RU2447276C1 - Method of thermal exposure of oil-containing and/or kerogen-containing beds with high-viscosity and heavy oil and device for its realisation - Google Patents
Method of thermal exposure of oil-containing and/or kerogen-containing beds with high-viscosity and heavy oil and device for its realisation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2447276C1 RU2447276C1 RU2010144358/03A RU2010144358A RU2447276C1 RU 2447276 C1 RU2447276 C1 RU 2447276C1 RU 2010144358/03 A RU2010144358/03 A RU 2010144358/03A RU 2010144358 A RU2010144358 A RU 2010144358A RU 2447276 C1 RU2447276 C1 RU 2447276C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- catalytic
- mixture
- catalyst
- fuel mixture
- liquid
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области нефтедобычи, а именно к термическим способам добычи нефти, и может быть использовано для разработки нефтяных залежей с высоковязкой и тяжелой нефтью, а также для извлечения нефти из керогена.The invention relates to the field of oil production, and in particular to thermal methods of oil production, and can be used to develop oil deposits with high viscosity and heavy oil, as well as to extract oil from kerogen.
Высоковязкая и тяжелая нефть входят в категорию трудноизвлекаемых запасов, на долю которых сегодня приходится около 36% от общих объемов добычи нефти в Российской Федерации, а по прогнозам экспертов к 2020 году этот показатель вырастет до 77% от всей добычи. Для добычи одной тонны высоковязкой или тяжелой нефти необходимо ввести в разработку от двух до пяти раз больше трудноизвлекаемых запасов и пробурить в два - пять раз больше скважин по сравнению с залежами активных запасов. Коэффициент извлечения высоковязкой и тяжелой нефти, как правило, в 2-3 раза ниже коэффициента извлечения нефти, относящейся к активным запасам.Highly viscous and heavy oil are included in the category of hard-to-recover reserves, which today account for about 36% of the total oil production in the Russian Federation, and experts predict that by 2020 this figure will increase to 77% of all production. To produce one ton of highly viscous or heavy oil, it is necessary to put into development two to five times more hard-to-recover reserves and to drill two to five times more wells in comparison with active reserves. The extraction coefficient of high viscosity and heavy oil, as a rule, is 2-3 times lower than the recovery ratio of oil related to active reserves.
Другим, не менее значимым вызовом для российской нефтедобывающей индустрии является организация промышленной добычи нефти из Баженовской свиты. Баженовская свита представлена нефтематеринской породой, в которой еще не завершены процессы преобразования керогена в углеводороды. Высоконефтенасыщенные глинистые отложения Баженовской свиты имеют практически повсеместное распространение в пределах Западно-Сибирской низменности на площади более 1 млн квадратных километров. Суммарные геологические запасы нефти в них оцениваются в размере от 0,8 до 2,1 триллионов тонн, а потенциал прироста извлекаемых запасов нефти оценивается в размере не менее 30-40 млрд тонн. Глубина залегания породы Баженовской свиты - 2500-3000 метров. Толщина пласта - 10-40 метров. Температура пласта - 80-130 градуса по Цельсию. В связи с тем, что порода Баженовской свиты имеет сложные емкостные и фильтрационные свойства, коэффициент извлечения нефти из пласта Баженовской свиты при его разработке традиционными способами не превышает 3-5 процентов.Another, no less significant challenge for the Russian oil industry is the organization of industrial oil production from the Bazhenov formation. The Bazhenov Formation is represented by the source rock, in which the processes of conversion of kerogen to hydrocarbons have not yet been completed. Highly saturated clay deposits of the Bazhenov Formation are almost ubiquitous within the West Siberian Lowland over an area of more than 1 million square kilometers. The total geological oil reserves in them are estimated at between 0.8 and 2.1 trillion tons, and the growth potential of recoverable oil reserves is estimated at no less than 30-40 billion tons. The depth of the Bazhenov Formation is 2500-3000 meters. The thickness of the layer is 10-40 meters. The temperature of the reservoir is 80-130 degrees Celsius. Due to the fact that the rock of the Bazhenov formation has complex capacitive and filtration properties, the coefficient of oil recovery from the Bazhenov formation during its development by traditional methods does not exceed 3-5 percent.
Наиболее распространенными способами повышения добычи высоковязкой и тяжелой нефти являются термические паро- и парогазовые технологии.The most common ways to increase the production of high-viscosity and heavy oil are thermal steam and gas technologies.
При термической обработке нефтесодержащего пласта паром происходит снижение вязкости нефти под воздействием тепла, термическое расширение нефти, актуализация газонапорного режима, рост подвижностей и фазовых проницаемостей нефти и воды, а также внутрипластовая дистилляция остаточной нефти паром.During heat treatment of an oil-containing formation by steam, oil viscosity decreases under the influence of heat, thermal expansion of oil, actualization of the gas-pressure regime, increase in mobility and phase permeability of oil and water, as well as in-situ distillation of residual oil by steam.
По сравнению с простой термической паровой технологией, термическая парогазовая технология представляется более эффективной, так как присутствие в парогазовой смеси, в основном, топочных газов и, в частности, углекислого газа оказывает положительное влияние на коэффициент вытеснения нефти, увеличивает проницаемость коллектора, предупреждает разбухание глин, дополнительно снижает вязкость нефти, а также понижает водонефтяной и паронефтяной факторы.Compared to simple thermal steam technology, thermal gas-vapor technology seems to be more effective, since the presence in the gas-vapor mixture, mainly of flue gases and, in particular, carbon dioxide, has a positive effect on the oil displacement coefficient, increases the permeability of the reservoir, prevents clay swelling, additionally reduces the viscosity of the oil, and also lowers the water-oil and steam-oil factors.
Применение термической парогазовой технологии предполагает использование наземных комплексов генерирования парогазовой смеси или забойных генераторов парогазовой смеси.The use of thermal vapor-gas technology involves the use of ground-based complexes for generating a gas-vapor mixture or downhole generators of a gas-vapor mixture.
Известна наземная мобильная парогазогенерирующая установка УМПГ-10/16 «Дракон», разработанная «НК Роснефть-НТЦ» в партнерстве с сотрудниками ГТУ «Военмех». Известное устройство позволяет генерировать от 1,25 до 10 тонн парогазовой смеси в час. При этом возможно регулирование температуры от 150°С до 350°С. Закачиваемый в пласт рабочий агент состоит из воды (50%), азота (38%) и углекислого газа (12%).The UMPG-10/16 "Dragon" ground-based mobile steam and gas generating unit is developed by Rosneft-NTTs in partnership with the staff of the Voyenmekh GTU. The known device allows you to generate from 1.25 to 10 tons of gas mixture per hour. In this case, temperature control is possible from 150 ° C to 350 ° C. The working agent injected into the reservoir consists of water (50%), nitrogen (38%) and carbon dioxide (12%).
Недостатками известной наземной мобильной парогазогенерирующей установки УМПГ-10/16 «Дракон» являются:The disadvantages of the well-known land mobile steam and gas generating unit UMPG-10/16 "Dragon" are:
- значительные тепловые потери (до 30%) при передаче тепла с дневной поверхности скважины на забой при термической парогазовой обработке нефтесодержащих пластов, залегающих на глубине до 1500 метров. Более 85 процентов запасов высоковязких и тяжелых нефтей России залегают именно на глубинах от 1000 до 1500 метров;- significant heat loss (up to 30%) during heat transfer from the day surface of the well to the bottom during thermal vapor-gas treatment of oil-containing formations lying at a depth of up to 1500 meters. More than 85 percent of Russia's highly viscous and heavy oil reserves are located at depths from 1,000 to 1,500 meters;
- относительно низкая максимальная температура парогазовой смеси (до 350°С);- a relatively low maximum temperature of the vapor-gas mixture (up to 350 ° C);
- невозможность использования для извлечения нефти из Баженовской свиты. Две основные причины:- the inability to use to extract oil from the Bazhenov formation. Two main reasons:
1. Баженовская свита залегает на глубинах от 2500 до 3000 метров и поэтому нагнетание парогазовой смеси с поверхности на такие глубины в связи с большими тепловыми потерями представляется экономически нецелесообразной.1. The Bazhenov Formation lies at depths from 2500 to 3000 meters and therefore the injection of a gas-vapor mixture from the surface to such depths due to large heat losses is not economically feasible.
2. Для эффективного извлечения легкой нефти, содержащейся в породе Баженовской свиты, температура теплового воздействия должна быть не менее 300°С-350°С, а для извлечения углеводородов из керогена материнской матрицы Баженовской свиты уже необходима температура выше 400°С, так как именно при температурах свыше 400°С инициируются процессы внутрискважинного термического крекинга и пиролиза.2. For the effective extraction of light oil contained in the rock of the Bazhenov Formation, the temperature of the heat exposure should be at least 300 ° C-350 ° C, and for the extraction of hydrocarbons from the kerogen of the parent matrix of the Bazhenov Formation, a temperature above 400 ° C is already necessary, since at temperatures above 400 ° C, downhole thermal cracking and pyrolysis processes are initiated.
