CN1104291A - 电解采油法 - Google Patents

Abstract

一种电解采油技术，其特征在于：实施步骤如下：将注入井或废井底部作成油坑，容积在5～5000米³；在油坑中插入电极，通上直流电进行电解，在电极上析出H₂和O₂或Cl₂；在井底电点火使其化合爆炸，放出热量生成高温高压气体，向油层扩散，加热油层，使原油降粘，把原油从油层孔隙中源源不断驱向生产井；将驱向生产井的原油机械或自喷采出。本发明所提供的二次采油技术，使得所需设备少，热损失小。

Description

本发明涉及石油的二次开采技术，特别是使用热能将原油降粘采出的技术。

在一百多年的开采石油事业中，“目前从一个油藏平均仅能采出34%的原始地质储量……，假若有人指望把石油矿藏全部开采出来，那就会不现实到荒谬的地步了”^[1]。

有油难采的主要原因在于：完井方法的好坏对原油开采有很大的影响，现在广泛采用射孔完井法，它有一些优点，但也有一些缺点。如油气层受损害较为严重，油气层与井底连通面积比较小，油气渗入井内的阻力比较大^[2]，这就影响了采收率的提高。

另外，一次采油时，一部分原油被采出来，还有大量的原油在油层中。这时油层压力降低，原油粘度增加，流动性差，渗透率也降低。一句话，油层性质和原油性质都恶化，而且还有毛吸管力和界面张力把原油束缚在油层的孔隙中。

为了采出更多原油，一方面要改进完井方法，另一方面要改进采油方法：即降低原油粘度，破坏界面张力，增加流动性等。为达此目的必须给油层足够高的温度和压力，温度降粘和破坏界面张力，压力驱油。人们已经想出一些方法，如火烧油层，注蒸汽等都是高温高压汽（氨）体驱油，它们虽有优点，也有缺点，以注蒸汽法为例：

1）所需设备多：水处理、蒸汽发生器、燃料燃烧后净化设备等。管线长：蒸汽发生器到井口（须保温）、井口到井下（须隔热）。

2）热损失大^[1]：蒸汽发生器20%，蒸汽发生器到井口3～5%，井口到井下：610米深的注入井用不同的隔热法6～20%，如果深井热损失会更多。

3）注入井温度高，需要隔热，油井需采用一定措施。

本发明的目的在于提供一种二次采油技术，使得所需设备少，热损失小。

本发明提供的电解采油技术，其特征在于：实施步骤如下：

（1）将注入井或废井底部作成油坑，容积在5～5000米³；

（2）在油坑中插入电极，通上直流电进行电解，在电极上析出H₂和O₂或Cl₂

（3）在井底电点火使其化合爆炸，放出热量生成高温高压气体，向油层扩散，加热油层，使原油降粘，把原油从油层孔隙中源源不断驱向生产井;化合方程式为：

（4）将驱向生产井的原油机械或自喷采出。

当油层无底水时，在电解前需送入电解液，如水、NaCl或KCl的盐溶液。用油层有底水这一特性，又与电解科学技术相结合，就产生了驱油所需要的两个主要因素：高温和高压。而且这高温和高压是在油层中产生的，因而具有以下优点：

1）所需设备少，电解采油相当于把蒸汽发生器搬到井下，用电缆输送电能;

2）热损失小，电解采油只有电缆的电阻产生的热损失;

3）油坑完井驱油渗油效果好：无论在注入井或在生产井，射孔完井连通性不好，阻力大。蒸汽注入和原油向井内渗流的阻力也大，驱油渗油效果差;而油坑完井完全连通，没有阻力。尤其油坑侧面很大，蒸汽容易注入，且均匀，驱油效果就好。在生产井原油向油坑渗透能力也强，有利于采油。所以油坑完井既有利于驱油也有利于渗油。

4）电解驱油温度高于注蒸汽驱油温度：电解驱油是H₂和O₂化合，火烧油层是氢、碳和氧化合，氢比碳的含量多一倍［3］。两者相似，所以把火烧油层燃烧区的温度（315-820℃）近似地看成是电解采油油坑的温度，那么电解驱油的温度比注蒸汽驱油的温度（260℃）高的多。如果取315～820℃的平均值：（315+820）/2＝517.5℃，比注蒸汽驱油的温度大约高一倍。显然，温度越高，粘度越低，驱油效果越好。

5）电解采油注入井温度不高：电解采油注入井的温度是由电缆电阻产生的热量造成的，绝大部分温度不高，只有井底最下端一段温度高，井口不需采取特别的措施。在介质驱油方面除和注蒸汽驱油相同外还有HCl驱油，HCl驱油具有酸化和酸压作用，可疏通和扩大油流通道，给原油渗透和流通带来极大好处，这是其他采油无法相比的。

下面通过实施例详述本发明。

附图1为电解装置及井底结构示意图

实施例：

1.电解装置和电解液

电解装置有井上和井下两部分。井上装置有1）整流器：它将工业用的交流电变成直流电，然后输入井下电极供电解用。整流器可一井一台，也可多井一台。2）点火控制器：控制电解气体周期性点火之用。3）温度记录仪：显示与记录电解池上部空间温度。井下装置有：1）电解装置及井底结构，如图1。对某些部件说明如下：封隔器1：封隔高温高压气体，防止向上传导。扶正器2：保持电极封套3居中。耐火材料4：堵头5和电极6间绝缘，防止粉末耐火材料4下漏。隔热套7：隔离高温高压气体向上传递热量。电极封套3：固定和保护电极6、点火器针8。粉末耐火材料4：固定和绝缘电极6，点火器针8。堵头5：电极封套3的堵头，固定电极6、点火器针8，防止粉末耐火材料4下掉。2）电解池9：即油坑，大小和深度根据需要定。3）电极6：要耐高温和抗氧化，铂电极好，太贵可用铁镀铂或铬，电解用。4）点火器针8：也要耐高温和抗氧化，铜或铁表面镀铂或铬，点火用。5）热电偶测温：测电解池上部空间温度，可放入电极封套中并伸出堵头。热电偶在氧化铝管中，氧化铝管外有镀铂或铬的细铁管保护。6）电解液：一般来说是油层底水10，没有底水10可向油坑注入需要的电解液，如水或NaCl溶液。

