CN112196514A - 一种利用热重分析仪测量稠油注空气开发燃料沉积量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用热重分析仪测量稠油注空气开发燃料沉积量的方法，属于石油开采技术领域。本发明的方法包括如下步骤：(1)采用热重分析仪得到原油与空气反应动力学特征曲线；(2)分析所述原油与空气反应动力学特征曲线，以热对流曲线划定温度区间；(3)根据所述温度区间进行试验求得燃料沉积量。本发明的方法只需要利用热重分析仪即可求得燃料沉积量，同时利用了原油注空气开发的原理，实验步骤符合逻辑、计算方法较为简便，完全取代了利用高温驱替反应装置产出气体反推燃料沉积量的方法。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采技术领域，具体涉及的是一种利用热重分析仪测量稠油注空气开发燃料沉积量的方法。
背景技术
燃料沉积量是稠油注空气开发过程中非常重要的测量参数，其定义为注空气开发过程中原油裂解的焦炭的量，焦炭即为高温反应提供燃烧的燃料。研究人员可以根据燃料沉积量定量探究原油的氧化特征，可以结合燃料沉积进行数值模拟研究。
目前燃料沉积量的测量主要通过高温反应驱替装置测量，主要测量方法为：将油砂样品置入反应釜中，通入空气燃烧，通过尾端的烟气分析仪测量一氧化碳、二氧化碳等浓度变化，反算出燃料沉积量的值。目前通过高温反应驱替装置测量燃料沉积量的方法较为繁琐，利用产出气体的变化量反算的燃料沉积量较为复杂，计算步骤冗余、计算方式不直观。
发明内容
为了减少燃料沉积量的测量步骤、从注空气开发机理出发，本发明提供了一种利用热重分析仪测量稠油注空气开发燃料沉积量的方法，该方法更直观地给出了燃料沉积量的测定流程，操作步骤少、计算方式简便、重复性高、精确性好。
本发明首先提供了热重分析仪在测量稠油注空气开发燃料沉积量中的应用。
本发明还提供了一种测量稠油注空气开发燃料沉积量的方法，包括如下步骤：
(1)采用热重分析仪得到原油与空气反应动力学特征曲线；
(2)分析所述原油与空气反应动力学特征曲线，以热对流曲线出现明显的波动值时为蒸发区间的截止点和原油次级氧化区间的初始点，记为T1；以不再进行次级氧化反应的温度作为次级氧化的终止点和裂解反应的起始点，记为T2；以开始大量放热的反应温度作为高温氧化反应的初始点，记为T3；
(3)根据步骤(2)所划定的温度区间，进行试验，得到不通入空气时原油升温至T2时的原油质量，记为M2；升温至T3时的原油质量，记为M3；通入空气时原油升温至T2时的原油质量，记为M2”；
采用公式(1)计算得到燃料沉积量M沉积：
M沉积＝M2”-M2+M3 (1)。
上述的方法中，步骤(1)中，在通入空气的情况下，将原油在热重分析仪中加热；
具体的，所述空气的通入速率为10～50mL/min；具体可为20mL/min。
所述加热到的最高温度一般为600～800℃；所述加热的到的最高温度视不同粘度油品而定。
所述加热的升温速率为5～10℃/min；具体可为5℃/min。
步骤(1)中，采用空白坩埚和装有原油的坩埚同时进行加热。
上述的方法中，步骤(3)中，所述实验为将原油在热重分析仪中从室温进行升温加热。
具体的，所述升温的升温速率为5～10℃/min；具体可为5℃/min。
上述的方法中，步骤(3)中，测定M2”的步骤如下：在热重分析仪中，先不通入空气将原油由室温加热至T1；然后通入空气，温度升温至T2，保温，得到M2”。
所述测定M2”的步骤中，所述空气的通入速率为10～50mL/min；具体可为20mL/min。
上述的方法中，所述M2、M3和M2”均为在达到温度后保温一段时间得到的；
具体的，所述保温的时间为5～10分钟。
本发明的方法只需要利用热重分析仪即可求得燃料沉积量，同时利用了原油注空气开发的原理，实验步骤符合逻辑、计算方法较为简便，完全取代了利用高温驱替反应装置产出气体反推燃料沉积量的方法。
附图说明
图1为渤海典型稠油旅大21-2原油与空气反应动力学特征曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中的热重分析仪为梅特勒公司带炉体热重分析仪，型号TG-DSC 3+。
原油为渤海典型稠油旅大21-2原油。
实施例1
一、实验准备
1、首先打开氮气入口，打开热重分析仪按钮，打开水域恒温30分钟。
2、找两个规格一致、质量相等的承装样品的坩埚。将两个坩埚称重，质量误差不超过1‰。两个坩埚的质量均为150μg。
3、打开空气压缩机或气瓶，确定空气压缩机和气瓶管路内无杂质。
二、原油与空气反应动力学实验与结果分析
1、将90mg的原油置入一坩埚之中；另一只为不装任何介质的空白坩埚；