Известен разработанный ОАО «РИТЭК» забойный парогазогенератор, генерирующий парогазовую смесь непосредственно на забое и содержащий каналы для ввода воздуха, топливной смеси и воды, топливную форсунку, запальный узел и камеру сгорания с выходным соплом, при этом парогазогенератор дополнительно снабжен форкамерой и камерой испарения, на внутренней поверхности которой выполнены сужающие устройства с секторами сброса воды, а камера сгорания выполнена в виде двух коаксиально расположенных оболочек с возможностью перемещения относительно друг друга и образования рубашки охлаждения, а на наружной поверхности внутренней оболочки камеры сгорания выполнен многозаходный шнек (патент РФ №2316648, МПК Е21В 43/24, публикация 2008 г.).A well-known downhole steam and gas generator developed by RITEK, generating a steam-gas mixture directly at the bottom and containing channels for introducing air, fuel mixture and water, a fuel nozzle, an ignition unit and a combustion chamber with an outlet nozzle, while the steam and gas generator is additionally equipped with a pre-chamber and an evaporation chamber, the inner surface of which is made narrowing devices with sectors of water discharge, and the combustion chamber is made in the form of two coaxially located shells with the possibility of moving the relative but each other and the formation of a cooling jacket, and on the outer surface of the inner shell of the combustion chamber a multi-start screw is made (RF patent No. 2316648, IPC ЕВВ 43/24, 2008 publication).
Известный парогазогенератор способен генерировать от 1 до 4 тонн парогазовой смеси в час. Максимальная температура генерируемой известным устройством парогазовой смеси (рабочий агент) - 350°С. Максимально развиваемое известным устройством давление на забое - не более 20 МПа. Известное устройство использует монотопливо, являющееся раствором аммиачной селитры с добавлением водородосодержащих компонентов. Для сжигания монотоплива используется процесс термолиза - сжигание монотоплива при высокой температуре без участия катализатора. Для инициации процесса термолиза в камере сгорания известного устройства требуется обязательный предварительный прогрев монотоплива в течение 5-6 минут до температуры 350°С в форкамере известного устройства.The well-known steam and gas generator is capable of generating from 1 to 4 tons of gas mixture per hour. The maximum temperature generated by the known device gas-vapor mixture (working agent) is 350 ° C. The maximum pressure developed by the known device at the bottom is not more than 20 MPa. The known device uses mono-fuel, which is a solution of ammonium nitrate with the addition of hydrogen-containing components. To burn mono-fuel, the thermolysis process is used - burning mono-fuel at high temperature without the participation of a catalyst. To initiate the process of thermolysis in the combustion chamber of a known device requires mandatory preheating of monofuel for 5-6 minutes to a temperature of 350 ° C in the chamber of the known device.
Недостатками известного забойного парогазогенератора, разработанного ОАО «РИТЭК», являются:The disadvantages of the well-known downhole steam and gas generator developed by RITEK are:
- относительно низкая температура генерируемой парогазовой смеси, достаточная для того, чтобы известное устройство могло бы использоваться для увеличения добычи высоковязкой и тяжелой нефти, но недостаточная для поддержания эффективного протекания процессов внутрипластового термического крекинга и внутрипластового пиролиза для извлечения нефти из керогеносодержащих пород, например, Баженовской свиты;- a relatively low temperature of the generated vapor-gas mixture, sufficient so that the known device could be used to increase the production of highly viscous and heavy oil, but insufficient to maintain the efficient processes of in-situ thermal cracking and in-situ pyrolysis to extract oil from kerogen-containing rocks, for example, the Bazhenov formation ;
- относительно низкое давление парогазовой смеси, генерируемой известным устройством, достаточное для того, чтобы известное устройство могло бы использоваться для увеличения добычи высоковязкой или тяжелой нефти, залегающей, в основном, на глубинах от 1000 до 1500 метров, но недостаточное для извлечения нефти из керогеносодержащих пород Баженовской свиты, пласты которой характеризуются аномально высоким пластовым давлением до 40-45 МПа;- the relatively low pressure of the vapor-gas mixture generated by the known device, sufficient so that the known device could be used to increase the production of highly viscous or heavy oil, lying mainly at depths from 1000 to 1500 meters, but insufficient to extract oil from kerogen-containing rocks Bazhenov Formation, the strata of which are characterized by abnormally high reservoir pressure up to 40-45 MPa;
- относительно невысокая производительность известного устройства по сравнению с наземными парогазогенерирующими установками и проблематичность увеличения производительности известного устройства в силу невозможности увеличения габаритных размеров самого известного устройства на забое, объема камеры сжигания известного устройства и того, что сжигание топливной смеси в камере сжигания известного устройства происходит с образованием открытого пламени. Производительность известного устройства детерминирована, главным образом, объемом камеры сжигания известного устройства и количеством подаваемой топливной смеси в минуту в камеру сжигания известного устройства. В случае увеличения количества подаваемой топливной смеси в минуту в камеру сжигания известного устройства стабильность процесса факельного сжигания топливной смеси понизится вплоть до прекращения процесса факельного сжигания топлива;- the relatively low productivity of the known device compared to ground-based gas-generating plants and the difficulty of increasing the productivity of the known device due to the impossibility of increasing the overall dimensions of the most famous device at the bottom, the volume of the combustion chamber of the known device and the fact that the fuel mixture is burned in the combustion chamber of the known device open flame. The performance of the known device is determined mainly by the volume of the combustion chamber of the known device and the amount of fuel mixture supplied per minute to the combustion chamber of the known device. In the case of increasing the amount of the supplied fuel mixture per minute into the combustion chamber of the known device, the stability of the process of flaring the fuel mixture will decrease until the process of flaring fuel is stopped;
- использование известным устройством только специального монотоплива (жидкая топливная смесь) и невозможность использования других жидких топливных смесей или газообразных топливных смесей на основе метана;- the use of a known device only special monofuel (liquid fuel mixture) and the inability to use other liquid fuel mixtures or gaseous fuel mixtures based on methane;
- необходимость обязательного предварительного нагрева монотоплива до температуры 350°С перед его подачей в камеру сгорания известного устройства;- the need for mandatory pre-heating of monofuel to a temperature of 350 ° C before it is fed into the combustion chamber of a known device;
- невозможность обогащения парогазовой смеси, генерируемой известным устройством, дополнительными компонентами, например, азотом, углекислым газом, водородом и другими газами, - генерирование известным устройством парогазовой смеси с неизменным содержанием в парогазовой смеси только воды и топочных газов, образующихся в результате сжигания монотоплива;- the impossibility of enriching the vapor-gas mixture generated by the known device with additional components, for example, nitrogen, carbon dioxide, hydrogen and other gases, - generating the vapor-gas mixture by the known device with the constant content in the vapor-gas mixture of only water and flue gases resulting from the combustion of monofuel;
- в составе парогазовой смеси, генерируемой известным устройством, присутствует сажа, которая образуется при факельном сжигании монотоплива и присутствие которой является нежелательным при парогазовой обработке нефтесодержащих и керогеносодержащих пластов.- in the composition of the gas-vapor mixture generated by the known device, there is soot, which is formed during the flaring of monofuel and the presence of which is undesirable in the gas-vapor treatment of oil-containing and kerogen-containing formations.
Известны каталитические теплогенераторы (патенты РФ №№2124674, 2232942, 2380612), использующие для генерации тепла принцип каталитического беспламенного окисления жидких и газообразных топлив или топливных смесей, относящиеся к теплоэнергетике, и которые могут быть использованы в промышленности, сельском хозяйстве, жилищно-комунальном хозяйстве, на транспорте и других областях для автономного водяного отопления воздушного обогрева, а также горячего водоснабжения жилых и производственных помещений, зданий и сооружений.Catalytic heat generators are known (RF patents Nos. 2,124674, 2232942, 2380612), which use the principle of catalytic flameless oxidation of liquid and gaseous fuels or fuel mixtures related to heat energy for heat generation, and which can be used in industry, agriculture, and housing and communal services , in transport and other areas for autonomous water heating of air heating, as well as hot water supply for residential and industrial premises, buildings and structures.
