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高粘度稠油开采技术的国内外现状

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粘度 开采 技术 国内外 现状
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稠 油 !也 称 重 质 原 油 " 是 石 油 烃 类 能 源 中 的重 要 组 成 部 分 # 我 国 稠 油 资 源 分 布 很 广 $ 地 质 储量 达 到 ! "#$ %&以 上 $ 其 中 陆 地 稠 油 约 占 石 油 总资 源 的 ’$(以 上 # 辽 河 油 田 是 我 国 主 要 的 稠 油 开发 区 $ 油 藏 类 型 多 % 其 次 是 克 拉 玛 依 油 田 & 胜 利油 田 及 大 港 油 区 # 我 国 目 前 发 现 数 量 众 多 的 稠 油油 藏 $ 其 埋 藏 深 度 变 化 很 大 $ 在 !)!’ *** "之 间 +但 从 全 国 范 围 来 看 $ 绝 大 部 分 稠 油 油 藏 埋 藏 深 度 为, ***!, -** "’,(# 稠 油 粘 度 高 $ 密 度 大 $ 开 采 中 流动 阻 力 大 $ 不 仅 驱 替 效 率 低 $ 而 且 体 积 扫 油 效 率也 低’.($ 难 于 用 常 规 方 法 进 行 开 采 # 稠 油 的 突 出 特点 是 含 沥 青 质 & 胶 质 较 高 # 我 国 胶 质 & 沥 青 质 含量 较 高 的 稠 油 产 量 约 占 原 油 总 产 量 的 /0#稠 油 的 开 采 方 法 较 多’1($ 主 要 包 括 蒸 汽 吞 吐 &二 氧 化 碳 吞 吐 & 蒸 汽 辅 助 重 力 泄 油 法 & 表 面 活 性剂 法 & 微 生 物 降 粘 法 开 采 技 术 & 两 种 或 两 种 以 上技 术 联 用 等 # 在 蒸 汽 中 加 入 ’(!-(的 尿 素 可 使234重 度 为 "!! 油 粘 度 降 为 初 始 粘 度 的 -*0!!.*#"$ 如 果 再 加 入 添 加 剂 $ 可 使 粘 度 降 低 到 初始 粘 度 的 !*0’5(# 采 用 过 渡 金 属 元 素 催 化 剂 在 地 下实 现 稠 油 水 热 裂 解 降 粘 $ 改 变 原 油 的 化 学 结 构 $进 而 改 善 流 动 性 $ 以 提 高 稠 油 采 收 率’-(# 将 可 溶 性金 属 67& $& %8& %9& :;& 7& &"# 剩 余 油 饱 和 度是 毛 细 管 数 的 函 数 # 很 显 然 $ 通 过 降 低 原 油 粘 度或 增 加 压 力 梯 度 $ 更 重 要 的 是 降 低 界 面 张 力 $ 可以 增 加 毛 细 管 数 $ 从 而 降 低 剩 余 油 饱 和 度 # 只 有当 界 面 张 力 非 常 低 $ 并 达 到 H*"时 $ 才 会 出现 显 著 降 低 的 情 况 # 一 般 情 况 下 $ 界 面 张 力 降 低千 分 之 一 才 会 见 到 显 著 的 采 油 效 果 # 这 在 实 验 室条 件 下 是 可 行 的 $ 但 在 油 田 条 件 下 是 困 难 的 #石 油 大 学’M(应 用 高 温 高 压 流 变 仪 $ 在 不 同 温 度和 压 力 下 $ 对 塔 河 油 田 6井 产 原 油 进 行 了 研究 $ 测 量 了 不 同 含 水 率 & 不 同 气 油 比 下 的 原 油 粘度 $ 用 曲 线 拟 合 法 探 讨 了 原 油 及 油 气 水 多 相 流 粘()*!"$%+,-./012戴 树 高H! 崔 波’! 祁 亚 玲’! 葛 春 涛’! 金 青’! 胜 利 油 田 东 胜 精 攻 石 油 开 发 集 团 公 司 $ 东 营 **% 科 技 大 学 $ 青 岛 .""