镍纳米粒子提高稠油蒸汽吞吐采收率实验研究

孙铎+刘灏亮

摘 要：文章通过对稠油热采方式进行调研，提出在蒸汽吞吐过程中加入过渡金属能有效提高稠油的最终采收率。此方法主要利用了过渡金属在高温下对稠油的催化改质作用，通过将稠油中重质组分转为为轻质组分，降低其粘度，改善稠油流动性，使其更易于流入生产井底，从而提高稠油的最终采收率。这里选取镍纳米粒子作为催化剂，在模拟蒸汽吞吐条件下，对加入镍纳米粒子前后辽河稠油的采收率进行比较。实验结果表明，镍纳米粒子能有效提高稠油蒸汽吞吐过程中的采收率，将稠油最终采收率提高32.8%。然后对不同温度下，镍纳米粒子作用下的稠油蒸汽吞吐实验结果进行比较，发现随着温度的上升采收率不断增大，而温度达到280℃时采收率提高幅度最大，随后幅度迅速减缓，表明在280℃下，镍纳米粒子具有最好的催化改质效果，此时稠油蒸汽吞吐的最终采收率为76.2%。

关键词：稠油热采；蒸汽吞吐；过渡金属；催化改质；最终采收率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.010

1 引言

随着全世界常规油藏储量的减少，以及石油需求量的增加，非常规石油资源开始引起越来越多的关注。稠油作为非常规油藏中的一种，其储量极为丰富，据估计在全世界范围内稠油资源大约有六万亿桶的地质储量，其中至少有60%分布于加拿大和委内瑞拉，在中国的辽河油田和新疆部分油田也有分布。因此，有效开发稠油资源对于满足未来能源需求具有重大意义[1-2]。

由于稠油具有很高的粘度，在常温下流动性差，因此国内外通常采用热力采油的方式开采稠油资源。常用的稠油热采方式包括蒸汽驱油、蒸汽吞吐、火烧油层，以及最新发展的蒸汽辅助重力泄油（SAGD）技术，而蒸汽吞吐在国内，尤其是辽河油田，应用最为广泛，使用率超过65%[3]。蒸汽吞吐主要利用蒸汽的热量降低稠油粘度，使其具有一定流动性，并利用蒸汽的热膨胀性使降粘后的稠油自发流到生产井井底[4]。研究发现，在蒸汽吞吐条件下，加入的过渡金属能通过与稠油发生接触，引起稠油中大分子链的断裂，部分改质稠油并降低稠油粘度，进而有效提高稠油的最终采收率，而这种用于稠油改质的过渡金属主要起催化作用。因此在本文中，笔者选取镍纳米粒子作为催化剂，研究了其在模拟蒸汽吞吐条件下提高辽河稠油最终采收率的效果，对镍纳米粒子的催化作用进行验证，对于稠油热采技术的发展具有重要指导意义。

2 实验部分

实验主要分为两部分，首先对镍纳米粒子提高稠油采收率的效果进行验证。将两块规格相同的人造岩心分别放在两个夹持器中，饱和水后，在200℃下饱和辽河稠油。向其中一块岩心注0.3PV黄原胶聚合物，向另一块岩心注相同量的添加500ppm镍纳米粒子的黄原胶聚合物，注入速率均为2ml/min，然后将入口端与蒸汽发生器相连。在220℃下，以相同注入速率分别注入0.5PV蒸汽，并关闭出入口端阀门，焖井3d。3d后打开排出阀求产，直至不再有油产出时停止实验，比较有无镍纳米粒子对稠油蒸汽吞吐采收率的影响。

第二部分是研究在不同蒸汽温度下，镍纳米粒子催化作用对稠油蒸汽吞吐采收率的影响。取四块规格相同的人造岩心，以上述方法先饱和水，再饱和辽河稠油，并注入含500ppm镍纳米粒子的黄原胶聚合物，分别在200℃、240℃、280℃、320℃下注入相同量的蒸汽，然后进行焖井，持续3d。3d后打开排出阀求产，直至不再有油产出时停止实验。观察不同注入蒸汽温度下采收率的大小，并选出最优的蒸汽注入温度。

3 结果与讨论

在第一部分实验中，开井生产，通过对产液量、产油量进行测量，结合原始含油饱和度，计算稠油最终采收率。结果表明，在未加镍纳米催化剂的蒸汽吞吐实验中，稠油的最终采收率为51.2%，而加入镍纳米粒子后的稠油最终采收率为68%，采收率大幅提高，提高了32.8%，效果非常理想。這是因为镍纳米粒子在高温下能催化改质稠油，在热裂解作用下，通过断裂稠油组分中的C-C、C-S等键，将重质组分转化为碳数低于30的轻质组分，从而增加了采出原油中轻质组分的含量，降低粘度，有效改善原油的流动性，使其更易于流入井底并采出，提高稠油蒸汽吞吐的最终采收率。因此，实验结果很好地验证了镍纳米粒子的催化作用对于提高稠油蒸汽吞吐采收率具有积极作用。

在第二部分实验中，对不同蒸汽温度下含镍纳米粒子的稠油蒸汽吞吐最终采收率进行分析比较。结果发现，随着注入蒸汽温度的升高，稠油的最终采收率也随之增加，说明温度对提高稠油采收率具有积极作用，因为升高温度能降低稠油粘度，并且能提高镍纳米粒子的催化速率。观察到在200℃、240℃、280℃、320℃下，稠油的最终采收率分别为66.3%、70.5%、76.2%和77%，发现当温度达到280℃时采收率提高幅度最大，随后迅速减缓。实验结果表明，在镍纳米粒子的催化作用下，当注蒸汽温度为280℃时，稠油蒸汽吞吐最终采收率最高，此时镍纳米粒子的催化效果最好。

4 结论

在对镍纳米粒子提高蒸汽吞吐采收率的实验研究中，得到如下结论：

（1）对比加入镍纳米粒子前后模拟稠油蒸汽吞吐实验的结果，发现在相同温度（220℃）下，加入镍纳米粒子的稠油蒸汽吞吐实验最终采收率提高了32.8%，说明镍纳米粒子的催化作用能有效提高稠油采收率。

（2）对比不同温度下的镍纳米粒子对稠油蒸汽吞吐采收率的影响，发现随着温度的升高，稠油采收率也随之升高；当温度达到280℃时，采收率提高幅度最大，继续升高温度则提高幅度明显减缓。结果表明，当注蒸汽温度为280℃时，稠油蒸汽吞吐最终采收率最高，此时镍纳米粒子的催化效果最好，此时稠油蒸汽吞吐的最终采收率为76.2%。

参考文献：

[1]赵法军，王广昀，哈斯等.国内外稠油和沥青VAPEX技术发展现状与分析[J].化工进展，2012，31（02）：304-309.

[2]刘灏亮，赵法军，张洪玮等.用于稠油蒸汽驱的树脂型耐高温封堵剂室内静态评价[J].2017，46（02）：240-242.

[3] 赵法军，刘永建，闻守斌等.稠油水热裂解催化剂研究进展[J]. 2006：23（03）：277-283.

[4]庞进，刘洪，李泓涟.油藏水驱后蒸汽驱增油机理实验[J].油气地质与采收率，2013，20（04）：72-74.