原油氧化特性實驗研究

楊志輝

（中國石油大學（北京），北京 102249）

原油氧化特性實驗研究

楊志輝

（中國石油大學（北京），北京 102249）

本文通過對遼河油田的稠油以及輕質原油進行注空氣低溫氧化實驗研究，通過運用壓力降法研究其反應速率。通過改變溫度、壓力、含油飽和度等條件，研究各因素對氧化速率的影響。最后得出結論：溫度對低溫氧化反應速率的影響比較大，壓力、含油飽和度都對反應速率產生一定的影響，但影響相對于溫度來說并不明顯。

原油 低溫氧化 實驗研究

1　實驗方案設計

為了研究和對比輕油與稠油的氧化特性，本文研究了溫度、壓力、含水飽和度以及含油飽和度對于油樣氧化特性的影響。實驗共分為五組。其中，第一組為連續升溫實驗，在一定壓力、含水飽和度以及含油飽和度條件下，連續測定油樣在90℃、110℃、120℃、130℃時的反應，以觀察溫度對反應的影響第二組至第五組實驗溫度相同，通過控制變量法，以第三組為標準，第二組與之作比較，觀察壓力對氧化反應的影響；第四組與之相比，對比含油飽和度對氧化反應的影響；第五組與之相對比，觀察含水對反應的影響。

2　原油靜態氧化實驗方法與步驟

2.1實驗設備

（1）電熱鼓風干燥箱（龍口實驗電爐廠），溫度范圍0℃～500℃；

（2）不銹鋼高壓反應釜（江蘇南通飛宇公司）2個，容積112mL，耐壓30MPa；

（3）DG1300-BZ-B-2-30/CD3壓力傳感器2個，量程0MPa～30MPa，準確度0.5級；

（4）數據采集箱1個、電腦及數據采集軟件；

（5）H3860A紅外氣體分析儀、JH106A便攜式O2分析儀，精度均為0.1%；

（6）高壓空氣儲罐。

2.2實驗方法

實驗時將配制人工油砂裝入反應釜，在預定溫度（90～130℃）和壓力條件下，分別使輕質原油以及稠油與充入的高壓空氣發生低溫氧化反應。每組實驗都持續足夠長的時間，以保證氧氣的充分消耗。反應結束后測試氣體中O2、CO的百分含量，計算和評價低溫氧化的熱效應；并求取動力學參數。具體步驟為：

2.2.1連續升溫實驗

（1）用100mL的試管量取60mL的石英砂兩份，而原油由于其本身的粘性使用量筒量取體積時不精確，可將其換算成質量然后利用電子秤稱量。輕油的密度為0.85g/cm3，換算成質量為14.45g。將60mL石英砂與14.45g輕質原油油混合均勻，制成人工油砂，將配好的油砂轉入反應釜；稠油的密度為0.9g/cm3，換算成質量為15.3g。將60mL石英砂與15.3g的稠油混合均勻，制成人工油砂，將配好的油砂轉入反應釜內；

（2）將管線組裝并連接好，檢查并確認裝置密閉性良好后，將裝有油樣的反應釜轉入預定溫度為90℃的恒溫箱中；

（3）恒溫一段時間，保證反應釜內的溫度達到了實驗設定的溫度后，向裝有輕油的反應釜內充入高壓空氣，使壓力達到20Mpa，向裝有稠油的反應釜內充入高壓空氣，使壓力達到9Mpa。當壓力達到預定的試驗壓力時停止加壓，含油飽和度均為0.7，含水飽和度均為0。然后開啟數據采集箱，啟動采集軟件；

（4）每隔一段時間記錄實驗數據，并根據數據畫出圖像觀察，待反應釜內壓力不再變化時，記錄實驗數據，然后將溫度升至110℃，同理，當反應釜內壓力不再變化時，記錄并保存保存數據。同理，將溫度升至120℃、130℃進行同樣的操作。當溫度為130℃情況下，壓力不再變化時，保存數據，關閉數據采集箱、采集軟件。當溫度降至室溫后，測試反應后氣體成分；

（5）將裝置拆除，置于適當的位置；

（6）處理實驗數據。

2.2.2標準試驗

（1）用100mL的試管量取60mL的石英砂兩份，量取輕油質量14.45g，將60mL石英砂與14.45g輕質原油油混合均勻，制成人工油砂，將配好的油砂轉入反應釜；量取稠油質量15.3g，將60mL石英砂與15.3g的稠油混合均勻，制成人工油砂，將配好的油砂轉入反應釜內；

（2）將管線組裝并連接好，檢查并確認裝置密閉性良好后，將裝有油樣的反應釜轉入預定溫度為130℃的恒溫箱中；

（3）將裝有輕油的反應釜內壓力設定為15Mpa，裝有稠油的反應釜內壓力設定為12Mpa，含油飽和度均為0.7，含水飽和度均為0。然后開啟數據采集箱，啟動采集軟件；

（4）每隔一段時間記錄實驗數據，并根據數據畫出圖像觀察，待反應釜內壓力不再變化時，保存數據，關閉數據采集箱、采集軟件。當溫度降至室溫后，測試反應后氣體成分；

（5）將裝置拆除，置于適當的位置；（6）處理實驗數據。

2.2.3壓力的影響

（1）用100mL的試管量取60mL的石英砂兩份，量取輕油質量14. 45g，將60mL石英砂與14.45g輕質原油油混合均勻，制成人工油砂，將配好的油砂轉入反應釜；量取稠油質量15.3g，將60mL石英砂與15.3g的稠油混合均勻，制成人工油砂，將配好的油砂轉入反應釜內；

（2）將管線組裝并連接好，檢查并確認裝置密閉性良好后，將裝有油樣的反應釜轉入預定溫度為130℃的恒溫箱中；

（3）將裝有輕油的反應釜內壓力設定為20Mpa，裝有稠油的反應釜內壓力設定9Mpa，含油飽和度均為0.7，含水飽和度均為0。然后開啟數據采集箱，啟動采集軟件；

（4）每隔一段時間記錄實驗數據，并根據數據畫出圖像觀察，待反應釜內壓力不再變化時，保存數據，關閉數據采集箱、采集軟件。當溫度降至室溫后，測試反應后氣體成分；

（5）將裝置拆除，置于適當的位置；

（6）處理實驗數據。

3　實驗結果及分析

3.1連續升溫實驗

為驗證溫度對反應速率的影響，在充氣量一定的前提下，采用連續升溫方式逐步升高油浴的溫度，觀察壓降速率的變化，以此研究低溫氧化過程溫度升高對氧化反應的影響。

3.2壓力對反應速率的影響

通過對給定不同起始壓力時輕質油氧化反應研究，可以看出：在溫度一定的情況下，隨著壓力的升高，氧化反應速率略有增加，但增加幅度很小。這是因為壓力越高，氧氣分壓升高，在相同的接觸面積上，氧濃度增大，同時原油中溶解的氧氣濃度也增加，導致氧化速率略有提高。

［1］Gillham T.H.，Cerveny B. W.， Fomea M. A.. Low Cost IOR： An Update on the W.Hackberry Air Injection Project ［DB/OL］.SPE 39642-MS，1998（4）：19.