*5."3 45 研 究 了 稠 油 的 各 种 物 理 和 化 学 性 质 以 及 它 的 降 粘 机 理 $ 论 述 了 目 前 国 内 外 正 在 研 究 和 使 用 的 各 种 高粘 度 重 质 稠 油 开 采 的 新 方 法 $ 包 括 火 烧 油 层 法 & 水 热 裂 解 法 & 磁 降 凝 降 粘 开 采 技 术 & 声 波 技 术 & 地 震 开 采 技术 & 井 下 催 化 反 应 法 以 及 上 述 几 种 方 法 同 时 并 用 的 技 术 #6785 高 粘 度 稠 油 开 采 % 声 波 技 术 % 电 磁 热 % 井 下 催 化 反 应 法9:;,,L**.,L*- ?@:?% @8% :A% B?原 油 中 的 硫 主 要 是 以 硫 醇 % 硫 醚 % 环 硫 醚 % 二硫 化 物 及 噻 吩 等 形 态 存 在 " 硫 醇 受 热 易 干 分 解 " 其分 解 通 式!(("(.#为 ( (:!*(!C!D*E:!*(!C!D:!*(!C!C*(D$硫 醚 是 原 油 中 含 量 很 大 的 硫 化 物 " 它 占 硫 化物 的 质 量 分 数 为 6-#& 硫 醚 存 在 的 形 态 很 多 "硫 醚 中 的 以 是 烷 基 或 是 环 烷 基 % 芳 香 基 $ 根据 化 学 键 理 论!(/"(6#可 知 " 在 :+H &键 能 I$J?K’":+D &键 能 )I$J?K’ 和 D+*键 &键 能 )I$J?K’ 三 者 中 " :+ 最 小 $ 同 时 " 负 性大 于 :" 故 在 有 机 硫 化 合 物 中 " 电 而 :带 正电 " 所 以 与 催 化 剂 结 合 的 水 分 子 中 的 * D" 而H* :" 使 电 子 云 发 生 偏 移 " 造 成 了 :+的 进 一 步 降 低 $ 因 此 " 在 水 热 裂 解 过 程 中 " 会 导致 稠 油 中 有 机 硫 化 物 :+ 断 裂 " 从 而 使 沥 青质 的 含 量 降 低 % 稠 油 的 相 对 分 子 质 量 减 小 " 当 然也 就 导 致 稠 油 粘 度 的 降 低 $ 在 水 热 裂 解 中 生 成 的 硫醇 会 进 一 步 二 次 水 解 " 释 放 出 *(D$ 产 物 中 的 烯 醇 会变 为 醛 " 而 醛 很 容 易 分 解 " 在 催 化 剂 作 用 下 生 成 的: 会 进 行 水 煤 气 转 换 反 应 & 这 样 便 可在 所 处 的 温 度 下 高 效 地 产 生 氢 气 " 使 得 加 氢 脱 硫 反应!(4#得 以 顺 利 进 行 $ 因 此 " 在 蒸 汽 吞 吐 时 &(上 ’" 由 于 水 热 裂 解 反 应 " 稠 油 中 的 沥 青 质 会 得 到戴 树 高 等 ( 高 粘 度 稠 油 开 采 技 术 的 国 内 外 研 究 进 展,(.,化 工 技 术 经 济!"#$%&’( )#&"*+ , -&+*+$%&. !""#年 第 !! 卷化 工 技 术 经 济& #年 第 卷部 分 的 改 质 ! 致 使 产 出 的 稠 油 的 相 对 分 子 质 量 降低 " 粘 度 减 小 以 及 硫 含 量 降 低 #/01 !"#$%&’()*+从 稠 油 分 子 间 作 用 力$!$%的 角 度 分 析 ! 由 于 在 稠油 水 热 裂 解 反 应 过 程 中 ! 稠 油 和 沥 青 的 平 均 相 对 分子 质 量 都 不 同 程 度 地 减 少 ! 尤 其 是 沥 青 质 的 平 均 相对 分 子 质 量 降 低 较 大 # 稠 油 的 粘 度 一 方 面 由 其 组成 决 定 ! 另 一 方 面 由 分 子 间 作 用 力 所 决 定 # 在 稠油 中 非 极 性 分 子 之 间 ! 分 子 间 的 作 用 力 以 色 散 力为 主 # 而 色 散 力 的 大 小 ! 与 其 相 对 分 子 质 量 有 关 #相 对 分 子 质 量 越 大 ! 色 散 力 就 越 大 ! 从 而 分 子 间的 作 用 力 就 越 大 ! 