Несмотря на все свои преимущества как специфических устройств, относящихся к теплоэнергетике и предназначенных для генерации тепла, известные каталитические теплогенераторы не могут быть непосредственно использованы для генерации парогазовой или парогазокаталитической смеси на забое скважины по следующим основным причинам:Despite all its advantages as specific devices related to the power system and designed to generate heat, the well-known catalytic heat generators cannot be directly used to generate a gas-vapor or vapor-gas-catalytic mixture at the bottom of the well for the following main reasons:
- габаритные размеры и конструктивные особенности известных устройств не позволяют использовать их на забое скважины;- overall dimensions and design features of the known devices do not allow their use in the bottom of the well;
- конструкции каталитических реакторов известных устройств не предназначены для генерирования парогазовой смеси непосредственно в каталитических реакторах устройств и при непосредственном контакте катализатора с топливной смесью. Съем генерируемого в результате реакции каталитического окисления топлива тепла в известных устройствах происходит за счет использования разного рода теплообменных поверхностей или теплообменников, помещенных в каталитические реакторы известных устройств;- the design of the catalytic reactors of known devices are not intended to generate a gas-vapor mixture directly in the catalytic reactors of the devices and in direct contact of the catalyst with the fuel mixture. The heat generated as a result of the catalytic oxidation reaction of fuel in known devices occurs due to the use of various kinds of heat exchange surfaces or heat exchangers placed in catalytic reactors of known devices;
- конструкции известных устройств не предусматривают возможность дополнительного обогащения продуктов каталитического беспламенного сжигания топлива или топливных смесей водой, газами и наноразмерными частицами катализатора;- designs of known devices do not provide for the possibility of additional enrichment of products of catalytic flameless combustion of fuel or fuel mixtures with water, gases and nanosized catalyst particles;
- конструкции каталитических реакторов известных устройств и типы катализаторов, используемых в каталитических реакторах известных устройств, предполагают минимизацию выбросов углекислого газа и окислов азота, в то время как процесс каталитического беспламенного сжигания жидких или газообразных топливных смесей в заявляемом забойном каталитическом генераторе парогазокаталитической смеси предполагает, напротив, их максимизацию в составе продуктов каталитического сжигания.- the designs of catalytic reactors of known devices and the types of catalysts used in catalytic reactors of known devices involve minimizing the emission of carbon dioxide and nitrogen oxides, while the process of catalytic flameless combustion of liquid or gaseous fuel mixtures in the inventive downhole catalytic generator of a vapor-gas-catalytic mixture assumes, on the contrary, their maximization in the composition of catalytic combustion products.
Известен также способ термохимического воздействия на пористую среду, в соответствии с которым в продуктивный пласт вместе с водой закачиваются частицы металла, через которые в свою очередь прокачивается реагент - щелочь или кислота. В результате химической экзотермической реакции происходит прогрев продуктивного пласта, для регулирования температуры которого в последующем в продуктивный пласт закачиваются потокорегулирующие реагенты (патент РФ 2399752, Е21В 43/24, публикация 2010 г.).There is also known a method of thermochemical exposure of a porous medium, according to which metal particles are pumped into the reservoir with water, through which, in turn, a reagent is pumped - alkali or acid. As a result of a chemical exothermic reaction, the productive formation is heated, to control the temperature of which subsequently flow-control reagents are pumped into the reservoir (patent of the Russian Federation 2399752, ЕВВ 43/24, 2010 publication).
Недостатками известного способа является следующее:The disadvantages of this method is the following:
- способ предполагает закачку в продуктивные пласты большого объема воды, что, несомненно, ведет к чрезмерному обводнению продуктивного пласта;- the method involves the injection into the reservoir of large volumes of water, which, of course, leads to excessive flooding of the reservoir;
- способ для генерирования внутрипластовых экзотермических химических реакций предполагает использование щелочей и кислот, что усложняет и удорожает процесс термической обработки продуктивного пласта;- the method for generating in-situ exothermic chemical reactions involves the use of alkalis and acids, which complicates and increases the cost of heat treatment of the reservoir;
- способ не может быть использован для извлечения нефти из керогена, так как рабочая температура известного метода (200 градусов по Цельсию) является для этого недостаточно высокой;- the method cannot be used to extract oil from kerogen, since the working temperature of the known method (200 degrees Celsius) is not high enough for this;
- способ также имеет весьма сложный алгоритм термической обработки продуктивного пласта, заключающийся в последовательной реализации трех отдельных операций: (а) закачка воды с частицами металла, (б) прокачка реагента и (в) закачка потокорегулирующих реагентов;- the method also has a very complex algorithm for heat treatment of the reservoir, which consists in the sequential implementation of three separate operations: (a) pumping water with metal particles, (b) pumping the reagent and (c) pumping the flow control reagents;
- способ предполагает закачку в продуктивный пласт большого количества холодной воды и холодных потокорегулирующих реагентов, понижающих температуру продуктивного пласта, что снижает эффективность термохимического воздействия на пористую среду.- the method involves the injection into the reservoir of a large amount of cold water and cold flow control agents that lower the temperature of the reservoir, which reduces the effectiveness of thermochemical effects on the porous medium.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ обработки пласта, включающий спуск в скважину нагревателя, подачу газовоздушной смеси, подачу в пласт тепла сжигаемых газов, при этом в скважину спускают в качестве нагревателя каталитическую печь, осуществляют нагрев катализатора до температуры каталитического горения смеси, подачу газовоздушной смеси с содержанием метана от 2,35-4,89 и от 16-64,5 объемных процента (заявка РФ на изобретение №2004121821, Е21В 43/24, публикация 2006 г.).The closest analogue of the claimed invention is a method of treating a formation, including descent into a well of a heater, supplying a gas-air mixture, supplying heat of combusted gases to the formation, while a catalytic furnace is lowered into the well as a heater, the catalyst is heated to the temperature of the catalytic combustion of the mixture, and the supply of a gas-air mixture with a methane content of 2.35-4.89 and from 16-64.5 volume percent (RF application for invention No. 2004121821, ЕВВ 43/24, publication of 2006).
К недостаткам известного способа относится:The disadvantages of this method include:
- продуктом каталитического сжигания в каталитической печи газовоздушной смеси является высокотемпературная газовоздушная смесь, которая содержит незначительное количество топочных газов. Из современного уровня техники известно, что топочные газы (углекислый газ и окислы азота) благоприятствуют повышению нефтеотдачи нефтесодержащих и/или керогеносодержащих пластов. При попадании в пласт большого количества углекислого газа и окислов азота растет коэффициент вытеснения нефти, увеличивается проницаемость коллектора, снижается вязкость нефти, понижаются водонефтяной и паронефтяной факторы, при этом присутствие указанных выше газов и их окислов в нефтесодержащих и/или керогеносодержащих пластах препятствует разбуханию глин, что особенно важно для коллекторов с высоким процентным содержанием глины, например коллекторов Баженовской свиты. Поэтому незначительное содержание топочных газов в продукте каталитического сжигания известного устройства не может привести к существенному увеличению нефтеотдачи нефтесодержащих и/или керогеносодержащих пластов и это является первым недостатком известного устройства;- the product of catalytic combustion in a catalytic furnace gas-air mixture is a high-temperature gas-air mixture, which contains a small amount of flue gases. It is known from the state of the art that flue gases (carbon dioxide and nitrogen oxides) favor enhanced oil recovery of oil-containing and / or kerogen-containing formations. When a large amount of carbon dioxide and nitrogen oxides enters the formation, the oil displacement coefficient increases, the permeability of the reservoir increases, the viscosity of the oil decreases, the water-oil and vapor-oil factors decrease, while the presence of the above gases and their oxides in oil-containing and / or kerogen-containing formations prevents clay swelling, which is especially important for collectors with a high percentage of clay, for example, collectors of the Bazhenov Formation. Therefore, the low content of flue gases in the product of catalytic combustion of the known device cannot lead to a significant increase in oil recovery of oil-containing and / or kerogen-containing formations and this is the first disadvantage of the known device;
- в известном способе используется метаносодержащая газовоздушную смесь. Из современного уровня техники известно, что при каталитическом сжигании такой метаносодержащей газовоздушной смеси в каталитической печи образуется продукт - высокотемпературная газовоздушная смесь, имеющая температуру от 1200 до 1400 градусов по Цельсию. Для наиболее распространенной горной породы - песчаника, такие температуры являются температурами плавления или очень близкими к ним. Поэтому, если известное устройство будет позиционировано в забое напротив продуктивного пласта, то через несколько часов такого высокотемпературного воздействия на горную породу околоскважинного пространства возможно частичное спекание или оплавление горной породы околоскважинного пространства. Следствием этого непременно станет существенное снижение проницаемости горной породы околоскважинного пространства и снижение производительности скважины. Приемлемыми температурами воздействия на горную породу (например, песчаник) околоскважинного пространства являются температуры от 400 до 800 градусов по Цельсию, при которых активно развивается процесс шелушения горной породы и растет макро- и микротрещиноватость коллектора. Для получения таких температур в зоне нефтесодержащего или керогеносодержащего пласта известное устройство должно быть расположено в скважине выше и на расстоянии, как минимум, 800-1000 метров от нефтесодержащего или керогеносодержащего пласта. В этом случае вследствие тепловых потерь температура в зоне нефтесодержащего и/или керогеносодержащего пласта понизится до 700-800 градусов по Цельсию. Таким образом, речь идет о сознательном принятии нерациональных энергетических потерь при организации практической работы известного устройства. Таким образом, неизбежные нерациональные энергопотери являются одним из существенных недостатков известного устройства.- in the known method uses a methane-containing gas-air mixture. It is known from the state of the art that by catalytic combustion of such a methane-containing gas-air mixture in a catalytic furnace, a product is formed - a high-temperature gas-air mixture having a temperature of from 1200 to 1400 degrees Celsius. For the most common rock - sandstone, such temperatures are melting points or very close to them. Therefore, if the known device is positioned in the face opposite the reservoir, then after several hours of such a high-temperature impact on the rock near the borehole space, partial sintering or fusion of the rock near the borehole space is possible. The consequence of this will certainly be a significant decrease in rock permeability of the near-wellbore space and a decrease in well productivity. Acceptable temperatures for impacting a rock (e.g., sandstone) in the near-wellbore space are temperatures from 400 to 800 degrees Celsius, at which the process of peeling of the rock is actively developing and the macro- and microcracking of the reservoir is growing. To obtain such temperatures in the zone of an oil-containing or kerogen-containing formation, the known device must be located in the well above and at a distance of at least 800-1000 meters from the oil-containing or kerogen-containing formation. In this case, due to heat losses, the temperature in the zone of the oil-containing and / or kerogen-containing formation will drop to 700-800 degrees Celsius. Thus, we are talking about the conscious acceptance of irrational energy losses in the organization of the practical work of the known device. Thus, the inevitable irrational energy loss is one of the significant disadvantages of the known device.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа термического воздействия на нефтесодержащие и/или керогеносодержащие пласты с высоковязкой и тяжелой нефтью, позволяющего повысить эффективность воздействия на продуктивные пласты и повысить их нефтеотдачу.The objective of the present invention is to develop a method of thermal treatment of oil-bearing and / or kerogen-containing formations with high viscosity and heavy oil, which allows to increase the effectiveness of the impact on productive formations and increase their oil recovery.
