风城油田位于准噶尔盆地西北缘北端，距克拉玛依市东北约130km，该区北界为哈拉阿拉特山，东邻夏子街油田，南邻风3井区和沥青矿（已废弃），西面为重32、重检3井区，勘探面积约200km2。井区内平均地面海拔380m，由于差异风化作用，地形起伏较大，残丘断壁四处可见，形成了有“风成城”之称的风蚀地貌。区域构造位于准噶尔盆地西北缘乌夏断褶带的夏红北断裂上盘中生界超覆尖灭带上，北以乌兰林格断裂为界，南邻玛湖凹陷北部斜坡带。

  风城油田自上而下地层可划分为白垩系吐谷鲁群，侏罗系齐古组、三工河组、八道湾组，三叠系，二叠系及石炭系。侏罗系与上覆和下伏地层均呈角度不整合接触，侏罗系上统和下统之间也是角度不整合接触。其中八道湾组在重40－重14井一线以北区域缺失，齐古组在乌兰林格断裂上盘和风16井北断裂以北区域缺失。

  风城地区地下浅层蕴藏着丰富的稠油资源。50年代中后期就发现了稠油，由于原油粘度高、流动性差，受当时工艺技术条件限制，未进行重点勘探。到80年代初期，随着开采工艺及技术水平的提高，风城地区的稠油勘探进入了新的阶段。2007年新疆油田公司对风城地区进行了整体规划部署，部署滚动评价井63口，并对部分评价井进行了取样分析，在此过程中发现风城地区原油粘度普遍偏高，部分原油在50℃时粘度达到了上百万，并且发现在不同时间取得的相同层位、同一口井的原油样品粘度差异较大，为了准确取得风城地区原油基础物性资料，必须对目前的粘度测试办法来进行详细分析论证。

  粘度是评定液体流动性的指标，它表示分子之间作相对运动时分子之间内摩擦力的大小，液体的粘度通常能由动力粘度和运动粘度来表示。

  1）动力粘度又称绝对粘度，是指液体在剪切应力作用下流动时内摩擦力的量度，单位是Pa.S,通常的使用单位是mPa.S。动力粘度的物理意义能够理解为：在单位接触面积上，相对运动速度梯度为1时，流体所产生的内摩擦力，由下列牛顿方程式所定义:

  2）运动粘度vt：是指液体在重力作用下流动时内摩擦力的量度，其数值为相同温度下液体的动力粘度与其密度之比，即vt=ηt/ｐt单位是m2/S,通常的使用单位是mm2/S。

  原油含水率、测试方法、仪器类型、选用的剪切速率值等因素对实验室测得的原油粘度值均有不同程度的影响，以下分别从这几个方面来讨论影响原油粘度测定值的因素。

  绝对粘度不随剪切速度梯度dv/dl的变化而变化的体系称为牛顿体系，其η在一定温度下为一定值；如果η不是定值而是随dv/dl的变化而变化时，称为非牛顿体系。一般的液体油品为牛顿体系，但当有蜡析出或含有较多的沥青质或加入聚合物添加剂后，则往往是非牛顿流体。

  在实际的稠油开采过程中，由于蒸汽吞吐向地层注入了大量的高温度高压力水蒸汽，极大地改善了油层中稠油的流动性质，有利于稠油的采出，但同时将会产生稠油乳状液，特别是W/O型稠油乳状液不利于采出液在地层、井筒和地面集输管线中的流动。

  原油中的胶质、沥青质、环烷酸等极性化合物均具有较强的表面活性和乳化能力，是原油中的天然乳化剂。对于绝大部分原油，沥青质乳化能力最强，无论是以分子状态还是以微粒状态存在，沥青质作为乳化剂都可形成稳定的乳状液，对乳化起关键作用。风城地区稠油中含有很高的胶质和沥青质，从目前的检验测试的数据来看，一半以上的原油胶质和沥青质总含量大于30%，平均值为28.31%，酸值平均为5.31mgKOH/g油，能够准确的看出，风城地区稠油中含有较多的极性很强的胶质、沥青质、环烷酸等天然乳化剂，在开采中能形成稳定的油水乳状液。

