双亲催化剂作用超稠油水热裂解降黏机理研究

合成双亲催化剂,200℃与超稠油反应后,降黏率达96.26%。通过气相色谱仪、元素分析仪、分子量测定仪、红外光谱仪及核磁共振波谱仪对反应前后稠油的物化性质进行分析。结果表明,反应后稠油胶质与沥青质含量减小,稠油分子量下降,沥青质分子量降低幅度最大;稠油及其重质组分的氢碳原子比增加,硫的含量减小。稠油发生水热裂解反应的同时,存在沥青质的聚合反应,沥青质的裂解在降黏反应中起到了关键的作用;双亲催化剂促进了水热裂解反应,同时抑制了聚合反应;双亲型催化降黏剂携带的具有活性催化功能的离子协同高温水作用于分子中的C-S、C-N、C-O、C-C及C=S、C=O、C=N、C=S等键,使其发生系列链的断裂、加氢、开环、成环、脱硫等反应,促进了稠油黏度的降低,稠油及其重质组分的氢碳原子比增加,稠油的品质得到一定程度的改善。     

特稠油乳化降黏机理研究

研究了胜利油田罗家高硫特稠油的黏度及其极性四组分、有机杂原子、金属元素的关联。结果表明，该稠油的高黏度主要与三个因素有关：（1） 含有高分子量的胶质和沥青质组分；（2） 硫的质量分数很高；（3） 金属元素V、Fe、Ni形成配位络合物增加了沥青质的内聚力。同时考察了所筛选的降黏剂的效果，降黏剂明显降低了油水界面张力，使得稠油的黏度降低。比较了添加降黏剂前后沥青质的电子探针照片的变化，推测降黏剂分子借助强的形成氢键的能力和渗透、分散作用进入沥青质片状分子之间，破坏了沥青质分子平面重叠的聚集体，使聚集结构变得疏松，表明聚集有序性降低是稠油降黏的主要机理。     

基于广义阴阳表面活性剂体系对不同黏度区间原油的普适性降黏作用

采用脂肪酸-脂肪胺混合的广义阴阳体系,分别通过水相引入与油相引入两种方式对黏度分布在0.05-155 Pa?s范围内的4种原油进行乳化降黏。针对不同地区原油的组成特点与黏度成因,调整复配体系中脂肪酸-脂肪胺的分子结构,采用不同手段构筑乳状液:对于黏度较低的普通稠油,采用水相引入脂肪酸-脂肪胺复配体系的方法;而对于胶质、沥青质含量极高的超稠油,采用油相引入脂肪酸-脂肪胺复配体系黏的方法。两种方法的降黏率均达到95%-99%,获得较为理想的降黏效果。     

超稠油供氢水热裂解改质降黏研究

通过超稠油水热裂解反应前后黏度、沥青质、硫质量分数等性质的变化，研究了超稠油进行水热裂解的主要影响因素及规律。结果表明，超稠油中含有一定量的硫是地层注蒸汽温度下进行水热裂解反应的前提。温度和时间对反应有很大影响。供氢剂中四氢萘对超稠油水热裂解影响最大。四氢萘供氢剂与硫酸镍催化剂复配使用对超稠油水热裂解有协同效应。水热裂解物理模拟实验表明,胜利单家寺油田超稠油通过供氢催化水热裂解降黏率可达70%以上。胶质、沥青质、硫质量分数降低，H/C原子比提高，超稠油得到一定程度的改善。     

纳米Ni催化剂在超稠油水热裂解降黏中的应用研究

采用甲基环己烷水正辛醇AEO9形成的微乳液体系制备纳米金属Ni催化剂，并利用该催化剂催化辽河超稠油的水热裂解反应。研究结果表明， 280℃时纳米金属Ni能够促进超稠油的水热裂解反应。与原超稠油相比，反应后样品的硫质量分数由0.45%降到0.23%，胶质、沥青质质量分数分别降低了15.83%、15.33%；GC-MS分析结果表明，甲基环己烷在改质过程中能够脱氢生成甲苯；C、H元素分析结果表明，反应后样品中胶质、沥青质的H/C原子比增加，说明从甲基环己烷上脱下的氢能够转移到超稠油中。表面活性剂AEO9、水和油，在改质结束后的降温过程中，形成了稳定的油包水型乳液，起到乳化降黏作用；而添加的甲基环己烷、正辛醇均能起到稀释降黏作用；在上述降黏作用的协同影响下，反应后样品50℃时的黏度由原来的139800mPa·s降至2400mPa·s，由此表明，纳米Ni催化剂对辽河超稠油水热裂解降黏的催化效果显著。     

