稠油火驱实验原油色谱指纹特征对比

稠油火驱开发能否实现高温氧化将会直接影响开发效果,火驱燃烧状态的判识已成为火驱开发的技术难点之一。为攻克这一难题,采用天然岩心开展火驱实验,利用气相色谱技术对采集的原油开展饱和烃、烯烃和芳香烃指纹特征对比分析。实验结果表明：受高温氧化作用影响,火驱后稠油中的饱和烃含量明显上升,色谱指纹图呈前峰单峰型分布,正构烷烃含量增加、轻重比（∑nC_21-/∑nC₂₂₊）变大、无奇偶优势;裂解生成的烯烃在色谱指纹图中表现为同碳数烯烃与正构烷烃含量比值始终小于1,并且随着碳数的增加该比值降低;芳香烃色谱指纹图呈前峰型分布,萘系列化合物中甲基萘含量明显低于萘,更容易在裂解生成的萘系列化合物的α位发生加甲基反应,菲系列化合物与萘系列化合物特征相似。气相色谱技术可以有效指示稠油火驱前后的微观变化特征,为火驱燃烧状态的判识奠定基础。     

利用气相色谱指纹技术判识火驱燃烧状态——以杜66块为例

为认清杜66块火驱开发过程中的地下燃烧状态,建立判识火驱燃烧状态的新方法,优选出3口生产井开展了长达5 a的原油及尾气的跟踪监测,利用原油气相色谱指纹技术与尾气多维气相色谱技术,研究生产现场火驱高温氧化的原油与尾气指纹特征参数。结果表明：火驱生产现场发生高温氧化后,原油正构烷烃色谱指纹呈现主峰碳前移、轻重比增加并伴随轻烃、异构烷烃、正构烷烃含量增加的特征;类异戊二烯烃色谱指纹特征表现为Ph/nC17和Pr/nC18值降低,iC21与nC19呈近水平或前低后高型分布;尾气中氧气转化率、视氢碳原子比、二氧化碳含量的综合运用是指示火驱高温氧化的有效参数,并且在尾气多维色谱指纹图中出现了烯烃、氢气等裂解组分。     

稀油火驱室内实验原油性质变化规律

为了认识稀油火驱过程中原油微观性质的变化规律,利用室内一维物理模拟装置开展了稀油的火驱实验,并对火驱高温氧化后的原油开展了族组分、官能团、轻烃、饱和烃等方面的研究.研究表明:稀油火驱高温氧化后品质变好,含氧的羰基官能团特征明显、烷基侧链变短、碳链支化程度变高;轻烃、饱和烃受高温氧化作用影响较大,轻烃化合物中环烷烃与正构烷烃含量增加,环烷烃中侧链烷基越长含量越高,六元环轻烃化合物具有优先生成芳烃类化合物的优势,饱和烃中碳链越长越容易与氧气发生氧化,高温氧化作用不会选择性断裂奇碳数或偶碳数正构烷烃,类异戊二烯烃在高氧化过程中稳定性较好.该研究探索了稀油火驱过程原油性质变化的机理,为稀油油藏火驱开发提供基础与理论支持.     

芳烃化合物在稠油火驱室内实验中的指示作用

火驱是否实现高温氧化是评价稠油油藏火驱开发效果的技术难点之一,为了认清火驱开发过程中原油化学性质的变化规律,采用室内三维物理模型开展了稠油火驱实验,并对火驱高温氧化后的原油开展芳烃气相色谱—质谱方面的研究。火驱后原油中萘系列、菲系列以及稠环芳烃相对含量增加,三芳甾烷相对含量降低;火驱过程中萘系列化合物与菲系列化合物均容易发生脱甲基、甲基迁移以及甲基取代反应,并且β构型萘与菲化合物的热稳定性要明显好于α构型;由于4-甲基二苯并噻吩与1-甲基二苯并噻吩热稳定性的差异,可以用其相对含量的变化和谱图分布特征判断火驱是否高温氧化;稠环芳烃中蒽可以作为火驱高温氧化的标志物,苝/苯并[e]芘、荧蒽/芘、蒽/菲比值的变化也是指示火驱高温氧化的良好指标。原油中芳烃化合物的变化特征与特征性标志物可以作为火驱过程中指示燃烧状态的良好指标,为稠油火驱燃烧状态的判识提供支持。      