Еще одной задачей изобретения является создание забойного каталитического генератора парогазокаталитической смеси, обеспечивающего осуществление предложенного способа.Another objective of the invention is the creation of a downhole catalytic generator of a vapor-gas-catalytic mixture, ensuring the implementation of the proposed method.
Сущность заявленного способа заключается в следующем.The essence of the claimed method is as follows.
Способ термического воздействия на нефтесодержащие и/или керогеносодержащие пласты включает образование рабочего агента и подачу его под давлением в нефтесодержащие и/или керогеносодержащие пласты. В качестве рабочего агента используют парагазокаталитическую смесь, образованную при сжигании в каталитическом реакторе жидкой или газообразной углеродсодержащей топливной смеси за счет экзотермической реакции каталитического беспламенного окисления жидких или газообразных углеродсодержащих топливных смесей, и последующем смешении полученного продукта с обогатительной смесью, содержащей катализатор для обеспечения внутрипластового термопарогазокаталитического воздействия на продуктивный пласт, выполненный в виде наноразмерных частиц.The method of thermal treatment of oil-containing and / or kerogen-containing formations includes the formation of a working agent and its supply under pressure to oil-containing and / or kerogen-containing formations. A para-gas-catalytic mixture formed when a liquid or gaseous carbon-containing fuel mixture is burned in a catalytic reactor due to the exothermic reaction of the catalytic flameless oxidation of liquid or gaseous carbon-containing fuel mixtures is used as a working agent, and then the resulting product is mixed with an enrichment mixture containing a catalyst for on the reservoir, made in the form of nanoscale s particles.
Жидкая топливная смесь состоит предпочтительно из воды, метанола и перекиси водорода, при этом в качестве обогатительной смеси для получения рабочего агента используют газообразную смесь, включающую углекислый газ и азот.The liquid fuel mixture preferably consists of water, methanol and hydrogen peroxide, while a gaseous mixture comprising carbon dioxide and nitrogen is used as an enrichment mixture to obtain a working agent.
Газообразная топливная смесь состоит предпочтительно из метана и воздуха, при этом в качестве обогатительной смеси для получения рабочего агента используют смесь, включающую воду, азот и углекислый газ.The gaseous fuel mixture preferably consists of methane and air, while a mixture comprising water, nitrogen and carbon dioxide is used as an enrichment mixture to obtain a working agent.
Катализатор для обеспечения внутрипластового термопарогазокаталитического воздействия на продуктивный пласт содержит наноразмерные частицы предпочтительно благородных металлов или оксидов переходных металлов, выбранных из группы, включающей золото, платину, палладий, серебро, рутений, медь, кобальт, железо, марганец, кадмий, никель, ванадий, или их комбинации.The catalyst for providing in-situ thermocouple gas-catalytic effects on the reservoir contains nanosized particles of preferably noble metals or transition metal oxides selected from the group consisting of gold, platinum, palladium, silver, ruthenium, copper, cobalt, iron, manganese, cadmium, nickel, vanadium, or their combinations.
Наноразмерные частицы катализатора имеют размеры от 0,5 нанометра до 500 нанометров.Nanosized catalyst particles have sizes ranging from 0.5 nanometers to 500 nanometers.
Катализатор поддерживает протекание внутрипластовых каталитических реакций в течение 1-500 суток.The catalyst supports the course of in-situ catalytic reactions for 1-500 days.
Заявленное устройство для термического воздействия на нефтесодержащие и/или керогеносодержащие пласты выполнено в виде забойного термического генератора, содержащего корпус, каналы подвода жидкой или газообразной топливной смеси, устройство для сжигания топливной смеси и выходное сопло одностороннего действия для истечения рабочего агента из устройства. Устройство для сжигания топливной смеси выполнено в виде, по меньшей мере, одного заполненного катализатором каталитического реактора, обеспечивающего сжигание жидкой или газообразной углеродсодержащей топливной смеси на забое за счет экзотермической реакции каталитического беспламенного окисления жидких или газообразных углеродсодержащих топливных смесей, протекающей непосредственно на поверхности катализатора и при контакте катализатора с жидкой или газообразной углеродсодержащей топливной смесью, при этом между выходом каталитического реактора и выходным соплом устройства образована балластировочная камера для формирования рабочего агента в виде парогазокаталитической смеси, причем к балластировочной камере дополнительно подведен канал подачи обогатительной смеси, содержащей катализатор для обеспечения внутрипластового термопарогазокаталитического воздействия на продуктивный пласт, выполненный в виде наноразмерных частиц.The claimed device for thermal exposure to oil-bearing and / or kerogen-containing formations is made in the form of a downhole thermal generator containing a housing, channels for supplying liquid or gaseous fuel mixture, a device for burning the fuel mixture and a single-acting outlet nozzle for the expiration of the working agent from the device. The device for burning the fuel mixture is made in the form of at least one catalyst-filled catalytic reactor, which ensures the burning of liquid or gaseous carbon-containing fuel mixture at the bottom due to the exothermic reaction of the catalytic flameless oxidation of liquid or gaseous carbon-containing fuel mixtures that occurs directly on the surface of the catalyst and when the contact of the catalyst with a liquid or gaseous carbon-containing fuel mixture, while between the exit of the cat a ballast chamber for forming a working agent in the form of a vapor-gas-catalytic mixture, and an additional feed channel for the enrichment mixture containing a catalyst is provided to the ballast chamber for providing an in-situ thermo-vapor-gas-catalytic effect on the reservoir, made in the form of nanosized particles.
Подводимая жидкая топливная смесь состоит предпочтительно из воды, метанола и перекиси водорода, при этом в качестве обогатительной для получения рабочего агента смеси используют газообразную смесь, включающую углекислый газ и азот.The supplied liquid fuel mixture preferably consists of water, methanol and hydrogen peroxide, while a gaseous mixture comprising carbon dioxide and nitrogen is used as an enrichment mixture to obtain a working agent.
Подводимая газообразная топливная смесь состоит предпочтительно из метана и воздуха, при этом в качестве обогатительной смеси для получения рабочего агента используют смесь, включающую воду, азот и углекислый газ.The supplied gaseous fuel mixture preferably consists of methane and air, while a mixture comprising water, nitrogen and carbon dioxide is used as an enrichment mixture to obtain a working agent.
Катализатор для обеспечения внутрипластового термопарогазокаталитического воздействия на продуктивный пласт содержит наноразмерные частицы предпочтительно благородных металлов или оксидов переходных металлов, выбранных из группы, включающей золото, платину, палладий, серебро, рутений, медь, кобальт, железо, марганец, кадмий, никель, ванадий, или их комбинации.The catalyst for providing in-situ thermocouple gas-catalytic effects on the reservoir contains nanosized particles of preferably noble metals or transition metal oxides selected from the group consisting of gold, platinum, palladium, silver, ruthenium, copper, cobalt, iron, manganese, cadmium, nickel, vanadium, or their combinations.
Наноразмерные частицы катализатора имеют размеры от 0,5 нанометра до 500 нанометров.Nanosized catalyst particles have sizes ranging from 0.5 nanometers to 500 nanometers.
При выполнении устройства для сжигания топливной смеси в виде двух или более каталитических реакторов реакторы выполнены с одинаковыми или различными размерами и конфигурацией и имеют одинаковый или разный объем каталитических камер.When performing the device for burning the fuel mixture in the form of two or more catalytic reactors, the reactors are made with the same or different sizes and configurations and have the same or different volume of the catalytic chambers.
