郑王油田混合稠油改质降粘技术研究

摘要

石油资源在国家经济发展中一直具有特殊的战略性意义。目前,中国能源资源短缺,而轻质原油资源储量和开采量又逐年降低,稠油资源无疑成为了我国不可忽视的能源之一。因此,稠油的开发技术越来越受到重视,全球范围内稠油的地质储量丰厚,且目前动用程度低。但稠油因其胶质、沥青质含量高,相对密度大、粘度高、流动困难,给开发、集输等领域都带来了很大的技术困难,同时也影响着下游加工装置的稳定性及可靠性。
　　 稠油改质降粘是一种浅度原油加工方法,通过大分子裂解为小分子来降低体系粘度。稠油降粘过程主要包括水热裂解反应、热裂解反应和缩合反应等。混合稠油改质降粘反应时,其中的胶质、沥青质等大分子量组分分解为分子量较小的中间馏分,使混合稠油粘度发生不可逆转的降低。从而,从根本上改善了稠油的流动性,实现了油田现场地面集输改质处理,进而解决了稠油掺稀输送稀油资源不足及加热输送能耗高、经济损失大等难题。
　　 本文在基于稠油改质降粘可行性研究的基础上,探讨了适合郑王区块超稠油改质降粘的最佳反应条件。另外,又针对现场大型动态稠油改质降粘装置依赖过热蒸汽预热、加热稠油的问题,开展室内化学生热体系对稠油改质降粘反应的影响,从而降低稠油处理成本。
　　 主要研究内容为:
　　 (1)研究了稠油改质降粘的可行性。
　　 在稠油的改质降粘可行性研究工作中,针对郑王区块三个不同油井的稠油油样分别展开室内试验研究,并分别考察了反应温度、反应时间等基本反应条件对稠油族组份组成、粘温关系、馏程分布、气体产物组成等的影响;又考察了在稠油改质反应中的裂化率和缩合率。实验结果表明,在反应温度从320℃～380℃、反应时间从20min～60min的反应条件下,反应后混合稠油粘度明显降低,并且随着反应温度的升高和反应时间的增加,降粘效果变好,降粘率变大。同时混合稠油分子量变小,稠油组分组成发生了明显变化,重馏分减少,轻馏分增多。综合以上变化表明,在室内实验条件下稠油发生了粘度降低的改质降粘反应。
　　 (2)研究了就地热化学生热体系对稠油改质降粘反应的影响
　　 在稠油改质降粘可行性研究的基础上,开展了利用NaNO2/NH4Cl生热体系促进稠油裂解的室内模拟实验。通过向反应釜中加入5 mL浓度为5 mol/L的就地生热体系NaNO2/NH4Cl后,反应釜温度可在短时间内提高40℃,且反应后稠油降黏率均有所增加,饱和份、芳香份含量明显增加,胶质、沥青质含量明显降低,并且反应产物对体系反应有利。并对较高初始反应温度下(280℃,320℃)的改质降粘反应和较低温度下适当加入NaNO2/NH4Cl体系后稠油物性进行对比,从而得出加入NaNO2/NH4Cl体系后更有利于稠油改质降粘反应。更重要的是,加入少量生热体系后可以明显降低稠油改质降粘反应的初始温度,减少过热蒸汽的使用量,从而减少大型动态实验装置的运行成本,这些工作都将用于指导现场稠油改质降粘。
　　 (3)探讨了稠油改质降粘反应机理。
　　 通过比较改质降粘反应前后稠油族组分的变化及反应后生成气体的组成分析可得到以下结论:稠油改质降粘反应中裂解反应和缩合反应共存;杂原子尤其是S原子组成的化学键是稠油分子结构中最薄弱的环节,在热作用下最容易断裂生成自由基,这些自由基作为诱发剂使裂化反应继续进行。杂原子含量在胶质沥青质中富集,杂原子键的断裂导致胶质沥青质间的缔合作用减弱,就表现为胶质沥青质含量和稠油粘度的降低。