稠油火驱低温氧化原油与尾气变化规律

为了深入认识稠油火驱开发低温氧化阶段的原油与尾气变化特征,利用反应釜开展了不同温度条件下的低温氧化实验,进行了原油物性、族组分、官能团、色谱指纹、同位素以及尾气组分等方面的研究.研究表明:①稠油在火驱低温氧化阶段以加氧反应为主,并伴随少量的裂解反应;②稠油在200℃以下低温氧化阶段原油物性变差,在200℃时黏度、密度达到最大值,之后随着温度升高又逐渐降低,这主要受原油中非烃、沥青质以及氧元素含量影响;③由于裂解程度低,原油与族组分的碳同位素没有发生明显的同位素分馏现象;④尾气数据表明稠油火驱低温氧化过程中生成了醛、酮、醇或羧酸等含氧化合物.该研究探索了稠油火驱低温氧化过程中原油与尾气的变化规律,并计算出了不同温度下稠油低温氧化反应方程.     

稠油热裂解改质行为

为探讨稠油火烧驱油降黏机制,对乐安油田草南稠油在火驱过程中的热裂解改质行为进行试验研究.在380 ℃条件下,分析稠油在水蒸气、CO2和N2介质中高温热裂解产物及其组成,讨论不同体系的高温反应机制.试验结果表明:高温下稠油中的胶质、沥青质发生热裂解反应,分子链断裂后生成饱和烃和芳烃,产生气相、油相和焦沥青;CO2、水蒸气和N2中稠油热裂解气相产物和焦沥青产量明显降低,油相产物增加;水蒸气介质中,稠油热裂解主要是水热裂解反应,在CO2和N2环境下高温裂解为催化热裂解.     

稠油氧化阶段划分及活化能的确定

火驱是稠油蒸汽吞吐后的重要接替方法,而稠油氧化的反应阶段的划分对火驱点火乃至生产的调控影响重 大。采用热重实验对某油田稠油样品混合油砂氧化过程进行研究,绘制该稠油热失重速率曲线,呈多峰形态,结合稠 油多组分氧化理论进行氧化阶段的细致刻画,分解成低温氧化前期、低温氧化后期、燃料沉积段和高温氧化段共4 个 阶段,并明确定义了各阶段的分界点,与稠油常规认识的三阶段氧化规律相比,四阶段划分法更能刻画低温范围大、耗 时长,反应复杂的特点;用Flynn-Wall-Ozawa 法计算各阶段的反应活化能也与常规划分有较大区别。该认识对稠油火 烧油层点火阶段的热量供给具有的参考价值。     

稠油油藏注空气燃烧管实验及数值模拟研究

针对新疆某油田J7井区稠油油藏条件,利用燃烧管实验装置研究了火驱过程中温度场及压力场的分布规律,并结合数值模拟研究了影响火驱的重要因素。重点分析了火驱过程中油墙形成对高温燃烧前缘传播稳定性的影响。结果表明,J7井区稠油油藏原油在350℃且黏土存在条件下可实现点火及火线的推进;火线推进到燃烧管3/4处的采收率为60%;油墙的形成使得驱替压差增大,压降主要消耗在该段内,油墙的封堵效应,使得空气注入困难,燃烧变得不稳定。低渗稠油油藏火驱开发将面临2个难题:空气注入困难、火驱见效时间晚。     

二苄基二硒醚对RP-3喷气燃料超临界热裂解结焦的抑制作用

为解决高超音速飞行中喷气燃料的热裂解结焦问题,在连续流动反应装置上研究了结焦抑制剂二苄基二硒醚对RP-3喷气燃料超临界热裂解结焦的影响.结果表明,在RP-3中添加100×10-6二苄基二硒醚可降低结焦总量约达50%,裂解气的产量降低约20%,产物分布变化不大.SEM、TPO、EDS和XPS分析表明,高温下二苄基二硒醚与反应管表面铁原子形成金属硒化物,从而既抑制了纤维状焦炭的生成,又减少了无定形炭和富氢吸附炭的沉积量。     

基于动力学参数的火驱效果影响分析

火驱的高驱油效率主要得益于化学反应过程中放出大量的热,随着对燃烧理论的认识不断加深,火驱越来越受到人们关注,而化学反应动力学参数对火驱的工程计算就显得尤为重要。基于原油氧化实验结果,利用油藏数值模拟软件(CMG),建立火驱模型,研究火驱中各反应的反应速率,结合Arrhenius方程分析原油氧化动力学参数的改变对火驱效果的影响。研究发现活化能对焦炭燃烧的影响较大,从而影响了火驱效果,而指前因子对裂解反应的影响在一定程度上改变了火驱效果,这为提高点火成功率、设计火驱方案、认识火驱状态及调整火驱效果提供了理论依据。     

