CN112272731A - 对油藏进行热化学处理的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石油开采工业,更具体地涉及对油藏进行热化学处理以刺激石油开采过程的方法,并且使得可以通过更有效地作用于油气藏来优化将二元混合物泵入油藏的过程,还可以增加泵送过程的安全性,同时降低相关成本。一种对油藏进行热化学处理的方法包括将所需体积的包含硝酸铵和硝酸钠的二元混合物泵入油藏,其中在泵送二元混合物之前,确定油藏的产能以及在井的射孔间隔内进行温度和压力的初始测量,温度和压力用于确定紧接在泵送之前将硝酸钠溶解在预先制备的硝酸铵溶液中而在井场制备的二元混合物的体积和进料速率。预定体积的二元混合物在两级中通过单个管线泵送,第一级期间递送的二元混合物的体积不超过给定体积的25%,第一级之后泵送分离的水丸。在二元混合物泵送过程期间监测温度和压力:如果泵送压力增加了工作压力的1.5倍以上,减少甚至停止二元混合物的递送,然后供应水,并且一旦恢复工作压力,继续泵送剩余体积的二元混合物,并在油藏处理过程期间,监测温度和压力。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采工业,即涉及对油藏(或储层,reservoir)进行热化学处理以通过使用二元混合物的反应优化在开采油藏中发生的热化学反应的条件来刺激石油开采过程的方法。
背景技术
已知一种用于刺激石油开采的方法,该方法包括将基于硝酸铵和亚硝酸钠的二元混合物的水溶液结合引发组合物泵入油藏,同时在油藏处理过程期间控制反应产物的温度、压力和组成(RF专利号2546694,2015年公开)。
由于注入到油藏中的大量试剂的化学分解,所述方法使得可以显著增加反应区域中的油藏温度和压力,降低流体粘度,增加吹扫比(sweep ratio)并从而增加采油。尤其是,通过硝酸盐溶液的泵送通道部分(每个部分重不超过1吨)与技术淡水部分(每个部分不少于0.05吨)的交替,确保井眼中的爆炸安全性。通过连续监测温度和压力,还可以实现过程的爆炸安全性增加和设备过早故障的预防,这确保了反应过程的调节,其中井眼中的温度的限制低于超过安全参数的限制水平。当出现反应自加速的迹象(通过温度和压力测量仪器的读数识别这些迹象)时,停止将引发剂泵入井中。
在已知的处理方法中,技术方案涉及通过分开的通道将二元混合物的组分(硝酸铵和亚硝酸钠)进料到油藏中,这具有明显的缺点。首先,双管泵送需要两种标准尺寸的油管,特殊的采油树(可以悬挂2种标准尺寸的油管),带有一组传感器、安全阀等的两条高压管线,这明显增加了油藏的热化学处理的成本。其次,双管泵送不会在其整个物理体积中提供二元混合物的组分的完全混合和均质化,也无法提供水溶液中高浓度的无机盐(高达70%),因为在混合2种单独的水溶液(亚硝酸钠和硝酸铵)时,盐的总质量浓度明显下降。第三,当pH为4-7的硝酸铵水溶液与pH为12-14的碱金属亚硝酸盐水溶液形式的引发剂接触时,随着不受控制的爆炸过程的发展,伴随着压力的急剧增加和温度的增加,有可能直接在井槽中引发硝酸铵的分解反应。这样的过程可能导致两个油管柱的损坏,封隔器的分解,套管柱水泥石的破裂及其密封失效。
此外,所描述的已知油藏处理方法,除了控制温度和压力之外,还涉及对反应产物组成的实时监测,这在对通过分开的通道供应的试剂的工作馏分进行混合时,在浓度波动明显的情况下非常困难。
