黄沙坨油田原油低温氧化反应条件试验研究

张 宇

(中国石油辽河油田分公司金马油田开发公司，辽宁盘锦 124010)

黄沙坨油田原油低温氧化反应条件试验研究

张 宇

(中国石油辽河油田分公司金马油田开发公司，辽宁盘锦 124010)

为研究地层条件下黄沙坨油田原油是否会与空气发生低温氧化反应，为区块非烃类气驱注入介质的筛选提供依据，本研究通过室内试验研究原油样品与空气在无汞地层流体分析系统中的氧化反应过程，检测O2、CO2和CO等气体的变化情况，分析O2的消耗速度，评价不同条件下原油与空气的反应活性。试验结果表明：该区原油与空气发生低温氧化反应的温度大于120℃ ，而油藏地层温度为106℃，说明在目前地层温度下，该区原油与空气不会发生低温氧化反应；反应温度为130℃时只生成了CO2，当反应温度高于140℃时同时生成CO和CO2，说明反应温度越高氧化反应越剧烈；低温氧化反应后原油组分的变化曲线说明反应温度对轻质组分含量的影响并不明显，发生氧化反应的烃类主要集中在C7～C21之间。研究成果为现场非烃类气驱试验注入介质的筛选提供了重要依据，避免了工程危险。

黄沙坨油田；低温氧化反应；非烃类气驱

黄沙坨油田位于辽河盆地东部凹陷中段黄沙坨构造带，开发目的层为古近系沙三中段火山粗面岩，属于典型块状边底水裂缝型稀油油藏。开发初期油井以自喷为主，产能高，但受裂缝性油藏固有因素影响，油井底水锥进后含水上升迅速，堵水难度大，产量递减极快，注水开发也未见明显效果，区块亟须提高采收率新技术来进一步改善开发效果。

研究及实践表明[1-10]，氮气泡沫驱和空气泡沫驱均是裂缝性油藏水驱开发中后期提高采收率的有效方法，两者相比空气泡沫驱具有气源丰富、成本低的优点，而且空气注入轻质油藏后，氧气和原油发生低温氧化反应，氧气被消耗，生成碳的氧化物，反应产生的热量使油层温度升高，促使轻质组分挥发。因此，直接起驱替作用的并不是空气，而是在油层内生成的CO、CO2以及由N2和轻烃组分等组成的烟道气。但并不是所有油藏都适合注空气，这取决于油藏条件下，原油是否能和注入空气发生低温氧化反应，反应程度如何，最重要的一点就是氧气必须在到达生产井之前被消耗掉，否则会有工程爆炸危险。笔者以室内试验为手段，研究该区原油样品与空气在无汞地层流体分析系统中的氧化反应过程，检测O2、CO2和CO等气体的变化情况，分析O2的消耗速度，评价在不同条件下原油与空气的反应活性。研究成果为现场非烃类气驱试验注入介质的筛选提供了重要依据，避免了工程危险。

1 试验设备及流程

使用美国RUSKA2370-601型无汞地层流体分析系统。整套流程主要由注入泵系统、反应釜、计算机压力采集系统、烘箱、气量计和气相色谱仪组成，其中反应釜是整个装置的关键部分。反应釜及注入泵工作压力在0～70 MPa之间。原油与空气在反应釜反应过程中主要监测定容条件下压力随时间的变化，从而确定反应是否结束，并通过色谱仪测量反应前后原油的组成变化及O2的消耗情况。试验流程如图1所示。

图1 恒温定容反应装置流程图

2 试验方法、步骤和目的

方法：在目前地层压力和温度下，将现场真实原油和空气注入反应釜中，加入原油20 mL，地层温度压力下的空气100 mL(空气注入体积比取10%)，研究空气与现场原油的低温氧化反应。

步骤：(1)配制地层流体，按照试验流程(图1)连接装置；

(2)将反应釜抽空，并加热到地层温度，将预先设计好的原油和空气转入反应釜中，设置为预定试验压力；

(3)待压力稳定后，维持地层压力，放出油气，用色谱仪测量注空气反应前后气体组成的变化；

(4)改变反应釜的压力和温度，重复(2)(3)步骤，研究在不同条件下原油与空气反应前后的压力和组分组成变化情况；

(5)根据注入空气过程中O2的消耗量综合判定低温氧化反应情况。

目的：通过上述试验，最终可以确定原油与空气的低温氧化点以及不同温度下地层原油和空气发生低温氧化反应的程度。

3 试验结果及分析

利用上述试验流程测定了地层压力下不同反应温度的低温氧化反应试验，通过不同温度条件下O2的消耗速度，综合判定该区块发生低温氧化反应的反应温度和发生反应后的O2消耗速度。

3.1 不同温度条件反应后的油气组成变化

在反应结束后测量不同温度下低温氧化反应后的油气组成变化(摩尔含量)，研究在试验温度下是否发生氧化反应，结果如表1和图2所示。

表1 不同温度条件反应后的气体组分组成变化表

图2 不同温度条件反应后的脱气原油色谱组分组成变化曲线

试验结果表明：

(1)该区原油与空气发生低温氧化反应的温度大于120℃；当反应温度为130℃时，只生成了CO2；当反应温度高于140℃时，同时生成CO和CO2，说明反应温度越高，氧化反应越剧烈(表1)。

