论文题目: 水热裂解开采稠油关键技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 油气田开发工程
作者: 钟立国
导师: 刘永建
关键词: 稠油,水热裂解,关键技术,催化剂,供氢剂,热化学,实施工艺技术,现场试验
文献来源: 大庆石油学院
发表年度: 2005
论文摘要: 世界范围内,稠油和油砂储量是常规石油的三倍以上,而且动用程度较低,稠油将成为未来主要的石油能源。但是,稠油的粘度高、流动性差,开采难度大。水热裂解开采稠油技术是基于热力开采工艺的一种高效开采稠油,尤其是开采特、超稠油的新技术。本文针对催化剂、油层提温技术、供氢改质强化技术及现场实施工艺技术等亟待解决的水热裂解开采稠油关键技术开展了深入的研究。本文研究的辽河和胜利稠油分别为低硫和含硫超稠油,胶质含量高,胶质和沥青质总量接近或大于50%。辽河稠油的粘度、重质组分含量及金属含量均大于胜利稠油,品位较差。稠油的高粘度与其胶质和沥青质含量有关,还与稠油所含配合物、分子聚集状态及分子极性有关。稠油水热裂解反应能够从分子水平上使稠油发生化学变化,提高反应温度和延长反应时间均可增强稠油水热裂解反应,油层矿物对反应具有催化作用,碱对反应亦有促进作用。水热裂解处理后辽河和胜利稠油粘度、平均分子量、胶质和沥青质含量及硫含量降低,同时饱和烃和芳香烃含量及H/C 增加。胜利稠油的水热裂解反应活性较辽河稠油高。稠油水热裂解反应涉及有机硫化物和水反应、金属配合物及其它易产生自由基化合物的参与;水气转换反应(WGSR)是一个重要基元反应,产生的氢可参与加氢脱硫作用;高温水、油层矿物、稠油中的金属及添加的金属对反应具有催化作用;发生脱烷基侧链作用;而酸性可能促进聚合反应。在水热裂解开采稠油的关键技术中,油层热化学提温技术可提高注蒸汽油藏的温度;添加催化剂、供氢剂和碱液可加速或强化油层稠油水热裂解反应,改善稠油品质,提高稠油产量和采收率;可行的现场实施工艺技术则是现场应用水热裂解开采稠油的技术保证。研制的廉价、高效水热裂解催化剂NiFeA4可降低反应活化能,加快反应速度,使辽河和胜利稠油的粘度、组成和结构发生明显的变化,粘度可降低70%以上。油层矿物与催化剂对稠油水热裂解反应有协同作用,可使辽河和胜利稠油粘度降低80%左右,添加碱对反应也有促进作用。油层过氧化氢及NaNO2与NH4Cl/NH4NO3热化学提温技术具有热损失小,加热效率高、可控制性强、施工工艺简单等很多优点,可有效提高注蒸汽稠油油藏的温度。添加H2O2对降低稠油沥青质和硫含量有明显作用,而NaNO2与NH4Cl或NH4NO3热化学提温技术会产生大量气体。选用炼厂副产品中的多环芳香类化合物石油馏分,制得廉价、高性能的供氢剂HD-1。添加供氢剂HD-1可使水热裂解反应时间大大缩短,而提高温度对增强供氢剂的作用要好于延长时间。供氢剂与催化剂对稠油水热裂解反应具有协同作用。供氢剂能够明显促进胶质和沥青质的裂解反应,抑制聚合反应,降低气体产量,提高理想产物饱和烃和芳香烃收率。本文给出了优选水热裂解现场试验井的模糊物元方法;研究了水热裂解单井增产法和驱替法实施工艺技术,及可行的地面工艺流程、地下处理方法、化学剂准备及其安全性、现场实施设计、施工操作流程等水热裂解开采稠油现场实施工艺技术。应用本文的研究成果,在辽河油田进行了20 口井的水热裂解开采稠油现场应用实验,累计增油11009.4 吨,平均单井增油550 吨,投入产出比大于1:5,增油效果明显,生产状况明显改善。稠油粘度、组成和结构发生了很大变化,品位明显改善,生产初期试验井稠油降粘率接近或大于80%。综上,本文研究的水热裂解催化剂、油层热化学提温技术、供氢改质强化技术及现场实施工艺技术是适用可行的,能够有效裂解改质稠油,降低稠油粘度,提高稠油采收率。本文的研究成果使水热裂解开采稠油技术进一步完善,有潜力成为未来开采稠油,尤其是开采特、超稠油的新技术,具有广阔的应用前景。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 稠油开采技术及其新进展
1.1.1 世界能源需求
1.1.2 稠油
1.1.3 稠油热力开采
1.2 水热裂解开采稠油技术研究综述及本课题的引入
1.2.1 稠油水热裂解反应
1.2.2 催化作用下的稠油水热裂解反应
1.2.3 稠油水热裂解反应机理
1.2.4 水热裂解开采稠油技术的现场试验
1.2.5 水热裂解开采稠油技术的前景及研究方向
1.2.6 本课题的引入
1.3 本文的研究目标和主要研究内容
第二章 稠油性质、组成与结构研究
2.1 引言
2.2 稠油性质、组成和结构测定
2.2.1 主要测定分析仪器
2.2.2 测定分析方法
2.2.3 辽河和胜利稠油测定分析结果
2.3 辽河和胜利稠油组成、性质与结构分析
2.3.1 稠油SARA 族组成分析
2.3.2 稠油金属元素分析
2.3.3 稠油粘度及其调整
2.3.4 稠油的流变性
