蒸气开采过程中金属盐对稠油粘度及平均分子量的影响_范洪富
影响稠油开采中蒸汽吞吐热损失的因素及改进
影响稠油开采中蒸汽吞吐热损失的因素及改进【摘要】稠油开采是一项重要的工艺，而蒸汽吞吐热损失是其中一个关键问题。
本文首先介绍了稠油开采的重要性，然后深入探讨了影响蒸汽吞吐热损失的因素，包括管道传热效率和地质条件等。
接着分析了蒸汽吞吐热损失的主要原因，并提出了改进技术手段，如提高传热效率和采用新型设备等。
结合实践案例展示了优化蒸汽吞吐热损失的效果。
总结了影响因素，强调了改进策略的重要性，展望了未来稠油开采技术的发展方向。
通过本文的研究，可以为稠油开采中蒸汽吞吐热损失问题提供参考和指导，促进相关技术的进步和优化。
【关键词】稠油开采，蒸汽吞吐，热损失，影响因素，改进技术，优化，实践案例，发展方向，建议，总结，改进策略，技术发展。
1. 引言1.1 稠油开采的重要性稠油开采是指对具有相对较高黏度和密度的油田进行开采的一种特殊技术，它通常需要借助蒸汽注入等方法来降低油的黏度，从而实现油田的有效开采。
稠油资源储量巨大，具有丰富的潜力，是我国战略性能源资源之一。
稠油开采对国家能源战略和经济发展具有重要意义，可以有效满足国内能源需求，并促进当地经济发展。
稠油开采的重要性体现在以下几个方面：稠油储量巨大，开采潜力大。
我国地质构造复杂，富有稠油资源，被誉为“稠油王国”。
充分开发稠油资源，可以有效增加我国的能源供给量，对国家能源安全具有重要意义。
稠油开采可以促进当地经济发展。
稠油资源的开发利用，不仅可以创造就业机会，促进经济增长，还可以带动相关产业的发展，形成产业链条，推动当地经济的腾飞。
稠油开采可以促进能源结构的优化和调整。
随着传统能源的消耗和排放问题日益凸显，发展清洁能源成为当务之急。
稠油开采技术的不断进步和完善，有助于推动我国能源结构向清洁、高效、可持续方向转变。
稠油开采对国家经济和能源安全具有重要意义，发展稠油资源是我国能源战略的重要组成部分。
进一步研究稠油开采中蒸汽吞吐热损失的影响因素，并寻找改进的技术手段，对于提高稠油开采效率和促进能源产业发展具有重要意义。
稠油开采技术
这主要是由于高温高压蒸汽的热溶解作用和冲刷
作用，可以把井筒附近钻井颗粒等堵塞物溶解掉或
冲洗到底层深处去，使井筒附近渗透率提高。
3. 热膨胀作用。 原油受热产生体积膨胀，会把一部分原油从地 层孔隙中挤出，增加了驱替作用。 4. 气驱作用。 当向地层注蒸汽时，温度升高，原油当中的溶 解气即轻质组分被汽化并产生体积膨胀，形成溶解 气驱，使驱油能量增加。
力和蒸汽温度。
3. 饱和水、饱和蒸汽及蒸汽干度。当水沸腾汽化后， 汽化电水分子与回到水中的水分子数相等时达到动 态平衡，这种状态成为饱和状态。处于饱和状态的
蒸汽和水成为饱和蒸汽和饱和水。饱和蒸汽的体积
所占饱和水与饱和蒸汽体积之和的百分数成为蒸汽
干度。
4. 吞吐周期。是指从向油层注汽、焖井、开井生产
5. 重力驱作用增加。 蒸汽被逐日到地层以后，就会上升到地层顶部， 同时凝析液和被加热的原油靠重力作用流到井底被 采出，这时油层留下的空间又马上被蒸汽、水及从 冷带流入的原油充满。由于蒸汽不断注入蒸汽带中，
蒸汽带不断向垂向及横向发展，知道整个油层，原
油重力驱作用比注蒸汽前明显增加。
1. 蒸汽注入速度的影响。 当注入相同数量的蒸汽时，如果注入速度低， 由于热量散失会使储存在油层中的热能减少，油层 加热半径就小，受热降粘的可采出油量就减少。若 注入的速度高，可以减少热能的损失，则油层的加 热半径大，受热降粘的可采出油量就多，吞吐效果 好。但蒸汽注入速度要受注汽设备和地层压力的限 制，只能在允许的条件下尽可能提高蒸汽注入速度。
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1、稠油的概念
1.1稠油的基本特点 1.2影响稠油粘度的因素 2、稠油开采的方法 2.1稠油常规开采
化学助采提高蒸汽吞吐效果研究
化学助采提高蒸汽吞吐效果研究摘要：从实际，出发对化学助采提高蒸汽吞吐效果内容进行分析，希望通过研究后能够给有关的工作人员提供一点参考，从而促进我国石油事业的发展。