通常,对油藏实施热化学处理时,使用递送到井中的二元混合物组分的预制备溶液。从制备溶液的时刻到将其泵入井中,要经过相当长的时间,在此期间,可能会有溶液与沉淀物的分离,从而降低了效率。在这种情况下,需要通过额外的加热、搅拌、去除沉淀物等使溶液达到期望的条件,这产生额外的时间和财产损失。此外,每个开采田、甚至每个井都需要根据压力、温度、油藏产能(或容量,capacity)的特征对试剂的组成和处理、馏分的体积和浓度进行单独选择。因此,以比处理可能需要的量更大的量递送预制备溶液可能导致原始化学试剂的非生产性消耗,并且需要后续处置过量的二元混合物溶液。
发明内容
所要求保护的发明要解决的问题是通过增加对油气藏的影响的有效性以及增加将二元混合物泵入油藏的特定过程的安全性同时降低其实施成本,来优化对油藏进行热化学处理的过程。
通过热化学处理的方法解决了该问题,该方法包括将所需体积的包含硝酸铵和硝酸钠的二元混合物泵入油藏,并在油藏处理期间控制温度和压力,其中在泵送二元组合物之前,确定井的产能,以及在井的射孔间隔内进行温度和压力的初始测量,根据温度和压力确定二元混合物供应的体积和模式,其中在两级中执行预定体积的二元混合物的单管泵送,第一级处的二元混合物流量不超过预定体积的25%,并且在第一级之后泵送分离的水包(pack of water),其中二元混合物特别是在将其泵入井场之前通过用于制备、混合、平均并供应该溶液、将亚硝酸钠添加到制备的硝酸铵溶液中的装置进行制备,其中在泵送二元混合物期间,泵送压力从预定水平增加1.5倍以上,二元混合物的流量降低,直到其泵送完全停止,然后供应水,之后,当泵送压力恢复到预定压力时,继续泵送剩余体积的二元混合物。
另外,通过将引发剂泵入油藏之前将引发剂直接泵入二元混合物中,可以一起供应二元混合物与反应引发剂(甲醛溶液或乙二醛溶液)。同样,在泵送二元混合物之前和/或在泵送二元混合物之后,泵送作为无机酸或福尔马林的反应活化剂。泵送每种试剂后,将泵入分离体积的水。所有试剂都通过同一油管泵送。
在井的射孔间隔中进行初始测量并确定井的产能使得在压力、温度和流量以及泵送所需的二元混合物的体积的方面,最准确地计算二元混合物的最佳供应模式,这可以增加对油气藏的影响效率。
二元混合物(以下简称BM)的单管泵送允许使用标准的采油树,而无需专门更改井下和井口设备,这降低了执行操作的成本。此外,BM分解的放热反应直接发生在油藏中,而不发生在井眼中,这使得所有释放的能量可以直接转移到油藏流体中并加热油藏,从而实现了油粘度降低和井底区域的脱层(或脱结,decolmatation)。大量热和气体的快速释放在孔隙和裂缝中产生压力,这对于随着反应产物和温度进一步渗透深入油藏而扩展现有裂缝和出现额外微裂缝是必要的。而且,通过单管泵送,对要泵送的BM体积没有限制,对要泵送的硝酸铵和水部分的交替也没有严格要求,并且可以调节通过使用不同量的反应引发剂来进料BM组合物的诱导期。通过增加BM分解的反应速率,可以在反应区域实现油藏的多个微裂缝(达到65MPa以上的压力水平)。在这种情况下,在泵送BM之后泵送顶替流体(水)使得反应区域被推回到井底区域的周边,因此,影响井的回流压力不超过30%,这确保了执行操作的安全性。
在开始泵入井之前,直接在井场处制备BM溶液降低了将最终溶液输送到井中期间、在大气条件下(压力、温度、湿度等的作用)储存时最终溶液沉淀、分层的风险。在泵送之前,在井场处精确制备了这种体积的BM,这是基于紧接在操作前确定的井产能、油藏压力和温度等特性所需的。消除了初始化学试剂非生产性消耗的风险以及后续处置多余BM的需要。
另一明显优点是降低了例如在炎热天气和直接暴露于阳光下在金属容器中储存或运输所制备的BM组合物期间BM分解反应自发发生的风险。