稠 油 的 粘 度 就 越 高 # 在 水 热 裂解 反 应 过 程 中 ! 由 于 稠 油 和 沥 青 质 的 平 均 相 对 分子 质 量 大 幅 度 地 降 低 ! 从 而 减 弱 了 分 子 之 间 的 作用 力 ! 也 就 降 低 了 稠 油 的 粘 度 #稠 油 井 下 催 化 裂 解 降 粘 开 采 技 术 的 关 键$!%! !&%是 催 化 剂 的 选 择 与 制 备 工 艺 # 根 据 稠 油 油 藏 的 特性 和 油 田 开 发 的 实 际 情 况 ! 要 求 催 化 剂 应 为 液 相或 纳 米 级 水 溶 性 悬 浮 体 ! 以 便 能 进 入 地 层 孔 隙 &有 较 强 的 耐 温 性 & 对 人 体 " 环 境 基 本 无 害 ’2 ,-./0123456’()*+,- ./01/2(0$3"%研 究 一 种 井 下 催 化 反 应 器用 于 重 油 开 采 ’ 这 种 方 法 首 先 在 地 面 进 行 吸 热 反应 ! 将 蒸 汽 和 甲 烷 转 化 成 氢 和 一 氧 化 碳 ! 而 后 将冷 却 的 气 体 输 进 井 内 催 化 反 应 器 ! 气 体 反 应 产 生蒸 汽 和 甲 烷 ! 反 应 产 生 的 热 传 到 油 层 ! 反 应 后 的气 体 随 采 出 油 循 环 到 地 面 蒸 汽 转 换 装 置 中 ’ 该 反应 式 可 用 下 式 表 示 (45#65!7 47635!吸 热放 热如 果 能 够 研 制 出 一 种 催 化 剂 ! 使 该 反 应 在 井上 和 井 下 分 别 发 生 吸 热 和 放 热 反 应 ! 则 该 方 法 要比 水 热 裂 解 降 粘 有 效 得 多 ’ 因 为 水 热 裂 解 法 仍 然需 要 将 高 品 位 蒸 汽 注 入 到 油 井 中 ! 在 催 化 剂 和 其他 物 理 条 件 下 ! 降 粘 开 采 & 如 果 直 接 用 井 下 催 化法 开 采 石 油 ! 甲 烷 和 水 蒸 气 是 在 井 上 发 生 吸 热 反应 ! 这 样 就 大 大 降 低 了 操 作 费 用 和 设 备 费 用 ! 即降 低 了 开 采 成 本 & 在 井 下 利 用 高 效 催 化 剂 在 使 一氧 化 碳 和 氢 气 转 化 为 甲 烷 和 水 蒸 气 ! 此 反 应 能 放出 大 量 的 热 量 ! 结 果 可 能 在 井 下 发 生 甲 烷 掺 稀 效 应和 水 热 裂 解 的 双 重 作 用 ! 使 经 济 有 效 的 开 采 高 粘 度稠 油 成 为 可 能 ’ 也 有 人 指 出$38%( 可 以 考 虑 针 对 石 油中 的 沥 青 质 对 其 加 以 降 解 ’3 78从 文 献 报 道 来 看 ! 最 为 实 用 的 方 法 除 了 长 久不 衰 的 蒸 汽 法 外 ! 蒸 汽 辅 以 水 热 裂 解 及 井 下 催 化法 当 为 最 有 前 途 的 开 采 方 法 ’ 文 献 报 道 的 井 下 催化 法 是 在 地 面 上 将 45#和 水 蒸 汽 转 化 为 47和 5!!而后 将 47和 5!输 入 井 下 在 催 化 剂 的 作 用 下 生 成 45#和 水 汽 ! 其 中 45#能 起 到 掺 稀 效 应 ! 5!又 能 在 催 化条 件 下 使 重 质 油 产 生 加 氢 反 应 而 使 其 断 链 & 反 应放 出 的 热 量 与 产 生 的 水 汽 均 成 为 油 的 驱 动 力 ! 使降 粘 后 的 油 随 气 体 流 出 ! 从 原 理 上 看 是 一 种 有 效而 可 行 的 采 油 方 法 ’9:;?57’@>等 著 ! 徐 雅 莉 ! 邸 秀 莲 译 9 稠 油 开 采 的 化学 方 法 $=%9 特 种 油 气 藏 ! !""3! 8" )!*( &#;&$ 9$%% 耿 宏 章 ! 秦 积 舜 ! 周 开 学 ! 