基于静态实验的稠油低温氧化影响因素评价

为了提高稠油火驱高温氧化的持续性,获得稠油氧化内在反应机制,保障燃烧顺利启动,对辽河油田某火驱试验区稠油油样进行静态反应釜低温氧化实验,研究了原油组分、温度、压力和含水饱和度等对低温氧化反应的影响,并用灰色关联法对氧化影响因素进行了评价。结果表明,原油中饱和烃和芳香烃的含量较高时,有利于原油低温氧化反应进行;随着温度上升,稠油低温氧化速率提高,尤其在170℃之后,增速明显增大;氧气分压升高,在相同的接触面积上有利于稠油低温氧化反应的进行;随着含水饱和度的增大,氧化反应程度呈下降趋势。用关联分析法对稠油低温氧化影响因素的排序表明,温度是影响低温氧化反应的首要因素。     

稠油油藏火驱取心井高温氧化区带识别方法

为了准确识别火驱取心井的高温氧化区带,利用杜66块曙1-46-K037取心井的岩心对原油的族组分、饱和烃、官能团、有机元素和储层的碳酸盐矿物、黏土矿物开展分析。研究表明:受火驱高温作用的影响,高温氧化区带内原油族组分中的饱和烃与芳烃含量增加,非烃与沥青质含量降低;饱和烃气相色谱图中主峰碳降低,轻重比增加,红外光谱中的含氧度增加,有机元素中H/C原子比增加。由于高温条件下矿物存在热分解和相互转化,在高温氧化区带,储层中的碳酸盐矿物(白云石、方解石、菱铁矿)含量降低,黏土矿物中的高岭石、伊利石、绿泥石含量升高,伊蒙混层含量降低。利用原油的特征参数判识的高温氧化区带要窄于利用储层矿物特征判识的高温氧化区带。该研究探索了火驱开发过程原油和储层矿物的变化规律,完善了利用取心井识别高温氧化区带的技术方法。     

指纹分析技术在火驱燃烧状态识别中的应用

为判识原油改质程度和原油火驱过程中燃烧状态,对稠油火驱前后样品的全烃色谱指纹特征进行分析,探索了火驱开发过程中燃烧状态的识别方法,并对稠油高、低温氧化特征进行了研究,取得的成果在Du66块火驱取心井分析中得到应用。研究表明,全烃色谱指纹技术可对比火驱反应前后样品的微小特征变化。稠油在低温氧化阶段,姥鲛烷与nC₁₇、植烷与nC₁₈比值增大,正构烷烃相比姥鲛烷、植烷更易受低温氧化作用的影响,CPI和OEP升高;在高温氧化阶段,原油明显改质,原油轻重比显著增大。利用该技术方法判识Shu1-46-K037取心井火烧层段,分析认为埋深约为978.15m的岩心具有高温氧化的特征,可能是火驱的过火层段。稠油火驱过程中,全烃色谱指纹分析技术可作为识别燃烧状态的有效手段,为火驱效果综合评价奠定了基础。     

烃组分对CO2驱最小混相压力的影响

针对CO_2-EOR原油组分对混相能力影响的问题,应用界面张力消失法设计了不同碳数烃组分、不同族烃组分、不同含量烃组分混合模拟油与CO_2的最小混相压力实验,分析不同族烃组分与CO_2最小混相压力的变化规律,探寻原油中影响CO_2驱最小混相压力的关键组分。研究表明:原油中不同组分与CO_2的最小混相压力不同,相同碳数烃组分最小混相压力依次为:烷烃、环烷烃、芳香烃;同族烃的碳数越小,最小混相压力越小;相同碳数烃类的混合组分模拟油的最小混相压力小于单一烃组分的最小混相压力;原油中低碳数烷烃含量增加,最小混相压力降低,高碳数芳香烃含量增加,最小混相压力升高。该研究结果为多种类型油藏实施CO_2驱提高采收率提供了数据材料及理论支撑。     

