【摘 要】
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火驱是最经济、高效的稠油开采技术之一。由于焦炭是燃烧前缘的主要燃料,稠油的成焦特性对于火驱开采有至关重要的影响。在火驱的过程中,存在明显的低温氧化区,经过低温氧化的稠油,热裂解成焦特性会发生明显变化,但目前仍缺乏对此的报道。除此之外,目前以辽河稠油作为对象的火驱焦炭研究仍较少。为此,本论文对辽河稠油开展成焦实验,研究稠油火驱焦炭的形成过程及机理,为火驱稠油技术的实施提供基础数据和理论支撑。本文研究
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火驱是最经济、高效的稠油开采技术之一。由于焦炭是燃烧前缘的主要燃料,稠油的成焦特性对于火驱开采有至关重要的影响。在火驱的过程中,存在明显的低温氧化区,经过低温氧化的稠油,热裂解成焦特性会发生明显变化,但目前仍缺乏对此的报道。除此之外,目前以辽河稠油作为对象的火驱焦炭研究仍较少。为此,本论文对辽河稠油开展成焦实验,研究稠油火驱焦炭的形成过程及机理,为火驱稠油技术的实施提供基础数据和理论支撑。本文研究了辽河稠油低温氧化成焦和热裂解成焦两个过程。首先研究了不同反应温度下稠油的低温氧化成焦特性,随后探究了低温氧化改性对热裂解成焦的影响。通过红外光谱仪、元素分析、扫描电镜等方法分析了产物的组成变化,研究了成焦反应过程。利用热分析仪研究了焦炭的热化学特性,探索最适合火驱的焦炭类型和成焦条件。最后通过计算成焦反应的动力学参数,对比实验前后的产物、尾气等的组成变化,对稠油火驱成焦机理提出了新的认识和补充。由低温氧化成焦实验可以发现,稠油的低温氧化成焦率在6.39～19.88%之间,低温氧化焦炭的氧元素含量大于9.7%,焦炭中有C=O、C-O等含氧官能团。低温氧化焦炭的起燃温度在456.4～484.0°C之间,热值在16445～27169J/g之间。成焦率、起燃温度和热值均随氧化温度的上升而升高。由热裂解成焦实验可以发现,低温氧化反应会改变稠油的组成,因此对稠油热裂解成焦存在较大的影响。稠油经低温氧化改性后,热裂解成焦率相对提高11.7-38.5%。原油和氧化稠油热裂解焦炭的氧元素含量均低于4.0%,氧化稠油焦炭有更致密的微观结构。氧化稠油焦炭的起燃温度、峰值温度和燃尽温度均高于原油焦炭,说明低温氧化改性使稠油热裂解焦炭的氧化活性变差。综合比较低温氧化焦炭、原油热裂解焦炭及氧化稠油热裂解焦炭,原油热裂解焦炭的成焦率适中,热值高,综合燃烧特性指数高,有利于燃烧前缘的建立和稳定推进,最适合作为火驱过程的主要燃料。低温氧化过程会导致燃烧前缘燃料性能的下降,因此在火驱过程中要减少低温氧化反应的发生。
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