蒸汽驱替稠油水热裂解改质行为的室内物理模拟

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2023.05.006

辽宁石油化工大学学报 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (5): 34-41.DOI: 10.12422/j.issn.1672-6952.2023.05.006

蒸汽驱替稠油水热裂解改质行为的室内物理模拟

曹嫣镔¹^,²(), 刘明¹^,², 汪庐山³(), 王坤¹^,², 初伟¹^,², 马爱青¹^,², 王飞¹^,²

^1.中国石油化工集团有限公司胜利油田分公司/石油工程技术研究院，山东东营 257000
^2.山东省稠油开采技术重点实验室，山东东营 257000
^3.中国石油化工集团有限公司胜利油田分公司，山东东营 257000

收稿日期:2022-06-21 修回日期:2022-08-23 出版日期:2023-10-25 发布日期:2023-11-06
通讯作者: 汪庐山
作者简介:曹嫣镔（1975⁃），男，博士，教授级高级工程师，从事油田化学方面的研究；E⁃mail：caoyanbinmengjiao@163.com。
基金资助:
中国石化重点科技攻关项目“基于核能供热的稠油地下原位改质技术基础研究”(P20067)

Laboratory Physical Simulation of Steam Flooding Heavy Oil Hydrothermal Cracking Upgrading Behavior

Yanbin CAO¹^,²(), Ming LIU¹^,², Lushan WANG³(), Kun WANG¹^,², Wei CHU¹^,², Aiqing MA¹^,², Fei WANG¹^,²

^1.SINOPEC，Shengli Oilfield Company，Research Institute of Petroleum Engineering，Dongying Shandong 257000，China
^2.Shandong Key Laboratory of Heavy Oil Production Technology，Dongying Shandong 257000，China
^3.SINOPEC，Shengli Oilfield Company，Dongying Shandong 257000，China

Received:2022-06-21 Revised:2022-08-23 Published:2023-10-25 Online:2023-11-06
Contact: Lushan WANG

摘要/Abstract

摘要：

以胜利油田某稠油作为研究对象，将岩心作为多孔介质填充在岩心驱替仪中模拟地层条件，采用双亲性催化剂，研究了不同反应条件下稠油水热裂解改质行为。结果表明，在多孔介质条件下，采用直接驱替的方式，稠油降黏率达到20.8%；在多孔介质体系中加入双亲性催化剂后，采用先反应后驱替的方式，稠油黏度显著降低，在低温环境（65 ℃）下进行驱替的降黏率为57.9%，但在低温环境下驱替导致沥青质组分摩尔质量增大，沥青质摩尔质量由5 244 g/mol增加到6 690 g/mol。当反应完成后保持高温环境（265 ℃）时，直接用热水驱替的降黏效果更好，裂解程度更高，其降黏率最高达到96.0%。研究结果对稠油水热裂解反应在现场应用过程中的操作条件优化具有重要的指导意义。

关键词: 多孔介质, 水热裂解, 降黏, 族组成, 重质组分结构

Abstract:

Taking a heavy oil in Shengli Oil Field as the research object,the core was filled with porous medium in the core displacement instrument to simulate the formation conditions,and the aquathermolysis of heavy oil under different reaction conditions was studied.The results shown that the viscosity reduction rate of heavy oil can reach 20.8% only in porous medium by direct displacement,and the viscosity reduction effect is more obvious in porous medium system after the addition of amphiphilic catalyst for reaction.The displacement viscosity reduction rate after reaction in a low?temperature environment of 65 ℃ is 57.9%.However,the reaction in a low?temperature environment leads to an increase in the molecular weight of the asphaltene component,with the relative molecular weight of the asphaltene increasing from 5 244 g/mol to 6 690 g/mol.After the reaction is completed and maintained in a high?temperature environment of 265 ℃,the displacement has a better viscosity reduction effect,with a maximum comprehensive viscosity reduction rate of 96.0%.It provides an important guiding significance for the optimization of operating conditions of heavy oil aquathermolysis in the field application process.

Key words: Porous media, Hydrothermal cracking, Viscosity reduction, Group composition, Heavy component structure

中图分类号:

TE355

曹嫣镔, 刘明, 汪庐山, 王坤, 初伟, 马爱青, 王飞. 蒸汽驱替稠油水热裂解改质行为的室内物理模拟[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2023, 43(5): 34-41.

Yanbin CAO, Ming LIU, Lushan WANG, Kun WANG, Wei CHU, Aiqing MA, Fei WANG. Laboratory Physical Simulation of Steam Flooding Heavy Oil Hydrothermal Cracking Upgrading Behavior[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2023, 43(5): 34-41.

