УСТАНОВЛЕНИЕ СОСТАВА И СТРУКТУРЫ
УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ СМЕШАННЫХ ОКСИДОВ
ЖЕЛЕЗА (ИДИ) И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ВНУТРИПЛАСТОВОЕ
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТИ
Введение 4
1 Интенсификация тепловых методов воздействия с применением
катализаторов и доноров водорода 6
1.1 Паротепловой метод воздействия на пласт 6
1.2 Применение катализаторов 7
1.3 Механизм каталитического акватермолиза 9
1.3.1 Механизм разрыва С-С-связей 11
1.3.2 Механизм разрыва C-S связей 12
1.3.3 Механизм разрыва C-O связей 13
1.4 Применение доноров водорода 13
2 Объекты исследования 16
2.1 Нефть Ашальчинского месторождения 16
2.2 Синтез катализатора 17
3 Методика исследования 18
3.1 Лабораторное моделирование гидротермально-каталитических
процессов 18
3.2 Выделение воды и определение ее количественного содержания в
нефти 19
3.3 Определение группового состава нефти 20
3.4 Определение вязкостно-температурных характеристик 20
3.5 Анализ морфологии и элементного состава поверхности образцов ... 21
3.6 Анализ компонентного состава образцов 22
3.7 Анализ фазового состава образцов 22
4 Результаты исследования 23
4.1 Определение группового химического состава 23
4.2 Вязкостно-температурные характеристики 25
4.3 Рентгенофазовый анализ 26
4.4 Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) 29
4.5 Мёссбауэровская спектроскопия 30
Результаты и обсуждение Влияние катализатора на физико-химические свойства преобразованной
нефти 37
Изменение реологических характеристик 38
Изменение структурного состава 39
Изменение фазового состава образца 39
Заключение 41
Список литературы 42
Запасы трудноизвлекаемых (нетрадиционных) 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 требуют новых методов, называются нетрадиционными. К нетрадиционным ресурсам относят высоковязкие нефти (ВВН) и природные битумы (ПБ) [1, 2, 3].
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.
Целью исследования является лабораторное моделирование явления акватермолиза с добавлением катализатора и исследование его влияния на физико-химические и реологические свойства нефти.
Объект исследования - нефть Ашальчинского месторождения пермских отложений Республики Татарстан, полученная методом парогравитационного дренажа, а также продукты некаталитического и каталитического акватермолиза.
Задачи исследования:
1) моделирование некаталитического и каталитического акватермолиза в реакторе высокого давления;
2) определение вязкостно-температурных свойств продуктов каталитического и некаталитического акватермолиза;
3) определение компонентного состава полученных продуктов некаталитического и каталитического акватермолиза методов SARA-анализа;
4) проведение рентгенофазового анализа исходного катализатора и извлеченных после автоклавных экспериментов;
5) сканирующая электронная микроскопия для определения размеров частиц исходного катализатора и извлеченных после автоклавных экспериментов;
6) исследования исходного катализатора, а также структурно - фазовых превращений катализаторов после гидротермально-каталитического воздействия методом мёссбауэровской спектроскопии.
В работе проведено физическое моделирование паротепловой обработки высоковязкой нефти без и с добавлением в систему катализатора, представляющего собой смешанные оксиды железа (II, III) ультрадисперсного размера. В процессе каталитического акватермолиза при температуре 250 °С помимо снижения содержания смол и асфальтенов наблюдается значительное повышение содержания легких фракций (насыщенные и ароматические углеводороды) в результате интенсификации деструктивного гидрирования и, следовательно, повышения степени обессеривания и снижения вязкости вследствие разрыва связей С-S в высокомолекулярных компонентах. Протекание реакции гидрогенолиза обеспечивает снижение степени осерненности, что является важным моментом в осуществлении разработки месторождений высокосернистых битуминозных нефтей республики Татарстан. Результаты рентгеновской и мёссбауэровской спектроскопии свидетельствуют, что в процессе каталитического акватермолиза нефти наблюдалось восстановление маггемита в магнетит в результате взаимодействия оксида железа с водяным паром.
Таким образом, результаты проведенных исследований показали, что гидротермальное воздействие приводит к снижению содержания асфальто - смолистых соединений, общей серы и увеличению доли более легких углеводородов. Следовательно, возможна добыча сырья из Ашальчинского месторождения с использованием гидротермальных процессов.
