稠油水热裂解.doc

注入蒸汽通过水热裂解就地提高重质油品质
S.JiangandX.Liu，辽河油田，Y.Liu，SPE，L.Zhong，大庆石油学院
摘要：本文主要介绍通过化学添加物来提升重质油品质的水热裂解技术。实验室实验在注入蒸汽的条件下进行，以研究金属物种的催化作用、催化剂的协同作用以及供氢体对辽河和胜利重质稠油水热裂解的影响。得到的实验结果是重质油的粘度显著下降，胶质和沥青质的含量显著降低，品质明显提高。水热裂解的机理将会继续被讨论。另外，在对辽河油田进行现场实验，结论将会在结尾被提出。
前言：石油作为一种非可再生性化石能源，是世界上最重要的能源和物质。然而，在工业国石油危机即将到来。甚至向中国一样的发展中国家，由于石油日常产量的降低和需求量的增加，也将面对石油危机。因此，提高重质油的产量非常重要。
与此同时，由于重质油中特殊的分子结构以及像胶质和沥青质一样的重质组分的含量高，重质油很难开采和输送。大多数的重质油开采是通过热回收技术进行的，例如注入蒸汽，热量可以暂时的就地降低重质油的粘度。另外一种技术是在乳化的辅助热量作用下进行生产。然而这对重质油的分子结构和组成并没有根本的改变。
在本论文中介绍了水热裂解技术在水蒸气和加热的条件下，通过添加催化剂和其他的添加物能够就地提高重质油的品质。该技术能使重质成分减少，分子结构发生改变，粘度降低。水热裂解技术是一种应用于重质油开采中的催化减粘裂化过程，它能够提高注入蒸汽和加热条件下重质油的开采率[1-3]。
实际上，实验室实验和现场试验都表明，石油开采在注入蒸汽和加热的条件下，水热裂解反应是指重质油和水之间的化学反应。这种反应能是重质油化学降黏[4、5]。
Hyne，Clark等[3-6]在最近的三十年里研究了在注入蒸汽的条件下重质油的水热裂解。结果表明，粘度显著降低，胶质和沥青质的含量显著下降，饱和烃和芳香烃的含量显著增加，能够产生很多气体如碳氧化合物、碳氢化合物、甲烷，等等。很多过渡金属被作为加速水热裂解反应的催化剂而介绍。刘、范等[7-11]报告了辽河重质油水热裂解的结果。结果表明，通过水热裂解重质油中发生了有竞争性的化学转变，这些转变使重质油的粘度向相反的方向改变。在水热裂解反应中，反应碎片通过活性结构如C-S键的断裂产生。另外，这些碎片也可以聚合从而增加重质油的粘度，或者发生一系列的反应生成的产物能够降低粘度。Ovalles，Vallejos等做的实验表明在注入蒸汽的条件下，供氢体能够阻止碎片的反应或不利的聚合反应[12]。
本实验中选用典型的辽河重质油和胜利重质油，在不同的温度和反应时间下加入催化剂和供氢体。对原油进行一系列的粘度，元素，碳氢组成，SARA的分析，之后探究在水热裂解中金属的催化作用、催化剂协同作用、供氢体的作用。基于以上工作，在下面讨论重质油水热裂解机理。另外，在辽河油田进行了20口井的现场试验。结论将在结尾提出。
1、实验室实验
1.1、材料，仪器和过程：重质油取自辽河油田的曙光地区和胜利油田的EastShan6地区。使用不同的化学物质和溶剂得到了如表1的重油性质
水热裂解实验使用磁搅拌器，电热套和温度控制器，反应在500ml的哈斯特洛伊耐蚀镍基合金反应装置中进行。在一个典型的试验中，反应器中含有合适重量比的重质油、水、催化剂和供氢体。这个实验在不同的反应时间（24-240小时）和反应温度（160℃-260℃）下进行。按照设定的反应条件注入蒸汽在反应器中进行反应。反应结束后，降反应器冷却至室温，把反应的后的混合物转移出来。对反应后的重质油进行一系列的粘度、元素、碳氢组成和SARA分析。
2、结果和讨论
2.1、金属物种的催化作用：将不同的金属物种按照0.02M的浓度添加到重质油中，水热裂解实验在240℃下反应72h。金属物种对重质油粘度的影响见图1。在没有金属催化的情况下，辽河和胜利重质稠油和蒸汽作用后粘度分别降低12%和17%。而在金属物种（除Zn（Ⅱ）和Cu（Ⅱ））催化的情况下，胜利重质油粘度有均有大范围的下降。特别是，Fe（Ⅱ），Co（Ⅱ），Mo（Ⅱ），Ni（Ⅱ），FeSx，NiCuSx和NiFeSx对辽河和胜利重质油均有超过50%的大范围的粘度下降。
由于铁系物质价格便宜，在水热裂解中经常加入铁系物质（除FeSx、NiCuSx和NiFeSx外，以为它们只有吸附或储存在表面的空隙中才能够溶解）。这个实验中还将继续探究。
水热裂解实验中添加不同浓度的铁系物质，在以前的实验中研究过[11]。结果表明，不同浓度的Fe（Ⅱ）对重质油的粘度有明显的影响。选用0.02M或0.04M的Fe（Ⅱ）加入水和重质油的混合物。将0.02M的Fe（Ⅱ）加入辽河和胜利重质油的分析结果见表1。结论如下：
1、辽河重质油的碳氢比从1.52增加到1.62，胜利重质油的碳氢比从1.6