关键词：化学助采;蒸汽吞吐;效果;研究1 高升油田蒸汽吞吐后期开发存在问题①采出程度高，地层压力低：高升油开采程度比较高且会导致地层出现严重的亏空问题，从而造成了油层压力的下降，进而造成了整个油田的返排能力非常差，整体产量比较低;②原油黏度高，渗流阻力大：油井在开采的过程中经过了多轮吞吐之后，轻质组分会直接经过蒸馏采出，地层结构中的原油所占比例在逐渐的增大，黏度也会上升，这就出现了流动性差的问题;③束缚油难驱动：高升油田油藏一般来说埋深比较深，原油处在油层的孔隙中，在经过了多轮的吞吐之后，近井区域中的油田开采比较顺利，而在深部孔隙内的油藏却无法顺利的开采，在深处的孔隙内因为毛细管力的影响而造成了无法驱动，开采效果也会比较差。
2 采取技术路线2.1 自生气技术，补充地层能量蒸汽吞吐添加剂、三元复合助采技术的应用都会直接造成地层内产生过量的气体，二氧化碳的所占比例比较大，可以保持地层中的压力平衡，并且能够占据孔隙空间，为地层补充更大的能量，从而可以形成气体的驱动力，驱油效果也能够得到提升。
2.2 滴注降黏，降低原油黏度应用滴注降黏剂随着蒸汽直接注入到油层中，降黏剂可以均布的分布到蒸汽中，进行稠油加热处理的过程中，降黏剂能够直接与原油接触，此时可以扩大降黏剂的影响范围，最终可以达到黏度下降的效果，原油具有高流动性，开采也能够顺利完成。
2.3 高效驱油技术，驱替孔隙内束缚油使用蒸汽吞吐添加剂、高效驱油剂等能够实现地层孔隙的驱替，并且可以对残余油进行洗油处理，可以大大提升供液能力，消除毛细管力，从而可以增强流动性。
由于其具有较强的吸附性，可以直接吸附在岩石的表层，从而可以形成网状的结构形式，大大提升了原油的渗流能力，提升流动性，开采量得到提升。
2.4 泡沫调剖，提高储层动用程度高效表面活性与蒸汽可以形成大量的泡沫，进而可以将油层高吸汽层封堵，然后进行吸汽剖面的调整处理，可以有效的叩打蒸汽扫油面积，从而提升了利用率。
注蒸汽稠油开采技术
2018年04月注蒸汽稠油开采技术李光林(辽河油田国际事业部,辽宁盘锦124000)摘要：热处理油层采油技术是通过向油层提供热能，提高油层岩石和流体的温度，从而增大油藏驱油动力，防止油层中的结蜡现象，降低油层流体的黏度，减少油层渗流阻力，达到更好地开采稠油和高凝油的目的。
常用的热处理油层采油技术主要有注热流体和火烧油层两类方法。
其中注热蒸汽处理油层采油方法根据其采油工艺特点，主要包括蒸汽吞吐和蒸汽驱动两种方式。
关键词：稠油开采；稠油特点；注蒸汽；热力采油全球稠油储量十分丰富，稠油储量是常规油的三倍以上，占全球石油剩余资源的70%。
全球范围内稠油主要分布在加拿大、委内瑞拉、美国、中国、前苏联，印尼等地区。
在国内1982年蒸汽吞吐在辽河油田高升采油厂首次试验成功，之后逐渐成为最主要的稠油开发技术，自85年起我国陆续建成了辽河、胜利、新疆、河南四个稠油开发基地，开发总地质储量超过8亿吨1稠油特点1.1稠油油藏特征[1]油藏埋藏埋深一般在1800米以上，虽埋深在3000米以下的稠油油藏也有，但为数较少。
我国稠油油藏有的为砂砾岩，多数为砂岩，储层胶结疏松，成岩作用低，固结性能差，其沉积类型一般为河流相或河流三角洲相，生产中油井易出砂。
1.2稠油与普通原油的区别（1）稠油中含蜡量少、凝固点低含蜡量的多少是决定原油凝固点高低的主要因素，含蜡量高，则凝固点也高。
稠油含蜡量一般小于10％，其凝固点一般低于20℃。
（2）稠油组分中胶质、沥青质含量高，轻质馏分含量低稠油与轻质油不同之处在于稠油中胶质、沥青质含量高，油质含量小。
稠油中胶质、沥青质含量一般大于30％~50％，烷烃、芳烃含量则小于60％~50％。
（3）稠油的粘温特点稠油的粘度对温度非常敏感，随着温度的增加，稠油粘度迅速下降，世界各地的稠油粘度对温度的曲线几乎是一致的，这就为稠油的热力开采提供了可行条件。
2蒸汽吞吐技术蒸汽吞吐技术又叫周期性注汽或循环注汽方法，是指向油井注入一定量的高温蒸汽，焖井一段时间，带高温蒸汽跟底层流体彻底进行热量交换后再开井生产的技术。
