CN105672963A - 一种应用水合反应释氢组份的油气井增产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油气井开采领域，具体涉及一种应用水合反应释氢组份的油气井增产方法。本发明的实质是通过不同材质的胶囊，包裹住释氢组份，隔绝水和空气，在不同的温度下不同材质的胶囊分解，反应物开始反应放出氢气与热能等。本发明所述的方法能够控制氢气的释放量与释放时间，也解决了增产施工中氢气一次性剧烈释放，导致氢气效能没有充分利用的问题。主要通过1号溶液和2号溶液在井下反应释放能量对近井区加热的同时，所产生的能量以气体脉冲形式对外释放，在高温条件下使得石蜡、沥青质等有机大分子堵塞物发生催化裂解反应，使油路内的堵塞物得以清除，提高渗透率，达到恢复生产的目的。
Description
技术领域
本发明属于油气井开采技术领域，具体涉及一种应用水合反应释氢组份的油气井增产方法。
背景技术
油井的采收能力取决于多种因素，如开采层岩石性质、孔隙度，开采层有效油层厚度，地层的渗透性、原油粘度、油层含油饱和度、含水饱和度，开采层、油层原始压力等。另外近井区石蜡和沥青含胶质物质(AFS)的沉积附着也是影响采收率的重要因素。
目前提高采收率的方法大致分为化学方法、物理方法、热力法和微生物采油。化学方法有酸化处理、表面活性剂和有机溶剂处理、聚合物处理等；物理方法有水力压裂、水力喷砂处理等；热力法有热水驱、蒸汽法、火烧油层、电加热等；微生物采油包括微生物吞噬分解或微生物驱油等。然而，这些处理方法的成本都很高，而且对于低渗透油藏收效甚微。
现有技术中，一般利用分子氢和原子氢的性质能够有效的提高油气井的采收率，然而，缺陷是氢气的释放只有一个阶段，一次性释放完毕。但是对于底层复杂的环境，氢气的释放也应该变得更加可控和有针对性。
发明内容
本发明的目的是建立在运用加氢热气化学增产技术基础上的深度处理方式上，有效地提高老井、低渗油井、有储量没产量的油气井、实施了各种增产措施均没有明显效果的油气井等的采收率，改善地层环境，缓解近井区堵塞，疏通油路，提高原油流动性，降低原油粘稠度，增加地层能量，达到增产稳产目的。
同时本发明所述的方法也解决了增产施工中氢气一次性剧烈释放，导致氢气效能没有充分利用的问题。本发明所述的方法能够控制氢气的释放量与释放时间，而不只是在处理过程的早期。这个变化能够显著提高加氢热气化学增产的持续时间，提高增产过程中产生多级脉冲的振幅、频率、数量以及作用范围。本发明的实质是通过不同材质的胶囊，包裹住释氢组份，隔绝水和空气。在不同的温度下不同材质的胶囊分解，反应物开始反应放出氢气与热能等。
一种应用水合反应释氢组份的油气井增产方法，其步骤如下：
(1)、首先配制两种溶液，1号溶液，按质量和为100％计算，由55～61％的硝酸铵NH4NO3、17.2～21.4％的尿素CO(NH2)2、9.3～14.1％的硝酸HNO3和12～19.5％的H2O组成；2号溶液，按质量和为100％计算，由40.5～45％的亚硝酸钠NaNO2、22.8～30.2％的胶囊和30～34％的H2O组成；其中，胶囊为三种，质量比为1：1：1，分别为熔点100～140℃的聚氯乙烯、熔点高于170℃的聚甲醛和熔点高于250℃的聚酰胺，三种胶囊中均含有释氢组份，所述的释氢组份是LiAlH4、NaBH4、NaH或LiH中的任意一种或几种。进一步地，三种胶囊的体积均为2～5立方厘米。
(2)、施工工艺步骤如下：
1号溶液与2号溶液的体积和等于油井反应区的体积，即人工井底至射孔区域中最上面射孔处的油井体积(人工井底即图1所示油井最末端，最上面射孔处即油井射孔5中距离地面最近的射孔)；1号溶液与2号溶液质量比为1：1。
①向油井注水至井口
②下放油管3至油井的人工井底，通过油管3向油井内注入1号溶液；
③上提油管3使其出液口高于射孔区域并距最上面射孔处8～10米处；
④通过油管3向油井内注入2号溶液，使其液面与最上面射孔处的位置相平；
⑤两种溶液充分反应12～24h(1号溶液密度为1.25～1.3g/cm3，2号溶液密度为1.55～1.6g/cm3)，敞开井口观察；
⑥恢复生产，稳产后评估增产效果。
