(转)浅论火烧油层点火温度和稳定燃烧温度的计算方法

doi ：10.3969/j.issn.1004-275X.2018.03.056

浅论火烧油层点火温度和稳定燃烧温度的计算方法
吴一尘
（中国石油辽河油田分公司高升采油厂地质研究所，辽宁 盘锦 124010）

摘 要：基于现有研究成果，提出火烧油层中点火温度与原油稳定燃烧温度计算方法，并通过实验对这种计算方法的适用性进行了验证，得出此方法可用于实际设计与生产的结论，为火烧油层技术应用提供技术支撑。
关键词：火烧油层；点火温度；原油稳定燃烧温度
中图分类号：TE357.44 文献标识码：B 文章编号：1004-275X（2018）03-072-02

火烧油层是对稠油进行开发开采的重要技术措施， 选择合适的点火方法并控制燃烧实际情况决定了火烧油层成败，而这需要采用正确方法对点火温度及原油稳定燃烧温度进行计算。
1 火烧油层点火温度和稳定燃烧温度的计算方法
对油藏多孔介质条件下原油燃烧进行研究时采用的假设条件和前人相同 ：油藏多孔介质条件下原油燃烧为简单反应，这一反应只与反应物有关，不会受到生成物的影响 [1]。同时这一反应对区域内氧气浓度的反应等级为一级，但其它类型的燃料却为零级 [2]。据此，参考Arrhenius 规律能得出这一反应的平均速率 ：

R＇（C,T）=skCexp （1）
式（1）中，R＇（C,T）表示反应平均速率，单位：mol/（l·s）；
s 表示含有空气的岩石孔隙比表面积 ；k 表示比反应速率常数 ；C 表示氧气浓度，单位 ：% ；E 表示反应活化能， 单位 ：J/mol ；R 表示气体常数，单位 ：J/（mol·K）；T 表示体系绝对温度，单位 ：K。
相关研究表明，式（1）并不符合实际情况，需将其改变成以下形式 ：

R＇（C,T）=A＇T nexp （2）

表 6 4.5% 敌百虫·毒死颗粒剂质量指标测定结果
项目 指标 1 2

贮前

热贮后

外观
敌百虫含量 /% 毒死蜱含量 /% 水分 /%
粒度范围（20~60 目）/%
PH 值范围脱落率 /% 外观
敌百虫含量 /% 毒死蜱含量 /% 水分 /%
粒度范围（20~60 目）/%
PH 值范围脱落率 /%
热贮分解率 ：敌百虫 /% 毒死蜱 /%

松散颗粒、无粉尘3.0±0.5
1.5±0.4
≤ 3.0
≥ 90 3.0~9.0
≤ 3.0
松散颗粒、无粉尘3.0±0.5
1.5±0.4
≤ 3.0
≥ 90 3.0~9.0
≤ 3.0
≤ 6.0
≤ 5.0

符合3.24
1.52
0.52
94.6
4.81
1.23
符合3.08
1.46
0.48
94.3
4.86
1.31
4.94
3.95

符合3.181.61
0.62
95.1
4.85
1.27
符合3.02
1.54
0.57
94.9
4.89
1.33
5.03
4.35

昆明农药有限公司年生产销售 5000 多吨，取得了较好的经济效益和社会环境、生态效益。

参考文献 ：
[1]张保华,赵燕春,王智.5%阿维·辛硫磷颗粒剂的研制[J].江苏 农业科学,2012,40(2):111-113.
[2]孙家隆.新编农药品种手册[M].北京:化学工业出版社,2015: 59-60.
[3]陈万义.农药生产与合成[M].北京:化学工业出版社,2000:70-
·72·

[4]刘步林.农药剂型加工技术[M].第二版.北京:化学工业出版社,1998:253-285.

收稿日期：2018-01-29
基金项目：文章为昆明市科技计划重点项目的成果之一（项目编号：昆科计09G100104）。
作者简介：李榆庆（1964- ），男，云南大理人，大专，助理工程师，研究方向：农药制剂加工。

式（2）中，R＇（C,T）表示反应平均速率，单位 ：mol/
（l·s）；C 表示氧气浓度，单位 ：% ；T 表示体系绝对温度，单位：K ；A＇表示燃烧前对温度没有影响的常数，A＇
=skC ；E 表示反应活化能，单位：J/mol ；R 表示气体常数，单位 ：J/（mol·K）；n 为常数，通常在 -0.5~1.0 中取值。
设反应时热量与反应速率为正比关系，则采用式（1）、式（2），能将反应热量表达成以下形式 ：

