CN103939068A

CN103939068A - 一种开采稠油或沥青的方法

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Publication number: CN103939068A
Application number: CN201410152121.8A
Authority: CN
Inventors: 赵法军; 刘永建; 魏建光; 闻守斌; 刘维凯; 冯进来
Original assignee: Northeast Petroleum University
Current assignee: Northeast Petroleum University
Priority date: 2014-04-16
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2014-07-23

Abstract

本发明提供一种开采稠油或沥青的方法，包括将蒸汽注入地层，然后注入空气和碱性化合物进入地下储层。该方法能提高储层中稠油或沥青在地层中的流动，该方法包括在储层中的一部分稠油或沥青中，利用火烧油层建立起一个燃烧前缘，并在火烧油层过程中向地层中注入空气和碱性化合物，其中该碱性化合物接触燃烧前缘处的烃类，并且与烃类中的环烷酸反应形成表面活性剂。

Description

一种开采稠油或沥青的方法

技术领域

本发明涉及一种开采稠油或沥青的方法，特别是指利用火烧油层，从地下油层中开采稠油或沥青的方法。

背景技术

由于大多数发展中国家经济的高速增长，原油的需求不断增加，人们已经将注意力逐步转向了非常规石油资源。稠油、沥青被称为非常规石油资源，因为将其开采至地面需要使用非常规方法。

重质油藏包括高粘度原油、沥青等，因其具有较高的粘度和较低的流度，因此会引起运输和加工处理的问题。为了提高这类油藏的流度，必须对原油进行降粘。热力采油方法如蒸汽驱、蒸汽辅助重力泄油（SAGD）、蒸汽吞吐和火烧油层等都是目前用于降低原油粘度从而提高原油采收率的强化采油方法。

这些方法主要机理是利用注入或就地产生的热量来降低原油粘度。蒸汽驱与火烧油层最大的不同就是前者注入的是蒸汽，而后者利用就地燃烧油藏中部分原油产生的热量传导至岩石地层中已存水而产生的蒸汽。

火烧油层是最节能的一种热力采油方法。轻质油藏中，几乎不需要消耗燃料燃烧就能进行，然而重质油藏需要消耗较多燃料降低了这个过程的经济性。

火烧油层是继注蒸汽之后，最广泛使用的热力采油技术。此过程是把空气或氧气注入地层，点燃部分原油以产生一个燃烧前缘在油藏中传播。燃烧过程产生的热气体作用提高了原油产量。虽然热力采油方法主要应用于粘性稠油开采，但很多种类原油和油藏都是这些开采方法的潜在目标。限制火烧油层应用的主要约束是燃烧带前面油藏基质中形成的燃料量。如果沉积燃料不足，就像轻质油藏情况，燃烧前缘不会自己维持，并会由于燃料匮乏而熄灭。反过来，如果燃料沉积过量，前缘推进会较慢，且维持燃烧所需的氧化性气体量会变得不经济。燃料产量与燃烧前缘速度受孔隙基质中原油氧化与裂解反应动力学特性控制。

火烧油层不仅用于提高重油油藏采收率，而且适用于中质和轻质油藏。

火烧油层相比蒸汽注入方法具有的优势包括：

1、蒸汽注入不适用于深部油藏（深度大于915m），因为这个深度的井筒热损失非常高。为了确保通过降粘作用提高采收率，注入井底部的注入蒸汽必须保持蒸汽温度或在短时间内达到蒸汽温度。

2、薄油藏中热量会损失到邻近层，也不适用于蒸汽注入方法。项目实施中经济上获得成功的油藏厚度范围在1.2～45m。

3、相比于其它热力采油方法，火烧油层对环境的影响较小，因为燃烧发生在油藏中。

4、火烧油层项目允许使用较宽井距，而且相比蒸汽注入法，它能带来较高的原油采收率。

5、火烧油层不需要一个外部的燃料燃烧加热水或正在进行的水加热来产生蒸汽，这将大幅度减少能源及水处理成本。

然而火烧油层工艺并不是完全没有缺点，例如，当稠油或沥青被燃烧前缘推进的气体加热时，单个液滴或腔体里的原油溶解，流动，融合成一个连续油层，起初，不完全燃烧的油也会形成含氧化合物例如乙醇和有机酸，吸附到地层矿物上，形成油润湿，从而促进原油连续层的形成，热燃烧气体遵循阻力最小的路径，分流围绕这个油连续层，并且只加热油连续层表面，也就是面向生产井出口处的火焰前缘。

加热面向火焰前缘的油表面可使其表面的馏分蒸馏成易流动的轻烃和较重的残余烃。当稠油或沥青经过火烧蒸馏到370℃以上时，有70%的沥青变成粘性焦油，在这个温度下，稠油或沥青分子的多核芳香核烷基侧链发生裂解，留下半固态沥青的沥青分子，最重的沥青材料达到525℃和565℃之间，这是一个非晶态粘性材料，继续裂解，浓缩并且脱氢成坚硬状的玻璃状的非孔隙焦炭。

