[发明专利]一种研究稠油热采中硫酸盐热化学还原反应生成硫化氢的实验系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种实验研究系统，具体涉及稠油热采中硫化氢生成机理探索，影响因素的探究和TSR动力学研究，属于油田安全领域。

背景技术

随着全球石油资源的日益减少，各国对稠油资源的开采越来越受到重视。作为稠油开采的重要方式之一，热力采油通过向油藏注入热流体的方式，提高油藏温度，降低稠油流动性，改善稠油的流动性，以达到对稠油有效开采的目的。

现今，作为热力采油主要方式的蒸汽吞吐或蒸汽驱，往地层注入高温蒸汽时，一方面产生了加热原油而使原油黏度降低的热物理变化；另一方面却促使原油、地层水、地层矿物之间发生一系列复杂的化学反应，进而产生CO₂、H₂S等酸性气体。其中，H₂S是一种有剧毒的有害气体，当环境中硫化氢浓度达到1.0‰时能迅速致人死亡。另一方面，湿H₂S具有较强的化学腐蚀作用，对油气生产中的钻具、油管和集输管线等相关设备造成腐蚀破坏，进而影响油气田的安全生产。因此，H₂S的生成与预防在油气田开发过程中备受关注。

硫化氢是天然气中的有害成分，其形成有多种可能，但油气藏中的硫化氢目前多数学者认为其主要来源有以下三种，一种是硫化物的细菌还原(Bacterial sulfate reduction，BSR)，一种是含硫化合物的热裂解(Thermal decomposition of sulfate，TDS)，另一种是硫化物的热化学还原(Thermochemical sulfate reduction，TSR)。由于硫化氢对微生物的毒性和岩石中含硫化合物的数量决定了生物成因和含硫化合物热裂解形成的硫化氢浓度一般不会超过3％～5％，因此天然气中高含硫化氢(H₂S>5％)的成因目前普遍认为是硫酸盐热化学还原反应成因。

由于油田现场研究TSR生成硫化氢并不现实，只能在实验室中模拟地质环境，采用现场生产的原油及单体烃类气体与硫酸盐进行热模拟实验，通过先进的测试分析手段来探究TSR生成H₂S的过程。本发明则提供了一套实验室模拟硫酸盐热化学还原反应的实验系统，对研究TSR生成H₂S的过程及TSR动力学研究提供了可行的实验方案。

发明内容

本发明专利提供一种研究稠油热采中硫酸盐热化学还原反应生成硫化氢的实验系统，实现原油与硫酸盐之间的反应，探索其反应过程，并对TSR动力学进行研究。

本发明提供一种研究稠油热采中硫酸盐热化学还原反应生成硫化氢的实验系统，由实验反应发生系统、温度控制系统、气体检测分析系统、气体收集系统、反应产物处理系统等组成。实验发生系统包括加热炉、反应釜、石英管、测压元件、压力传感器、保温套、阀门等组件；温度控制系统包括加热炉、热电偶、继电器、电源、信号转换器、电脑等组件；气体检测分析系统包括阀门、气体干燥器、气相色谱仪、质谱仪等组件；气体收集系统包括阀门、精密电子气体体积流量计、气体收集袋等组件；反应产物处理系统包括干燥箱、离心机、固相萃取仪等组件。

本发明提供一种研究稠油热采中硫酸盐热化学还原反应生成硫化氢的实验系统，其特征在于：实验反应发生系统模拟原油与油藏矿物中硫酸盐的热化学反应，实验所需的压力由高压氮气瓶向反应釜中充高压氮气实现，实验所需的温度由温度控制系统控制，通过电脑设定加热炉加热的方式和最终温度，加热炉将反应釜加热到设定温度。由于反应釜暴露在空气中的面积相比于加热面积不可忽略，因此加入保温套来减少反应釜在加热过程中的热量散失。

本发明提供一种研究稠油热采中硫酸盐热化学还原反应生成硫化氢的实验系统，其特征在于：气体检测分析系统有对反应生成的气体进行干燥，成分分析，同位素检测分析等功能。由于原油与硫酸盐反应的必要条件是有水的存在，因此反应后将反应釜冷却至常温，反应釜中的气体中必然存在一定的水蒸气，因此为防止水蒸气进入气相色谱仪，需要对生成的气体进行干燥，干燥剂选用惰性材料，不与气体发生化学反应；气相色谱仪对生成的气体进行成分分析，定量检测有H₂S的生成量；若反应前对硫酸盐中硫元素进行同位素标定，可以通过质谱仪检测硫的去向，对反应的过程进一步研究。气体收集系统是将反应后产生的气体进行收集及测定其体积，收集的气体可进一步化验和分析。