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。     

自由基引发剂强化稠油催化水热裂解降黏行为

本文考察了自由基引发剂对胜利油田单56区块稠油样品催化水热裂解反应过程的协同强化作用.在反应温度为220℃,添加0.2 wt%的引发剂——过氧化二叔丁基,使水热裂解后的降黏率由不加引发剂时的61.4%升高到72.7%.此外,在引发剂存在、150℃条件下,降黏率可达到69.0%,表明引发剂的加入可显著提高较低反应温度下的水热裂解效果.对反应前后油样进一步分析发现,反应样品中饱和分、芳香分、胶质和沥青质平均分子量均下降;饱和分、芳香分含量增加,而胶质、沥青质含量下降;胶质、沥青质中氢碳原子比增加,含硫量减少,含氮量变化不大;表明重质组分在水热裂解过程中发生了裂解反应、尤其是含硫官能团在水热裂解中发生了反应;反应样品沥青质及胶质芳香环系的缩合程度降低.实验结果表明,反应过程中稠油重质组分发生了裂解,而且胶质的裂解程度更大,轻质组分含量增加,导致稠油黏度降低、流动性提高,在一定程度上改善了稠油的品质;引发剂可以在较低温度下产生自由基,从而使水热裂解反应在较低反应温度下有效进行.     

水溶性有机钴(Ⅱ)盐催化的稠油低温清洁水热裂解

为了开发新型稠油低温清洁水热裂解催化体系,合成了系列钴盐催化剂,用于低温下催化稠油热裂解,利用高温高压反应釜模拟井下热采条件,在反应温度为180℃、反应时间为24h、催化剂Co-3加量为0.5%,稠油降黏率可达到84.5%.稠油组分分析表明:水热裂解催化反应后,胶质、沥青质等重质组分含量减少;TGA和GC显示稠油经水热催化裂解反应后,轻质组分含量明显增加.     

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。     

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%。     

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。     

水热裂解开采稠油技术研究的进展

从水热裂解反应、催化作用下的水热裂解反应、反应机理及水热裂解开采稠油现场应用实验等四个方面综述了国内外水热裂解开采稠油技术的研究进展。并对此技术的研究成果及未来发展进行了探讨，认为水热裂解开采稠油技术具有很高的潜在价值，是未来经济高效开采稠油的新途径。当前水热裂解开采稠油技术的主要研究方向是深入研究高温水的特性及其作用；对更多稠油中可能参与水热裂解反应的不同组分，选用合适的模型化合物进行模拟实验或其它方法，建立这些组分的反应热力学和动力学模型库；然后，根据具体稠油中所含的组分，设计水热裂解反应的路线，选择合适的催化剂，促使反应向稠油改质降粘的方向进行。其中，最关键的还是针对不同稠油研制成本低、活性和选择性高、反应条件宽的催化剂，并筛选或研制协同效果好的助剂，进而研究催化剂及其助剂在油层中与稠油作用的机理，设计合理的现场实施技术和工艺。     

纳米Fe_3O_4催化剂在稠油水热裂解降黏中的应用

通过高温热解法和低温双相回流法制备了四种不同尺寸的纳米Fe_3O_4催化剂,并将其应用于辽河油田稠油水热裂解降黏实验中。结果表明,制备过程中加入重烷基苯磺酸钠(HABS)表面活性剂能够有效提高Fe_3O_4催化剂在稠油水热裂解体系中的分散性,以高温热解法制备出的HABS修饰的9 nm Fe_3O_4催化剂降黏效果最佳。当稠油量为250 g时,按m(稠油)∶m(催化剂)∶m(油层水)质量比为100∶0.3∶30加入催化剂和油层水,加入0.75 g正作为己烷供氢体,在240℃下反应24 h,辽河油田稠油黏度从86200 mPa·s下降到2065 mPa·s,降黏率高达到97.6%。反应机理分析显示,纳米Fe_3O_4催化剂攻击稠油长链上键能最低C-S键,使其断键,重组分转化为轻组分。     

