抽油機(jī)與螺桿泵現(xiàn)場適應(yīng)性分析

李秋磊

摘要：抽油機(jī)作業(yè)中涉及到較詳細(xì)烴餾分組成的烴分布測定有助于研究改質(zhì)降粘反應(yīng)前后原油中烴類的變化。由于原油的復(fù)雜性，不可能準(zhǔn)確地描述ISC過程中發(fā)生的所有反應(yīng)。準(zhǔn)確描述所有原油氧化反應(yīng)的動力學(xué)需要大量的動力學(xué)表達(dá)式和參數(shù)鍵，它們可以連續(xù)或同時發(fā)生反應(yīng)，并經(jīng)常產(chǎn)生分子內(nèi)反應(yīng)。碳?xì)浠衔镅趸磻?yīng)的詳細(xì)模型只適用于最簡單的碳?xì)浠衔锓肿?，由幾個反應(yīng)步驟（方程式）組成。此外，即使存在詳細(xì)的碳?xì)浠衔镅趸Ｐ?，也不能將它們納入現(xiàn)有的原位燃燒模擬器。這是由于升級問題，但也因為計算機(jī)的限制。詳細(xì)的氧化模型已開發(fā)和驗證，只適用于最簡單的模型系統(tǒng)。真實的情況還不能在模型中捕捉到。近年來建立了描述原位燃燒過程中化學(xué)反應(yīng)的簡化模型。

關(guān)鍵詞：原油；分辨率；檢測器

Weekman三修井作業(yè)反應(yīng)模型由Weekman等人于上世紀(jì)60年代末提出，該模型將整個催化裂化反應(yīng)體系分為原料油、中質(zhì)油、氣體+焦炭三個修井作業(yè)，并考慮了因表面成焦而引起的催化劑失活。各修井作業(yè)間反應(yīng)關(guān)系如圖1-1所示。圖中，A—原料油，B—中質(zhì)油，C—氣體+焦炭。

1.作業(yè)反應(yīng)完成率

熱裂解反應(yīng)是目前研究最多的ISC反應(yīng)類型。這些反應(yīng)通常被稱為裂解反應(yīng)，但它們被稱為鍵斷反應(yīng)、中溫反應(yīng)、熱解反應(yīng)或燃料形成反應(yīng)。研究這些反應(yīng)釆用了兩種不同的方法?；瘜W(xué)方法確定了熱裂解反應(yīng)的三個主要持征。它們主要發(fā)生在氣相（均相反應(yīng)），需要大量的能量發(fā)生（吸熱反應(yīng)），通常涉及三種類型的過程：脫氫，裂解（鍵斷裂）和縮合。在脫氫過程中，只有氫原子受到影響，它們被從分子中去除，而碳原子則沒有受到影響。在裂解過程中，只有較重分子的碳碳鍵斷裂，形成碳數(shù)較低的碳?xì)浠衔锓肿?。另一方面，在縮合過程中，分子中碳原子的數(shù)量增加，這使得獲得較重的碳?xì)浠衔铩＞C上所述，在一個共同的過程中，短鏈烴發(fā)生脫氫，大分子發(fā)生裂解。因此，可以說這個過程趨向于在分子中碳原子的數(shù)量上建立平衡。最后，那些中等大小的脫氫分子重新結(jié)合形成較重的分子，這些分子經(jīng)過長時間的加熱或當(dāng)溫度很高時產(chǎn)生焦炭和揮發(fā)性碳?xì)浠衔镳s分。一些作者試圖更詳細(xì)地解釋這些涉及自由基形成的過程然而，所提出的ISC機(jī)制并沒有提供嚴(yán)格的化學(xué)解釋。

上面的描述是現(xiàn)在最被接受的理論之一。然而，其他作者提出了一種物理方法來研究熱裂解反應(yīng)。這些工作從熱裂解所涉及的物理現(xiàn)象來研究和描述反應(yīng)過程。從這個方法來看，這些反應(yīng)被看作是破粘反應(yīng)，指的是原油粘度的變化[2]。

大多數(shù)用來解釋ISC化學(xué)的反應(yīng)方案都是根據(jù)實驗程序制定的。對機(jī)理進(jìn)行的實驗通常是在特定的溫度和壓力條件下對原油進(jìn)行加熱的實驗。通過對樣品和產(chǎn)物組成的測定，控制了反應(yīng)時間，確定了反應(yīng)的先進(jìn)程度。由于氧的存在決定了反應(yīng)的性質(zhì)，所以測試環(huán)境也受到控制。最后，通過對樣品演化的分析，制定了涉及產(chǎn)物的反應(yīng)方案和這些反應(yīng)的動力學(xué)數(shù)據(jù)。反應(yīng)是表征熱裂解反應(yīng)最簡單的化學(xué)方程，其中，焦炭（C↓）和氫是由碳?xì)浠衔镦溤谝合嘀辛呀舛a(chǎn)生的。

