CN100497884C - 一种稠油注空气缓和催化氧化采油方法 - Google Patents

一种稠油注空气缓和催化氧化采油方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于稠油油藏开采中，注空气缓和催化氧化采油方法。它采用复合催化氧化，达到稠油降粘开采。其技术方案是：按复合催化剂/稠油质量分数为0.3%～2.0%的用量把复合催化剂溶解于水中，注入油层；再以蒸汽为加热介质及稀释剂，按蒸汽/稠油质量百分数为30%～80%用量，加热油层温度至150～250℃；最后以空气为氧化剂，充入空气压力为0.5～5.0MPa催化氧化6～120h，得到降粘后稠油，降粘率达到20%～100%。本发明在注蒸汽开采稠油过程中，注入一种水溶性或油溶性、耐高温、具有催化氧化与裂化的双功能催化剂，并辅以一定量的空气注入，在焖井期间或蒸汽驱过程中使稠油发生缓和催化氧化、裂化反应，使原油轻质化降粘和改善原油的表面活性，能使稠油的降粘率高达90%以上，符合稀油开采工艺要求。

Description

一种稠油注空气缓和催化氧化采油方法
技术领域
本发明涉及一种用于稠油油藏开采中，注空气缓和催化氧化采油方法，属于稠油开采新技术。
背景技术
世界范围内，可开采石油正向着重质化、劣质化的方向发展，常规石油的可采储量已大大减少，而稠油及油砂沥青的可采储量却相当可观。据2002年世界石油大会资料表明，世界常规原油可采储量仅约为1500亿吨，而稠油可开采储量却高达15500亿吨。
中国稠油资源较为丰富，最新研究表明，预测资源量198亿吨，已探明稠油地质储量18.1亿吨，已动用地质储量11.95亿吨，剩余未动用地质储量6.14亿吨。据初步地质调查表明，中国油砂矿分布广泛，主要分布在新疆、青海、西藏、四川、贵州、广西、浙江、内蒙等地约250亿吨。我国已经建立了辽河油区、新疆油区、胜利油区及河南油区稠油开发四大生产区。2004年全国稠油产量1354.7万吨，其中蒸汽吞吐产量1162.6万吨，蒸汽驱产量87.3万吨，常规产量104.8万吨。国外的常规稠油油田主要有英国的Captain油田、美国的威明顿油田、Beta油田、亨达顿油田、英格伍德油田(Vickers east油藏)、小伯法罗、乌津油田、Maracaibo，venezuela湖油田、hamaca油田等。
由于稠油资源有着巨大的勘探潜力和广阔的发展前景，有理由预测，随着常规原油产量的递减，21世纪会以稠油开采为重点，弥补石油能源的不足。有人称“我们正进入一个新的石油时代——重质原油时代”。但是，稠油的开采比轻油困难的多，开采费用更高，亦需要更高的开采技术，而原油变重的趋势已经很明显，大量开采那些难于动用的、投资费用较高的稠油已成为必然。稠油开发技术主要包括蒸汽吞吐、蒸汽驱和出砂冷采以及火烧油层等，蒸汽吞吐仍是稠油油田开发的主体技术。
对于目前稠油开采的工业化应用技术，热采中的注蒸汽采油都存在着采出油含水率较高，累积油汽比和最终采收率低，生产成本相对较高(蒸汽消耗量大，天然气、轻质油等溶剂以及表面活性剂价格较贵)等一系列的缺点；火烧油层存在着油汽比过高导致油井设备的腐蚀、泵的气销，酸和低温氧化产物产生的乳化液具有较高粘度造成泵抽困难从而降低了生产井的产量同时引起沥青沉淀造成生产堵塞，同时由于层内燃烧消耗的原油储量高达10％~15％等一系列不足；出砂冷采初期含砂率高且单井累积产砂量多，单井产量增长幅度大但采收率较低，产出液呈泡沫状流动而井底压力低，一旦蚯蚓洞发生外来水侵入便导致开采效果明显变差；注气(N2，CO2等)开采存在气源限制以及成本过高。
文献(陈凤君，李明新.浅薄层特超稠油吞吐中后期蒸汽驱研究与试验.西部探矿工程，2003，12(91))于2000年3月15日蒸汽驱开始，于6月6日注汽结束，累积注汽28077t，注汽速度150t/天，注汽压力3.7~5.1MPa，注汽温230℃~263℃。汽驱截止2000年12月底，累积产液26394t，产油6711t，综合含水74.6％，采注比0.94，油汽比0.24。文献(刘艳波，刘东亮.氮气在乐安稠油油田开采中的应用.石油钻采工艺，2004，26(3))在乐安油田共实施氮气辅助蒸汽吞吐及压水锥控水试验29井次累计施工时间1800h，累计注入氮气140×104m3，平均单井作用半径8m，单井年增油1057t，共增油22834t，平均油汽比提高0.30。累积增油53600t。CN03137611.8公开了一种开采稠油的化学热稠油开采方法，将由一定质量浓度的双氧水加入适量稠化剂制成的氧化体系药液和由一定质量浓度的联氨加入适量稠化剂制成的还原体系药液按一定比例以段塞的形式注入地层，利用它们在地层中化学反应产生的热量和气体利于稠油开采。