空气低温氧化体系对稠油组成的影响

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低温氧化对原油组成的影响

行分析．结果表明，实验条件下低温氧化反应后原油芳烃含量减少，胶质含量增加，和烃含量和沥青含量基本饱
不变，正构烷烃轻重组分比增加；原油黏度有所增加．关键词：注空气；低温氧化；原油；组分分析中图分类号：２．Ｏ６２１文献标识码：Ａ文章编号：０８—１１（０７Ｏ一０７一３１００１２０）ｌ０６ｏ
ｓｉｎｉｈｌａｅｗｓｉｃｅｓｄａｄｔｅｖｓｏｉｆｃｄｉＷｃａｅ．ｉｏｔｅａｋｎａｎｒａｅ，ｎｈｉｓｙｏｒｅｏｌａｉｒｓｄｔｎｃｔｕｓｎｅ
Ｋｅｗｏｄ：ｉｉｊｔｎｏｅｐｒｔｒｏｉａｏ；ｃｕｅｏ；ｏｐｓｉｎａａｙｉｙｒｓａｅｉ；ｌｔｅａｅｘｄｔｎｒｄｉｃｍｉｏｎｌｓｒｎｃｏｗｍｕｉｌｏｔｓ
而ＨｒｉｎｉｅｒｇＵｉｅｉ，Ｈｒｉ５０１胁ａｂＥｇｎｅｎｎｖｒｙａｂ１００，ｎｉｓｔｎＴｎｖｒｔ，Ｓｎａｇ１００，ＶＵｉｅｉｓｙｈｙｎ１０３厶∞ ｅｃ｜ｌ叫
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稠油注空气低温催化氧化动力学实验

：油
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６ — ６５３５．２０１５．０４．０１７
簟２２● 簟４撕２０１５年８胄
稠油注空气低温催化氧化动力学实验
唐晓东，刘铉东，卿大咏，李晶晶，王轩
ＣｘＨ＋ ÷ｏ２ — ｝ｃＨＯ △ 日１
脱羧反应：
（１）
基金项目：国家科技重大专项子课题 “ 海上稠油热采增效机理及方法研究 ” （２０１１ＺＸ０５０２４－００５ — ００８）；国家高技术研究发展计划 “ ８６３ ” 计划项目 “ 海上稠油注空气缓和催化氧化采油技术研究” （２００６ＡＡＯ９Ｚ３２５）作者简介：唐晓东（１９６３－），男，教授，１９８５年毕业于西南石油学院应用化学专业，１９９５年毕业于该校应用化学专业，获硕士学位，现主要从事稠油注空气提高采收率与催化改质降黏、石油天然气加工等方面的科研和教学工作。
２低温氧化反应机理
稠油低温氧化反应，是稠油与空气在油藏温度
ｔ以上，采出液含水率降低，采注比上升，经济效益
显著。在现场生产过程中，一般要求采出井Ｏ：浓
度必须低于５％Ｊ。因此，在注空气采油过程中，
条件下反应生成水、烃类含氧化合物、ＣＯ和ＣＯ的过程。目前，通常认为稠油低温氧化反应由加氧反应和脱羧反应组成＿９］，前者表示稠油与空气接

氧化催化体系对稠油组成及粘度的影响

第３８卷第１期氧化催化体系对稠油组成及粘度的影响３５定５０。

Ｃ的粘度。

为便于比较，测定了无催化剂时相同条件下稠油的粘度，根据反应前后稠油粘度计算降粘率。

四组分分析：采用ＦＩＤ／ＴＬＣ法测定稠油氧化前后的饱和烃、芳香烃、胶质和沥青质。

酸值分析：采用两相滴定法测定酸值。

２实验结果与讨论２．１氧化催化荆体系ＰＹ—ｓＮ—ＰＮ正交实验配方优化酸值大小可以反应原油的氧化程度，粘度表征氧化后产物的流动性能。

本文分别从酸值和粘度大小筛选优化配方。

在进行酸值正交实验时考察了分散剂的影响，选择了氧化剂、催化剂、质子供体以及分散剂为原料，而在粘度的正交实验中不加分散剂，即只有氧化剂、催化剂和质子供体。

氧化剂ＰＹ的三个水平的质量分率分别为１．Ｏ％、２．０％和３．０％，质子供体ＰＮ的三个水平分别为０．５％、１．Ｏ％、２．０％。

催化剂·ＳＮ三个水平分别为０．５％、１．０％和２．０％。

分散剂ＸＴ为０．０５％、０．１０％、０．１５％。

注：ｘＯ—ｌ【３对应于酸值分析，如’一Ｋ３’对应于粘度分析。

稠油含水率控制在２５％（质量分数），反应温度为１００℃、时间１２ｈ。

酸值和粘度的正交实验结果列于表１、表２。

根据表２可以看出，氧化剂对粘度的影响最大，极差达到６３．５；其余两个因素对粘度的影响较小，平均极差分别为１５．０和１９．５。

对于氧化剂ＰＹ，第一水平最好，选择加量１％；对于催化剂ＳＮ，加量选择２．０％；对质子供体ＰＮ，第一水平降粘效果最好，选择０．５％。

对于降粘来说，催化体系的最佳配方为：１．０％ＰＹ＋２．Ｏ％ＳＮ＋０．５％ＰＮ，称作Ｌ３氧化剂。

根据酸值试验结果知：由极差Ｋ０知，质子供体对酸值的影响最大，极差为６．１５，其次是催化剂和氧化剂，分散剂的影响较小，可选０．０５％一０．１５％，它的加入有利于氧化体系在稠油中分散均匀，氧化效果好。

