【摘 要】
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火驱是一种高效清洁的稠油热采方法,通过向油藏内注入空气实现稠油点火,利用稠油重质组分燃烧产生的热,驱替出经济价值高的轻质原油,是开发稠油资源的接替技术。稠油氧化反应研究是该技术的关键环节,但油藏储层物性多样,决定火驱前缘能否稳定推进。研究在这些物质作用下稠油的氧化过程能够帮助更好地理解驱油机理。本文通过一维燃烧管火驱物理模拟实验,优化燃烧工艺参数对稠油氧化过程的影响,研究重金属盐和含硫岩矿对稠油氧
【基金项目】
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四川省科技计划项目-稠油高温氧化热裂解及燃料沉积机理研究（2016JY0232）；
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火驱是一种高效清洁的稠油热采方法,通过向油藏内注入空气实现稠油点火,利用稠油重质组分燃烧产生的热,驱替出经济价值高的轻质原油,是开发稠油资源的接替技术。稠油氧化反应研究是该技术的关键环节,但油藏储层物性多样,决定火驱前缘能否稳定推进。研究在这些物质作用下稠油的氧化过程能够帮助更好地理解驱油机理。本文通过一维燃烧管火驱物理模拟实验,优化燃烧工艺参数对稠油氧化过程的影响,研究重金属盐和含硫岩矿对稠油氧化过程的影响,利用扫描电子显微镜镜（SEM）和电子能谱（EDS）分析矿物样品形貌,热重分析联用仪（TG-DTGDTA）研究稠油催化热氧化行为,热重-质谱（TG-MS）分析稠油燃烧状态与尾气成分变化。主要结论如下:（1）建立火驱前缘稳定推进与工艺参数之间的关系。利用一维燃烧管火驱物理模拟装置,开展点火温度、注气速率对火驱前缘峰值温度的影响,优化工艺参数。结果表明,点火温度为200℃-250℃时,稠油能被点燃;当点火温度大于270℃时,能够实现前缘推进,峰值温度超过400℃;当点火温度提高至320℃时,前缘推进稳定,火线推进距离达到400 mm。注气速率大于2000 m L/min时,实现前缘推进,并且随注气速率增加,前缘平均推进速率增大,但注气速率达到3000 m L/min时,前缘推进紊乱。综合考虑,优化火驱工艺参数为:点火温度大于270℃,注气速率2500 m L/min。（2）研究铁盐催化氧化稠油及动力学机理。针对调节工艺参数难以实现火驱前缘稳定推进的情况,开展硝酸铁催化氧化稠油实验,利用一维燃烧管物理模拟装置研究铁盐对稠油火驱燃烧前缘推进和峰值温度的影响,根据稠油热分析数据分析铁盐催化氧化稠油的氧化动力学过程,建立动力学方程,计算稠油氧化各阶段动力学参数。结果表明:添加硝酸铁后,前缘温度峰值最大差值仅为30℃,火线推进距离增加了120 mm,硝酸铁能够改善火驱效果,稳定前缘推进;热分析结果显示,加入硝酸铁,使稠油高温氧化阶段放热峰对应温度由516℃降至462℃;通过氧化动力学模拟计算发现,硝酸铁使得稠油低、高温氧化活化能分别降低了9.4 k J/mol和4.58 k J/mol。（3）研究含硫岩矿与稠油燃烧耦合作用。利用一维燃烧管物理模拟装置,研究硫铁化物、硫酸盐对稠油火驱燃烧前缘峰值温度的影响,利用热重-质谱（TGMS）联用仪测试燃烧过程和尾气成分变化规律。结果表明:硫铁化物能够促进油砂燃烧,燃烧管峰值温度达到400℃;硫酸盐对稠油氧化过程影响较小,最高温度仅300℃。氧化动力学模拟计算表明,硫化亚铁和二硫化亚铁分别降低稠油高温氧化活化能2.24 k J/mol、5.11 k J/mol;针对尾气进行TG-MS分析,结果表明硫化氢产出丰度与在线测定仪测试结果趋势一致,在稠油燃烧时,氧气和二氧化碳丰度明显变化,且呈相反趋势;硫化氢产出顺序为:铁硫化物＞硫酸盐＞原油。
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