抽油機與螺桿泵現場適應性分析

李秋磊

摘要：抽油機作業中涉及到較詳細烴餾分組成的烴分布測定有助于研究改質降粘反應前后原油中烴類的變化。由于原油的復雜性，不可能準確地描述ISC過程中發生的所有反應。準確描述所有原油氧化反應的動力學需要大量的動力學表達式和參數鍵，它們可以連續或同時發生反應，并經常產生分子內反應。碳氫化合物氧化反應的詳細模型只適用于最簡單的碳氫化合物分子，由幾個反應步驟（方程式）組成。此外，即使存在詳細的碳氫化合物氧化模型，也不能將它們納入現有的原位燃燒模擬器。這是由于升級問題，但也因為計算機的限制。詳細的氧化模型已開發和驗證，只適用于最簡單的模型系統。真實的情況還不能在模型中捕捉到。近年來建立了描述原位燃燒過程中化學反應的簡化模型。

關鍵詞：原油；分辨率；檢測器

Weekman三修井作業反應模型由Weekman等人于上世紀60年代末提出，該模型將整個催化裂化反應體系分為原料油、中質油、氣體+焦炭三個修井作業，并考慮了因表面成焦而引起的催化劑失活。各修井作業間反應關系如圖1-1所示。圖中，A—原料油，B—中質油，C—氣體+焦炭。

1.作業反應完成率

熱裂解反應是目前研究最多的ISC反應類型。這些反應通常被稱為裂解反應，但它們被稱為鍵斷反應、中溫反應、熱解反應或燃料形成反應。研究這些反應釆用了兩種不同的方法。化學方法確定了熱裂解反應的三個主要持征。它們主要發生在氣相（均相反應），需要大量的能量發生（吸熱反應），通常涉及三種類型的過程：脫氫，裂解（鍵斷裂）和縮合。在脫氫過程中，只有氫原子受到影響，它們被從分子中去除，而碳原子則沒有受到影響。在裂解過程中，只有較重分子的碳碳鍵斷裂，形成碳數較低的碳氫化合物分子。另一方面，在縮合過程中，分子中碳原子的數量增加，這使得獲得較重的碳氫化合物。綜上所述，在一個共同的過程中，短鏈烴發生脫氫，大分子發生裂解。因此，可以說這個過程趨向于在分子中碳原子的數量上建立平衡。最后，那些中等大小的脫氫分子重新結合形成較重的分子，這些分子經過長時間的加熱或當溫度很高時產生焦炭和揮發性碳氫化合物餾分。一些作者試圖更詳細地解釋這些涉及自由基形成的過程然而，所提出的ISC機制并沒有提供嚴格的化學解釋。

上面的描述是現在最被接受的理論之一。然而，其他作者提出了一種物理方法來研究熱裂解反應。這些工作從熱裂解所涉及的物理現象來研究和描述反應過程。從這個方法來看，這些反應被看作是破粘反應，指的是原油粘度的變化[2]。

大多數用來解釋ISC化學的反應方案都是根據實驗程序制定的。對機理進行的實驗通常是在特定的溫度和壓力條件下對原油進行加熱的實驗。通過對樣品和產物組成的測定，控制了反應時間，確定了反應的先進程度。由于氧的存在決定了反應的性質，所以測試環境也受到控制。最后，通過對樣品演化的分析，制定了涉及產物的反應方案和這些反應的動力學數據。反應是表征熱裂解反應最簡單的化學方程，其中，焦炭（C↓）和氫是由碳氫化合物鏈在液相中裂解而產生的。

采用原油、重油和輕油的最簡單餾分來解釋熱裂解過程。重油裂解反應生成較輕的化合物和焦炭。本模型和其他模型中的化學計量系數是通過實驗裝置中的質量平衡閉合來確定的。該模型提岀重油摩爾熱姴解生成2.8摩爾輕油和3.6摩爾焦炭。

氧化可以有兩種不同的性質，低溫氧化和高溫氧化反應。一般來說，在低溫下，氧與石油結合形成氧化碳氫化合物，如過氧化物、醇或酮。這通常會增加油的粘度。在高溫下，它可以增加石油反應活性[3]。

與大量有關裂解反應的研究相反，LTO反應由于其復雜程度較高，尚未得到廣泛的研究。LTO反應的發生是ISC中的第一個反應過程。這類反應的主要產物是含氧化合物和焦炭，它們在高溫氧化階段被消耗以產生燃燒氣體。盡管啟動ISC過程需要LTO反應，但這類反應并不十分理想，因為它們以高速率消耗大量原油。在理想情況下，LTO反應只產生形成燃燒前緣所需的焦炭，燃燒前緣由熱裂解階段形成的焦炭提供。然而，考慮到儲層的彎曲性，氧氣可以通過多孔介質，避免燃燒前沿，與下游區域的其他區域接觸。這種接觸可能導致氧化化合物的形成，這些化合物可以在生產井中提取出來。這是一個可能對環境造成嚴重影響的案例，但尚未在很大程度上進行研究。

這些反應為非均質（氣液）燃燒反應，不是完全燃燒反應，這意味著它們的主要產物不是水和二氧化碳（CO2），雖然也可能產生這些物質。LTO反應被定義為氧加成反應。它們的典型產物是水和部分加氧的碳氫化合物，如羧酸、醛酮醇和氫過氧化物。從化學角度看，LTO反應被定義為縮合反應，在縮合過程中，低分子量化合物變成高分子量產物。基于此，ISC反應方案提出芳香族化合物的低溫氧化生成樹脂，最終形成瀝青質。這顯然是兩個對立但互補的觀點。第一個支持認為LTO反應不方便的一方，因為瀝青質含量的增加增加了原油粘度，這會影響原油產量和技術性能。另一方面，瀝青質含量越高，焦炭產量越高，有利于保持燃燒前沿。不同的作者在實驗的基礎上研究了LTO效應及其產物。提議的第一批反應在過去幾十年里沒有經歷重大的轉變，目前正在使用。

2.結論

（1）分別應用三修井作業、四修井作業、六修井作業完成率模型對大港目標原油進行完成率建模分析，所建立的模型使用復合形法尋求最優化，并應用龍格-庫塔法對模型進行求解；

（2）通過對計算結果的分析可以看出，求取的活化能在文獻給出的烴類熱裂解反應的活化能范圍內，供氫體加入可使反應活化能發生一定變化，整體規律呈現為重質組分裂解加快，而輕質、中質組分則發生上下波動變化；

參考文獻

[1]王子健.強堿三元復合驅后進一步提高采收率實驗研究 [D].東北石油大學，2017.

[2]王子健，盧祥國，姜曉磊等. 復合驅油后提高采收率新方法——以大港杏樹崗油田為例[J]. 石油化工高等學校學報，2016，第二期，65-70.

[3]程杰成，廖廣志，楊振宇，等.大港油田復合驅油礦場試驗綜述[J]. 大港石油地質與開發，2001，30（03）：16-19.

（作者單位：大慶油田第六采油廠第一油礦地質隊）