图/表 12

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油样	反应条件特点	降黏率/%
油样1	无催化剂体系，热水驱	20.8
油样2	先催化反应，降温，再热水驱	57.9
油样3	先催化反应，温度不变，再热水驱	96.0

油样	反应条件特点	降黏率/%
油样1	无催化剂体系，热水驱	20.8
油样2	先催化反应，降温，再热水驱	57.9
油样3	先催化反应，温度不变，再热水驱	96.0

沥青质/胶质	w（H） /%	w（C） /%	w（N） /%	w（S） /%
原油沥青质	8.39	83.40	2.01	2.21
油样1沥青质	8.19	80.85	2.03	2.11
油样2 沥青质	8.51	83.60	2.05	2.03
油样3沥青质	8.79	84.25	2.03	1.91
原油胶质	10.02	84.99	1.45	0.62
油样1胶质	10.20	84.80	1.68	1.50
油样2胶质	9.36	84.02	1.66	1.31
油样3胶质	9.66	84.33	1.64	1.23

沥青质/胶质	w（H） /%	w（C） /%	w（N） /%	w（S） /%
原油沥青质	8.39	83.40	2.01	2.21
油样1沥青质	8.19	80.85	2.03	2.11
油样2 沥青质	8.51	83.60	2.05	2.03
油样3沥青质	8.79	84.25	2.03	1.91
原油胶质	10.02	84.99	1.45	0.62
油样1胶质	10.20	84.80	1.68	1.50
油样2胶质	9.36	84.02	1.66	1.31
油样3胶质	9.66	84.33	1.64	1.23

波长/cm^-1	谱峰归属
3 433	羟基吸收峰
2 925	亚甲基中C-H的非对称伸缩振动
2 850	甲基中C-H的对称伸缩振动
1 625	非对称取代苯环的呼吸振动
1 460	亚甲基(—CH₂—)的剪式振动
1 380	甲基(—CH₃)的伞式振动

蒸汽驱替稠油水热裂解改质行为的室内物理模拟

Laboratory Physical Simulation of Steam Flooding Heavy Oil Hydrothermal Cracking Upgrading Behavior

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参考文献 26

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样品	C₁	C₃	C₄	C₅
原油沥青质	2.96	0.70	1.36	0.34
油样1沥青质	3.54	0.76	0.65	0.49
油样2 沥青质	2.49	0.75	1.20	0.43
油样3沥青质	4.85	0.75	0.55	0.47
原油胶质	2.32	0.60	1.30	0.40
油样1胶质	3.35	0.63	1.07	0.23
油样2胶质	2.75	0.81	1.02	0.50
油样3胶质	3.07	0.62	0.99	0.46

符号	氢类型	化学位移×10⁶
H_γ	芳香环的γ位及γ位以远的CH₃基上的氢	0.50~1.05
H_β	芳香环的β碳上的氢以及β以远的CH₂，CH基上的氢	1.05~1.95
H_α	与芳香环的α碳相连的氢	1.95~4.00
H_A	与芳香碳直接相连的氢	6.00~9.00

样品	占比/%
样品	H_γ	H_β	H_α	H_A
原油沥青质	22.53	54.94	16.01	6.52
油样1沥青质	23.43	63.82	1.94	10.80
油样2 沥青质	27.53	50.23	8.93	13.31
油样3沥青质	38.45	46.89	5.77	8.88
原油胶质	26.59	67.98	1.02	4.42
油样1胶质	33.98	59.97	1.57	4.48
油样2胶质	25.61	66.02	2.97	5.40
油样3胶质	26.71	67.59	2.02	3.68

样品	f_A	H_AU/C_A	支化指数	C_T	C_A	C_P	R_T	R_A	R_N	M/（g·mol^-1）
原油沥青质	0.44	0.40	0.21	364.15	160.14	159.66	66.74	52.05	14.79	5 244
油样1沥青质	0.42	0.37	0.24	335.75	140.41	189.07	47.56	45.47	2.09	4 988
油样2 沥青质	0.45	0.37	0.31	465.68	220.86	240.18	73.83	72.90	1.55	6 690
油样3沥青质	0.44	0.34	0.49	271.48	117.72	132.86	44.87	37.91	6.97	3 870
原油胶质	0.33	0.21	0.26	173.80	57.10	97.30	24.71	17.72	6.46	2 456
油样1胶质	0.33	0.24	0.37	70.40	22.23	45.97	9.85	6.08	3.78	1 115
油样2胶质	0.32	0.31	0.25	77.72	24.60	42.92	10.27	6.87	3.40	1 113
油样3胶质	0.34	0.19	0.27	75.90	26.03	35.65	12.11	7.34	4.76	1 082

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