图中的井底结构为参考文献中火烧驱油注入井井底结构。扶正器2、封隔器1、电极封套3、隔热套7和堵头5等都要用耐腐蚀的高温合金或不锈钢。

2.电解驱油

电解驱油就是在电解池用电解的气体经点火后形成的高温高压气体把原油驱赶到生产井。油层底水含有NaCl，其含量各地不一。

虽然都是NaCl溶液，浓度不同电解产物也不同，稀盐水和水电解产物一样。它们的共同点是见光或高温（H₂和Cl₂在250℃以上，H₂和O₂在500℃以上）都爆炸，放出热量，生成高温高压气体：

它们的不同点是气体HCl进入油层与束缚水化合生成盐酸，盐酸与碳酸盐和含碳酸盐成分较高的砂盐反应：

CaCl₂和MgCl₂不沉淀，在水中溶解度很大，对驱油无害。CO₂降低原油粘度，使原油膨胀，是驱油的气体，H₂O也能驱油。

看来底水中不论含NaCl多少，其电解产物虽不同，但化合后都是高温高压气体，都有向油层扩散、加热原油、降低原油粘度和驱赶原油的作用。尤其对稠油和高凝油的开采更有利。而HCl还有其独特作用：相当于酸压，比注酸压裂达到的深度更远更均匀。如果HCl能到达生产井，就把油流通道给疏通和扩大了，原油的渗透和流通效果是可想而知的，可大大提高原油的开采速度和采收率。

由于底水中NaCl浓度的不同电解产物也不同，驱油效果也不一样。这就需要根据实际情况用增（加NaCl）减（加H₂O）底水中NaCl的浓度来达到驱油的目的。

还应指出：1）电解驱油是一个周期性的爆炸过程。2）电解产物的量要控制在安全生产的范围内，以免损坏设备。3）由于电解产物化合是放热反应，当油坑达到反应温度时，不经点火析出气体也可化合爆炸。如果这样，既安全又省事。

3.地下氯碱工厂

从离解反应式（1）和（2）看出：如果需要H₂和Cl₂驱油时，Na⁺留在电解液中，在阴极附近Na⁺与OH^-化合成NaOH。而且越来越多，影响电解正常进行，必须取出。方法是在阴极附近底部安一根管子通到地面，利用电解气体爆炸产生的压力将NaOH压到地面。经浓缩后制成苛性碱，是工业原料。这就相当于地下氯碱工厂了。

4.自喷采油

气体和液体都有传递压力的性质，电解气体爆炸后产生的高压气体随着时间的延长传向油层内部。油层压力逐渐增加，这压力传到生产井，到一定时间达到自喷压力，原油即可自喷出井，原油自喷给采油带来许多好处。另外，由于原油温度很高，原油不能析蜡，也省去了油管清蜡工艺。

5.小眼生产井

如果电解采油能使生产井自喷，生产井不用下泵抽油，可打小眼井，仍用油坑完井。这可提高打井速度，降低成本。

6.水冷油管

电解采油温度很高，在生产井原油温度如果影响油管和套管时，可在油管内部或外部装冷却水管降低油温。用后的冷却水放入附近需要水的注入井的电解池中。

7.废井采油

废弃油井下面的油层还储藏着大量的原油，可用电解采油法采出来。这需要取出套管和水泥环，现在的石油技术是可以做到的。废井的优点是压力低、油气流小、易于操作，这给清除套管和水泥环及电解采油等带来方便。

清除套管具体做法：1）机械法：用水力喷砂纵向切割套管和水泥环成条状，条的宽度以易于取出为准，然后打捞出来。2）化学法：钢铁和水泥都和酸起反应，所以也可用酸来处理。3）根据需要机械法和化学法相结合。

取出套管和水泥环后即可进行油坑完井和电解采油了。

参考文献

1.[美]F.H.波特曼等编：《提高原油采收率技术》（中译本）。石油工业出版社，1985年。

2.刘希圣主编：《钻井工艺原理》下册《完井工程》。石油工业出版社，1988年。

3.[美]P.D.怀特.J.T.莫斯编：《热采方法》（中译本）。石油工业出版社，1988年。

4.《油矿修井工人读本》编写小组编：《油矿修井工人读本》下册。石油工业出版社，1977年。

Claims (3)

1、一种电解采油技术，其特征在于：实施步骤如下：

(1)将注入井或废井底部作成油坑，容积在5～5000米³；

(2)在油坑中插入电极，通上直流电进行电解，在电极上析出H₂和O₂或Cl₂；

(3)在井底电点火使其化合爆炸，放出热量生成高温高压气体，向油层扩散，加热油层，使原油降粘，把原油从油层孔隙中源源不断驱向生产井；化合方程式为：

(4)将驱向生产井的原油机械或自喷采出。

2、按权利要求1所述电解采油技术，其特征在于：当油层无底水时，在电解前需送入电解液，如水或NaCl、KCl的盐溶液。

3、按权利要求1，2所述电解采油技术，其特征在于：当电解液为NaCl溶液时，在阴极附近底部安一根管子通到地面，利用电解气体爆炸产生的压力将NaOH压到地面，经浓缩后制成苛性碱。