  SY/T0520-1993《原油粘度测定旋转粘度计平衡法》中第1款规定：本标准适用于测定含水不超过0.5%的原油的粘度。在实际的检测工作中，如果脱水原油含水率达不到0.5%以下，会对原油粘度参数造成较大影响。将不同时间取得的风重009井、风重003井原油经脱水后加自来水并高速搅拌，配制成不同含水率的稠油乳状液，分别在30℃、50℃、70℃、80℃下测定粘度数据，结果见表1。

  由表1可以明显看出，随着原油含水率的增大，粘度呈现出明显的上涨的趋势。例如风重009井J1b（取样时间2007-10-10）原油含水率达到30%时，其粘度大约是脱水原油的2倍。风重003井J1b（取样时间2007-09-16）原油含水率为20%时的粘度是脱水原油的1.33倍。

  研究院实验中心使用美国产的博力飞系列流变仪，重油公司目前使用新购置的安东帕流变仪，这两种仪器都执行石业标准：SY/T 0520—93 《原油粘度测定---旋转粘度计法》，本标准适用于测定含水率不超过0.5%的原油的动力粘度和表观粘度。测试所使用的仪器型号、测量范围、精度等见表2。

  运动粘度测定仪的主体部分为毛细管粘度计，大多数都用在测定液体运动粘度，可测液体温度范围：0℃～80℃，执行标准为《GB/T 11137-89深色石油产品运动粘度测定法（逆流法）和动力粘度计算法》。此标准适用于深色石油产品，不适用于测定沥青的粘度。可测液体粘度范围见表3:

  2007年以来，对风重地区八道湾、齐古组储层稠油、超稠油进行了51井次的原油粘度测试，通过对该地区原油粘度资料的整理分析，发现老井的原油粘度与新井新测得的粘度数据有一定的差异，即使是相邻井，其粘度数据也差异较大。例如，老井重44井与新井风重006井相邻，但原油粘度资料显示，在50℃条件下，重44井J3q2原油粘度为23020 mPa·s，而风重006井J3q2原油粘度为185000mPa.s（2007-7-30测试），二者粘度值相差较大。老井粘度数据为前期毛细管粘度计法测得，新井粘度数据为目前使用的旋转粘度计法（DV-Ⅲ+型旋转粘度计）测得，从表4中发现风重地区老井粘度数据普遍低于新井。

  为了分析毛细管粘度计法和旋转粘度计法对稠油粘度测定数据的影响，选取风重009井、风重003井、重58井、风重016井脱水原油样品，在50℃、80℃下分别使用旋转粘度计法和毛细管粘度计法测定粘度数据，结果见表5。

  通过表5中的数据能够准确的看出，在方法允许的测量范围内，使用旋转粘度计法和毛细管粘度计法测得的原油粘度相差不大，可以证明这两种方法都是准确可靠的。

  首先需要用已知粘度的标准油校正DV-Ⅲ+型旋转粘度计，如果测得的标准油粘度值与实际粘度误差在要求范围内，则说明DV-Ⅲ+型旋转粘度计测得的原油粘度值是否准确有效，校正结果见表6。

  为了证明DV-Ⅲ+型旋转粘度计、MCR51型流变仪的准确性，研究院实验中心和重油公司同时针对重58井J1b（2007-08-01）、重58井J1b（2007-08-16）、脱水原油进行粘度测试，结果见表7。

  图4 重58井J1b（2007-08-01）原油粘温曲线）原油粘温曲线中数据能够准确的看出，对于相同的原油样品， DV-Ⅲ+型旋转粘度计和MCR51型流变仪所测得的粘度数据相差不大，相对误差都在10%以内，符合SY/T 0520—93 《原油粘度测定---旋转粘度计法》中再现性规定，即非牛顿流体再现性误差小于20%，牛顿流体再现性误差小于15%。

  原油在低温下一般属于非牛顿流体，同一温度下粘度随着剪切率增大而减小；高温下，原油一般表现为牛顿流体特征，一定温度下粘度是一个定值，不随剪切率而变化。选取重58井原油（O2007-13680），在同一温度下选择三种剪切率测试原油粘度，结果见表8。

  从表8中能够准确的看出，重58井原油在30℃、50℃下表现为非牛顿流体性质，粘度随剪切率增大而减小；80℃、100℃、120℃下表现为牛顿流体特性，粘度为一定值。