直接在井中制备硝酸铵溶液并且随后在其中溶解亚硝酸钠可以得到具有密度、质量浓度和pH的预定参数的二元混合物溶液。
使用两级BM注入模式(其中第一级的流量不超过预定体积的25%)使得最初直接作用于油藏的井底区域,并通过产生熔化沥青树脂石蜡沉积物(ARPD)所需的温度来对其进行清洁,防止油从油藏流入井眼。释放大量热气体导致收集器脱层。在第二级进料主要体积的BM,处理区域扩展深入到油藏5-10米。
当泵送压力增加了预定工作压力的1.5倍以上时,停止二元混合物泵送过程,然后实施供水,以允许控制BM分解反应的开始,分解反应可能发生在井眼中,也可能直接发生在油藏的井底区域,防止其过早启动。
将BM与用作弱甲醛或乙二醛溶液的反应引发剂一起进料可以避免由于二元混合物组分相互作用而在井眼或紧邻井的油藏中释放热量和气体的密集过程过早发展,提供了足以将初始试剂安全地泵入油气藏的诱导期。
在二元混合物之后,泵送反应活化剂,其中将无机酸(例如,盐酸、硝酸、磷酸等)或福尔马林的溶液用作反应活化剂,从而确保在油藏中开始反应。同样,可以在泵送二元混合物之前泵送活化剂。活化剂浸渍孔隙空间,并为在油藏中开始反应创建了有利条件。计算活化剂浓度和体积,以便在泵送时不会使得反应过早开始。
在泵送每种试剂之后,泵送分离体积的水,以冲洗供应管线、采油树和油管,以免在泵送BM时引起反应的过早引发。
所提出的对油藏进行热化学处理的方法如下实施。
在开采田的选定井场安装用于BM的热气体化学地层处理(TGCFT)设备。该设备具有用于监测温度和压力的装置(包括深度高温传感器)。
在泵送二元组合物之前,确定油藏产能,在井的射孔间隔内执行温度和压力的初始测量以及供用试剂的顺序,根据温度和压力确定二元混合物泵送的模式和所需体积。
根据计算的二元混合物体积,使用用于制备BM溶液的专用移动设备直接在井场制备BM溶液。最初,通过将颗粒状硝酸铵添加到淡水中来制备硝酸铵溶液。将水加热到55至60℃的温度。通过混合设备提供水循环,在此期间,颗粒状硝酸铵添加到水中,并通过两相混合泵与水充分混合。继续该过程,直到溶液达到密度、质量浓度和pH的预定参数。使用已安装的传感器远程控制这些参数。随着溶液的显著冷却(多达-5℃),将溶液另外加热到+20至+30℃的温度。接下来,将粉末状亚硝酸钠添加到循环的硝酸铵溶液中,并用两相混合泵进行充分混合。继续该过程,直到盐溶液达到密度、质量浓度和pH的预定参数。将具有预定体积的制备的溶液泵入单独的容器中。
接下来,执行二元混合物溶液的两级泵送。在第一级中,泵送一部分制备的二元混合物溶液(高达25%),溶液总需求量根据油藏的预定特性确定。第一级井处理的必要性是由于以下原因。
绝大多数井(尤其是旧井藏,运行了25至35年)具有增加的表皮系数,其值可能达到3至5。这通常是由于井底油藏中大量ARPD和脱层沉积物。井底油藏空间中的大量沉积物一方面阻止了油从油藏流入井眼,另一方面将井产能减小到100kgf/cm2下小于100m3/天的值。产能不足阻止将各种流体、化学试剂等泵入油藏的井底和偏远区域。
在第一级泵送少量的二元混合物允许产生ARPD熔化所需的温度。释放大量气体有助于“清洁”收集器孔隙的脱层沉积物等。结果,表皮系数的值减小到-1至-3,产能增加到100kgf/cm2下400m3/天。
在第一级供应一部分BM之后,泵送一定体积的液体(水),迫使试剂进入井的深处。对于温度不足以启动反应的井(通常是温度低于60℃的井),在泵送BM之后、在将水供应到井中之前在第一级泵送反应活化剂。
如果在第一级将井保持进行BM反应后,井正在流动并且ARPD的残留物被带到油管柱上,则释放部分的流体将收集在特殊的容器中以进行处置和/或输送进行回收。如果在第一级将井保持进行BM反应后没有流动或自流动,则采取额外措施以除去ARPD的残留物。
