稠油注空气催化氧化采油技术作为一种高效的稠油开采技术,它使注入的空气与稠油发生低温催化氧化反应,消耗了空气中的氧气并产生烟道气,烟道气与剩余的空气产生协同气驱效应,该开采技术能将空气中含氧降至5%以下,保障了气驱安全,同时产生了氧化热,增加了油层的温度。但是,实验研究发现,当空气注入稠油油层在焖井和驱替时,会产生氧化稠油。氧化稠油的粘度都会不同程度的增加,不利于原油地面集输,因此对氧化稠油进行改质降粘研究势在必行。本文以埕北稠油为研究对象,进行低温空气催化氧化,分析了埕北稠油氧化前后性质的变化,并利用自制油溶性催化剂,对埕北氧化稠油进行催化改质和催化水热改质研究。通过对比分析埕北氧化稠油改质前后的粘度、SARA和平均分子量的变化,筛选出最优改质条件及参数。以MnL为改质催化剂,在催化剂加量为0.1wt%、温度为380℃和时间为30min的改质条件下,氧化稠油粘度由1813mPa·s降至122mPa·s,降粘率达到93.27%;以NiL为改质催化剂,在催化剂加量为0.1wt%、温度为240℃、加水量为25wt%和改质时间为24h的改质条件下,改质稠油粘度为591mPa·s,降粘率可达67.40%。氧化稠油催化改质降粘技术是通过化学诱导,使氧化稠油中复杂大分子在特定条件下发生断裂的技术,复杂大分子主要包括长直链、芳香环侧链、O和S原子等杂原子构成的杂原子链和杂环结构。通过对比分析埕北原油、埕北氧化稠油和改质油的酸值、元素组成、红外光谱分析和核磁氢谱分析,研究稠油结构参数变化和改质降粘效果之间的关系。埕北氧化稠油催化改质后,30℃～400℃之间馏分显著增加,表明改质后轻组分含量增加,重组分含量降低,但其中沥青质含量增加显著,这说明大分子基团裂解为小分子自由基后存在两个反应方向,一种是和体系中游离H结合,生成稳定的小分子,另一种则是自由基互相之间碰撞,聚合成更大的分子基团。胶质和沥青质的红外光谱和稠油的酸值测定表明,氧化稠油催化水热改质后,胶质中醇羟基、酚羟基和羧酸羟基明显减少,极性减弱。元素分析表明,改质油S、O和N含量分别下降了 72.5%、54.1%和4.6%,表明催化水热改质过程中发生了加氢、脱硫、脱氮和脱氧等反应。结构参数研究表明,氧化稠油胶质和沥青质的芳碳率fA分别由0.3527和0.4344降低到0.2658和0.3424,芳香缩合度HAU/CA分别由0.9141和0.8458增加至1.3054和1.2999,支化指数BI分别由0.3115和0.3559降低到0.3003和0.3367。说明在改质过程中,沥青质和胶质聚合的胶体体系被破坏,其芳碳结构上发生了加氢、断裂和开环等反应,大分子中的部分侧链发生断裂,裂解成为小的烃类片段,降低了油样的平均分子量,改善了流动性。