells drilled in M oilfield
表1. M油田新井钻遇沥青统计
Figure 1. Map of bitumen cuttings encountered by drilling in M oilfield development well
图1. M油田开发井钻遇储层沥青岩屑图
储层沥青化学特性：
1) 沥青岩屑溶解实验结果：在90℃的淡水和90℃的20%盐酸中沥青不溶；在90℃有机溶液(PA-OS3)中溶解半小时，沥青溶解率大于90%，可溶于有机溶剂；沥青加热软化，软化温度大于100℃。
2) 储层沥青在地温条件下呈半固态，蠕变强；若钻遇储层沥青，地层迅速蠕动，包围钻头，易造成环空堵塞，泵压力升高。
2.2. 储层沥青成因类型及识别
通过对国内文留油田、四川盆地、塔河中区西北部奥陶系碳酸盐岩储层沥青特征及成因沥青形成原因的调研，取得了如下认识：
1. 文留油田沥青[3]：原油组分的重力分异和轻质组分的损失是造成文留油田出现沥青的根本原因。沥青垫层地球化学特征和测井资料表明，文留油田沥青垫层的形成主要是由于地层水长期侵蚀氧化所致。
2. 四川盆地早古生代地层沥青[4]：这些沥青与原油热变质作用有关，块状或层状分布，形成黑色层状，分为3类：1) 原生沥青，形成于烃源岩成熟阶段；2) 自产自储沥青；3) 储层沥青，在碳酸盐岩中充填于晶洞、晶间、晶孔中。
3. 塔河中区西北部奥陶系碳酸盐岩储层沥青：有四种，即石油沥青、胶体沥青、沥青质沥青和碳质沥青。高反射率的碳质沥青可能是早期沥青长期热演化或热事件的产物；具有较低荧光反射率的沥青，可能是油气后期充注的产物。
经过对国内外储层沥青形成原因的分析，结论为：
1) 沥青主要由油气运移或油气储层破坏形成，其中氧化、生物降解和水洗是常见的成因类型。沥青是记录油气成藏过程的关键物质信息，沥青的成因与特定地质条件下的油气成藏过程相匹配。
2) 中东扎格罗斯褶皱带主要成藏组合为三叠系、侏罗系、白垩系和第三系。M油田MISHIRIF储层经历了白垩纪的成藏过程，白垩纪是MISHIRIF储层的主要形成期之一，这是MISHRIF的大规模油气聚集期。储层沥青形成的原因有：(1) 由于这一时期构造活动强烈，大量油气储层被破坏。(2) M油田地区发生了火山运动等区域性热事件，古油藏破坏引起的热异常也可形成沥青。
3) 储层沥青的形成，一般包括以下6类：
热成熟或热转化：其成因机制类似于干酪根热降解生油；
热化学硫酸盐还原作用(TSR)：包括甲烷气与硫酸盐矿物的相互作用以及原油和早期沥青的硫酸盐还原；
微生物硫酸盐还原作用(BSR)：H2S + 烃类→S0 + 变质烃类(沥青)；
生物降解：亲氧细菌对碳氢化合物的氧化/分解，包括广义的BSR；
水洗：多伴有微生物降解，水洗多发生在油水界面，其产物类似于生物降解；
气洗：主要是指充注原油的油藏被外来气改造而引起的烃类的脱沥青作用。
M油田的MISHRIF层具有与ABU Dhabi相似的地质现象，被认为属于热化学硫酸盐还原作用TSR，主要发生在连续埋藏和深埋碳酸盐成岩体系中，它还包括不整合面附近的微生物硫酸盐还原作用BSR和水洗作用。
2.3. 储层沥青分布预测
总结在M油田新钻260多口井，仅4口M-B井受到沥青影响钻井作业，M-F-57 D对钻井作业影响不大，M-A-37对钻井作业没有影响。钻遇沥青的概率很小(2.3%)，钻遇沥青影响钻井作业的概率更小(1.5%)。通过膨胀封隔器隔离沥青区，规避了沥青区对生产的影响，并且沥青井后期生产正常，措施取得成功，后期无需担心。
原生储层沥青在M油田分布是零星的，钻遇概率是很低的，预测可能只是在M-B-S3区过渡带会碰见少量井钻遇储层沥青。
3. 析出沥青对油田生产的影响研究
3.1. 生产井沥青沉淀分析
