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毕业生（部分）

李运运

日期：2024-12-30 | 访问量：



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毕业时间：2024年6月（博士）

毕业去向：中国石油大学（华东）

导师：史权 教授

学科专业：化学工程与技术

研究方向：石油与天然气化学

 

学位论文题目

稠油分子组成表征及其在火驱过程中分子转化

Molecular composition of heavy oil and their transformation during in-situ combustion

 

论文摘要

火驱（in-situ combustion,ISC）是一种通过地下原位燃烧对储层原油进行降黏改质的采油技术。ISC过程存在复杂的化学反应，从分子层次认识稠油的化学组成及其在ISC过程中的转化规律是实现ISC过程控制与优化的基础。本论文以新疆红浅油田稠油油藏为研究对象，详细分析原油分子组成，揭示了稠油在低温氧化和高温裂解过程的分子转化规律，为判断工业生产过程中地层燃烧和原油改质状况提供理论指导。主要内容如下：使用多种化学衍生化手段结合气相色谱质谱联用技术和傅里叶变换离子回旋共振质谱技术，对新疆稠油进行了详细的分子组成表征。结果表明，新疆稠油的性质和分子组成十分特殊，沥青质和硫、氮杂原子含量极低，而酸值很高。新疆稠油中环烷烃和环烷酸含量远高于其他地区的稠油，这些化合物具有相对较低的环烷环数和较长的烷基侧链，使新疆稠油具有特殊的黏温性质。

使用黄金管封闭体系模拟地层条件下的原油裂解反应，研究了新疆稠油的高温裂解性能。相比于普通稠油，新疆稠油在450(C附近发生强烈裂解后生成轻烃，其收率是普通稠油的两倍以上，非常有利于稠油的降黏；同时，新疆稠油的焦炭产率较低。新疆稠油的化学组成特点和高温裂解反应性能决定其适合采用火驱技术开发。

在开放体系中研究新疆稠油的低温氧化反应，通过高分辨质谱分析，在分子水平上揭示了“氧化焦”的化学组成，发现“氧化焦”实质上不属于焦炭，而是由小分子极性氧化物组成，分子量主要分布在200至500之间，大部分分子中含有3-10个氧原子。烃类的氧化和偶联形成了不溶于油相的“氧化焦”，表现出类似焦炭的宏观性质。

通过对油田采出液的化学组成分析发现，ISC过程形成丰富的小分子氧化产物，这些化合物作为良好的界面活性组分，一定程度上会增强油水乳化作用。此外，水溶性较好的小分子氧化产物会显著提高采出废水的总有机碳含量。有机酸和含硫化合物是废水中主要的有机污染物。以上分子组成认识为ISC废水处理的工艺开发和过程优化提供理论指导。

关键词：新疆稠油；ISC；FT-ICR MS；Orbitrap MS；裂解；低温氧化

 

创新点

（1）分子水平上揭示了新疆稠油的化学组成及其在高温度封闭体系中的裂解反应规律，发现新疆稠油具有独特的分子组成特征，对高温改质作用敏感，适合应用火驱技术进行开采。（见第3章）

（2）揭示了火驱工艺过程中稠油低温氧化阶段形成的“氧化焦”的分子组成，发现“氧化焦”与“裂解焦”的化学组成具有本质区别，“氧化焦”由极性含氧化合物组成，由烃类经历过氧化和偶联反应形成。（见第4章）

（3）揭示了油田采出液的化学组成，发现大量稠油氧化产物溶解于火驱开采废水中，多元酸和含硫化合物是其主要成分，分子组成认识为火驱开采油田废水处理的工艺设计与过程优化提供了理论指导。（见第5章）

 

李运运参与科研项目十余项，为实验室科研工作做出了重大贡献，帮助室内外多位研究生完成学位论文。

 

发表学术论文

  1. [1]张思宇; 岳正波; 佘智祥; 潘鑫; 邵锐; 史权; 何晨; 李运运; 王进. 某酸性矿山排水中溶解性有机物的特征分析. 中国环境科学 2020, 40 (8), 3401–3407
    https://doi.org/10.19674/j.cnki.issn1000-6923.2020.0380

  2. [2]李硕凡; 吴建勋; 李运运; 李玉果; 张亚和; 史权. 石油饱和烃分子组成分析方法综述. 分析试验室 2021, 40 (12), 1472–1479
    https://doi.org/10.13595/j.cnki.issn1000-0720.2021.020902

  3. [3]李运运; 何晨; 吴建勋; 张亚和; 梁咏梅; 史权; 张传伦. 甘油四醚类化合物的高分辨质谱表征. 质谱学报 2021, 42 (6), 1127–1138.

  4. [4]肖仕聪; 陈佳欣; 沈渊; 陈奇; 王煜; 李运运; 何晨; 蔡阮鸿; 史权; 焦念志; 郑强. 缺氧/低氧环境下微生物介导转化的有机质分子特征. 中国科学:地球科学 2023, 53 (4), 879–896.

  5. [5]陈俊阳; 胡智中; 何诗萍; 杨万预; 汪洋; 李运运; 张亚和; 史权. 高温费托合成油加工工艺中大分子含氧化合物的鉴定. 分析测试学报 2026, 1–10.

  6. [6]努尔古丽·拉提莆; 何晨; 李玉果; 李娜; 李运运; 胡浩杰; 孙煊; 史权. 稠油SAGD采出液中溶解性有机质分子组成特征. 化工环保 2026, 46 (2), 258–266.

