一种稠油热采技术碳利用效率评价方法

本发明涉及稠油油藏注热开发领域，特别是涉及一种催化改质辅助蒸汽驱开发稠油过程中碳利用效率评价方法。

背景技术：

1、我国稠油资源储量巨大，探明储量约为40亿吨，但原油粘度高导致流动能力弱，难以开采。蒸汽驱是稠油注热开发的有效手段，通过注入高干度蒸汽，向油层传热，从而降低稠油粘度，同时烃蒸汽和水蒸气凝结、稀释并协同驱替原油。但是蒸汽驱开发稠油过程中，需要燃油、燃气设备消耗能源供热制汽，并排放污染气体。

2、催化改质反应即费托反应，在催化作用下，将合成气（co和h2）转化成各种烷烃和烯烃，并副产二氧化碳和h2o及醇、醛、酮、酸和醋等有机含氧化物，并放出大量热。催化改质辅助蒸汽驱可以实现高温蒸汽驱油、催化改质反应生成物驱油和反应放热量增热辅助驱油，多维增效，原位改质开发稠油，提高稠油采收率和降低锅炉供热排碳，符合“碳中和”理念。

3、但目前在催化改质辅助蒸汽驱开发稠油过程中，没有关于催化反应供热降低碳排放量和催化反应埋存碳量的计算。在评价该过程的碳利用效率时，难点在于催化改质化学反应和稠油蒸汽驱开发的耦合。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明目的是提供一种稠油热采技术碳利用效率评价方法，来评价利用催化改质反应供热、生成物驱油辅助蒸汽驱开发稠油过程中碳利用效率。

2、本发明结合化学实验结果和油藏工程计算方法，以供热量、注气量和注剂量为契合点进行耦合，并基于催化反应供热降低碳排放量和催化反应埋存碳量计算，提出评价指标建立催化改质辅助蒸汽驱开发稠油过程中碳利用效率评价方法。

3、本发明目的可通过如下技术措施来实现：

4、一种稠油热采技术碳利用效率评价方法，包括：

5、步骤1，选择催化改质反应催化剂，开展催化改质反应室内实验，确定催化改质反应方程式和反应放热量；

6、步骤2，建立催化改质辅助蒸汽驱开发稠油油藏的数值模拟表征模型，开展数值模拟计算，确定油藏注入参数和产出参数；

7、步骤3，计算催化改质供热量并折算为当量标准煤消耗和碳埋存量；

8、步骤4，利用数值模拟结果计算催化改质辅助蒸汽驱开发稠油后的增油量；

9、步骤5，利用计算得到的增油量、当量标准煤消耗和碳埋存量数值计算得到供热碳比和埋存碳比指标，进而评价碳利用效率。

10、根据本发明优选的，步骤1中，所述催化改质反应室内实验的仪器为浆态床反应器；

11、所述催化剂分为负载型或非负载型，负载型催化剂载体为sio2、al2o3、tio2、mcm-41、sba-15、zsm-5、sba-15、碳纳米管（cnts）或mofs中的一种或多种混合，活性组分为fe或co；非负载型催化剂为co(oh)2/co3o4；催化反应助剂为ru、rh、zro2、mnox、na、k、ceo2、la2o4或n中的一种或多种混合，实验温度200～350℃，压力>1.6 mpa。

12、根据本发明优选的，步骤1中，所述催化改质反应方程式中，反应物为co和h2，生成物为co2、气态烃cxhy、液态烃c12h26和水，所述催化改质反应方程式中，反应物消耗量和生成物成分由成分分析仪测量确定，反应热由反应量热计测量确定，反应方程式如下：

13、；

14、式中，nco1、nco2分别为反应物中和生成物中co的摩尔数；、分别为反应物中和生成物中h2的摩尔数；、、、 分别为生成物中co2、气态烃cxhy、液态烃c12h26和水的摩尔数； 为反应量热计测量出的反应热值，kj/molc；x的取值范围为0～4，y的取值范围为0～10；

15、化学反应方程式各系数计算方法如下，混合气体反应前的摩尔数计算方法为：

16、 ；

17、式中， i代表h2和co，ni1分别为反应前h2和co的摩尔数，mol；mi分别为h2和co的摩尔质量，g/mol； 分别为h2和co的密度，kg/m3；vi1分别为反应前h2和co的体积，m3；

18、生成物中的co2、气态烃cxhy和未反应的co、h2，其中cxhy是碳数低于5的气体产物组成根据碳、氢原子摩尔分数的重构形式；两种液体包括c12h26和h2o；

19、反应后气体产物摩尔数计算方法为：

20、 ；

21、 ；

22、式中， j代表h2、co、co2，nj2、 分别为反应后气体产物中h2、co、co2和碳数低于5的气态烃的摩尔数，mol；为co2的密度，kg/m3；vpro为反应气体产物在标况下的体积，m3；为co2的摩尔质量，g/mol；xj、分别为反应气体产物组分h2、co、co2和碳数低于5的气态烃的摩尔分数，%。

