原油氧化特性實(shí)驗(yàn)研究

楊志輝

（中國(guó)石油大學(xué)（北京），北京 102249）

原油氧化特性實(shí)驗(yàn)研究

楊志輝

（中國(guó)石油大學(xué)（北京），北京 102249）

本文通過(guò)對(duì)遼河油田的稠油以及輕質(zhì)原油進(jìn)行注空氣低溫氧化實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)運(yùn)用壓力降法研究其反應(yīng)速率。通過(guò)改變溫度、壓力、含油飽和度等條件，研究各因素對(duì)氧化速率的影響。最后得出結(jié)論：溫度對(duì)低溫氧化反應(yīng)速率的影響比較大，壓力、含油飽和度都對(duì)反應(yīng)速率產(chǎn)生一定的影響，但影響相對(duì)于溫度來(lái)說(shuō)并不明顯。

原油 低溫氧化 實(shí)驗(yàn)研究

1　實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

為了研究和對(duì)比輕油與稠油的氧化特性，本文研究了溫度、壓力、含水飽和度以及含油飽和度對(duì)于油樣氧化特性的影響。實(shí)驗(yàn)共分為五組。其中，第一組為連續(xù)升溫實(shí)驗(yàn)，在一定壓力、含水飽和度以及含油飽和度條件下，連續(xù)測(cè)定油樣在90℃、110℃、120℃、130℃時(shí)的反應(yīng)，以觀察溫度對(duì)反應(yīng)的影響第二組至第五組實(shí)驗(yàn)溫度相同，通過(guò)控制變量法，以第三組為標(biāo)準(zhǔn)，第二組與之作比較，觀察壓力對(duì)氧化反應(yīng)的影響；第四組與之相比，對(duì)比含油飽和度對(duì)氧化反應(yīng)的影響；第五組與之相對(duì)比，觀察含水對(duì)反應(yīng)的影響。

2　原油靜態(tài)氧化實(shí)驗(yàn)方法與步驟

2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備

（1）電熱鼓風(fēng)干燥箱（龍口實(shí)驗(yàn)電爐廠），溫度范圍0℃～500℃；

（2）不銹鋼高壓反應(yīng)釜（江蘇南通飛宇公司）2個(gè)，容積112mL，耐壓30MPa；

（3）DG1300-BZ-B-2-30/CD3壓力傳感器2個(gè)，量程0MPa～30MPa，準(zhǔn)確度0.5級(jí)；

（4）數(shù)據(jù)采集箱1個(gè)、電腦及數(shù)據(jù)采集軟件；

（5）H3860A紅外氣體分析儀、JH106A便攜式O2分析儀，精度均為0.1%；

（6）高壓空氣儲(chǔ)罐。

2.2實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)時(shí)將配制人工油砂裝入反應(yīng)釜，在預(yù)定溫度（90～130℃）和壓力條件下，分別使輕質(zhì)原油以及稠油與充入的高壓空氣發(fā)生低溫氧化反應(yīng)。每組實(shí)驗(yàn)都持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以保證氧氣的充分消耗。反應(yīng)結(jié)束后測(cè)試氣體中O2、CO的百分含量，計(jì)算和評(píng)價(jià)低溫氧化的熱效應(yīng)；并求取動(dòng)力學(xué)參數(shù)。具體步驟為：

2.2.1連續(xù)升溫實(shí)驗(yàn)

（1）用100mL的試管量取60mL的石英砂兩份，而原油由于其本身的粘性使用量筒量取體積時(shí)不精確，可將其換算成質(zhì)量然后利用電子秤稱量。輕油的密度為0.85g/cm3，換算成質(zhì)量為14.45g。將60mL石英砂與14.45g輕質(zhì)原油油混合均勻，制成人工油砂，將配好的油砂轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜；稠油的密度為0.9g/cm3，換算成質(zhì)量為15.3g。將60mL石英砂與15.3g的稠油混合均勻，制成人工油砂，將配好的油砂轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜內(nèi)；

（2）將管線組裝并連接好，檢查并確認(rèn)裝置密閉性良好后，將裝有油樣的反應(yīng)釜轉(zhuǎn)入預(yù)定溫度為90℃的恒溫箱中；

（3）恒溫一段時(shí)間，保證反應(yīng)釜內(nèi)的溫度達(dá)到了實(shí)驗(yàn)設(shè)定的溫度后，向裝有輕油的反應(yīng)釜內(nèi)充入高壓空氣，使壓力達(dá)到20Mpa，向裝有稠油的反應(yīng)釜內(nèi)充入高壓空氣，使壓力達(dá)到9Mpa。當(dāng)壓力達(dá)到預(yù)定的試驗(yàn)壓力時(shí)停止加壓，含油飽和度均為0.7，含水飽和度均為0。然后開(kāi)啟數(shù)據(jù)采集箱，啟動(dòng)采集軟件；

