黃沙坨油田原油低溫氧化反應(yīng)條件試驗(yàn)研究

張 宇

(中國(guó)石油遼河油田分公司金馬油田開發(fā)公司，遼寧盤錦 124010)

黃沙坨油田原油低溫氧化反應(yīng)條件試驗(yàn)研究

張 宇

(中國(guó)石油遼河油田分公司金馬油田開發(fā)公司，遼寧盤錦 124010)

為研究地層條件下黃沙坨油田原油是否會(huì)與空氣發(fā)生低溫氧化反應(yīng)，為區(qū)塊非烴類氣驅(qū)注入介質(zhì)的篩選提供依據(jù)，本研究通過室內(nèi)試驗(yàn)研究原油樣品與空氣在無(wú)汞地層流體分析系統(tǒng)中的氧化反應(yīng)過程，檢測(cè)O2、CO2和CO等氣體的變化情況，分析O2的消耗速度，評(píng)價(jià)不同條件下原油與空氣的反應(yīng)活性。試驗(yàn)結(jié)果表明：該區(qū)原油與空氣發(fā)生低溫氧化反應(yīng)的溫度大于120℃ ，而油藏地層溫度為106℃，說明在目前地層溫度下，該區(qū)原油與空氣不會(huì)發(fā)生低溫氧化反應(yīng)；反應(yīng)溫度為130℃時(shí)只生成了CO2，當(dāng)反應(yīng)溫度高于140℃時(shí)同時(shí)生成CO和CO2，說明反應(yīng)溫度越高氧化反應(yīng)越劇烈；低溫氧化反應(yīng)后原油組分的變化曲線說明反應(yīng)溫度對(duì)輕質(zhì)組分含量的影響并不明顯，發(fā)生氧化反應(yīng)的烴類主要集中在C7～C21之間。研究成果為現(xiàn)場(chǎng)非烴類氣驅(qū)試驗(yàn)注入介質(zhì)的篩選提供了重要依據(jù)，避免了工程危險(xiǎn)。

黃沙坨油田；低溫氧化反應(yīng)；非烴類氣驅(qū)

黃沙坨油田位于遼河盆地東部凹陷中段黃沙坨構(gòu)造帶，開發(fā)目的層為古近系沙三中段火山粗面巖，屬于典型塊狀邊底水裂縫型稀油油藏。開發(fā)初期油井以自噴為主，產(chǎn)能高，但受裂縫性油藏固有因素影響，油井底水錐進(jìn)后含水上升迅速，堵水難度大，產(chǎn)量遞減極快，注水開發(fā)也未見明顯效果，區(qū)塊亟須提高采收率新技術(shù)來進(jìn)一步改善開發(fā)效果。

研究及實(shí)踐表明[1-10]，氮?dú)馀菽?qū)和空氣泡沫驅(qū)均是裂縫性油藏水驅(qū)開發(fā)中后期提高采收率的有效方法，兩者相比空氣泡沫驅(qū)具有氣源豐富、成本低的優(yōu)點(diǎn)，而且空氣注入輕質(zhì)油藏后，氧氣和原油發(fā)生低溫氧化反應(yīng)，氧氣被消耗，生成碳的氧化物，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量使油層溫度升高，促使輕質(zhì)組分揮發(fā)。因此，直接起驅(qū)替作用的并不是空氣，而是在油層內(nèi)生成的CO、CO2以及由N2和輕烴組分等組成的煙道氣。但并不是所有油藏都適合注空氣，這取決于油藏條件下，原油是否能和注入空氣發(fā)生低溫氧化反應(yīng)，反應(yīng)程度如何，最重要的一點(diǎn)就是氧氣必須在到達(dá)生產(chǎn)井之前被消耗掉，否則會(huì)有工程爆炸危險(xiǎn)。筆者以室內(nèi)試驗(yàn)為手段，研究該區(qū)原油樣品與空氣在無(wú)汞地層流體分析系統(tǒng)中的氧化反應(yīng)過程，檢測(cè)O2、CO2和CO等氣體的變化情況，分析O2的消耗速度，評(píng)價(jià)在不同條件下原油與空氣的反應(yīng)活性。研究成果為現(xiàn)場(chǎng)非烴類氣驅(qū)試驗(yàn)注入介質(zhì)的篩選提供了重要依據(jù)，避免了工程危險(xiǎn)。

1 試驗(yàn)設(shè)備及流程

使用美國(guó)RUSKA2370-601型無(wú)汞地層流體分析系統(tǒng)。整套流程主要由注入泵系統(tǒng)、反應(yīng)釜、計(jì)算機(jī)壓力采集系統(tǒng)、烘箱、氣量計(jì)和氣相色譜儀組成，其中反應(yīng)釜是整個(gè)裝置的關(guān)鍵部分。反應(yīng)釜及注入泵工作壓力在0～70 MPa之間。原油與空氣在反應(yīng)釜反應(yīng)過程中主要監(jiān)測(cè)定容條件下壓力隨時(shí)間的變化，從而確定反應(yīng)是否結(jié)束，并通過色譜儀測(cè)量反應(yīng)前后原油的組成變化及O2的消耗情況。試驗(yàn)流程如圖1所示。