火驱尾气CO2含量与燃烧状态对应关系研究

针对火驱尾气CO₂含量界限与高温氧化状态关联性不明确的问题,利用自主研制的火烧油层物理模拟装置,以D66块为研究对象,开展了不同氧化程度样品的高温氧化实验(400℃),探索了CO₂含量与燃烧状态对应关系。研究结果表明：原油、低温氧化过的原油、焦炭3种样品400℃高温氧化产生的CO₂含量分别为12.29%、13.88%、17.98%,即原油氧化程度越高,其高温氧化产生的CO₂含量越高,主要原因是低温氧化形成的含氧化合物在高温氧化过程中被转化为CO₂。作为直接的判识指标,当CO₂含量超过15%时可界定为高温燃烧。利用该指标分析了D66块先导试验井组与平面燃烧状态波及情况,结果表明,39%油井实现高温燃烧,转驱时间较长井组燃烧状态较好,井组匹配率可达70%以上。该项研究可为火驱方案调整、生产动态调控提供技术支持。     

火驱原油活性氢组分变化规律认识

为识别火驱开发中是否发生高温氧化以及高温氧化程度,应用实沸点蒸馏法对新疆油田红浅试验区火驱受效前后的原油进行分离,绘制相应的实沸点蒸馏曲线,测定各馏分的酸值,并用超高分辨质谱仪对不同类型酸性化合物在负离子模式电喷雾电离源条件下进行分析,对O2类组分的等效双键指数(DBE)和碳数分布进行了详细归类。结果表明:虽然火驱受效前后原油酸值波动范围小于1.0 mg/g,但受效原油中的中低沸点组分含量和实沸点蒸馏质量收率明显提高,受效原油的部分组分氧化生成了含有活性氢官能团的化合物,在200～250 ℃、300～420 ℃沸点范围出现2个波峰;质谱分析表明,火驱见效原油O2类组分中DBE为3和4的相对丰度增大,二元、三元环烷酸占比增加。研究成果可为分析原油火驱过程和馏分产品精制提供指导。     

稠油火驱过渡金属钴盐催化氧化实验

针对新疆红浅火驱工业化试验区稠油二次点火难的问题,开展过渡金属盐催化氧化稠油实验研究,评价过渡金属盐促进重质油火驱前缘稳定推进的效果.利用一维燃烧管开展火驱物理模拟实验,分析钴盐对稠油火驱前缘峰值温度和前缘推进的影响;采用同步热分析仪(TG-DTA)测定稠油氧化反应过程,建立稠油催化氧化动力学方程,计算稠油燃烧过程中低...     

火驱过程中稠油组分变化特征研究

针对火驱过程中稠油组分变化复杂的问题,基于CMG-WinProp模块,研究火驱过程中不同区带间的稠油组分变化特征。研究结果表明:燃烧带主要发生高温氧化反应,重质组分裂解为轻质组分;结焦带轻质组分聚合生焦转变为重质组分;油墙区主要富集燃烧反应后的轻质油。相图变化表现为随着火驱燃烧反应的进行,油藏温度逐渐升高,气液两相区面积逐渐增大,随轻质组分含量的增多相图临界点向左上方移动。研究结果对进一步认识稠油热采过程中的组分变化规律具有十分重要的意义。     

火驱高温与低温氧化转换界限研究

火驱存在原油低温氧化和高温氧化2种燃烧状态,针对低温氧化过程不稳定、热效率低、采出程度低等问题,以杜66块火驱为研究对象,开展了室内物理模拟和数值模拟实验,通过耗氧量及不同组分尾气数据的历史拟合,建立了火驱反应动力学模型,构建了基于火驱前缘初始温度、通风强度的高温与低温氧化转换界限图版。研究表明:高温氧化下,杜66块原油视H/C原子比为0.5～2.0,CO/CO₂体积比为0.13～0.40;低温氧化过程燃烧不稳定,易熄灭;杜66块火驱高温与低温氧化的临界前缘初始温度和通风强度分别为280 ℃、1.0 m³/(m²·h),低于或接近临界值将面临转入低温氧化甚至熄火风险;基于杜66块火驱提出了维持最低通风强度、分层火驱等开发对策。该研究为火驱油藏工程设计提供了理论依据。     