焦炭壁层一旦形成，就会阻碍热传导，焦炭壁上层火烧温度超过500℃时，采油作业下层的温度低于27℃。此外，壁上孔道使大部分注入的空气直接进入生产井，燃烧效率降低。这种焦炭壁层一旦形成，现存方法不能溶解或分散，热传导遭到阻碍。导致上层温度超过500℃时，下层采油层热传导产生的温度小于27℃。通常需要钻一个新的注入井，要么穿过焦炭壁避免其影响，要么从另一侧绕过焦炭壁层。然而，另外钻一口井价格昂贵，并不能阻止形成另一层焦炭壁层。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种加入碱性化合物用于提高火烧油层开采稠油或沥青的方法，且该方法简单，成本低。

为了达到上述目的，本发明的采用如下技术方案：

一种开采稠油或沥青的方法，包括如下步骤：将蒸汽注入地层，然后注入空气和碱性化合物进入地下储层。

所述的碱性化合物，其所需的量为使蒸汽的pH值升高至7～12范围内。

所述的碱性化合物可以与空气以任意顺序注入储层，或者与蒸汽一起注入，或者与蒸汽分别注入。

所述的碱性化合物为：与蒸汽配伍的伯胺、仲胺或叔胺中的至少一种，

所述的碱性化合物为：与蒸汽相配伍的氨气。

所述的碱性化合物为碱式金属氢氧化物、碱式金属碳酸盐、碱式金属碳酸氢盐，或碳酸铵或碳酸氢铵，或者关于它们的任何组合，所述的这些化合物都与蒸汽不相配伍。

上述的碱性化合物可以气态，液态，或气态、液态混合的形式将其注入到储层中；或者以液体，固体悬浮物或气溶胶的形式将其引入到储层中；或者以超临界流体的形式引入化合物，碱性化合物本身可以形成超临界流体，也可以作为超临界流体的一种组分。

本发明的提供了一种开采稠油或沥青的方法，该方法能提高储层中稠油或沥青在地层中的流动，该方法包括在储层中的一部分稠油或沥青，通过火烧油层建立起一个燃烧前缘，并在火烧油层过程中向地层中注入空气和碱性化合物，其中该碱性化合物接触燃烧前缘处的烃类，并且与烃类中的环烷酸反应形成表面活性剂。本发明提供的碱性化合物能够增加蒸汽和储层的pH值的任意化合物。pH值的升高会促进燃烧前缘处的烃类所形成天然表面活性剂的释放，这些表面活性剂能降低油-水界面张力。本发明提供的技术方案中，将蒸汽注入地层，然后注入空气和碱性化合物进入地下储层，在地下空气支持火烧一部分的烃类化合物形成水和建立一个燃烧前缘，其中碱性化合物接触燃烧前缘中的烃类并且与环烷酸反应形成一种表面活性剂，其中储层中的原油，水和表面活性剂在水中形成油包水乳状液，并利用生产井将流体与燃烧前缘产生的烃连通，除去地层中的油包水乳状液。

本发明在地下形成火烧油层期间引入了碱性化合物，因为碱性化合物是不易燃的，所以碱性化合物能够通过燃烧前缘与烃接触。因此，最好使用碱性化合物这种游离态胺类和其它易燃或可燃物质的资源。类似胺类这种可燃物质，将在燃烧前缘的内部燃烧，因此对于燃烧前缘之前的反应来说没有任何有效果的影响。此外，原位燃烧过程是在燃烧前缘之前，燃烧前缘所形成的油通过孔隙蒸汽/气腔到冷凝水/油出水前是一个漫长而曲折的过程，即使是最小的气溶胶也不可能穿过这些孔隙。

为了燃烧稠油或沥青中烃(燃料)，原位燃烧过程需要引入空气或氧气(氧化剂)。因此，为了增加在燃烧前缘的烃的流动性，目前的方法中在原位燃烧期间在空气中引入碱性化合物。由于碱性化合物是不易燃的，碱性化合物可以通过燃烧前缘接触到前面的烃。燃烧反应消耗空气中的氧气和一部分烃，产生如烃和水蒸气一类的燃烧气体。虽然空气携带碱性化合物可能被消耗，在地层内燃烧气体能携带碱性化合物穿过火焰前缘接触到烃。在那里，水蒸汽凝结成液态水。

碱性化合物在燃烧前缘的前端与烃接触，与烃中的环烷酸发生原位反应生成表面活性剂。这些表面活性剂具有亲水性和油乳化性能，从而促进位于燃烧前缘和燃烧气体冷凝形成的液体水之前的烃，形成水包油乳状液，而水包油乳状液的粘度要低得多，类似油连续相这样的乳状液可以有效地从地层中排出。理想状态下，这样可以防止油连续相的形成，建立起焦炭壁防渗墙，阻断热量和气体传输。

通过输送碱性化合物注入地层中原位形成的表面活性剂有助于增强和加速地层中的油的释放（或抑制油的吸附）和延缓来自蒸汽冷凝水中沥青的形成。一般来说，稠油在水悬浮液中的运输速度比其流动或在内部的水乳液中流动速度更快。由于本发明可以更快的运输水包油乳状液并防止气障的形成，燃烧前缘在地层中更快地前进，加速了石油的生产。

