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。     

火驱高温氧化特征判识方法研究

针对火驱地下高温氧化特征状态难以判识的问题,利用自主研制的火烧油层物理模拟装置,有针对性地开展了K039井天然岩心火驱物理模拟实验,研究不同温度、不同区带内尾气组分与原油性质变化规律,提出了氧气转化率、加氧程度、主峰碳、轻重比等火驱高温氧化特征判识方法。结果表明,当满足氧气转化率大于50%、加氧程度高于原始状态1倍、主峰碳前移、轻重比增大条件时,火驱状态处于高温氧化阶段。将室内实验建立的判识指标应用于D66块取心井,分析表明,D66块火驱实现了高温氧化,纵向波及埋深为939.1～950.6m,动用程度占火驱主力层段的40.3%,具有较大的调整潜力。该项研究可为火驱方案调整、生产动态调控提供技术支持。     

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.     

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。     

红浅1井区直井火驱燃烧区带特征

火烧油层过程中,各区带流体及储层高温变化特征对矿场生产控制有重要影响。基于火驱区带划分理论,利用现场取心与室内实验结合的方法,对取心井储层进行了火烧区带划分,并对燃烧各区带储层进行压汞、族组分、热解以及岩矿转化分析,形成了系统的燃烧区带储层变化分析方法,认识了火驱区带内原油和岩矿转化规律,得到了基于热物性和热化学性质变化的燃烧区带划分结果。实验表明:在燃烧界面以下的结焦区并非完全结焦,处于油与焦炭共存状态,焦炭沉积有效减小了该区储层孔隙度和渗透率,稳定了燃烧前缘,阻挡了气窜;燃烧界面以上的已燃区在高温煅烧下高岭石向蒙脱石和伊利石转化,产生大量微裂缝,有利于空气快速导流。     

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。     

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。     

应用地球化学方法判识混采稠油井主产层

由于稠油具有黏度高,族组成中非烃和沥青含量高,饱和烃和芳香烃含量低等特点,全烃色谱图很难反映各油层与井口原油的差异性,给应用气相色谱指纹判识稠油井的主要产油层位带来了困难.利用东北油田某多层混采稠油井各产油层的储层岩石(储层沥青)和混采原油作样品,进行饱和烃和芳香烃色谱-质谱实验,通过星形图、聚类分析、因子分析等技术进行分析和研究,有效地判识了该多层混采稠油井的主要产油层位,并提出了有针对性的生产调整建议.从实施情况来看,效果明显.该方法具有适用性强、投资少、周期短、准确、快速等特点,有推广应用的前景.     

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。      

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。     

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。     

博格达山山前带芦草沟组不同岩相储集特征及含油性

为了提高页岩油“甜点”储集层钻遇率,实现页岩油高效动用开发,亟需开展页岩油储集层储集空间、孔隙结构和含油性研究。以准噶尔盆地东南缘博格达山山前带中二叠统芦草沟组为研究对象,综合运用岩石薄片、X射线衍射全岩矿物分析和场发射环境扫描电镜等储集层表征技术,结合有机地球化学测试分析,分析了不同岩相的储集空间类型及其页岩油赋存特征。结果表明,芦草沟组岩石类型复杂,表现为混合沉积特点,可划分出泥页岩相、砂岩相和碳酸盐岩相3类岩相;不同岩相的储集空间和孔隙结构控制了含油性,游离态页岩油主要赋存在孔径大于30 nm的孔隙中,基质型泥页岩相储集层储集空间包括黏土矿物晶间孔、碳酸盐矿物晶间孔、有机质孔、层理缝、构造裂缝、超压缝等,其中,无机矿物和干酪根表面以吸附态页岩油为主,粒间孔、有机质孔和层理缝中以游离态页岩油为主;夹层型砂岩相和碳酸盐岩相储集层储集空间以粒（晶）间孔、粒（晶）间溶孔、粒（晶）内溶孔等为主,页岩油以游离态为主赋存于各类微米级孔隙中;基质型岩相富含有机质,随着有机质丰度增加,干酪根吸附态烃量增加,有机碳含量与可动烃含量呈幂函数关系,夹层型岩相有机碳含量相对较低,以外来烃充注为主,有机碳含量与可动烃含量呈线性关系。奇台庄地区和柴窝堡凹陷中北部地区为页岩油有利储集层发育区,芦三段夹层型岩相页岩油可动烃含量高,易于开发动用,为重要的勘探目标。     

地下水热催化裂化降粘开采稠油新技术研究

针对辽河油田的3种稠油,筛选陋一种合适的水热裂解催化剂（过渡金属盐）,确定了水热裂解的最佳条件,在0．2％该催化剂顾在下,3种稠油样在240℃经水热裂解反应24h后,50℃粘度分别下降89．9％－77．7％,饱和烃和芳香烃含量大幅上升,胶质,沥青质含量下降,烃碳数分布移向低碳数方向,产生大量气体和少量固体,在辽河油田曙光采油3口蒸汽吞吐井进行的地下稠油催化剂水热裂解降粘开采现场试验获得成功,采出的稠油粘度大同度降低。     

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。     

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。     

The influence of carbonate rock on the processes of oil transformation

The study of the processes of crude oil transformation in carbonate rock was carried out on the “oil – carbonate rock” model systems. For the study, oils of different chemical composition recovered from both terrigenous and carbonate reservoirs, and rock from carbonate reservoir were selected. It was shown that not all oils were subjected the catalytic action of carbonate rock. In oils that have experienced the catalytic action of carbonate rock the content of aromatic hydrocarbons decreased significantly and the content of non-polar resins increased. In carbonate rock, in addition to calcite and aragonite the montmorillonite was detected and it was supposed that the catalytic effect of the carbonate rock was due to this clay mineral. It was found that the oil transformation in the carbonate rock did not require much time and high temperature, and also that the oil recovered from the carbonate reservoir was resistant to the catalytic action of the carbonate rock.