从产物酸值考查，优化配方为１％一３％ＰＹ＋ｌ％一２％ＳＮ＋２％ＰＮ＋０．０５％一０．１５％ＸＴ。

开发超稠油中低温氧化注空气蒸汽辅助重力泄油技术的运用

220当前SAGD技术已经成为超稠油开发最常用、最主要的技术，得到了国内外大范围应用。

为了保障SAGD 发挥最大价值，井底蒸汽的干度就必须超过70%，且体积也要达到一定水平。

1 室内实验1.1 超稠油的氧化特征根据氧气特征使用TGA/DSC热分析仪得出不同条件下（包括升温速度与注气速度）的超稠油氧化特点。

随后依据氧化中稠油释放的热量、原油损适量得出空气与原油反应动力学参数。

实验中的温度上升速度为每分钟2℃与每分钟5℃。

空气的注入速度为每分钟30mL与每分钟50mL。

加热温度在25至600℃与25至350℃。

随后在实验器皿坩埚放入20mg原油进行测试。

内容为热失重、热失重速率、热流，这些内容都是TGA/DSC曲线[1]。

首先是不同温度下的超稠油氧化特点。

在200℃条件下时，热流相对较稳，其意味着此时的低温反应很慢，无热流曲线放热。

在温度来到200至350℃区间出现放热风，意味着此时低温氧化效率加快。

在到达350至480℃时，失重曲线与热流曲线出现波动与台阶，其代表的是此时超稠油出现裂解反应。

温度到达480至540℃时，热流曲线出现非常突出的放热峰，意味着此时的氧化反应非常剧烈，表示此时原油正在燃烧。

其次是不同注气条件下的超稠油氧化变化。

不同注气速度失重曲线时近乎相同的，其表示的是在失重台阶相同条件下注气速度对超稠油氧化影响很小。

1.2 超稠油氧化变化本次实验的目的是在确认油藏压力的基础上获知不同温度与空气油比下超稠油黏度变化。

使用SressTech流变仪展开了对不同温度、空气油比超稠油黏度测试，结合结果得知，在同等空气油比条件下，温度越高，那么超稠油的氧化速度就越有效率。

此时超稠油黏度会大幅度变化。

在同等温度条件下，空气油比的变化也会影响超稠油氧化效率[2]。

可知二者与超稠油的氧化都有很大联系。

在150至250℃之间，超稠油开始出现氧化，在出现较大物性变化时，超稠油芳烃与饱和烃开始减少，超稠油依附到岩石，有着较差的粘性。

原油组分低温氧化机理和反应活性实验研究

机理和反应活性实验研究
陈振亚，牛保伦，汤灵芝，张亮，黄海东，任韶然
（１．中国石油大学（华东）石油工程学院，山东青岛２６６５５５；２．中原油田分公司，河南濮阳４５７００１；３．胜利石油管理局，山东东营２５７０６１）
ｈｅｘａｄｅｃａｎｅ，ｗａｘ，ａｎｔｈｒａｃｅｎｅａｎｄａｓｐｈａｌｔｅｎｅｓ）ｗｅｒｅｐｒｅｆｏｒｍｅｄｔｏｉｎｖｅｓｉｔｇａｔｅｈｅｔｏｘｉｄａｔｉｏｎａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｉｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．Ａｔｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｕｒｔｅｓ（７０～９０ｏＣ），ｌｉｇｈｔｏｉｌｃｏｍｐｏｕｎｄｓ（ｎ — ｈｅｘａｄｅｃａｎｅａｎｄａｎｔｈｒａｃｅｎｅ）ｃａｎｂｅ
摘
要：分析了原油和原油组分低温氧化的机理，通过实验进行了不同油品低温氧化反应，考察了氧化反应前后原油族组成
的变化，并研究了单组分（正十六烷、蜡、蒽、沥青质）在不同温度下的低温氧化速率和反应活性，得出了不同原油组分的低温
氧化反应的活化能。结果表明，稠油较轻质油有更好的氧化反应活性，在较低温度下稠油更容易被氧化，原油中不同组分及含量是影响氧化反应活性和氧化反应速率的重要因素，重组分的沥青质和长链烷烃在低温下（７Ｏ～９０ｏＣ）氧化活性较高，正十六烷和蒽反应活性较之重组分低。揭示了原油组分低温氧化反应机理以及不同组分氧化反应活性的区别，为油田注空气工艺方案设计提供基础。关键词：注空气；低温氧化；氧化反应活性；四组分分析；原油组分