在第一级,二元混合物的体积比在第二级小得多,因为适当地影响了井底油藏区域(高达0.5-1.0m),在第二级,有必要影响距离井更远的区域,距井眼5至6m(多达10m)。
在第二级,泵送剩余体积的BM。在这种情况下,当泵送并且泵送压力从预定工作压力增加1.5倍以上时,BM流量减小,直到停止流量进料,然后供水,此后,在恢复泵送压力达到工作压力时,将继续泵送剩余体积的BM。在泵送BM之后,将反应活化剂(例如,盐酸的水溶液)和水进料到井中。
可能还有实施例,其中执行两级BM泵送而不调节中断以从井眼中去除脱层产物和ARPD。在这种情况下,泵送一小部分BM溶液,该溶液被活化剂的弱水溶液包(例如福尔马林(0.5-1.0m3))、水包分离,然后供应计算体积的BM的主要部分。
在泵送BM的主要部分后,泵送少量计算的水,这使BM移动深入到井中。此外,还供应反应活化剂,而对于高温井(高于60℃),供应活化剂是可选的。泵送BM的过程通过供应淡水完成。
随后,在使井进入开采模式并使其运行约一个月后,也允许对小体积(大约是第一井处理的第二级的量的50%)的BM井再进行一次处理,其中采取了初步措施,从井中移除由该模式下的井操作所产生的机械杂质。
所有试剂都通过同一油管泵送。因此,BM分解的放热反应直接在油藏中发生,这使得所有释放的能量可以直接转移到油藏流体中并加热油藏。大量热量和气体的快速释放在孔隙和裂缝中产生压力,随着反应产物和温度进一步发展渗透到油藏中,这对于扩展现有裂缝和额外油藏裂缝是必要的。
当使用在地面制备的BS时,由于在其中添加了反应引发剂而使得诱导期为2至3小时,因此井池中没有放热反应的风险,即,所提出的方法可以将期望体积的BS注入油藏,并使用水垫(water pad)将其与井柱隔离。排除了发生事故和损坏客户的井下设备的风险。
通过使用远程井下温度和压力传感器持续监测该反应,并顺序地泵送具有反应引发剂的稳定BM,确保泵送过程的安全性。通过测量被泵送的BM的流量,同时监测递送管线中的压力和射孔区域的温度来执行BM泵送过程的调节。
井口和环形压力的记录曲线斜率的变化对应于所供应馏分的泵送模式(就泵送压力和流量而言)的变化,或者对应于下一BM部分泵送的过渡。
在正常情况下,泵送压力对应于工作压力,该工作压力对应于泵参数和泵送速率。随着二元混合物泵送过程的正常发展,其组分的反应区域被完全移位到远离井的区域。油藏中BM分解的过程的特征在于放热反应区域内压力和温度逐渐升高持续很多小时,并释放出大量气体。同时,由于多孔油藏中的热气体对流,到达井底的压力不超过反应区域中最大值的30%,这不会影响套管柱和井下设备的完整性。随着处理过程的正常发展,环带上压力传感器的读数应接近与初步试井产能测试对应的固定值。
当出现异常情况时,即在BM泵送模式下,预定的泵送压力增加了工作压力的1.5倍以上,并且二元混合物流量减小,则BM泵送过程停止,泵被致动以供应体积不小于溶液移动所通过的管(供应管,油管和井眼的一部分)的两倍体积的顶替惰性流体(水),这将允许冲洗井眼并将BM推动深入油藏。泵送水直至递送管线中的压力降至工作水平。通过将活化剂(无机酸或福尔马林的溶液)泵入油藏中,然后通过泵送水,再次执行进一步的活化反应。随着顺序泵送的BM、水和反应活化剂的体积增加,油藏内部的流体动力学前沿的不稳定性将使酸和BM接触,并导致放热反应的发展,热量释放到油藏中。
在以恒定流量q泵送期间,井底工作压力的计划增长可以基于无限大油藏中单相过滤的弹性驱动的非稳态模式下的压电传导方程的解来估计。例如,根据Van Everdingen和Hurst的精确解或其近似值:
