轻质原油注空气热特征及氧化动力学研究
发布时间：2021-04-12 09:24
为深入分析油藏注空气过程中原油的氧化热行为,进一步发展注空气提高原油采收率技术,采用热重/微商热重—差热联用（TG/DTG-DTA）分析手段进行研究,并基于经典的Arrhenius动力学模型定量地表征原油化学组成和储层岩石对氧化活性影响的大小。原油在整个升温过程中经历了三个化学机理完全不同的反应:低温氧化、燃料沉积和高温氧化。在低温度区间原油氧化表现出一定的吸热现象。由于不同的碳烃组成,三组原油在各个反应区域表现出不同的质量损失速率,与单独原油相比,储层岩石的加入降低了原油低温和高温氧化活化能。研究表明:重质组分含量越高,原油低温氧化反应速率越大,所沉积的燃料越多,高温氧化阶段燃烧释放的热量越强;原油在高温阶段的活化能大于低温阶段,高含量的重质组分使氧化反应活化能增大;储层岩石的催化特性和比表面积作用降低原油氧化活化能,起到非均相催化氧化的效果。
【文章来源】：油气藏评价与开发. 2020,10(04)CSCD
【文章页数】：6 页
【图文】：
原油在常压空气流测试环境下的TG/DTG/DTA曲线
选取3种不同轻质原油为测试对象，研究不同化学组成对原油氧化热行为的影响，热重损失与热效应曲线见图2。DTG曲线显示，3组原油在整个升温过程中均表现出LTO、FD和HTO三个阶段，但由于原油具有不同的化学组成，使其在各个反应区域表现出不同的质量损失速率。在低温氧化阶段，原油-1表现出更大的温度区间，低温氧化的程度更高，利于形成更多的含氧化合物等中间产物。同时，在燃料沉积阶段，原油-1的质量损失速率最小，该阶段损失掉的原油组分较少，这有利于沉积更多的含碳残留物。原油-1含有最多的重质组分（表1），这是形成含碳沉积物（Coke）的主要来源。表2显示低温氧化和燃料沉积阶段，原油-1、原油-2和原油-3沉积的燃料分别为33.562%、20.540%和19.010%，原油-1生成了最多的含碳沉积物。相应的，在高温氧化阶段，其反应速率也最大。因此，轻质原油中重质组分含量越高，在低温氧化阶段反应速率越大，所沉积的燃料越多，越有利于原油高温氧化反应的持续进行。由于3组原油中沥青质含量差异较小，重质组分对原油氧化热行为的影响归因于胶质含量的差异。FASSIHI等[12]指出在燃料沉积过程中，轻质油与重质油遵循着相似的路径：油—胶质—沥青质/碳，胶质为燃料的形成提供必不可少的基质。PU等[13]在研究不同原油氧化特征中指出，胶质和沥青质分子具有相似的结构单元，由于支链结构复杂，芳构化程度高，分子结构极性强，使得胶质在氧化过程中易受氧原子攻击。所测试的原油中胶质含量越高，氧化反应速率越快，生成的低氢含碳沉积物越多。所测试的轻质原油的DTA曲线同样表现出3个明显的反应区间。伴随着挥发性组分蒸发引起的相态变化和碳烃组分的裂解，3组原油在LTO温度范围内呈现出吸热的趋势，这是因为原油需要经历一个有利的能量聚集过程为高效的低温氧化提供必要的热量。在HTO阶段，反应以断键燃烧为主，形成大量的碳氧化物和剧烈的热量释放。通过比较3组原油的DTG与DTA曲线可以发现，原油的LTO反应速率越快，所吸收的能量越高，相应的在HTO阶段燃烧释放的热量越多。这可能是因为原油-1含有最多的重质组分，在LTO阶段这些重质组分的裂解反应占据了主导地位，同时裂解反应是一个吸热过程，有利于形成更多的含碳沉积物，为HTO反应提供更多的燃料[14]。因此，从DTA曲线上可以看出原油重度越小，吸热与放热反应的峰值越大。
原油-1和原油-1+储层岩石在常压空气流氛围下的热重曲线如图3。与原油-1+储层岩石相比，原油-1的DTG曲线显示了非常高的质量损失速率，特别是在低温与高温氧化阶段质量损失速率差距较大。所加入的储层岩石是极度细小的矿物颗粒，具有较强的吸附能力，吸附在岩石颗粒表面的原油可减轻原油中易挥发性组分的蒸发，这是原油+储层岩石混合物质量损失程度较单独原油低的一大原因。此外，岩石矿物具有很强的热稳定性，在整个升温过程中不会被分解，也不参与反应。表2显示储层岩石的加入使得原油低温氧化温度区间和峰值温度均有不同程度的增加，利于碳烃组分与氧气充分进行低温氧化反应，并且更多的易挥发性组分被残留下来，形成更多的中间产物。类似的，原油+储层岩石的高温氧化阶段的温度区间也有所增加，但其达到最高质量损失速率（波谷）所需的温度比单独原油实验低。峰值温度越低表明燃料越容易燃烧，因此，储层岩石的加入使得高温氧化越容易进行。综合分析，储层岩石的存在对轻质油藏成功实施空气驱是积极有利的。3.4 原油氧化动力学研究
【参考文献】：
期刊论文