页岩有机质热演化生烃成孔及其甲烷吸附机理研究进展

对生物体形成干酪根过程、页岩干酪根生成油气机理、页岩有机质孔隙演化特征、有机质孔隙内气水分布特征进行了综述和评论.认为生物化学生气阶段通过细菌作用、缩聚作用形成干酪根,因干酪根脂族C-H键释放而形成脂族分子间孔;热催化生油气阶段通过热解聚作用形成沥青质、液态烃及剩余干酪根,此阶段沥青大量裂解为液态烃而形成边缘油孔(液化孔);热裂解生凝析气阶段,液态烃裂解为湿气,有机质孔隙以边缘(或内部)气孔为主;深部高温生气阶段转化为干气,此过程干酪根芳族C-H键释放,有机质孔隙以芳族分子间孔、气孔为主.同时,页岩干酪根热演化各阶段有机质孔隙内均有水的参与,表现出固-液界面作用.此工作以期为我国页岩气进一步勘探开发提供理论依据,也对页岩气产气规律的认识具有指导意义.     

THAI火驱稳定燃烧的调控方法实验研究

为了解决THAI火驱在矿场试验中空气沿水平井突进以及水平井生产管柱结焦堵塞的问题,以新疆油田A稠油油藏为研究对象,利用自主研制的三维物理模拟实验装置(耐压5 MPa、耐温600℃),研究了THAI火驱过程中燃烧区带展布情况以及稳定燃烧调控方法。结果表明:已燃区覆盖的区域具有"船头"的形貌特征,超覆燃烧明显,将已燃区控制在水平井外是稳定燃烧的关键,燃烧腔的横向扩展长度与THAI火驱动用程度相关;在THAI火驱过程中,实验采用5~7 L/min的注空气速度、生产压差控制在50~70 k Pa范围内,能够维持燃烧前缘的稳定推进。该稳定注气流量和生产压差的调控方法在新疆油田A稠油油藏火驱先导试验区取得了较好的试验效果。     

注空气开发中稠油不同馏分氧化特性研究

应用蒸馏法将原油分离为轻质、中质、重质3种馏分,通过FT-IR及TG-PDSC手段,对比稠油不同馏分的特征官能团,分析了注空气过程中其不同反应阶段的氧化特性。结果表明:轻质馏分官能团以直链烷烃为主,中质馏分官能团以含氧基团为主,重质馏分官能团以芳香环为主。轻质馏分蒸发阶段质量损失率最大,中质馏分主导低温氧化反应,对该阶段放热量贡献最大,重质馏分在高温氧化阶段质量损失及放热量最高。利用Coats-Redfern积分法计算低温氧化阶段活化能随馏分中轻质组分含量减少而增大,重质馏分活化能整体最高;对于稠油油样,重质馏分所占比例高,350℃以上重质馏分发生高温氧化对稠油提高采收率至关重要,350℃以下主要是轻质馏分和中质馏分参与低温氧化。稠油油藏注空气火驱开采应以快速实现重质馏分高温氧化为主要目标。     

基于显微CT技术的结焦砂3维孔隙结构精细表征

结焦带的结焦情况是影响稠油火烧油层技术开发成效的重要因素。目前该领域对于焦炭分布情况和结焦量的研究停留在2维表面观察和宏观实验参数测定,无法深入描述稠油火烧过程作用机理和进行较准确的数值模拟。显微CT技术作为一种无损获得材料内部微观结构信息的技术已经开始应用于石油地质领域。该文利用油层高温高压反应模拟实验装置在实验室环境下获得结焦砂样品,并利用显微CT技术得到结焦样品孔隙尺度的3维重构图像。该研究通过选择适当的扫描参数获得相对较高对比度的灰度图,再通过分水岭分割法和Chen-Vese模型算法对CT灰度图进行图像分割,得到表征孔隙、焦炭和模拟砂的3维重构图。为了验证图像的真实性,采用TGA热重分析仪和真密度计进行实验验证,并通过建立表征函数证明显微CT3维重构图像的真实性和合理性。该研究为稠油火烧油层领域结焦量、结焦量与孔隙度关系以及多孔介质渗流模拟研究提供基础。     

考虑热解产物组分的煤粉着火燃烧数学模型

建立了球坐标系下考虑煤粉挥发分释放、传热、传质和化学反应全耦合的单颗粒热解、燃烧瞬态数值模型,并对陕西神木烟煤的着火、燃烧特性进行分析.结果表明,单颗粒煤粉的着火始于挥发分,且受氧气扩散速率的控制,挥发分火焰能够到达距颗粒中心约29倍颗粒半径的地方.当煤粉热解完成时,炭粒表面生成的CO被引燃,火焰退回炭粒表面附近而使炭粒快速升温,燃烧进入表面氧化反应控制状态.随着燃烧速率进一步提高,炭粒燃烧又开始受到表面还原反应的控制,火焰再次离开炭粒表面.
     

