用來促進油藏的生產層的放出氣體降低油粘度的組合物的製作方法
2024-02-23 23:03:15
專利名稱：用來促進油藏的生產層的放出氣體降低油粘度的組合物的製作方法
技術領域：
本發明涉及一种放出氣體降低油粘度的組合物(GEOVDC)的化學體系，此體系用於促進油藏的生產層，即涉及用於油藏的熱化學處理的化學組合物，更尤其用於引發油藏的生產層的化學反應從而產生熱並放出氣體，以便改進油(石油)的提取。本發明更進一步地涉及一種通過所述化學體系對油藏進行熱化學處理的方法並且涉及用於對油藏進行熱化學處理的設備。
背景技術：
從油藏中提取石油通常起始於利用油藏中的地下壓力的採收方法，所述地下壓力將推動所述石油到達地表。隨著油井的使用，所述壓力減小，逐漸必須使用其它的抽取方法比如使用泵或注入水、天然氣或其它氣體到油井中以將石油帶到地表。所述採收方法已不再有效之後，所述油藏通常還包含相當大量的被封閉在巖石或砂石結構的小空腔或孔中的石油。
為了也採收所述剩餘石油，使用三次採油方法，主要的目的是減少石油的粘度。一種普遍的方法是將熱蒸汽注入到油井中以加熱石油並由此減少石油的粘度。但是，這種方法僅僅在深度最多大約Ikm內是有效的，否則熱蒸汽將會在到達生產層之前就冷卻。此外， 對於該方法，必須用多達3-5個月注入熱蒸汽以加熱所述生產層。或者，將表面活性劑或溶劑注入油井中以浸出石油。但是這些方法有如下的缺點，所述化學品將提取出的石油汙染因此不得不付出額外的努力和成本來採收石油。
另一種三次採油方法具有以下特徵化學反應在油藏的生產層中被引發以產生熱氣體，該熱氣體加熱所述生產層中的石油，以減小石油的粘度並且通過增加油井的壓力支持油的採收。
在俄羅斯專利申請RU 2 100 583 Cl, RU 2 126 084 Cl 和 RU 2 153 065 Cl 中披露了能夠在引發化學反應後產生熱氣體的燃料和氧化組合物(FOC)。意圖將所述組合物引入到油藏的油井中以進行所述生產層的熱化學處理。所述化學組合物是包含最高60質量％或更多的大量的硝酸銨NH4NO3的水溶液。所述FOC的其餘組分是，例如丙三醇、硝酸、 尿素、高錳酸鉀、乙酸、異丙基偏碳硼烷和乙醯水楊酸鹽。當將FOC注入到油井中後通過引發引信爆炸而點燃F0C。分解Ikg FOC能放出大約500-1000千卡熱量。
所述FOC包含過量的氧並因此具有顯著的氧化性，因此與石油的混合物一起能產生爆炸組合物。此外，假如水含量低於約16-18質量％的臨界值，包含大量硝酸銨的水溶液是爆炸性的。因此，考慮到安全處理所述組合物，水的含量通常高於沈-觀質量％。但是， 隨著水含量的增加，具有高的熱輸出量的穩定反應會變得愈來愈難以實現。
在RU 2 194 156 Cl中FOC主要包含硝酸與鏈烷醇胺、烷基胺或烷基多胺的反應產物和最多至2. 0-35. 0質量％的無機硝酸鹽比如硝酸銨、硝酸鉀、硝酸鈉或硝酸鈣。使用所述組合物能實現一種更加安全的處理，因為硝酸銨的量能夠被大幅減少。但是，藉助通常的引信爆炸點燃FOC的方法，由於安全的原因，最多只能點燃1-2噸。當1-2噸的FOC進料分解後，需重複FOC輸送和引發引信的整個操作過程，致使深度為l_2km的油井中每天至多反應約10噸F0C。如果油井的深度為約3-4km，每天採用所述方法反應的FOC的量減少到約5噸。所以，加熱所述生產層的程度有限，因此所述方法的功效有限。
發明內容