采用原油、重油和輕油的最簡單餾分來解釋熱裂解過程。重油裂解反應(yīng)生成較輕的化合物和焦炭。本模型和其他模型中的化學(xué)計量系數(shù)是通過實驗裝置中的質(zhì)量平衡閉合來確定的。該模型提岀重油摩爾熱姴解生成2.8摩爾輕油和3.6摩爾焦炭。

氧化可以有兩種不同的性質(zhì)，低溫氧化和高溫氧化反應(yīng)。一般來說，在低溫下，氧與石油結(jié)合形成氧化碳?xì)浠衔铮邕^氧化物、醇或酮。這通常會增加油的粘度。在高溫下，它可以增加石油反應(yīng)活性[3]。

與大量有關(guān)裂解反應(yīng)的研究相反，LTO反應(yīng)由于其復(fù)雜程度較高，尚未得到廣泛的研究。LTO反應(yīng)的發(fā)生是ISC中的第一個反應(yīng)過程。這類反應(yīng)的主要產(chǎn)物是含氧化合物和焦炭，它們在高溫氧化階段被消耗以產(chǎn)生燃燒氣體。盡管啟動ISC過程需要LTO反應(yīng)，但這類反應(yīng)并不十分理想，因為它們以高速率消耗大量原油。在理想情況下，LTO反應(yīng)只產(chǎn)生形成燃燒前緣所需的焦炭，燃燒前緣由熱裂解階段形成的焦炭提供。然而，考慮到儲層的彎曲性，氧氣可以通過多孔介質(zhì)，避免燃燒前沿，與下游區(qū)域的其他區(qū)域接觸。這種接觸可能導(dǎo)致氧化化合物的形成，這些化合物可以在生產(chǎn)井中提取出來。這是一個可能對環(huán)境造成嚴(yán)重影響的案例，但尚未在很大程度上進(jìn)行研究。

這些反應(yīng)為非均質(zhì)（氣液）燃燒反應(yīng)，不是完全燃燒反應(yīng)，這意味著它們的主要產(chǎn)物不是水和二氧化碳（CO2），雖然也可能產(chǎn)生這些物質(zhì)。LTO反應(yīng)被定義為氧加成反應(yīng)。它們的典型產(chǎn)物是水和部分加氧的碳?xì)浠衔铮玺人?、醛酮醇和氫過氧化物。從化學(xué)角度看，LTO反應(yīng)被定義為縮合反應(yīng)，在縮合過程中，低分子量化合物變成高分子量產(chǎn)物?；诖耍琁SC反應(yīng)方案提出芳香族化合物的低溫氧化生成樹脂，最終形成瀝青質(zhì)。這顯然是兩個對立但互補(bǔ)的觀點。第一個支持認(rèn)為LTO反應(yīng)不方便的一方，因為瀝青質(zhì)含量的增加增加了原油粘度，這會影響原油產(chǎn)量和技術(shù)性能。另一方面，瀝青質(zhì)含量越高，焦炭產(chǎn)量越高，有利于保持燃燒前沿。不同的作者在實驗的基礎(chǔ)上研究了LTO效應(yīng)及其產(chǎn)物。提議的第一批反應(yīng)在過去幾十年里沒有經(jīng)歷重大的轉(zhuǎn)變，目前正在使用。

2.結(jié)論

（1）分別應(yīng)用三修井作業(yè)、四修井作業(yè)、六修井作業(yè)完成率模型對大港目標(biāo)原油進(jìn)行完成率建模分析，所建立的模型使用復(fù)合形法尋求最優(yōu)化，并應(yīng)用龍格-庫塔法對模型進(jìn)行求解；

（2）通過對計算結(jié)果的分析可以看出，求取的活化能在文獻(xiàn)給出的烴類熱裂解反應(yīng)的活化能范圍內(nèi)，供氫體加入可使反應(yīng)活化能發(fā)生一定變化，整體規(guī)律呈現(xiàn)為重質(zhì)組分裂解加快，而輕質(zhì)、中質(zhì)組分則發(fā)生上下波動變化；

參考文獻(xiàn)

[1]王子健.強(qiáng)堿三元復(fù)合驅(qū)后進(jìn)一步提高采收率實驗研究 [D].東北石油大學(xué)，2017.

[2]王子健，盧祥國，姜曉磊等. 復(fù)合驅(qū)油后提高采收率新方法——以大港杏樹崗油田為例[J]. 石油化工高等學(xué)校學(xué)報，2016，第二期，65-70.

[3]程杰成，廖廣志，楊振宇，等.大港油田復(fù)合驅(qū)油礦場試驗綜述[J]. 大港石油地質(zhì)與開發(fā)，2001，30（03）：16-19.

（作者單位：大慶油田第六采油廠第一油礦地質(zhì)隊）