等 9 塔 河 油 田 稠 油 粘 度特 性 试 验 研 究 $=%9 西 部 探 矿 工 程 ! !""3! )3*($:;$$9$&% $美 % &9’9 怀 特 ! (9)9 莫 斯 9 热 采 方 法 $!%9 北 京 (石 油 工 业 出 版 社 ! 8&%%9 #*:9$8"% $8% =+A(,B +0D(! >9 @9 ’,*F+! @0 ,(+D,0F+- K )/0-,1 E+I I, )/0 (0H/B/2I D,1(+ K/B,0*+0),1 B,)/A,K /(- +01 E+"8 ,,B(0E ?,)*0/-/,B,0), /0 ?4C !""8* ! N+! 5/2! ?,G+I! O>@!P,J :;$! !""89$88% Q(+ ? Q! A,?*+(L@,I*/F+0), 1(,+D,0F,(0 I((/0 ,*, B,)/A,012(0E /K *,+(B+0I+)F(/0I /K F*, 2F(/0 /D()+- ,,""3! N+! %8S!&:9$8!% 阳 鑫 军 9 稠 油 开 采 技 术 $=%9 海 洋 石 油 ! !""3! !3)!*( :$;?@;$)&C#>"D)&’,C. E&)6%3/)2= 9)%&9% C&, G%9$&.(.’=! D)&’,C. > ;$)&C$;?(% G$% 3%= 47%3 $%.)( C&, $%.)( )& ,%%7 J%((/ )/ C ,)4(2 2%9$&)9C( 5 )& .)( )&,4/23=" G$% 5C&:)&,$2. 3%= 2$./% %)6% C&, ,)4(2= /47%3 $%.)(" G$%3% )2 )/ 6%3= &%9%//2. 3%/%C %24C( &%J 2%9$&.(.’=2$C& 9./2 ()22(% ’ F%%" G$% 7 ,%/93)K%/ 2$% &%J 3%/%.& %)2)&’ $%.)(! /49$ C/ )& !/)24 ).&!C(:C()&%!/43!7.(=5%3 F(..,)&’ /=/2%5! C&, %(%%2)9 $%’ /9C(%, 5.,%( $%.)( 3%/%36.)3" M/7%9)C((=!92)9 3%& )/ 3%,%,! C&, 5%2$., )& .)( J%(("@C=% 3%= 47%3 $%.)(# )9 %(%%2)9 $%’# 92)9 3%& )& .)( J%((藏 的 注 空 气 开 发 技 术 &0’" 国 外 油 田 工 程 ! >O "N(% >?’ 杨 文 军 " 一 种 新 型 稠 油 ) 高 凝 油 开 采 工 艺 *磁 降 凝降 粘 技 术 &0’" 特 种 油 气 藏 ! >!B +>(% H@!4 V 0$C W X ;$C:5C" Y U%.)( 3%= & 1C= [.&%/ K= M(%%2)9 U%’R M&%3’=#! !>!! +!! >(% R&!@’ 14;$4&/$%&’! X)%;4)7)&’! 0)&&’59C( /)54(& /24,= %.)( 73.,492).& K= %(%923.!5C’ &%2)9 $%’R \&2%3&&C( ;.&F%3%&9% .&G$%G%9$&.(.’=(]8C/13.,492).&M&’)&%%3)&’)& >!/2 ;%&243=R > ?@&!Q’ 李 明 远 ! 等 R 声 波 振 动 与 表 现 的 润 湿 性 &0’ 学报 ! !>B +H(% ?@"H>R&!O’ 周 万 山 ! 李 迎 环 ! 王 玉 铃 R 声 波 技 术 在 石 油 开 采 中 的应 用 &0’R 特 种 油 气 藏 ! > O +>(% @R&>B’ 李 大 伟 R 试 论 天 然 地 震 与 油 气 成 藏 和 开 发 的 关 系 &0’ 石 油 地 质 ! >>I +!(% !R&>!’ 孙 利 ! 姜 淑 霞 ! 梁 成 蔚 ! 等 地 震 采 油 技 术 的 研究 与 应 用 &0’R 钻 采 工 艺 ! >>H +?(% I@P?