因此，本發明的目的就是提供改進的材料和一種改進的方法以克服現有技術的限制，所述方法大幅度地增加油井的生產層中產生的熱量從而可對油藏進行有利的開採。本發明的另一個的目的是提供一種進行油藏的熱化學處理的設備。
上述目的通過提供一種通過在油藏的生產層引發化學反應而熱處理所述油藏的化學體系而實現，其中所述化學體系包含至少以下兩種組合物 一種釋放熱氣組合物(TGEC)，所述組合物為水溶液或水懸浮液， 包含至少一種選自下列的化合物硝酸胼、1，1-二 C2_6烷基硝酸胼和1，2_二(2_6 烷基硝酸胼，例如1，1-二甲基硝酸胼或1，2-二甲基硝酸胼、硝酸胍、甲醯胺硝酸加合物、 乙醯胺硝酸加合物、乙腈硝酸加合物、脲硝酸加合物、硝酸銨、硝酸鉀、硝酸鈉、硝酸鈣，硝酸單、二和三CV5烷基胺，硝酸單、二和三CV5烷醇胺，單硝酸c2_6亞烷基二胺和二硝酸c2_6亞烷基二胺，和多硝酸多Ci_5亞烷基多胺；和 反應引發劑穩定劑(RIS)，所述穩定劑為液體並且包含至少一種選自下列的化合物 -金屬硼氫化物MBH4,其中M為Li、Na或K； -氨基硼烷(R1R2R3)N · BH3,其中和R3獨立地為氫或C1,烷基，或者其中R1是最多具有10個碳原子的芳基或吡啶且 R2 和 R3 是氫; - 二烷基鋁酸鹽MAlH2R1R2,其中M是Li、Na或K，R1和R2獨立地為C^ci烷基； -氨基鋁烷(R1R2R3)N· AlH3,其中R1、R2和R3獨立地為氫或C1,烷基；和 -鋁或含鎂的鋁合金。
在本發明中兩種不同的組合物用於在油藏尤其在油井的生產層中引發化學反應。 所述兩種組合物被獨立地引入到油井中以致其能夠在該處互相接觸，在該處發生化學反應。這個或這些反應主要是放熱反應，產生大量的熱和氣體增加石油的溫度，從而使所述石油的粘度降低並且石油的提取得以改善。作為反應的另一個結果，所述生產層的壓力增加而使得石油的採收得到支持。此外，增加的壓力能夠使地層中產生破裂以致石油的採收進一步得到支持。
第一組合物被叫做「釋放熱氣組合物(TGEC) 」，主要包含在引發化學反應後產生熱氣體的化合物。第二組合物被叫做「反應引發劑穩定劑(RIQ 」，用於引發和維持產生熱與氣體的一個或多個化學反應。所述TGEC和RIS都是液體，能夠藉助於泵而被引入到油藏中。如果使用的化合物本身不是液體，則所述化合物以在適合的溶劑中的溶液或懸浮液的形式使用。如果所述TGEC和RIS是懸浮液，它們的粘度為使得它們是可用泵送的並可以最多4-8升/秒的速率被泵送到油井中。
能用作TGEC的化合物的具體例子是硝酸單、二和三乙醇胺，硝酸單、二和三乙胺，
多硝酸多亞乙基多胺，一硝酸乙二胺，二硝酸乙二胺，單和二硝酸亞烷基二胺。
對於TGEC，優選為水溶液或水懸浮液的形式，該水溶液或水懸浮液包含至少一種選自下列的化合物硝酸胼，1，1- 二 C2-6烷基硝酸胼和1，2- 二 C2_6烷基硝酸胼，例如1，1- 二甲基硝酸胼或1，2_ 二甲基硝酸胼，硝酸胍，甲醯胺硝酸加合物，乙醯胺硝酸加合物，脲硝酸加合物和乙腈硝酸加合物。
所述TGEC優選是硝酸和各氨基化合物反應得到的反應產物，比如硝酸與胼反應獲得硝酸胼。藉助於硝酸與這些氨基化合物的反應能夠得到各硝酸鹽化合物或硝酸加合物。
假如所述TGEC包含選自硝酸銨、硝酸鉀、硝酸鈉或硝酸鈣中的一個或多個，則這些硝酸鹽包含在所述TGEC中的量不超過50質量％，優選不超過30質量％。
