[發(fā)明專利]超聲波輔助稠油化學(xué)催化裂解靜態(tài)模擬實驗裝置及方法

有效

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• 申請日: 2012-03-28
• 公開（公告）號: CN102608295A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許洪星;蒲春生;吳飛鵬;劉靜;張兵
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（華東）
• 主分類號: G01N33/28
• 分類號: G01N33/28
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務(wù)所 61213
• 代理人: 譚文琰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于采油室內(nèi)稠油化學(xué)催化裂解模擬實驗技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種超聲波輔助稠油化學(xué)催化裂解靜態(tài)模擬實驗裝置及方法。

背景技術(shù)

隨著常規(guī)石油資源的不斷減少及世界石油需求量的不斷加大，在油氣資源中占有較大比例的稠油/超稠油資源愈來愈受到重視。稠油/超稠油的顯著特點是密度大、粘度高、流動性差，導(dǎo)致稠油/超稠油在層內(nèi)流動、井筒舉升、地面集輸以及煉制加工方面出現(xiàn)了很多困難。目前，稠油開采一般采用注蒸汽熱采方式，由于常規(guī)注蒸汽熱采是以物理降粘為主，稠油隨溫度降低粘度迅速恢復(fù)，隨著開采時間的延長，降粘作用逐漸消失，導(dǎo)致開采周期較短，常規(guī)注蒸汽熱力開采過程中仍存在層內(nèi)流動難、甚至不能流動等問題；受稠油粘度反彈的影響，常規(guī)注蒸汽熱采過程中，稠油粘度逐漸上升，井筒舉升及地面輸運難度加大，目前主要靠摻稀油、摻水化學(xué)乳化或電加熱的方法降粘，但受到就地稀油資源、經(jīng)濟效益和環(huán)境污染控制壓力等的限制。因此，探索稠油/超稠油降粘的新思路、新方法和新技術(shù)正逐步受到國內(nèi)外石油工業(yè)的高度重視。

受石油煉制過程的啟發(fā)，對稠油進行裂解改質(zhì)是降低稠油粘度、提高稠油品質(zhì)及流動性的最有效、最徹底的方法。如果能通過某種途徑在稠油開采過程中實現(xiàn)原油地面、井筒甚至層內(nèi)的有效裂解降粘，將對稠油/超稠油油藏的高效開發(fā)具有重大意義。稠油層內(nèi)化學(xué)催化水熱裂解技術(shù)就是基于這種思想發(fā)展起來的一種稠油開采新技術(shù)，該技術(shù)通過向油藏中伴蒸汽注入合適的催化劑及其它助劑，使稠油就地實現(xiàn)催化水熱裂解，發(fā)生開環(huán)、脫硫等一系列裂解反應(yīng)，降低重質(zhì)組分含量，不可逆地降低稠油粘度。但是，降粘催化劑需要在足夠的溫度下(一般在240℃以上)才能發(fā)揮其催化裂解降粘作用，而這個溫度現(xiàn)場往往難以達(dá)到，或者降粘催化劑進入地層后難以與油充分接觸，大大影響了地層實際的催化裂解降粘作用，進而影響了開采效果。從根本上講，制約這一技術(shù)發(fā)展的瓶頸是稠油的催化裂解需要較為苛刻的反應(yīng)條件。

超聲波作用降低稠油粘度主要是利用超聲空化作用產(chǎn)生的極端條件實現(xiàn)稠油裂解。超聲波空化現(xiàn)象發(fā)生時，極短時間內(nèi)在氣泡內(nèi)的極小空間里，形成局部“熱點”，產(chǎn)生幾千開爾文的高溫及幾十兆帕的高壓，并伴隨著強烈的沖擊波和時速達(dá)100m/s的微射流，這些作用可以改變原油分子結(jié)構(gòu)，使原油的部分大分子斷裂為小分子，從而使原油粘度降低。此外，超聲機械振動作用可加速原油中較小分子與惰性大的大分子鏈之間的相對運動，使稠油剪切變稀，其熱效應(yīng)也有利于提供原油流動性。超聲波降粘開采稠油技術(shù)，目前已取得一定成果與發(fā)展。

超聲波作用裂解降粘開采稠油屬物理法范疇，化學(xué)水熱催化裂解屬化學(xué)法范疇，二者裂解降粘機理截然不同。超聲波能為化學(xué)反應(yīng)提供能量，提高催化劑活性，激發(fā)和促進活化能較高的裂解反應(yīng)，加快催化裂解速度，同時，超聲振動及沸騰效應(yīng)能增加稠油與催化劑接觸面積，有利于裂解反應(yīng)進行；催化劑作用能使稠油組分發(fā)生化學(xué)變化，降低稠油大分子活化能，從而有利于超聲波發(fā)揮降粘作用。

針對稠油/超稠油開采過程中，常規(guī)注蒸汽熱采稠油粘度易反彈，摻稀油、摻水化學(xué)乳化或電加熱等方法受就地稀油資源、經(jīng)濟效益限制及環(huán)境污染控制壓力大，常規(guī)水熱催化裂解技術(shù)效果受限等問題，提出一種在稠油開發(fā)過程中可以實現(xiàn)永久降粘的超聲波輔助稠油化學(xué)催化裂解技術(shù)。利用超聲波在傳質(zhì)、傳熱和化學(xué)反應(yīng)等方面的獨特性能及與化學(xué)催化裂解間的協(xié)同效應(yīng)，有望大大降低稠油化學(xué)催化裂解反應(yīng)條件，加深催化裂解程度，實現(xiàn)稠油低溫裂解降粘。這一技術(shù)的研究，將為稠油層內(nèi)催化裂解、近井帶稠油/超稠油解堵、超深層稠油地面裂解環(huán)空摻稀降粘、(超)稠油地面裂解降粘輸運等一系列技術(shù)問題提供新的研究思路與技術(shù)途徑。

將超聲波激勵與化學(xué)催化裂解相結(jié)合用于稠油開采在國內(nèi)外尚屬空白，尚未見到其它報導(dǎo)。當(dāng)前，在實驗室超聲波實驗裝置方面，雖然常見的超聲波變幅桿、超聲波浴槽等能模擬超聲波激勵，但都是基于低溫常壓情況，不適合高溫高壓條件的模擬。實現(xiàn)超聲波輔助稠油化學(xué)催化裂解靜態(tài)模擬不但能夠彌補這一實驗領(lǐng)域的缺憾，而且能夠揭示超聲波輔助稠油化學(xué)催化裂解控制因素及裂解機理，從而為該技術(shù)的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、安裝布設(shè)方便、工作性能可靠且水熱催化裂解模擬效果好的超聲波輔助稠油化學(xué)催化裂解靜態(tài)模擬實驗裝置。