（4）每隔一段時(shí)間記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)畫出圖像觀察，待反應(yīng)釜內(nèi)壓力不再變化時(shí)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后將溫度升至110℃，同理，當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)壓力不再變化時(shí)，記錄并保存保存數(shù)據(jù)。同理，將溫度升至120℃、130℃進(jìn)行同樣的操作。當(dāng)溫度為130℃情況下，壓力不再變化時(shí)，保存數(shù)據(jù)，關(guān)閉數(shù)據(jù)采集箱、采集軟件。當(dāng)溫度降至室溫后，測(cè)試反應(yīng)后氣體成分；

（5）將裝置拆除，置于適當(dāng)?shù)奈恢茫?/p>

（6）處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.2.2標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)

（1）用100mL的試管量取60mL的石英砂兩份，量取輕油質(zhì)量14.45g，將60mL石英砂與14.45g輕質(zhì)原油油混合均勻，制成人工油砂，將配好的油砂轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜；量取稠油質(zhì)量15.3g，將60mL石英砂與15.3g的稠油混合均勻，制成人工油砂，將配好的油砂轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜內(nèi)；

（2）將管線組裝并連接好，檢查并確認(rèn)裝置密閉性良好后，將裝有油樣的反應(yīng)釜轉(zhuǎn)入預(yù)定溫度為130℃的恒溫箱中；

（3）將裝有輕油的反應(yīng)釜內(nèi)壓力設(shè)定為15Mpa，裝有稠油的反應(yīng)釜內(nèi)壓力設(shè)定為12Mpa，含油飽和度均為0.7，含水飽和度均為0。然后開(kāi)啟數(shù)據(jù)采集箱，啟動(dòng)采集軟件；

（4）每隔一段時(shí)間記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)畫出圖像觀察，待反應(yīng)釜內(nèi)壓力不再變化時(shí)，保存數(shù)據(jù)，關(guān)閉數(shù)據(jù)采集箱、采集軟件。當(dāng)溫度降至室溫后，測(cè)試反應(yīng)后氣體成分；

（5）將裝置拆除，置于適當(dāng)?shù)奈恢?；?）處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.2.3壓力的影響

（1）用100mL的試管量取60mL的石英砂兩份，量取輕油質(zhì)量14. 45g，將60mL石英砂與14.45g輕質(zhì)原油油混合均勻，制成人工油砂，將配好的油砂轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜；量取稠油質(zhì)量15.3g，將60mL石英砂與15.3g的稠油混合均勻，制成人工油砂，將配好的油砂轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜內(nèi)；

（2）將管線組裝并連接好，檢查并確認(rèn)裝置密閉性良好后，將裝有油樣的反應(yīng)釜轉(zhuǎn)入預(yù)定溫度為130℃的恒溫箱中；

（3）將裝有輕油的反應(yīng)釜內(nèi)壓力設(shè)定為20Mpa，裝有稠油的反應(yīng)釜內(nèi)壓力設(shè)定9Mpa，含油飽和度均為0.7，含水飽和度均為0。然后開(kāi)啟數(shù)據(jù)采集箱，啟動(dòng)采集軟件；

（4）每隔一段時(shí)間記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)畫出圖像觀察，待反應(yīng)釜內(nèi)壓力不再變化時(shí)，保存數(shù)據(jù)，關(guān)閉數(shù)據(jù)采集箱、采集軟件。當(dāng)溫度降至室溫后，測(cè)試反應(yīng)后氣體成分；

（5）將裝置拆除，置于適當(dāng)?shù)奈恢茫?/p>

（6）處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1連續(xù)升溫實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響，在充氣量一定的前提下，采用連續(xù)升溫方式逐步升高油浴的溫度，觀察壓降速率的變化，以此研究低溫氧化過(guò)程溫度升高對(duì)氧化反應(yīng)的影響。

3.2壓力對(duì)反應(yīng)速率的影響

通過(guò)對(duì)給定不同起始?jí)毫r(shí)輕質(zhì)油氧化反應(yīng)研究，可以看出：在溫度一定的情況下，隨著壓力的升高，氧化反應(yīng)速率略有增加，但增加幅度很小。這是因?yàn)閴毫υ礁?，氧氣分壓升高，在相同的接觸面積上，氧濃度增大，同時(shí)原油中溶解的氧氣濃度也增加，導(dǎo)致氧化速率略有提高。

［1］Gillham T.H.，Cerveny B. W.， Fomea M. A.. Low Cost IOR： An Update on the W.Hackberry Air Injection Project ［DB/OL］.SPE 39642-MS，1998（4）：19.