从室内实验看火驱辅助重力泄油技术风险

将水平井引入特、超稠油油藏火烧油层技术中,可以实现火驱辅助重力泄油,其原理类似于水平井条件下的蒸汽辅助重力泄油（SAGD）。与SAGD相比,火驱辅助重力泄油技术对操作程序的要求更为苛刻,油藏和工程风险更大。室内三维物理模拟实验表明,在直井做为注气点火井、水平井做为火驱生产井时,可以实现连续稳定泄油,并能有效提高储层纵向动用程度。但如果注采关系控制失当,特别是在火驱中后期,有可能出现燃烧前缘沿着水平井突进的现象,会在地层中形成大范围死油区并可能损毁水平井段,带来油藏和工程风险     

油页岩原位转化热解反应特征研究综述

近年来,世界能源消耗日渐增加,作为非常规能源之一的油页岩是重要的接替资源。中国油页岩资源量丰富,居世界第四位。原位转化技术作为油页岩开采的主流技术,利用热解反应建立渗流通道,开采页岩油气。基于热解反应阶段、干酪根热解、矿物成分影响与热解协同孔隙结构演化等4个方面对原位转化过程中的热解反应特征进行研究综述：（1）热解反应各个阶段下的热物理演化与热化学反应;（2）干酪根热解的反应机理及其影响因素;（3）无机矿物分解对热解反应的促进与抑制作用;（4）热解反应协同孔隙结构演化的机理及其对微裂缝扩展的促进作用。立足于热解反应这一原位转化中的核心技术问题,力图为热解反应在油页岩与中低成熟度页岩油原位转化中的应用提供一定的参考。     

燃料发热量的高炉理论燃烧温度计算模型

对高炉风口前理论燃烧温度进行了修正,建立了基于燃料(焦炭和煤粉)发热量的计算模型,即把燃料的不完全燃烧所放出的热量转化为燃料完全燃烧所放出的热量与燃料不完全燃烧的热损失之差。最后分析了煤种、煤比、富氧率等因素对理论燃烧温度的影响。     

海上稠油火烧油层物理模拟实验研究

为探索海上稠油火烧油层开发的可行性,针对渤海稠油油藏开展了火烧油层物理模拟实验。根据石油沥青组分测定法,分析渤海稠油原油组分;通过热失重与扫描量热同步热分析仪测试活化能等高温氧化反应动力学参数;采用一维燃烧管实验模拟评价燃烧稳定性及驱油效果。研究结果表明,渤海稠油组分特征与国内陆上油田相似;稠油高温氧化活化能为157 kJ/mol,与陆上油田相近;油藏火驱前缘推进稳定,燃烧前缘最高温度773 K左右,出口CO₂浓度长期稳定在12%以上,高温氧化燃烧状态良好;火烧驱油效率95.1%,空气油比548 m³/t,驱油效果较好。研究成果为海上稠油油藏火烧油层开发提供技术支持。     

生物质裂解焦油的燃烧特性及动力学模型

采用热重分析法对生物质裂解焦油的燃烧过程进行了研究 ,探讨了生物质油的燃烧特性及升温速率对燃烧温度的影响 ,并根据微分热重曲线 ,建立动力学模型 ,计算燃烧反应的动力学参数。结果表明 ,生物质油的燃烧过程可分成 3段 ,其动力学模型可用 3个一级反应表示     

高压工频热解扶余油页岩的温度场模拟

利用高电压工业频率电流加热油页岩,可以在油页岩内部形成等离子体的通道,利用产生的等离子体与导电通道碳化的内表面对油页岩进行加热,实现油页岩的原位裂解.本文采用有限元分析软件建立油页岩三维耦合模型,通过数值计算获得高压工频裂解油页岩的温度场分布.在电压为1000V,工业频率电流为5A时加热6min,油页岩电极中心部位的温度达到597℃,在电极附近30mm范围内,温度达到347℃,满足油页岩裂解需求;随电流的增加,相同时间内油页岩被有效加热的温度增加,并且有效热解的范围增大.从数值模拟结果分析可知,高电压工业频率电流加热裂解油页岩技术,升温速率快,能量有效利用率高.     

天然焦的热解及动力特性

利用X 650型扫描电镜比较徐州沛城天然焦和徐州韩桥烟煤表观形貌,并在Thermax500型加压热重分析仪上采用非定温热分析法研究天然焦的热解特性.利用Coats-Redfern积分法对天然焦的热解过程进行了动力学分析,得出了天然焦在不同升温速率、不同粒径尺寸、不同操作压力下的动力学参数,相关系数绝大部分在0.99以上.试验结果表明:天然焦比煤具有更发达的孔隙结构;随着升温速率的增加,试样热解的TG曲线向高温区偏移,DTG曲线峰值位置也相应地移向高温区,总失重率、热解活化能增幅较小;小粒径试样的热解活化能较低,有利于挥发分的析出;增加操作压力,热解活化能随之增大,但增加幅度逐渐缓慢,热解失重率降低.