Каталитические реакторы соединены между собой жестким или гибким продуктопроводом.Catalytic reactors are interconnected by a rigid or flexible product pipeline.
Термический генератор может содержать, по меньшей мере, одно дополнительное выходное сопло одностороннего действия для истечения рабочего агента из устройства.The thermal generator may contain at least one additional single-acting output nozzle for the expiration of the working agent from the device.
Нижняя часть устройства может быть выполнена цилиндрической, конусовидной или иной формы.The lower part of the device can be made cylindrical, conical or other shape.
Один каталитический реактор может быть заполнен катализатором одного и того же типа, или катализаторами разных типов.One catalytic reactor can be filled with the same type of catalyst, or with different types of catalysts.
Несколько каталитических реакторов могут быть заполнены катализаторами одного и того же типа, или катализаторами разных типов.Several catalytic reactors can be filled with catalysts of the same type, or catalysts of different types.
В качестве катализаторов в каталитических реакторах используются благородные металлы или оксиды переходных металлов, выбранных из группы, включающей золото, платину, палладий, серебро, рутений, медь, кобальт, железо, марганец, кадмий, никель, ванадий, или их комбинации.Noble metals or transition metal oxides selected from the group consisting of gold, platinum, palladium, silver, ruthenium, copper, cobalt, iron, manganese, cadmium, nickel, vanadium, or combinations thereof are used as catalysts in catalytic reactors.
Находящиеся в каталитических реакторах катализаторы нанесены на носители, при этом носители катализаторов могут быть выполнены в виде стеклотканных носителей, или алюмооксидных носителей, или модифицированных алюмооксидных носителей.The catalysts located in the catalytic reactors are supported on the media, while the catalyst supports can be made in the form of fiberglass supports, or alumina carriers, or modified alumina carriers.
Алюмооксидный носитель катализатора выполнен в виде гранул, которые могут иметь сферическую или шарообразную форму.The alumina catalyst carrier is made in the form of granules, which can be spherical or spherical in shape.
Алюмооксидный носитель катализатора имеет удельную поверхность не менее 8 м2/г.The alumina catalyst support has a specific surface area of at least 8 m 2 / g.
Катализаторы нанесены на поверхность носителей катализаторов с использованием золь-гель метода или метода органической матрицы (ОМХ).The catalysts are deposited on the surface of the catalyst supports using the sol-gel method or the organic matrix method (OMX).
Забойный термический генератор может дополнительно содержать узел предварительного нагрева жидкой или газообразной топливной смеси.The downhole thermal generator may further comprise a pre-heater for the liquid or gaseous fuel mixture.
Узел предварительного нагрева жидкой или газообразной топливной смеси осуществляет нагрев до температуры 50-500°С.The unit for pre-heating a liquid or gaseous fuel mixture heats to a temperature of 50-500 ° C.
Рабочий агент имеет температуру на выходе из сопла или сопел от 120°С до 1300°С и истекает из сопла или сопел заявляемого устройства под давлением от 1 МПа до 200 МПа.The working agent has a temperature at the outlet of the nozzle or nozzles from 120 ° C to 1300 ° C and expires from the nozzle or nozzles of the inventive device under pressure from 1 MPa to 200 MPa.
По сравнению с известной высокотемпературной парогазовой обработкой нефтесодержащих или керогеносодержащих пластов, в процессе которой протекают следующие внутрипластовые процессы:Compared with the well-known high-temperature gas-vapor treatment of oil-containing or kerogen-containing formations, during which the following in-situ processes occur:
(а) самопроизвольные внутрипластовые низкотемпературные окислительные реакции;(a) spontaneous in-situ low-temperature oxidative reactions;
(б) внутрипластовый термический крекинг;(b) in-situ thermal cracking;
(в) внутрипластовый пиролиз,(c) in situ pyrolysis,
при использовании заявленного способа происходит высокотемпературная парогазокаталитическая обработка нефтесодержащих или керогеносодержащих пластов, в процессе которой одновременно с вышеперечисленными реакциями дополнительно протекают еще и следующие внутрипластовые процессы:when using the inventive method, a high-temperature vapor-gas-catalytic treatment of oil-containing or kerogen-containing formations occurs, during which simultaneously with the above reactions, the following in-situ processes additionally occur:
(г) внутрипластовый каталитический крекинг;(d) in situ catalytic cracking;
(д) внутрипластовый гидрокрекинг;(e) in situ hydrocracking;
(е) самопроизвольные внутрипластовые низкотемпературные окислительные реакции, которые в присутствии катализатора в виде наноразмерных частиц инициируются через более короткий промежуток времени и протекают при более низких пластовых температурах.(e) spontaneous in-situ low-temperature oxidative reactions, which in the presence of a catalyst in the form of nanosized particles are initiated over a shorter period of time and occur at lower formation temperatures.
Таким образом, высокотемпературная парогазокаталитическая обработка нефтесодержащих или керогеносодержащих пластов обеспечивает протекание более полного спектра внутрипластовых термических процессов, что приводит к увеличению добычи высоковязкой и тяжелой нефти, а также позволяет более эффективно извлекать нефть из керогена по сравнению с известной стандартной высокотемпературной парогазовой обработкой.Thus, the high-temperature vapor-gas-catalytic treatment of oil-containing or kerogen-containing formations provides a more complete spectrum of in-situ thermal processes, which leads to an increase in the production of high-viscosity and heavy oil, and also allows more efficient extraction of oil from kerogen compared to the well-known standard high-temperature gas-vapor treatment.
При использовании заявляемых способа термического воздействия на нефтесодержащие и/или керогеносодержащие пласты с высоковязкой и тяжелой нефтью и забойного каталитического генератора парогазокаталитической смеси:When using the inventive method of thermal exposure to oil-bearing and / or kerogen-containing formations with high viscosity and heavy oil and a downhole catalytic generator of a vapor-gas-catalytic mixture:
- сжигание жидкой или газообразной топливной смеси в заявляемом устройстве на забое происходит на основе принципа каталитического беспламенного окисления жидкой или газообразной углеводородсодержащей топливной смеси в одном или в нескольких каталитических реакторах заявляемого устройства;- burning a liquid or gaseous fuel mixture in the inventive bottomhole device is based on the principle of catalytic flameless oxidation of a liquid or gaseous hydrocarbon-containing fuel mixture in one or more catalytic reactors of the inventive device;
- сжигание жидкой или газообразной топливной смеси происходит в одном или в нескольких каталитических реакторах заявляемого устройства непосредственно на поверхности катализатора при контакте катализатора с жидкой или газообразной углеводородсодержащей топливной смесью;- combustion of a liquid or gaseous fuel mixture occurs in one or more catalytic reactors of the claimed device directly on the surface of the catalyst upon contact of the catalyst with a liquid or gaseous hydrocarbon-containing fuel mixture;
- при каталитическом беспламенном сжигании жидкой топливной смеси в одном или в нескольких каталитических реакторах заявляемого устройства образуемый в результате такого сжигания продукт имеет температуру от 500°С до 1000°С;- during catalytic flameless combustion of a liquid fuel mixture in one or more catalytic reactors of the claimed device, the product formed as a result of such combustion has a temperature from 500 ° C to 1000 ° C;
- при каталитическом беспламенном сжигании газообразной топливной смеси в одном или в нескольких каталитических реакторах заявляемого устройства образуемый в результате такого сжигания продукт имеет температуру от 500°С до 1300°С;- during catalytic flameless combustion of a gaseous fuel mixture in one or more catalytic reactors of the claimed device, the product formed as a result of such combustion has a temperature from 500 ° C to 1300 ° C;
- конструкция заявляемого устройства обеспечивает формирование парогазокаталитической смеси с широким вариативным спектром ее композиционного состава. Композиционный состав парогазокаталитической смеси подбирается индивидуально для каждой отдельной скважины в зависимости от конкретных геолого-физических параметров залежи углеводородов и в случае необходимости может быть оперативно изменен в процессе парогазокаталитической обработки скважины без остановки процесса обработки;- the design of the inventive device provides the formation of a vapor-gas-catalytic mixture with a wide variable spectrum of its composition. The composition of the gas-gas-catalytic mixture is selected individually for each individual well, depending on the specific geological and physical parameters of the hydrocarbon deposit and, if necessary, can be promptly changed during the gas-gas-catalytic treatment of the well without stopping the processing;
- истекаемая из сопла или сопел заявляемого устройства парогазокаталитическая смесь имеет преимущественно, но не ограничиваясь этим, температуру в диапазоне от 400°С до 800°С;- the vapor-gas-catalytic mixture flowing from the nozzle or nozzles of the inventive device has a predominantly, but not limited to, temperature in the range from 400 ° C to 800 ° C;
- конструкция заявляемого устройства обеспечивает истечение из сопла или сопел заявляемого устройства парогазокаталитической смеси под давлением преимущественно, но не ограничиваясь этим, в диапазоне от 10 до 70 МПа;- the design of the inventive device ensures the expiration from the nozzle or nozzles of the inventive device vapor-gas-catalytic mixture under pressure mainly, but not limited to, in the range from 10 to 70 MPa;
- наноразмерность частиц катализатора обеспечивает их эффективное принудительное проникновение в нефтесодержащие или керогеносодержащие пласты в составе парогазокаталитической смеси, генерируемой заявляемым устройством на забое.- nanoscale catalyst particles ensures their effective forced penetration into oil-containing or kerogen-containing formations as part of a gas-catalytic mixture generated by the inventive bottomhole device.