  风城稠油含有较高的胶质沥青值，低温下一般属于非牛顿流体，检测其粘度参数时所选用的剪切速率不同，测得的粘度随着剪切率的增大而降低。例如

  图6 20℃下风重001井原油粘度与剪切率关系图 图7 30℃下风重001井原油粘度与剪切率关系图

  从这三张图中能够准确的看出，低剪切下风重001井 原油在20 ℃、30 ℃、50 ℃时均表现为非牛顿流体特性，对于非牛顿流体来说，同一温度下，其粘度随着剪切速率的增大而减小。

  从图8中曲线井原油在低剪切率下表现出明显的非牛顿流体特性，粘度随着剪切率的增大而降低，当剪切率达到5S-1以上时，原油表现出了牛顿流体的特性，剪切率增大时粘度趋于稳定。

  SY/T 0520-1993《原油粘度测定 旋转粘度计平衡法》中第4.1款“试样及预处理”中规定：将试样分装在磨口瓶中，置于恒温浴密闭加热至80℃，恒温1h后取出，自然降至室温，在暗处存放48h后可供使用。

  在实际检测中由于样品量大、周期短，样品脱水处理后一般没有严格按照标准规存放48h后使用，为此以风重003井、风重009井原油样品为代表，经过热处理后分别放置0h、4h、8h、16h、24h、48h后测定其粘度，分析不同放置时间对样品粘度的影响，见表9。

  通过表9中数据能够准确的看出，风重009井、风重003井原油经过热处理后，不同放置时间对样品粘度影响甚小。

  根据实验结果对比分析，对于风重地区稠油，进行热处理后，放置4小时后与放置一周后测定其粘度，对其测定值影响较小。

  风重地区稠油为高密、高粘、高凝固点原油，其原油物性的空间分布规律有以下特征：

  从原油密度、原油粘度与深度关系图看（图9、图10），原油密度、原油粘度与深度关系不明显。但是仍然看出一定的规律，相同深度条件下侏罗系八道湾组原油粘度和原油密度要低于侏罗系齐古组原油的密度和粘度。

  基于目前得到的风城稠油粘度、密度资料，风城地区原油50℃粘度与50℃时的密度在趋势上呈指数变化关系，见图11。

  粘度决定于化合物的分子结构和大小。烃类的粘度与其分子大小，环的数目和类型有关。研究表明，各种烃类中，烷烃的粘度最小，环状化合物的粘度大，并且随着环在分子中的比例的增长，粘度也随之增加。在两个环以下的烃类中，环烷环比芳香环增加的粘度要大。三个环以上的烃类，芳香环比环烷环增加的粘度要大。在环数相同的烃类中增加侧链的长度也会增加烃的粘度。

  当原油中存在着一定量的非烃类物质(胶质和沥青质)时，相互作用的胶质包围沥青质形成了胶束，胶束大小对原油的粘度起着重要作用。

  对风城地区有代表性的原油烃类、非烃类的组分含量进行了实验分析与数据整理，其组分含量数据见表11。

  由表11可知，风城地区稠油饱和烃含量变化在25.9%～47.2之间；芳香烃的含量大多分布在在16.3%～26.5％之间；胶质、沥青质总含量较高，大部分集中在30%左右。

  图12 原油粘度随烃组分变化关系图 图13 原油粘度随非烃组分变化关系图

  通过对风城地区稠油主要组份百分含量与稠油粘度关系的实验研究结果分析，能得出以下结论：

  （2）风城地区稠油的粘度随非烃类百分含量的增加而呈指数函数关系升高（见图13），相关系数达到了0.8385。对稠油粘度影响重要程度的顺序为胶质和沥青质＞非烃。其中，胶质和沥青质的含量是影响稠油粘度的最重要的因素，对稠油粘度具有绝对贡献。

  稠油的粘度对温度非常敏感，随温度增加，粘度急剧下降。风城地区稠油粘度—温度曲线。风城地区稠油粘温性质主要呈幂函数关系，原油粘度随气温变化较大。即原油粘度幂指数越低，其粘度随温度上升而下降的幅度或单位温升粘降比率也越大，粘度对温度的变化也就越敏感。

  风城地区不同层位原油化学性质存在一定的差异，导致不同层位原油粘温性质具有一定的差别。以下分别研究风城地区八道湾组、齐二组、齐三组稠油的粘温性质，并提供粘温关系公式及粘度预测图版，见图14~图19和表12~表14。

  图14 风城地区八道湾组稠油50℃粘温曲线 风城地区八道湾组稠油不同粘度范围原油粘度与温度关系数据表