M油田在2012~2024年，总计发现出现沥青有机垢的井44口，包括M-B-115 H、162 D、62 H、73 H、49、23、24、25、18、10、27、40、3、20、13、41、7、33、38、37，小计20口；M-BN-57 H、59、107 H、130、157 D、56 H、83 H、108 H，小计8口；M-F区16口。实际上，真实发生沥青析出的井要高于这个数目，原因是很多井在检泵时，电泵取出之前会压井和循环洗井，导致大部分电泵和油管取出时看起来都很干净(表面附着的沥青被冲洗掉了)，但是不排除井筒内部曾经有沥青有机垢的存在，见图2。
Figure 2. Asphalt sample of production well in M oilfield
图2. M油田生产井在管柱析出的沥青样图
3.2. 沥青沉淀原理及其对生产的影响
Table 2. Main factors affecting asphalt precipitation
表2. 影响沥青析出的主要因素
序号 |
因素 |
效果 |
1 |
压力 |
最大影响因素。油藏压力的降低，可以使沥青质不稳定，直到达到原油泡点，之后稳定性趋于增加。未饱和油对压力特别敏感。 |
2 |
温度 |
变化影响。根据不同的油类型，沥青质的稳定性会随着温度的变化而增加或降低。 |
3 |
酸化措施 |
酸处理会破坏沥青质的稳定性，特别是在沥青质含量高的稠油中。不稳定的沥青质被吸引到油水界面，导致形成稳定的乳液和酸化污泥。 |
4 |
气举 |
通过轻烷烃剥离树脂，来破坏沥青质的稳定。尽管沥青质不稳定，但它可以通过增加流体速度来减少沉积。 |
5 |
液体混合 |
轻质与富含饱和烃的流体，如凝析油与较重的油混合，会导致沥青质沉淀并形成污泥和乳液。 |
6 |
注气 |
注入CO2、N2或混相烷烃会导致沥青质不稳定，导致地层受损或生产井堵塞。 |
在储层条件下，沥青质以胶束形式存在于油相中，胶束被树脂稳定。树脂具有与沥青质相似的化学特性，但分子量较低[1]。实际上，沥青质可以被认为是溶解在油中的原油的高分子量组分。在生产过程中，沥青会因压力、温度和原油化学成分的变化而不稳定，进而沉淀。沥青沉积的风险取决于析出程度和流动条件。不稳定性的发生是由于沥青质胶束的直接物理、化学环境的变化。一旦沥青质不稳定，它们就会沉淀并开始絮凝成更大的聚集体，进而出现沥青析出。
通过对M-B-41井下原油样品进行常规PVT分析，提供的成分数据里包括：正庚烷n-Heptanes占2.83%，正戊烷n-Pentane占2.04%，这两项是沥青里的主要烷烃物质；还有苯Benzene占0.13%，甲苯Toluene占0.34%，E-苯E-Benzene占0.12%，间对二甲苯M/P-Xylene占0.29%，邻二甲苯O-Xylene占0.2%，这五项是沥青里的芳烃物质。
通过对M-B-41井口原油样品加热至260℃，进行SARA (饱和烃S、沥青质A、胶质R、芳香烃A)分析，计算出胶体不稳定性指数CII为0.82，CII在0.7~0.9之间时，原油呈中度不稳定状态，获得结论：M油田原油存在沥青析出的潜在问题。
在油藏230˚ F下，对M-B-41油样进行降压实验，获得沥青质沉淀与压力的关系，并测量了沥青质不稳定的析出点，实验表明：庚烷、正戊烷析出点均出现在4000 PSI，消失点在2850 PSI。影响沥青析出的主要因素见表2，关键因素是压力。
随着M油田生产，井底周围储层压力进一步降低，使沥青析出，有的沥青留在井底储层周围，有的在井筒析出，附着在油管外壁，或者电泵头，降低了井产量。通过对M油田M-B区 & M-F区一些出现生产问题的井评估，得出如下认识；
与高峰产量相比，一些井的产能指数(PI)下降了70%，原因主要是地层中的沥青质损害；