低渗透油藏空气驱原油氧化机理实验

㊀㊀收稿日期:20210909;改回日期:20220315㊀㊀基金项目:中国石油重大科技项目二三结合协同提高采收率关键技术研究 (kt2021-07-03)㊀㊀作者简介:滕卫卫(1978 ),男,高级工程师,2002年毕业于石油大学(华东)石油工程专业,现主要从事非常规油气提高采收率研究工作㊂DOI :10.3969/j.issn.1006-6535.2022.03.015低渗透油藏空气驱原油氧化机理实验滕卫卫,吴庆祥,胡晓蝶,王晓光,程宏杰,朱桂芳(中国石油新疆油田分公司,新疆㊀克拉玛依㊀834000)摘要:为深入探究低渗透油藏空气驱开发过程中原油的氧化特征及其影响因素,评价其驱油效果,以新疆油田低渗透油藏为研究对象,开展原油组分分析㊁原油氧化特征㊁空气驱及空气泡沫驱等实验,系统研究了不同条件下原油氧化特征及规律㊂实验结果表明:相同条件下,油砂比纯油样静态氧化反应速率大,反应充分,且反应速率与反应压力㊁温度㊁作用时间呈正相关;油藏温度下,原油经历氧化反应后轻重比减小,主峰碳增加;反应温度对空气驱原油动态氧化特征有较大影响,温度越高耗氧量越大,反应越充分;空气驱具有较好驱油效果,但易发生气窜;泡沫驱可有效封堵气窜通道,扩大空气波及体积,改善空气驱效果㊂研究成果对空气驱理论研究及应用具有借鉴意义㊂关键词:低渗透油藏;空气驱;氧化机理;氧化特征;驱油效果;实验研究中图分类号:TE31㊀㊀文献标识码:A ㊀㊀文章编号:1006-6535(2022)03-0104-08Experiment on Oxidation Mechanism of Crude Oil by Air Flooding in Low permeability ReservoirsTeng Weiwei ,Wu Qingxiang ,Hu Xiaodie ,Wang Xiaoguang ,Cheng Hongjie ,Zhu Guifang(PetroChina Xinjiang Oilfield Company ,Karamay ,Xinjiang 834000,China )Abstract :In order to deeply investigate the oxidation characteristics of crude oil and its influencing factors duringthe development by air flooding of low permeability reservoirs and evaluate its oil displacement efficiency ,experi-ments on crude oil component analysis ,oxidation characteristics of crude oil ,air flooding and air -foam flooding were conducted to systematically study the oxidation characteristics and laws of crude oil under different conditions ,taking the representative reservoirs of low permeability in Xinjiang Oilfield as the study object.The experimental re-sults showed that ,under the same conditions ,the static oxidation reaction rate of oil sand was higher than and the reaction was more sufficient than that of pure oil sample ,and the reaction rate was positively correlated with the re-action pressure ,temperature and action time ;at the reservoir temperature ,the weight ratio of crude oil after oxida-tion reaction decreased ,and the main peak carbon increased ;the reaction temperature had a great influence on the dynamic oxidation characteristics of crude oil in air flooding ,the higher the temperature ,the greater the oxygen consumption and the more sufficient the reaction ;the air flooding was effective in oil displacement ,with gas chan-neling easy to occur ;the foam flooding could effectively block the gas channeling channel ,expand the air swept volume ,and improve the air flooding effect.The study results have an exemplary significance regarding the theoreti-cal research and application of air flooding.Key words :low permeability reservoir ;air