不同添加物对轻质原油氧化反应速率的影响

黄 俊，刘传宗，叶 成

(1.长江大学石油工程学院，武汉 430100;2.中国石油新疆油田公司风城油田作业区，克拉玛依 834000)

低渗透油藏注水开发存在注水成本高、渗透率降低严重、生产井产能低等一系列问题［1］。研究表明［2－4］，与注烃类气体、CO2、N2等相比，注空气用于改善我国低渗透油藏开发效果具有明显的成本优势。低渗透轻质油藏空气驱以空气原油低温氧化反应实现的烟道气驱为主要驱油机理，如果原油氧化速率慢，很可能发生氧气突破导致氧含量偏高，进而引发安全问题［5］。氧含量引发的安全顾虑限制了注空气采油技术的推广。探讨黏土矿物、地层水及催化剂对原油氧化速率的影响将有助于更好地控制产出气中氧含量。有文献报道［6］黏土及地层水影响稠油高温氧化速率，还有研究结果表明［7，8］，添加催化剂的注空气催化氧化采油技术是一项提高稠油采收率的创新技术，并可加快稠油氧化速率，但不同添加物对轻质原油氧化速率的影响报道较少。

ZJ油田某区块原始地层压力24.8 MPa，油层平均温度80 ℃，平均渗透率 0.8×10－3μm2，平均孔隙度12%，地层原油黏度3.1 mPa·s，为典型的低孔、低渗透轻质油藏，其注水开发压力高，微小孔喉易堵塞。笔者模拟该区块地层条件，利用空气原油低温静态氧化实验装置，考察了纯油、含砂、含水及催化剂对轻质原油氧化反应速率的影响，以保障该区块注空气采油技术的顺利实施。

1 实验部分

1.1 实验用材料

油样为ZJ油田某区块井组脱气原油;空气为室内采集，通过增压泵加压可使其压力达到设计注入压力;岩心砂采用ZJ油田天然岩心，将其粉碎成油砂备用;模拟地层水矿化度为7×104mg/L，水型为CaCl2型;催化剂 HS为实验室制备，实验中催化剂用量占原油质量的0.2%。

1.2 实验方案

为考察地层水、黏土矿物及催化剂对ZJ油田轻质原油氧化反应速率的影响，保持反应温度80℃，初始压力25 MPa不变，对不同油气体积比、地层水含量、岩心砂含量及催化剂反应物系统进行6组静态空气原油低温氧化实验，油气体积比及反应物组成见表1。

表1 空气原油体积比和反应物组成

1.3 实验步骤

称取一定量的原油置入反应器中，分别加入定量的ZJ油田天然岩心砂样、模拟地层水及催化剂HS;将反应器升温至80℃，用高压空气将反应容器的剩余空间充满，再将反应器内气体压力调至25 MPa，静置并开始记录反应时间;将装有原油和压缩空气的反应器保持恒温80℃，每隔12 h取一次气样编号，并记录分析氧含量变化情况，直至反应120 h;应用物料平衡方法确定耗氧量，即可得到单位质量原油在单位时间内消耗氧气的速度，即ZJ油田轻质原油氧化反应速率。

2 结果与讨论

在地层条件下，空气和原油发生的氧化反应比较复杂，原油不仅与地层水共存于储层孔隙中，而且附着于岩石表面。在静态氧化反应实验中考察不同添加物及不同添加量对轻质原油氧化反应速率的影响。

2.1 地层水对氧化反应速率的影响

在反应温度80℃，初始压力25 MPa下，分别考察了地层水含水率50%和地层水含水率70%及纯油反应物系统对氧化反应速率的影响，结果见图1。

图1 不同含水率对氧化反应速率的影响

由图1可以看出，随反应时间的延长，空气原油氧化速率逐渐下降，但不同含水率及纯油条件下，原油氧化反应在相同反应时间内的平均耗氧速率相差不大，考虑到实验存在一定的误差，另外地层水也具有一定的溶气能力，可以认为地层水对ZJ油田轻质原油氧化反应速率没有影响。

2.2 黏土矿物对氧化反应速率的影响

Faure 等［9，10］研究认为，黏土矿物可以在低温氧化过程中催化氧化原油中正烷烃组分，钠蒙脱石的存在可以使原油中非常稳定的化合物在低温氧化过程中得到氧化。因此，在反应温度80℃，初始压力25 MPa条件下，分别考察了岩心砂含量25 g和岩心砂含量50 g及纯油反应物系统对氧化反应速率的影响，结果见图2。

由图2可以看出，在不同岩心砂含量及纯油条件下，空气原油氧化反应在相同反应时间内的平均耗氧速率基本一致。可以认为黏土矿物对ZJ油田轻质原油氧化速率的影响很小，可以忽略。

图2 不同岩心砂含量对氧化反应速率的影响

2.3 催化剂HS对氧化反应速率的影响

考察了催化剂HS用量占原油总量2.0%对氧化反应速率的影响，结果见图3。

图3 催化剂HS对氧化反应速率的影响

由图3可以看出，加入催化剂HS后，原油氧化反应在相同反应时间内的平均耗氧速率提高很大，与无催化剂时的平均氧化速率比较，反应12 h内的氧化速率提升2.47倍，而反应120 h内的氧化速率则提升5.55倍。可见，催化剂HS在原油低温空气氧化过程中能显著加快氧化反应速率。

3 结论

(1)向油藏中注入的空气不仅可以驱替原油，还将参与原油氧化反应;氧化反应进行的速率与程度对于气驱驱油效率及气驱技术安全性有重要影响;对于实施注空气采油的油藏应尽可能降低产出气中氧含量。

(2)地层水及黏土矿物对空气原油氧化反应速率的影响与原油性质及储层物性有关，针对具体油田需要开展相应的实验考察;而ZJ油田轻质原油氧化反应速率与地层水及黏土矿物相关性可以忽略。

(3)注空气驱工艺中添加催化剂HS有助于提高ZJ油田轻质原油氧化反应速率。可以将催化剂作为降低空气驱产出气中氧含量的备用技术之一，以保障该区块注空气采油技术的顺利实施。

［1］ 张涛.低渗透油层提高采收率实验及理论研究［D］.大庆:大庆石油学院，2009.

［2］蒋有伟，张义堂，刘尚奇，等.低渗透油藏注空气开发驱油机理［J］.石油勘探与开发，2010，37(4):471 －476.

［3］于洪敏，任韶然，左景栾，等.注空气泡沫低温氧化工艺提高采收率试验［J］.中国石油大学学报(自然科学版)，2009，33(2):94－98.

［4］王杰祥，来轩昂，王庆，等.中原油田注空气驱油试验研究［J］.石油钻探技术，2007，35(2):5 －7.

［5］于洪敏，左景栾，任韶然，等.注空气采油油井产出气体燃爆特性［J］.中国石油大学学报(自然科学版)，2010，34(6):99－103.

［6］付治军.渤南罗36块空气驱油室内实验研究［D］.青岛:中国石油大学(华东)，2008.

［7］王焕梅，唐晓东，孟科全，等.稠油注空气催化氧化采油催化剂的制备与评价［J］.精细化工，2009，26(6):566 －569.

［8］唐晓东，苏旭，崔盈贤，等.空气低温氧化体系对稠油组成的影响［J］.西南石油大学学报(自然科学版)，2011，33(4):149－152.

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