[1]岩屑存在下油藏注空气原油的氧化热解分析[J]. 刘鹏刚,蒲万芬,贾虎,刘哲知,赵帅,李林林,刘国栋,杨金川. 燃烧科学与技术. 2015(05)
[2]红河油田轻质原油低温氧化实验及动力学研究[J]. 张永刚,罗懿,刘岳龙,魏开鹏,杨欢. 油气藏评价与开发. 2013(06)
[3]轻质油藏高压注空气技术应用前景分析[J]. 蒲万芬,袁成东,金发扬,贾虎,赵若锟. 科技导报. 2013(17)
本文编号：3133060
【文章来源】：油气藏评价与开发. 2020,10(04)CSCD
【文章页数】：6 页
【图文】：
原油在常压空气流测试环境下的TG/DTG/DTA曲线
选取3种不同轻质原油为测试对象，研究不同化学组成对原油氧化热行为的影响，热重损失与热效应曲线见图2。DTG曲线显示，3组原油在整个升温过程中均表现出LTO、FD和HTO三个阶段，但由于原油具有不同的化学组成，使其在各个反应区域表现出不同的质量损失速率。在低温氧化阶段，原油-1表现出更大的温度区间，低温氧化的程度更高，利于形成更多的含氧化合物等中间产物。同时，在燃料沉积阶段，原油-1的质量损失速率最小，该阶段损失掉的原油组分较少，这有利于沉积更多的含碳残留物。原油-1含有最多的重质组分（表1），这是形成含碳沉积物（Coke）的主要来源。表2显示低温氧化和燃料沉积阶段，原油-1、原油-2和原油-3沉积的燃料分别为33.562%、20.540%和19.010%，原油-1生成了最多的含碳沉积物。相应的，在高温氧化阶段，其反应速率也最大。因此，轻质原油中重质组分含量越高，在低温氧化阶段反应速率越大，所沉积的燃料越多，越有利于原油高温氧化反应的持续进行。由于3组原油中沥青质含量差异较小，重质组分对原油氧化热行为的影响归因于胶质含量的差异。FASSIHI等[12]指出在燃料沉积过程中，轻质油与重质油遵循着相似的路径：油—胶质—沥青质/碳，胶质为燃料的形成提供必不可少的基质。PU等[13]在研究不同原油氧化特征中指出，胶质和沥青质分子具有相似的结构单元，由于支链结构复杂，芳构化程度高，分子结构极性强，使得胶质在氧化过程中易受氧原子攻击。所测试的原油中胶质含量越高，氧化反应速率越快，生成的低氢含碳沉积物越多。所测试的轻质原油的DTA曲线同样表现出3个明显的反应区间。伴随着挥发性组分蒸发引起的相态变化和碳烃组分的裂解，3组原油在LTO温度范围内呈现出吸热的趋势，这是因为原油需要经历一个有利的能量聚集过程为高效的低温氧化提供必要的热量。在HTO阶段，反应以断键燃烧为主，形成大量的碳氧化物和剧烈的热量释放。通过比较3组原油的DTG与DTA曲线可以发现，原油的LTO反应速率越快，所吸收的能量越高，相应的在HTO阶段燃烧释放的热量越多。这可能是因为原油-1含有最多的重质组分，在LTO阶段这些重质组分的裂解反应占据了主导地位，同时裂解反应是一个吸热过程，有利于形成更多的含碳沉积物，为HTO反应提供更多的燃料[14]。因此，从DTA曲线上可以看出原油重度越小，吸热与放热反应的峰值越大。
原油-1和原油-1+储层岩石在常压空气流氛围下的热重曲线如图3。与原油-1+储层岩石相比，原油-1的DTG曲线显示了非常高的质量损失速率，特别是在低温与高温氧化阶段质量损失速率差距较大。所加入的储层岩石是极度细小的矿物颗粒，具有较强的吸附能力，吸附在岩石颗粒表面的原油可减轻原油中易挥发性组分的蒸发，这是原油+储层岩石混合物质量损失程度较单独原油低的一大原因。此外，岩石矿物具有很强的热稳定性，在整个升温过程中不会被分解，也不参与反应。表2显示储层岩石的加入使得原油低温氧化温度区间和峰值温度均有不同程度的增加，利于碳烃组分与氧气充分进行低温氧化反应，并且更多的易挥发性组分被残留下来，形成更多的中间产物。类似的，原油+储层岩石的高温氧化阶段的温度区间也有所增加，但其达到最高质量损失速率（波谷）所需的温度比单独原油实验低。峰值温度越低表明燃料越容易燃烧，因此，储层岩石的加入使得高温氧化越容易进行。综合分析，储层岩石的存在对轻质油藏成功实施空气驱是积极有利的。3.4 原油氧化动力学研究
【参考文献】：
期刊论文
[1]岩屑存在下油藏注空气原油的氧化热解分析[J]. 刘鹏刚,蒲万芬,贾虎,刘哲知,赵帅,李林林,刘国栋,杨金川. 燃烧科学与技术. 2015(05)
[2]红河油田轻质原油低温氧化实验及动力学研究[J]. 张永刚,罗懿,刘岳龙,魏开鹏,杨欢. 油气藏评价与开发. 2013(06)
[3]轻质油藏高压注空气技术应用前景分析[J]. 蒲万芬,袁成东,金发扬,贾虎,赵若锟. 科技导报. 2013(17)
本文编号：3133060
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