flooding ;oxidation mechanism ;oxidation characteristics ;oil displace-ment effect ;experimental study0㊀引㊀言准噶尔盆地低渗透油藏注水开发整体效果较差,普遍存在注水困难的问题,有必要开展更经济有效的开采试验㊂许多研究表明[1-6],注气开发是改善低渗透油藏开发效果的一种有效技术手段,因低渗透油藏的吸气能力大于吸水能力,注气更容易在地层中形成有效压力驱替系统㊂而空气因其资㊀第3期滕卫卫等:低渗透油藏空气驱原油氧化机理实验105㊀㊀源丰富㊁不受地域限制㊁成本低廉等优点被广泛用于石油注气开采[7-8]㊂经过多年矿场实践,空气驱已成为提高低渗透油藏采收率极具发展前景的技术之一[9-15],其主要包括高压空气驱㊁空气泡沫驱和稀油注空气点火开采㊂空气驱的主要机理包括3个方面:一是注气可以增加地层能量,减少举升成本;二是空气与原油在地层条件下发生低温氧化反应,反应中放出的热量可降低原油黏度,同时生成的CO 2溶解于原油后,使原油体积膨胀㊁原油黏度降低;三是低温氧化反应生成的CO㊁CO 2以及轻质组分等与空气中N 2组成烟道气,在适合条件下可与原油形成混相或近混相驱,具有较好的驱替效果[16-18]㊂上述作用机理中原油低温氧化作用是空气驱的关键因素之一㊂为深入探究空气驱过程中原油的低温氧化特征及其影响因素,开展原油组分㊁原油与空气静动态氧化动力学等室内实验,研究不同条件下耗氧量㊁氧化速率㊁原油组分等变化特征,研究结果可为空气驱油藏工程设计等相关研究奠定基础㊂1㊀实验部分1.1㊀实验材料实验油样选自新疆油田4个区块(A1㊁A2㊁A3㊁A4),为脱水原油,原油黏度和油藏基础参数见表1㊂实验所用空气来自压缩机产生的高压空气㊂静态氧化实验用砂采用经过洗油㊁研磨㊁筛选等流程处理后的真实岩心,将原油与水㊁处理后岩心样品按一定比例均匀混合配制,得到实验用人造油砂;动态驱替实验采用80~120目石英砂㊂表1㊀油藏基础参数和原油黏度数据1.2㊀实验装置1.2.1㊀静态氧化实验装置原油静态氧化实验设备包括高压恒温静态氧化装置㊁气体分析仪等㊂其中,高压恒温静态氧化装置由高压反应器㊁恒温油浴箱㊁反应控制器㊁数据采集系统等部分组成(图1),主要用于模拟一定条件下原油与空气的静态反应过程;气体分析仪主要用于检测氧化反应后O 2㊁CO 2等气体含量,测量精度为0.1%㊂1.2.2㊀动态氧化模拟实验装置动态氧化模拟实验装置及流程详见图2㊂装置的核心部分是模型本体,即填砂氧化管,几何尺寸为Φ25mm ˑ700mm,最高工作压力为32MPa,最高工作温度为350ħ,用于模拟储层条件㊂其他组件包括注气单元㊁数据采集单元和采出液分离与计量等部分㊂其中,注气单元由高压空气瓶(用于提供空气气源)㊁增压泵㊁中间高压容器和流量计等设备组成,可以实现实验过程中注气强度的调整,图1㊀高压恒温静态氧化实验装置示意图Fig.1㊀The schematic diagram of static oxidation experimentaldevice with high pressure and constant temperature以及对注入气量的精确控制与计量;数据采集单元由温度传感器㊁数据采集卡等元件组成,可以实时显示并记录实验过程中温度变化等数据;采出液分离与计量单元由回压阀㊁红外气体分析仪㊁便携式氧气分析仪等组成,可以实现产出油㊁气精确计量,以及O 2㊁CO 2等气体含量分析㊂㊀106㊀特种油气藏第29卷㊀图2㊀注空气动态氧化模拟实验流程示意图Fig.2㊀The flow chart of dynamic oxidation simulation experiment of air injection1.3㊀实验步骤与计算方法1.3.1㊀实验步骤静态氧化实验:①将脱水原油和人造油砂分别放入高温高压反应器内㊂②按图1连接好实验流程,持续向反应器内注入空气,直至压力升至20.0MPa,检测流程中管线㊁各连接头和开关处的密闭性㊂③待油浴恒温箱温度稳定在油藏温度后,向反应器内通入气体直至油藏压力,将反应器放入油浴中,反应过程中通过传感器监测温度㊁压力的变化并作好记录㊂④待反应器压力稳定后,用气样袋收集产出气体,利用气体分析仪检测气体中CO 2与O 2的体积分数㊂动态氧化实验:①将装满岩心的填砂氧化管在负压下抽成真空,自吸式饱和水,测定孔隙体积和孔隙度;按图2将填砂氧化管模型接入驱替实验流程,并进行全流程耐压性能测试㊂②开始油驱水实验,过程中记录时间㊁产液量等信息,直至填砂氧化管出口端无水产出,计算含油饱和度和束缚水饱和度㊂③按设计流量向填砂氧化管中注入空气,记录驱替过程中不同时刻填砂氧化管两端压差㊁产量(产油量㊁产气量等)数据,同时收集产出气体,进行气体成分分析,重点关注O 2和CO 2㊂④待空气驱阶段填砂氧化管出口端基本上不见油后,开始注入发泡剂段塞,然后继续注入空气,直至出口端基本不出油终止实验;驱替过程中实时记录填砂氧化管两端压力㊁产量(产水量㊁产油量等)数据,同时收集产出气体,进行气体成分分析㊂⑤空气泡沫驱后,原油与空气静态反应125h,然后进行气体成分分析㊂1.3.2㊀计算方法(1)氧化反应速率计算㊂低温氧化反应方程式可以简化为:C n H 2n +2+c O 2ң2c -12CO 2+H 2O +C n -1H 2n ν=x Vt (1)x =c (n 1-n 2)0.5(2)c -2c -12=0.5(3)式中:n 1㊁n 2分别为反应前㊁反应后注入实验设备中气体物质的量,mol;c 为气体物质的量,mol;x 为反应前后气体物质的量的变化量,mol;ν为气体氧化反应速率,mol /(h㊃mL);V 为原油体积,mL;t 为反应时间,h㊂(2)氧气消耗率(简称耗氧率)计算公式为:φ=(m 1-m 2)/m 1(4)式中:φ为耗氧率,%;m 1为注入的氧气量,mL;m 