论文题目: 稠油水热裂解反应动力学研究及应用
论文类型: 博士论文
论文专业: 油气田开发工程
作者: 刘春天
导师: 刘永建
关键词: 稠油油藏,水热裂解反应,化学平衡分析,集总动力学模型,催化作用,采油
文献来源: 大庆石油学院
发表年度: 2005
论文摘要: 随着全球经济的不断发展,世界各国对石油的需求量愈来愈大,综合考虑常规原油的开采现状和稠油储量,可以预测稠油将在今后的国家能源战略中占据重要地位。稠油油藏的一个显著特点是在地层条件下,稠油的粘度高、相对密度大、流动能力差,用常规技术难以经济有效地开发。目前开采稠油的主要方法是注蒸汽热力采油法。热采过程中,高温水与稠油之间发生的水热裂解反应能强化注蒸汽技术,把孔隙介质作为天然化学催化反应器,在井下就地改善稠油质量,不可逆地降低稠油粘度,是一项具有广阔应用前景的稠油开采新技术。目前,针对我国稠油水热裂解所做的动力学研究较少,至今尚未见到相关的报道。为此,本文通过理论分析、室内实验和数值计算等方法,深入研究了稠油水热裂解反应及其动力学,为现场采油生产提出合理建议,成功地提高了稠油质量和采收率,取得了较为满意的效果。本文的主要研究内容及创新点是: (1)分析了注蒸汽热采过程中的稠油水热裂解反应机理热作用下的稠油转化是裂解和缩合相平行的顺序反应;杂原子组成的桥键是稠油结构中较薄弱的环节,在注蒸汽热采条件下很容易断裂,生成自由基“碎片”,对稠油水热裂解反应具有重要影响;引入活性基团氢,可以捕获烃自由基和活性碎片,阻滞反应链的增长,实现稠油不可逆降粘;高温水的参与使稠油水热裂解反应按照酸碱催化机理进行;储层矿物和金属离子对稠油水热裂解反应具有催化作用。(2)计算了稠油水热裂解模型化合物的平衡组成采用噻吩和四氢噻吩作为稠油水热裂解模型化合物,计算热力学平衡组成,分析温度、压力、进料比等反应条件对平衡产物分布的影响。结果表明,当水/四氢噻吩、水/噻吩摩尔进料比分别小于3和4 时,提高水/四氢噻吩和水/噻吩摩尔进料比有利于脱硫和生成更多气体。提高反应温度,降低反应压力有利于生成更多的气体,但不利于脱硫。当水/四氢噻吩、水/噻吩摩尔进料比分别大于3 和4时,进料比、温度和压力对平衡组成的影响较小。(3)考察了反应条件对稠油水热裂解反应的影响根据室内实验结果,考察有、无储层矿物、有、无催化剂存在时,水热裂解反应条件对稠油性质的影响,包括稠油粘度、分子量、气体产量、烃分布和四组分含量等性质随反应温度和反应时间的变化特征。研究结果表明,稠油粘度和分子量随着反应温度的提高和反应时间的延长而减小,实现了稠油轻质化;储层矿物和催化剂的存在促进了稠油水热裂解反应,提高了稠油改质程度。不同储层矿物对稠油水热裂解反应的催化作用存在差异。(4)分析总结了注蒸汽热采条件下储层矿物的转化规律,建立了储层矿物变化的定量计算方法分析总结了注蒸汽热采条件下常见储层矿物的一般变化规律;根据辽河油田热采资料,确定注蒸汽后粘土矿物含量在平面上发生了变化,变化规律与温度密切相关;建立了一种根据注入水、吐出水的化学成分,利用质量作用定律及质量守恒定律,计算储层矿物溶解/沉淀量的定量方法。(5)建立了有、无储层矿物存在时的稠油水热裂解反应集总动力学模型分别建立了有、无储层矿物存在时的稠油水热裂解反应动力学模型。对于无储层矿物存在时的稠
论文目录:
第一章 绪论
1.1 常规的注蒸汽热采稠油技术简介
1.2 注蒸汽热采稠油技术的新进展
1.2.1 水平井蒸汽辅助重力泄油
1.2.2 水平压裂辅助蒸汽驱
