近期，西安石油大学在稠油热采中原位改质技术方面研究取得新进展，探索了外源催化剂和储层原位矿物对稠油水热裂解的协同催化作用，使室内研究更能真实反应稠油原位改质的环境，相关成果以标题为“Study on synergistic catalysis of ex-situ catalyst and in-situ clay in aquathermolysis of water-hea vy oil-ethanol at low temperature”发表在《Chemical Engineering Journal》（IF=16.744）。该论文第一作者为化学化工学院2019级硕士研究生马丽娃，陈刚教授为通讯作者，西安石油大学为第一通讯单位。
目前关于稠油原位水热裂解提高采收率的研究几乎全部局限于外源催化剂对反应的催化作用，而忽略了外源催化剂进入油藏后可能与原位无机矿物相互作用后协同催化稠油的水热裂解反应。该团队针对此问题开展了一系列研究工作。
前期，该团队对甲醇作为油酸铁催化水热裂解的氢供体对稠油催化水热裂解的影响进行研究，表明甲醇为反应提供大量活性氢，促进稠油中长链烷烃的断裂，使轻组分含量增加，改善稠油的流动性（Processes, 2022, 10, 1956.https://doi.org/10.3390/pr10101956.IF=3.352）。合成了一系列粘土负载的过渡金属配合物用于稠油的催化水热裂解，粘土负载的铁配合物催化效果最佳，可使稠油的降粘率达到84.5%，有助于稠油中大分子化合物含量的降低（Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 2022, 97: 1128-1137.https://doi.org/10.1002/jctb.6997.IF=3.709）。制备了粘土负载的联二吡啶过渡金属配合物催化稠油的水热裂解反应，其中具有无污染特性的锌配合物可催化降粘73.5%，引入乙醇作为供氢剂后降粘率可以提升至84.6%（Catalysts, 2022, 12, 1383. https://www.mdpi.com/2073-4344/12/11/1383.IF=4.501）。对储层矿物和醇作为供氢剂对稠油水热裂解的影响进行了研究，证明了粘土、碳酸钙、石英、硫铁矿等多种矿物的存在可以提高降粘效率，其中粘土的催化作用最强，醇的加入可以进一步提高降粘率。采用模型化合物研究了稠油组分的变化，提出了反应机理（Fuel, 2022, 307, 121871.https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.121871.IF=8.035）。
在本论文中，该团队使用水杨酸作为配体制备的金属配合物作为外源催化剂，粘土作为原位催化剂的代表，模拟了外源和原位催化剂形成的复合物，考察了它们在水热裂解中的协同催化降粘性能。粘土-水杨酸合铜复合物的催化剂效果最佳，并体现出外源和原位催化剂的协同催化效应。0.2 wt%催化剂和30 wt%乙醇供氢剂在180℃反应4h，降粘率达到91.5%，温度比传统反应温度低70℃左右。
对反应后稠油的组分研究表明，稠油中的大分子化合物在反应后裂解为低沸点的小分子，胶质和沥青质含量减少，饱和烃和芳香烃含量增加。利用苯酚、噻吩、喹啉、苯并噻吩等模型化合物研究了稠油中分子可能发生的反应，证实了反应过程中稠油大分子中的C-C、C-N和C-S键的断裂，提出了粘土-水杨酸合铜复合物催化反应的机理。
此研究得到国家自然科学基金项目“内外源超分子协同催化稠油原位改质新策略（51974252）”的资助。（通讯员：西安石油大学 蒋胜）
