刘灏亮 孙铎（东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆 163318）

蒸汽吞吐中甲酸为供氢体的稠油改质研究

刘灏亮 孙铎（东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆 163318）

本文围绕稠油降粘的技术及作用机理，选择以甲酸为供氢体，在蒸汽吞吐条件下对辽河稠油进行改质降粘室内实验研究。借助族组分分析、含硫量测定等表征手段，对改质前后的辽河稠油进行分析。结果发现研究反应前后稠油组分明显变化，在含水和甲酸的条件下，辽河稠油改质所得沥青质转化率为29%，脱硫率38%，碳数明显减小，达到理想改质效果，说明甲酸可以在稠油蒸汽吞吐中作为供氢体，对稠油改质降粘。

辽河稠油；甲酸；改质降粘；组分分析

全世界稠油资源丰富，其储量远超于常规石油，占全部石油资源的30%左右。为有效开采稠油资源，通常采取井下降粘的方法，包括热采、掺稀降粘、表面活性剂降粘、微生物降粘，以及近些年所提出的水热裂解技术[1]。此外，还可通过在蒸汽吞吐条件下向井下注入供氢体，对稠油进行原位改质，有效降低稠油中重质组分含量及硫含量，提高其中饱和烃含量，达到稠油井下降粘的目的。本文以辽河油田齐40区块稠油为研究对象，以甲酸为供氢体，在模拟蒸汽吞吐的储层条件下，进行稠油原位改质室内实验。然后通过各种表征手段分析反应前后稠油的组分变化，对此项工艺的改质效果进行研究[2,3]。

1 室内实验过程

改质反应在不锈钢间歇式反应釜中进行，不需要进行搅拌。在实验中，用55g辽河齐40区块稠油和饱和煤油的石英砂充填，所用供氢体为5g甲酸，蒸汽由实验室自制蒸馏水产生。首先，通入N2排出体系中的空气，5min后关闭出口阀，加压到3.4MPa。然后开始模拟蒸汽吞吐，在蒸汽发生器中，以4.2℃/ min加热速率将蒸汽加热到280℃，将预先准备好的5g甲酸伴随蒸汽注入到充填好油砂的反应釜中，继续加压，体系中最终压力达到8.8MPa。焖井进行24 h，然后将反应器冷却至室温并泄压，用二氯甲烷通过溶剂萃取将油从油砂中分离出来。

用硫分析仪对反应前稠油和萃取后稠油进行硫含量分析。通过柱层析法对样品进行饱和烃、芳香烃、胶质、沥青质（SARA）含量测定。最后，在氧化铝层析柱上用正己烷淋洗脱沥青质后的样品，对分离出的饱和烃进行气相色谱（GC）分析。

2 结果与讨论

对反应前后的辽河稠油进行SARA分析。结果发现，在有水存在的条件下处理辽河原油能降低沥青质和胶质含量（分别降低13.9%和35.5%），当在甲酸存在的条件下处理稠油时，沥青质的转化率更高，达23.1%，而胶质的转化率降低至22.2%。其中芳香烃含量继续增加，然而，饱和烃含量基本不变。当共同加入甲酸和水时，能获得最佳的结果。最终结果是，沥青质含量降低29.2%，而胶质降低44.5%。可以明显看出，当甲酸与水一起作用时，对石油改质效率更高。

对原始辽河稠油和用甲酸与水处理后的辽河原油中的饱和烃组分进行GC分析。发现主要的色谱峰在C12～C32区域，而对于处理后的原油，其碳数分布范围减少了2～3。此外，观察到改质原油的饱和烃组分具有新的碳数序列，碳数小于12。这些新的序列碳数更低，相当于轻质石蜡。

在改质前后，对辽河稠油中的硫含量也进行测量，结果表明，对于在含水条件下处理的原油，其中硫含量降低了29%，这是热力脱硫作用的结果。当只使用甲酸时，脱硫率较低（仅12%），但当甲酸与水一起使用时，脱硫效果增至38%，这对于井下降粘处理作用过程非常重要。上述分析结果表明，在储层注蒸汽条件下处理辽河原油时改质程度高，甲酸能在一系列反应中产生氢气。当甲酸与水共同使用时，改质效果更好。

在温度320～500℃，压力17.8～30.3MPa的条件下，发现主要产物为CO2与H2。因此在此改质条件下，甲酸主要的分解路径是脱羧反应。在气相产物中，观察到H2和CO2比例较高。另一方面，热力学计算表明，在甲酸的水热分解中，水通过在水二聚体和甲酸之间形成中间体而产生催化作用，说明甲酸与水二聚体中两个氢键相连，水二聚体同时作为质子的供体和受体。这种结构极大地降低了分解过程的反应活化能。在此过程中，水作为甲酸热解的催化剂，在反应体系中伴随着一系列反应生成H2。甲酸作为供氢体，产生的H2为稠油蒸汽条件下的加氢裂化提供原料，明显改善稠油改质效果，增加改质后稠油中轻烃含量，对于稠油改质降粘的开发方式具有重要意义。

3 结语

发现在蒸汽吞吐条件下，甲酸分解产生的H2能高效作用用于改质分散于砂中稠油的反应中。当甲酸与水结合使用时，水作为甲酸热分解的催化剂，改质效率更高。因此，在有水和甲酸存在的条件下，对辽河齐40区块稠油改质，得到沥青质转化率29%，脱硫率38%，反应产物中碳数明显降低。经过实验分析，发现甲酸作为供氢体，能在蒸汽吞吐过程中有效改质稠油，通过降低稠油中重质组分含量，达到稠油降粘目的，对于稠油开采具有重要指导意义。

[1]柳荣伟，陈侠玲，周宁.稠油降粘技术及降粘机理研究进展[J].精细石油化工进展，2008，9(4)：20-25.

[2]徐丕东，袁向春，邱国清，等.提高胜利油区稠油热采采收率技术研究[J].油气采收率技术，2000，7(1)：13-16.

[3]尉小明，刘喜林，王卫东.稠油油藏降粘方法概述[J].精细石油化工，2002(5)：45-48.

刘灏亮（1993-），男，甘肃省酒泉市人，东北石油大学油气田开发专业在读硕士，研究方向：提高石油采收率技术。