鎳納米粒子提高稠油蒸汽吞吐采收率實(shí)驗(yàn)研究

孫鐸+劉灝亮

摘 要：文章通過(guò)對(duì)稠油熱采方式進(jìn)行調(diào)研，提出在蒸汽吞吐過(guò)程中加入過(guò)渡金屬能有效提高稠油的最終采收率。此方法主要利用了過(guò)渡金屬在高溫下對(duì)稠油的催化改質(zhì)作用，通過(guò)將稠油中重質(zhì)組分轉(zhuǎn)為為輕質(zhì)組分，降低其粘度，改善稠油流動(dòng)性，使其更易于流入生產(chǎn)井底，從而提高稠油的最終采收率。這里選取鎳納米粒子作為催化劑，在模擬蒸汽吞吐條件下，對(duì)加入鎳納米粒子前后遼河稠油的采收率進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鎳納米粒子能有效提高稠油蒸汽吞吐過(guò)程中的采收率，將稠油最終采收率提高32.8%。然后對(duì)不同溫度下，鎳納米粒子作用下的稠油蒸汽吞吐實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的上升采收率不斷增大，而溫度達(dá)到280℃時(shí)采收率提高幅度最大，隨后幅度迅速減緩，表明在280℃下，鎳納米粒子具有最好的催化改質(zhì)效果，此時(shí)稠油蒸汽吞吐的最終采收率為76.2%。

關(guān)鍵詞：稠油熱采；蒸汽吞吐；過(guò)渡金屬；催化改質(zhì)；最終采收率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.010

1 引言

隨著全世界常規(guī)油藏儲(chǔ)量的減少，以及石油需求量的增加，非常規(guī)石油資源開(kāi)始引起越來(lái)越多的關(guān)注。稠油作為非常規(guī)油藏中的一種，其儲(chǔ)量極為豐富，據(jù)估計(jì)在全世界范圍內(nèi)稠油資源大約有六萬(wàn)億桶的地質(zhì)儲(chǔ)量，其中至少有60%分布于加拿大和委內(nèi)瑞拉，在中國(guó)的遼河油田和新疆部分油田也有分布。因此，有效開(kāi)發(fā)稠油資源對(duì)于滿(mǎn)足未來(lái)能源需求具有重大意義[1-2]。

由于稠油具有很高的粘度，在常溫下流動(dòng)性差，因此國(guó)內(nèi)外通常采用熱力采油的方式開(kāi)采稠油資源。常用的稠油熱采方式包括蒸汽驅(qū)油、蒸汽吞吐、火燒油層，以及最新發(fā)展的蒸汽輔助重力泄油（SAGD）技術(shù)，而蒸汽吞吐在國(guó)內(nèi)，尤其是遼河油田，應(yīng)用最為廣泛，使用率超過(guò)65%[3]。蒸汽吞吐主要利用蒸汽的熱量降低稠油粘度，使其具有一定流動(dòng)性，并利用蒸汽的熱膨脹性使降粘后的稠油自發(fā)流到生產(chǎn)井井底[4]。研究發(fā)現(xiàn)，在蒸汽吞吐條件下，加入的過(guò)渡金屬能通過(guò)與稠油發(fā)生接觸，引起稠油中大分子鏈的斷裂，部分改質(zhì)稠油并降低稠油粘度，進(jìn)而有效提高稠油的最終采收率，而這種用于稠油改質(zhì)的過(guò)渡金屬主要起催化作用。因此在本文中，筆者選取鎳納米粒子作為催化劑，研究了其在模擬蒸汽吞吐條件下提高遼河稠油最終采收率的效果，對(duì)鎳納米粒子的催化作用進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)于稠油熱采技術(shù)的發(fā)展具有重要指導(dǎo)意義。

2 實(shí)驗(yàn)部分

實(shí)驗(yàn)主要分為兩部分，首先對(duì)鎳納米粒子提高稠油采收率的效果進(jìn)行驗(yàn)證。將兩塊規(guī)格相同的人造巖心分別放在兩個(gè)夾持器中，飽和水后，在200℃下飽和遼河稠油。向其中一塊巖心注0.3PV黃原膠聚合物，向另一塊巖心注相同量的添加500ppm鎳納米粒子的黃原膠聚合物，注入速率均為2ml/min，然后將入口端與蒸汽發(fā)生器相連。在220℃下，以相同注入速率分別注入0.5PV蒸汽，并關(guān)閉出入口端閥門(mén)，燜井3d。3d后打開(kāi)排出閥求產(chǎn)，直至不再有油產(chǎn)出時(shí)停止實(shí)驗(yàn)，比較有無(wú)鎳納米粒子對(duì)稠油蒸汽吞吐采收率的影響。

