抽油机与螺杆泵现场适应性分析

李秋磊

摘要：抽油机作业中涉及到较详细烃馏分组成的烃分布测定有助于研究改质降粘反应前后原油中烃类的变化。由于原油的复杂性，不可能准确地描述ISC过程中发生的所有反应。准确描述所有原油氧化反应的动力学需要大量的动力学表达式和参数键，它们可以连续或同时发生反应，并经常产生分子内反应。碳氢化合物氧化反应的详细模型只适用于最简单的碳氢化合物分子，由几个反应步骤（方程式）组成。此外，即使存在详细的碳氢化合物氧化模型，也不能将它们纳入现有的原位燃烧模拟器。这是由于升级问题，但也因为计算机的限制。详细的氧化模型已开发和验证，只适用于最简单的模型系统。真实的情况还不能在模型中捕捉到。近年来建立了描述原位燃烧过程中化学反应的简化模型。

关键词：原油；分辨率；检测器

Weekman三修井作业反应模型由Weekman等人于上世纪60年代末提出，该模型将整个催化裂化反应体系分为原料油、中质油、气体+焦炭三个修井作业，并考虑了因表面成焦而引起的催化剂失活。各修井作业间反应关系如图1-1所示。图中，A—原料油，B—中质油，C—气体+焦炭。

1.作业反应完成率

热裂解反应是目前研究最多的ISC反应类型。这些反应通常被称为裂解反应，但它们被称为键断反应、中温反应、热解反应或燃料形成反应。研究这些反应釆用了两种不同的方法。化学方法确定了热裂解反应的三个主要持征。它们主要发生在气相（均相反应），需要大量的能量发生（吸热反应），通常涉及三种类型的过程：脱氢，裂解（键断裂）和缩合。在脱氢过程中，只有氢原子受到影响，它们被从分子中去除，而碳原子则没有受到影响。在裂解过程中，只有较重分子的碳碳键断裂，形成碳数较低的碳氢化合物分子。另一方面，在缩合过程中，分子中碳原子的数量增加，这使得获得较重的碳氢化合物。综上所述，在一个共同的过程中，短链烃发生脱氢，大分子发生裂解。因此，可以说这个过程趋向于在分子中碳原子的数量上建立平衡。最后，那些中等大小的脱氢分子重新结合形成较重的分子，这些分子经过长时间的加热或当温度很高时产生焦炭和挥发性碳氢化合物馏分。一些作者试图更详细地解释这些涉及自由基形成的过程然而，所提出的ISC机制并没有提供严格的化学解释。

上面的描述是现在最被接受的理论之一。然而，其他作者提出了一种物理方法来研究热裂解反应。这些工作从热裂解所涉及的物理现象来研究和描述反应过程。从这个方法来看，这些反应被看作是破粘反应，指的是原油粘度的变化[2]。

大多数用来解释ISC化学的反应方案都是根据实验程序制定的。对机理进行的实验通常是在特定的温度和压力条件下对原油进行加热的实验。通过对样品和产物组成的测定，控制了反应时间，确定了反应的先进程度。由于氧的存在决定了反应的性质，所以测试环境也受到控制。最后，通过对样品演化的分析，制定了涉及产物的反应方案和这些反应的动力学数据。反应是表征热裂解反应最简单的化学方程，其中，焦炭（C↓）和氢是由碳氢化合物链在液相中裂解而产生的。

采用原油、重油和轻油的最简单馏分来解释热裂解过程。重油裂解反应生成较轻的化合物和焦炭。本模型和其他模型中的化学计量系数是通过实验装置中的质量平衡闭合来确定的。该模型提岀重油摩尔热姴解生成2.8摩尔轻油和3.6摩尔焦炭。

氧化可以有两种不同的性质，低温氧化和高温氧化反应。一般来说，在低温下，氧与石油结合形成氧化碳氢化合物，如过氧化物、醇或酮。这通常会增加油的粘度。在高温下，它可以增加石油反应活性[3]。

与大量有关裂解反应的研究相反，LTO反应由于其复杂程度较高，尚未得到广泛的研究。LTO反应的发生是ISC中的第一个反应过程。这类反应的主要产物是含氧化合物和焦炭，它们在高温氧化阶段被消耗以产生燃烧气体。尽管启动ISC过程需要LTO反应，但这类反应并不十分理想，因为它们以高速率消耗大量原油。在理想情况下，LTO反应只产生形成燃烧前缘所需的焦炭，燃烧前缘由热裂解阶段形成的焦炭提供。然而，考虑到储层的弯曲性，氧气可以通过多孔介质，避免燃烧前沿，与下游区域的其他区域接触。这种接触可能导致氧化化合物的形成，这些化合物可以在生产井中提取出来。这是一个可能对环境造成严重影响的案例，但尚未在很大程度上进行研究。

这些反应为非均质（气液）燃烧反应，不是完全燃烧反应，这意味着它们的主要产物不是水和二氧化碳（CO2），虽然也可能产生这些物质。LTO反应被定义为氧加成反应。它们的典型产物是水和部分加氧的碳氢化合物，如羧酸、醛酮醇和氢过氧化物。从化学角度看，LTO反应被定义为缩合反应，在缩合过程中，低分子量化合物变成高分子量产物。基于此，ISC反应方案提出芳香族化合物的低温氧化生成树脂，最终形成沥青质。这显然是两个對立但互补的观点。第一个支持认为LTO反应不方便的一方，因为沥青质含量的增加增加了原油粘度，这会影响原油产量和技术性能。另一方面，沥青质含量越高，焦炭产量越高，有利于保持燃烧前沿。不同的作者在实验的基础上研究了LTO效应及其产物。提议的第一批反应在过去几十年里没有经历重大的转变，目前正在使用。

2.结论

（1）分别应用三修井作业、四修井作业、六修井作业完成率模型对大港目标原油进行完成率建模分析，所建立的模型使用复合形法寻求最优化，并应用龙格-库塔法对模型进行求解；

（2）通过对计算结果的分析可以看出，求取的活化能在文献给出的烃类热裂解反应的活化能范围内，供氢体加入可使反应活化能发生一定变化，整体规律呈现为重质组分裂解加快，而轻质、中质组分则发生上下波动变化；

参考文献

[1]王子健.强碱三元复合驱后进一步提高采收率实验研究 [D].东北石油大学，2017.

[2]王子健，卢祥国，姜晓磊等. 复合驱油后提高采收率新方法——以大港杏树岗油田为例[J]. 石油化工高等学校学报，2016，第二期，65-70.

[3]程杰成，廖广志，杨振宇，等.大港油田复合驱油矿场试验综述[J]. 大港石油地质与开发，2001，30（03）：16-19.

（作者单位：大庆油田第六采油厂第一油矿地质队）