所述TGEC的pH值優選為約3到14並取決於所述RIS和TGEC的組成。更進一步優選的是所述TGEC和RIS的混合物的pH值< 7。
對於上述提及的氨基硼烷、二烷基鋁酸鹽和氨基鋁烷，優選的是烷基部分R1、R2和 R3是甲基或乙基。
假如鋁或含鎂的鋁合金用於RIS，該鋁或鋁合金可以優選具有約1 μ m或更小的顆粒尺寸的精細分散的引火材料和/或以具有約0. 1到5mm、更優選l_2mm的顆粒尺寸的顆粒的形式使用。
假如油井中的溫度已達到約250-300°C，則可將所述顆粒狀鋁或含鎂鋁合金在有機溶劑中的懸浮液引入到油井中。
將鋁通過放熱反應氧化成氧化鋁，其中5kg鋁能產生約50000千卡熱能。例如，為了將Ikg的生產層地層的溫度提高100°C，應提供約20千卡熱能，其中將Ikg石油的溫度提高100°C需要約50千卡熱能。
鋁的氧化形成氧化鋁顆粒，該顆粒沉積在生產層中形成的裂縫中以保持裂縫敞開使得進一步改進油的提取。
為了製備所述RIS的溶液或懸浮液，任何合適的溶劑都可以使用。根據用作RIS 的材料，合適的溶劑可以是水或一種選自下列的有機溶劑汽油、揮髮油、石油溶劑、煤油和石腦油。假如，例如金屬硼氫化物或氨基硼烷用於RIS，則pH值>7的水可作為溶劑。為了達到這樣的PH值，可加入氨或鹼金屬氫氧化物。假如所用材料同水反應，可使用一種或多種上述的有機溶劑。
在所述油井熱化學處理開始時，RIS的通常用量相對於注入到油井中TGEC的質量為約5-7質量％。在引發化學反應後，使用的RIS為所述TGEC的質量的約1質量％是足夠的。藉助本發明的化學體系，每天在油藏的生產層中可以最多反應數百噸的材料，是迄今為止所知道的體系和方法每天可反應的材料的量的約50-100倍。這可藉助於將所述TGEC連續泵送到所述油井中並且將所述RIS獨立地泵送到油井中而實現，其中可將所述RIS連續或間歇地泵入。假使反應位置的溫度為或超過約200-300°C的溫度範圍，所述RIS的引入可中斷，因為在這樣的溫度下，所述TGEC將穩定地反應而不額外燃燒。低於約180-200°C時， 應繼續引入RIS。
和現有技術中使用的FOC相比，本發明所述TGEC不包含過量的氧，因而沒有氧化性，因此不與石油的混合物產生爆炸性組合物。分解Ikg TGEC能導致放出大約1000-3200
千卡熱量。
藉助本發明的化學體系，單位時間內可產生更多的熱量並因此提高石油採收工藝的效率，因為是第一次可通過將反應原料連續泵入到油井中從而保持穩定的和持續的反應。直到現在，一般的看法是不可能引發和保持在油井中如此大量反應原料的穩定和連續的反應。藉助本發明的GE0VDC，還可從藉助目前已知的方法不能有效地採收的主要包含高粘度石油的油藏中採收石油。
在本發明的一個優選實施方案中，所述RIS或TGEC可另外包含一種或多種下列金屬的可溶性金屬鹽Mn、Fe、Cr、C0、Ni或V。這些金屬可催化石油的氧化從而產生額外的熱量。這些金屬鹽包含在所述RIS中的量相對於RIS總質量不超過10質量％。
特別優選的金屬鹽是Fe (NO3) 3、Mn (NO3) 2 · 6H20、Mn (SO4) · 6H20、KMnO4、K2MnO4、 K2CrO4、Na2CrO4、K2Cr2O7、Na2Cr2O7、Co (NO3) 3、NH4VO3、NaVO3 和 KVO3。
