稠油和轻质原油低温氧化活性研究

摘 要 注空气低温氧化技术是现阶段非常有效的一项提高低渗油藏采收率的技术。当空气注入油藏后，通过与原油的低温氧化反应和烟道气驱可以有效地提高原油的采收率。并且空气的成本低、来源丰富，最近几年人们已经越来越关注这项新技术。

关键词 注空气 低温氧化 反应速率 温度 影响因素

中图分类号：TE357.7 文献标识码：A

1注空气提高采收率机理

1.1注空气低温氧化反应原理

低温氧化反应在油藏中是自发进行的。在低温氧化过程中，空气中的氧气与原油反应，产生大量的烃类化合物（如醚、醛等）、水、二氧化碳等。原油的氧化反应主要分为两步：

第一步（氧化）：（1-1）

第二步（脱羧）：（1-2）

动力学模型常用阿雷尼厄斯方程（Arrhenius Equation）来表示，见式1-3，这个方程描述的是反应速率常数与温度之间的关系，是一个经验公式。

通常低温氧化反应速率很小，加上氧气在原油中的溶解扩散较快，因此与氧分压无关，m等于0；在没有传质限制的情况下，原油浓度的反应级数n等于1。低温氧化实验中所用的原油油样相对于空气而言是远过量的，因此，这种条件下原油的消耗不会对反应速率产生影响，于是n值取0。

氧化反应速率v仅与绝对温度有关。v可以用压降速率表示，也可以用物质消耗/生成速率或者浓度变化速率来表示。利用不同温度下所得到的速率数据进行线性回归，得到回归直线，其斜率等于 ，截距等于lnk0，进而可以得到Ea和k0。

1.2 注空气技术驱油机理

1.2.1 注空气低温氧化过程

根据空气的注入速度，油藏注空气低温氧化过程一般分为两种情况：

情况1：当注气速度较大，油藏中通过岩石散失的热量少于氧化反应所产生的热量时，油藏温度就会上升。此时，油藏中氧气自燃，与原油发生较完全的氧化反应，并形成高温氧化前缘且氧气耗尽，此高温带的大小与空气的注入速度、油藏及原油特性有关。轻质油藏中氧化前缘的温度一般能达到200～400 ℃，所产生的气体主要是CO2和CO（CO/CO2≈0.15），油藏注采井间一般可分为4个区域：

（1）氧化前缘驱扫带：剩余油饱和度较低，油藏温度高于初始温度；

（2）氧化前缘：发生氧化反应，氧气和部分剩余油逐渐消耗，释放出CO2和CO，油藏内形成烟道气驱，区域温度约达200～400 ℃；

（3）原油和蒸汽积聚带（热效应带）：由烟道气、热水或蒸汽驱替；

（4）烟道气驱带：位于热效应带下方，较宽且无热效应。

1.2.2 注空气驱油机理

注空气驱油机理主要包括以下几方面：

（1）储层增压，提高或维持油藏能量，加快原油的生产；

（2）燃烧产生的热使原油产生热膨胀效应以及抽提效应；

（3）在油藏温度下，原油与氧气发生低温氧化反应，可实现间接的烟道气驱；

（4）烟道气使原油膨胀，降低原油粘度。烟道气由85%N2，15%CO2，在注入压力下，比较容易溶解于原油当中；

（5）改进注入气、残余油和水之间的密度和粘度，可有效减少空气和氧化前缘超过油带而发生指进，通常是采取空气-泡沫驱减小流度比；

（6）产生的CO2溶于水产生弱酸，对碳酸盐岩层起酸化作用；

（7）在油藏温度下，通过原油低温氧化把空气中的氧气消耗，至少可实现氮气驱；

（8）陡峭倾斜油藏顶部注空气的双重驱替作用；

（9）烟道气对原油的重力驱作用，如针对正韵律油藏依靠气体重力分异作用能改善顶部油层低渗透部位的开发效果。

研究表明，储集岩石某些矿物成分可以对注空气后油藏内氧气与原油之间的氧化反应起催化作用。90年代以来，普遍认为粘土矿物和金属矿物是一种催化剂，对氧化反应有一定的影响，这些矿物提高了空气中氧气的利用率。

参考文献

[1] Al-Saffe，H.B，Hasaniin，H.price，D.andHughes.R Oxidation Reactions of a Light Crude Oil and Its SARS Fractions in Consolidated Cores，Energy&Fuels，2001（15）：182-188.