原位燃烧之前或原位燃烧后进行的蒸汽驱，碱性化合物也可能被蒸汽或其它载体气体引入地层。由于碱性化合物可溶解在液态水中并且液态水不能快速地穿过地层孔隙，当蒸汽携带碱性化合物注入地层中，蒸汽基本上游离于自由水之外。

蒸汽注入地层，然后注入空气和碱性化合物到地层空气支持地层内一部分烃进行原位燃烧以形成水，并建立一个燃烧前缘。碱性化合物与燃烧前缘之前的烃接触，与其中的环烷酸发生原位反应，形成表面活性剂。该表面活性剂在烃与水之间形成油包水乳状液。生产井与燃烧前缘之前的烃类流体连通，可以从地层中除去油包水乳状液。

在一个可选的配置中，空气和碱性化合物通过注入井被引入到地层中。在另一个可选配置中，空气和碱性化合物过一个注入井被引入地层，生产井是设置在注入井以下的水平井。

一旦水包油乳液通过生产井在地层中产生，该方法可以更进一步破坏水包油乳状液以便从水中分离出烃类。机械方法，化学破乳，或本领域中已知的其它方法可用于破坏乳状液和促进烃相从水相中分离。例如，可以采用聚胺，聚醚，金属水合物，酸基破乳剂或各种“反向乳液”分离容器来破坏乳状液。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明做详细的描述。

实施例1

实验利用燃烧管，加入某油田稠油(50℃ 粘度为14380.24mPa·s)，不添加化学助剂，空气注入速度4L/min，生产压力维持在2.5MPa，岩样中油水砂质量百分数分别为4.8%、4.2%、91%，电子点火器温度达到250℃，空气注入开始10min后关闭点火器。反应6.5h取油样并测得其50℃粘度为5462.32mPa·s，产出气体CO₂、O₂、N₂和CO组分的平均含量分别为：9.5%、1.2%、83.1%、3.6%，实验过程中几乎不存在低温氧化反应，燃烧管中原油采收率达70.5%，平均前缘速度为0.225cm/min。

实施例2

实验利用燃烧管，加入某油田稠油(50℃ 粘度为14380.24mPa·s)，同时加入稠油质量的氨气0.5wt%，空气注入速度3L/min，生产压力2.3MPa，岩样中油水砂质量百分数分别为4.8%、4.2%、91%，电子点火器温度达到250℃，空气注入开始10min后关闭点火器。反应6.5h取油样并测得其50℃粘度为986.58mPa·s，产出气体CO₂、O₂、N₂和CO组分的平均含量分别为12.45%、1.0%、82.5%、4.0%，O₂浓度较低，表明燃烧效率高于第一组实验，平均前缘速度分别为0.289cm/min，高于第一组实验，原油采收率91.2%。

实施例3

实验利用燃烧管，加入某油田稠油(50℃ 粘度为14380.24mPa·s)，同时加入稠油质量0.5wt%乙胺，空气注入速度3L/min，生产压力2.2MPa，岩样中油水砂质量百分数分别为4.8%、4.2%、91%，电子点火器温度达到250℃，空气注入开始10min后关闭点火器。反应6.5h取油样并测得其50℃粘度为2428.32mPa·s，产出气体CO₂、O₂、N₂和CO组分的平均含量分别为10.96%、0.54%、82.38%、3.8%，O₂浓度较低，平均前缘速度分别为0.279cm/min，快于第一组实验，原油采收率86.25%。

Claims

1.一种开采稠油或沥青的方法，其特征在于：包括如下步骤：将蒸汽注入地层，然后注入空气和碱性化合物进入地下储层。

2.根据权利要求1所述的一种开采稠油或沥青的方法，其特征在于：所述的碱性化合物，其所需的量为使蒸汽的pH值升高至7～12范围内。

3. 根据权利要求1所述的一种开采稠油或沥青的方法，其特征在于：所述的碱性化合物可以与空气以任意顺序注入储层，或者与蒸汽一起注入，或者与蒸汽分别注入。

4. 根据权利要求1所述的一种开采稠油或沥青的方法，其特征在于：所述的碱性化合物为：与蒸汽配伍的伯胺、仲胺或叔胺中的至少一种。

5. 根据权利要求1所述的一种开采稠油或沥青的方法，其特征在于：所述的碱性化合物为：与蒸汽相配伍的氨气。

6. 根据权利要求1所述的一种开采稠油或沥青的方法，其特征在于：所述的碱性化合物为碱式金属氢氧化物、碱式金属碳酸盐、碱式金属碳酸氢盐，或碳酸铵或碳酸氢铵，或者关于它们的任何组合，所述的这些化合物都与蒸汽不相配伍。

7. 根据权利要求1至6任一项所述的一种开采稠油或沥青的方法，其特征在于：所述的碱性化合物可以气态，液态，或气态、液态混合的形式将其注入到储层中；或者以液体，固体悬浮物或气溶胶的形式将其引入到储层中；或者以超临界流体的形式引入化合物，碱性化合物本身可以形成超临界流体，也可以作为超临界流体的一种组分。