胜利超稠油的乳化降黏机理研究

研究了胜利油田滨南超稠油单56-4X4高黏的内在原因。油品性质分析结果表明,影响其高黏度的主要因素有两个:胶质、沥青质的总含量超过30%;有机杂原子O、N、S及过渡金属Ni等形成的配位络合物增加了沥青质分子的内聚力。实验筛选出的降黏剂OP-10对该超稠油降黏率高达99.59%。通过FT-IR、SEM、分子量和偶极矩等分析对比了降黏剂作用前后胶质、沥青质的结构性质变化,结果表明,OP-10使胶质、沥青质的氢键缔合作用减弱,部分拆散沥青质的堆积结构,从而使胶质、沥青质的分子量和偶极矩减小,分析得到降黏剂分子能渗透及分散胶质、沥青质的堆砌聚集体。偏光显微镜对乳状液及蜡晶微观形态的分析表明,降黏剂OP-10使超稠油乳状液由W/O型反相为O/W型而起到降黏作用;使蜡晶的聚集形态由细小均匀转变为尺寸较大的絮凝体,破坏蜡晶的三维网络结构,促进稠油黏度的下降。     

稠油催化降黏技术开发研究进展

随着常规油气资源的过量开发和快速消耗,稠油等低品位油气资源的高效开采越来越受到人们的重视.稠油由于其黏度大和流动性差导致开采效率低下、开发困难.因此,降低稠油黏度并提高其流动性是稠油高效开采的技术关键.1982年HYNE首次报道了金属催化剂在稠油水热降黏中的结果,Ni、Cu等金属催化剂的加入可以有效降低稠油黏度.此后,水热催化降黏的方法得到了长足的发展,目前催化剂的类型主要包括矿物质催化剂、水溶性催化剂、油溶性催化剂、分散性催化剂、超强酸催化剂等.在水热催化反应中稠油的4个组分(沥青、胶质、烷烃、芳香烃)会发生变化,特别是S、N等杂原子含量的变化对稠油的黏度和品质有着重要的影响.本文作者针对稠油的开采工艺、水热催化降黏剂的种类和特点、水热反应的机理等进行了评述,并对今后的研究方向进行了展望.     

离子液体对稠油的改质降黏作用影响因素研究

合成了烷基咪唑型离子液体\[BMIM\]\[AlCl₄\],研究了稠油含硫量、含水量、过渡金属盐、温度等对离子液体进行稠油改质降黏作用的影响。实验结果表明,稠油含一定硫量是进行稠油改质降黏的必要条件。用\[BMIM\]\[AlCl₄\]离子液体对稠油进行有效的改质降黏时,稠油含水量应小于10%。环烷酸镍(NiNaph）与离子液体复配使用对稠油改质降黏具有增效作用。用质量分数为5%的\[BMIM\]\[AlCl₄\]离子液体在一定条件下处理新疆稠油,可使稠油降黏率达到60%,沥青质降低78%。用\[BMIM\]\[AlCl₄\] 离子液体对新疆稠油进行改质降黏的最佳温度为65℃~85℃。     

低温β-甘露聚糖酶的酶学性质及破胶性能

页岩油气藏开发过程中返排液的破胶及低温油藏压裂液的破胶是目前页岩油气藏及致密油气藏开发过程中面临的一个难题。由于化学破胶剂使用时需要较高的温度,难以满足低温条件下彻底破胶的要求。为此,针对低温酶破胶剂,采用高通量筛选方法,从油田压裂返排水和魔芋地的混合样品中筛选出高效低温β-甘露聚糖酶产生菌,并对所产低温β-甘露聚糖酶的酶学性质及破胶性能进行了研究。结果表明,在筛选到的40个产酶菌株中,菌株O5鉴定为施氏假单胞菌,其产生β-甘露聚糖酶（ME-O5）的最适温度为50 ℃,在5~20 ℃时酶活力仍能保持约60%以上,低温活性突出,在中温区域的热稳定性良好;最适pH=7.0,具有一定的pH适应性和较宽的pH耐受范围。ME-O5在5和20 ℃下均能将瓜尔胶溶液的粘度降低至5 mPa·s以下,降粘率>99%,降粘效果显著。在10、20和50 ℃下,压裂液经ME-O5破胶处理3 h后,破胶液的表观粘度<5 mPa·s,表面张力<28 mN/m,界面张力<2 mN/m,残渣量<600 mg/L,均达到或优于我国石油天然气行业标准SY/T 6376-2008的要求,在油田压裂低温破胶方面具有良好的应用前景。     

