不同添加物對輕質(zhì)原油氧化反應(yīng)速率的影響

黃 俊，劉傳宗，葉 成

(1.長江大學(xué)石油工程學(xué)院，武漢 430100;2.中國石油新疆油田公司風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)，克拉瑪依 834000)

低滲透油藏注水開發(fā)存在注水成本高、滲透率降低嚴(yán)重、生產(chǎn)井產(chǎn)能低等一系列問題［1］。研究表明［2－4］，與注烴類氣體、CO2、N2等相比，注空氣用于改善我國低滲透油藏開發(fā)效果具有明顯的成本優(yōu)勢。低滲透輕質(zhì)油藏空氣驅(qū)以空氣原油低溫氧化反應(yīng)實現(xiàn)的煙道氣驅(qū)為主要驅(qū)油機理，如果原油氧化速率慢，很可能發(fā)生氧氣突破導(dǎo)致氧含量偏高，進(jìn)而引發(fā)安全問題［5］。氧含量引發(fā)的安全顧慮限制了注空氣采油技術(shù)的推廣。探討?zhàn)ね恋V物、地層水及催化劑對原油氧化速率的影響將有助于更好地控制產(chǎn)出氣中氧含量。有文獻(xiàn)報道［6］黏土及地層水影響稠油高溫氧化速率，還有研究結(jié)果表明［7，8］，添加催化劑的注空氣催化氧化采油技術(shù)是一項提高稠油采收率的創(chuàng)新技術(shù)，并可加快稠油氧化速率，但不同添加物對輕質(zhì)原油氧化速率的影響報道較少。

ZJ油田某區(qū)塊原始地層壓力24.8 MPa，油層平均溫度80 ℃，平均滲透率 0.8×10－3μm2，平均孔隙度12%，地層原油黏度3.1 mPa·s，為典型的低孔、低滲透輕質(zhì)油藏，其注水開發(fā)壓力高，微小孔喉易堵塞。筆者模擬該區(qū)塊地層條件，利用空氣原油低溫靜態(tài)氧化實驗裝置，考察了純油、含砂、含水及催化劑對輕質(zhì)原油氧化反應(yīng)速率的影響，以保障該區(qū)塊注空氣采油技術(shù)的順利實施。

1 實驗部分

1.1 實驗用材料

油樣為ZJ油田某區(qū)塊井組脫氣原油;空氣為室內(nèi)采集，通過增壓泵加壓可使其壓力達(dá)到設(shè)計注入壓力;巖心砂采用ZJ油田天然巖心，將其粉碎成油砂備用;模擬地層水礦化度為7×104mg/L，水型為CaCl2型;催化劑 HS為實驗室制備，實驗中催化劑用量占原油質(zhì)量的0.2%。

1.2 實驗方案

為考察地層水、黏土礦物及催化劑對ZJ油田輕質(zhì)原油氧化反應(yīng)速率的影響，保持反應(yīng)溫度80℃，初始壓力25 MPa不變，對不同油氣體積比、地層水含量、巖心砂含量及催化劑反應(yīng)物系統(tǒng)進(jìn)行6組靜態(tài)空氣原油低溫氧化實驗，油氣體積比及反應(yīng)物組成見表1。

表1 空氣原油體積比和反應(yīng)物組成

1.3 實驗步驟

稱取一定量的原油置入反應(yīng)器中，分別加入定量的ZJ油田天然巖心砂樣、模擬地層水及催化劑HS;將反應(yīng)器升溫至80℃，用高壓空氣將反應(yīng)容器的剩余空間充滿，再將反應(yīng)器內(nèi)氣體壓力調(diào)至25 MPa，靜置并開始記錄反應(yīng)時間;將裝有原油和壓縮空氣的反應(yīng)器保持恒溫80℃，每隔12 h取一次氣樣編號，并記錄分析氧含量變化情況，直至反應(yīng)120 h;應(yīng)用物料平衡方法確定耗氧量，即可得到單位質(zhì)量原油在單位時間內(nèi)消耗氧氣的速度，即ZJ油田輕質(zhì)原油氧化反應(yīng)速率。