浅层稠油热采技术
200
汽驱产油
年产油量（104）t
150
100
50
0
1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001
四、稠油热力开采方法
1 稠油热采开发程序
四、稠油热力开采方法
2 蒸汽吞吐
浅层稠油注蒸汽热采技术
本讲座是以克拉玛依油田稠油热采为背景，概括介绍我国 在浅层稠油注蒸汽热采方面取得的技术成果及经验。
前言 一、稠油的定义 二、稠油的特性 三、稠油注蒸汽热采发展历程 四、稠油注蒸汽热采方法 五、稠油热采配套技术 六、SAGD配套技术 七、采油工艺配套技术
前言
据估计世界常规石油的总资源量为3000 亿吨，此外还有稠油、油砂及油页岩等非常规 石油资源，它们的储量折合为石油估计有八九 千亿吨之多，这些将成为21世纪石油的重要 来源。据有关资料报道，我国稠油的储量在世 界上居第七位，迄今已发现有9个大中型含油 盆地和数量众多的稠油油藏区块。
1 稠油的组成
稠油是一种复杂的、多组分的有机混合物，主要由烷烃、 芳烃、胶质和沥青组成。
稠油中一般含硫、氧、氮等杂质，有的还含有一些稀有 金 属，如镍（Ni）和钒（V），这对炼制提出特殊要求。
稠油中石蜡含量一般较低，我国多数稠油含蜡仅5％(克 拉 玛依稠油一般2%），一般不超过10％，故凝固点也较低。但 也
原油的热膨胀程度主要取决于原油的组分组成。 通常情况下，轻质原油的热膨胀系数大于重质原油。
四、稠油热力开采方法
3)注蒸汽热采增产机理
蒸汽(热水)动力驱油作用
湿蒸汽注入油层，既补充了油层热量和能量，也对油 层有一定冲刷驱替作用。特别是高温水蒸汽分子与液态水 分子相比具有更高的能量，可以进入热水驱液态水分子驱 替不到的微喉道和微孔隙中。加之高干度蒸汽的比容大， 注入油层后波及体积大。因此，高温高干度的水蒸汽的驱 油效率远高于冷水驱和热水驱。
稠油稀化降粘解堵技术简介
稠油稀化降粘解堵技术简介一、稠油蒸汽吞吐井伤害原因分析通过对辽河油田稠油主力区块蒸汽吞吐井油层保护及处理技术研究，我们总结蒸汽吞吐井伤害（致使注汽有效率低，产能下降梯度明显）的主要原因是：1、注汽前沿热/冷伤害，随着注汽轮次越多，对地层造成的伤害也逐渐变大。
2、乳液堵塞（液锁）伤害（热汽（热水）与地层原油产生乳化）。
3、水敏（粘土膨胀）伤害。
4、地层盐敏伤害。
二、稠油稀化降粘解堵技术2.1 技术原理从分析注汽（蒸汽吞吐）过程中对油层造成的伤害原因、伤害类型及伤害程度的基础上，对目前现场使用的各种注汽添加剂、化学助剂产品性能、现场应用效果，进行分析、评价、筛选，并利用稀化剂降低原油粘度，特别是对滞留、吸附近井附近的重质稠油（沥青质、胶质、蜡等）具有较好的稀化降粘效果，同时又满足储层配伍性要求，而研制开发的一种新型的蒸汽吞吐井高效冷采复产剂，主要目的是解除注汽过程中对地层伤害，并借助新的工艺，提高地层能量、稀化降低原油粘度、提高回采速度和回采水率的同时，最大限度冷采低渗透层（难动用层），进而最大限度恢复高轮次低（无）效吞吐井产能，延长有效开采轮次。
2.2 主要成份高轮次低（无）效吞吐井冷采复产技术，药剂主要成分是由稠油稀化剂，分散渗透剂，高温防破乳剂，润湿转向剂，阳离子小分子表面活性剂，薄膜扩展剂，低碳酸解堵剂，金属络合剂，地层自生气增能助排剂等复合成分组成。
2.3技术特性①是一种较好的稠油稀化剂：由于试剂中含有稠油稀化剂，该剂是通过控制改变原油分子中的过渡金属元素含量或配位体数量，降低原油粘度，特别是对滞留、吸附近井附近的重质稠油（沥青质、胶质、蜡等）具有较好的稀化降粘效果，既减小油流动阻力，也对近井附近堵塞具有较好解堵效果；即有助于热量传递，又减少热汽（热汽、油、水混合物）在油层条件下流动阻力，同时，对岩石表面具有较强的吸附作用，使油润湿岩石转化为水润湿，有利于油水流动；②是一种较强的分散渗透剂：由于该剂含分散渗透剂，润湿转向剂，阳离子小分子表面活性剂，薄膜扩展剂，使得注汽热前沿产生的乳化带，进行分散、微乳化，液滴直径小于30μm，满足“大拇指”定律要求，解除注汽过程中产生的液锁、水锁伤害