CN200410027152.7公开的一种稠油化学助采剂是具有如下成分及重量份数的混合物：表面活性剂1份，碳酸钠或碳酸氢钠0.1～1.0份，水30～70份，表面活性剂可用非离子型表面活性剂：C8～C12烷基酚聚氧乙烯醚、山梨糖醇酐酯类、聚氧乙烯山梨糖醇酐酯类，阴离子表面活性剂C8～C18烷基芳基磺酸钠，使用上述化合物的任意一种或多种任意比例的混合物作为助采剂，通过稠油井的井筒或套管将助采剂注入地层，具有制造简单、使用方便、使用效果好等优点，降粘率达97％以上，能有效地改善稠油的流动性，使降粘后的“稠油”容易流动到井筒，顺利实现冷采。目前这些各种稠油开采方法中，大多都存在累积油汽比不高，最终采收率偏低以及生产成本过高等问题。因此，要想对稠油进行大规模开采，必须解决采收率以及生产成本等问题。
发明内容
本发明的目的在于：为了提高稠油采收率、降低生产成本，采用复合催化氧化，达到稠油降粘开采，特提供一种稠油注空气缓和催化氧化采油方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案，一种稠油注空气缓和催化氧化采油方法，其特征是：由金属盐催化剂及助剂组成复合催化剂，先按复合催化剂/稠油质量百分数0.3％~2.0％的用量把复合催化剂溶解于水中，注入油层；再以蒸汽为加热介质及稀释剂，按蒸汽/稠油质量百分数为30％~80％用量，加热油层温度至150℃~250℃；最后以空气为氧化剂，充入空气压力为0.5~5.0MPa催化氧化反应6h~120h，得到降粘后的稠油，降粘率能达到20％～99.99％。复合催化剂是由金属盐催化剂和助剂组成，金属盐催化剂是铁、钴、镍、锰、铜、锌、钼、铬的硫酸盐或氯化盐，或铁、锰、铜、锌的硝酸盐或碳酸盐，或钴、铜、锌的草酸盐或乙酸盐，或钴、铜、锌、锰、铁的苯甲酸盐，或铁、锰、铜、锌的邻苯二甲酸盐；助剂用尿素、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铵、碳酸氢铵、氢氧化钠、氢氧化钾的一种或两种。
本发明中按复合催化剂/稠油为0.3％～2.0％质量百分数的用量把复合催化剂溶解于水中，优选0.5％～1.5％。以蒸汽为加热介质和稀释剂，按蒸汽/稠油质量百分数为30％～80％的蒸汽用量通入到油层，优选40％～70％。加热油层温度至150℃～250℃，优选180℃～240℃。以空气为氧化剂，在180℃～240℃条件下催化氧化反应6h～120h，优选6h～72h。
本发明与现有稠油开采技术相比，具有以下有益效果：(1)在注蒸汽开采稠油过程中，注入一种水溶性(或油溶性)、耐高温、具有催化氧化与裂化的双功能催化剂，并辅以一定量的空气注入，在焖井期间或蒸汽驱过程中使稠油发生缓和催化氧化、裂化反应，在油层就地产生热量和蒸汽，生成小分子碳氢化合物、表面活性剂和烟道气，使原油轻质化降粘和改善原油的表面活性，降低油水界面张力；(2)该项技术是集热采(蒸汽吞吐/蒸汽驱)、氧化放出的热量直接加热油层、注烟道气、氧化裂解降粘与稠油轻质化、表面活性剂驱油、稀油稀释法等6种采油机理于一体的新型、高效的低成本采油技术，它克服了目前的注蒸汽开采以及注气开采稠油方法的缺点，使稠油的降粘率高达99％以上，达到了稀油程度，符合稀油开采工艺要求。
具体实施方式
下面通过实例对本发明作进一步的说明。实验采用的分析仪器：NDJ-8S数字显示粘度计(上海精密科学仪器有限公司)。
实例1
按复合催化剂(锰无机盐+单种助剂)/稠油质量百分数0.5％，将0.51g复合催化剂溶解在少量水中并加入到在50℃条件下脱气粘度为513.7Pa·S的101.37g稠油中，再注入40g蒸汽(实验室条件下用水代替蒸汽)同时充压0.5MPa的空气，在180℃下催化氧化反应6h，得到降粘后稠油，粘度为387.5Pa·S，降粘率达到24.57％。
实例2
按复合催化剂(钼无机盐+单种助剂)/稠油质量百分数0.8％，将0.79g复合催化剂溶解在少量水中并加入到在50℃条件下脱气粘度为513.7Pa·S的98.25g稠油中，再注入40g蒸汽(实验室条件下用水代替蒸汽)同时充压0.5MPa的空气，在180℃下催化氧化反应6h，得到降粘后稠油，粘度为253.7Pa·S，降粘率达到50.61％。
实例3
按复合催化剂(镍无机盐+二种助剂)/稠油质量百分数1.2％，将1.21g复合催化剂溶解在少量水中并加入到在50℃条件下脱气粘度为513.7Pa·S的100.93g稠油中，再注入40g蒸汽(实验室条件下用水代替蒸汽)同时充压0.5MPa的空气，在180℃下催化氧化反应6h，得到降粘后稠油，粘度为106.2Pa·S，降粘率达到79.33％。