Viscosity reduction of citric-Fe(III) in catalytic aquathermolysis of heavy oil at low temperature

A Fe(III) coordination complex was synthesized, characterized, and then used in aquathermolysis of heavy oil as catalyst at relatively low temperature, 180°C. The effects of water amount, catalyst concentration on aquat hermolysis were investigated in this work. The crude oil before and after aquathermolysis was fully characterized, and the mechanism of viscosity reduction was discussed in detail. The results show that heavy oil can undergo aquathermolysis in the present of water and citric-F e(III) complex at low temperature. Besides, the catalytic aquathermolysis could not only decrease the viscosity of heavy oil, but also remove some heteroatoms, finally make the flow properties better and the quality upgraded.     

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.     

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。     

Magnetite nanoparticle mediated catalytic aquathermolysis of Omani heavy crude oil

The worldwide demand for energy continues to grow and the production of heavy crude is escalating due to shortage of conventional light crude. The transportation of heavy crude oil from the head-well to the refinery is a challenging task due to its high viscosity and low API gravity. Catalytic aquathermolysis is one of the most significant and cost-effective viscosity reduction techniques employed in the up gradation of the crude oil at elevated temperatures and hence to enhance oil extraction process. In this study, catalytic aquathermolysis of Omani heavy crude oil was performed using magnetite nanoparticles (NPs). The NPs were synthesised by reverse co-precipitation method using iron salts in alkaline medium. The synthesised NPs were characterized using Scanning Electron Microscopy (SEM), X-Ray Powder Diffraction (XRD), Energy Dispersive X- Ray analysis (EDX) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). The XRD results exhibited a characteristic peak confirming the high purity of iron oxide nanoparticles. The FTIR spectral analysis designated two well-defined peaks corresponding to wave numbers of 500 ?cm^?1 and 630 ?cm^?1, endorses the presence of Fe–O. The catalytic aquathermolysis experiments were carried out in a Parr high temperature-high pressure batch reactor at different experimental conditions. The processing parameters in temperature range of 250 ?°C - 300 ?°C, 0.1% to 0.3% catalyst loading, water to oil ratio of 1:7 to 3:7 with 24–72 ?h of reaction time. The initial pressure in the reactor was maintained at 32 ?bars and the optimization was performed using the Taguchi method to maximize the level of heavy oil. An orthogonal array was employed to analyse the effects of mean response and mean signal-to-noise ratio (S/N) to upgrade the heavy oil. The regression analysis was used to establish a relationship between the viscosity and experimental parameters. The experimental outcomes indicates that the maximum reduction in viscosity occurred at a processing temperature of 300 ?°C, 1:7 ?W/O ratio, 0.1 ?wt% of catalyst concentration and 48 ?h of reaction time. Similarly, the optimum conditions for the reduction in API gravity were obtained at 280 ?°C temperature, 3:7 ?W/O ratio, 0.2 ?wt% of catalyst concentration and a reaction time of 24 ?h.     

蒸气开采过程中金属盐对稠油粘度及平均分子量的影响

探讨了在注蒸气条件下，稠油的粘度和平均分子量随蒸气温度、反应时间的变化规律，研究了金属盐、油层矿物对稠油水热裂解反应的影响。实验结果表明，在注蒸气的条件下，辽河稠油可以发生水热裂解反应。金属盐的存在，可以加速稠油的水热裂解反应，从而导致粘度和平均分子量的进一步降低，使稠油的粘度由原始的124.5 Pa·s下降到32.4 Pa·s，下降了74.0%，平均分子量由反应前的654下降到398。高温下油层矿物对水热裂解反应有促进作用，在反应体系中，在有水时加入质量分数为10%的油层矿物时，稠油的粘度由原始的124.5 Pa·s下降到82.5 Pa·s，下降了33.7%。在蒸气条件下，在金属盐和油层矿物共存时，稠油粘度由124.5 Pa·s下降到26.8 Pa·s，下降了78.5%。这为实现井下催化降粘开采稠油提供了理论依据。