2为未消耗的氧气量,mL㊂根据气体流量计读数和实验持续时间可计算出注入气体中O 2的总量,另计算出产出气体㊁溢出气体㊁反应器和油水分离器中含有O 2的量,两者之差就是消耗氧气的量,其与注入的氧气量之比就是耗氧率㊂以注入空气进入填砂管内为开始时刻,到模型产出端产出气体为截止时刻,这段时间为空气滞留时间㊂空气滞留时间计算公式为:T =V ϕ/Q(5)式中:T 为空气滞留时间,h;V ϕ为孔隙体积,mL;Q 为空气流量,mL /h㊂㊀第3期滕卫卫等:低渗透油藏空气驱原油氧化机理实验107㊀㊀2㊀实验结果分析2.1㊀静态氧化特征分析2.1.1㊀脱水原油低温氧化实验产出气体中O 2体积分数㊁压降速率㊁氧化反应速率数据见表2㊂结果表明,静态氧化反应后产出气体中O 2体积分数为15.7%~19.7%,4组油样在油藏温度下的耗氧量都比较小,主要原因可能是较低温度下原油中参与氧化反应的活性成分较少㊂A1㊁A4油样的压降速率和氧化速率相对较大,表明氧化反应发生程度较大㊁速度较快㊂表2㊀脱水原油低温氧化实验数据2.1.2㊀油砂样品低温氧化实验为了更好地表征油藏条件下原油低温氧化性能,在脱水原油实验基础上,选取静态氧化速率最低的A2㊁氧化速率最高的A1和中间氧化速率的A4脱水原油分别制备油砂样品,开展低温氧化实验(表3)㊂由表3可知:A1油砂样品氧化反应最充分,产出气体中O 2体积分数最低㊁CO 2体积分数最高,氧化反应速率最大,氧化特性最好㊂其次为A2油砂样品,产出气体中O 2体积分数为3.2%㊂与纯油样相比,相同实验条件下,油砂样品的静态反应速率更大㊁反应更充分㊂这主要是由于地层砂粒增加了原油与空气的接触面积,从而在较短时间发生充分的氧化反应,氧化反应速率明显增大㊂因此,在实际油藏多孔介质中,原油与注入空气发生氧化反应将会有更高的氧化反应速率㊂表3㊀油砂样品静态氧化实验数据2.1.3㊀氧化反应速率的影响因素分析选择氧化反应速率快㊁氧化特性较好的A1脱水原油样品开展了多组低温静态氧化实验,研究压力㊁温度等因素对氧化反应速率的影响㊂(1)压力对氧化反应速率的影响㊂保持实验温度为77ħ(A1区块油藏温度)不变,在压力为13㊁18㊁23MPa 条件下开展静态氧化实验,实验结果见图3㊂由图3可知:低温氧化反应速率随着压力增加而增大,但增幅逐渐变小㊂分析认为这是由于反应压力越大,氧气的分压就越高,在相同接触面积上,氧气物质的量浓度将会增大,原油中溶解的氧气物质的量浓度也在增大,这些因素促使原油更易与空气发生氧化反应,导致氧化反应速率有所增大㊂(2)温度对氧化反应速率的影响㊂在保持压力基本不变的条件下,采用阶梯式升温方法逐步升图3㊀氧化反应速率与压力关系曲线Fig.3㊀The relationship curve of oxidationreaction rate varying with pressure高反应器中原油的温度,在初始反应温度分别为77㊁97㊁117ħ条件下开展静态氧化实验,实验结果见表4㊂由表4可知:初始温度为77ħ时,9h 内反应器内压力由23.3MPa 下降至22.9MPa,氧化㊀108㊀特种油气藏第29卷㊀速率为23.1ˑ10-5mol /(h㊃mL);初始温度为97ħ时,9h 内反应器内压力由23.3MPa 下降至22.8MPa,氧化速率为24.5ˑ10-5mol /(h㊃mL);但当初始温度升高至117ħ时,20h 内压力由24.1MPa大幅下降至20.8MPa,氧化速率达到71.5ˑ10-5mol /(h㊃mL),低温氧化速度明显加快㊂分析认为主要是随着温度的逐步升高,原油中可能会有新的组分参与了氧化反应,或者是原油中某些组分在低温下氧化生成新物质后不再参与反应,但这些组分在高温下又参与氧化反应㊂表4㊀不同初始温度下原油氧化反应速率实验结果2.1.4㊀原油组分氧化反应规律分析选取氧化特性较好的A1脱水原油样品为研究对象,在油藏温度(77色谱分析与4组分测定法,对比原油与空气氧化反应前后气相色谱的特征参数与组分特性(图4㊁表图4㊀油样氧化反应前后气相色谱图Fig.4㊀The gas chromatogram of oil sample before and after oxidation reaction表5㊀A1油样氧化反应前后4组分等含量对比前的96.29%降至反应后的94.49%(芳香烃和饱和烃分别降低了0.26和1.54个百分点),胶质和沥青质相对含量由反应前的3.71%增至反应后的5.51%,表明油藏温度下,芳香烃㊁饱和烃等轻质组分经低温氧化反应后转换成重质组分㊂原油轻重比(ðn C 21-/ðn C 22+)表示的是低碳数正构烷烃含量总和与高碳数正构烷烃含量总和的比值,主峰碳则代表原油中含量最高的正构烷烃,一般来说轻重比越高,主峰碳越小,原油品质越好㊂由表5可知,原油在经历低温氧化后,轻重比由原来的2.45减小至2.22,主峰碳由n C 15增加至n C 17,原油品质略微变差,这与4组分分析数据是一致的㊂另外,奇偶优势通常用奇偶优势比(OEP )来表示,该值明显大于1.0时认为有奇碳优势,明显小于1.0时具有偶碳优势㊂由表5可知:在低温氧化前后,原油一直保持略呈奇碳优势,比值始终为1.11,表明原油中奇数碳与偶数碳在低温氧化过程中氧化的难易程度相近㊂2.2㊀动态氧化驱替实验选取氧化特性较好的A1脱水原油样品开展了含油饱和度为64.36%的填砂管空气驱替实验,㊀第3期滕卫卫等:低渗透油藏空气驱原油氧化机理实验109㊀㊀在空气驱替㊁空气泡沫驱替不同阶段对采出气性质进行跟踪分析,同时对不同方式效果进行了评价㊂2.2.1㊀泡沫剂筛选泡沫剂通常是由起泡剂主剂和添加剂组成㊂起泡剂主剂主要是一些阴离子型或非离子型表面活性剂,起发泡作用㊂另外,在泡沫体系中通常加入适量的添加剂,起到增大发泡体积和延长泡沫寿命的作用㊂研究中以阴离子型表面活性剂为主剂,通过添加水溶性聚合物作为稳泡剂增加泡沫体系稳定性,延长泡沫存在时间,自主研制了HD -1㊁HD -2㊁HD -3和HD -4共4种不同泡沫剂体系㊂通过对4种泡沫剂的起泡体积㊁半衰期㊁耐温性等进行评价,筛选出性质较优的泡沫剂作为动态驱替实验用剂㊂对4种发泡剂在不同温度㊁不同矿化度下的发泡体积和半衰期进行了测定,实验结果见表6㊂从4种泡沫剂的起泡体积来看,起泡性能均表现为良好,起泡能力差别不大,HD -1泡沫剂起泡体积相对优于其他3种㊂但温度对泡沫剂的半衰期有较大影响,高温下4种泡沫剂的半衰期明显缩短,相对来说,HD -1泡沫剂在高温㊁高矿化度下半衰期优于其他3种㊂因此,确定HD -1泡沫剂更适合于高温高矿化度油藏条件的空气泡沫驱㊂表6㊀不同温度㊁不同矿化度泡沫剂起泡体积㊁半衰期实验结果2.2.2㊀动态氧化驱替实验在油藏温度(77ħ)条件下,利用动态氧化模拟实验装置开展了1组驱替实验㊂填砂管模型原始含油饱和度为79.9%,孔隙度为28.2%,渗透率为11.5mD㊂从驱替实验过程可以看出,开始空气驱后不久就发生了气窜,实验产出尾气中O 2体积分数由17.4%提高至20.8%,CO 2体积分数由0.5%下降至0.3%㊂由于空气驱过程中较早出现气窜,致使注入的空气在模型中波及范围较小,空气与部分原油不能充分接触,整体上氧化反应程度较低,产出气中O 2㊁CO 2体积分数实验结果见表7㊂当空气驱过程中发生气窜时,向模型中注入泡沫体系,开始空气泡沫驱㊂随着实验开展,产出气中O 2体积分数逐渐下降,最终稳定在19.8%㊂通过分析可知,注入的泡沫体系在模型中发挥了封堵作用,有效扩大了模型中原油和氧气的接触面积与作用时间,让低温氧化反应更为充分㊂表7㊀驱替实验各阶段产出气体成分体积分数Table 7㊀The composition and content ofproduced2.2.3㊀反应温度对氧化特征的影响在空气泡沫驱替实验结束后,逐渐升高模型温度,分别在温度为90㊁100ħ条件下稳定125h,对应测量产出气中的O 2和CO 2体积分数,实验结果见表8㊂由表8可知:反应温度对原油动态氧化特表8㊀不同温度实验后产出气体成分体积分数Table 8㊀The composition and content of produced 征有较大影响,原油与空气的接触时间越长耗氧量越大,当温度从90ħ升高到100ħ时,实验产出气中O 2体积分数由10.3%下降至6.5%,CO 2体积分数由3.6%上升至7.8%㊂2.2.4㊀空气驱/空气泡沫驱驱油效果评价按空气驱动态氧化实验流程图(图2)连接好实验系统,开始空气驱/空气泡沫驱实验,实验参数见表9㊂图5为注空气/泡沫驱实验累计产液量㊁累计产油量曲线㊂由图5可知,空气驱过程中一直无水产出,累计产液量与累计产油量数据相同,曲线表现为随着注入孔隙体积倍数增加而增大,特别是在空气驱开始阶段,增加幅度和速度较快㊂当气窜发生后(即空气注入量达到0.41倍孔隙体积),产油量增幅明显变缓㊂开展泡沫驱后,产液量迅速提高,产油量有一定幅度增加,驱油效果得到改善㊂㊀110㊀特种油气藏第29卷㊀表9㊀注空气动态氧化实验主要参数图5㊀空气驱/空气泡沫驱实验累计产液量和产油量曲线Fig.5㊀The cumulative liquid production and oil productioncurve of air flooding/air-foam flooding experiment 图6为注空气/泡沫驱实验驱油效率曲线㊂由图6可知:目标油藏空气驱有较好效果;空气驱驱油效率随注入空气体积的增加而增大,初期驱油效率增加速度较快,当气窜发生后(即空气注入量达到0.41倍孔隙体积),驱油效率增幅明显变缓,当注入量达到2.48倍孔隙体积时,空气驱结束,驱油效率达到55.38%,表明低渗油藏空气驱具有一定可行性;空气驱效果较差情况下,通过注入泡沫体系,驱替剖面能够得到有效调整,注入空气波及体积进一步扩大,可以将驱油效率在空气驱基础上提高至70.77%,驱油效率增幅达到了15.39百分点,增油效果得到明显改善;空气泡沫驱后继续开展水驱,但水驱未能进一步提高驱油效率㊂图6㊀注空气/泡沫驱实验驱油效率曲线Fig.6㊀The oil displacement efficiency curveof air injection/foam flooding experiment 3㊀结㊀论(1)相同实验条件下,油砂样品与纯油样相比,前者静态反应速率更大㊁反应更为充分;静态氧化速率与压力㊁温度㊁时间呈正相关;A1油砂样品氧化反应速率最大,产出气体中O2体积分数最低,氧化特性最好㊂(2)在油藏温度下,氧化反应后原油中轻质组分(芳香烃和饱和烃)含量有一定幅度下降,胶质㊁沥青质含量和氧元素含量有一定幅度增加;原油经历低温氧化后,轻重比减小,主峰碳增加㊂(3)反应温度对原油动态氧化特征有较大影响,当温度从90ħ升高至100ħ时,产出气中O2体积分数由10.3%下降至6.5%,CO2体积分数由3.6%上升至7.8%㊂(4)空气驱发生气窜后,通过注入泡沫体系可有效封堵气窜通道,扩大空气波及体积,使原油和空气中的O2发生更为充分反应,改善空气驱效果;在空气驱基础上,通过注入泡沫体系可提高驱油效率15.39百分点,最终驱油效率可达70.77%㊂参考文献:[1]曹学良,郭平,杨学峰,等.低渗透油藏注气提高采收率前景分析[J].天然气工业,2006,26(3):100-102.CAO Xueliang,GUO Ping,YANG Xuefeng,et al.An analysis of prospect of EOR by gas injection in low-permeability oil reservoir [J].Natural Gas Industry,2006,26(3):100-102. 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低渗透油藏减氧空气驱原油低温氧化机理研究