>’ 刘 永 建 ! 范 洪 富 ! 孙 守 国 ! 等 R 水 热 裂 解 开 采 稠 油 新技 术 初 探 &0’R 大 庆 石 油 学 院 学 报 ! > >? +N(%?R&>N’ 胡 绍 彬 ! 范 洪 富 ! 刘 永 建 ! 等 R 辽 河 油 田 超 稠 油 水 热裂 解 采 油 现 场 试 验 &0’R 大 庆 石 油 学 院 学 报 ! >>H +N(% !R&>I’ 范 洪 富 ! 刘 永 建 ! 杨 付 林 R 地 下 水 热 催 化 裂 化 降 粘开 采 稠 油 新 技 术 研 究 &0’R 油 田 化 学 ! > !Q+!(% !R&>?’ 钟 立 国 ! 刘 喜 林 ! 范 洪 富 ! 等 R 稠 油 的 水 热 裂 解 反应 及 其 降 粘 机 理 &0’R 大 庆 石 油 学 院 学 报 ! >>H +N(% O?&>H’ ;(1 =&% 0 ^R G=3%3 0 $%5)/23= 3’C&./4(&, G=7% *99433)&’ )& $%.)( #C&,/R!R U)’$ G%57%3U=,3.(=/)/ C&, G$%35.(=/)/ 3C$=,&% )& _%(& 2. #2%2)54(&’R +4%(! !H> +?(% O?&>@’ 赵 晓 非 ! 刘 永 建 ! 范 洪 富 ! 等 水 热 裂 解 可 行 性的 研 究 &0’R 燃 料 化 学 学 ! > I(% R&>Q’ 范 洪 富 R 国 内 首 例 井 下 水 热 裂 解 催 化 降 粘 开 采 稠 油 现场 试 验 &0’R 石 油 钻 采 工 艺 ! > >N +N(% I>O’ 范 洪 富 R 稠 油 在 水 蒸 汽 作 用 下 组 成 变 化 研 究 &0’R 燃料 化 学 学 报 ! > >O +N(% >> R&‘%2$., ) $%.)( 3%=! !R *)( 8C/3%7R !N@ +O(% !>N R&N!’ a)/)2= _%,&R *F $%$=, )& %&$C&9%, .)(3%=b E# ?N! 专 ! 英 ’ \&2%6%7 #> +R >?( \&2R 9(R 9(.’Z!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"#$%&’()*+,-!./012345是 中 国 化 工 信 息 中 心 主 办 ! 国 家 工 程 技 术 图 书 馆 协 办 ! 创 刊 于 > 中 国 加 入 际 ! 是 国 内 为 数 不 多 的 以 介 绍 国 际 石 油 " 石 化 和 化 工 信 息 为 主 要 内 容 的 综 合 性 科 技 刊 物 # 以 为 企 业 ! 政府 ! 学 校 ! 以 及 科 研 " 管 理 " 商 务 人 员 提 供 信 息 服 务 为 方 向 ! 通 过 及 时 " 准 确 " 权 威 的 报 道 ! 深 刻 " 富 有前 瞻 性 的 评 述 ! 全 面 " 最 新 的 数 据 信 息 ! 向 广 大 读 者 介 绍 风 云 变 幻 的 国 际 市 场 $ 主 要 栏 目 % 回 顾 与 展 望 &聚 焦 热 点 & 行 业 述 评 & 国 家 地 区 & 跨 国 公 司 & 市 场 观 察 & 投 资 中 国 & 科 技 纵 横 & 化 工 统 计 & 要 闻 概 览 & 国际 贸 易 知 识 $ 该 刊 为 月 刊 ! 国 内 外 公 开 发 行 ! 每 月 >?日 出 版 $ 每 期 ! 全 年 !> 国 内 统 一 刊 号 %#$%%&’()*!+,’ 国 际 标 准 刊 号 % \##X!H@!邮 发 代 号 % Q>! 全 国 各 地 邮 局 均 可 订 阅 $地 址 % 北 京 市 安 外 小 关 街 ?国 际 化 工 信 息 ) 编 辑 部 邮 编 % ! $227% ! !’95)&6 话 % A! 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