[发明专利]一种基于纳米催化与微波加热的稠油裂解降粘方法

说明书

技术领域

本发明涉及稠油裂解降粘的新方法，主要包括纳米催化剂、供氢剂、稠油以及微波加热系统等，具有降粘效果好、反应时间短、所需温度低、节约成本等特点，达到高效开发稠油的效果，属于采油工程及提高采收率领域。

背景技术

稠油是指在油层温度下脱气，原油粘度大于100mPa·s，相对密度大于0.92，API重度小于20的原油，又称为重油，属于非常规石油资源。我国稠油资源非常丰富，陆上稠油、沥青资源约占石油资源总量的20％以上，预测资源量198×10⁸吨，其中最终可探明的地质资源量为79.5×10⁸吨。截至2007年，探明稠油地质储量20.6×10⁸吨，已动用地质储量13.59×10⁸吨，剩余未动用地质储量7.01×10⁸吨。国内大部分含油气盆地都是稠油与常规油共存着的。目前，已在12个盆地发现了70多个稠油油田。其中，大多数稠油油藏埋深在1000m以内，属浅层稠油；部分油田埋深超过5000m，属深层稠油。随着轻质油可采储量的减少以及石油开采技术的不断提高，开采稠油所占的比重将会不断增大。近几十年来稠油的开发取得了巨大的进步，但是仍然存在许多技术挑战。稠油开采面临的困难主要来自两个方面：一是原油在油层的渗流阻力太大，无法从油藏流入井底；二是即使原油能成功采出，由于温度较低，地面集输原油粘度较大，需要采取经济的措施降低原油粘度。

目前，国内外常用的稠油降粘方法主要有物理降粘和化学降粘。物理降粘包括：掺稀降粘、加热降粘、微波降粘和超声波降粘。掺稀降粘是通过向稠油中加入稀油以降低稠油的粘度和密度，增加其流动性。掺稀降粘有较多的应用，然而掺稀降粘面临严重的稀油资源匮乏问题。加热降粘主要包括蒸汽吞吐、蒸汽驱以及由此发展的一系列改进方法，此类方法通过升温提高稠油流动性，目前应用较广泛。但是，随着温度的降低，稠油的粘度又常常发生反弹，不能从根本上解决降粘问题，同时这些工艺措施普遍面临着油层出砂、气窜和采油成本高的严峻挑战。化学降粘是向原油中加入某种药剂通过药剂的作用达到降低原油粘度的方法。常用的化学降粘方法包括：表面活性剂降粘、加碱降粘、油溶性降粘剂降粘、低温氧化降粘、水热裂解降粘、微生物降解和以减粘裂化、延迟焦化、催化裂解等为手段的稠油改质降粘。化学剂降粘效果比较显著，但是对不同的油田差异较大，应用范围小。同时还存在其它一些问题，如水溶性降粘工艺使油井含水上升、产油下降，油溶性降粘工艺成本高、环境污染等。催化裂解降粘近几年也有较多的研究并有较大进展，主要问题是需要高温、较长的反应时间以及粘度恢复。

本发明针对已有降粘技术存在的问题，研制出一种利用微波加热进行高效稠油纳米催化裂解降粘方法，该方法将物理降粘方法与化学降粘方法结合起来，为高效开发稠油提供技术支持，具有可观的油田现场应用前景。

发明内容

本发明的目的是：针对已有催化裂解降粘技术的缺点，引入微波加热技术和纳米催化剂进行稠油裂解催化降粘，达到在较低温条件下和较短时间内，大幅度降低稠油粘度，且有效保持裂解后原油的流动性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：在稠油中加入少量的碳纳米颗粒，在微波作用下，这些纳米颗粒既是高温载体又是催化剂，通过打断稠油分子中如C-S键这样的杂基支链，最终实现稠油的高效裂解降粘。

具体实施步骤如下：使用粒径较小的碳纳米颗粒作为催化剂；将油样、纳米催化剂以及供氢剂(四氢萘)按照一定比例进行混合配置，其中油样体积为20-30mL，催化剂浓度为0.5wt％，供氢剂浓度为1wt％；对配置完毕的油样进行微波加热，采用梯度升温法，加热2分钟，暂停4分钟，如此循环10次，累计加热20分钟；整个过程中通过热电偶及数据采集软件对油样温度进行实时监测(见附图1)，最高温度不超过150℃(见附图2)；对裂解前后油样的流动性、粘度以及族组分变化进行分析与测定；结果表明：本发明采用的碳纳米催化剂(粒径21nm)，在微波作用下，可使稠油降粘率达到96％(见附图3)，轻质组分(饱和烃与芳香烃)增加约11％，重质组分(胶质与沥青质)减小约5％(见表1)，有效流动性可保持20天(见附图4)，最终实现在较低温度和较短时间条件下稠油的高效裂解降粘。本发明经济环保、操作简单，具有可观的油田现场应用前景。

表1裂解前后油样族组分对比(与其他三种粒径的催化剂对比)