[发明专利]注空气采油过程中焦炭生成及理化性质研究的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及油田开发试验领域，具体是一种注空气采油过程中焦炭生成及理化性质研究的装置及方法。

背景技术

油田开发物理模拟是提高采收率新技术、新方法研发的重要手段。近年来，随着常规原油的日益枯竭，原油资源中最主要的低品质储量和边际储量——稠油(统指普通稠油/沥青/油砂等油藏)成为未来最重要的接替能源之一。由于稠油高粘的特点，在地层原始温度下难以流动，常采用热力开采的方式，其中注空气采油是一项极具潜力的采油技术,因具有高采收率、较强的油藏适应性、绿色环保等优势，已成为全球研究热点。注空气采油原理复杂，对油田开发实验提出了新要求。

注空气采油是将高压含氧气体注入到地层，与原油发生一系列的化学反应，原位形成高温燃烧前缘，下游的原油被燃烧前缘生成的热量加热降粘、蒸馏，被驱替到生产井中,该技术典型代表为火烧油层、从端部到跟部注空气(THAI)技术。燃烧前缘的燃料是稠油中未被驱替的重质成分反应形成的焦炭，焦炭的性质影响燃烧前缘放热速率，是重要中间产物。由于稠油中烃类和非烃类化合物繁多，在油藏多孔介质及高温高压等复杂环境下，注空气采油过程燃料(焦炭)生成的过程发生了大量复杂的化学反应，包括热裂解和非均相(即反应只发生在气液界面上)低温氧化两类反应，油藏中多孔结构的高比表面积的特性强化了非均相低温氧化反应，促进焦炭的生成，改变焦炭性质。在反应影响因素上，油层中稠油性质、反应气氛、温度和压力等因素都显著影响了焦炭的反应性质。针对注空气采油过程中生成焦炭的物理化学性质表征，可以用于解释各反应因素对焦炭反应性质影响规律，并为氧化动力学模拟提供理论基础，具有重要意义。实验中通常以物理模拟模型代表油藏内某一典型单元，模拟油藏内的条件来认识相关的重要物理化学过程，获得相应产物，并辅助相关仪器分析产物性质和数量。其中，焦炭的物理化学性质如表面官能团和微晶结构，常采用红外光谱ATR、拉曼光谱Raman、X射线衍射XRD、扫描电子显微镜SEM等分析方法定量表征。因此，利用室内物理模拟装置研究不同反应因素对烧油层过程中生成焦炭的物理化学性质的影响规律，该装置应具备以下功能：

1)模拟注空气采油中焦炭生成所经历的重要化学过程所需的反应条件：能够实现模拟油藏多孔介质环境和高温、高压、可控气氛条件(800℃/20MPa/不同比例N₂：O₂)。

2)获得的产物焦炭应连续均匀，数量容易富集，可以利用红外光谱ATR、拉曼光谱Raman、X射线衍射XRD、扫描电子显微镜SEM等分析方法原位、可重复性表征。

现有技术中常用的技术方案如下：

现有技术一的技术方案：热重分析仪。热重分析仪通常有注气系统、模型系统、数据采集系统组成。文献：1)唐君实,关文龙,梁金中,等.热重分析仪求取稠油高温氧化动力学参数[J].石油学报,2013,34(4):775-779.2)Fan C,Zan C,Zhang Q,Shi L,Hao QS,Jiang H,Wei F,Air injection for enhanced oil recovery:In situ monitoring the low-temperature oxidation of oil through thermogravimetry/differential scanning calorimetry and pressure differential scanning calorimetry.IndEngChem Res,2015,54(26):6634-6640。

现有技术一的缺点：热重分析仪通常不能模拟油藏多孔介质环境和高压条件。

现有技术二的技术方案：火驱动力学反应器或燃烧管实验装置。现有的火驱动力学反应器或燃烧管实验装置通常有注气系统、模型系统、产出系统、数据采集系统组成。文献：1)Kovscek A,Castanier L M,Gerritsen M.Improved Predictability of In-Situ-Combustion Enhanced Oil Recovery[J].SPE Reservoir Evaluation&Engineering,2013,16(02):172-182.2)Cinar M,Castanier L M,Kovscek A R.Combustion kinetics of heavy oils in porous media[J].Energy&Fuels,2011,25(10):4438-4451。