当前井底压力迅速超过预定压力水平达50%以上,伴随着泵送的溶液的预定流量降低,这表明油藏中的反应开始。
达到17至18MPa的最大水平可能表明BS分解反应过早开始,这可能发生在井眼中,同时也可能直接发生在井底区域。该过程的这种发展可能是由于违反了井中和地面上的制备工作顺序。试剂供应之前的泄压阀检查是强制性阶段。同时,最大允许压力(不超过工作压力的1.5倍)为阀致动压力的50%,这保证了操作安全性。
具体实施方式
该方法的说明性实施例
实施例1
将井钻入碳酸盐岩油藏,深度为953米,温度为-37℃。通过以下参数停止:液体流量-0m3/天,油流量-0吨/天,含水率-0%。
在井中执行准备工作后,检查井产能,并测量油藏压力和温度的初始参数。根据测量结果,决定按照以下方案在不移除ARPD的情况下对BM进行两级泵送。
通过用于制备、混合、平均和供应硝酸铵和亚硝酸钠溶液的设备,由干燥组分(无机盐浓度为70%)制备20m3的二元混合物。对溶液执行平均、均质化和稳定化。准备预定体积的水、10%乙二醛溶液作为反应引发剂以及12%盐酸水溶液作为反应活化剂以供使用。
将反应活化剂溶液以1m3的量以0.27m3/min的流量泵入油藏中。在活化剂之后,泵入分离的水包。然后,在注入引发剂的递送管线中以0.54m3/min的流量和9.7至10MPa的压力泵入4m3体积的BM,然后将分离的水包泵入CNL柱体积中。在递送管线中以0.54m3/min的流量和10至10.5MPa的压力将剩余体积(16m3)的BM泵入油藏。在该过程结束时,在10MPa的压力下,以0.52m3/min的流量以7m3的体积将活化剂进料到井中,并以相同的参数进料最后部分的5m3的技术淡水。
井完成并投入开采后,确定以下起始参数:液体流量-4.11m3/天,油流量-3.14吨/天,含水率-8%。
实施例2
将井钻入陆源油藏,深度为1150米,温度为57℃。井操作参数:液体流量-2.5m3/天,油流量-1.93吨/天,含水率-15%。
根据以下方案,在不移除ARPD的情况下在井中使用两级BM泵送模式,且井中的温度初步降低。
确定井产能。由浓度为70%的干燥组分制备20m3的二元混合物。对溶液执行平均、均质化和稳定化。以10%甲醛水溶液的形式制备反应引发剂的溶液,以12%硝酸水溶液的形式制备1m3的活化剂。
以每1m的射孔间隔4m3的速率泵送水以降低井中的温度。
将体积为4m3的BM与作为反应引发剂的甲醛一起以0.54m3/min的流量和9.7MPa的压力泵送。之后,泵送分离的包水。然后,在递送管线中将以0.52m3/min的流量和10MPa的压力泵送剩余体积的BM。在该过程结束时,在10MPa的压力下,以0.52m3/min的流量以1m3的体积将酸活化剂进料到井中,并以相同的参数进料最后部分的5m3的技术淡水。
井完成并投入开采后,确定以下起始参数:液体流量-9.0m3/天,油流量-7.8吨/天,含水率-8%。
实施例3
将井钻入陆源油藏,深度为1205米,温度为-83℃。通过以下参数停止:液体流量-0.8m3/天,油流量-0.2吨/天,含水率-41%,油藏温度-63℃。
在井中执行准备工作后,检查井产能,并测量油藏压力和温度的初始参数。根据测量结果,决定按照以下方案在不移除ARPD的情况下对BM进行两级泵送。
通过用于制备、混合、平均和供应硝酸铵和亚硝酸钠溶液的设备,由干燥组分(无机盐浓度为60%)制备20m3的二元混合物。对溶液执行平均、均质化和稳定化。准备预定体积的水以供使用。