Заявляемое устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен забойный термический генератор парогазокаталитической смеси, а на фиг.2 изображена схема парогазокаталитической установки с забойным термическим генератором парогазокаталитической смеси, где:The inventive device is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a downhole thermal generator of a steam-gas-catalytic mixture, and Fig. 2 shows a diagram of a steam-gas-catalytic installation with a downhole thermal generator of a steam-gas-catalytic mixture, where:
1 - корпус термического генератора;1 - casing of a thermal generator;
2 - безмуфтовая труба для ввода в каталитический реактор заявляемого устройства жидкой или газообразной топливной смеси;2 - a sleeveless pipe for introducing into the catalytic reactor of the inventive device liquid or gaseous fuel mixture;
3 - безмуфтовая труба для ввода в балластировочную камеру термического генератора обогатительной смеси;3 - a sleeveless pipe for input into the ballast chamber of the thermal generator of the enrichment mixture;
4 - узел предварительного нагрева газообразной топливной смеси;4 - node pre-heating the gaseous fuel mixture;
5 - каталитический реактор термического генератора;5 - catalytic reactor of a thermal generator;
6 - катализатор на алюмооксидном носителе сферической формы;6 - catalyst on an alumina carrier of a spherical shape;
7 - канал для прохода обогатительной смеси в балластировочную камеру;7 - channel for the passage of the enrichment mixture into the ballast chamber;
8 - односторонний пропускной клапан;8 - one-way check valve;
9 - балластировочная камера;9 - ballasting chamber;
10 - одностороннее выходное сопло;10 - one-sided output nozzle;
11 - компрессорный блок;11 - compressor unit;
12 - технологический блок подготовки топливных смесей и обогатительных смесей;12 - technological unit for the preparation of fuel mixtures and enrichment mixtures;
13 - скважинная арматура;13 - downhole fittings;
14 - безмуфтовые трубопроводы для подачи в термический генератор жидкой или газообразной топливной смеси и обогатительной смеси;14 - clutchless pipelines for supplying a liquid or gaseous fuel mixture and enrichment mixture to a thermal generator;
15 - блок управления;15 - control unit;
16 - специальный термостойкий пакер;16 - special heat-resistant packer;
17 - модифицированная колтюбинговая установка;17 - modified coiled tubing installation;
18 - (11, 12, 13, 14, 15, 17) - комплекс наземного оборудования.18 - (11, 12, 13, 14, 15, 17) - a complex of ground equipment.
Забойный термический генератор парогазокаталитической смеси, функционирующий на жидкой топливной смеси, работает следующим образом.Downhole thermal generator of gas-catalytic mixture, operating on a liquid fuel mixture, operates as follows.
На дневной поверхности у обрабатываемой скважины инсталлируется комплекс наземного оборудования (18). Забойный термический генератор парогазокаталитической смеси на спаренных гибких безмуфтовых трубах (2 и 3) с использованием модифицированной колтюбинговой установки (17) спускают в скважину и устанавливают в зоне перфорации пласта при помощи специального термостойкого пакера (16). По одной гибкой безмуфтовой трубе (2) в каталитический реактор (5) под давлением подают жидкую топливную смесь, состоящую из воды (50%), метанола (35%) и перекиси водорода (15%). По другой гибкой безмуфтовой трубе (3) в балластировочную камеру (9) под давлением подают газообразную обогатительную смесь, состоящую преимущественно из азота (70%), углекислого газа (30%) и катализатора в виде наноразмерных частиц. При поступлении жидкой топливной смеси в каталитический реактор (5), заполненный платиновым или палладиевым катализатором, нанесенным на модифицированный алюмооксидный носитель в виде сферических гранул (6), и при контакте жидкой топливной смеси с катализатором моментально инициируется экзотермическая (с выделением тепла) каталитическая реакция полного окисления содержащихся в топливной смеси углеводородов (метанола). При этом одновременно под действием высокой температуры в каталитическом реакторе протекает и процесс полного испарения содержащейся в топливной смеси воды с образованием высокотемпературного перегретого пара. Образовавшийся в результате полного окисления жидкой топливной смеси и испарения воды продукт, состоящий из высокотемпературного перегретого пара (до 900°С) и углекислого газа, через односторонний пропускной клапан (8) попадает в балластировочную камеру (9), в которой он смешивается с обогатительной смесью. В результате смешивания образуется рабочий агент - парогазокаталитическая смесь, состоящая преимущественно, но не ограниченная этим, из воды, углекислого газа, азота и катализатора в виде наноразмерных частиц благородных металлов или оксидов переходных металлов, и имеющая температуру от 400 до 700 градусов по Цельсию.A complex of ground-based equipment is installed on the day surface near the treated well (18). The downhole thermal generator of the vapor-gas-catalytic mixture on paired flexible sleeveless pipes (2 and 3) using a modified coiled tubing installation (17) is lowered into the well and installed in the formation perforation zone using a special heat-resistant packer (16). Through one flexible sleeveless pipe (2), a liquid fuel mixture consisting of water (50%), methanol (35%) and hydrogen peroxide (15%) is fed into the catalytic reactor (5) under pressure. In another flexible sleeveless pipe (3), a gaseous enrichment mixture, consisting mainly of nitrogen (70%), carbon dioxide (30%) and a catalyst in the form of nanosized particles, is supplied under pressure to the ballasting chamber (9). When a liquid fuel mixture enters a catalytic reactor (5) filled with a platinum or palladium catalyst deposited on a modified alumina carrier in the form of spherical granules (6), and upon contact of the liquid fuel mixture with the catalyst, an exothermic (with heat evolution) catalytic reaction is immediately initiated oxidation of hydrocarbons contained in the fuel mixture (methanol). At the same time, under the influence of high temperature in the catalytic reactor, the process of complete evaporation of the water contained in the fuel mixture proceeds with the formation of high-temperature superheated steam. The product resulting from the complete oxidation of the liquid fuel mixture and the evaporation of water, consisting of high-temperature superheated steam (up to 900 ° С) and carbon dioxide, enters the ballast chamber (9) through a one-way through valve (8), in which it is mixed with the enrichment mixture . As a result of mixing, a working agent is formed - a vapor-gas-catalytic mixture, consisting mainly, but not limited to this, of water, carbon dioxide, nitrogen and a catalyst in the form of nanosized particles of noble metals or transition metal oxides, and having a temperature of 400 to 700 degrees Celsius.
Полученная таким образом парогазокаталитическая смесь далее поступает под давлением в нефтесодержащий или керогеносодержащий продуктивный пласт и прогревает его. Под действием высокой температуры, давления и в присутствии катализатора в нефтесодержащем или керогеносодержащем пласте инициируются и протекают внутрипластовые процессы термического крекинга, пиролиза, каталитического крекинга, гидрокрекинга, а также фронтальные низкотемпературные внутрипластовые реакции окисления, протекающие в присутствии катализатора в пласте при более низких температурах, чем при его отсутствии. В результате такого комплексного термопарогазокаталитического воздействия на продуктивный пласт происходит более полное извлечение нефти из нефтесодержащих и/или керогеносодержащих пластов, как за счет ее нагрева, так и за счет внутрипластового расщепления крупных молекул углеводородов на более мелкие. Наличие выходного одностороннего сопла (10), а также одностороннего пропускного клапана (8) обеспечивает надежную работу забойного генератора парогазокаталитической смеси в условиях повышенного противодавления, препятствуя проникновению рабочего агента - парогазокаталитической смеси, в каталитический реактор заявляемого устройства.The vapor-gas-catalytic mixture thus obtained then goes under pressure into the oil-containing or kerogen-containing reservoir and warms it up. Under the action of high temperature, pressure, and in the presence of a catalyst in an oil-containing or kerogen-containing formation, in situ processes of thermal cracking, pyrolysis, catalytic cracking, hydrocracking, as well as frontal low-temperature in-situ oxidation reactions occurring in the presence of a catalyst in the formation at lower temperatures than in his absence. As a result of such a complex thermocouple-gas-catalytic effect on the reservoir, a more complete extraction of oil from oil-containing and / or kerogen-containing formations occurs, both due to its heating and due to in-situ splitting of large hydrocarbon molecules into smaller ones. The presence of the output one-way nozzle (10), as well as a one-way flow valve (8) ensures reliable operation of the downhole generator of the vapor-gas-catalytic mixture in conditions of increased backpressure, preventing the penetration of the working agent - vapor-gas-catalytic mixture into the catalytic reactor of the claimed device.