实例4
按复合催化剂(钴有机盐+单种助剂)/稠油质量百分数1.0％，将1.04g复合催化剂溶解在少量水中并加入到在50℃条件下脱气粘度为513.7Pa·S的103.6g稠油中，再注入60g蒸汽(实验室条件下用水代替蒸汽)同时充压1.OMPa的空气，在200℃下催化氧化反应12h，得到降粘后稠油，粘度为16.53Pa·S，降粘率达到96.78％。
实例5
按复合催化剂(铬无机盐+二种助剂)/稠油质量百分数1.0％，将0.98g复合催化剂溶解在少量水中并加入到在50℃条件下脱气粘度为513.7Pa·S的97.66g稠油中，再注入70g蒸汽(实验室条件下用水代替蒸汽)同时充压1.0MPa的空气，在200℃下催化氧化反应12h，得到降粘后稠油，粘度为2.157Pa·S，降粘率达到99.58％。
实例6
按复合催化剂(铁无机盐+二种助剂)/稠油质量百分数1.0％，将1.01g复合催化剂溶解在少量水中并加入到在50℃条件下脱气粘度为513.7Pa·S的99.68g稠油中，再注入60g蒸汽(实验室条件下用水代替蒸汽)同时充压1.0MPa的空气，在220℃下催化氧化反应12h，得到降粘后稠油，粘度为0.965Pa·S，降粘率达到99.81％。
实例7
按复合催化剂(锰有机盐+二种助剂)/稠油质量百分数1.4％，将1.33g复合催化剂溶解在少量水中并加入到在50℃条件下脱气粘度为513.7Pa·S的95.29g稠油中，再注入60g蒸汽(实验室条件下用水代替蒸汽)同时充压2.0MPa的空气，在220℃下催化氧化反应24h，得到降粘后稠油，粘度为0.573Pa·S，降粘率达到99.89％。
实例8
按复合催化剂(铜无机盐+二种助剂)/稠油质量百分数1.4％，将1.36g复合催化剂溶解在少量水中并加入到在50℃条件下脱气粘度为513.7Pa·S的97.11g稠油中，再注入60g蒸汽(实验室条件下用水代替蒸汽)同时充压2.5MPa的空气，在220℃下催化氧化反应24h，得到降粘后稠油，粘度为0.318Pa·S，降粘率达到99.94％。
实例9
按复合催化剂(铜有机盐+单种助剂)/稠油质量百分数1.4％，将1.42g复合催化剂溶解在少量水中并加入到在50℃条件下脱气粘度为513.7Pa·S的101.52g稠油中，再注入60g蒸汽(实验室条件下用水代替蒸汽)同时充压2.5MPa的空气，在220℃下催化氧化反应36h，得到降粘后稠油，粘度为0.217Pa·S，降粘率达到99.96％。
实例10
按复合催化剂(锌有机盐+单种助剂)/稠油质量分数用量1.5％，将1.60g复合催化剂溶解在少量水中并加入到在50℃条件下脱气粘度为513.7Pa·S的106.95g稠油中，再注入60g蒸汽(实验室条件下用水代替蒸汽)同时充压4.0MPa的空气，在220℃下催化氧化反应48h，得到降粘后稠油，粘度为0.036Pa·S，降粘率达到99.99％。
实例11
按复合催化剂(铜有机盐+二种助剂)/稠油质量分数用量1.5％，将1.41g复合催化剂溶解在少量水中并加入到在50℃条件下脱气粘度为513.7Pa·S的93.78g稠油中，再注入60g蒸汽(实验室条件下用水代替蒸汽)同时充压4.0MPa的空气，在220℃下催化氧化反应72h，得到降粘后稠油，粘度为0.017Pa·S，降粘率达到99.99％。

Claims (1)

1.一种稠油注空气缓和催化氧化采油方法，其特征是：由金属盐催化剂及助剂组成复合催化剂，金属盐催化剂是用铁、钴、镍、锰、铜、锌、钼、铬的硫酸盐或氯化盐，或铁、锰、铜、锌的硝酸盐或碳酸盐，或钴、铜、锌的草酸盐或乙酸盐，或钴、铜、锌、锰、铁的苯甲酸盐，或铁、锰、铜、锌的邻苯二甲酸盐，助剂是用尿素、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铵、碳酸氢铵、氢氧化钠、氢氧化钾的一种或两种；先把复合催化剂/稠油质量百分数为0.3％~2.0％的用量把复合催化剂溶解于水中，注入油层；再以蒸汽为加热介质及稀释剂，按蒸汽/稠油质量百分数为30％~80％用量，加热油层温度至150~250℃；最后以空气为氧化剂，充入空气压力为0.5~5.0MPa，催化氧化6~120h，得到降粘后稠油，降粘率达到20％~99.99％。
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Termination date: 20161207

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