圖1 恒溫定容反應(yīng)裝置流程圖

2 試驗(yàn)方法、步驟和目的

方法：在目前地層壓力和溫度下，將現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)原油和空氣注入反應(yīng)釜中，加入原油20 mL，地層溫度壓力下的空氣100 mL(空氣注入體積比取10%)，研究空氣與現(xiàn)場(chǎng)原油的低溫氧化反應(yīng)。

步驟：(1)配制地層流體，按照試驗(yàn)流程(圖1)連接裝置；

(2)將反應(yīng)釜抽空，并加熱到地層溫度，將預(yù)先設(shè)計(jì)好的原油和空氣轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，設(shè)置為預(yù)定試驗(yàn)壓力；

(3)待壓力穩(wěn)定后，維持地層壓力，放出油氣，用色譜儀測(cè)量注空氣反應(yīng)前后氣體組成的變化；

(4)改變反應(yīng)釜的壓力和溫度，重復(fù)(2)(3)步驟，研究在不同條件下原油與空氣反應(yīng)前后的壓力和組分組成變化情況；

(5)根據(jù)注入空氣過程中O2的消耗量綜合判定低溫氧化反應(yīng)情況。

目的：通過上述試驗(yàn)，最終可以確定原油與空氣的低溫氧化點(diǎn)以及不同溫度下地層原油和空氣發(fā)生低溫氧化反應(yīng)的程度。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

利用上述試驗(yàn)流程測(cè)定了地層壓力下不同反應(yīng)溫度的低溫氧化反應(yīng)試驗(yàn)，通過不同溫度條件下O2的消耗速度，綜合判定該區(qū)塊發(fā)生低溫氧化反應(yīng)的反應(yīng)溫度和發(fā)生反應(yīng)后的O2消耗速度。

3.1 不同溫度條件反應(yīng)后的油氣組成變化

在反應(yīng)結(jié)束后測(cè)量不同溫度下低溫氧化反應(yīng)后的油氣組成變化(摩爾含量)，研究在試驗(yàn)溫度下是否發(fā)生氧化反應(yīng)，結(jié)果如表1和圖2所示。

表1 不同溫度條件反應(yīng)后的氣體組分組成變化表

圖2 不同溫度條件反應(yīng)后的脫氣原油色譜組分組成變化曲線

試驗(yàn)結(jié)果表明：

(1)該區(qū)原油與空氣發(fā)生低溫氧化反應(yīng)的溫度大于120℃；當(dāng)反應(yīng)溫度為130℃時(shí)，只生成了CO2；當(dāng)反應(yīng)溫度高于140℃時(shí)，同時(shí)生成CO和CO2，說明反應(yīng)溫度越高，氧化反應(yīng)越劇烈(表1)。

(2)從低溫氧化反應(yīng)后原油組成的變化曲線(圖2)可以看出，隨著反應(yīng)溫度的升高，C2～C6含量并無(wú)明顯變化，可見反應(yīng)溫度對(duì)輕質(zhì)組分含量的影響作用并不明顯；C7～C13的含量在逐漸上升，C14～C21的含量在逐漸下降，C22～C29的含量基本沒變化，說明發(fā)生氧化反應(yīng)的烴類主要集中在C7～C21之間，其中C7～C12組分的氧化反應(yīng)主要生成了氧化化合物，而C13～C21組分的氧化反應(yīng)主要生成CO和CO2。這與中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所程月等人以及國(guó)外學(xué)者BABU D R，COMACK D E等人研究的結(jié)論基本相同。

3.2 不同反應(yīng)溫度下的耗氧速度計(jì)算

根據(jù)反應(yīng)前后組分的變化和反應(yīng)時(shí)間，計(jì)算不同反應(yīng)溫度下的耗氧速度，結(jié)果如表2和圖3所示。

計(jì)算結(jié)果顯示：

(1)反應(yīng)溫度越高、時(shí)間越短，耗氧速度越大。110℃、120℃時(shí)空氣中氧氣和地層原油沒有發(fā)生低溫氧化反應(yīng)。130℃下定容低溫氧化試驗(yàn)共經(jīng)歷了117.5 h，耗氧0.007251 mol，平均耗氧速度為0.001481 mol/d。140℃下定容低溫氧化共經(jīng)歷了95.8 h，耗氧0.008889 mol，平均耗氧速度為0.002227 mol/d。150℃下定容低溫氧化試驗(yàn)共經(jīng)歷了80.2 h，耗氧0.011485 mol，平均耗氧速度為0.003437 mol/d。

(2)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可以看出，地層原油和空氣發(fā)生低溫氧化的溫度節(jié)點(diǎn)在120～130℃。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸推算的反應(yīng)溫度為125℃。

