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。     

火烧油层(干式燃烧)室内实验研究

在现场火驱开发过程中,火烧状态很难判定,为解决这一难题,对火驱采油机理进行了室内模拟研究.使用冷37-45-562井天然油砂,开展一维模型火烧油层物理实验,分析了在火烧过程中产出气体和火烧前后原油组成的变化特征.实验结果表明:CO2、CO浓度变化规律反映了原油从被点燃到形成稳定燃烧区的过程,其浓度变化的第1个峰值对应原油自燃温度.运用色谱、色质、红外等分析手段,结合相关化学反应机理,证实了在火烧过程中原油经历低温氧化、高温裂解和高温氧化的过程.其研究方法和结论可为现场火驱动态监测提供依据.     

高升油田火烧油层过程控制技术研究

高升油田为典型的中深厚层块状普通稠油油藏,针对其进入蒸汽吞吐开发末期开发效果差的情况,先后在高3618块和高3块开展火烧油层现场试验,并逐步扩大至目前39个井组规模.火烧油层现场实施过程中,严格把握点火注气、动态分析、跟踪调控、动态监测等关键环节,并不断改进完善,实现了火烧井全部一次点火成功,典型井组处于高温氧化燃烧状态,日产油上升2.8倍.火烧油层过程控制技术可为其他同类型油藏开发提供借鉴.     

基于热重实验的硫化亚铁氧化的热动力学分析

 采用热重分析(TG)和差示扫描量热法(DSC)研究了FeS热氧化过程,运用多升温速率法计算了FeS的动力学参数。结果表明,FeS试样的DSC曲线在143℃左右出现1个由相变引起的吸热峰,在高温段出现1个由氧化引起的放热峰;TG曲线呈恒重→增重→失重→恒重的变化过程,氧化起始温度较高,氧化过程缓慢,且受升温速率的影响明显。FeS热氧化反应的平均活化能E=125.89 kJ/mol,指前因子A=1.55763×1011 s-1。其反应符合随机成核和随后生长动力学模型,最概然函数 。     

热重分析仪求取稠油高温氧化动力学参数

采用火烧油层技术开发稠油时,高温氧化反应是火烧前缘的主要反应类型和能量源。采用热重法对稠油高温氧化过程进行研究,评价了样品制备方法(纯油样或混合SiO₂)和动力学参数求取方法(Coats-Redfern积分法、ABSW微分法和FWO等转化率法)对动力学参数测试结果的影响。研究结果表明,油样混合SiO₂后,颗粒间的孔隙可以为氧气扩散提供通道,使样品均匀反应,实现有效动力学实验,克服了纯油样不易均匀燃烧的问题;通过热重曲线求取稠油高温氧化动力学参数时,单一扫描速率法(Coats-Redfern积分法和ABSW微分法)拟合动力学数据存在一定偏差,而FWO等转化率法避免了因简化和假设机理函数所带来的误差,可用于油焦燃烧本征动力学研究,为火烧油层开发稠油、超稠油和特稠油提供准确动力学参数。     

火烧油层燃烧反应数学模型研究

针对稠油油藏火烧油层特点,利用Arrhenius公式,采用燃料转化率方法,建立了火烧油层三维四相七组分燃烧动力学模型,推导出多孔介质条件下原油各组分热解与氧化反应速率表达式。通过双膜理论解决了各组分在相间的质量传递及相平衡关系,并根据各组分在多孔介质中分子扩散与对流弥散关系,建立了火烧油层燃烧过程中各组分的质量、能量守恒方程,为火烧油层物理模拟、数值模拟及现场试验方案设计提供了可靠的依据。     

火烧油层技术研究现状与应用前景

火烧油层燃烧复杂,难以精确描述。介绍了从室内研究向现场推广的综合研究流程及利用等转化率分析判定火烧油层成功与否的方法,回避了因碳氢化合物氧化反应模拟困难而导致的难以准确建立燃烧速度方程的问题。总结了利用SARA组分模型研究组分效应及组分对反应路径影响的实验,研究表明沥青质最难氧化,饱和烃最易氧化;高氧气浓度有利于提高采收率,抑制高温裂解反应。分析了考虑含水的燃烧管实验,证实湿式燃烧热能利用率更高,在建立火烧油层模拟模型时要考虑含水的影响。介绍了利用圆锥形燃烧反应器进行燃烧管实验研究最小空气通量的方法,在空气通量低至3m3/(m2·h),实验压力3.55MPa时不仅维持了阿萨巴斯卡沥青砂燃烧前缘的推进,而且70%的初始油以液态产出。概述了火烧油层与SAGD相结合,采用富氧燃烧工艺或在注入介质中加入催化剂、泡沫等应用前景。     

