稠油作为一种储量丰富的非常规油藏,其开采对于解决我国能源供需紧张的局面具有重要的现实意义和经济意义。但由于稠油具有高粘度和低流动性等特点,使其难以开采和运输,因此降低稠油的粘度是解决稠油经济高效开发利用的重要途径。目前加热降粘技术在稠油油藏的开采中应用最为广泛,但这种技术开采效率较低,且不能从根本上降低稠油的粘度。催化裂解降粘技术是在高温热力条件下,向油层中加入催化剂,使稠油发生热裂解反应,最终降低稠油粘度的开采技术。这种方法能够通过降低稠油中重质组分的含量从根本上不可逆地降低稠油的粘度,同时提高饱和烃、芳香烃等小分子物质的含量,改善稠油的品质。本文以铁盐和镍盐为原料,以葡萄糖为碳源,通过惰性气体保护,采用高温煅烧的方法合成了系列石墨烯负载铁(Fe/Graphene,简称FeG)和二维碳负载镍(Ni/Carbon,简称NiC)催化剂,考察了其对不同粘度稠油的催化降粘作用。同时通过对元素分析和稠油四组分分离结果的分析,以及对回收催化剂的表征,研究了两种催化剂的催化降粘机制。主要研究内容与结果如下:1.采用高温煅烧的方法成功地制备出了多层石墨烯负载的金属铁催化剂以及二维多孔碳负载的金属镍催化剂。透射电子显微镜分析(TEM)的结果表明金属铁和金属镍颗粒都能够均匀地分散在二维的碳材料表面。粉末X-射线衍射(XRD)的结果显示反应前后催化剂的结构变化甚微,说明该催化剂具有良好的稳定性。这种二维的碳材料具有较大的比表面积,因而能接触更多的稠油,有利于稠油的催化裂解;同时铁、镍纳米颗粒表面也能够提供更多的催化活性位点。2.不同铁含量的FeG催化剂,即FeG2-3,FeG3-3,FeG4-3,对胜利油田稠油表现出了不同的催化降粘效率,对粘度为80500 mPa·s的原油的降粘率分别为52.5%,58.6%,64.0%。通过分析反应前后原油四组分的变化以及元素含量的变化,发现反应后原油中胶质和沥青质的含量减少,而饱和烃与芳香烃的含量增加;催化剂NiC2-3,NiC3-3,NiC4-3对不同原油的降粘作用表现出了差异性。对粘度为80500 mPa·s的原油的降粘率分别为52.2%,49%,44.8%;对粘度为26880 mPa·s的原油的降粘率为16.4%,9.9%,8.6%,而对粘度为168000 mPa·s的原油的降粘率则分别为30.4%,24.4%,23.3%。通过向反应体系中加入四氢萘作为氢供体,催化剂NiC2-3对原油(168000mPa·s)的降粘率得到大幅提高,可达71%。