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注蒸汽开采稠油过程中H2S的形成

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蒸汽 开采 过程 H2S 形成
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第18卷第6期2007年12月炙然气地球科学8 2007天然气地球化学注蒸汽开采稠油过程中H。光有2,田建波3,文志刚1,张水昌2(1.长江大学地球化学系,湖北荆州434023;2.中国石油勘探开发研究院,北京1000833.中国石化国际石油勘探开发有限公司,北京要:舞汽吞吐和蒸汽驱是目前广泛使用的稠油热开采技术,但当该技术用于生产时,由于高温蒸汽对油层的加热,可产生大量的次生型H。S。指出了次生型H。硫酸盐热化学还原(应等,当储层为浅层砂岩时,硫化氢的产生量与原油的硫含量成正比,如果地层中含有硫醢根离子,地层的高温高压条件有利于产实践证明热采过程中且这2种原因又是一个相互联系的统一体。关键词:H:S;稠油;蒸汽驱;蒸汽吞吐; 文献标识码:A 文章编号,1672—1926(6—0798—05稠油(也称重油)是指在油藏条件下粘度大于01Pa·常规的方法很难把它从地下采出来。稠油的开采工艺很多,其中蒸汽吞吐和蒸汽驱是比较有效的热开采方式,但当高温的蒸汽侵入地层时一方面会加热原油,降低原油的粘度,另一方面会与原油、地层矿物等发生复杂的化学反应,导致种现象从世界范围来看是一种比较普遍的现象,例如加拿大的冷湖油田、委内瑞拉的兰的斯库尼比克油田、刚果的和德国的吉阿斯朵夫油田”】等在进行稠油热开采过程中,井区都产生了H:些油田H。化氢(H。S)是一种剧毒气体,当硫化氢的浓度为(20~30)×10“时,就会出现强烈气味;当浓度为(100~10 6时,将使人嗅觉麻痹;当浓度在1 000×10“时,在数秒钟内会致人死亡。同时,由于硫化氢极大的化学活性,对钻具、集输管线等都有极强的腐蚀作用并形成“氢脆”而引发重大的安全事故口]。由于自身特殊化学活性,硫化氢在自然界中的含量一般很少,但在适当的条件下,却可以产生高浓度的硫化氢聚集。因此研究H:采取一定的措施来预防这些危害就显得很重要。H。而在中浅层一些砂岩储层中,原来不舍H。s,但是由于油田采用了热开采的方式而导致H。部碳酸盐岩油气藏中之所以会形成高浓度H。了需要有参与反应的烃源、石膏等反应物和催化剂外,更为重要的是因为深部地层中天然的高温高压条件推动的含硫化合物热裂解(硫酸盐热化学还原反应(进行,从而形成了大肇的然,生成的H:深部地层相对应,油田公司对稠油的热开采方式,特别是蒸汽吞吐和蒸汽驱方式,人为地在浅层地层中制造了高温高压条件,如果条件适当也可以发生生大量的H 蒸汽吞吐和蒸汽驱介绍(1)蒸汽吞吐。蒸汽吞吐又名蒸汽浸泡,是在同一口井中进行,即先向油层注入一定量的高温蒸汽,关井一段时间,待蒸汽的热能向油层扩散后,再开井投产的一种开采稠油的方法。一般情况下,蒸汽吞吐是蒸汽驱的准备阶段。蒸汽吞吐作业的过收稿日期:2007—07—27;修回日期}2007 09—29.基金项目:国家自然科学基金项日(编号:40602016)者简介:张静岩(198卜),男,河北邯郸^,硕士,主要从事地球化学研究.ct)t. 张静岩等:注蒸汽开采稠油过程中H。99程可分为3个阶段f”,即涟汽、焖井和嘲采阶段。注入预定的蒸汽鬣后焖井,焖井时间一般为2~7d,耳麴是捷注入避势地带油毖的蒸汽与琢油充分热交换并尽可熊向远处扩展。蒸汽吞疆圭的增产祝理很多,最主要的方面是加热后原油粘艘大幅度降低,流动阻力大大减小。向油层注入商温、高压蒸汽意,蕊汽渡及缝带筵整滠璇舞高,将灏瑶聂源溃加热。