  7. [7]Wang, J.; Zhang, S.; He, C.; She, Z.; Pan, X.; Li, Y.; Shao, R.; Shi, Q.; Yue, Z. Source identification and component characterization of dissolved organic matter in an acid mine drainage reservoir. Science of the Total Environment 2020, 739
    https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.139732

  8. [8]Chen, Q.; Chen, F.; Gonsior, M.; Li, Y.; Wang, Y.; He, C.; Cai, R.; Xu, J.; Wang, Y.; Xu, D.; Sun, J.; Zhang, T.; Shi, Q.; Jiao, N.; Zheng, Q. Correspondence between DOM molecules and microbial community in a subtropical coastal estuary on a spatiotemporal scale. Environment International 2021, 154
    https://doi.org/10.1016/j.envint.2021.106558

  9. [9]Pang, Y.; Wang, K.; Sun, Y.; Zhou, Y.; Yang, S.; Li, Y.; He, C.; Shi, Q.; He, D. Linking the unique molecular complexity of dissolved organic matter to flood period in the Yangtze River mainstream. Science of the Total Environment 2021, 764
    https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.142803

  10. [10]Wang, J.; Yue, Z.; She, Z.; He, C.; Pan, X.; Li, Y.; Zhang, S.; Shi, Q. The stratified distribution of dissolved organic matter in an AMD lake revealed by multi-sample evaluation procedure. Environmental Science and Technology 2021, 55 (12), 8401–8409
    https://doi.org/10.1021/acs.est.0c05319

  11. [11]Wang, K.; Pang, Y.; Li, Y.; He, C.; Shi, Q.; Wang, Y.; He, D. Characterizing Dissolved Organic Matter across a Riparian Soil-Water Interface: Preliminary Insights from a Molecular Level Perspective. ACS Earth and Space Chemistry 2021, 5 (5), 1102–1113
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  12. [12]Zheng, Q.; Lin, W.; Wang, Y.; Li, Y.; He, C.; Shen, Y.; Guo, W.; Shi, Q.; Jiao, N. Highly enriched N-containing organic molecules of Synechococcus lysates and their rapid transformation by heterotrophic bacteria. Limnology and Oceanography 2021, 66 (2), 335–348
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  13. [13]Chen, Q.; Lønborg, C.; Chen, F.; Gonsior, M.; Li, Y.; Cai, R.; He, C.; Chen, J.; Wang, Y.; Shi, Q.; Jiao, N.; Zheng, Q. Increased microbial and substrate complexity result in higher molecular diversity of the dissolved organic matter pool. Limnology and Oceanography 2022, 67 (11), 2360–2373
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  14. [14]Li, Y.; Liao, G.; Wang, Z.; Su, R.; Ma, S.; Zhang, H.; Wang, L.; Wang, X.; Pan, J.; Shi, Q. Molecular composition of low-temperature oxidation products in a simulated crude oil In-situ combustion. Fuel 2022, 316
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  15. [15]She, Z.; Wang, J.; He, C.; Pan, X.; Shi, Q.; Shao, R.; Li, Y.; Yue, Z. New Insights into Microbial Interactions with Dissolved Organic Matter in Acid Mine Drainage with the Integration of Microbial Community and Chemical Composition Analysis. ACS Environmental Science and Technology Water 2022, 2 (2), 278–287
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  17. [17]Ma, S.; Li, Y.; Su, R.; Wu, J.; Xie, L.; Tang, J.; Wang, X.; Pan, J.; Wang, Y.; Shi, Q.; Liao, G.; Xu, C. Ketones in Low-Temperature Oxidation Products of Crude Oil. Processes 2023, 11 (6)
    https://doi.org/10.3390/pr11061664

  18. [18]Ma, S.; Li, Y. Y.; Su, R. G.; Wang, X. S.; Pan, J. J.; Shi, Q.; Liao, G. Z.; Xu, C. M. Molecular composition of low-temperature oxidation products of the heavy oil. Petroleum Science 2023, 20 (5), 3264–3271
    https://doi.org/10.1016/j.petsci.2023.09.008

  19. [19]Su, R.; Li, Y.; Ma, S.; Xiang, H.; Wang, Z.; Hu, Z.; Zhao, Q.; Chen, L.; Pan, J.; Xu, C.; Liao, G.; Shi, Q. Evolution of Hydrocarbons and Carboxylic Acids in Heavy Oil during In Situ Combustion in Xinjiang Oilfield. Energy and Fuels 2023, 37 (18), 13751–13758
    https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.3c02475

  20. [20]Chen, Q.; Lønborg, C.; Chen, F.; Zhang, R.; Cai, R.; Li, Y.; He, C.; Shi, Q.; Jiao, N.; Zheng, Q. Bottom-up and top-down controls on Alteromonas macleodii lead to different dissolved organic matter compositions. ISME Communications 2024, 4 (1)
    https://doi.org/10.1093/ismeco/ycae010

  21. [21]Li, S.; Wu, J.; Chen, J.; Li, Y.; Hu, M.; Huang, S.; Ren, X.; Zhang, W.; Zhang, Y.; Xu, C.; Shi, Q. Semiquantitative Molecular Characterization of Crude Oil. Energy and Fuels 2024, 38 (5), 3769–3783
    https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.3c05086