23、根据本发明优选的，步骤2中，所述数值模拟表征模型是指商业油藏数值模拟软件中表征稠油蒸汽驱油、催化改质反应过程、催化改质反应生成物驱油和反应放热量增热机理的模型。

24、根据本发明优选的，所述计算油藏注入参数为混合气体注入量、注入蒸汽干度和注入油藏各组分的量；

25、考虑混合气体体积比 ，h2和co的反应消耗比和注入体积比不同，催化反应中h2过量，co反应完全，或者催化反应中co过量，h2反应完全；

26、反应效率为 ，混合气体注入量计算方法如下：

27、 ；

28、式中， q g为井口h2、co混合气体的注气量，m3/d；qstd为注气速度，m3/d； 为催化改质反应反应效率；反应效率 受反应条件影响，包括催化剂、载体、助剂和温压；其中，qstd计算方法如下：

29、 ；

30、式中，pr、tr、pstd、tstd分别为油藏压力和温度，地面的压力和温度，mpa和℃；vsp为油藏条件下总注气量，其值等于孔隙体积×优化存气量pv数，m3；z为气体压缩系数；t为注h2、co混合气体的时间，d；

31、求得反应供热后蒸汽的干度即注入蒸汽干度，计算方法如下：

32、 ；

33、式中， x为蒸汽干度，小数； h为油藏条件下，注入水蒸气干度下的热焓值，kj/kg； 为注水速度，m3/d； 为热效率，%； 为饱和水蒸气热焓，kj/kg； 为过热水蒸气热焓，kj/kg；式中， q r为催化改质放热量，kj/d；

34、计算井底剩余的h2和co，井口条件下生产的co2、cxhy、c12h26和h2o的量，计算方法如下：

35、 ；

36、；

37、 ；

38、 ；

39、 ；

40、式中， 、 为反应消耗的h2、co的体积，m3； 、 、 、 ，其中 i代表co2和cxhy， j代表c12h26和h2o，分别为井底气体和液体折算到地面条件的体积，m3。

41、根据本发明优选的，步骤3中，所述催化改质供热量并折算为当量标准煤消耗，计算公式如下：

42、 ；

43、式中， q r为混合气体放热量，kj/d； △h为化学反应模型反应热，kj/mol；计算碳埋存量公式如下：

44、 ；

45、；

46、式中，mrdc为当量标准煤消耗，kg；qd为标准煤完全燃烧热值，kj/kg；b为燃烧1 kg标准煤所释放的co2量，kg； 为催化反应产出的co2量，kg；mrc为每轮次碳埋存量，kg； t为注h2、co混合气体的时间，d。

47、根据本发明优选的，步骤4中，利用商业油藏数值模拟软件计算的催化改质辅助蒸汽驱相对于单一蒸汽驱开发增加的产油量。

48、根据本发明优选的，步骤5中，利用计算得到的增油量、当量标准煤消耗和碳埋存量数值计算得到供热碳比chrdc和埋存碳比curdc指标，计算方法为：

49、 ；

50、；

51、式中，chrdc为供热碳比，m3/t；curdc为埋存碳比，kg/kg； 为利用商业油藏数值模拟软件计算的催化改质辅助蒸汽驱相对于单一蒸汽驱开发增加的产油量，m3；

52、碳利用效率评价方法如下：

53、若chrdc>40，且curdc>1.2，则碳利用效率为“优”，此时，消耗1kg标准煤的产油量高，且消耗1kg标准煤的碳排放量少；

54、若40>chrdc>30，且curdc>1.2，则碳利用效率为“好”，此时消耗1kg标准煤的产油量较高，且消耗1kg标准煤的碳排放量少；

55、若30>chrdc>20，且curdc>1.2，则碳利用效率为“中”，此时消耗1kg标准煤的产油量较低，且消耗1kg标准煤的碳排放量少；

56、若chrdc<20，且curdc<1.2，则碳利用效率为“差”，此时消耗1kg标准煤的产油量低，且消耗1kg标准煤的碳排放量多。

57、本发明的技术方案具有如下的有益效果：

58、本发明中的一种稠油热采技术碳利用效率评价方法，能够表征催化改质反应辅助蒸汽驱过程中稠油蒸汽驱油、催化改质反应过程、催化改质反应生成物驱油和反应放热量增热机理；确定催化改质辅助蒸汽驱开发稠油过程中注入co和h2混合气量、生成气态烃量、液态烃量、非凝析气量、co2量和反应供热后蒸汽干度值，为进一步模拟计算提供理论依据；并从催化改质反应辅助蒸汽驱开发稠油效果和碳埋存能力两方面综合评价催化改质辅助蒸汽驱开发稠油过程中碳利用效果。