虽然这种方法对油层的加热并不均匀,但由于热对流及热传肄作用,随蕾注人蒸汽髓的增加,攘热菠整逐酝扩袋,一簸采说磬赢骜漫凌范围可绦持在250~350℃[8]。(2)蒸汽驱。注蒸汽开幕的后期往往进行蒸汽驱。瓣渭蒸汽驱就是接一定瓣注采并嬲,扶疰汽井注入蒸汽将原漓鹾替到生产并的热力采浦方法。与蒸汽释吐相比,蒸汽驱的运作周期较长。对地层持续加热酌时阉逛更长。在蒸汽驱生产过稷中,扶注蒸汽裂燕汽突破油井,最终淹没漓并。一般缝嚣3个避程;即注汽初始阶段、注汽见效阶段和蒸汽突破阶段(汽窜阶段)”“。整个过程从注汽初始歼始,一般半年凳教,4 痍瀑覆一般努220℃,瘫力达9~10 2 国外油田用蒸汽开采稠油和产生硫化氧酶情况20世纪50年代后期,蒸汽在委内瑞拉首次用子褒蔼善芋采,鼓藏蒸汽驱在擞器范围内广泛耍手涟母生产。蒸汽吞吐及蒸汽驱的应用提高了稠油的采收率,怛同时也暴蹲了它的弊端。60年代后,世界上采用蒸汽开发稠漉的油田黄逮都产生了H:S,有的浓糜遂很高(表1)n]。一般来说,国释进行蒸汽驱的储壕大部分悬浅层砂岩屡,为二叠系,白垩系或更泼的储层,并虽藏古量普遍较离,太部分都在l%~5弼藏嚣海(德弼的吉陲麓襞夹油墨琉禽量较低,但也有0.94%),并且硫化氨往往是伴随着N:等气体i『部分硫化氨的浓度蓬羞露漓孛蘧雷黧静秀赛两毽也有例外,如德克萨斯化氢的浓度远远趟过了其原油硫含量对应的气体浓度值,这毂手毒该蔼藏秘镶蘧骞一定戆燕系。表I 国外有关油田蒸汽开采稠油后产生H,爆性质 辣滴挂蜃 产生的气捧 开采努式加薏嚣灞 i:;害;℃,;2。%。。。佃脚山碎屑 .4“ o.3%的岔冀霎器 儿兰骱组砂糟挈器怒∥’产生辩量不确蹙最高古鼍05“} 5蚶蒸汽吞吐为主以及蒸汽驱蒸茂驱蒸汽驱蒜淼警统……嚣嚣2黑S;秽。吼 翟嬲拯 …懒驱…;鼬删删嚣瑟善和;言:。 下白垩砂岩储屡 精度。7,5。。。州储层舯,,蛊j。澎勰嚣潞T;蠢竺釜匿≥荔悉筇 酗岛;砂岩,耪砂髫,细砂者 言垂;2瓤~3筇 ~…’’还毒气疆鞠承驱竺!竺塑竺竺 :竺:!二坠 。越墨墨:显∑ 翌翌篓3 注蒸汽秀采覆法过程中鞭。垂然器孛懿硫匏氨分为3个大类5种成因类型:生物成因(生物降解、赣生物硫酸盐还瓣)、热拖学戒嚣(热务辩、硫酸盐热化学遥原)和火山喷发成因簿‘”。蒸汽驱和蒸汽吞吐是一个相对稳定的高温高腰过程,因此属于热化学姨囡。毽麦予备濑銎豹她璇堵嚣、甄浦赫物注和开发方式等的不同,H。然气地球科学 8作用的结果,原因很复杂,这方面尽管有一定的研究,但还没有定论。国外很多学者最早是从们把不同硫含量的原油在不同的温度和时间下反应,并加人岩心矿物等来模拟地质条件[1““]。随着对热开采认识的加深,近几年来人们发现,在热采过程中如果溶液或矿物基质中含有一定量的硫酸根离子也可以发生生H:并且这2个过程并不是2个孤立反应体系,而是一个相互联系的整体,即,高温条件下稠油水热裂解产生的硫化氢可以对样的话如果地层内可以源源不断地供应硫酸根离子,便可以产生大量的硫化氢。圉1稠油中硫含量与硫化氢浓度的对应关系1,德国的吉阿斯朵夫油田;2.荷兰的斯库尼比克油田}3.德克萨斯内瑞拉加拿丈冷湖油田;6.美国的贝壳斯油田3.1含硫化合物的热裂解(源岩中如果硫含量足够高,当受到高温作用时就会分解产生大量的硫化氢,如果盖层条件适当就可以形成含硫化氢的气藏,如中国四川二叠系的低含硫化氢气藏等““。油田进行稠油的热开采,当高温的水蒸汽注入地层时.埘地层中的稠油加热,如果稠油中硫含量很高,也会热裂解而产生硫化氢。”把油砂在水存在下加热时发生的全部化学变化称为水热裂解反应,并且认为水热裂解反应的重要步骤是稠油中有机硫化合物s—化物中s—青质的含量降低,这样就会导致稠油粘度的降低,同时也会形成H:s。