2 結(jié)果與討論

在地層條件下，空氣和原油發(fā)生的氧化反應(yīng)比較復(fù)雜，原油不僅與地層水共存于儲層孔隙中，而且附著于巖石表面。在靜態(tài)氧化反應(yīng)實驗中考察不同添加物及不同添加量對輕質(zhì)原油氧化反應(yīng)速率的影響。

2.1 地層水對氧化反應(yīng)速率的影響

在反應(yīng)溫度80℃，初始壓力25 MPa下，分別考察了地層水含水率50%和地層水含水率70%及純油反應(yīng)物系統(tǒng)對氧化反應(yīng)速率的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 不同含水率對氧化反應(yīng)速率的影響

由圖1可以看出，隨反應(yīng)時間的延長，空氣原油氧化速率逐漸下降，但不同含水率及純油條件下，原油氧化反應(yīng)在相同反應(yīng)時間內(nèi)的平均耗氧速率相差不大，考慮到實驗存在一定的誤差，另外地層水也具有一定的溶氣能力，可以認(rèn)為地層水對ZJ油田輕質(zhì)原油氧化反應(yīng)速率沒有影響。

2.2 黏土礦物對氧化反應(yīng)速率的影響

Faure 等［9，10］研究認(rèn)為，黏土礦物可以在低溫氧化過程中催化氧化原油中正烷烴組分，鈉蒙脫石的存在可以使原油中非常穩(wěn)定的化合物在低溫氧化過程中得到氧化。因此，在反應(yīng)溫度80℃，初始壓力25 MPa條件下，分別考察了巖心砂含量25 g和巖心砂含量50 g及純油反應(yīng)物系統(tǒng)對氧化反應(yīng)速率的影響，結(jié)果見圖2。

由圖2可以看出，在不同巖心砂含量及純油條件下，空氣原油氧化反應(yīng)在相同反應(yīng)時間內(nèi)的平均耗氧速率基本一致。可以認(rèn)為黏土礦物對ZJ油田輕質(zhì)原油氧化速率的影響很小，可以忽略。

圖2 不同巖心砂含量對氧化反應(yīng)速率的影響

2.3 催化劑HS對氧化反應(yīng)速率的影響

考察了催化劑HS用量占原油總量2.0%對氧化反應(yīng)速率的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 催化劑HS對氧化反應(yīng)速率的影響

由圖3可以看出，加入催化劑HS后，原油氧化反應(yīng)在相同反應(yīng)時間內(nèi)的平均耗氧速率提高很大，與無催化劑時的平均氧化速率比較，反應(yīng)12 h內(nèi)的氧化速率提升2.47倍，而反應(yīng)120 h內(nèi)的氧化速率則提升5.55倍?？梢?，催化劑HS在原油低溫空氣氧化過程中能顯著加快氧化反應(yīng)速率。

3 結(jié)論

(1)向油藏中注入的空氣不僅可以驅(qū)替原油，還將參與原油氧化反應(yīng);氧化反應(yīng)進(jìn)行的速率與程度對于氣驅(qū)驅(qū)油效率及氣驅(qū)技術(shù)安全性有重要影響;對于實施注空氣采油的油藏應(yīng)盡可能降低產(chǎn)出氣中氧含量。

(2)地層水及黏土礦物對空氣原油氧化反應(yīng)速率的影響與原油性質(zhì)及儲層物性有關(guān)，針對具體油田需要開展相應(yīng)的實驗考察;而ZJ油田輕質(zhì)原油氧化反應(yīng)速率與地層水及黏土礦物相關(guān)性可以忽略。

(3)注空氣驅(qū)工藝中添加催化劑HS有助于提高ZJ油田輕質(zhì)原油氧化反應(yīng)速率?？梢詫⒋呋瘎┳鳛榻档涂諝怛?qū)產(chǎn)出氣中氧含量的備用技術(shù)之一，以保障該區(qū)塊注空氣采油技術(shù)的順利實施。

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