辽河稠油热解过程及产物性质研究

发布时间：2020-07-30 10:28

【摘要】：世界经济飞速发展、石油消耗迅速增涨,促进了人们对稠油资源的开发利用。我国针对稠油采收率低等难题引进了火烧油层(火驱)作为中后期采油接替技术。火驱采油是最高效的开采技术之一,其过程发生稠油的剧烈热解,涉及到热、气和油共存的复杂情况,掌握稠油热解状况至关重要。火驱的热解过程受温度和非烃气体共同作用,本文以辽河Q块稠油(简称稠油)为研究对象,探索稠油热解特性及其产物性质。(1)对稠油及其砂样进行了基础物性分析得出:Q块稠油属普通稠油,其碳氢元素含量占97.30%,沥青质含量占4.12%,砂样含油率6.8%。利用热重分析仪(TGA)对稠油砂样A、B的热解过程进行了研究,结果表明:其热解过程可分为轻组分较弱化学键断裂后挥发,重组分裂解产油成焦和残余有机物分解炭化3阶段。其热解活化能(E)随温度升高而增加,第3阶段最大值分别为262.670和194.733kJ·mol~(-1)。(2)利用TGA和固定床反应器研究了N_2、CO_2和空气气氛下稠油的热解过程,TGA结果表明:其热解过程可划分为轻组分与水分挥发、组分较弱化学键断裂和重组分裂解产油成焦3个阶段;N_2和CO_2气氛下稠油热解平均失重速率相近,热解第3阶段最大E值分别为142.871和148.824kJ·mol~(-1)。固定床热解结果显示:随温度升高稠油热解液体产物产率升高,CO_2下650℃最大值为61.53%,热解气与残余物产率降低。不同实验气氛流量下的固定床热解实验表明,随气氛流量降低液体产物和热解气产率升高,残余物产率降低,30mL·min~(-1)的N_2下液体产物产率最大值为66.93%。(3)利用TGA和傅里叶红外光谱仪(FTIR)分别对热解液体产物的氧化特性和化学组成进行分析,TGA实验结果显示随热解温度升高,液体产物热重曲线向高温区偏移同时失重程度减弱;FTIR结果显示稠油及其液体产物所含官能团相似,随热解温度升高稠油中甲基含量增多,亚甲基减少。(4)利用气相色谱仪分析实验热解气发现,含氧气氛不利于热解液体产物产出。结合热解温度和气氛流量这两个最重要因素,为提高和稳定火驱稠油采收率,应维持适当高温,使含N_2和CO_2的烟气与稠油充分接触。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE357.44
【图文】：

原理图,采油技术,蒸汽吞吐,原理

采用专业的开采设备使稠油采出的方法，其代表有注气混相驱等。其中，注相驱中常见方法有注 CO2采油技术、注 N2采油技术和注烟气采油技术[12]。蒸汽吞吐，即在短期内向生产井内注入一定量的蒸汽，关井使热量扩散，最后开产的采油技术[13]。该方法采油以周期循环方式开展，单个周期包括 3 个阶段，分别气阶段、焖井阶段及开井生产阶段，具体原理如图 1-1 所示。下一周期的开始标志时采油量降至设定标准以下，如此循环执行采油过程。而开采截止的标志包括转变一种开采技术和油井增产油量下降至不经济价值。蒸汽吞吐的采油速度快但采收率采油速度为 2~6%、采收率为 15~20%[13]。该技术虽具备采油周期峰值高，但同时递快，油汽比和日产油量随开采周期增加而迅速降低。其适用的油藏条件为：油层厚10m，油藏深度在 150~1600m 之间，最适宜于对温度敏感的高粘度原油的开采[14]国油藏的环境复杂且存在非均质严重的问题，大规模推广蒸汽吞吐存在很大程度的。

示意图,蒸汽驱,过程,示意图

华南理工大学工程硕士学位论文0~1400m 之间，粘度高及密度相对较低的浅层油藏，适宜粘度范围为 10k~20kmPa时，还需要油藏具备较高的含油饱和度和相对简单的地质结构。蒸汽驱虽然在采收面有了提高，但是其见效慢且成本高，过程出砂严重。另外，蒸汽因为重力的作用地层中产生汽窜，影响开采稳定进行。

开采工艺

图 1-3 蒸汽辅助重力泄油开采工艺[17]Fig.1-3 Steam assisted gravity drainage mining technology注气驱稠油开采技术，即把 CO2、N2或烟气等注入油层最终达到提高稠油采收的技术，其机理如图 1-4 所示[21]。气驱采油是一种有效的强化采油技术，它作为开发田和二次开发老油田的有效技术已被广泛认可[22]。全球正积极开展注气采油项目已有 188 个[23]，其中注 CO2项目占比最大达 65%，为 122 个。注烃类气的采油项 38 个、占比 20%。另外，火烧油层项目发展了 21 个，注氮气项目则为 6 个，其中数项目均达到了很好的实施效果[24]。而在我国很多油田都有注 CO2吞吐和 CO2驱目，也有部分还处于注 CO2试验[25]。我国目前注气驱采油技术还存在试验效果差慢的问题，因注气效果差导致推广受阻。同时期国外开展的注 CO2油藏多为碳酸盐，其渗透率＞10-2μm2，所以可采用多种实施方式。相对于其他气体而言，CO2具备丰富和混相压力最低的特点，注 CO2强化采油技术（EOR）项目已成为全世界提高产量的重要手段之一[26]。注 CO驱油将成为我国未来注气驱的主要方向。同时，我

【参考文献】