原油一般都含有一定数量的硫,这种有机硫主要存在于胶质和沥青质中,当稠油加热分解时硫元素便会从胶质和沥青质中向芳族化合物及周嗣矿物中转化,同时也开始生成H。S(图2)““。原油中的硫的存在形式有元素硫、硫化氢以及硫醇、硫醚、二硫化物、噻吩等。能分解成为硫化氢的主要是硫醇和硫醚。硫醇(R—般集中在较轻的组分中,对热不稳定,高分子量的硫醇在100℃以下就能分解,一般超过300℃硫醇就已经完全分解。含硫有机化合物分解产生硫化氢的反应式可表示如下: 2S(1)酵姗加熏20""硫醚(R—s—R)对热比较稳定,一般到400℃时二烷基硫醚才会分解出硫化氢,而环硫醚和芳基硫醚要超过400℃时才分解。这样的话稠油热解产生的300℃前,有一个产生H。超过了400℃,还会有一个产生H。多人对原油的热裂解进行了模拟实验,他们采用各种方法来模拟地层中的情况,并在不同的温度下加热原油来测定温度,研究矿物与H。.H.3认为原油加热到240℃时,H。20℃时,H。即使在加热过程中注入蒸汽,也不会影响H:这个反应过程中,油层矿物可以促进稠油与水蒸汽之间的水热裂解反应,导致轻烃气体和增多,但H。这与J.D.M.的实验有相似之姓。J.D.M.”的实验是在397℃下对储层砂岩、油及地层水的混合物加热,开始时H。在6~8 的产生量急剧下降,一个合理的解释是在此温度下稠油中可分解的有机硫已分解殆尽,即第一个产生H。第二个产生H:图2可知,320℃时油砂在持续加热的情况下最多有10%左右的硫元素转化成硫化氢,实际条件下,产生的硫化氢还会被地层中金属离子所吸收,最终残留在天然气中的含量会更少,也就是说只凭原油裂解是不会产生高浓度硫化氢的。但有的油田,如德克萨斯油硫含量为2%,但气体硫化氢浓度为6%,可见热采过程中硫化氢万方数据 张静岩等:注蒸汽开采稠油过程中01的形成尚有别的成因。3.2硫酸盐热化学还原温高压条件下硫酸根离子与烃类之问发生的氧化还原反应,在这个过程中,硫酸根离子被还原成硫化氢等“”“3,热采过程中地层温度条件与深部碳酸盐岩储层相似,如果油层中有足够的硫酸根离子,并与油层充分接触,理论上是可以产生且V.通过实验证明,热采过程中,即使在浅的储层中,如果稠油的重度安全与防治研究 20062可以发生在地表集输管线中,对管柱和管线设备造成极大的危害。其对人体的危害就更大,少量的论文详细的阐述了克拉玛依油田结合克拉玛依油田的现状,从克拉玛依油田化学实验为依托,提出了克拉玛依油田油注蒸沿汽开发区块特种油气藏2008,15(3)经过物源调查、现场监测、地球化学测试和模拟试验研究,认为稠油热采区块提法在塔河油田稠油脱除油气田地面工程2009,28(7)易在储运环节挥发积聚,红卫 稠油开采中胜利油田职工大学学报2009,23(6)介绍稠油开采中析了它的形成机理,油开发中次生石油钻探技术2008,36(2)针对各油田在稠油开发过程中次生讨了该气体的产生机理,分析了其可能的来源,指出了目前油田在次生梅 有机镍、铁催化剂对胜利稠油的催化降粘研究 2007随着全球经济的不断发展,轻质油资源已不能满足世界各国的需要,重质稠油则由于粘度高、流动性差而难以开采,因此,高效率、低能耗、低成本的开采方法,是目前国内外所关注的问题。催化降粘是一种通过向稠油添加催化剂,使稠油在地下发生催化反应的方法,由于稠油的胶质、沥青质发生裂解,饱和烃、芳烃增多,油品粘度能够大幅下降,受到了众多研究者的关注。国内外已开发的催化剂主要为水溶性过渡金属盐催化剂、油溶性过渡金属盐催化剂、超强酸催化剂及杂多酸催化剂。本文选择镍、铁为金属活性中心,制备出2,2'别用于胜利油田1#稠油和2#稠油的降粘实验研究,取得了以下主要结果:在240℃、5~8 用以上三种催化剂对1#稠油进行催化降粘,反应24 联吡啶络合物催化降粘效果最好,当水油比为10:100,,稠油粘度下降63%;在催化剂质量分数相同的条件下,当体系中无水时,稠油降粘率为84%。