；③是一种较强的高温防破乳剂：由于该剂含有高温防破乳剂，预防高温下乳化，同时，当其与分散剂等混配时，具有较好的协同作用，使得解除液锁、水锁等效果更好；④是一种防窜、封窜剂：由于该剂含有一种特殊的表面活性剂，在相对高流速、低温、高含水时，形成乳状液，乳化程度较大，且瞬间液滴直径明显变大，当注汽发生汽窜时，汽窜处通常出现在高渗层，也是高含水层，此处温度、压力相对较低，此时在表面活性剂的作用下，局部发生较强的乳化现象，不配伍的乳化液滴，具有暂时的封堵、封窜作用，随着温度、压力的“平衡”，这种作用自行解除，从而提高注汽有效率；⑤是一种较好的综合解堵、粘土稳定剂：由于该剂含有低碳酸解堵剂，解除油层各种堵塞，诱发油层能量，同时，该剂在高温（180℃以上）条件下，释放出一种阳离子小分子，对粘土膨胀、运移具有较强的抑制性；而反应中产生的络合酸，对粘土矿物具有较强的溶解作用，其较高的电负性压缩粘土晶格层间距，对已经膨胀粘土具有一定的收缩作用。
实施蒸汽热能优化提高稠油热采效果
实施蒸汽热能优化提高稠油热采效果摘要：稠油热采主要依靠注汽锅炉加热，以天然气、原油、渣油等为燃料，产生高温高压饱和蒸汽，通过注汽管线注入到目的油层，通过稠油高温降粘的特性，改变原油的流动状态，提高油藏的采收率。
蒸汽锅炉生产的关键参数是蒸汽干度和燃烧效率。
生产参数的优化不仅关系到锅炉的经济运行，而且影响到稠油蒸汽开发效果。
关键词：稠油；热采；采收率；热能优化；注汽管网辽河油田大多数为稠油油藏，由于稠油粘度大，原油井底流动性差，多采用注蒸汽开采为主的工艺措施。
注蒸开采成本压力大，必须以降低注汽量和减少燃料消耗的热能优化工程，改变过去的传统生产方式，只强调燃料的消耗，不关注燃料的热能转换率，只注重锅炉出口的热量，不注重传输过程中的热损失；只注重油层注入量，不注重油层是否被真正的吸收。
1蒸汽热能优化1.1地面管网散热分析注汽管网在输送高温蒸汽的过程中。
热损失集中表现在两方面，一是管网表面的散热和蒸汽量的损失。
地面注汽管线的热损失主要是因为管线保温层损坏或者保温材料密度下降，造成导热系数增加，由于保温层薄，而且保温管上下厚度差异大造成热损失严重，保温能力下降。
目前保温层多采用新型材料，防紫外线抗老化表面，严格执行各工序监督，确保保温层密封。
1.2注汽锅炉综合控制注汽锅炉控制对象复杂，各参数之间相互关联相互影响，具有交叉影响的特点，稳定的注汽干度必须保证给水流量、燃油、送风、蒸汽压力、温度大小等综合变量。
目前解决方法很简单都采用自动控制技术，从多变量控制角度入手，协调各锅炉注汽变量之间的关系，抑制注汽锅炉工艺参数非线性等因素，改善锅炉燃烧状况，稳定蒸汽干度，保证注汽锅炉始终处于平稳运行状态。
炉效控制的核心是送风控制，炉效控制就是优化燃料燃烧和空气比问题。
通过采用变频控风机，实时监控，提高燃烧效率，降低送风环节的用电量和燃料损失。
1.3控制蒸汽量的损失锅炉产生的蒸汽经过注汽管线到达生产井，损失主要有站内用汽、阀门渗漏、冬季管线防冻采取的放空措施。
化学助采提高蒸汽吞吐效果简述
化学助采提高蒸汽吞吐效果简述李 博（中石油辽河油田分公司高升采油厂采油作业三区 辽宁盘锦 124000）摘 要：高升油田已进入蒸汽吞吐后期，油藏性质发生了较大的变化，吞吐效果逐渐变差。
稠油油藏的开采普遍面临吞吐轮次多、周期产油量下降等问题，吨油成本大幅度升高。
因此急需对目前油井的储层情况有个全面的认识，通过对高升油田多轮蒸汽吞吐后储层矿物、储层空间、岩石表面润湿性及储层流体的性质等方面的分析，开展有针对性的技术措施，提高了蒸汽吞吐效果。
关键词：蒸汽 吞吐 化学助采1 存在问题高升油田蒸汽吞吐后期，存在问题主要有：1.1 采出程度高，地层压力低高升油田采出程度较高，地层严重亏空，导致油层压力大幅度降低，地层压力低导致油井供液返排能力差，供液不足，产能低。
1.2 原油黏度高，渗流阻力大油井经多轮吞吐后，轻质组分被蒸馏采出，地层原油中重质组分比例越来越高，原油黏度逐渐增大，流动性差，渗流能力弱。
黏度的增加导致油井掺稀油量增加，掺油比加大。