2.4 小结
第三章 稠油水热裂解反应研究
3.1 引言
3.2 辽河和胜利稠油水热裂解反应
3.2.1 室内模拟实验装置
3.2.2 稠油水热裂解反应的特征
3.2.3 稠油性质、组成及结构变化
3.3 稠油水热裂解反应机理研究
3.3.1 稠油相关模型化合物涉及的基本键能数据
3.3.2 稠油水热裂解反应的发生
3.3.3 和水反应
3.3.4 酸聚合
3.3.5 水气转换反应(WGSR)
3.3.6 多孔介质放出CO_2
3.3.7 加氢脱硫作用
3.3.8 高温水的催化作用
3.3.9 油层矿物的催化作用
3.3.10 H_2S 的生成及其作用
3.3.11 脱烷基侧链作用
3.3.12 稠油水热裂解反应的机理
3.4 稠油水热裂解反应几个关键问题的讨论
3.4.1 稠油水热裂解反应与稠油粘度
3.4.2 稠油水热裂解反应中的CO_2
3.4.3 稠油水热裂解反应中的H_2S
3.4.4 稠油水热裂解反应中的CO
3.4.5 稠油水热裂解反应与稠油组分变化
3.4.6 稠油水热裂解反应路线的选择
3.5 水热裂解开采稠油的关键技术
3.6 小结
第四章 稠油水热裂解催化剂研究
4.1 引言
4.2 稠油水热裂解反应催化剂的性能要求
4.3 稠油分散型催化剂
4.3.1 稠油加氢分散型催化剂
4.3.2 稠油水热裂解分散型催化剂
4.4 催化剂降粘效果评价实验
4.5 催化作用下的稠油水热裂解反应
4.5.1 催化作用对稠油粘度的影响
4.5.2 催化作用对稠油SARA 组成的影响
4.5.3 催化作用对气体产量的影响
4.5.4 催化剂作用下水热裂解处理稠油的性质与结构分析
4.5.5 油层矿物的协同作用
4.5.6 添加碱的作用
4.6 小结
第五章 油层热化学提温技术研究
5.1 引言
5.2 热力开采稠油油藏的温度分布
5.2.1 蒸汽吞吐油藏的温度分布
5.2.2 蒸汽驱油藏的温度分布
5.3 油层过氧化氢热化学提温技术
5.3.1 过氧化氢及其性质
5.3.2 过氧化氢的分解及其控制
5.3.3 过氧化氢对水热裂解反应的影响
5.3.4 油层过氧化氢热化学提温技术
5.4 油层NaNO_2与NH_4Cl/NH_4NO_3热化学提温技术
5.4.1 放热反应体系及其生热和产气能力
5.4.2 NaNO_2与NH_4Cl/NH_4NO_3反应动力学
5.4.3 油层NaNO_2与NH_4Cl/NH_4NO_3热化学提温技术“热峰”的计算
5.4.4 NaNO_2与NH_4Cl/NH_4NO_3体系及其反应对稠油水热裂解反应的影响
5.4.5 油层NaNO_2与NH_4Cl/NH_4NO_3热化学提温技术的优点
5.5 小结
第六章 供氢改质强化技术研究
6.1 引言
6.2 供氢剂及其作用
6.2.1 供氢剂
6.2.2 供氢剂的作用
6.3 供氢剂及其供氢能力
6.4 供氢剂供氢作用的影响因素
6.4.1 供氢剂使用浓度的影响
6.4.2 反应时间和反应温度的影响
6.5 供氢剂对反应产物的影响
6.6 小结
第七章 现场实施工艺技术及应用试验研究
7.1 引言
7.2 水热裂解开采稠油技术及其现场作用机理
7.3 水热裂解开采稠油技术的实施方案
7.4 模糊物元方法选择试验井
7.4.1 模糊物元方法选择试验井的原理
7.4.2 运算模型
7.4.3 隶属函数与权重因子
7.4.4 模糊物元方法选择试验井的一般过程
7.5 水热裂解开采稠油现场实施工艺技术
7.5.1 水热裂解催化剂的实施工艺技术
7.5.2 水热裂解单井增产法
7.5.3 水热裂解驱替法
7.5.4 油层过氧化氢热化学提温技术的实施工艺技术
7.5.5 油层NaNO_2与NH_4Cl/NH_4NO_3热化学提温技术的实施工艺技术
7.5.6 供氢剂的实施工艺技术
7.5.7 化学剂的准备及其安全性
7.6 现场实施设计及操作流程
7.6.1 热化学反应体系设计
7.6.2 催化剂、供氢剂及碱液体系设计
7.6.3 施工工艺设计
7.7 现场应用试验
7.7.1 试验井处理液及其注入方式
7.7.2 试验井生产状况
7.7.3 试验井稠油性质、组成和结构的变化
7.8 小结
第八章 结论及建议
8.1 结论
8.2 创新点
8.3 建议
致谢
参考文献
个人简历
攻读博士学位期间发表论文及参加项目情况
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].稠油水热裂解反应动力学研究及应用[D]. 刘春天.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
- [5].稠油中沥青质井下裂解及应用技术研究[D]. 赵玉建.大庆石油学院2008
- [6].生物油的分馏及品位提升试验研究[D]. 姚燕.浙江大学2008
标签：稠油论文; 水热裂解论文; 关键技术论文; 催化剂论文; 供氢剂论文; 热化学论文; 实施工艺技术论文; 现场试验论文;