以下綜述了包含所述TGEC和RIS的GEOVDC中所含組分的優選比例，其中所述比例以相對於包含在TGEC和RIS中的試劑的總質量的質量百分比計，但不包含用來製備各溶液或懸浮液的溶劑。
表
權利要求
1.一種通過在油藏的生產層引發化學反應而熱處理所述油藏的化學體系，其中所述化學體系包含至少以下兩種組合物一種釋放熱氣組合物(TGEC)，所述組合物為水溶液或水懸浮液，包含至少一種選自下列的化合物硝酸胼，1，1-二 C2_6烷基硝酸胼和1，2_ 二 C2_6烷基硝酸胼、例如1，1_ 二甲基硝酸胼或1，2- 二甲基硝酸胼，硝酸胍、甲醯胺硝酸加合物、乙醯胺硝酸加合物、乙腈硝酸加合物、脲硝酸加合物、硝酸銨、硝酸鉀、硝酸鈉、硝酸鈣，硝酸單、二和三CV5烷基胺，硝酸單、 二和三Cp5烷醇胺，單硝酸和二硝酸C2_6亞烷基二胺和多硝酸多Cp5亞烷基多胺；和反應引發劑穩定劑(RIS)，其為溶液或懸浮液並且包含至少一種選自下列的化合物-金屬硼氫化物MBH4，其中M為Li、Na或K ；-氨基硼烷(R1R2R3)N · BH3，其中R1、R2和R3獨立地為氫或C1,烷基，或者其中的R1是最多具有10個碳原子的芳基或吡啶且R2和R3是氫；-二烷基鋁酸鹽MAlH2R1R2,其中M是Li、Na或K，R1和R2獨立地為C1,烷基；-氨基鋁烷(R1R2R3)N · AlH3，其中R1、R2和R3獨立地為氫或C1^10烷基；和-鋁或含鎂的鋁合金。
2.根據權利要求1所述的化學體系，其中所述TGEC是水溶液或水懸浮液且包含至少一種選自下列的化合物硝酸胼，1，1-二 C2_6烷基硝酸胼和1，2_ 二 C2_6烷基硝酸胼、例如1， 1- 二甲基硝酸胼或1，2- 二甲基硝酸胼，硝酸胍，甲醯胺硝酸加合物，乙醯胺硝酸加合物，脲硝酸加合物和乙腈硝酸加合物。
3.根據權利要求1或2所述的化學體系，其中所述TGEC是硝酸與各氨基化合物反應的反應產物。
4.根據權利要求1至3任一項所述的化學體系，其中所述TGEC的pH為約3至14。
5.根據權利要求1至4任一項所述的化學體系，其中所述RIS是在合適的溶劑中的溶液或懸浮液。
6.根據權利要求5所述的化學體系，其中用於所述RIS的溶劑是水或一種選自下列的有機溶劑汽油、揮髮油、石油溶劑、煤油和石腦油。
7.根據權利要求1-6任一項所述的化學體系，其中所述的鋁或含鎂的鋁合金是細分散的、自燃性的或顆粒狀的。
8.根據權利要求1-7任一項所述的化學體系，其中所述TGEC或RIS還包含一種或多種下列金屬的可溶性鹽Mn、Fe、Cr、Co、Ni或V。
9.一種通過使用根據權利要求1-8任一項所述的化學體系在油藏的生產層引發化學反應從而對所述油藏進行熱處理的方法，其中將所述釋放熱氣組合物(TGEC)和所述反應引發劑穩定劑(RIQ分別引入所述油藏中並且在所述油藏的生產層中接觸從而引發產生熱量和氣體的化學反應。
10.根據權利要求9所述的方法，其中將所述TGEC連續引入所述油藏中並且同時將所述RIS連續或間歇地引入所述油藏中。
11.根據權利要求9或10所述的方法，其中以每秒約4-8升的速率將所述TGEC和RIS 泵送到所述油藏中。
12.根據權利要求9-11任一項所述的方法，包括如下步驟a)將作為RIS的鋁或鋁/鎂合金的顆粒引入到所述油藏的油井中並將所述顆粒保持在位於所述油井中的反應腔內；b)將所述TGEC引入到油井中以便其接觸保持在反應腔內的所述顆粒從而引發並保持產生熱量和氣體的熱化學反應；c)將產生的熱氣體傳遞到所述油藏的生產層中；d)通過使所述顆粒進入生產層中來將所述的熱化學反應轉移到所述油藏的生產層中；和e)使所述生產層中的顆粒和引入到油井中的所述TGEC接觸。