如果没有有效的增产措施去除沥青质损害，下入电潜泵(ESP)修井后，M-B区 & M-F区的产液量将低于1000-1500桶/天，但如果PI能够恢复到之前的水平，产量可能会增加；
在修井安装ESP之前，建议使用有机溶剂、沥青分散剂和酸化剂进行增产，以恢复PI；
沥青/乳液问题需要持续管理，使用沥青抑制剂和/或破乳剂。应用前应在实验室进行；
恢复井应下ESP泵，以便保持持续生产，特别是对于原来是自喷的井。
此外，在管线和集输系统，沉积可能发生在管线内，也可能发生在节流口附近，导致产量下降，并给清管作业带来问题，也可能会堵塞管道，造成生产事故。在地面设施，沥青质可导致很稳定的乳剂和污泥，引起分离系统、过滤器、热交换器堵塞。见下图3。
Figure 3. Pipeline events caused by asphalt (Right picture is M-B-41 precipitated asphalt)
图3. 沥青造成的管线事件(右图是M-B-41析出沥青)
3.3. 析出沥青分布规律研究
总结M油田生产井沥青的规律如下：
从油藏来看，根据沥青析出沉淀的原理可以看出，在局部地层压力低于3850~4000 PSI的区域，容易发生沥青沉淀。在生产井井筒周围2米范围内的地层，发生沥青沉淀的概率较高。在其他条件一样的情况下，若油藏渗透率越高，则沥青质沉积位置距井底的距离范围就越远；若储层压力越低，则沥青质沉积距井底的距离范围就越远。
从发现的析出沥青井来看，沥青沉淀主要在M-B/M-F区的Mishrif油组；M-B-S沥青沉淀主要发生在构造脊的西侧，该区采出程度较高，压力较低；M-B-N主要发生在少数采出程度较高的井区；M-F主要分布在低压区。根据M油田原油沥青质含量分析，Asmari地层含量约为4%~6%，低于Mishrif地层6~11%的含量，Asmari地层水的天然能量供应充足，因此，Asmari地层沥青析出可能性小。由于缺乏天然能量，Mishrif是沥青沉淀的主要目的层。
沥青在井筒沉淀中，主要分布在油管内部、电潜泵ESP入口、泵头内部、ESP管柱外壁、油管外壁和ESP外壁。自喷井受沥青影响有3种类型，分别是：1) 关井期间沥青泥淤积在井内；2) 硬沥青沉积在油管内；3) 沥青析出沉积在井底储层附近。
采油井近井地带，地层压力下降幅度最大，沥青质析出与沉积现象最为显著，造成原油粘度升高和渗透率下降的幅度也最大，从而导致油井产能下降。在一定的流动状态下，原油中沥青质沉积对一部分储集层孔喉的堵塞是导致储集层渗透率下降的主要原因。随沥青质沉积量增加，储层渗透率恢复值逐渐降低。储层渗透率下降越大，储层损害越严重。
3.4. 解堵措施研究及已实施井的启示
3.4.1. 解堵措施研究
Figure 4. Experiment on the dissolving ability of M-F-27 precipitated asphalt by diesel oil
图4. M-F-27析出沥青被柴油溶解能力实验
通过对M-F-27析出沥青各种溶剂实验，柴油溶解能力如图4所示。结果表明：柴油只能部分溶解沉积物(33 wt%)，并使沉积物膨胀。
此外，分别再对沥青进行生物柴油、溶剂油、二甲苯、甲苯和芳香族溶剂溶解实验，结果表明：溶解率从好到差的排序是：1) 芳香族溶剂89.6%；2) 二甲苯86%；3) 甲苯81%；4) 溶剂油44%；5) 柴油41%，6) 生物柴油22%。芳香族溶剂的溶解率最好，且有较高的闪点，芳烃(65℃)比二甲苯(30℃)更安全。通常，现场选择混合溶剂时，要兼顾安全性和溶解度，特殊油田专用溶剂需要通过实验室实验进行选择和制备。
针对M油田，沥青沉淀堵塞的有效解堵溶液是用有机溶剂(芳香溶剂、二甲苯、甲苯、PA-OS3溶剂)去除堵塞物，而柴油、生物柴油、溶剂油，解堵效果不佳(小于44%)。