Забойный каталитический генератор парогазокаталитической смеси, функционирующий на газообразном топливе, работает следующим образом.Downhole catalytic generator of a vapor-gas-catalytic mixture, operating on gaseous fuel, operates as follows.
На дневной поверхности у обрабатываемой скважины инсталлируется комплекс наземного оборудования (18). Забойный термический генератор парогазокаталитической смеси на спаренных гибких безмуфтовых трубах (2 и 3) с использованием модифицированной колтюбинговой установки (17) спускают в скважину и устанавливают в зоне перфорации пласта при помощи специального термостойкого пакера (16). По одной гибкой безмуфтовой трубе (2) в каталитический реактор (5) под давлением подают газообразную топливную смесь, состоящую из метана и воздуха. По другой гибкой безмуфтовой трубе (3) в балластировочную камеру (9) под давлением подают обогатительную смесь, состоящую преимущественно из воды, азота, углекислого газа и катализатора в виде наноразмерных частиц. Перед поступлением в каталитический реактор газообразная топливная смесь, проходя через узел предварительного нагрева (4), нагревается до температуры 350 градусов по Цельсию. После поступления предварительно прогретой газообразной топливной смеси в каталитический реактор (5), заполненный оксидным никелевым, кобальтовым, марганцевым или медным катализатором (6), нанесенным на модифицированный алюмооксидный носитель в виде сферических гранул, и при контакте газообразной топливной смеси с катализатором инициируется экзотермическая (с выделением тепла) каталитическая реакция полного окисления содержащихся в топливной смеси углеводородов (метана). Образовавшийся в результате полного окисления газообразной топливной смеси продукт - топочный газ, имеющий температуру до 1300°С, через односторонний пропускной клапан (8) попадает в балластировочную камеру (9), в которой он смешивается с обогатительной смесью. В результате процессов смешивания и испарения воды, содержащейся в обогатительной смеси, образуется рабочий агент - парогазокаталитическая смесь, состоящая преимущественно, но не ограниченная этим, из воды (перегретый пар), углекислого газа, азота и катализатора в виде наноразмерных частиц благородных металлов или оксидов переходных металлов, и имеющая температуру от 400°С до 700°С.A complex of ground-based equipment is installed on the day surface near the treated well (18). The downhole thermal generator of the vapor-gas-catalytic mixture on paired flexible sleeveless pipes (2 and 3) using a modified coiled tubing installation (17) is lowered into the well and installed in the formation perforation zone using a special heat-resistant packer (16). In one flexible sleeveless pipe (2), a gaseous fuel mixture consisting of methane and air is fed under pressure into the catalytic reactor (5). An enriched mixture, consisting mainly of water, nitrogen, carbon dioxide and a catalyst in the form of nanosized particles, is fed under pressure to another ballast pipe (3) into the ballast chamber (9). Before entering the catalytic reactor, the gaseous fuel mixture, passing through the preheating unit (4), is heated to a temperature of 350 degrees Celsius. After the preheated gaseous fuel mixture enters the catalytic reactor (5) filled with oxide nickel, cobalt, manganese or copper catalyst (6) deposited on a modified alumina carrier in the form of spherical granules, and upon contact of the gaseous fuel mixture with the catalyst, an exothermic reaction (with heat release) the catalytic reaction of the complete oxidation of hydrocarbons (methane) contained in the fuel mixture. The product formed as a result of complete oxidation of the gaseous fuel mixture - flue gas having a temperature of up to 1300 ° С, enters the ballasting chamber (9) through a one-way through valve (8), in which it is mixed with the enrichment mixture. As a result of the processes of mixing and evaporation of water contained in the concentration mixture, a working agent is formed - a vapor-gas-catalytic mixture consisting mainly, but not limited to this, of water (superheated steam), carbon dioxide, nitrogen and a catalyst in the form of nanosized particles of noble metals or transition oxides metals, and having a temperature of from 400 ° C to 700 ° C.
Полученная таким образом парогазокаталитическая смесь далее поступает под давлением в нефтесодержащий или керогеносодержащий продуктивный пласт и прогревает его. Под действием высокой температуры, давления и в присутствии катализатора в нефтесодержащем или керогеносодержащем пласте инициируются и протекают внутрипластовые процессы термического крекинга, пиролиза, каталитического крекинга, гидрокрекинга, а также фронтальные низкотемпературные внутрипластовые реакции окисления, протекающие в присутствии катализатора в пласте при более низких температурах, чем при его отсутствии. В результате такого комплексного термопарогазокаталитического воздействия на продуктивный пласт происходит более полное извлечение нефти из нефтесодержащих и/или керогеносодержащих пластов, как за счет ее нагрева, так и за счет внутрипластового расщепления крупных молекул углеводородов на более мелкие. Наличие одностороннего выходного сопла (10), а также одностороннего пропускного клапана (8) обеспечивает надежную работу забойного генератора парогазокаталитической смеси в условиях повышенного противодавления, препятствуя проникновению рабочего агента - парогазокаталитической смеси, в каталитический реактор заявляемого устройства.The vapor-gas-catalytic mixture thus obtained then goes under pressure into the oil-containing or kerogen-containing reservoir and warms it up. Under the action of high temperature, pressure, and in the presence of a catalyst in an oil-containing or kerogen-containing formation, in situ processes of thermal cracking, pyrolysis, catalytic cracking, hydrocracking, as well as frontal low-temperature in-situ oxidation reactions occurring in the presence of a catalyst in the formation at lower temperatures than in his absence. As a result of such a complex thermocouple-gas-catalytic effect on the reservoir, a more complete extraction of oil from oil-containing and / or kerogen-containing formations occurs, both due to its heating and due to in-situ splitting of large hydrocarbon molecules into smaller ones. The presence of a one-way outlet nozzle (10), as well as a one-way check valve (8) ensures reliable operation of the downhole generator of the vapor-gas-catalytic mixture in conditions of increased backpressure, preventing the penetration of the working agent - vapor-gas-catalytic mixture into the catalytic reactor of the claimed device.
Нагнетаемая в нефтесодержащие и/или керогеносодержащие пласты парогазокаталитическая смесь состоит преимущественно из воды, воздуха, топочных газов, водорода, азота, кислорода, углекислого газа и наноразмерных частиц благородных металлов или оксидов переходных металлов, обладающих каталитическими свойствами.The vapor-gas-catalytic mixture injected into oil-containing and / or kerogen-containing formations mainly consists of water, air, flue gases, hydrogen, nitrogen, oxygen, carbon dioxide and nanosized particles of noble metals or transition metal oxides with catalytic properties.
Принудительное насыщение нефтесодержащих и/или керогеносодержащих пластов наноразмерными частицами катализатора в составе парогазокаталитической смеси и присутствие катализатора в пластах обеспечивает протекание:Forced saturation of oil-containing and / or kerogen-containing formations with nanosized catalyst particles in the vapor-gas-catalytic mixture and the presence of a catalyst in the formations ensures the flow of:
- внутрипластовых низкотемпературных окислительных реакций при более низких пластовых температурах;- in-situ low-temperature oxidative reactions at lower formation temperatures;
- внутрипластовых процессов каталитического крекинга,- in-situ processes of catalytic cracking,
а при дополнительном присутствии водорода обеспечивает протекание гидрокрекинга, что приводит к увеличению размера тепловой оторочки, расширению зон дренирования, снижению вязкости нефти, увеличению в составе нефти содержания легких фракций и извлечению жидких и газообразных углеводородов из керогена.and with the additional presence of hydrogen, hydrocracking occurs, which leads to an increase in the size of the thermal rim, expansion of drainage zones, lower oil viscosity, an increase in the content of light fractions in the oil, and the recovery of liquid and gaseous hydrocarbons from kerogen.
Присутствие в обогатительной смеси углекислого газа и азота оказывает положительное влияние на коэффициент вытеснения нефти, увеличивает проницаемость коллектора, предупреждает разбухание глин, дополнительно снижает вязкость нефти, а также понижает водонефтяной и паронефтяной факторы.The presence of carbon dioxide and nitrogen in the enrichment mixture has a positive effect on the oil displacement coefficient, increases the permeability of the reservoir, prevents clay swelling, further reduces the viscosity of the oil, and also lowers the oil-water and vapor-oil factors.