以每1m的射孔间隔3m3的速率泵送水以降低井中的温度。
以0.51m3/min的流量和9.0至9.5MPa的压力泵送体积为5m3的BM。之后,泵送体积为5m3的分离的水包。然后,在递送管线中将以0.53m3/min的流量和9.5至10MPa的压力泵送剩余体积(15m3)的BM。在该过程结束时,以相同的参数将最后部分的体积为5m3的技术淡水进料到井中。
井完成并投入开采后,确定以下起始参数:液体流量-3.7m3/天,油流量-1.4吨/天,含水率-35%。
实施例4
将井钻入粉砂岩-砂岩油藏,深度为870米,温度为-23.5℃。通过以下参数停止:液体流量-1.9m3/天,油流量-1.5吨/天,含水率-19%。
在井中执行准备工作后,检查井产能,并测量油藏压力和温度的初始参数。根据测量结果,决定按照以下方案在不移除ARPD的情况下对BM进行两级泵送。
通过用于制备、混合、平均和供应硝酸铵和亚硝酸钠溶液的设备,由干燥组分(无机盐浓度为60%)制备40m3的二元混合物。对溶液执行平均、均质化和稳定化。准备预定体积的水、10%乙二醛溶液作为反应引发剂以及40%盐酸水溶液作为反应活化剂(福尔马林)以供使用。
将体积为10m3的BM与作为反应引发剂的乙二醛溶液一起以0.67m3/min的流量和5.0MPa的压力泵送。之后,泵送体积为5m3的分离的水包。然后,在递送管线中以0.62m3/min的流量和4.8MPa的压力泵送剩余体积(30m3)的BM。泵送体积为5m3的分离的水包。在该过程结束时,在4.5MPa的压力下,以32m3/min的流量以5m3的体积将活化剂(福尔马林溶液)进料到井中,并以相同的参数进料最后部分的体积为5m3的技术淡水。
井完成并投入开采后,确定以下起始参数:液体流量-6.6m3/天,油流量-4.3吨/天,含水率-16%。
Claims (5)
1.一种对油藏进行热化学处理的方法,包括将所需体积的包含硝酸铵和硝酸钠的二元混合物泵入油藏,并在油藏处理期间控制温度和压力,其特征在于,在泵送二元组合物之前确定油藏的产能,以及在井的射孔间隔内进行温度和压力的初始测量,根据温度和压力确定二元混合物供应的体积和模式,其中在两级中执行预定体积的二元混合物的单管泵送,第一级处的二元混合物流量不超过预定体积的25%,并且在第一级之后泵送分离体积的水,其中二元混合物特别是在将其泵入井场之前通过用于制备、混合、平均并供应该溶液、将亚硝酸钠添加到制备的硝酸铵溶液中的装置进行制备,其中在泵送二元混合物期间,泵送压力从预定工作压力增加1.5倍以上,二元混合物的流量降低,直到其泵送完全停止,然后供应水,之后,当泵送压力恢复到工作压力时,继续泵送剩余体积的二元混合物。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,将二元混合物与反应引发剂一起供应,该反应引发剂是甲醛溶液或乙二醛溶液,其中在将反应引发剂泵入油藏之前将其直接注入二元混合物中。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,在泵送二元混合物之前和/或之后,泵送作为无机酸或福尔马林的溶液的反应活化剂。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,在泵送每种试剂之后,泵送分离体积的水。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所有试剂被泵送通过相同的油管。
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