低渗透油藏减氧空气驱原油低温氧化机理研究低渗透油藏是指渗透率较低的油藏，其开发难度较大。

为了提高低渗透油藏的采收率，研究人员常常采用各种驱油方法，其中低温氧化驱是一种有效的方法之一。

本文将以低渗透油藏减氧空气驱原油低温氧化机理为主题，探讨该方法的原理和效果。

低温氧化驱是一种通过注入低温氧化剂来改变油藏物理化学性质，从而提高原油采收率的方法。

其中，减氧空气是一种常用的低温氧化剂。

在低温条件下，减氧空气能够与原油中的烃类物质发生氧化反应，使其分子量降低，降低原油的粘度，提高流动性，从而实现更好的采收效果。

低渗透油藏的特点是渗透率低，油层中原油与岩石之间的接触面积小，原油流动性差。

传统的水驱和气驱方法对于低渗透油藏的开发效果不佳。

而低温氧化驱能够通过降低原油粘度，改善原油流动性，提高采收率。

低温氧化驱的机理主要有以下几个方面：1. 烃类物质氧化：减氧空气中的氧气能够与原油中的烃类物质发生氧化反应，使其分子量降低，降低原油的粘度。

这种氧化反应主要是通过自由基的生成和反应来实现的。

2. 氧化反应的热效应：低温氧化驱过程中，氧化反应是一个放热反应，可以提供一定的热量。

这种热效应可以改善原油的流动性，促进原油在油层中的流动。

3. 渗流改善：低温氧化驱能够改变油藏的物理化学性质，使原油的渗流能力得到提高。

通过降低原油的粘度和改善原油的流动性，能够使原油在油层中更容易渗流，提高采收率。

低温氧化驱的工艺流程一般包括以下几个步骤：1. 准备减氧空气：减氧空气是低温氧化驱的关键。

减氧空气一般是通过空气分离装置获得，主要成分是氧气和氮气。

2. 注入减氧空气：将准备好的减氧空气注入到油藏中。

注入的方式可以是通过注气井或者注液井实施。

3. 氧化反应：减氧空气与原油中的烃类物质发生氧化反应，使其分子量降低，降低原油的粘度。

氧化反应一般是在低温条件下进行的。

4. 采收原油：经过一定时间的低温氧化驱，原油的粘度降低，流动性改善，可以通过常规的采油方法进行采收。

温度和气体对稠油物性的影响

艺研究及现场试验；张伟等［8］开展了气体溶解降黏实验；冯祥等［10］运用数值模拟手段，对比了多元热流体不同组成比例对热采吞吐效果的影响。但这些研究未对气体加量对体系饱和压力的影响、汽油比与饱和压力之间的关系、不同温度下气体对稠油黏度的影响等进行详细分析。笔者采用 PVT 分析仪测试了气体对稠油饱和压力和溶解气油比的影响；采用 Haake RS6000 流变仪的密闭系统，研究了温度及添加气体（N2、CO2）对渤海某油田稠油黏度的影响。
（1. 东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆 163318；2. 中国石油塔里木油田分公司油气工程研究院，新疆库尔勒 841000）
摘要：为明确多元热流体增产机理、优化多元流体组成，以便为科学编制多元热流体热采的工程方案提供技术支持，通过室内实验研究了温度和气体对渤海南堡油田稠油物性的影响。结果表明，在 56数 120℃范围内，含天然气稠油和脱气稠油黏度均随温度升高而迅速降低，温度升高到 120℃时的原油降黏率约为 92%，继续升高温度对稠油黏度的影响较小。在同等条件下，CO2比 N2更易溶解到原油中，尤其是在温度较低的条件下。过 120℃时稠油黏度增加。温度低于 160℃时，注入 CO2可以显著降低稠油黏度。将稠油加热至 80℃并注入天然气和 CO2体积比约为 2∶1 的混合气体至 16.86 MPa 可使稠油黏度降低 90%。通过升高温度和注入气体两种途径均可使稠油黏度大幅降低。考虑到注汽设备、热损失和注汽成本等因素，“适度加热，辅以注气”的开采技术可以达到较好的降黏效果，可用于海上稠油开采。图 2 表 3 参 10 关键词：稠油；温度；氮气；二氧化碳；黏度；渤海油田中图分类号：TE357.4 文献标识码：A DOI：10.19346/ki.1000-4092.2019.02.021

