CN112852399A - 用于稠油深部自生热吞吐采油的流体及制备和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于稠油深部自生热吞吐采油的流体，包括尿素和亚硝酸盐的生热体系，甲醛与氯化铵及有机羧酸盐类组成激发体系，以及乳化体系以及水。本发明通过尿素和亚硝酸盐发生反应产生大量热可以提高稠油油藏环境温度有利于降低稠油的粘度，并在反应过程中产生大量的气体有利于提高稠油吞吐开采效率。本发明流体用于稠油深部自生热吞吐采油，可以使流体进入地层深部才开始放热反应，不会提前发生反应，大大提高稠油的开采效率。本发明制备方法简单，适合大规模生产。本发明使用方法简单，操作人员容易掌握，适合大规模推广。
Description
技术领域
本发明涉及稠油开采技术领域，具体涉及一种用于稠油深部自生热吞吐采油的流体及制备和使用方法。
背景技术
稠油由于粘度高，其油藏开发比常规油藏开发难度大。研究发现，对稠油进行加热提高稠油的环境温度可以显著降低稠油的粘度。因此通过提升稠油的环境温度以降低稠油的粘度可大幅度提高其采收率。稠油热采是目前世界上规模最大的提高原油采收率的技术，该技术自问世以来，已经有了突飞猛进的发展，形成了以蒸汽吞吐、蒸汽驱、SAGD、热水驱、火烧油层、电磁加热，蒸汽与天然气驱(SAGP)，注气体溶剂萃取稠油技术(VAPEX)，水平压裂辅助蒸汽驱(FAST)等一系列技术为代表的技术框架，其中大部分技术已经广泛应用于稠油油藏的开发，并取得了显著的效果。蒸汽驱、蒸汽吞吐、地下火烧油藏已经成为稠油热采的主要方式，但这些方法对设备要求比较高，地面和井下设备购买和维护成本比较高，同时远井地带水热降粘效果会受到很大的影响。
采用地下化学剂反应自生热实现降低稠油粘度是一种行之有效的方法。胡绍彬、刘永建等在《热化学就地生热促进稠油水热裂解实验研究》(参见科学技术与工程，2010年4月)中提出，采用亚硝酸钠和氯化铵发生化学反应生热可以降低稠油粘度。李芳芳，杨胜来等在《化学生热催化裂解复合降粘体系提高稠油采收率技术》(参见油田化学，2015年3月)中提出以亚硝酸钠、氯化铵形成的化学生热剂并与裂解催化剂组成复合降粘体系可以实现井下双效降粘的效果。吴安明、陈茂涛等在《NaNO2与NH4Cl反应动力学及其在油田的应用研究》(参见石油钻采工艺，1995年05期)中提出利用亚硝酸钠与氯化铵在井下发生放热反应所产生的热量和氮气来处理井下沉积的石蜡。
从已有的稠油地下生热开采技术来看，采用亚硝酸盐－铵盐、过氧化氢、三氧化铬－葡萄糖三种化学生热体系比较多，其中亚硝酸盐－铵盐应用居多，但反应剧烈，反应时间难以控制，且化学生热一般需要在酸性条件下才能进行，采用草酸或乙酸作为催化剂，但很容易提前发生反应，因此使用过程中容易在井筒或井底附近完成放热反应，难以实现地层深部加热的作用。因此如何控制反应时间，特别是在施工过程中如何使流体进入地层深部才开始放热反应是实现稠油提高采收率的关键技术之一。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，根据本发明的第一方面，本发明提供一种用于稠油深部自生热吞吐采油的流体。
除特殊说明外，本发明所述份数均为重量份，所述百分比均为质量百分比。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种用于稠油深部自生热吞吐采油的流体，包括生热体系、激发体系、乳化体系和水，其特征在于：所述生热体系含有尿素和亚硝酸盐；所述激发体系含有甲醛、氯化铵和有机羧酸盐。
根据本发明的一个实施方案，上述生热体系中亚硝酸盐选自亚硝酸钠、亚硝酸铵、亚硝酸钾中的一种或多种，优选亚硝酸钠或/和亚硝酸铵。
进一步，上述生热体系中尿素含量5重量％至40重量％，优选10重量％到30重量％；上述生热体系中亚硝酸盐含量2重量％至20重量％，优选5重量％至10重量％；以所述可实现稠油深部自生热吞吐采油的流体的总重量计。
根据本发明的一个实施方案，上述激发体系中有机羧酸盐选自有机羧酸钠盐、钾盐或锂盐中的一种或多种；所述有机羧酸选自乙酸，柠檬酸，甲酸，草酸，酒石酸，琥珀酸中的一种；优选柠檬酸和草酸。具体的说，所述有机羧酸盐选自乙酸钠，甲酸钠，柠檬酸一钠，柠檬酸二钠，柠檬酸三钠，草酸钠，酒石酸钠，琥珀酸钠中的一种或多种，优选柠檬酸三钠、草酸钠或/和琥珀酸钠。
进一步，上述激发体系中甲醛含量2重量％至15重量％，优选3重量％到10重量％。氯化铵含量2重量％至15重量％，优选5重量％至10重量％。有机羧酸盐(如柠檬酸三钠或草酸钠或琥珀酸钠)含量为0.5重量％至10重量％，优选1重量％至5重量％。以所述可实现稠油深部自生热吞吐采油的流体的总重量计。