1.2.3 注蒸汽热采添加助剂
1.3 稠油水热裂解开采技术研究现状
1.4 本文研究内容及意义
第二章 稠油水热裂解反应研究
2.1 热作用下的稠油反应规律
2.2 杂原子化合物在稠油水热裂解反应中的作用
2.2.1 含硫化合物的作用
2.2.2 含氧化合物的作用
2.2.3 含氮化合物的作用
2.3 水在稠油水热裂解反应中的作用
2.4 金属离子对稠油水热裂解反应的催化作用
2.5 氢对稠油的改质作用
2.6 储层矿物在稠油水热裂解反应中的作用
本章小结
第三章 无储层矿物时的稠油水热裂解反应动力学研究
3.1 模型化合物水热裂解反应化学平衡分析
3.1.1 模型化合物水热裂解实验
3.1.2 模型化合物水热裂解实验结果
3.1.3 模型化合物水热裂解反应平衡计算基础数据
3.1.4 模型化合物化学平衡分析方法的建立
3.1.5 模型化合物水热裂解反应化学平衡分析结果及讨论
3.1.5.1 四氢噻吩水热裂解化学平衡分析
3.1.5.2 噻吩水热裂解化学平衡分析
3.2 无储层矿物时的稠油水热裂解反应动力学研究
3.2.1 无储层矿物时的稠油水热裂解室内实验
3.2.1.1 实验设备
3.2.1.2 实验步骤
3.2.1.3 稠油基本性质
3.2.2 无储层矿物时的稠油水热裂解实验结果及讨论
3.2.2.1 无储层矿物时反应条件对稠油水热裂解反应的影响
3.2.2.2 催化剂存在时反应条件对稠油水热裂解反应的影响
3.2.2.3 有、无催化剂存在时稠油性质变化对比
3.2.2.4 不同反应条件下稠油中杂原子含量的变化
3.2.3 无储层矿物时稠油水热裂解反应四集总动力学模型的建立
3.2.4 四集总动力学模型参数的数值分析方法
3.2.4.1 龙格-库塔法
3.2.4.2 蒙特卡洛法
3.2.4.3 复合形法
3.2.5 四集总动力学模型计算结果及讨论
本章小结
第四章 储层矿物存在时的稠油水热裂解反应动力学研究
4.1 注蒸汽热采条件下储层矿物的转化
4.2 注蒸汽热采过程中储层矿物变化的定量计算方法
4.3 储层矿物存在时的稠油水热裂解动态实验
4.3.1 动态实验设备
4.3.2 动态实验过程
4.4 储层矿物存在时的稠油水热裂解动态实验结果
4.4.1 不同矿物岩芯对稠油水热裂解反应的影响
4.4.2 反应条件对稠油水热裂解反应的影响
4.4.3 催化剂存在时反应条件对稠油水热裂解反应的影响
4.5 储层矿物存在时稠油水热裂解五集总动力学模型的建立
4.6 五集总动力学模型的参数计算结果及讨论
本章小结
第五章 辽河稠油水热裂解现场实验研究
5.1 实验井地质情况
5.2 现场施工方案
5.3 现场实验结果及讨论
5.3.1 实验井稠油性质变化
5.3.2 实验井生产状况变化
5.3.3 实验井经济效益分析
本章小结
结论
致谢
参考文献
攻博期间完成的科研工作及发表的学术论文
详细摘要
发布时间: 2005-12-09
参考文献
- [1].辽河稠油水热裂解反应研究与应用[D]. 范洪富.大庆石油学院2002
- [2].水热裂解开采稠油关键技术研究[D]. 钟立国.大庆石油学院2005
- [3].低温稠油水热裂解催化降粘研究[D]. 王元庆.中国地质大学2010
- [4].双亲型稠油水热裂解降粘催化剂的合成及反应机理研究[D]. 吴川.中国石油大学2011
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