1.3 束缚油难驱动高升油田油藏埋藏深，原油富集于油层孔隙内，油井多轮蒸汽吞吐后，近井地带原油易采出，而处于深部孔隙内束缚油难驱动，流动性差，油层深部孔隙内由于毛细管力作用，导致束缚油较难驱动，开发效果差。
1.4 油层纵向上差异大，吸汽不均匀由于地层存在非均质性，易形成吸汽不均的高低渗透层，导致在注汽过程中蒸汽扫油面积小，热能利用率低，油层纵向上动用程度差，中低渗透层吸汽少或不吸汽得不到动用。
2 采取技术路线2.1 自生气技术，补充地层能量蒸汽吞吐添加剂、MG 固体气源、三元复合助采技术均在地层能生成大量气体，主要为二氧化碳，能够有效的补充地层压力，占据一定的地层孔隙空间，补充地层能量，产生气体驱动力，形成溶解驱，提高驱油效果，增加油井的回采能力。
2.2 滴注降黏，降低原油黏度采用滴注降黏剂随蒸汽同步注入油层，降黏剂均匀分散在蒸汽中，在蒸汽加热稠油的同时，降黏剂与原油充分接触，扩大降黏剂的波及面积，提高降黏剂的利用率，降低原油黏度，增加原油流动性，减少抽汲过程中原油的流动阻力。
影响稠油井蒸汽吞吐效果的因素及措施探讨
影响稠油井蒸汽吞吐效果的因素及措施探讨一、引言稠油是指粘度较大的原油，通常在20-2000mPa.s之间，其中大部分为500mPa.s以上。
由于其高粘度和低流动性，稠油开采难度较大。
蒸汽吞吐是一种常用的采油方式，但是影响蒸汽吞吐效果的因素较多，需要采取相应的措施来提高采油效率。
本文将针对影响稠油井蒸汽吞吐效果的因素进行探讨，并提出相应的解决措施。
二、影响因素分析1. 地质条件地质条件是影响蒸汽吞吐效果的重要因素之一。
不同区域的地层渗透率、孔隙度、岩石裂缝等地质特征都会对蒸汽吞吐效果产生影响。
一般来说，地层渗透率越大、孔隙度越高，蒸汽吞吐效果越好。
研究地质条件对蒸汽吞吐效果的影响，对于合理选择采油区域和设计蒸汽吞吐方案至关重要。
2. 油层温度油层温度是蒸汽吞吐作业效果的重要影响因素之一。
较高的油层温度有利于蒸汽的渗透和分散，从而提高蒸汽吞吐的效果。
在进行蒸汽吞吐作业时，需要了解油层温度的变化规律，并采取相应的措施来加热油层，提高油层温度，以改善蒸汽吞吐效果。
4. 蒸汽注入参数蒸汽注入参数包括蒸汽温度、压力、注入速度等，都会对蒸汽吞吐效果产生影响。
合理选择蒸汽注入参数，调整蒸汽的温度、压力和注入速度，可以提高蒸汽吞吐的效果，降低采油成本。
5. 蒸汽吞吐方式蒸汽吞吐方式包括连续蒸汽吞吐和间歇蒸汽吞吐两种方式。
不同的蒸汽吞吐方式对蒸汽吞吐效果有不同的影响。
连续蒸汽吞吐适用于粘度较大的稠油，可以提高蒸汽吞吐效果，间歇蒸汽吞吐适用于粘度较小的稠油，可以节约能源，降低采油成本。
三、解决措施探讨1. 地质条件优选针对地质条件不同的采油区域，需要优先选择地层渗透率大、孔隙度高、岩石裂缝发育的地质条件好的区域进行蒸汽吞吐作业，以提高蒸汽吞吐效果。
2. 加热油层对于油层温度较低的井，可以采用加热油层的方式来提高油层温度，改善蒸汽吞吐效果。
目前常用的加热方式包括电加热、火热等技术手段，可以根据具体情况选择合适的加热方式。
SAGD技术开采稠油（可编辑）
SAGD技术开采稠油SAGD技术开采稠油一、国内外研究现状在过去的时间里，全球工业化应用的稠油开采技术，一般只适用于粘度低于10000mPa??s的普通稠油，目前国内外针对超稠油的开采技术发展较快，已进入矿场先导试验阶段或工业型试验阶段的技术有:蒸汽吞吐、蒸汽驱、水平井蒸汽辅助重力泄油技术 SAGD 、水平裂缝辅助蒸汽驱、火烧驱技术。
从目前国内外稠油开采情况看，由于超稠油原油粘度高，油层条件下流动能力低，依靠压差驱动的方式难以获得成功。
在国内，对蒸汽辅助重力泄油 SAGD 开发方式进行详细研究的单位有辽河油田、新疆石油管理局、总公司研究院。
1996年辽河油田和总公司研究院曾与加拿大MCG公司合作，研究认为在杜84块兴隆台油层兴V工组、馆陶油层可采用SAGD开发，最终采收率为45%-60%。