油藏矿物和化学剂强化稠油水热裂解降黏研究

采用大庆、辽河两种稠油,研究了油藏矿物、硫酸镍催化剂以及四氢萘供氢剂对其水热裂解反应的影响。结果表明,与单纯水热裂解相比,油藏矿物的加入能使两种稠油的平均相对分子质量减小,饱和烃和芳香烃组分含量增加,胶质和沥青质组分含量减少,稠油的降黏率分别从7.41%和12.95%增加到16.05%和25.29%,油藏矿物对稠油水热裂解反应具有催化作用;将硫酸镍和四氢萘加入反应体系后,稠油平均相对分子质量进一步降低,族组分中饱和烃和芳香烃进一步增加,胶质和沥青质组分进一步减少,稠油黏度明显降低,降黏率可高达84.39%。     

几种聚合物降黏剂制备及其降黏效果评价

针对特超稠油流动性差、开采难度大的问题，以马来酸酐、C12～18不饱和酸、丙烯酰胺和苯乙烯为原料合成了油溶性聚合物降黏剂MAOS、MAS和两亲型聚合物降黏剂TEO9AS、C18AA,采用红外光谱对其结构进行了表征，比较了聚合物的降凝、降黏性能，测试了两亲聚合物的表面活性。实验结果表明：聚合物TEO9AS的临界胶束浓度为0.1g/L,γ_CMC为29.54 mN/m,当溶液达到0.03%(w)时界面张力可达到10^-1 mN/m数量级；单独的油溶性聚合物和两亲型聚合物均具有较好降凝和降黏效果，油溶性聚合物加量越大，黏度越低。在加量为0.5%时，含有MAS和MAOS的稠油黏度分别为24353 mPa·s和44744 mPa·s,降黏率分别为91.00%和83.47%,两亲型聚合物TEO9AS的降黏率为80.22%。聚合物降黏剂与碱复配后可以大幅降低稠油黏度，尤其是两亲型聚合物TEO9AS与0.8%碱复合时黏度达到206 mPa·s,降黏率达到99.99%。表明两亲型聚合物与碱的混合具有很好的降黏协同效果，这一技术的开发为稠油常温开采提供了技术支撑。     

高胶质沥青质超稠油降粘剂YZ-31的研究

针对高胶质和沥青质含量超稠油的特点,室内研究了一种高效油溶性稠油降粘剂YZ-31,对不同降粘剂对超稠油降粘效果进行了比较。探讨了超稠油降粘剂YZ-31加量、温度等因素对降粘效果的影响。结果表明:油溶性降粘剂YZ-31对高胶质和沥青质含量的胜利油田郑家超稠油降粘效果明显。在50oC,5 wt%的降粘剂加量下对三种实验超稠油样品的降粘率都在95%以上。     

流化床热解煤焦油的降黏研究

对循环流化床热电气焦油多联产热解所得煤焦油流动性差的问题采取了一系列的降黏研究。通过X射线衍射测试可以排除室温下蜡结晶影响煤焦油黏度的可能,对比了煤焦油和煤沥青的黏度和族组分差异,考察了喹啉不溶物对软化点的影响,结果表明,采取馏分油降黏是合理的。分别添加四种馏分油对煤焦油进行了降黏实验,通过色谱质谱联机分析馏分油的成分,认为既含亲水基又含憎水基的分子具有很好的降黏效果,而且含量越多降黏效果越好。通过添加四种单组分化合物的降黏实验和分析,进一步验证了所得到的降黏理论,而且可以判断同时含有亲水基和憎水基的分子降黏效果优于只含憎水基不含亲水基的分子。     

金属间化合物SbSn的化学合成及其对原油乳液的降黏研究

以化学法合成金属间化合物SbSn,采用XRD、DSC和XPS等手段对材料的体相、熔点和表层价电子态进行表征。将SbSn合金粉体负载于金属丝网上,考察在通电情况下两种W/O型原油乳液经循环处理后的黏度变化。结果表明,以Zn粉为还原剂所合成的产物SbSn,粒径分布为500nm-1000nm。随着循环处理时间的延长和电场电压的增大,两种乳液的黏度均明显下降。当电压为10.35V,处理20h后,W（10）/O（90）和W（20）/O（80）分别由原来的9000mPa.s和8500mPa.s下降到6000mPa.s和4500mPa.s。降黏的机理推测为,原油乳状液中的负极性有机物在电流的诱导下与SbSn的表层发生电化学反应。     