第二部分是研究在不同蒸汽溫度下，鎳納米粒子催化作用對(duì)稠油蒸汽吞吐采收率的影響。取四塊規(guī)格相同的人造巖心，以上述方法先飽和水，再飽和遼河稠油，并注入含500ppm鎳納米粒子的黃原膠聚合物，分別在200℃、240℃、280℃、320℃下注入相同量的蒸汽，然后進(jìn)行燜井，持續(xù)3d。3d后打開(kāi)排出閥求產(chǎn)，直至不再有油產(chǎn)出時(shí)停止實(shí)驗(yàn)。觀察不同注入蒸汽溫度下采收率的大小，并選出最優(yōu)的蒸汽注入溫度。

3 結(jié)果與討論

在第一部分實(shí)驗(yàn)中，開(kāi)井生產(chǎn)，通過(guò)對(duì)產(chǎn)液量、產(chǎn)油量進(jìn)行測(cè)量，結(jié)合原始含油飽和度，計(jì)算稠油最終采收率。結(jié)果表明，在未加鎳納米催化劑的蒸汽吞吐實(shí)驗(yàn)中，稠油的最終采收率為51.2%，而加入鎳納米粒子后的稠油最終采收率為68%，采收率大幅提高，提高了32.8%，效果非常理想。這是因?yàn)殒嚰{米粒子在高溫下能催化改質(zhì)稠油，在熱裂解作用下，通過(guò)斷裂稠油組分中的C-C、C-S等鍵，將重質(zhì)組分轉(zhuǎn)化為碳數(shù)低于30的輕質(zhì)組分，從而增加了采出原油中輕質(zhì)組分的含量，降低粘度，有效改善原油的流動(dòng)性，使其更易于流入井底并采出，提高稠油蒸汽吞吐的最終采收率。因此，實(shí)驗(yàn)結(jié)果很好地驗(yàn)證了鎳納米粒子的催化作用對(duì)于提高稠油蒸汽吞吐采收率具有積極作用。

在第二部分實(shí)驗(yàn)中，對(duì)不同蒸汽溫度下含鎳納米粒子的稠油蒸汽吞吐最終采收率進(jìn)行分析比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著注入蒸汽溫度的升高，稠油的最終采收率也隨之增加，說(shuō)明溫度對(duì)提高稠油采收率具有積極作用，因?yàn)樯邷囟饶芙档统碛驼扯?，并且能提高鎳納米粒子的催化速率。觀察到在200℃、240℃、280℃、320℃下，稠油的最終采收率分別為66.3%、70.5%、76.2%和77%，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度達(dá)到280℃時(shí)采收率提高幅度最大，隨后迅速減緩。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在鎳納米粒子的催化作用下，當(dāng)注蒸汽溫度為280℃時(shí)，稠油蒸汽吞吐最終采收率最高，此時(shí)鎳納米粒子的催化效果最好。

4 結(jié)論

在對(duì)鎳納米粒子提高蒸汽吞吐采收率的實(shí)驗(yàn)研究中，得到如下結(jié)論：

（1）對(duì)比加入鎳納米粒子前后模擬稠油蒸汽吞吐實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在相同溫度（220℃）下，加入鎳納米粒子的稠油蒸汽吞吐實(shí)驗(yàn)最終采收率提高了32.8%，說(shuō)明鎳納米粒子的催化作用能有效提高稠油采收率。

（2）對(duì)比不同溫度下的鎳納米粒子對(duì)稠油蒸汽吞吐采收率的影響，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，稠油采收率也隨之升高；當(dāng)溫度達(dá)到280℃時(shí)，采收率提高幅度最大，繼續(xù)升高溫度則提高幅度明顯減緩。結(jié)果表明，當(dāng)注蒸汽溫度為280℃時(shí)，稠油蒸汽吞吐最終采收率最高，此時(shí)鎳納米粒子的催化效果最好，此時(shí)稠油蒸汽吞吐的最終采收率為76.2%。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙法軍，王廣昀，哈斯等.國(guó)內(nèi)外稠油和瀝青VAPEX技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與分析[J].化工進(jìn)展，2012，31（02）：304-309.

[2]劉灝亮，趙法軍，張洪瑋等.用于稠油蒸汽驅(qū)的樹(shù)脂型耐高溫封堵劑室內(nèi)靜態(tài)評(píng)價(jià)[J].2017，46（02）：240-242.

[3] 趙法軍，劉永建，聞守斌等.稠油水熱裂解催化劑研究進(jìn)展[J]. 2006：23（03）：277-283.

[4]龐進(jìn)，劉洪，李泓漣.油藏水驅(qū)后蒸汽驅(qū)增油機(jī)理實(shí)驗(yàn)[J].油氣地質(zhì)與采收率，2013，20（04）：72-74.