一種基于納米催化與微波加熱的稠油裂解降粘方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及稠油裂解降粘的新方法，主要包括納米催化劑、供氨劑、稠油W及微波 加熱系統(tǒng)等，具有降粘效果好、反應(yīng)時間短、所需溫度低、節(jié)約成本等特點，達到高效開發(fā)稠 油的效果，屬于采油工程及提高采收率領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 稠油是指在油層溫度下脫氣，原油粘度大于lOOmPa'S，相對密度大于0. 92,API重 度小于20的原油，又稱為重油，屬于非常規(guī)石油資源。我國稠油資源非常豐富，陸上稠油、 漸青資源約占石油資源總量的20%W上，預(yù)測資源量198X108噸，其中最終可探明的地質(zhì) 資源量為79. 5Xl〇s噸。截至2007年，探明稠油地質(zhì)儲量20. 6Xl〇s噸，已動用地質(zhì)儲量 13. 59X108噸，剩余未動用地質(zhì)儲量7. 01X108噸。國內(nèi)大部分含油氣盆地都是稠油與常規(guī) 油共存著的。目前，已在12個盆地發(fā)現(xiàn)了 70多個稠油油田。其中，大多數(shù)稠油油藏埋深在 1000mW內(nèi)，屬淺層稠油；部分油田埋深超過5000m，屬深層稠油。隨著輕質(zhì)油可采儲量的減 少W及石油開采技術(shù)的不斷提高，開采稠油所占的比重將會不斷增大。近幾十年來稠油的 開發(fā)取得了巨大的進步，但是仍然存在許多技術(shù)挑戰(zhàn)。稠油開采面臨的困難主要來自兩個 方面；一是原油在油層的滲流阻力太大，無法從油藏流入井底；二是即使原油能成功采出， 由于溫度較低，地面集輸原油粘度較大，需要采取經(jīng)濟的措施降低原油粘度。
[0003]目前，國內(nèi)外常用的稠油降粘方法主要有物理降粘和化學降粘。物理降粘包括：滲 稀降粘、加熱降粘、微波降粘和超聲波降粘。滲稀降粘是通過向稠油中加入稀油W降低稠油 的粘度和密度，增加其流動性。滲稀降粘有較多的應(yīng)用，然而滲稀降粘面臨嚴重的稀油資源 匿乏問題。加熱降粘主要包括蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)W及由此發(fā)展的一系列改進方法，此類方法 通過升溫提高稠油流動性，目前應(yīng)用較廣泛。但是，隨著溫度的降低，稠油的粘度又常常發(fā) 生反彈，不能從根本上解決降粘問題，同時送些工藝措施普遍面臨著油層出砂、氣竄和采油 成本高的嚴峻挑戰(zhàn)?；瘜W降粘是向原油中加入某種藥劑通過藥劑的作用達到降低原油粘度 的方法。常用的化學降粘方法包括康面活性劑降粘、加堿降粘、油溶性降粘劑降粘、低溫氧 化降粘、水熱裂解降粘、微生物降解和W減粘裂化、延遲焦化、催化裂解等為手段的稠油改 質(zhì)降粘?；瘜W劑降粘效果比較顯著，但是對不同的油田差異較大，應(yīng)用范圍小。同時還存在 其它一些問題，如水溶性降粘工藝使油井含水上升、產(chǎn)油下降，油溶性降粘工藝成本高、環(huán) 境污染等。催化裂解降粘近幾年也有較多的研究并有較大進展，主要問題是需要高溫、較長 的反應(yīng)時間W及粘度恢復。
[0004] 本發(fā)明針對已有降粘技術(shù)存在的問題，研制出一種利用微波加熱進行高效稠油納 米催化裂解降粘方法，該方法將物理降粘方法與化學降粘方法結(jié)合起來，為高效開發(fā)稠油 提供技術(shù)支持，具有可觀的油田現(xiàn)場應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是；針對已有催化裂解降粘技術(shù)的缺點，引入微波加熱技術(shù)和納米 催化劑進行稠油裂解催化降粘，達到在較低溫條件下和較短時間內(nèi)，大幅度降低稠油粘度， 且有效保持裂解后原油的流動性。
[0006] 為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：在稠油中加入少量的碳納米顆粒，在 微波作用下，送些納米顆粒既是高溫載體又是催化劑，通過打斷稠油分子中如C-S鍵送樣 的雜基支鏈，最終實現(xiàn)稠油的高效裂解降粘。