Q =A(T-T )nexp （3）

应活化能与 R、m、n 三项常数，即可算出对应的点火温度与原油稳定燃烧温度。
2 计算方法实验验证
根据原油燃烧机理，能否使火烧油层取得成功的关键是碳氧化合物生成模式。通常情况下，可将氧化反应分成以下两类 ：其一，低温氧化反应，其反应温度为150~350℃，其产物为氮气、加氧产物与一氧化碳；其二，

1 0 高温氧化反应，其反应温度超过 400℃。不同原油燃烧
试验结果表明，点火温度宜取 343℃。

式（3）中，Q1 表示反应热量，单位：J；T0 表示点火温度，
单位 ：K ；A 表示对温度没有影响的常数 ；T 表示体系绝对温度，单位 ：K ；E 表示反应活化能，单位 ：J/mol ；R 表示气体常数，单位 ：J/（mol·K）。

设 m-n=ξ，式（11）因此可变成以下形式 ：

（13）

在燃烧持续过程中，热量也会通过多孔介质向外散失，设热损失为 Q2，其包含被空气带走的热量与对周围其它介质加热消耗的热量。按照热传学基本理论，可将热损失表示为 ：
Q =B（T-T ）m （4）

取点火温度为 343℃，气体常数为 8.314J/（mol·K），
可得 ：

（14）

2 0 式（14）中，616.15 为点火温度换算值，单位 ：K。

式（4）中，Q2 表示热损失，单位 ：J ；B 表示热损失系
数，不受温度影响 ；T 表示体系绝对温度，单位 ：K ；T0表示点火温度，单位 ：K ；m 表示经验常数，不小于 1。 Semenov 理论指出，油藏多孔介质条件下原油燃烧
点火温度可参考以下依据给出定义 ：
ΔQ=Q1-Q2
其中，ΔQ 表示燃烧热量累积，单位 ：J ；Q1 表示反应热量，单位 ：J ；Q2 表示热损失，单位 ：J。
根据这一定义，可将其对应的各项条件表达成以下形式 ：
Q1=Q2 （5）
（6）
式（5）、（6）中，Q1 表示反应热量，单位 ：J ；Q2 表示热损失，单位 ：J ；T 表示体系绝对温度，单位 ：K。
由式（3）~（6）可得 ：
（7） （8） 至此，通过对式（3）~（8）的联立，即可得出如下方程：
（9） 式（9）有且只有一个解 ：
（10） 据此可得 ：
（11） （12） 因此，在实际工作中，仅需采用实验的方法确定反

点火温度与反应活化能、原油稳定燃烧温度与反应活化能均呈正比关系，即反应活化能的升高，点火温度及原油稳定燃烧温度均呈线性增加，并且在反应活化能相同的条件下，原油稳定燃烧温度始终大于点火温度。三者保持这一关系的原因为随着反应活化能持续增大， 普通分子向活化分析的变化需要更多能量，所以点火温度升高，同时使原有稳定燃烧温度也明显增加。
然而，需要注意的是，上述计算方法需要在明确活化能的条件下才能使用，进而对点火温度及原油稳定燃烧温度两项参数进行预测，然后通过与实测结果之间的对比，确定点火及燃烧实际状况。
3 结语
1）根据现有原油活化能研究成果，通过理论分析， 提出可对火烧油层中原油点火温度及稳定燃烧温度进行预测的计算方法。根据计算方法可得，油藏多孔介质条件下原油燃烧点火温度及稳定燃烧温度都只和原油自身性质有关，其它因素都不会造成太大影响。
2）根据相关试验成果，将经验参数 ξ 的值取 3.65， 得出用式（15）、（16）能在掌握活化能的条件下，对点火温度及原油稳定燃烧温度进行预测的结论。其中，点火温度计算方法，即式（15），适用于工艺设计 ；原油稳定燃烧温度计算方法，即式（16），能帮助相关人员了解地下不同类型原油的实际燃烧情况。

参考文献 ：
[1]刘宏升,吴丹,孔庚,等.基于多孔介质燃烧的火烧油层模拟实验[J].上海交通大学学报,2016,50(08):1294-1299.
[2]何龙,李忠权,李洪奎,等.火烧油层注气流量对火驱前缘影响的室内研究[J].长江大学学报(自科版),2015,12(02):68-71+7.

收稿日期：2018-01-24
作者简介：吴一尘，中国石油辽河油田分公司高升采油厂地质研究所。

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