在同上的相同降粘条件下,上述三种催化剂中的铁联吡啶络合物对2#稠油催化降粘效果最好,当水油比为20:100,,在催化剂质量分数相同的条件下,当体系中无水时,借助一系列分析测试方法对反应前后的油样进行表征:气相色谱分析结果证实,催化降粘反应后气体产物中有部分镍联吡啶、铁联吡啶为催化剂时,气体产物中只有油酸镍为催化剂时,气体产物中含有23H8、明稠油中组成分析的结果表明:1#稠油经催化降粘后,饱和烃含量增大,芳香烃、胶质和沥青质含量降低;2#稠油经催化降粘后,稠油中沥青质和胶质含量减少,饱和烃和芳香烃含量则增加。分离出胜利稠油催化降粘反应前后饱和烃、芳烃、胶质、沥青质,其红外谱图显示:反应后饱和烃、芳烃甲基、亚甲基、(强程度与催化剂催化降粘效果的变化规律一致;胶质、沥青质甲基、亚甲基、有机硫化物特征峰则减弱,证明胶质、沥青质发生裂解。效原油硫化氢脱除剂研究 7(8)经过对原油硫化氢脱除剂的研究与对比分析发现,效物含量投加量小,互溶渗透性能力强,定原油加入不同种类与不同浓度的化学组分,再测定原油的硫化氢的含量,拉玛依稠油热采特种油气藏2004,11(5)根据新疆油田稠油热采的具体情况,从环境保护的角度出发,究分析了新疆油田稠油热采现场环保、稠油热采的影响,萍 007稠油是一种重要的非常规的原油资源,随着世界经济的发展和石油消耗量的不断增加,稠油资源的开发和利用越来越引起人们的关注。然而,由于稠油具有粘度较高、密度较大的特点,使其开采、集输和加工非常困难。稠油化学改质是解决这个困难的有效方法之一。本论文采用杂改性的胜利油田的稠油油样进行催化改质,这是将固体超强酸运用到重质油改质方面的尝试。过采用胜利稠油降粘反应作为评价方法,对比不周焙烧温度和不同镍离子浓度下制备的到制备该催化剂适宜的焙烧温度为650℃,适宜的镍离子浓度为0.2 化剂的比表面积、含硫量大小、晶型和酸中心结构分别采用G、果显示,催化降粘效果最好的适的含硫量;晶型为四方相和单斜相混合,且四方相占主导,表面分布有微量的硫酸镍晶体;结构中含有机酸酯结构,能诱导其形成超强酸。确定了制备察不同反应条件对1#胜利稠油催化降粘反应的影响。当反应时间为8h~24#油样的降粘率相差不大;当00 g/(100 g ,1#油样的降粘率随之增大;水的存在对1#油样催化降粘反应不利;甲醇能吸收l#油样催化降粘反应的产物,促进反应进一步进行。为研究胜利稠油经催化降粘反应后粘度降低的原因,将100 g 2#g 反应24h,反应后,油样粘度降低,通过现有应后,2#杂原子S、外,由红外谱图分析得知,稠油在催化降粘过程中,发生了部分脱烷基侧链的反应,而且其芳香烃含量增加。根据化学键理论,时,由于在有机硫化合物中,以与催化剂结合的水分子中的H+进攻S,而电子云发生偏移,造成了此,在反应过程中,稠油中有机硫化物的而使沥青质的含量降低、稠油的相对分子质量减小,因此稠油的粘度降低。河稠油蒸汽吞吐条件下降黏规律研究 4(1)四组分(70℃降黏率、裂解气组成的角度分别考察了反应温度、反应时间、河稠油在250℃已开始发生裂解;在蒸汽吞吐条件下,质组分增加,胶体体系受到破坏,稠油黏度降低;稠油降黏率与反应温度成线性关系,温度从250℃升至350℃反应16 在350℃反应时间由1 h,至99%其他温度下稠油黏度的变化有相同的规律,降黏率与反应时间的关系可以用同一公式表示;稠油热处理后降黏效果越好产生裂解气越多,裂解气含的存在对辽河稠油裂解有影响,当加入的水完全汽化时(本实验中加水量为稠油质量的10%时),条)河油田稠油区块硫化氢分布特征及成因研究[期刊论文]008(2)本文链接::2010年5月28日
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