РАЗРАБОТКА КАТАЛИЗАТОРА И ТЕХНОЛОГИИ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ ДЛЯ ВНУТРИПЛАСТОВОЙ ОБРАБОТКИ СВН АШАЛЬЧИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ, РАЗРАБАТЫВАЕМЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАРОГРАВИТАЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
АННОТАЦИЯ 2
СОДЕРЖАНИЕ 4
Список рисунков 5
Список таблиц 7
ВВЕДЕНИЕ 8
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 9
1.1. Общие сведения о СВН и ПБ 9
1.2. Современное состояние в области внутрипластового каталитического облагораживания
высоковязких нефтей 10
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 19
2.1. Объекты исследования 19
2.2. Моделирование паротеплового воздействия в автоклаве 19
2.3. Определение вязкостных характеристик образцов 19
2.4. Групповой состав нефти по методу SARA-анализа 20
2.5. Хроматография насыщенных и ароматических углеводородов 21
2.6. МАЕБ1 масс-спектроскопия 21
2.7. Элементный анализ нефти 22
2.8. ИК-спектроскопия 22
3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 23
3.1. Исследование состава и свойств тяжелой нефти 23
3.2. Разработка и лабораторное испытание композиции катализатора на основе переходных
металлов и донора водорода для облагораживания тяжелой нефти при закачке пара 27
3.2.1. Разработка и испытание композиции катализатора на основе различных металлов и
донора водорода для облагораживания тяжелой нефти в лабораторных условиях при закачке пара. Синтез и выявление наиболее эффективной композиции для повышения нефтеотдачи 29
3.2.2. Лабораторное исследование паротеплового воздействия разработанной композиции
катализатора и донора водорода при различных концентрациях на чистой нефти 50
3.2.3. Лабораторное исследование паротеплового воздействия разработанной композиции
катализатора и донора водорода при различном времени закачки на чистой нефти 53
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 61
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Запасы трудноизвлекаемых (нетрадиционных) запасов нефтей в несколько раз превышают запасы легких и средних нефтей. В связи с истощением активно разрабатываемых ресурсов легкой нефти и возрастающего потребления энергоносителей актуальной является проблема освоения нетрадиционных запасов. В будущем они станут важнейшим ресурсом стабилизации и повышения нефтедобычи.
Ресурсы, извлечение которых осложнено и требуются новые методы, называются нетрадиционными. К нетрадиционным ресурсам относят высоковязкие нефти (ВВН) и природные битумы (ПБ).
Особенности состава и свойств ВВН активизируют поиск новых технологий извлечения и переработки подобного сырья, так как его добыча осложняется малой подвижностью в пласте из-за большого содержания высокомолекулярных углеводородных и гетеросодержащих соединений, меньшего содержания легких фракций. Кроме того, высокая вязкость таких нефтей осложняет не только их добычу, но и переработку, транспортировку. Все большую популярность в настоящее время приобретают термические методы добычи, такие как SAGD (Метод парогравитационного дренажа), CSS (Cyclic Steam Stimulation), внутрипластовое горение и т.д. В настоящее время существует много модификаций паротепловых технологий, но основными недостатками являются высокая стоимость парогенерации, образование стойких эмульсий под высоким давлением и температурой и ухудшение качества сырой добытой нефти. Использование катализаторов вместе с закачкой пара при внутрипластовом облагораживании нефти дает много преимуществ, одним из них является увеличение степени нефтеизвлечения. Катализаторы стимулируют протекание реакций гидрирования, гидрогенолиза, гидролиза, крекинга, приводящих к улучшению физико-химических и реологических характеристик нефти.
Проведены исследовательские работы, направленные на оптимизацию состава катализатора акватермолиза и изготовление опытной партии для проведения опытнопромысловых испытаний. Отличительными особенностями мелкозалегающих отложений в условиях приповерхностного выветривания является высокое содержание асфальтосмолистых веществ. Они обогащены гидроксильными и сложно-эфирными связями, которые неустойчивы при тепловом воздействии и подвергаются заметной деструкции.
Установлено, что термическое воздействие приводит к удалению легких углеводородов, вследствие чего повышается содержание асфальто-смолистых соединений. Присутствие донора водорода в некоторой степени обеспечивает облагораживание состава нефти в результате участия образующегося водорода в закрытии образующихся радикальных частиц.
С целью оптимизации эффективности каталитической системы были исследованы комбинации прекурсоров на основе кобальта, никеля и железа в различных соотношениях.
Определено количество образующихся газов в зависимости от состава катализатора. Значение варьируется в диапазоне от 0,03 до 0,54 мас.% в пересчете на массу нефти. Максимальное количество газов образуется при использовании катализатора, содержащего три металла (центр контурной диаграммы).
При температурном воздействии содержание н-алканов средней молекулярной массы в незначительной степени возрастает в результате отрыва алкильных заместителей в асфальтенах. В составе ароматической фракции наблюдаются более выраженные изменения. Катализаторы на основе никеля и железа в более высокой степени способствуют увеличению содержания низко- и среднемолекулярных ароматических углеводородов.
Как следует из результатов ИК-спектроскопии смол нефтей, увеличивается ароматичность при переходе к триметаллическому катализатору, вероятно, наличие кобальта способствует значительной конденсации нафтено-ароматических колец, что также характерно и для показателя алифатичности, который уменьшается к Fe+Ni+Co. Только в образце с кобальтом наблюдаются полосы поглощения 1710 см-1, отвечающая колебаниям C=O кислотных групп, что подтверждает протекание окислительных процессов в составе смол, которые находят свое отражение в структурно-групповом составе нефтей. Повышение коэффициента разветвленности у смол с Fe+Ni+Co является следствием увеличения длины алкильных цепей по сравнению со смолами нефтей с монометаллическими катализаторами.
Варьирование состава активной части катализатора, включающей три наиболее эффективные каталитические металлы, показало, что по степени снижения содержания смол допустима замена до 70% наиболее дорогостоящего кобальта на никель и железо примерно в равных соотношениях. Разнонаправленное действие различных каталитических металлов проявляется в диаметрально противоположной картине по обработке экспериментальных значений содержания смол и асфальтенов. Более интенсивное действие на смолы оказывает комбинация кобальта и железа, тогда как на деструкцию асфальтенов влияет комбинация железа и никеля.
В результате проведенных исследований установлено оптимальное сочетание различных каталитических металлов, обеспечивающих наибольшую степень преобразования высокомолекулярных компонентов нефти и снижение вязкости обработанной нефти.