在国外，蒸汽辅助重力泄油 SAGD 开发方式在加拿大和委内瑞拉获得了商业化成功应用，尤其在加拿大在不同类型的油田中已经开展了20多个重力泄油的先导试验区，并建成了5个商业化开采油田，其中两个规模较大的油田已建成了日产5000吨重油的产能，另一个油田已建成日产7000吨产能，预计2010年在加拿大依靠重力泄油开采方式的重油产量将超过每天10万吨。
重力泄油开采方式已成为开采重油，特别是超稠油的主要手段。
重力泄油开采方式的最终采收率一般超过50%，高的可以达到70%以上。
二、 SAGD机理介绍蒸汽辅助重力泄油技术是开发超稠油的一项前沿技术，其理论首先是罗杰??巴特勒博士于1978年提出的，最初的概念是基于注水采盐的原理，即注入的淡水将盐层中的固体盐溶解，浓度大的盐溶液由于其密度大面向下流动，而密度相对较小的水溶液浮在上面，这样可以通过持续在盐层的上面注水，从盐层的下部连续的将高浓度的盐溶液采出。
高浓度盐溶液向下流动的动力就是水与含盐溶液的密度差，将这一原理用于住蒸汽热采过程中就产生力重力泄油的概念。
对于在地层原始条件下没有流动能力的高粘度原油，要实现注采井之间的热连通，需经历油层预热阶段。
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第31卷2003年 第5期10 月燃 料 化 学 学 报JOURNALOFFUELCHEMISTRYANDTECHNOLOGYVol131 No15Oct1 2003
文章编号:0253-2409(2003)05-0429-05
收稿日期:2002-10-28;修回日期:2003-06-23 基金项目:黑龙江省自然科学基金(Q00C035;E0101) 作者简介:范洪富(1965-),男,四川射洪人,教授,主要从事油田化学理论与工程方面的教学与研究工作。E-mail:fanhongfu2002@yahoo1com1cn
蒸气开采过程中金属盐对稠油粘度及平均分子量的影响范洪富,张 翼,刘永建(大庆石油学院石油工程系,黑龙江大庆 163318)
摘 要:探讨了在注蒸气条件下,稠油的粘度和平均分子量随蒸气温度、反应时间的变化规律,研究了金属盐、油层矿物对稠油水热裂解反应的影响。实验结果表明,在注蒸气的条件下,辽河稠油可以发生水热裂解反应。金属盐的存在,可以加速稠油的水热裂解反应,从而导致粘度和平均分子量的进一步降低,使稠油的粘度由原始的124.5Pa#s下降到32.4Pa#s,下降了74.0%,平均分子量由反应前的654下降到398。高温下油层矿物对水热裂解反应有促进作用,在反应体系中,在有水时加入质量分数为10%的油层矿物时,稠油的粘度由原始的124.5Pa#s下降到82.5Pa#s,下降了33.7%。在蒸气条件下,在金属盐和油层矿物共存时,稠油粘度由124.5Pa#s下降到26.8Pa#s,下降了78.5%。这为实现井下催化降粘开采稠油提供了理论依据。关键词:稠油;水热裂解;粘度;平均分子量中图分类号:TE254,TE39 文献标识码:A 我国有大量的稠油资源,稠油开发国内外大多以注蒸气为主。在注入蒸气开采稠油的过程中,采出的稠油性质发生了一系列的变化,使稠油的饱和烃、芳香烃含量增加,胶质、沥青质含量降低,使采出稠油的粘度和平均分子量下降。国外研究者将注入蒸气与地下稠油及有机物之间发生的一系列反应称为/水热裂解反应0(Aquathermolysis)[1~5]。研究结果表明,在注蒸气开采的条件下,辽河稠油可发生水热裂解反应[6~12]。在注入蒸气中加入金属盐,可以加速稠油的水热裂解反应。为了弄清稠油发生水热裂解反应的机理,在模拟蒸气开采稠油的条件下,在室内对辽河稠油的水热裂解反应进行了研究,考察了在各种条件下稠油粘度及平均分子量的变化规律,为研制和筛选适合于辽河稠油开采的水热裂解催化剂提供理论依据。1 实验部分111 实验原料药品与仪器 实验用稠油取自辽河油田曙光采油厂。油层矿物取自相应油层,实验时将岩石粉碎、磨细备用。药品:FeSO4#7H2O,Al2(SO4)3,VOSO4,CuSO4#5H2O,NiSO4#6H2O,ZnCl2#4H2O。均为化学纯。仪器:GS型高温高压反应釜,HAAKE-30旋转粘度计,LB801-2型超级恒温器,FA1104型电子天平,Knauer蒸气压渗透仪。