鎳納米粒子提高稠油蒸汽吞吐采收率實驗研究

孫鐸+劉灝亮

摘 要：文章通過對稠油熱采方式進行調研，提出在蒸汽吞吐過程中加入過渡金屬能有效提高稠油的最終采收率。此方法主要利用了過渡金屬在高溫下對稠油的催化改質作用，通過將稠油中重質組分轉為為輕質組分，降低其粘度，改善稠油流動性，使其更易于流入生產井底，從而提高稠油的最終采收率。這里選取鎳納米粒子作為催化劑，在模擬蒸汽吞吐條件下，對加入鎳納米粒子前后遼河稠油的采收率進行比較。實驗結果表明，鎳納米粒子能有效提高稠油蒸汽吞吐過程中的采收率，將稠油最終采收率提高32.8%。然后對不同溫度下，鎳納米粒子作用下的稠油蒸汽吞吐實驗結果進行比較，發現隨著溫度的上升采收率不斷增大，而溫度達到280℃時采收率提高幅度最大，隨后幅度迅速減緩，表明在280℃下，鎳納米粒子具有最好的催化改質效果，此時稠油蒸汽吞吐的最終采收率為76.2%。

關鍵詞：稠油熱采；蒸汽吞吐；過渡金屬；催化改質；最終采收率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.010

1 引言

隨著全世界常規油藏儲量的減少，以及石油需求量的增加，非常規石油資源開始引起越來越多的關注。稠油作為非常規油藏中的一種，其儲量極為豐富，據估計在全世界范圍內稠油資源大約有六萬億桶的地質儲量，其中至少有60%分布于加拿大和委內瑞拉，在中國的遼河油田和新疆部分油田也有分布。因此，有效開發稠油資源對于滿足未來能源需求具有重大意義[1-2]。

由于稠油具有很高的粘度，在常溫下流動性差，因此國內外通常采用熱力采油的方式開采稠油資源。常用的稠油熱采方式包括蒸汽驅油、蒸汽吞吐、火燒油層，以及最新發展的蒸汽輔助重力泄油（SAGD）技術，而蒸汽吞吐在國內，尤其是遼河油田，應用最為廣泛，使用率超過65%[3]。蒸汽吞吐主要利用蒸汽的熱量降低稠油粘度，使其具有一定流動性，并利用蒸汽的熱膨脹性使降粘后的稠油自發流到生產井井底[4]。研究發現，在蒸汽吞吐條件下，加入的過渡金屬能通過與稠油發生接觸，引起稠油中大分子鏈的斷裂，部分改質稠油并降低稠油粘度，進而有效提高稠油的最終采收率，而這種用于稠油改質的過渡金屬主要起催化作用。因此在本文中，筆者選取鎳納米粒子作為催化劑，研究了其在模擬蒸汽吞吐條件下提高遼河稠油最終采收率的效果，對鎳納米粒子的催化作用進行驗證，對于稠油熱采技術的發展具有重要指導意義。

2 實驗部分

實驗主要分為兩部分，首先對鎳納米粒子提高稠油采收率的效果進行驗證。將兩塊規格相同的人造巖心分別放在兩個夾持器中，飽和水后，在200℃下飽和遼河稠油。向其中一塊巖心注0.3PV黃原膠聚合物，向另一塊巖心注相同量的添加500ppm鎳納米粒子的黃原膠聚合物，注入速率均為2ml/min，然后將入口端與蒸汽發生器相連。在220℃下，以相同注入速率分別注入0.5PV蒸汽，并關閉出入口端閥門，燜井3d。3d后打開排出閥求產，直至不再有油產出時停止實驗，比較有無鎳納米粒子對稠油蒸汽吞吐采收率的影響。

第二部分是研究在不同蒸汽溫度下，鎳納米粒子催化作用對稠油蒸汽吞吐采收率的影響。取四塊規格相同的人造巖心，以上述方法先飽和水，再飽和遼河稠油，并注入含500ppm鎳納米粒子的黃原膠聚合物，分別在200℃、240℃、280℃、320℃下注入相同量的蒸汽，然后進行燜井，持續3d。3d后打開排出閥求產，直至不再有油產出時停止實驗。觀察不同注入蒸汽溫度下采收率的大小，并選出最優的蒸汽注入溫度。

3 結果與討論

在第一部分實驗中，開井生產，通過對產液量、產油量進行測量，結合原始含油飽和度，計算稠油最終采收率。結果表明，在未加鎳納米催化劑的蒸汽吞吐實驗中，稠油的最終采收率為51.2%，而加入鎳納米粒子后的稠油最終采收率為68%，采收率大幅提高，提高了32.8%，效果非常理想。這是因為鎳納米粒子在高溫下能催化改質稠油，在熱裂解作用下，通過斷裂稠油組分中的C-C、C-S等鍵，將重質組分轉化為碳數低于30的輕質組分，從而增加了采出原油中輕質組分的含量，降低粘度，有效改善原油的流動性，使其更易于流入井底并采出，提高稠油蒸汽吞吐的最終采收率。因此，實驗結果很好地驗證了鎳納米粒子的催化作用對于提高稠油蒸汽吞吐采收率具有積極作用。

在第二部分實驗中，對不同蒸汽溫度下含鎳納米粒子的稠油蒸汽吞吐最終采收率進行分析比較。結果發現，隨著注入蒸汽溫度的升高，稠油的最終采收率也隨之增加，說明溫度對提高稠油采收率具有積極作用，因為升高溫度能降低稠油粘度，并且能提高鎳納米粒子的催化速率。觀察到在200℃、240℃、280℃、320℃下，稠油的最終采收率分別為66.3%、70.5%、76.2%和77%，發現當溫度達到280℃時采收率提高幅度最大，隨后迅速減緩。實驗結果表明，在鎳納米粒子的催化作用下，當注蒸汽溫度為280℃時，稠油蒸汽吞吐最終采收率最高，此時鎳納米粒子的催化效果最好。

4 結論

在對鎳納米粒子提高蒸汽吞吐采收率的實驗研究中，得到如下結論：

（1）對比加入鎳納米粒子前后模擬稠油蒸汽吞吐實驗的結果，發現在相同溫度（220℃）下，加入鎳納米粒子的稠油蒸汽吞吐實驗最終采收率提高了32.8%，說明鎳納米粒子的催化作用能有效提高稠油采收率。

（2）對比不同溫度下的鎳納米粒子對稠油蒸汽吞吐采收率的影響，發現隨著溫度的升高，稠油采收率也隨之升高；當溫度達到280℃時，采收率提高幅度最大，繼續升高溫度則提高幅度明顯減緩。結果表明，當注蒸汽溫度為280℃時，稠油蒸汽吞吐最終采收率最高，此時鎳納米粒子的催化效果最好，此時稠油蒸汽吞吐的最終采收率為76.2%。

參考文獻：

[1]趙法軍，王廣昀，哈斯等.國內外稠油和瀝青VAPEX技術發展現狀與分析[J].化工進展，2012，31（02）：304-309.

[2]劉灝亮，趙法軍，張洪瑋等.用于稠油蒸汽驅的樹脂型耐高溫封堵劑室內靜態評價[J].2017，46（02）：240-242.

[3] 趙法軍，劉永建，聞守斌等.稠油水熱裂解催化劑研究進展[J]. 2006：23（03）：277-283.

[4]龐進，劉洪，李泓漣.油藏水驅后蒸汽驅增油機理實驗[J].油氣地質與采收率，2013，20（04）：72-74.