[0007] 具體實施步驟如下；使用粒徑較小的碳納米顆粒作為催化劑；將油樣、納米催化 劑W及供氨劑（四氨蔡）按照一定比例進行混合配置，其中油樣體積為2〇-3〇1^，催化劑濃 度為0. 5wt%，供氨劑濃度為Iwt% ;對配置完畢的油樣進行微波加熱，采用梯度升溫法，加 熱2分鐘，暫停4分鐘，如此循環(huán)10次，累計加熱20分鐘；整個過程中通過熱電偶及數(shù)據(jù) 采集軟件對油樣溫度進行實時監(jiān)測（見附圖1)，最高溫度不超過15(TC(見附圖2);對裂 解前后油樣的流動性、粘度W及族組分變化進行分析與測定；結(jié)果表明：本發(fā)明采用的碳 納米催化劑（粒徑21nm)，在微波作用下，可使稠油降粘率達到96% (見附圖3)，輕質(zhì)組分 (飽和姪與芳香姪）增加約11 %，重質(zhì)組分（膠質(zhì)與漸青質(zhì)）減小約5 % (見表1)，有效流 動性可保持20天（見附圖4)，最終實現(xiàn)在較低溫度和較短時間條件下稠油的高效裂解降 粘。本發(fā)明經(jīng)濟環(huán)保、操作簡單，具有可觀的油田現(xiàn)場應(yīng)用前景。
[000引表1裂解前后油樣族組分對比（與其他Η種粒徑的催化劑對比）
[0009] 本發(fā)明的工作原理是；相對其他傳統(tǒng)熱處理方法，利用微波具有；（1)將能量直接 傳遞于吸收微波的物質(zhì)；（2)能量利用效率高；（3)加熱速度快且加熱均勻；(4)穿透能力 強等特點。稠油吸收微波的能力較弱，因此有必要添加某些吸收微波能力較強的物質(zhì)，才能 通過微波加熱達到裂解降粘所需的溫度。碳的介電常數(shù)較高，具有良好的吸收微波能量的 能力，因此采用碳納米顆粒作為稠油裂解的催化劑。
[0010] 稠油高粘的根源在于其內(nèi)部存在的大分子碳鏈結(jié)構(gòu)，如漸青質(zhì)及膠質(zhì)。因此，將大 分子打斷成為小分子對于稠油降粘十分必要。在稠油的化學組分中，C-C鍵、C-H鍵等化學 鍵能較大，熱穩(wěn)定性較高，難W斷裂，為了實現(xiàn)稠油裂解，關(guān)鍵在于打斷諸如C-S鍵（鍵能最 ?。┧蜆拥碾s基支鏈。傳統(tǒng)催化劑的顆粒相對較大，其與C-S鍵等相互作用的難度較大。
[0011] 顆粒較小的納米催化劑與稠油分子的接觸面較大，因此加入后，在微波作用下，油 樣的溫度上升更快、更高。如圖2所示，裂解過程中，油樣1中加入本發(fā)明所采用的催化劑 A(粒徑21nm)，其升溫最快且最高（142°C)，因此催化劑顆粒尺寸越小，裂解過程中油樣的 溫度越高。需要指出的是，溫度-時間并不呈線性關(guān)系。
[0012] 由于催化劑顆粒的尺寸屬于相對較小的納米級，因此單位體積內(nèi)催化劑顆粒的數(shù) 量較大，同時顆粒作用于C-S鍵的可能性就越大，最終催化劑打斷C-S鍵的能力就越強，從 而實現(xiàn)稠油裂解降粘，納米催化稠油分子裂解示意圖請見附圖5。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是；（1)降粘效果好，本技術(shù)將微波降粘和催 化裂解降粘技術(shù)結(jié)合起來，根據(jù)微波加熱特點引入納米催化劑，在稠油整體加熱溫度不高 的情況下，出現(xiàn)大量高溫點，達到快速降粘的效果；（2)能量利用率高，由于微波加熱為體 加熱，能量利用率好于常規(guī)加熱方式；（3)污染小，由于只加入少量的納米催化劑，所W該 技術(shù)相對于傳統(tǒng)化學降粘技術(shù)具有對儲層原油污染小的特點；(4)成本低，相對于滲稀降 粘和化學劑降粘技術(shù)，該技術(shù)成本低很多；（5)該方法具有稠油降粘所需時間短（最快不到 一小時）、裂解降粘所需溫度低（最低可在15(TC左右）等優(yōu)勢，并且有效阻止了裂解后原 油粘度的快速反彈。
[0014] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。
【附圖說明】
[0015] 附圖1為微波加熱稠油裂解裝置原理圖； 如圖所示；1-微波爐（額定頻率2450MHz，輸出功率為800W) ;2-微波能量；3-反應(yīng)試 管；4-熱電偶；5-溫度數(shù)據(jù)采集；
[0016] 附圖2為稠油裂解過程中溫度隨時間變化曲線圖； 如圖所示：油樣1中加入的是本發(fā)明所采用的碳納米催化劑（21nm)，為突出效果，選用 粒徑分別為80nm、6μmW及40μm的碳顆