原油生物降解过程研究

为了研究烃类降解菌对原油的作用过程和对原油中主要烃类化合物的降解程度,本文利用筛选的烃类氧化菌以原油为唯一碳源,改变微生物对原油的降解时间,通过原油指纹分析技术定性、定量分析原油降解前后成分的变化情况。实验结果表明：高温烃类降解菌主要降解饱和烃,降解程度与链长度有关。链长度越短越易降解,直链比支链容易降解。随着时间的延长,原油饱和烃的相对含量下降,严重的生物降解可使正构烷烃完全降解。多环芳烃中的萘及其烷基化萘系列的降解也较明显。生物标志物基本不受生物降解的影响。随着时间的延长,原油成分变化明显,原油降解速率与细菌的数量和活性有密切的关系。     

注空气开发中地层原油氧化反应特征

通过分析中国不同类型油藏注空气开发的技术优势,依据室内实验和现场试验的研究成果,阐述了轻质油和稠油不同氧化阶段的氧化反应特征。研究认为,不同氧化阶段地层原油的氧化反应特征存在明显差异：在中低温氧化阶段,氧气直接与原油接触,温度越高氧化反应越强;无论轻质油还是稠油,高温氧化阶段氧化反应的主要对象是焦碳而不是原油。进一步提出了划分轻质油和稠油氧化反应4个阶段的温度区间,轻质油比稠油中温氧化反应的起始温度低,放热量大,轻质油比稠油更容易诱发氧化反应;轻质油高温放热峰值（8.06 mW/mg）略高于中温放热峰值（6.42 mW/mg）,而稠油高温放热峰值却是中温放热峰值的5倍,稠油注空气火驱开发应该以实现高温氧化为主要目标。因此,根据油藏温度和油品性质等关键指标可选择空气驱或火驱等注空气开发方式：当油藏温度小于120℃时,由于氧化放热不明显,为了避免注空气开发的爆炸风险,应以减氧空气驱有效补充地层能量的开发方式为主;当油藏温度大于120℃时,在油藏条件下原油就可发生明显的氧化反应,此时可实施不减氧空气驱,充分利用原油氧化反应放热提高采收率;对于油藏温度小于120℃的稠油油藏,可通过电加热器等人工手段实现高温点火,进行高温火驱开发。     

稀油火烧油层物理模拟

注空气开发主要分为稀油注空气低温氧化以及稠油火烧油层2种技术。针对轻质原油火烧油层技术开展研究,采用热重/差示扫描量热同步热分析仪研究稀油高温氧化放热特性和反应动力学参数;在实验压力为5 MPa条件下采用高压燃烧管研究稀油高温火烧前缘传播稳定性以及稀油火烧油层基础参数。研究结果表明:测试稀油高温氧化活化能为148 kJ/mol,与文献中稠油高温燃烧反应活化能相近;人工点火后,稀油可以形成稳定的高温氧化前缘,实现稳定的高温燃烧驱替,前缘温度高达500℃;出口CO₂浓度和燃料的视H/C原子比进一步证明,燃烧前缘处的反应类型为高温氧化反应;稀油火烧油层驱油效率达92%,空气/油比为858 m³/t,具有较高的驱油效率和较低空气/油比。     

超稠油低温氧化和裂解成焦实验

针对辽河油田锦91区块超稠油火驱过程所形成的氧化炭和裂解炭的基本性质和火驱燃烧特征认识不清的问题,利用高温高压反应釜装置开展超稠油低温氧化和裂解实验,并采用气相色谱仪、场发射扫描电镜、能量色散X-射线光谱仪和热重分析仪分析产出气组成、焦炭的微观形貌、元素含量和热重损失,并运用等转化率法(Friedman和OFW)求解焦炭燃烧活化能。结果表明:经历250 ℃低温氧化后,超稠油部分转化为氧化炭;经历400 ℃裂解后,超稠油转化为裂解炭和改质油。氧化炭中氧和硫元素的相对含量明显高于裂解炭。氧化炭表面呈粒度大小不一的焦炭微粒相互融并的微观形貌,且随着温度升高,氧化炭的多孔结构愈发明显;裂解炭呈不规则的块状微观形貌,且随着温度升高,裂解炭表面出现很多凸起状颗粒。氧化炭的生成有助于建立燃烧前缘;裂解炭的燃烧活化能更低,有助于维持燃烧前缘稳定推进。该研究对超稠油火驱开发具有一定的理论指导意义。