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1、第32卷第1期燃 料 化 学 学 报Vol132No112004年2 月JOURNALOFFUELCHEMISTRYANDTECHNOLOGYFeb12004文章编号:025322409(2004)0120117206水热裂解开采稠油技术研究的进展11222刘永建,钟立国,蒋生健,孙宪利,宫宇宁(11大庆石油学院石油工程系,黑龙江大庆 163318;21辽河油田分公司欢喜岭采油厂,辽宁盘锦 124114)摘 要: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
2、,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。关键词:水热裂解;稠
3、油;改质;催化剂中图分类号:TE254;T39文献标识码:A 石油是世界经济最重要的能源和原材料之一。中提取的沥青烯,都可以通过水热裂解产生多种气但是,作为一种消耗性的化石能源,石油能源危机正体产物。Hesp和Rigby曾报道碳氢化合物在400℃在来临,剩余未开采石油的质量也必然越来越差,将以上时将与水反应。Speight等曾报道了高温400℃主要以稠油为主,稠油开采也日益受到重视。但是,以上时,稠油的重质组分中含硫或含氮化合物的热[2]稠油粘度高,开采、集输和加工难度大,而粘度高的解反应。根本原因是稠油中重质组分含量高或其分子微观结构不同。注蒸气等常规的热力开采方法都是在井底或储
4、层中暂时降低稠油的粘度,而活性剂乳化稠油的方法是,在热采过程中使油水在储层形成乳状液采出,稠油中的重质组分分子及其含量没有发生根本变化。而水热裂解开采稠油技术通过向油层加入适当的催化剂及其它助剂,使稠油在水热条件下实现催化裂解,不可逆地降低重质组分含量或改变其分子结构,降低稠油粘度,在一定程度上使稠油轻质化,降低了稠油开采、集输和加工难度。这为稠油开采提供了新思路。本文从以下几个方面对稠油水热裂解的研究进展进行了总结和讨论。图1 注蒸气条件下油藏中的化学反应1 研究进展Figure1Thechemicalreactionsinthereservoirunder111 水热裂解反应 稠
5、油在不同温度下发生不同steaminjectionconditions的反应,或者是不同的反应起主导作用,见图1。Speight等人曾深入研究了低温200℃以下稠油关于高温稠油分解反应已经有了较深入的研热成熟反应,发现稠油中的芳香组分通过低温氧化究。在300℃以上时,不管是否有水存在,稠油中的等反应转化为胶质和沥青质[1]。而象湿式燃烧这样许多成分,主要是重质组分会发生热裂化。Grei2的高温热采方法,会产生一定的热裂解或有水参加danus等证明,有机硫化物在380℃以上时从重质油收稿日期:2003204204;修回日期:2003211226基金项目:中国石油股份有限公司重点科技项目
6、(200509202),黑龙江省科技厅基金项目(E0101)作者简介:刘永建(19552),男,辽宁辽中人,教授,博士,主要从事采油采气化学理论与工程研究。E2mail:lyj@dqpi1net118燃 料 化 学 学 报32卷[2]的水热裂解。Hyne等人报道了在较低温度如注112 催化作用下的水热裂解反应 尽管稠油在单蒸气过程中可能发生的水热裂解。此时,蒸气有效纯水热作用后粘度和平均分子量都有所降低,但是,作用区域内的温度常在300℃以下,高温热解反应还不能满足稠油开采的实际需要。Hyne等人研究是较弱的,可能是因水的存在而受到抑制,而水的存发现,Athabasca及其它稠油砂中
7、某些矿物对水热裂[2～6]在却对水热裂解反应有利,尤其是在200℃～325℃解反应有催化作用。笔者采用辽河稠油砂进行的温度范围,与注蒸气“作用”相当,主要发生水热裂实验研究发现矿物对产生气体的量、粘度降低等都解反应和很缓慢的低温热成熟反应,其中,水热裂解有不可忽视的影响。可见,地层本身就是一个廉价、[2～4]反应占主导地位。可利用的水热裂解催化“反应器”,尽管这种催化作[13,14]水热裂解(Aquathermolysis)是专门用来描述高用是较小的。温高
