稠油和輕質(zhì)原油低溫氧化活性研究

楊志輝

摘 要 注空氣低溫氧化技術(shù)是現(xiàn)階段非常有效的一項(xiàng)提高低滲油藏采收率的技術(shù)。當(dāng)空氣注入油藏后，通過與原油的低溫氧化反應(yīng)和煙道氣驅(qū)可以有效地提高原油的采收率。并且空氣的成本低、來源豐富，最近幾年人們已經(jīng)越來越關(guān)注這項(xiàng)新技術(shù)。

關(guān)鍵詞 注空氣 低溫氧化 反應(yīng)速率 溫度 影響因素

中圖分類號：TE357.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1注空氣提高采收率機(jī)理

1.1注空氣低溫氧化反應(yīng)原理

低溫氧化反應(yīng)在油藏中是自發(fā)進(jìn)行的。在低溫氧化過程中，空氣中的氧氣與原油反應(yīng)，產(chǎn)生大量的烴類化合物（如醚、醛等）、水、二氧化碳等。原油的氧化反應(yīng)主要分為兩步：

第一步（氧化）：（1-1）

第二步（脫羧）：（1-2）

動力學(xué)模型常用阿雷尼厄斯方程（Arrhenius Equation）來表示，見式1-3，這個方程描述的是反應(yīng)速率常數(shù)與溫度之間的關(guān)系，是一個經(jīng)驗(yàn)公式。

通常低溫氧化反應(yīng)速率很小，加上氧氣在原油中的溶解擴(kuò)散較快，因此與氧分壓無關(guān)，m等于0；在沒有傳質(zhì)限制的情況下，原油濃度的反應(yīng)級數(shù)n等于1。低溫氧化實(shí)驗(yàn)中所用的原油油樣相對于空氣而言是遠(yuǎn)過量的，因此，這種條件下原油的消耗不會對反應(yīng)速率產(chǎn)生影響，于是n值取0。

氧化反應(yīng)速率v僅與絕對溫度有關(guān)。v可以用壓降速率表示，也可以用物質(zhì)消耗/生成速率或者濃度變化速率來表示。利用不同溫度下所得到的速率數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，得到回歸直線，其斜率等于 ，截距等于lnk0，進(jìn)而可以得到Ea和k0。

1.2 注空氣技術(shù)驅(qū)油機(jī)理

1.2.1 注空氣低溫氧化過程

根據(jù)空氣的注入速度，油藏注空氣低溫氧化過程一般分為兩種情況：

情況1：當(dāng)注氣速度較大，油藏中通過巖石散失的熱量少于氧化反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量時，油藏溫度就會上升。此時，油藏中氧氣自燃，與原油發(fā)生較完全的氧化反應(yīng)，并形成高溫氧化前緣且氧氣耗盡，此高溫帶的大小與空氣的注入速度、油藏及原油特性有關(guān)。輕質(zhì)油藏中氧化前緣的溫度一般能達(dá)到200～400 ℃，所產(chǎn)生的氣體主要是CO2和CO（CO/CO2≈0.15），油藏注采井間一般可分為4個區(qū)域：

（1）氧化前緣驅(qū)掃帶：剩余油飽和度較低，油藏溫度高于初始溫度；

（2）氧化前緣：發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣和部分剩余油逐漸消耗，釋放出CO2和CO，油藏內(nèi)形成煙道氣驅(qū)，區(qū)域溫度約達(dá)200～400 ℃；

（3）原油和蒸汽積聚帶（熱效應(yīng)帶）：由煙道氣、熱水或蒸汽驅(qū)替；

（4）煙道氣驅(qū)帶：位于熱效應(yīng)帶下方，較寬且無熱效應(yīng)。

1.2.2 注空氣驅(qū)油機(jī)理

注空氣驅(qū)油機(jī)理主要包括以下幾方面：

（1）儲層增壓，提高或維持油藏能量，加快原油的生產(chǎn)；

（2）燃燒產(chǎn)生的熱使原油產(chǎn)生熱膨脹效應(yīng)以及抽提效應(yīng)；

（3）在油藏溫度下，原油與氧氣發(fā)生低溫氧化反應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)間接的煙道氣驅(qū)；

（4）煙道氣使原油膨脹，降低原油粘度。煙道氣由85%N2，15%CO2，在注入壓力下，比較容易溶解于原油當(dāng)中；

（5）改進(jìn)注入氣、殘余油和水之間的密度和粘度，可有效減少空氣和氧化前緣超過油帶而發(fā)生指進(jìn)，通常是采取空氣-泡沫驅(qū)減小流度比；

（6）產(chǎn)生的CO2溶于水產(chǎn)生弱酸，對碳酸鹽巖層起酸化作用；

（7）在油藏溫度下，通過原油低溫氧化把空氣中的氧氣消耗，至少可實(shí)現(xiàn)氮?dú)怛?qū)；

（8）陡峭傾斜油藏頂部注空氣的雙重驅(qū)替作用；

（9）煙道氣對原油的重力驅(qū)作用，如針對正韻律油藏依靠氣體重力分異作用能改善頂部油層低滲透部位的開發(fā)效果。

研究表明，儲集巖石某些礦物成分可以對注空氣后油藏內(nèi)氧氣與原油之間的氧化反應(yīng)起催化作用。90年代以來，普遍認(rèn)為粘土礦物和金屬礦物是一種催化劑，對氧化反應(yīng)有一定的影響，這些礦物提高了空氣中氧氣的利用率。

參考文獻(xiàn)

[1] Al-Saffe，H.B，Hasaniin，H.price，D.andHughes.R Oxidation Reactions of a Light Crude Oil and Its SARS Fractions in Consolidated Cores，Energy&Fuels，2001（15）：182-188.