超声波辅助稠油层内催化水热裂解实验研究

将超声波应用到稠油催化水热裂解实验中,研究了超声波辅助催化水热裂解对胜利油田孤东稠油物化性质的影响。结果表明,超声波辅助作用下稠油的降黏率达到86.2%,与催化水热裂解相比,稠油的平均相对分子质量进一步减小,饱和烃和芳香烃组分含量增加,胶质和沥青质组分含量减少,稠油组分的氢碳原子比增加,杂原子含量减小。动态模拟实验中超声波辅助层内催化水热裂解效果显著,稠油采收率达到53.91%,降黏率达到80.5%。由此表明,超声波辅助催化水热裂解具有可行性,超声波与催化剂协同作用促进了水热裂解反应,一定程度上改善了稠油的品质。     

Laminar Flow Emulsification Process to Control the Viscosity Reduction of Heavy Crude Oils

The formation of heavy crude oil in water (O/W) emulsion by a low energy laminar controlled flow has been investigated. The emulsion was prepared in an eccentric cylinder mixer. Its geometry allows the existence of chaotic flows that are able to mix well highly viscous fluids. This new mixer design is used to produce high internal phase ratio emulsions for three oils: castor oil and two heavy crude oils of different initial viscosity (Zuata and Athabasca crude oils). The influence of the stirring conditions, geometrical parameters, and water volume fraction on the rheological properties of the resulting O/W emulsion is studied.     

Dynamic Stability of Heavy Crude Oil-in-Water Emulsions

The transport of heavy oil as concentrated oil-in-water (O/W) emulsions is one of the most promising pipeline techniques, and how to ensure a steady flow is the key to the successful application of this technology. Most of the previous studies focused on the static stability of the emulsions. However, the stability changes constantly with time and external shearing in the transportation. In this paper, a stable O/W emulsion was prepared for its dynamic stability to be tested by three methods of small-scale flow loop, rheology and stirring, respectively. The results indicated that the O/W emulsion with 30 vol.% water and 0.2 wt.% OP-10 could well satisfy the transport requirement. A critical temperature existed to make the rheological property of the emulsion rapidly deteriorate. For low-Reynolds-number turbulent pipe flow, an appropriate increase of temperatures and shear rates was conducive to the flocculation-dissociation balance of the internal phase, which could effectively reduce the apparent viscosity of the emulsion and the flow frictional resistance. High flow rate of O/W emulsions could be transported at relatively low temperatures to ensure great dynamic stability, and low flow rate of that could be done at relatively high temperatures to obtain low apparent viscosity.     

基于油藏实际的稠油层内水热催化裂解机理研究

开展了稠油层内水热催化裂解技术在胜利油田的先导实验,五口井平均周期单井增油653 t,稠油初期降黏率达79.8%,措施14周后降黏率仍大于62%。利用Brookfield DV-Ⅲ黏度计、ElementarVario EL III元素分析仪、Knauer K-700蒸气压渗透仪、Agilent 6890N气相色谱仪和EQUINOX 55傅里叶变换红外光谱仪等,对措施前后稠油的物化性质进行分析。结果表明,层内水热催化裂解后稠油黏度及平均分子量减小、轻烃含量增加、重质组分含量减少、氢碳原子比增加、杂原子含量减小。稠油层内裂解反应受催化剂体系、高温水及储层矿物因素控制,催化剂是促进稠油裂解的主要因素,供氢剂及分散剂等助剂有助于提高裂解效果,高温水的酸碱性质及储层矿物对稠油具有催化裂解作用。多因素协同作用下使稠油发生脱侧链、分子链异构、断链、加氢、开环、成环、脱硫等系列反应,使得稠油大分子分解成小分子物质,降低了稠油黏度,改善了稠油品质,证实该技术在现场应用中具有可行性。     

玉门稠油组分特征及其对结蜡行为的影响

为了研究稠油不同组分的特征及其相互作用,利用柱层色谱分离法、傅里叶红外光谱、差示扫描量热法（DSC）和偏光显微分析等表征方法及手段,对采自玉门油田的稠油样品进行了组分分离、分析,并对饱和烃组分结蜡行为的影响进行了研究。结果表明,稠油各组分相互作用可以有效抑制蜡晶的析出。饱和烃组分（A₁）中分别加入其他不同极性组分后,其结蜡行为与原油原始状态差异较大;A₁的析蜡点、析蜡峰温和析蜡量均有所降低。偏光显微分析发现胶质沥青质组分使A₁冷却结晶时的蜡晶颗粒数增多,尺寸相对减小,可以减弱蜡晶之间的联结强度,削弱蜡晶缔合而形成大块蜡晶聚集体的倾向。