3.4.2. 已实施井的启示
M油田实施了一些使用有机溶剂解堵的实例，如M-F-30，M-B-41，M-B-27等井，解堵后，日增油分别达到1800桶/天，1300桶/天，800桶/天，增油效果好。取得的经验启示如下：
在安装电潜泵ESP修井之前，建议使用“有机溶剂、沥青分散剂和/或沥青抑制剂组合”进行解堵增产，并进行酸化，以恢复井产能PI，目标是1.5~2米的井底地层。
通过药剂管线在井下添加沥青抑制剂，可以防止沥青在油管析出，减少关井期间沥青在油管中沉淀的问题。
沥青在地层中沉淀后，会降低地层渗透率，影响产能；今后也很难恢复地层渗透率。
4. 认识与措施
4.1. 对储层沥青的认识及措施
M油田新钻的M-B-S3区4口井钻遇储层沥青，影响了钻井作业；M-F-57D对钻井作业影响不大，M-A-37对钻井作业没有影响。M油田钻遇储层沥青的概率很小(2.3%)，沥青影响钻井作业的概率更小(1.5%)。
MISHRIF沥青形成的原因被认为是硫酸盐热化学还原TSR作用，主要发生在连续埋藏和深埋藏碳酸盐成岩体系中，它还包括不整合附近的微生物硫酸盐还原作用BSR和水洗作用。
原生储层沥青在M油田分布是零星的(厘米至米级)，钻遇概率是很低的。预测可能只是在M-B-S3过渡带会碰见少量的井钻遇沥青。
对于细小或轻微的沥青侵入，加入5%~15%的柴油，0.2%~0.4%的乳化剂，并根据泥浆流变特性加入一定量的钻井水，保持泥浆性能，可起到一定的效果。高压沥青侵入严重时，需要使用钻井液或添加剂来防止沥青粘在金属表面：1) 用硅油表面活性剂处理；2) 二甲基硅油和BAA。
4.2. 对开发井析出沥青的认识及措施
自2012年M油田开始修井作业以来，已有44口生产井发现沥青质沉淀，这对生产和作业造成了重大影响。
从MISHRIF地层中析出的沥青主要成分是正庚烷/正戊烷。在油藏条件下，沥青质以胶束形式存在于油相中，胶束被树脂稳定而溶解在原油液体中。根据SARA实验分析表明，MISHRIF地层原油存在不稳定的风险。沥青析出压力包络线APE上线3850~4000 PSI，下线2800 PSI。影响MISHRIF地层原油沥青演化的主要因素有压力、温度、酸化、气举、混合流体等。
从发现的含沥青井来看，沥青沉淀主要在Mishrif地层，M-B-S/M-B-N/M-F-M油藏区；生产井井眼周围2米范围内发生沥青沉淀的概率较高。
M-B-S沥青沉淀主要发生在构造脊西侧，采出程度较高、压力较低区。M-B-N主要发生在采出程度较高的少数井区。M-F-M主要分布在低压地区。
在沥青析出井中，沥青主要分布在油管内部、电潜泵入口、泵头及内部、电潜泵管柱外壁、油管外壁和电潜泵外壁。
解除沥青沉淀堵塞的有效溶液是用有机溶剂(芳香溶剂、二甲苯、甲苯、PA-OS3溶剂)去除堵塞。
在电潜泵ESP安装修井之前，建议使用“有机溶剂、沥青分散剂和/或沥青抑制剂以及酸化的组合”进行增产，以恢复生产指数PI，目标是井底周围2米。
化学注入：通过药剂管线向井下注入沥青抑制剂，可以防止沥青在油管析出，减少关井期间沥青在油管中沉淀的问题。
通用的抑制剂化学品可以带来效益，但建议在实验室进行测试，以选择专门针对M油田流体优化的产品。
沥青抑制剂的通常应用是在井里连续加药，通过监测ESP性能和井口样品中的沥青稳定性来优化剂量。
经过实验室实验优化后，使用具有沥青质分散剂能力的专用有机溶剂包。
增加注水以增加地层压力，力争井底压力高于沥青析出压力。
总之，通过本文研究，认识了M油田储层沥青分布规律，为后期开发井打下了基础；通过对生产井沥青析出沉淀分析，沉淀原理及其对生产的影响，得出了沥青析出及分布规律，优选了解堵措施，并得以实施，取得了好的增产效果。本文给类似油田出现的沥青对开发生产影响问题，提供了解决措施，为同行提供了借鉴。