火烧油层过程中稠油氧化反应的启动机理及干预机制

Ignition is a crucial factor to in-situ combustion. It has been some problems urgent to be solved, the start of ignition, whether forming a stable fire front line, and how to enhance the success rate of ignition and improve the combustion in an economical way. Static Experiments of crude oil oxidation are carried out, using Reaction Still in high temperature and high pressure conditions, to analyze the evolution path of the fuel formation of various kinds of crude oil, and the kinetic characteristics of the in-situ combustion. to analyze the evolution path of the fuel formation of various kinds of crude oil, and the kinetic characteristics of the in-situ combustion; The TG(Thermo-Gravimetric)/DTA(Differential Thermal Analysis) analysis experiment of the single component and typical multi-components are utilized to understand the chemical internal activation mechanism of the various crude oil components’ oxidation. Then establishing the foundation of the chemical reaction equations of the targeted block’s crude oil’ s different oxidation stages, on the basis of division of the oxidation of heavy oil; Comparing the calculation method of the oxidation kinetic parameters, finally, the ignition rate correlation is obtained considering the characteristics of different oxidation stages. This finding provides a good foundation for designing fireflood recovery process. Laboratory combustion still experiment are carried out to analyze the effect of formation rock composition and the type of clay minerals on crude oil oxidation kinetics, so that, we can select the combustion improvers and catalyzes according to different oxidation stages .This finding provides theoretical basis of the artificial intervention in air injection of fireflood projects. The achievements of this study improve the ignition success rate of fireflood process for heavy oil fields, and, make the control of the combustion status more effective.

点火是决定火烧油层成败的关键因素，油层如何启动被点火，是否形成稳定的火烧前缘，如何更经济有效的提高点火成功率和改善燃烧状况，是矿场工作人员急需解决的问题。利用高温高压原油氧化反应釜静态实验，分析在多孔介质内流动的状态下的不同原油的燃料形成演化路径以及其呈现的火烧油层燃烧动力学特征；利用单组分及典型多组分同步热重/差热同步分析实验，深入研究不同原油组分的氧化启动化学内在机理，在氧化阶段划分的基础上建立目标区块原油氧化不同阶段化学反应通式，对比分析氧化动力学参数计算方法，最终得到考虑不同氧化阶段特征的点火速率关系式，为火烧油藏的点火方案设计奠定基础；利用室内燃烧釜试验分析储层岩矿组成和粘土矿物类型对原油氧化热动力学的影响规律，进而筛选针对不同氧化阶段的助燃添加剂，建立火驱注空气项目人为干预措施的理论基础。其成果能够提高矿场稠油火驱的点火成功率，燃烧工况的控制也会更加有效。

油层如何启动被点火，是否形成稳定的火烧前缘，如何更经济有效的提高点火成功率和改善燃烧状况，是矿场工作人员急需解决的问题。原油燃烧和氧化机制是火烧油层的重要机理，影响火烧油层的驱油效果，尤其影响点火的启动。首先利用高温高压原油氧化反应釜静态实验，分析了在多孔介质内流动的状态下的不同原油的燃料形成演化路径以及其呈现的火烧油层燃烧动力学特征，形成了研究的基础。然后利用单组分及典型多组分同步热重/差热同步分析实验，深入研究了不同原油组分的氧化启动化学内在机理，将原油氧化反应重新认识划分为低温氧化反应前段、低温氧化反应后段、燃料沉积段、高温氧化反应阶段四个阶段，在氧化阶段划分的基础上建立了目标区块原油氧化不同阶段化学反应通式，对比分析了氧化动力学参数计算积分法和微分法2类6种方法的优缺点和适用范围；并且利用差热实验及ARC实验分析了氧化的门限温度和能量变化，同时确定氧化动力学参数，最终得到了适应火烧油层的原油氧化动力学参数的实验和计算方法。进一步考虑不同氧化阶段特征建立了燃烧判断依据以及火线推进速率关系式，为火烧油藏的点火和矿场施工方案设计奠定了基础。最后利用室内燃烧釜试验分析了储层岩矿组成和粘土矿物类型对原油氧化热动力学参数的影响规律，进而针对低温氧化、燃料沉积以及高温氧化的严重制约反应速率的温度段，筛选了合适的催化剂，考虑添加改性剂等的可行性，形成了原油氧化反应的催化剂干预方法，建立了火驱注空气项目人为干预措施的理论基础，以提高点火的安全性和成功率，基本使得原油氧化启动顺利进行，并为在地面控制地下燃烧提供技术支持。成果能够提高矿场稠油火驱的点火成功率，燃烧工况的控制也会更加有效。