1号溶液和2号溶液在井下反应释放能量对近井区加热的同时，所产生的能量以气体脉冲形式对外释放，在高温条件下使得图1中射孔5附近的石蜡、沥青质等有机大分子堵塞物发生催化裂解反应，使油路内的堵塞物得以清除，提高渗透率。达到恢复生产的目的。
1号溶液制备方法：
按质量和100％计算，首先向容器内加入55～61％的硝酸铵NH4NO3、12～18.5％的H2O和9.3～14.1％的硝酸HNO3，之后再加入17.2～21.4％的尿素CO(NH2)2，混合后搅拌10～20分钟。
2号溶液制备方法：
按质量和100％计算，首先向容器内加入30～34％的H2O，然后加入39.5～45％的亚硝酸钠NaNO2，搅拌溶解，之后加入22.8～30.2％的三种胶囊，三种胶囊的质量比为1：1：1，混合后搅拌10～20分钟。
制得的1号溶液密度为1.25～1.3g/cm3，2号溶液密度为1.55～1.6g/cm3。
本发明的化学反应如下：
第一阶段的硝酸与尿素发生化学反应：
2NaNО2+CO(NH2)2+2H+＝2N2↑+CO2↑+3H2O+Na++Q①
此时放出大量热量使温度升高，在100℃条件下发生聚氯乙烯分解，同时发生如下化学反应，放出大量的氢气和热。
LiAlH4+4H2O＝LiOH+Al(OH)3+4H2↑+Q
NaBH4+4H2O＝NaOH+B(OH)3+4H2↑+Q
NaH+H2O＝NaOH+H2↑+Q②
LiH+H2O＝LiOH+H2↑+Q
第二阶段温度在110℃条件下硝铵开始分解成热硝酸：
NH4NO3→NH3↑+HNO3③
该步反应形成的热硝酸能够溶解近井区的杂质，有效地解除地层因蜡质、胶质、沥青质等有机物沉积造成的堵塞。反应生成的热量使近井带岩石产生微裂缝并通过酸处理使微裂缝不会闭合，增大了近井带岩石孔隙度和渗透率。该温度下同时发生尿素分解反应：
CO(NH2)2+H2O→CO2↑+2NH3↑④
温度在170℃条件下发生聚甲醛分解，同时发生如下化学反应，并放出大量的氢气、压力和热：
LiAlH4+4H2O＝LiOH+Al(OH)3+4H2↑+Q
NaBH4+4H2O＝NaOH+B(OH)3+4H2↑+Q
NaH+H2O＝NaOH+H2↑+Q⑤
LiH+H2O＝LiOH+H2↑+Q
该条件下硝酸铵的如下分解反应：
NH4NO3→N2O↑+2H2O+Q
⑥
温度在200℃条件下是硝铵分解的最活跃的阶段：
NH4NO3→N2↑+2H2O+1/2O2↑+Q⑦
温度在250℃条件下发生聚酰胺分解，同时发生如下化学反应：
LiAlH4+4H2O＝LiOH+Al(OH)3+4H2↑+Q
NaBH4+4H2O＝NaOH+B(OH)3+4H2↑+Q⑧
NaH+H2O＝NaOH+H2↑+Q
LiH+H2O＝LiOH+H2↑+Q
多级可控化学反应发生后，井底区的地层压力和温度剧烈升高。由于压力和温度以及多种气体反应产物的影响，井底区形成了多级脉冲，使得近井区的岩石产生新的微裂缝和孔道，形成新的油路通道。另一方面原油中的石蜡被反应②、⑤、⑧中产生的氢气高温热裂解,使原油分子链变短，原油流动性增强。该技术的综合作用使得近井区的堵塞得以疏通，原油采收率大幅提高。大量数据表明，该技术能够使原油采收率平均提高2～5倍。
附图说明
图1本发明的油井结构示意图；图中：油管3、2号溶液2、1号溶液1、油岩层4、射孔5；水6
图1中套管直径即油井直径，井深即从井口至人工井底的距离，人工井底即油井最下面的部分，射孔范围即射孔5中最上面射孔到最下面射孔的距离。
图2本发明实施例1的排-684号油井加氢作业井温变化图；
从图中可以看出，通过测井仪器测得排-684油井井温变化明显，且在主要反应区(1194～1205m)升温特别明显。
图3本发明实施例1的排-684施工后产量统计图；
从图中可以看出，通过统计生产记录发现，排-684号油井增产现象明显，增产作业前日产液2.4t，其中日产油1.5t，增产作业后初期液、油增产分别达到325％、295％，到2015年7月31日持续增产已达273天，累计增油790.6吨。
图4本发明实施例2的梁-113井加氢作业井温、压力变化图；
从图中可以看出，通过测井仪器测得梁-113油井井温、压力变化明显，特别是井底压力增加非常明显；