(3)綜合4組低溫氧化反應(yīng)后組分含量的變化數(shù)據(jù)、反應(yīng)生成物的量及耗氧速度與時(shí)間的關(guān)系，認(rèn)為C13～C21的含量越大，地層溫度越高，越有利于低溫氧化反應(yīng)的進(jìn)行，從而氧消耗速度越快，生成的CO2和CO含量越高，就越有利于煙道氣驅(qū)和熱膨脹效應(yīng)，有利于提高采收率。

表2 不同反應(yīng)溫度下氧氣反應(yīng)時(shí)間和氧消耗速度表

圖3 不同反應(yīng)溫度下氧消耗速度曲線

4 結(jié)論

黃沙坨油田原油樣品低溫氧化反應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果表明：該區(qū)原油與空氣發(fā)生低溫氧化反應(yīng)的溫度節(jié)點(diǎn)為125℃，而油藏地層溫度為106℃，所以在目前地層溫度下，該區(qū)原油與空氣不會(huì)發(fā)生低溫氧化反應(yīng)，出于安全起見，建議非烴氣驅(qū)注入介質(zhì)選擇氮?dú)狻?/p>

[1] 張永剛,羅懿,劉岳龍,等.紅河油田輕質(zhì)原油低溫氧化試驗(yàn)及動(dòng)力學(xué)研究[J].油氣藏評(píng)價(jià)與開發(fā),2013,3(6):43-47.

[2] 張濤,熊健.低滲輕質(zhì)油藏注空氣原油低溫氧化過程研究[J].吐哈油氣,2012,17(4):337-340.

[3] 陳振亞,于洪敏,張帆,等.明15塊空氣泡沫驅(qū)低溫氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型及影響因素分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2012,12(18):4363-4367.

[4] 楊寶泉,任韶然,于洪敏,等.輕質(zhì)油藏注空氣低溫氧化機(jī)理數(shù)值模擬[J].新疆石油地質(zhì),2009,30(3):358-361.

[5] 王玉婷,鄧君宇,劉延民,等.輕質(zhì)油藏注空氣過程中原油低溫氧化反應(yīng)的O2—CO2轉(zhuǎn)換率[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2014,14(26):50-54.

[6] 王杰祥,夏金娜,劉雙龍,等.輕質(zhì)油低溫氧化反應(yīng)試驗(yàn)研究[J].特種油氣藏,2012,19(6):116-117.

[7] 陳振亞,牛保倫,湯靈芝,等.原油組分低溫氧化機(jī)理和反應(yīng)活性試驗(yàn)研究[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào),2013,41(11):1336-1341.

[8] 林偉民,鄧瑞健,劉勇,等.中原油田輕質(zhì)油藏注空氣低溫氧化反應(yīng)機(jī)理研究[J].油田化學(xué),2013,30(4):534-538.

[9] 孫蘭佳.注空氣低溫氧化開發(fā)效果試驗(yàn)研究[J].化學(xué)工程與裝備,2015,7(7):15-18.

[10] 張旭,劉建儀,孫良田,等.注空氣低溫氧化提高輕質(zhì)油氣藏采收率研究[J].天然氣工業(yè),2004,24(4):78-80.

Huangshatuo Oilfield Crude Oil Low Temperature Oxidation Reaction Conditions Experimental Research

Zhang Yu

(JinmaOilfieldDevelopmentCompany,PetroChinaLiaoheOilfieldCompany,Panjin,Liaoning124010,China)

In order to study whether the crude oil in Huangshatuo oilfield under the formation conditions will react with the air at low temperature, provide the basis for screening the non-hydrocarbon gas flooding medium, in this study, the process of oxidation of crude oil samples and air in the mercury-free formation fluid analysis system was studied by indoor experiment.The changes of O2, CO2and CO were analyzed, and the consumption rate of O2was analyzed.The reaction of crude oil with air was evaluated under different conditions active.The experimental results show that the temperature of the crude oil and air in the low temperature oxidation reaction is greater than 120℃, while the reservoir formation temperature is 106℃, indicating that in the current formation temperature, the area of crude oil and air will not occurred low temperature oxidation reaction.When the reaction temperature was 130℃, only CO2was generated, when the reaction temperature was higher than 140℃, at the same time generate CO and CO2, indicating that the higher the reaction temperature, the more intense the oxidation reaction.The change curve of the crude oil component after the low temperature oxidation reaction shows that the effect of the reaction temperature on the light component content is not obvious, and the hydrocarbons that produce the oxidation reaction are mainly concentrated between C7～C21.The results provide an important basis for the screening of non-hydrocarbon gas flooding test injection media, which avoids the engineering risk.

Huangshatuo oilfield; low temperature oxidation reaction; non-hydrocarbon gas flooding

張宇(1981—)，男，工程師，2005年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院資源勘查工程專業(yè)，現(xiàn)從事油田開發(fā)地質(zhì)研究工作。郵箱：xiaoyu863b@126.com.

TE122

A