2、设定空气通入量v为20mL/min，调节保护气氮气的通风量为20mL/min(通入氮气的目的是保护精密天平)，设定升温速率ΔT为5℃/min。空气、氮气通风量以及温度升温速率全过程保持不变。
3、将两只坩埚置入反应釜中，其中1只坩埚为对比坩埚不承装任何介质，全过程该坩埚不取出。关闭反应釜，开始从室温到600℃的反应，得到原油与空气反应动力学特征曲线，观察热失重和吸/放热现象。
4、结果分析
如图1所示，为渤海典型稠油旅大21-2原油与空气反应动力学特征曲线。分析原油与空气反应的动力学区间特征，以热对流曲线出现明显的波动值时为蒸发区间的截止点和原油次级氧化区间的初始点，记为T1(325℃)，以不再进行次级氧化反应的温度作为次级氧化的终止点和裂解反应的起始点，记为T2(380℃)，以开始大量放热的反应温度作为高温氧化反应的初始点，记为T3(460℃)。
三、原油与空气反应燃料沉积量的测定
根据上述原油与空气氧化反应特征所划定的温度区间，建立实验方法。实验前准备四组相同质量的原油置入坩埚，原油质量记为M(90mg)。
1、空白原油升温实验
(1)第1组实验：不通入任何气体，直接以ΔT(5℃/min)的升温速率从室温升温，升温至T2时，记录原油质量为M2，升温至T3温度时，保持10分钟后，记录原油质量为M3。
(2)第2组实验：将步骤(1)的实验重复进行1次。M2和M2’、M3和M3’的质量误差不得超过1％，否则重复进行实验(1)、(2)直至误差达到1％以内。
2、通入空气升温实验
(3)第1组实验：首先不通入任何气体，以升温速率ΔT(5℃/min)从室温升高至T1，然后以通风强度v(20mL/min)通入空气，至温度达到T2时，继续保持该温度不变5分钟后，记录原油质量M2”。
(4)第2组实验：将步骤(3)的实验重复进行1次，升温至T2，继续保持该温度不变5分钟，记录原油质量M2”’。M2”和M2”’质量误差不得超过1％，否则重复进行实验(3)直至误差达到1％以内。
四、数据处理
数据处理原理：燃料沉积量＝次级氧化反应醛酮醚生成量与焦炭之和。
M沉积＝M2”-M2+M3
以上为燃料沉积量的计算公式。
表1燃料沉积量测定实验过程参数和实验结果
Claims (10)
1.热重分析仪在测量稠油注空气开发燃料沉积量中的应用。
2.一种测量稠油注空气开发燃料沉积量的方法，包括如下步骤：
(1)采用热重分析仪得到原油与空气反应动力学特征曲线；
(2)分析所述原油与空气反应动力学特征曲线，以热对流曲线出现明显的波动值时为蒸发区间的截止点和原油次级氧化区间的初始点，记为T1；以不再进行次级氧化反应的温度作为次级氧化的终止点和裂解反应的起始点，记为T2；以开始大量放热的反应温度作为高温氧化反应的初始点，记为T3；
(3)根据步骤(2)所划定的温度区间，进行试验，得到不通入空气时原油升温至T2时的原油质量，记为M2；升温至T3时的原油质量，记为M3；通入空气时原油升温至T2时的原油质量，记为M2”；
采用公式(1)计算得到燃料沉积量M沉积：
M沉积＝M2”-M2+M3 (1)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，在通入空气的情况下，将原油在热重分析仪中加热。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述空气的通入速率为10～50mL/min；
所述加热的升温速率为5～10℃/min。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，采用空白坩埚和装有原油的坩埚同时进行加热。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的方法，其特征在于：步骤(3)中，所述实验为将原油在热重分析仪中从室温进行升温加热。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述升温的升温速率为5～10℃/min。
8.根据权利要求2-7中任一项所述的方法，其特征在于：步骤(3)中，测定M2”的步骤如下：在热重分析仪中，先不通入空气将原油由室温加热至T1；然后通入空气，温度升温至T2，保温，得到M2”。
9.根据权利要求2-8中任一项所述的方法，其特征在于：所述M2、M3和M2”均为在达到温度后保温一段时间得到的。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述保温的时间为5～10分钟。
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