Catalytic Effect of Transition Metallic Additives on the Light Oil Low Temperature OxidationReaction.docVIP

过渡金属添加剂对轻质油低温氧化反应的催化作用 摘要 提高原油与氧（耗氧率）的反应速度是一种提高空气驱油安全性的有效手段。通过静态氧化实验，确定了过渡金属添加剂如氯化铜、醋酸锰、氯化钴、氯化镍对轻质油低温氧化反应（LTO）的催化作用。另外，温度、压力、反应时间对添加剂的催化作用的影响，进行了实验研究。通过SARA四组分分析、元素分析、正构烷烃成分分析、红外光谱分析，研究了由于低温氧化反应（LTO）和低温催化氧化反应（CLTO）对原油性质的改变。此外，还研究了添加剂对LTO的动力学参数的影响。结果显示，过渡金属添加剂能显著提高轻质油的LTO的耗氧率，尤其是氯化铜。对于来自不同储层的三种原油，在70℃和16MPa后加入氯化铜后的耗氧率比原先提高了约2.2倍。此外，反应温度与催化剂的协同作用对促进氧耗量有明显的促进作用。当反应温度达到130℃，在加入氯化铜后，反应后的含氧量从之前的9.18%减少到2.67%。空气中的氧气会与饱和分，芳香分，大部分胶质和沥青质反应。在LTO过程中，正构烷烃分布转移到分子量更高的重组分中，而催化剂的添加可以提高这种变化趋势。此外，新的含氧基团是在LTO和CLTO期间产生的。氧分压的数量级和LTO的活化能均随催化剂的加入而降低了。这项研究可以提供指引，以提高空气驱油技术的安全性和应用。 1.介绍 气驱是一个主要的强化采油（EOR）技术，几十年来，由于其注射压力低和高的驱油效率这些优势，特别是应用于开发低渗透油藏。但是由于气体资源的短缺和花费成本过高，CO2驱，空气驱，N2驱面临很大的限制。空气供应没有地域限制，唯一的成本就是空气压缩费用。因此，在气体驱技术中，空气驱正在受到越来越多的关注。在大量的轻质油储层中，许多气驱的现场试验得到进行的很成功，如MPHU, West Hackberry, Coral Creek, Ekofisk, Buffalo and Horse Creek 油田。 然而，因为在空气中的氧气的影响，在其规模的应用中，安全仍然是一个主要的障碍。在注入生产井之前，氧气必须被完全消耗，这样才能保证空气驱油的安全性。可以用2种方法来改善氧的消耗：（1）增加注入井和生产井之间的空间，以延长氧在储层的停留时间。（2??提高原油和氧气的反应速率，以加强氧气的消耗。当下的通用方法是增大井的空间。然而，对于已被开发过的储层，井的空间已经固定，这样以前的通用方法就受到了很大的限制。相比之下，第二种方法是一种更有效和更容易实现的方法，以提高空气驱安全性，提高氧的消耗。因此，催化低温氧化反应（CLTO）技术应该被大量的研究，以提高气驱过程中氧气的消耗。 在先前的报道中，当原油在多孔介质中与氧气反应时，低温氧化（LTO）是一个主要的反应模式，特别是温度低于350℃时。低温氧化反应是多种多样的（气体/液体），几乎不生成或只生成少量的碳氧化物。LTO的主要产物是醇，醛，酮，酸，和过酸。在这项研究中，LTO温度低于150℃，在轻质油藏注空气的目的不是为了产生热量，通过热效应（火烧驱油）促进EOR，而是要在原地形成一个气体驱动效应。该项研究的目的是为了应用过渡金属添加剂，来增加氧气消耗速率，提高气驱的安全性能。 目前，研究涵盖原油催化氧化技术主要集中在高温催化氧化（火烧驱油）技术（CHTO）。而对于在储层温度和压力下，轻质油的低温催化氧化研究（CLTO）技术，则很少在公开发表的文献中报道。先前的原油催化氧化技术研究的过程和结果见表1。 如表1所示，可看出不同的金属添加剂的催化效果的变化，且催化剂类型和浓度对反应和动力学参数的性能的影响很大。然而，当选择正确时，金属添加剂对燃烧效率和石油的生产有积极影响。此外，轻质油的燃烧也可以通过金属添加剂得到改善。 添加剂的催化效果，主要是依赖于所使用的盐的金属部分，阴离子的影响是最小的。例如，用于参考文献19，20，23，24的铁盐都能提高燃烧反应，但是这几种盐的阴离子部位是不同的。 另外，Akkutlu等人和Adagulu等人用分析方法研究了催化剂在油藏条件下的性能。该模型描述了在一个均匀的多孔介质中的前传播。在储热损失影响下，前面所涉及的低温（燃料生成）和高温（燃料燃烧）反应区域的相干传播。由于催化剂的双重效果，它们被引入到模型中：（1）增加碳氢化合物在前缘的沉积，（2）修正了前缘中的氧化反应动力学。结果显示。燃烧效果的提高主要是因为在油气沉积前缘上增加特定的砂晶面面积。 鉴于金属添加剂的良好催化性能，研究了在储层条件下，氯化铜，醋酸锰，氯化钴，氯化镍对轻质油LTO的催化作用。此外，温度，压力，添加剂的质量分数和反应时间对催化效果的影响也进行了测定。通过SARA四组分分析、元素分析、正构烷烃成分分析、红外光谱分析，研究了由于低温氧化反应（LTO）和低温催化氧化反应（CLTO）对