原油氧化特性实验研究

杨志辉

【摘 要】 本文通过对辽河油田的稠油以及轻质原油进行注空气低温氧化实验研究，通过运用压力降法研究其反应速率。通过改变温度、压力、含油饱和度等条件，研究各因素对氧化速率的影响。最后得出结论：温度对低温氧化反应速率的影响比较大，压力、含油饱和度都对反应速率产生一定的影响，但影响相对于温度来说并不明显。

【关键词】 原油 低温氧化 实验研究

1 实验方案设计

为了研究和对比轻油与稠油的氧化特性，本文研究了温度、压力、含水饱和度以及含油饱和度对于油样氧化特性的影响。实验共分为五组。其中，第一组为连续升温实验，在一定压力、含水饱和度以及含油饱和度条件下，连续测定油样在90℃、110℃、120℃、130℃时的反应，以观察温度对反应的影响第二组至第五组实验温度相同，通过控制变量法，以第三组为标准，第二组与之作比较，观察压力对氧化反应的影响；第四组与之相比，对比含油饱和度对氧化反应的影响；第五组与之相对比，观察含水对反应的影响。

2 原油静态氧化实验方法与步骤

2.1 实验设备

（1）电热鼓风干燥箱（龙口实验电炉厂），温度范围0℃～500℃；

（2）不锈钢高压反应釜（江苏南通飞宇公司）2个，容积112mL，耐压30MPa；

（3）DG1300-BZ-B-2-30/CD3压力传感器2个，量程0MPa～30MPa，准确度0.5级；

（4）数据采集箱1个、电脑及数据采集软件；

（5）H3860A红外气体分析仪、JH106A便携式O2分析仪，精度均为0.1%；

（6）高压空气储罐。

2.2 实验方法

实验时将配制人工油砂装入反应釜，在预定温度（90～130℃）和压力条件下，分别使轻质原油以及稠油与充入的高压空气发生低温氧化反应。每组实验都持续足够长的时间，以保证氧气的充分消耗。反应结束后测试气体中O2、CO的百分含量，计算和评价低温氧化的热效应；并求取动力学参数。具体步骤为：

2.2.1 连续升温实验

（1）用100mL的试管量取60mL的石英砂两份，而原油由于其本身的粘性使用量筒量取体积时不精确，可将其换算成质量然后利用电子秤称量。轻油的密度为0.85g/cm3，换算成质量为14.45g。将60mL石英砂与14.45g轻质原油油混合均匀，制成人工油砂，将配好的油砂转入反应釜；稠油的密度为0.9g/cm3，换算成质量为15.3g。将60mL石英砂与15.3g的稠油混合均匀，制成人工油砂，将配好的油砂转入反应釜内；

（2）将管线组装并连接好，检查并确认装置密闭性良好后，将装有油样的反应釜转入预定温度为90℃的恒温箱中；

（3）恒温一段时间，保证反应釜内的温度达到了实验设定的温度后，向装有轻油的反应釜内充入高压空气，使压力达到20Mpa，向装有稠油的反应釜内充入高压空气，使压力达到9Mpa。当压力达到预定的试验压力时停止加压，含油饱和度均为0.7，含水饱和度均为0。然后开启数据采集箱，启动采集软件；

（4）每隔一段时间记录实验数据，并根据数据画出图像观察，待反应釜内压力不再变化时，记录实验数据，然后将温度升至110℃，同理，当反应釜内压力不再变化时，记录并保存保存数据。同理，将温度升至120℃、130℃进行同样的操作。当温度为130℃情况下，压力不再变化时，保存数据，关闭数据采集箱、采集软件。当温度降至室温后，测试反应后气体成分；

（5）将装置拆除，置于适当的位置；

（6）处理实验数据。

2.2.2 标准试验

（1）用100mL的试管量取60mL的石英砂两份，量取轻油质量 14.45g，将60mL石英砂与14.45g轻质原油油混合均匀，制成人工油砂，将配好的油砂转入反应釜；量取稠油质量15.3g，将60mL石英砂与15.3g的稠油混合均匀，制成人工油砂，将配好的油砂转入反应釜内；

（2）将管线组装并连接好，检查并确认装置密闭性良好后，将装有油样的反应釜转入预定温度为130℃的恒温箱中；

（3）将装有轻油的反应釜内压力设定为15Mpa，装有稠油的反应釜内压力设定为12Mpa，含油饱和度均为0.7，含水饱和度均为0。然后开启数据采集箱，启动采集软件；

（4）每隔一段时间记录实验数据，并根据数据画出图像观察，待反应釜内压力不再变化时，保存数据，关闭数据采集箱、采集软件。当温度降至室温后，测试反应后气体成分；

（5）将装置拆除，置于适当的位置；

（6）处理实验数据。

2.2.3 压力的影响

（1）用100mL的试管量取60mL的石英砂两份，量取轻油质量14.45g，将60mL石英砂与14.45g轻质原油油混合均匀，制成人工油砂，将配好的油砂转入反应釜；量取稠油质量15.3g，将60mL石英砂与15.3g的稠油混合均匀，制成人工油砂，将配好的油砂转入反应釜内；

（2）将管线组装并连接好，检查并确认装置密闭性良好后，将装有油样的反应釜转入预定温度为130℃的恒温箱中；

（3）将装有轻油的反应釜内压力设定为20Mpa，装有稠油的反应釜内压力设定9Mpa，含油饱和度均为0.7，含水饱和度均为0。然后开启数据采集箱，启动采集软件；

（4）每隔一段时间记录实验数据，并根据数据画出图像观察，待反应釜内压力不再变化时，保存数据，关闭数据采集箱、采集软件。当温度降至室温后，测试反应后气体成分；

（5）将装置拆除，置于适当的位置；

（6）处理实验数据。

3 实验结果及分析

3.1 连续升温实验

为验证温度对反应速率的影响，在充气量一定的前提下，采用连续升温方式逐步升高油浴的温度，观察压降速率的变化，以此研究低温氧化过程温度升高对氧化反应的影响。

3.2 压力对反应速率的影响

通过对给定不同起始压力时轻质油氧化反应研究，可以看出：在温度一定的情况下，随着压力的升高，氧化反应速率略有增加，但增加幅度很小。这是因为压力越高，氧气分压升高，在相同的接触面积上，氧浓度增大，同时原油中溶解的氧气浓度也增加，导致氧化速率略有提高。

参考文献：

[1]Gillham T.H.，Cerveny B. W.， Fomea M. A.. Low Cost IOR： An Update on the W.Hackberry Air Injection Project [DB/OL].SPE 39642-MS，1998（4）：19.