火烧油层(干式燃烧)室内实验研究

簟１８■一６—　２０１＇卑＇２月　文章编号：１００６—６５３５（２０１１）０６—００９６—０４　火烧油层（干式燃烧）室内实验研究　杨俊印　（中油辽河油田公司，辽宁盘锦１２４０１０）　摘要：在现场火驱开发过程中，火烧状态很难判定，为解决这一难题，对火驱采油机理进行了室　内模拟研究。使用冷３７～４５—５６２并天然油砂，开展一维模型火烧油层物理实验，分析了在火　烧过程中产出气体和火烧前后原油组成的变化特征。实验结果表明：ＣＯ　、ＣＯ浓度变化规律　反映了原油从被点燃到形成稳定燃烧区的过程，其浓度变化的第１个峰值对应原油自燃温度。　运用色谱、色质、红外等分析手段，结合相关化学反应机理，证实了在火烧过程中原油经历低温　氧化、高温裂解和高温氧化的过程。其研究方法和结论可为现场火驱动态监测提供依据。　关键词：火烧油层；自燃温度；低温氧化；高温裂解；高温氧化　中图分类号：ＴＥ３５７．４Ｊ４　文献标识码：Ａ　引　言　火烧油层是油藏开发的一种重要方式，与其他　缓慢推进，直至燃烧结束。期间燃烧过程温度场的　变化由布置于模型本体的热电偶进行实时监测，产　出的流体经油气分离系统分离收集，然后再进行物　化性质分析。火烧后原油密度为０．８７７　６　ｋｇ／ｍ　，　原油黏度为６．８０　ｍＰａ・Ｓ。　开发方式相比具有投资少、采收率高的明显优　势¨　。世界范围内从２０世纪５Ｏ年代开始进行火　烧油层实验至今，此开发方式仍没有普及，在中国　这种开发方式仍然处于试验阶段。火烧油层对其　相关技术要求很高，有些关键技术至今还没有得到　解决。火烧油层（干式燃烧）室内实验化学反应特　征研究主要是通过对实验过程中油、气、水等化学　性质的分析，从化学反应的角度去认识火烧油层的　２火烧油层化学反应特征　在火烧油层过程中，原油化学反应主要包括裂　解反应和氧化反应，其中氧化反应又可分为低温氧　化反应和高温氧化反应。低温氧化阶段主要是原　油与氧结合的过程，生成Ｃ一０和一ＯＨ等含氧基　团。高温氧化反应是原油与０　反应直接生成　ＣＯ２、ＣＯ、Ｈ２０的过程　２．１气体组分分析　。　驱油机理，并根据油气组成变化特征与火烧的动态　过程建立对应关系，进而也可以解决现场试验过程　中难于判定地层火烧状态等难题。　１实验流程　实验采用一维模型进行火烧油层物理模拟实　验。模型尺寸为４２　ｃｍ　ｘ９　ｃｍ×４　ｃｍ，装置主要包　由于高温氧化阶段主要生成气体产物，因此气　体组分跟踪监测是判别火烧状态的有效手段。图　１是０：、ＣＯ、ＣＯ　浓度随火烧时间变化图。从图１　中看出，ＣＯ和ＣＯ　的变化趋势是一致的，而０　的　浓度与ＣＯ和ＣＯ：的浓度是反相关系。原油在点　火过程中ＣＯ：的浓度快速上升，在燃烧时间为１０７　ｍｉｎ达到第１个峰值（浓度为１０．９９％）。一般认　为，此点对应模型燃烧区的最高温度，即原油的自　燃温度，这是火驱试验的一个重要参数。　括模型本体、注气系统、油气分离系统、测量与控制　系统４部分组成。岩心取自冷３７—４５—５６２井天　然油砂，取心井段为１　４８０～１　６００　ＩＴＩ。原油密度为　０．９７１　８　ｋ　ｍ　，黏度为４．４２×１０　ｍＰａ・ｓ，实验压　力为０．５０　ＭＰａ，点火温度为５００℃。　燃烧首先从点火器端开始发生燃烧，向出口端　收稿日期：２０１１０３２９；改回日期：２０１１０５２６　基金项目：国家科技专项“渤海湾盆地辽河坳陷中深层稠油开发技术示范３－程”（２００８ＺＸ０５０５３）　作者简介：杨俊印（１９６６一），男，高级工程师，１９９０年毕业于中国地质大学（武汉）工业分析专业，现从事有机地化分析研究工作。　９８　特种油气藏　第１８卷　烃，如四、五环以上的含硫苯并噻吩、苯并茈类等，色　谱呈后峰型大包络分布（图３）；火烧后，后峰部分的　多环重质芳烃基本消失，低环数芳烃（如单环苯、二　环萘与三环菲等）明显增多，色谱成前锋型分布。　１２０　１００　８０　心　华６０　４０　２０　ｌ８０　ｌ６ｏ　１４０　１２０　１００　坦８Ｏ　６０　４０　２０　Ｏ　鼬　孵姆　ｌＩｉ　ｔ　嫡　、　图３冷３７—４５—５６２芳烃火烧前后色谱　火烧后原油中低环数芳烃增加的主要原　因　，一方面，带有侧链烷基低环数芳烃在热力作　２．５饱和烃、芳烃、非烃、沥青质、原油火烧前后红　外特征分析　用下侧链烷基断裂，另一方面原油中大分子长链单　体烃在裂解过程中，也会出现环化和芳构化的过　程，形成芳烃化合物　８　Ｊ。芳烃色谱中多环重质芳　烃消失，这是芳烃化合物发生了缩合反应形成大分　子芳香核片交联，再进一步深度缩合形成焦炭的结　果　红外光谱是由分子中的原子或原子团振动而　对特定频率的红外光产生的吸收图谱。不同频率、　强度的红外谱峰可以反应官能团的结构和相对含　量高低，它是研究化学反应动力学的重要手段。　在红外光谱中１　７００　ｃｍ　表征Ｃ一０基团的　伸展振动；１　６００　ｃｍ　是芳核的骨架Ｃ—Ｃ振动吸　收峰；１　４６０　ｅｍ　是脂族链振动吸收峰；１　３８０　Ｃ１ＴＩ。。　２．４芳烃色谱一质谱分析　主要来自ＣＨ　基团的对称弯曲振动　９　Ｊ。对于石油　类产品红外分析中，通常用Ａ１４６０／Ａ１３７７比值来　从冷３７—４５—５６２井火烧后芳烃色质菲系列　质量色谱图中发现了蒽化合物的存在。原始地层　中烃源岩在还原环境下演化有机质中不含此类物　质，它的存在是原油在氧化环境下经历高温裂解作　用的结果，是反映原油受热程度的重要的标记化合　物。这也反映原油经历了高温裂解的过程。另外，　在菲系列色质图也可以看出，随着苯环的烷基取代　基的增加，在原油火烧过程中含量逐渐降低，到四　甲基菲系列基本消失，反映苯环侧链烷基断裂是原　油裂解的主要反应形式。　反映烷烃支化度也就是烷烃异构化程度的指标；把　ＡＩ７００／（ＡＩ６００＋Ａ１４６０）的比值做为衡量样品含　氧量变化指标；把Ａ１６００／（Ａ１６００＋Ａ１４６０）的比值　相当于整个样品的芳碳与总碳之比，即为衡量样品　芳香度的指标　。　火烧前烷烃支化度指标Ａ１４６０／Ａ１３７７比值为　１．６４，火烧后增加到２．０８，表明直链烷烃含量的增　加。原油含氧基团主要存在于芳烃、非烃和沥青质　之中，火烧前后红外光谱分析参数见表２。