基于实验的原油氧化速率分析及应用

火烧油层作为一种利用燃烧重质组分加热地层以达到原油驱替的热力采油技术,热效率高且驱油效果明显,受到越来越多的关注。但目前火驱成功应用并不广泛,主要在于缺乏对火驱不同氧化阶段原油氧化速率认识,难以形成较为合理的注气速度,通过静态反应釜实验,测量低温阶段的压力随时间变化,进一步利用压降法计算出低温氧化反应速率,同时通过燃烧管实验,测量高温阶段反应前后的氧气含量的变化,根据气体状态方程得到高温氧化反应速率,并根据不同阶段的反应速率,结合火驱现场实际给出合理的注气速度,为后续火驱方案设计提供借鉴和指导。     

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。     

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.     

明15块空气泡沫驱低温氧化反应动力学模型及影响因素分析

基于室内空气原油静态氧化实验,在理论分析的基础上,确立了低温氧化反应动力学方程。基于简化的Arrhenius方程,确定了氧化反应的活化能、反应速率和反应焓,从而建立了低温氧化反应动力学模型。依据建立的氧化反应动力学模型,结合中原油田明15块油藏基本参数和先导实验数据,通过数值模拟的方法分析了油藏低温氧化反应特征、原油性能及工艺参数等对空气泡沫驱提高采收率效果的影响规律。     

火驱尾气中H_2S与O_2化学反应热力学研究

为了研究火驱尾气回注过程中H2S与O2的化学反应趋势,判断尾气回注工艺的安全性,运用化学反应热力学模型计算了给定组分中的H2S与O2化学反应参数,分析温度对反应过程的影响,进一步确定二者的反应边界条件及爆炸极限范围。研究结果表明,现场工况条件下火驱尾气中H2S与O2发生缓慢的氧化反应,主要产物为SO2与H2O,但随着温度的升高,反应自发程度减小。同时,根据混合物爆炸极限计算可知,火驱尾气在现场回注条件下无爆炸风险。     

新疆C油田注空气提高采收率可行性研究

空气驱是一种新型的提高采收率技术,其独特的低温氧化反应能够在地层中放热活化原油。本文针对新疆C油田原油开展了低温氧化实验和绝热氧化实验,通过分析氧化后油气组分来研究压力对低温氧化和绝热氧化反应的影响,揭示原油氧化反应机理,同时利用长岩心空气驱物理模拟实验对比分析了空气驱和水驱后空气驱复合驱对驱油效率的影响规律。研究结果表明,氧化压力增大可有效改善原油低温氧化进程,增强原油氧化活性,原油耗氧能力增强,氧加成反应也更明显,原油中质和重质组分增加。原油绝热氧化积聚的热效应能显著提高原油氧化效果,导致原油耗氧量增加,脱羧反应生成CO和CO2量也显著增加,高压条件下CO和CO2的生成量增加53.6 %,各组分变化更为明显。空气驱过程中,空气与原油反应,在烟道气驱、混相驱和原油膨胀等多重机理作用下,长岩心驱油效率可达40.17 %。与空气驱相比,水驱后空气驱复合驱驱油效率更高,当注入压力为36 MPa时,复合驱驱油效率为51.44 %。     

新疆油田红浅火驱试验区原油物性变化规律研究

试验区历经4年多燃烧,地下原油性质发生较大程度的变化。为进一步认识火驱特性、指导生产调控,对原油组分、黏度、酸值、非金属元素、金属元素等变化规律进行了研究。研究结果表明,试验区原油经过火驱以后,改质作用明显,轻质组分质量分数上升、黏度明显下降;原油中金属与非金属元素出现明显变化。     

火烧油层注气压力参数室内试验的研究

火烧油层是一种重要的热力采油技术,又称"火驱",其工艺的复杂性要求更多的实验研究与数值模拟。在火烧油层技术最常见的工艺参数中,注气压力是最具解决价值的参数难题之一。为考察注气压力对火驱燃烧过程的影响,在火驱效果最大化的前提下节省压力成本,利用燃烧管试验研究了不同注气压力对室内模拟燃烧过程的影响。试验结果表明压力的提高有助于火驱前缘的推进,但过高的压力带来燃烧不稳定弊端,实验室火驱研究优化压力为0.8 MPa。     

基于阶段演化特征的稠油氧化动力学

原油氧化阶段可分为低温氧化前段、低温氧化后段、燃料沉积和高温氧化4个阶段,在对各阶段氧化动力学参数的求取时,一些文献中依然应用同一反应机制函数进行计算。采用Coats-Redfern积分法对原油氧化过程中动力学参数进行计算,在假设简单反应机制函数情况下分别取反应级数为0、0.5、1进行计算,得到反应级数对氧化动力学参数的影响。通过对已有的30种反应机制函数计算得到不同原油氧化反应阶段逻辑上合理的反应机制方程及动力学参数。结果表明:在低温氧化阶段以相边界反应为主,在高温氧化阶段以三维扩散反应为主,Coats-Redfern积分法适用于计算原油氧化的动力学参数,所得到的曲线线性度较高。     