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Ｄ：１．８３．ｓ．６４０６２１．４０８ＯＩ０３６￣ｉｎ１７ —５８．０１０．２ｓ文献标识码：Ａ
空气低温氧化体系对稠油组成的影响术
唐晓东１，旭崔盈贤。，凯。郑存川，苏２，一杨，
１ “ 气藏地质及开发工程”国家重点实验室・南石油大学，．油西四川成都６００；２西南石油大学化学化工学院，１５０．四川成都６００；１５０３中海油研究总院，京东城１０２；４海洋石油高效开发国家重点实验室，．北００７．北京东城１０２００７
为环烷酸钴与锰的混合物，见前期研究文献［１。详１］所用药品正庚烷、、苯甲醇和过渡金属盐等均为分
氧化开采技术操作条件温和，集热采（油注蒸是稠
收稿日期：２１— ８１０００ — １网络出版时间：０１Ｏ一４２１一７Ｏ
西南石油大学学报（自然科学版）
２１年８月第３卷第４期０１３ＪｕｎｌｆｏｔｓＰｔｌｍｉｅｓｙＳｉｃ＆ＴｃｎｌｇｄｔｎｏｒａｏｕｈｔｅｒｅＵｎｖｒｉ（ｃｅｅｅｈｏｏｙＥｉｏ）Ｓｗｅｏｕｔｎｉ
４８％，．１胶质、沥青质总含量降低，重组分降解了１．％；７４环烷酸盐催化剂体系对稠油有良好的催化活性，９促进了稠油氧化和裂解；水在稠油空气低温催化氧化过程中起到了促进重组分裂解的作用。关键词：油；稠空气；温氧化；低催化氧化；族组成
实验用稠油来自辽河油田杜８０区块，其基本物性见表１实验采用的催化剂为实验室自制，。主要
降解［，晓东等对稠油注空气低温催化氧化降唐，
黏做了大量的实验研究［１。稠油注空气缓和催化８１－］
油机理于一体的新型、高效、低成本的稠油开采技
术。在稠油低温氧化过程中，油组成会发生变化，原原油性质也随之发生变化，油能否被采出，原原与油自身组成和化学性质有关。因此，对辽河油田针稠油进行空气低温氧化实验研究，考察了不同氧化体系对原油组分变化和性质的影响，对于深入研这究注空气低温氧化机理、提高稠油采收率具有实际
网络出版地址：ｈｔ／ｔｐ：ｗｗｗ．ｋ．ｅ／ｃｓｄｔｉ５．７８Ｔ２１７４０４．０．ｔ／ｃｉｔｍ／ｅａｌ１１１．Ｅ．０１００．９７０５ｈｍｌｎｎｋ／
唐晓东，旭，盈贤，．苏崔等空气低温氧化体系对稠油组成的影响［．Ｊ西南石油大学学报：】自然科学版，０１３（）１９１２２１，３４：４ — ５
基金项目：国家科技重大专项子课题 “ 海上稠油热采增效机理及方法研究 ” ２１Ｚ５２— ０— ０）（０１Ｘ００４０５０８。作者简介：唐晓东（９３）男（１６一，汉族）四Ｊ平昌人，，ＪＩ教授，主要从事石油天然气加＿、油开采等方面的科研和教学工作。Ｔ稠
摘
要：通过对辽河稠油进行低温氧化模拟实验，察了不同体系氧化反应前后气相组成、油组成及性质的改变考稠
情况。结果表明：油与空气发生的低温氧化反应属于吸氧反应，稠催化氧化反应使气体中氧气含量下降到２７％，．１消
耗了空气中８％的氧，７氧化使稠油酸值及黏度增大；加水催化氧化使稠油中胶质含量降低１．５沥青质含量上升３９％，
意义
重视。目前，稠油开采方法有掺活性水降黏、掺稀
油降黏、电热降黏、烧油层、汽吞吐及蒸汽驱火蒸
，
３ｌ
，
但以上技术装置投资大、成本高、油条件采
要求高，任何单一的稠油开采技术要大幅度提高且稠油最终采收率都很困难。空气因其气源丰富、受地域限制、本低廉不成
引Hale Waihona Puke 言稠油是石油烃类能源中的重要组成部分，常通估计稠油资源约为常规原油的１以上 …。随着０倍１轻质易采原油的不断采出，油开采日益引起各国稠
汽吞吐或驱替，油缓和氧化放热直接加热油层）稠、烟道气驱油、化降黏与表面活性剂驱油等４种采羧
等优点被用于石油开采。在以往的生产中，注空气技术主要是稠油的火烧油层开采技术【和轻质油藏］
注空气低温氧化提高采收率技术【５。对稠油氧化研５Ｊ
究主要是利用强氧化性的过氧有机物对稠油的氧化
１实验部分
１１实验材料和仪器．
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Ｖｏ．３Ｎｏ４Ａｕ．０１１３．ｇ２１
编辑部网址：ｔ／ｈｔ／ｐ：ｗｗｗ．ｕｂｔｍｓｗｐｘ．ｏ
文章编号：１７６４—５８（０１０ —０４ —００６２１）４１９４中图分类号：Ｔ６２Ｅ２