13.根據權利要求12所述的方法，其中所述的反應腔位於所述油藏的生產層內或與其相毗鄰。
14.根據權利要求12或13所述的方法，其中將脲硝酸加合物用作TGEC。
15.根據權利要求12-14任一項所述的方法，其中所述反應腔內的pH值為約3-4並且其中將所述熱化學反應產生的氫氣氧化為H20。
16.根據權利要求12-15任一項所述的方法，其中將所述熱化學反應並且因此將所述顆粒轉移到所述生產層中存在的裂縫中。
17.根據權利要求12-16任一項所述的方法，其中在將生產層加熱到最高約300°C後， 將所述熱化學反應轉移到所述生產層中。
18.根據權利要求12-17任一項所述的方法，其中在生產層中的所述顆粒還與至少一種強氧化劑如重鉻酸鉀K2Cr2O7相接觸。
19.根據權利要求12-18任一項所述的方法，其中使所述油藏中的石油進行氫化裂解過程。
20.根據權利要求9-19任一項所述的方法，其中將所述TGEC和RIS以被間隔流體層分離開的流體層的形式引入。
21.根據權利要求9-11任一項所述的方法，包括如下步驟a)將作為RIS的鋁或鋁/鎂合金的顆粒引入到所述油藏的油井中並保持所述顆粒在位於油井中的第一反應腔內；b)將第一TGEC引入到所述油井內以便其接觸保持在所述第一反應腔內的所述顆粒從而引發並保持產生熱能並加熱所述第一反應腔的腔壁的熱化學反應；c)將第二TGEC引入到所述油井中以便其接觸所述第一反應腔的經加熱的腔壁並被點燃；d)將點燃的TGEC傳遞到第二反應腔中，在其中TGEC反應產生熱量和氣體；和e)將產生的熱氣體傳遞到所述油藏的生產層中；
22.一種對油藏進行熱化學處理的裝置，所述熱化學處理通過將權利要求1-8任一項所述的釋放熱氣組合物(TGEC)和反應引發劑穩定劑(RIS)分別引入到所述油藏的油井中並且使所述TGEC和RIS在所述油井的生產層中接觸從而引發和保持產生熱量和氣體的化學反應而進行，其中所述裝置包括一個插入油井的抽油管中的外部管道，從而形成一個在所述外部管道外側和抽油管內側之間的外部環形空間，其中所述外部管道的下端位於油井的生產層內或其上方； 一個位於外部管道的下端的上方並封閉外部環形空間的封隔器； 一個插入所述外部管道中的內部管道，從而形成一個在所述內部管道外側和所述外部管道內側之間的內部環形空間，其中所述內部管道使得可將TGEC或RIS之一供給到所述生產層，並且所述內部環形空間使得可將TGEC或RIS中的另一個供給到所述生產層中，其中所述內部管道的下端位於所述生產層內或其上方；其中所述外部管道的下端和所述內部管道的下端中的至少一個位於所述油井的生產層內；和一個將所述TGEC和RIS在所述油井的生產層中相互接觸的混合設備。
23.根據權利要求22所述的裝置，其中所述的混合設備的形式為所述外部管道的封閉的下端位於所述內部管道的下端的上方但在所述封隔器的下方；所述的內部管道內的多個開口使得在所述內部環形空間和所述內部管道之間進行流體交換，其中所述開口位於所述內部管道的遠端部分但在所述外部管道的下端的上方。
24.根據權利要求23所述的裝置，其中所述的開口是狹縫噴射噴嘴，該噴嘴是斜向延伸穿過所述內部管道的管狀連接通道並包括狹縫。
25.根據權利要求M所述的裝置，其中所述狹縫形成於管狀連接通道的下半部分。