石蜡催化氧化反应宏观动力学

采用玻璃鼓泡反应器,进行石蜡催化氧化反应的实验,考察了反应时间和温度对石蜡催化氧化反应的影响。将石蜡催化氧化反应过程分为氧化反应阶段和酯化反应阶段,在此基础上建立了石蜡催化氧化反应动力学模型。实验结果表明,利用皂化值为参数建立的动力学模型可较好地表征石蜡催化氧化反应动力学过程;由150,160,170℃下的实验数据回归得到氧化反应阶段的表观活化能为41.653kJ/mol,指数前因子为48022.7h-1;酯化反应阶段的表观活化能为12.970kJ/mol,指数前因子为5.401h-1。     

稠油火烧油层高温氧化动力学参数计算与分析

为了明确稠油在火烧油层高温氧化过程中的内在机理,应用热重、微商热重、差示扫描量热方法获取热分析基础数据,并应用Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)等转化率法、Kissinger微分法和Coats-Red-fern积分法进行高温氧化动力学参数分析.实验结果表明,应用KAS等转化率法、Kissinge...     

渣油加氢反应模型的建立与研究

为了更好的控制产品质量，提高装置生产效率，以国内某厂渣油加氢装置反应部分为研究对象．建立了渣油加氢脱硫、脱氮数学模型。采集该装置正常生产数据，通过数值拟和的方法，对模型进行求解，得出脱硫反应的反应级数为1．9，反应指前因子为0．87，反应活化能为1．233kJ／mol：脱氮反应的反应级数为1．1．反应指前因子为0．09，反应活化能为2．250kJ／mol。取生产数据对模型进行验证表明，该模型的建立是成功的，对于优化装置操作有一定的理论指导意义。     

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...     

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。     

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。     

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。     

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。     

火驱油藏岩矿与原油演化特征

温度是影响火驱储集层岩矿和流体性质变化的主要因素。为细分火驱各阶段变化特征,采用热重-差示扫描量热法,刻画了原油氧化过程,同时运用X射线衍射、背散射电子成像等技术,研究不同温度区间岩矿演化过程及其对储集层物性的影响。研究结果表明,火驱过程中存在原油氧化启动、高温燃烧门槛、岩矿热活化、岩矿深度变质等4个温度关键节点,将油岩演化过程分为地层预热、原油低温氧化、原油中温氧化和黏土分解、原油高温氧化和黏土烧结、非黏土矿物深度变质5个阶段。其中原油高温氧化和黏土烧结阶段为整个过程的激烈期,原油燃烧释放热量占总放热量的60%左右,黏土矿物发生烧结作用,使储集层孔隙结构和物性发生明显变化。     

稠油火驱产出流体色谱指纹特征燃烧状态判识方法

为认清稠油火驱过程中原油与尾气物理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与尾气开展了饱和烃、芳香烃、烯烃、尾气组分等方面的色谱指纹特征研究。研究表明:稠油火驱后原油物性变好,族组分中饱和烃、芳香烃含量升高;饱和烃色谱指纹图中正构烷烃含量明显增加,轻重比增大;原油中新生成了烯烃化合物,与同碳数饱和烃成对出现且同碳数烯烃与饱和烃比值始终小于0.5;芳香烃色谱指纹图中菲系列化合物发生了明显的甲基转移与脱甲基作用;尾气多维气相色谱图中可见烯烃、氢气、一氧化碳等火驱高温氧化的特征组分。该研究可作为火驱过程中指示燃烧状态的有效技术手段,为稠油火驱燃烧状态的判识提供了支持。     

基于稠油火驱机理改进的数值模拟方程

为解决火驱数值模拟组分间转换关系复杂、收敛性差、结果精度低等问题,从火驱燃料沉积角度出发,将反应方程改进为稠油裂解和焦炭燃烧反应方程,并建立具有重复性和准确性的燃料沉积量室内实验方法,求取稠油裂解沉积量,拟合得到改进的模拟方程。结果表明:改进模型更加合理,其粗化后与室内实验结果、加密后的经典方程模型温度场、燃烧前缘分布等模拟结果基本一致,可以真实地描述高温氧化过程,且运算时间大幅度降低。该研究成果对火驱方案编制具有一定指导意义。     

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。