Claims (31)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010144358/03A RU2447276C1 (en) | 2010-10-21 | 2010-10-21 | Method of thermal exposure of oil-containing and/or kerogen-containing beds with high-viscosity and heavy oil and device for its realisation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010144358/03A RU2447276C1 (en) | 2010-10-21 | 2010-10-21 | Method of thermal exposure of oil-containing and/or kerogen-containing beds with high-viscosity and heavy oil and device for its realisation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2447276C1 true RU2447276C1 (en) | 2012-04-10 |
Family
ID=46031721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010144358/03A RU2447276C1 (en) | 2010-10-21 | 2010-10-21 | Method of thermal exposure of oil-containing and/or kerogen-containing beds with high-viscosity and heavy oil and device for its realisation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2447276C1 (en) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014008457A2 (en) * | 2012-07-04 | 2014-01-09 | Genie Ip B.V. | Method and apparatus for producing unconventional oil at shallow depths |
| RU2522690C2 (en) * | 2012-11-01 | 2014-07-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина" | Viscous oil production method |
| RU2534870C2 (en) * | 2013-03-29 | 2014-12-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина" | Viscous oil production method |
| RU2559250C1 (en) * | 2014-08-01 | 2015-08-10 | Олег Васильевич Коломийченко | Bottomhole catalytic assembly for thermal impact on formations containing hydrocarbons and solid organic substances |
| RU2569382C1 (en) * | 2014-10-21 | 2015-11-27 | Николай Борисович Болотин | Downhole gas generator |
| CZ306133B6 (en) * | 2014-04-09 | 2016-08-17 | Galexum Technologies Ag | Method of producing hydrocarbons by utilizing gases, system and apparatus for making the same |
| RU2620507C1 (en) * | 2016-05-30 | 2017-05-26 | Владимир Андреевич Куделькин | Device for scavenger oil development |
| RU2704686C1 (en) * | 2018-11-22 | 2019-10-30 | Отто Гуйбер | Method of in-situ molecular modification of deep-laying heavy hydrocarbons and device for its implementation |
| RU2724727C1 (en) * | 2019-09-30 | 2020-06-25 | Публичное акционерное общество «Татнефть» имени В.Д. Шашина | Method of bottomhole formation zone treatment in production well |
| RU2781730C1 (en) * | 2022-03-01 | 2022-10-17 | Владислав Юрьевич Климов | Gas generator |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US565249A (en) * | 1896-08-04 | Stone-working machinery | ||
| RU2046933C1 (en) * | 1992-04-01 | 1995-10-27 | Рузин Леонид Михайлович | High viscous oil production method |
| RU2079048C1 (en) * | 1989-06-20 | 1997-05-10 | Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх | Method of obtaining heat at flameless combustion of fuel and device for realization of this method |
| RU2164289C2 (en) * | 1999-01-15 | 2001-03-20 | Открытое акционерное общество Российский научно-исследовательский и проектный институт по термическим методам добычи нефти | Process of cyclic action with steam and gas heat-transfer agent on face zone of pool with viscous oil |
| RU2004121821A (en) * | 2004-07-19 | 2006-01-20 | Леонид Александрович Сорокин (RU) | LAYOUT METHOD |
| RU2361074C2 (en) * | 2007-04-09 | 2009-07-10 | Институт химии нефти Сибирского отделения Российской академии наук | Procedure for development of deposits of high viscous oil (versions) |
| RU2388790C1 (en) * | 2008-09-18 | 2010-05-10 | Открытое акционерное общество "Газпром промгаз" (ОАО "Газпром промгаз") | Thermal processing method of deep-lying slate coals |
| RU2399752C1 (en) * | 2009-03-27 | 2010-09-20 | Александр Яковлевич Хавкин | Method of thermochemical action on porous medium |
-
2010
- 2010-10-21 RU RU2010144358/03A patent/RU2447276C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US565249A (en) * | 1896-08-04 | Stone-working machinery | ||
| RU2079048C1 (en) * | 1989-06-20 | 1997-05-10 | Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх | Method of obtaining heat at flameless combustion of fuel and device for realization of this method |
| RU2046933C1 (en) * | 1992-04-01 | 1995-10-27 | Рузин Леонид Михайлович | High viscous oil production method |
| RU2164289C2 (en) * | 1999-01-15 | 2001-03-20 | Открытое акционерное общество Российский научно-исследовательский и проектный институт по термическим методам добычи нефти | Process of cyclic action with steam and gas heat-transfer agent on face zone of pool with viscous oil |
| RU2004121821A (en) * | 2004-07-19 | 2006-01-20 | Леонид Александрович Сорокин (RU) | LAYOUT METHOD |
| RU2361074C2 (en) * | 2007-04-09 | 2009-07-10 | Институт химии нефти Сибирского отделения Российской академии наук | Procedure for development of deposits of high viscous oil (versions) |
| RU2388790C1 (en) * | 2008-09-18 | 2010-05-10 | Открытое акционерное общество "Газпром промгаз" (ОАО "Газпром промгаз") | Thermal processing method of deep-lying slate coals |
| RU2399752C1 (en) * | 2009-03-27 | 2010-09-20 | Александр Яковлевич Хавкин | Method of thermochemical action on porous medium |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КРЕЙНИН Е.В. Нетрадиционные термические технологии добычи трудно извлекаемых топлив: уголь, углеводородное сырье. - М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2004, с.252-280. * |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014008457A2 (en) * | 2012-07-04 | 2014-01-09 | Genie Ip B.V. | Method and apparatus for producing unconventional oil at shallow depths |
| WO2014008457A3 (en) * | 2012-07-04 | 2014-02-27 | Genie Ip B.V. | Method and apparatus for producing unconventional oil at shallow depths |
| RU2522690C2 (en) * | 2012-11-01 | 2014-07-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина" | Viscous oil production method |
| RU2534870C2 (en) * | 2013-03-29 | 2014-12-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина" | Viscous oil production method |
| CZ306133B6 (en) * | 2014-04-09 | 2016-08-17 | Galexum Technologies Ag | Method of producing hydrocarbons by utilizing gases, system and apparatus for making the same |
| RU2559250C1 (en) * | 2014-08-01 | 2015-08-10 | Олег Васильевич Коломийченко | Bottomhole catalytic assembly for thermal impact on formations containing hydrocarbons and solid organic substances |
| RU2569382C1 (en) * | 2014-10-21 | 2015-11-27 | Николай Борисович Болотин | Downhole gas generator |
| RU2620507C1 (en) * | 2016-05-30 | 2017-05-26 | Владимир Андреевич Куделькин | Device for scavenger oil development |
| RU2704686C1 (en) * | 2018-11-22 | 2019-10-30 | Отто Гуйбер | Method of in-situ molecular modification of deep-laying heavy hydrocarbons and device for its implementation |
| RU2724727C1 (en) * | 2019-09-30 | 2020-06-25 | Публичное акционерное общество «Татнефть» имени В.Д. Шашина | Method of bottomhole formation zone treatment in production well |
| RU2781730C1 (en) * | 2022-03-01 | 2022-10-17 | Владислав Юрьевич Климов | Gas generator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2447276C1 (en) | Method of thermal exposure of oil-containing and/or kerogen-containing beds with high-viscosity and heavy oil and device for its realisation | |
| RU2475637C2 (en) | Method of dispersion of nano-catalysts into oil-bearing formations (versions) | |
| RU2671880C1 (en) | Method of extraction of oil-kerogen containing reservoirs and technological complex for its implementation | |
| CN100400793C (en) | Methods and systems for heating a hydrocarbon containing formation in situ with an opening contacting the earth's surface at two locations | |
| RU2576267C1 (en) | Method for combined effect on formations containing hydrocarbons and/or solid organic substances and device for implementing said method | |
| US6016867A (en) | Upgrading and recovery of heavy crude oils and natural bitumens by in situ hydrovisbreaking | |
| RU2263774C2 (en) | Mehtod for obtaining hydrocarbons from rock rich in organic compounds | |
| US20050239661A1 (en) | Downhole catalytic combustion for hydrogen generation and heavy oil mobility enhancement | |
| CA2581839C (en) | Low temperature oxidation enhanced oil recovery with catalyst | |
| CA2407404A1 (en) | A method for treating a hydrocarbon-containing formation | |
| RU2306410C1 (en) | Method for thermal gaseous hydrate field development | |
| RU2060378C1 (en) | Method for developing oil stratum | |
| CN102187053A (en) | Using self-regulating nuclear reactors in treating a subsurface formation | |
| CN102046918A (en) | Methods for generation of subsurface heat for treatment of a hydrocarbon containing formation | |
| IL212486A (en) | Heater and method for recovering hydrocarbons from underground deposits | |
| RU2694328C1 (en) | Method for intensification of extraction of gaseous hydrocarbons from nonconventional low-permeable gas-bearing formations of shale plays/formations and a technological complex for its implementation | |
| WO2023078085A1 (en) | Self-heating in-situ conversion development method for medium- and low-maturity organic matter-rich shale | |
| Askarova et al. | Application of oil in situ combustion for the catalytic methane conversion in the porous medium of the gas reservoir | |
| RU2569375C1 (en) | Method and device for heating producing oil-bearing formation | |
| RU2433255C1 (en) | Method of gas hydrate development | |
| CN114876429B (en) | Method for exploiting heavy oil reservoir by utilizing shaft catalytic heat generation | |
| RU2424427C1 (en) | Procedure for extraction of gas from gas hydrates | |
| CN204729075U (en) | A kind of petroleum thermal recovery system | |
| RU2569382C1 (en) | Downhole gas generator | |
| RU159925U1 (en) | DEVICE FOR HEATING PRODUCTIVE OIL-CONTAINING LAYER |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171022 |