图5本发明实施例2的梁-113施工前后产量统计图；
从图中可以看出，通过统计生产记录发现，梁-113号油井增产现象明显，增产作业前日产液3.7t，其中日产油2.6t，增产作业后初期液、油增产分别达到390％、317％，到2015年7月31日持续增产已达137天，累计增油662吨。
具体实施方式
实施例1：新疆克胜利油田排-684号油井加氢热气化学增产作业
排-684号油井的地质条件及相关参数：储层系砂岩和粉砂岩；低渗透油层；套管直径(图1中油井的直径)井深(地面至井底的距离)1239.4m；人工井底1239.4m；射孔范围1194～1205m；油管直径增产作业前日产液2.4t，其中日产油1.5t；
由以上数据可得出反应区体积为688升，配制1号溶液379.6升，2号溶液308.4升。
1号溶液493.5kg，即1号溶液由281.3kg的硝酸铵NH4NO3、83.9kg的尿素CO(NH2)2、69.1kg的硝酸HNO3和59.2kg的H2O组成。
2号溶液493.5kg，2号溶液由205.9.4kg的亚硝酸钠NaNO2、134kg的胶囊(三种胶囊质量比例为1：1：1)和153.6kg的H2O组成。
1号溶液制备方法：
首先向容器内加入281.3kg的硝酸铵NH4NO3，然后加入59.2kg的H2O和69.1kg的硝酸HNO3，之后加入83.9.3kg的尿素CO(NH2)2，混合后搅拌15分钟。
2号溶液制备方法：
首先向容器内加入153.6kg的H2O，然后加入205.9kg的亚硝酸钠NaNO2，搅拌溶解，之后加入134kg的三种胶囊，质量比为1：1：1，分别为熔点为140℃的聚氯乙烯，熔点为170℃的聚甲醛和熔点为250℃的聚酰胺，三种胶囊中均含有释氢组份；分别为LiAlH4、NaBH4和NaH，三种胶囊的体积均为2立方厘米。混合后搅拌15分钟。
具体施工工艺步骤如下：
①向油井注水至井口
②下放油管3至油井的人工井底，通过油管3向油井内注入1号溶液379.6升；
③上提油管3使出液口高于射孔区域并距射孔区域中最上面射孔的距离为8米处；
④通过油管3向油井内注入2号溶液308.4升，使2号溶液的液面上升至最上面射孔处；
⑤两种溶液充分反应24h，敞开井口观察；
⑥恢复生产，稳产后评估增产效果。
1号溶液和2号溶液在井下反应释放能量对近井区加热的同时，所产生的能量以气体脉冲形式对外释放，在高温条件下使得石蜡、沥青质等有机大分子堵塞物发生催化裂解反应，使油路内的堵塞物得以清除，提高渗透率。达到恢复生产的目的。
经统计排-684号油井增产现象明显，增产作业前日产液2.4t，其中日产油1.5t，增产作业后初期液、油增产分别达到325％、295％，到2015年7月31日持续增产已达273天，累计增油790.6吨。
实施例2：山东纯梁地区梁-113号油井加氢热气化学增产作业
梁-113号油井的地质条件及相关参数：储层系砂岩和泥岩；属超低渗透超稠油层；套管直径井深2858.7m；人工井底2858.7m；射孔范围2765～2769m；油管直径增产作业前日产液3.7t，其中日产油2.6t；由以上数据可得出反应区体积为1420.2升。配制1号溶液783.6升，2号溶液636.6升。
即1号溶液1018.6kg，按质量百分比计算,由607.8kg的硝酸铵NH4NO3、176.6kg的尿素CO(NH2)2、95.5kg的硝酸HNO3和138.7kg的H2O组成。
2号溶液1018.6.kg，按质量百分比计算，由411kg的亚硝酸钠NaNO2、259kg的胶囊(三种胶囊质量比例为1：1：1)和348.5kg的H2O组成。
1号溶液制备方法：
首先向容器内加入607.8kg的硝酸铵NH4NO3，然后加入138.7kg的H2O和95.5kg的硝酸HNO3，之后加入176.6kg的尿素CO(NH2)2，混合后搅拌15分钟。
2号溶液制备方法：
首先向容器内加入348.5kg的H2O，然后加入411kg的亚硝酸钠NaNO2，搅拌溶解，之后加入259kg的三种胶囊，三种胶囊的质量比为1：1：1，分别为熔点为100℃的聚氯乙烯，熔点为170℃的聚甲醛和熔点为250℃的聚酰胺树脂PA66，三种胶囊中均含有释氢组份；所述的释氢组份分别为NaBH4、NaH及LiH。，三种胶囊的体积均为3立方厘米。混合后搅拌15分钟。