(2)从低温氧化反应后原油组成的变化曲线(图2)可以看出，随着反应温度的升高，C2～C6含量并无明显变化，可见反应温度对轻质组分含量的影响作用并不明显；C7～C13的含量在逐渐上升，C14～C21的含量在逐渐下降，C22～C29的含量基本没变化，说明发生氧化反应的烃类主要集中在C7～C21之间，其中C7～C12组分的氧化反应主要生成了氧化化合物，而C13～C21组分的氧化反应主要生成CO和CO2。这与中国科学院理化技术研究所程月等人以及国外学者BABU D R，COMACK D E等人研究的结论基本相同。

3.2 不同反应温度下的耗氧速度计算

根据反应前后组分的变化和反应时间，计算不同反应温度下的耗氧速度，结果如表2和图3所示。

计算结果显示：

(1)反应温度越高、时间越短，耗氧速度越大。110℃、120℃时空气中氧气和地层原油没有发生低温氧化反应。130℃下定容低温氧化试验共经历了117.5 h，耗氧0.007251 mol，平均耗氧速度为0.001481 mol/d。140℃下定容低温氧化共经历了95.8 h，耗氧0.008889 mol，平均耗氧速度为0.002227 mol/d。150℃下定容低温氧化试验共经历了80.2 h，耗氧0.011485 mol，平均耗氧速度为0.003437 mol/d。

(2)根据试验结果可以看出，地层原油和空气发生低温氧化的温度节点在120～130℃。根据试验数据回归推算的反应温度为125℃。

(3)综合4组低温氧化反应后组分含量的变化数据、反应生成物的量及耗氧速度与时间的关系，认为C13～C21的含量越大，地层温度越高，越有利于低温氧化反应的进行，从而氧消耗速度越快，生成的CO2和CO含量越高，就越有利于烟道气驱和热膨胀效应，有利于提高采收率。

表2 不同反应温度下氧气反应时间和氧消耗速度表

图3 不同反应温度下氧消耗速度曲线

4 结论

黄沙坨油田原油样品低温氧化反应试验结果表明：该区原油与空气发生低温氧化反应的温度节点为125℃，而油藏地层温度为106℃，所以在目前地层温度下，该区原油与空气不会发生低温氧化反应，出于安全起见，建议非烃气驱注入介质选择氮气。

[1] 张永刚,罗懿,刘岳龙,等.红河油田轻质原油低温氧化试验及动力学研究[J].油气藏评价与开发,2013,3(6):43-47.

[2] 张涛,熊健.低渗轻质油藏注空气原油低温氧化过程研究[J].吐哈油气,2012,17(4):337-340.

[3] 陈振亚,于洪敏,张帆,等.明15块空气泡沫驱低温氧化反应动力学模型及影响因素分析[J].科学技术与工程,2012,12(18):4363-4367.

[4] 杨宝泉,任韶然,于洪敏,等.轻质油藏注空气低温氧化机理数值模拟[J].新疆石油地质,2009,30(3):358-361.

[5] 王玉婷,邓君宇,刘延民,等.轻质油藏注空气过程中原油低温氧化反应的O2—CO2转换率[J].科学技术与工程,2014,14(26):50-54.

[6] 王杰祥,夏金娜,刘双龙,等.轻质油低温氧化反应试验研究[J].特种油气藏,2012,19(6):116-117.

[7] 陈振亚,牛保伦,汤灵芝,等.原油组分低温氧化机理和反应活性试验研究[J].燃料化学学报,2013,41(11):1336-1341.

[8] 林伟民,邓瑞健,刘勇,等.中原油田轻质油藏注空气低温氧化反应机理研究[J].油田化学,2013,30(4):534-538.

[9] 孙兰佳.注空气低温氧化开发效果试验研究[J].化学工程与装备,2015,7(7):15-18.

[10] 张旭,刘建仪,孙良田,等.注空气低温氧化提高轻质油气藏采收率研究[J].天然气工业,2004,24(4):78-80.

Huangshatuo Oilfield Crude Oil Low Temperature Oxidation Reaction Conditions Experimental Research

Zhang Yu

(JinmaOilfieldDevelopmentCompany,PetroChinaLiaoheOilfieldCompany,Panjin,Liaoning124010,China)

In order to study whether the crude oil in Huangshatuo oilfield under the formation conditions will react with the air at low temperature, provide the basis for screening the non-hydrocarbon gas flooding medium, in this study, the process of oxidation of crude oil samples and air in the mercury-free formation fluid analysis system was studied by indoor experiment.The changes of O2, CO2and CO were analyzed, and the consumption rate of O2was analyzed.The reaction of crude oil with air was evaluated under different conditions active.The experimental results show that the temperature of the crude oil and air in the low temperature oxidation reaction is greater than 120℃, while the reservoir formation temperature is 106℃, indicating that in the current formation temperature, the area of crude oil and air will not occurred low temperature oxidation reaction.When the reaction temperature was 130℃, only CO2was generated, when the reaction temperature was higher than 140℃, at the same time generate CO and CO2, indicating that the higher the reaction temperature, the more intense the oxidation reaction.The change curve of the crude oil component after the low temperature oxidation reaction shows that the effect of the reaction temperature on the light component content is not obvious, and the hydrocarbons that produce the oxidation reaction are mainly concentrated between C7～C21.The results provide an important basis for the screening of non-hydrocarbon gas flooding test injection media, which avoids the engineering risk.

Huangshatuo oilfield; low temperature oxidation reaction; non-hydrocarbon gas flooding

张宇(1981—)，男，工程师，2005年毕业于大庆石油学院资源勘查工程专业，现从事油田开发地质研究工作。邮箱：xiaoyu863b@126.com.

TE122

A