112 实验方法 将100g稠油及10%相应油层的岩石装入高温高压反应釜中,分别加入质量分数为0%~50%的水或浓度为0102%的各种金属盐溶液30mL,在160e~280e的条件下反应12h~48h。待反应完成后,取出稠油油样,分析稠油的粘度、平均分子量的变化。113 分析方法 以吡啶为溶剂,用Knauer蒸气压渗透仪在45e的条件下对反应前后油样进行分子量测定;用HAAKE-30旋转粘度计在50e下测定反应前后稠油的粘度。114 实验用油样及油层矿物的基本性质 在50e下稠油的粘度为12415Pa#s,用VPO法在45e下测得其平均分子量为654。油层矿物组成中粘土矿物质量占915%,以蒙脱石为主;非粘土矿物占9015%,其主要为石英,钾长石和斜长石[13]。
2 结果讨论211 加水量对稠油分子量的影响 在反应体系中加入稠油和油层矿物的条件下,加入不同体积的水,在240e(蒸气吞吐开采稠油时油层的典型温度)下反应48h,反应完成后,测定稠油的粘度及平均分子量,测定结果见表1。从表1中可以看出,在未加水的条件下,经48h反应后,稠油的粘度和平均分子量没有发生任何变化,这表明在此条件下没有任何化学反应的发生。当反应体系中加入质量分数为10%的水后,稠油的粘度从原来12415Pa#s下降到9412Pa#s,下降了2413%;同时稠油的平均分子量也从未处理的654下降到625,下降了414%。从表1中还可看出,随着加水量的增加,稠油的粘度和平均分子量继续下降。但当加水量超过30%以后,这种变化趋势减慢。这是因为在稠油水热裂解反应中,水作为一种反应物参与了反应。表1 加水量对稠油粘度和平均分子量的影响Table1 Theeffectoftheamountofwateronviscosity andaveragemolecularweightWaterwH2OP%ViscosityGPPa#sAveragemolecularweight012415654109412625208316546308214535408212531508211528 temperature=240e,time=48h212 反应时间对稠油分子量的影响 在其它条件不变的条件下,改变反应时间,对辽河稠油进行水热裂解反应。反应完成后测定稠油的粘度及平均分子量的变化,测定结果见表2。从表2可以看出,随着反应时间的增加,稠油的粘度降低,平均分子量也降低。其降低幅度在反应36h以前较为明显,在36h后变化幅度减弱。这充分说明,辽河稠油经36h的水热裂解反应后,其水热裂解反应基本完成。表2 反应时间对稠油粘度和平均分子量的影响Table2 Theeffectofreactiontimesonviscosityand averagemolecularweightReactiontimetPhViscosityGPPa#sAveragemolecularweight01251465412116186481810913624248618583368312537488214535 temperature=240e,wH2O=30%213 反应温度对稠油分子量的影响 为了考察反应温度对辽河稠油水热裂解反应的影响,在160e~280e、室内模拟条件下对辽河稠油进行了水热裂解反应实验。实验结果见表3。从表3中可以看出,随着反应温度的增加,稠油的粘度及平均分子量降低。如在240e下反应48h后,其粘度由原始的12415Pa#s下降到8214Pa#s,下降了3318%,而平均分子量由反应前的654下降到535,下降了1812%。当反应温度继续升高时,稠油的粘度和平均分子量的变化减弱。
表3 反应温度对稠油粘度和平均分子量的影响Table3 Theeffectoftemperatureonviscosityand averagemolecularweight
TemperaturetPeViscosityGPPa#sAveragemolecularweight16011413648180106146242009816583240821453526081175322808114530
