發(fā)布時間：2021-04-12 09:24

　　為深入分析油藏注空氣過程中原油的氧化熱行為,進一步發(fā)展注空氣提高原油采收率技術(shù),采用熱重/微商熱重—差熱聯(lián)用（TG/DTG-DTA）分析手段進行研究,并基于經(jīng)典的Arrhenius動力學模型定量地表征原油化學組成和儲層巖石對氧化活性影響的大小。原油在整個升溫過程中經(jīng)歷了三個化學機理完全不同的反應:低溫氧化、燃料沉積和高溫氧化。在低溫度區(qū)間原油氧化表現(xiàn)出一定的吸熱現(xiàn)象。由于不同的碳烴組成,三組原油在各個反應區(qū)域表現(xiàn)出不同的質(zhì)量損失速率,與單獨原油相比,儲層巖石的加入降低了原油低溫和高溫氧化活化能。研究表明:重質(zhì)組分含量越高,原油低溫氧化反應速率越大,所沉積的燃料越多,高溫氧化階段燃燒釋放的熱量越強;原油在高溫階段的活化能大于低溫階段,高含量的重質(zhì)組分使氧化反應活化能增大;儲層巖石的催化特性和比表面積作用降低原油氧化活化能,起到非均相催化氧化的效果。 

【文章來源】：油氣藏評價與開發(fā). 2020,10(04)CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【圖文】：

原油在常壓空氣流測試環(huán)境下的TG/DTG/DTA曲線

選取3種不同輕質(zhì)原油為測試對象，研究不同化學組成對原油氧化熱行為的影響，熱重損失與熱效應曲線見圖2。DTG曲線顯示，3組原油在整個升溫過程中均表現(xiàn)出LTO、FD和HTO三個階段，但由于原油具有不同的化學組成，使其在各個反應區(qū)域表現(xiàn)出不同的質(zhì)量損失速率。在低溫氧化階段，原油-1表現(xiàn)出更大的溫度區(qū)間，低溫氧化的程度更高，利于形成更多的含氧化合物等中間產(chǎn)物。同時，在燃料沉積階段，原油-1的質(zhì)量損失速率最小，該階段損失掉的原油組分較少，這有利于沉積更多的含碳殘留物。原油-1含有最多的重質(zhì)組分（表1），這是形成含碳沉積物（Coke）的主要來源。表2顯示低溫氧化和燃料沉積階段，原油-1、原油-2和原油-3沉積的燃料分別為33.562%、20.540%和19.010%，原油-1生成了最多的含碳沉積物。相應的，在高溫氧化階段，其反應速率也最大。因此，輕質(zhì)原油中重質(zhì)組分含量越高，在低溫氧化階段反應速率越大，所沉積的燃料越多，越有利于原油高溫氧化反應的持續(xù)進行。由于3組原油中瀝青質(zhì)含量差異較小，重質(zhì)組分對原油氧化熱行為的影響歸因于膠質(zhì)含量的差異。FASSIHI等[12]指出在燃料沉積過程中，輕質(zhì)油與重質(zhì)油遵循著相似的路徑：油—膠質(zhì)—瀝青質(zhì)/碳，膠質(zhì)為燃料的形成提供必不可少的基質(zhì)。PU等[13]在研究不同原油氧化特征中指出，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)分子具有相似的結(jié)構(gòu)單元，由于支鏈結(jié)構(gòu)復雜，芳構(gòu)化程度高，分子結(jié)構(gòu)極性強，使得膠質(zhì)在氧化過程中易受氧原子攻擊。所測試的原油中膠質(zhì)含量越高，氧化反應速率越快，生成的低氫含碳沉積物越多。所測試的輕質(zhì)原油的DTA曲線同樣表現(xiàn)出3個明顯的反應區(qū)間。伴隨著揮發(fā)性組分蒸發(fā)引起的相態(tài)變化和碳烴組分的裂解，3組原油在LTO溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)出吸熱的趨勢，這是因為原油需要經(jīng)歷一個有利的能量聚集過程為高效的低溫氧化提供必要的熱量。在HTO階段，反應以斷鍵燃燒為主，形成大量的碳氧化物和劇烈的熱量釋放。通過比較3組原油的DTG與DTA曲線可以發(fā)現(xiàn)，原油的LTO反應速率越快，所吸收的能量越高，相應的在HTO階段燃燒釋放的熱量越多。這可能是因為原油-1含有最多的重質(zhì)組分，在LTO階段這些重質(zhì)組分的裂解反應占據(jù)了主導地位，同時裂解反應是一個吸熱過程，有利于形成更多的含碳沉積物，為HTO反應提供更多的燃料[14]。因此，從DTA曲線上可以看出原油重度越小，吸熱與放熱反應的峰值越大。

原油-1和原油-1+儲層巖石在常壓空氣流氛圍下的熱重曲線如圖3。與原油-1+儲層巖石相比，原油-1的DTG曲線顯示了非常高的質(zhì)量損失速率，特別是在低溫與高溫氧化階段質(zhì)量損失速率差距較大。所加入的儲層巖石是極度細小的礦物顆粒，具有較強的吸附能力，吸附在巖石顆粒表面的原油可減輕原油中易揮發(fā)性組分的蒸發(fā)，這是原油+儲層巖石混合物質(zhì)量損失程度較單獨原油低的一大原因。此外，巖石礦物具有很強的熱穩(wěn)定性，在整個升溫過程中不會被分解，也不參與反應。表2顯示儲層巖石的加入使得原油低溫氧化溫度區(qū)間和峰值溫度均有不同程度的增加，利于碳烴組分與氧氣充分進行低溫氧化反應，并且更多的易揮發(fā)性組分被殘留下來，形成更多的中間產(chǎn)物。類似的，原油+儲層巖石的高溫氧化階段的溫度區(qū)間也有所增加，但其達到最高質(zhì)量損失速率（波谷）所需的溫度比單獨原油實驗低。峰值溫度越低表明燃料越容易燃燒，因此，儲層巖石的加入使得高溫氧化越容易進行。綜合分析，儲層巖石的存在對輕質(zhì)油藏成功實施空氣驅(qū)是積極有利的。3.4 原油氧化動力學研究

【參考文獻】：
期刊論文
[1]巖屑存在下油藏注空氣原油的氧化熱解分析[J]. 劉鵬剛,蒲萬芬,賈虎,劉哲知,趙帥,李林林,劉國棟,楊金川.  燃燒科學與技術(shù). 2015(05)
[2]紅河油田輕質(zhì)原油低溫氧化實驗及動力學研究[J]. 張永剛,羅懿,劉岳龍,魏開鵬,楊歡.  油氣藏評價與開發(fā). 2013(06)
[3]輕質(zhì)油藏高壓注空氣技術(shù)應用前景分析[J]. 蒲萬芬,袁成東,金發(fā)揚,賈虎,趙若錕.  科技導報. 2013(17)



本文編號：3133060