26.根據權利要求23-25任一項所述的裝置，其中在所述內部管道的開口的下方，一個燒杯被插入所述內部管道中，所述燒杯包括底部開口，使得混合流體能通過所述內部管道， 但隨著RIS供給的顆粒狀材料不能通過。
27.根據權利要求沈所述的裝置，其中所述的燒杯由鋁或鋁/鎂合金製成。
28.根據權利要求22-27任一項所述的裝置，其中在所述內部管道的開口的下方，在內部管道中布置至少一個渦輪混合設備，所述渦輪混合設備包含由至少一個滑動軸承支撐並帶有渦輪葉片和混合葉片的軸，其中所述滑動軸承包含使得流經所述內部管道的流體通過的開口，並且其中所述渦輪葉片從流動的流體傳遞能量到軸使軸和所連接的混合葉片旋轉。
29.根據權利要求22所述的裝置，其中所述的混合設備的形式為所述內部管道的下端位於所述外部管道的下端的上方；和至少一個渦輪混合設備安裝在所述外部管道內、位於所述內部管道下端的下方，所述的渦輪混合設備包含由至少一個滑動軸承支撐並帶有渦輪葉片和混合葉片的軸，其中所述滑動軸承包含使得流經所述內部管道的流體通過的開口，並且其中所述渦輪葉片從流動的流體傳遞能量到軸使軸和所連接的混合葉片旋轉。
30.根據權利要求27或觀所述的裝置，其中相鄰的渦輪混合設備的旋轉方向相反。
31.根據權利要求22所述的裝置，其中所述混合設備的形式為所述內部管道的下端位於所述外部管道的下端的上方；和一個燒杯插入到所述內部管道的下端，所述燒杯包括底部開口使得穿過所述內部管道供給的流體可通過但隨RIS供給的顆粒狀材料不可通過。
32.根據權利要求31所述的裝置，其中所述燒杯由鋁或鋁/鎂合金製成。
33.一種對油藏進行熱化學處理的裝置，所述熱化學處理通過將權利要求1-9任一項所述的釋放熱氣組合物(TGEC)和反應引發劑穩定劑(RIS)分別引入到所述油藏的油井中並且使所述TGEC和RIS在所述油井的生產層中接觸從而引發和保持產生熱量和氣體的化學反應而進行，其中所述裝置包括一個插入到油井的抽油管中的管道，從而在該管道外側和抽油管內側之間形成一個環形空間，其中該管道的下端位於所述油井的生產層內或其上方； 一個位於所述管道的下端並封閉所述環形空間的封隔器，一個插入所述管道的下端的燒杯，所述燒杯包括底部開口以使得所述TGEC和RIS可通過管道而隨所述RIS供給的顆粒狀材料不可通過。
34.根據權利要求33所述的裝置，其中所述燒杯由鋁或鋁/鎂合金製成。
35.根據權利要求22-34任一項所述的裝置，其中所述封隔器包括感應元件用來測量封隔器的溫度和封隔器下方的壓力。
36.根據權利要求22-35任一項所述的裝置，其中所述的混合設備還包括至少一個供所述TGEC和RIS在其中反應的反應腔。
全文摘要
本發明涉及一種用於促進油藏的生產層的放出氣體降低油粘度的組合物(GEOVDC)的化學體系，即涉及用於油藏的熱化學處理的化學組合物，更尤其用於引發油藏的生產層的化學反應從而產生熱並放出氣體，以便改進油(石油)的提取。本發明還涉及一種通過上述化學體系對油藏進行熱化學處理的方法，並且涉及用於對油藏進行熱化學處理的裝置。
文檔編號E21B36/00GK102187056SQ200880131630
公開日2011年9月14日 申請日期2008年10月15日 優先權日2008年10月15日
發明者E·N·亞歷山德羅夫, D·A·萊曼諾夫斯基, Z·科勒 申請人:Tctm有限公司