微波化學(xué)在稠油及高凝原油開采中的應(yīng)用

 微波化學(xué)在稠油及高凝原油開采中的作用

在微波作用于稠油及高凝原油主要表現(xiàn)為稠油中的高分子化合物通過熱效應(yīng)（熱裂解）和非熱效應(yīng)(鏈、鍵的斷裂)，從而生成低分子有機(jī)化合物，通過提油品質(zhì)量降低粘度以達(dá)到提高采收率與便于地面輸送的效果。

1  稠油及高凝油的性質(zhì)特征

石油工業(yè)中，把在油層溫度下粘度高于100MPa.s，的貼氣原油稱為稠油，而凝固點(diǎn)高于50度的原油稱為高凝原油，由于鍋油和高凝原油的粘度高，流動(dòng)性愛．從底層流向井底時(shí)的阻力大，用常規(guī)方法采油的功效甚微或無效。稠油和高凝原油中的瀝青資和膠質(zhì)含量隨原油種類的不同而有較大的變化，從10％至50％不等。原油中膠資 、瀝質(zhì)、芳烴之間的配比關(guān)系及正構(gòu)烷烴的多少對(duì)原油的粘度及凝懶點(diǎn)有重要影，在原油中由于膠質(zhì)的存在，瀝青質(zhì)才能分散．膠質(zhì)和瀝青質(zhì)相互作用有利于瀝青質(zhì)與瀝青質(zhì)的組合，并使它們保持懸浮狀態(tài)，就是膠柬型結(jié)構(gòu)，在這結(jié)構(gòu)中，瀝青質(zhì)被膠質(zhì)所包圍，而膠質(zhì)本身泡在烴類尤其是芳烴的環(huán)境中，若膠質(zhì)和芳烴量充足，瀝青質(zhì)全部分散在原油中，原油的粘度保持適中．料膠質(zhì)和努烴含量不足、瀝青與瀝青質(zhì)納構(gòu)緊傷什加強(qiáng)，引起原油的高帖度，同時(shí)由于：粘溫凝固，導(dǎo)致凝點(diǎn)較高。正構(gòu)烷烴的增多及正構(gòu)烴碳鏈的增長(zhǎng)，易形成構(gòu)造凝閉，位原油具有較高的凝點(diǎn)。

   2  稠油及高凝原油開采過程中存在的問題

由于稠油粘度大，粘附于砂巖中，難以用常規(guī)的水驅(qū)方法進(jìn)行開采，要用蒸氣吞吐、蒸氣驅(qū)替和火燒油層法開采禍油  但果收率僅為25％。(蒸氣吞吐小于1500 m，蒸氣驅(qū)小于1000m)的限制.

 精氣吞吐和蒸氣驅(qū)替開采稠油的辦法是降低稠袖密度，其熬氣發(fā)生裝置、注入設(shè)備和操作較大，達(dá)就決定共不能注入別較深的稠油泊崖中  對(duì)于水敏性地層(如粘土地層)，由于水蒸氣冷凝析出的水會(huì)使粘土膨脹，從而降低儲(chǔ)層的滲透率，不利于降粘盾稠油在地層中的流動(dòng)，因而也就無法用其對(duì)儲(chǔ)藏于水敏地層中的領(lǐng)油進(jìn)行開采，火燒油層法不僅造成石油資源的浪費(fèi)，旦燃燒過程中放出的二氧化碳在某些條件下會(huì)引起瀝青質(zhì)的沉淀而堵塞地層，破壞了地層的滲透件，對(duì)提高采收率并不利。

上述幾種稠油開采方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性都不高，但隨著石油資源開采程度的不斷提高，稠油資源占石油資源總雖的比例逐年上升， 1995年我國(guó)稠油產(chǎn)量已占當(dāng)年原油產(chǎn)量的17％，而且稠油粘度逐年升高，因此采用技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的稠油開采方法已迫定眉睫。

3 高稠原油的微波開采

     高凝原油在微波作用下，一部分重?zé)N分子發(fā)生熱裂解(微波的熱效應(yīng))，另一部分烴類分子在微波場(chǎng)中發(fā)生共振而導(dǎo)致分子鏈斷裂(微波的非熱效應(yīng))，這二種作用的結(jié)果使原油的平均分子量減小，稱度降低，瀝青質(zhì)、膠質(zhì)減少，輕組分增多，從而導(dǎo)致微波作用前后的原油的流體力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，改善了流度比，更利于稠油的開采.

實(shí)驗(yàn)證明微波開采高凝原油時(shí)形成較多的輕質(zhì)組分，通過質(zhì)譜分析微波作用后的瀝青質(zhì)納平均分子量牧原始瀝青質(zhì)平均分子量低．合有大量的分于量較低的分子離廠峰、低分子量分子離子峰的存在，足以說明微波作用功效之大，井下熱處理等傳統(tǒng)加熱法開采稠油時(shí)，地層水與稠油—同加熱，流人并筒，自油管抽出．然后進(jìn)行油水分離，出于分離設(shè)備的限制，水中含大量的烴類化合物，造成環(huán)境污染．而微波法開采高凝油時(shí)，采水量低，為傳統(tǒng)加熱法的66．2％，不但節(jié)約丁能源，而且采出的地層水中有機(jī)質(zhì)僅為傳統(tǒng)加熱法的29．6％．這充分說明微波開采高凝油同常規(guī)加熱采油時(shí)的裂解產(chǎn)物不同，從而產(chǎn)生了不同于常規(guī)加熱易裂解為可溶性有機(jī)質(zhì)的現(xiàn)象，不但提高廠石油資源的利用率，而巳減少了環(huán)境污染。

   稠油中有機(jī)物的微波裂解作用機(jī)理尚未完全弄清楚，但熱裂解機(jī)理現(xiàn)在已被大多數(shù)人所接受，稠油小的瀝青質(zhì)，膠質(zhì)等稠環(huán)有機(jī)化合物，在吸收微波能后，會(huì)使原油的膠體分散體系由于粘度變小而變得愈加均勻，隨著微波的繼續(xù)作用，分散體系溫度不斷升高，各分子的內(nèi)能也隨溫度升高而增加，當(dāng)能量高丁C一C，H—H鍵的鍵能時(shí)．有機(jī)分子將發(fā)生斷鏈反應(yīng)．由于有機(jī)物的大量分解，其吸收微波能的速度和能力大大加快，最后將會(huì)使部分原油氣化而產(chǎn)生氣態(tài)烴和凝折油，從而降低了原油的粘度，有利于開采過程的進(jìn)行．由于循油的烴類組成及烴類碳鏈長(zhǎng)短和c——u位置不同，其受微波作用后熱裂解程度也不同。在原油中高分子量烴的含量越高．原油的熱穩(wěn)定性愈差，其裂解的效果越好。

   微波法開采稠油和高凝油的過程中，必定會(huì)發(fā)生裂解，至于裂解的程度。不但決定于微波的頻率、功率、作用和作用方式，而且還與高凝油中重?zé)N的組成有直接關(guān)系。

    高凝原油開采過程非L熱效應(yīng)也較顯著  當(dāng)重?zé)N的大分子處于分子固有振動(dòng)頻率附近的電磁場(chǎng)中時(shí)，就會(huì)發(fā)生共振，隨著振動(dòng)的振幅加入，使得大分子的振動(dòng)活動(dòng)范圍變大，大分子逐漸分裂成小分子。

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