reactiontime=48h,wH2O=30%
214 金属盐对稠油分子量的影响 为了探讨金属盐对辽河稠油水热裂解反应的影响,在其它条件不变的前提下,向反应体系中加入用30mL0102%的金属盐溶液,考察各种金属盐对稠油水热裂解反应的影响。测定结果见表4。从表4中可以看出,反应体系中加入的金属盐,对稠油的水热裂解反应有催化作用。同时也可以看出,不同的金属盐,其催化能力大小不同。在所使用的金属盐中,以NiSO4#6H2O的催化降粘能力最好,其次是VOSO4,最差的是Al2(SO4)3。这是由于Al属于主族元素,而V和Ni属于d区过渡元素,但由于VO2+只有在pH<1表4 金属盐对稠油粘度和平均分子量的影响Table4 Theeffectofionsonviscosityand averagemolecularweight
MetalsaltsViscosityGPPa#sAveragemolecularweightFeSO4#7H2O4815464
Al2(SO4)35214482VOSO43617407
CuSO4#5H2O4216449NiSO4#6H2O3214398
ZnCl2#4H2O4711476
temperature=240e,wmetal=0102%,wH2O=30%,t=48h
的条件下才能稳定存在,而稠油水热裂解反应体系
430 燃 料 化 学 学 报31卷的pH值在5左右,因而当在反应体系中加入VOSO4后,VO2+的存在形式发生了变化,故NiSO4#6H2O的催化作用最好[14]。当加入0102%的NiSO4#6H2O溶液后,稠油经水热裂解反应后,其粘度由原始的12415Pa#s下降到3214Pa#s,下降了7410%;平均分子量由反应前的654下降到398。这表明,过渡金属盐的存在,可以加速稠油的水热裂解反应,使稠油的粘度大幅度地降低,从而实现井下催化降粘开采稠油的目的。3 反应机理分析311 高温下水的性质变化 大量研究表明[15],在高温下水的化学性质较活泼,高温水在自生压力下为与非极性化合物的反应提供了一个有利的环境。如在300e下,水的密度和极性与常温下丙酮的性质十分相似。水的介电常数随着温度的升高急剧下降,从20e的80EPFm-1下降到300e时的20EPFm-1,这就意味着随着温度的升高,水溶解有机化合物的能力增强。在240e时,-log[H+][OH-]=11,而在20e时-log[H+][OH-]=14。这表明,随着温度的升高,水的酸、碱性增强,除随温度升高反应速度自然增加外,在高温下水的酸碱催化作用也增强了。312 金属离子的催化作用 根据化学键理论可知,在C)O(键能360kJPmol)、C)S(键能272kJPmol)和S)H键(键能368kJPmol)三者中,C)S键能最小。同时,硫原子的电负性大于碳原子,故在有机硫化合物中,硫原子带负电而碳原子带正电,所以与催化剂结合的水分子中的H+进攻硫原子,而OH-进攻碳原子,使电子云发生偏移,造成了C)S键能的进一步降低。因此,在水热裂解过程中,会导致稠油中有机硫化物C)S键的断裂,从而使沥青质的含量降低、稠油的分子量减小。当然也就导致稠油粘度的降低。水热裂解中还能生成硫醇,硫醇会进一步二次水解,释放出H2S。另外产物中的烯醇会变为醛,而醛很容易分解产生CO,CO、水在催化剂的作用下会进行水煤气转换反应(WGSR)。这样便可在所处的温度下高效地产生氢气,使得加氢脱硫反应得以顺利进行。因此,在蒸气吞吐时(200e以上),由于水热裂解反应,稠油中的沥青质就得到部分的改质,表现为产出稠油的分子量降低、粘度减小以及硫含量的降低。在模拟实验中使用的大多是过渡金属硫酸盐。如NiSO4是弱酸或具有中等强度的酸中心。在31e以下是NiSO4#6H2O,加热到150e转变为NiSO4#H2O,继续加热到300e时失水较少,但再升高温度,余下的水将逐渐失去。一般酸性及催化活性最大在300e左右。对NiSO4#xH2O(0六配位上的一个sp3d2杂化轨道为L酸中心,而其中H2O分子在两边的Ni离子的作用下,离解出H+