火驱物质动态平衡分析及应用

火驱过程中空气的注入起到氧化燃烧和增压驱替的作用,运用注采物质平衡的原理,对火驱发开中油田合理注气量、合理产气、产液量和合理注采比进行系统研究,对注入气在火驱过程中的燃烧、增压作用进行了分解,进而建立了整个火驱区块规模的注采比表达式。在对某实验区典型地质开发参数分析的基础上,确定了该油田的合理的注采平衡参数,为该试验区块开发提供了参考依据。     

稠油火驱过程焦炭的化学性质与微观形貌特征分析

为了认清稠油火驱过程中焦炭的化学性质与微观形貌特征,利用室内高温高压反应釜开展了焦炭的生成实验,并对生成的颗粒状的焦炭的样品开展了有机元素、傅里叶变换红外光谱、岩石热解、扫描电镜（SEM）、CT扫描三维重建等方面的研究。研究表明：稠油火驱过程中生成的焦炭中氧元素含量增加近3倍,与原油相比具有富氧贫碳的特点,焦炭中存在含氧的官能团主要以以醛、酮、羧酸、酯、醇等大分子化合物的形式存在;焦炭的有机质成分以可裂解的S2为主,可以为稠油火驱的持续燃烧提供燃料,存在的残碳（RC）是稠油在高温高压条件下裂解缩聚生成的大分子极性化合物,在高温含氧的条件下也可以作为火驱的燃料;SEM与CT观察发现,焦炭的孔隙空间是由一系列大小不一的有机质孔洞组合而成,小孔洞与大孔洞相互连通组成一个系统的孔隙空间网络,有利于火驱过程中与氧气的充分接触。该研究将有利于认识火驱高温氧化过程中生成的焦炭的化学性质与微观形貌特征,为火驱开发的机理深化与开发方案的调整提供有力支撑。     

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。     

多层火驱过程中火线位置预测与调控方法

多层火驱技术在辽河油田薄互层油藏实现规模应用,取得较好的开发效果,但由于注入空气易沿单向、单层突进,火线波及规律认识难度大,火线位置的预测与调控成为提高火驱开发效果的关键。以杜66块为例,分析了多层火驱开发过程中存在的问题,针对其井段长、油层多、平面非均质性强等特点,在物质平衡法的基础上,结合生产动态和吸气剖面监测,建立了预测多层火驱火线位置的方法。以该方法作为矿场火驱开发中火线调控的理论依据,分析了生产井关井控气、气窜封堵和注气井分层注气等措施的实际应用效果。结果表明,通过控制突进区生产井的尾气排量,可抑制火线单向突进,调整火线形状,提高平面波及程度;采用分层注气技术,可改善注气井吸气状况,实现对注入空气在各油层中合理分配,提高油藏纵向动用程度,控制各层火线推进速度保持一致。     

超临界水氧化处理油田含油污泥

利用一套自设的简便实用的超临界水氧化实验装置,对运用超临界水氧化法处理油田含油污泥进行了实验研究,实验中使用过氧化氢（H₂O₂）做氧化剂,考察了反应停留时间、反应温度、反应压力和pH值等工艺参数对含油污泥中原油去除率的影响。实验结果表明,超临界水中的氧化反应能有效去除含油污泥中的原油,去除率可达95%,反应停留时间、反应温度、反应压力是影响含油污泥中原油去除率的重要因素,随反应温度、反应停留时间和反应压力的增加,含油污泥中的原油去除率增加,pH值对去除率也有影响,但不大。对指导油田生产具有一定的实用价值。     

二元复合驱流度控制作用效果及其合理流度比研究

针对大港油田港西三区油藏,研究聚合物-表面活性剂二元复合体系流度控制作用对驱替效果的影响,考察二元复合驱合理流度(黏度)比的影响因素。结果表明:随油藏原油黏度、储层平均渗透率和渗透率变异系数增大,流度控制作用对二元复合驱采收率的贡献率增加;与聚合物溶液相比较,表面活性剂溶液流度控制作用效果较差,它在储层内仍沿原水流通道流动,仅靠降低通道内剩余油含油饱和度提高采收率,增油效果较差;流度控制作用对二元复合驱采收率的贡献率超过65%,大港油田港西三区合理黏度比为0.81~1.45。     

自生热泡沫体系在多孔介质中协同作用机制

自生热泡沫体系是将自生热体系和泡沫流体相结合得到的体系。设计研发自生热泡沫多孔介质反应测量装置,包括注入系统、测量系统及出口计量系统,用于研究自生热泡沫体系在多孔介质中的作用机制。研究表明:自生热泡沫体系在多孔介质中呈现出化学反应与泡沫的协同作用,泡沫可以调节化学反应温度分布,使化学反应产热均匀加热岩心,并延缓后续热量散失;利用化学药剂在地层中反应产生泡沫,可以增强泡沫封堵性能;在岩心内部,化学反应程度随渗透率增加而增加,最高反应程度约50%,但泡沫不影响化学反应程度。通过理论计算验证了试验结果的正确性,该体系尤其适用于海上稠油开采。