具体施工工艺步骤如下：
①向油井注水至井口
②下放油管3至油井的人工井底，通过油管3注入1号溶液783.6升；
③上提油管3使出液口高于射孔区域并距射孔区域中最上面射孔的距离为8米处；
④通过油管3注入2号溶液636.6升，使2号溶液的液面上升至最上面射孔处；
⑤两种溶液充分反应24h，敞开井口观察；
⑥恢复生产，稳产后评估增产效果。
1号溶液和2号溶液在井下反应释放能量对近井区加热的同时，所产生的能量以气体脉冲形式对外释放，在高温条件下使得石蜡、沥青质等有机大分子堵塞物发生催化裂解反应，使油路内的堵塞物得以清除，提高渗透率。达到恢复生产的目的。
通过统计生产记录发现，梁-113号油井增产现象明显，增产作业前日产液3.7t，其中日产油2.6t，增产作业后初期液、油增产分别达到390％、317％，到2015年7月31日持续增产已达137天，累计增油662吨。
实验研究表明，该技术在井底反应区反应产生大量热量和压力，并产生氢原子、氢气等，实现石蜡、沥青质等有机大分子物质的催化裂解反应前置。该方法通过向井内依次注入的两种工作溶液间的反应引发的一系列化学反应，对油井、气井近井带产生热气化学作用。通过不同熔点的胶囊包裹释氢组份，使反应产生的活泼氢原子和氢气能够直达堵塞要害，将能量损失降到最低。1号溶液和2号溶液在井下反应释放能量对近井区加热的同时，所产生的能量以气体脉冲形式对外释放，高温高压脉冲气体对近井地带产生冲击作用，使近井区产生微裂缝，增加近井区孔隙的渗透率。由于两种工作液相互作用产生活泼的原子氢，在高温条件下使得石蜡、沥青质等有机大分子堵塞物发生催化裂解反应，使油路内的堵塞物得以清除，提高渗透率。反应生成的大量气体携带热量进入到地层，使地层能量提高。
综上，该技术具有安全可靠、成本低、作用范围广、作用效果明显、操作简单、可控、不破坏地层结构、环境友好的特点。
Claims (4)
1.一种应用水合反应释氢组份的油气井增产方法，其步骤如下：
(1)、首先配制两种溶液，1号溶液，按质量和为100％计算，由55～61％的硝酸铵NH4NO3、17.2～21.4％的尿素CO(NH2)2、9.3～14.1％的硝酸HNO3和12～19.5％的H2O组成；2号溶液，按质量和为100％计算，由40.5～45％的亚硝酸钠NaNO2、22.8～30.2％的胶囊和30～34％的H2O组成；其中，胶囊为三种，质量比为1：1：1，分别为熔点100～140℃的聚氯乙烯、熔点高于170℃的聚甲醛和熔点高于250℃的聚酰胺，三种胶囊中均含有释氢组份，所述的释氢组份是LiAlH4、NaBH4、NaH或LiH中的任意一种或几种；
(2)、施工工艺步骤：
1号溶液与2号溶液的体积和等于油井反应区的体积，即人工井底至射孔区域中最上面射孔处的油井体积，1号溶液与2号溶液的质量用量比为1：1；
①向油井注水至井口
②下放油管3至油井的人工井底，通过油管3向油井内注入1号溶液；
③上提油管3使其出液口高于射孔区域并距最上面射孔处8～10米处；
④通过油管3向油井内注入2号溶液，使其液面与最上面射孔处的位置相平；
⑤两种溶液充分反应12～24h；
⑥恢复生产。
2.如权利要求1所述的一种应用水合反应释氢组份的油气井增产方法，其特征在于：按质量和100％计算，首先向容器内加入55～61％的硝酸铵NH4NO3、12～19.5％的H2O和9.3～14.1％的硝酸HNO3，之后再加入17.2～21.4％的尿素CO(NH2)2，混合后搅拌10～20分钟，制备得到1号溶液。
3.如权利要求1所述的一种应用水合反应释氢组份的油气井增产方法，其特征在于：按质量和100％计算，首先向容器内加入30～34％的H2O，然后加入40.5～45％的亚硝酸钠NaNO2，搅拌溶解，之后加入22.8～30.2％的三种胶囊，三种胶囊的质量比为1：1：1，混合后搅拌10～20分钟，制备得到2号溶液。
4.如权利要求1所述的一种应用水合反应释氢组份的油气井增产方法，其特征在于：三种胶囊的体积均为2～5立方厘米。
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