根据本发明的一个实施方案，上述乳化体系包括油溶性表面活性剂和水溶性表面活性剂以及油相。油溶性表面活性剂选自以下表面活性剂：环烷酸酰胺、硬脂酸酰胺、油酸二乙醇酰胺、Span20、Span40、Span60、Span80、Tween85中的一种或多种，优选Span80和油酸二乙醇酰胺。水溶性表面活性剂选自以下表面活性剂：OP-6、OP-10、TX-100、AEO-10、Tween-60、Tween-80中的一种或多种，优选OP-10和Tween-60。所述油相包括：柴油、白油和石脑油中的一种或多种，优选白油和柴油。
进一步，油溶性表面活性剂含量0.5重量％至5重量％，优选1重量％到2重量％。水溶性表面活性剂含量0.5重量％至5重量％，优选1重量％到3重量％。油相含量为10重量％～30重量％。以所述可实现稠油深部自生热吞吐采油的流体的总重量计。
根据本发明的一个实施方案，上述水可采用自来水、地层水或海水，含量为除去生热体系、激发体系、乳化体系的剩余量。
根据本发明的第二方面，本发明提供上述用于稠油深部自生热吞吐采油的流体的制备方法。
一种用于稠油深部自生热吞吐采油的流体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将亚硝酸盐和甲醛溶解于水中，获得亚硝酸盐和甲醛的混合水溶液；将油溶性表面活性剂溶解于油相中，形成油溶性表面活性剂的油溶液；将尿素、氯化铵、机羧酸盐以及水溶性表面活性剂按照顺序溶解于水中，获得尿素、氯化铵和机羧酸盐以及水溶性表面活性剂的混合水溶液。
根据本发明的一个实施方案，上述制备方法中，以第一速度搅拌将所述的亚硝酸盐和甲醛混合水溶液加入到所述油溶性表面活性剂的油溶液中，以第二速度继续搅拌获得油为外相的油包水溶液乳状液，其中第二速度需大于第一速度搅拌；以第三速度搅拌将油为外相的油包水溶液乳状液加入到尿素、氯化铵和机羧酸盐以及水溶性表面活性剂的混合水溶液，以第四速度继续搅拌获得可实现稠油深部自生热吞吐采油的流体，其中第四速度需大于第三速度并小于第二速度搅拌。
根据本发明的第三方面，本发明提供上述用于稠油深部自生热吞吐采油的流体的使用方法。
一种用于稠油深部自生热吞吐采油的流体的使用方法，其特征在于：利用井筒泵将所述的用于稠油深部自生热吞吐采油的流体注入到稠油油藏地层，关井，待地下温度探测器探测到地层温度升高到不再继续升高的时候，开启井口按照常规开采原油的施工程序进行施工开采稠油。
有益效果：
本发明提供了一种用于稠油深部自生热吞吐采油的流体，包括生热体系、激发体系、乳化体系以及水。本发明采用尿素和亚硝酸盐作为生热体系，尿素和亚硝酸盐发生反应产生大量热可以提高稠油油藏环境温度有利于降低稠油的粘度，并在反应过程中产生大量的气体有利于提高稠油吞吐开采效率。由于尿素和亚硝酸盐发生反应需要在偏酸性条件下才能发生，因此采用可生成酸的甲醛与氯化铵及有机羧酸盐类组成激发体系，激发体系的化学组分发生反应生成酸。同时为了避免这些化学组分混合提前发生反应，采用乳液体系将各组分保护形成暂时的隔离，当流体进入储层深部后乳液形成的膜慢慢破裂，化学组分相互接触并发生化学反应，形成大量的热量和气体从而促使稠油粘度降低并提供气体能量促使稠油更容易从地层深部到达地面。本发明制备方法简单，适合大规模生产。本发明使用方法简单，操作人员容易掌握，适合大规模推广。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行具体描述，在此指出以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术熟练人员可以根据上述发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。本发明所用原料及试剂均为市售产品。
原料及其来源：尿素购自成都科龙化工有限公司；亚硝酸钠购自成都科龙化工有限公司；甲醛购自成都科龙化工有限公司；氯化铵购自成都科龙化工有限公司；柠檬酸三钠购自成都科龙化工有限公司；草酸钠购自成都科龙化工有限公司；Span80购自成都科龙化工有限公司；油酸二乙醇酰胺购自成都科龙化工有限公司；OP-10购自成都科龙化工有限公司；Tween-60购自成都科龙化工有限公司；0号柴油购自中石油加油站；5号白油购自湖北泊润化工科技有限公司；乙酸购自成都科龙化工有限公司。
测试性能和测试方法：
在磁力搅拌器搅拌状态下，以初始水温(15℃)为基准，通过数字式温度计测量所发明的流体化学生热体系生热达到的最高温度及生热达到最高温度的时间，同时收集反应产生的气体并测量气体的体积量。同时以相同浓度的生热体系作为对比。
预备稠油其20℃条件下的初始粘度为18250mPa.s，与一定体积本申请的流体混合，在初始温度为20℃，测试环境温度达到最高时候的粘度变化并根据粘度变化计算降粘率。
式中：
f——降粘率；
μ0——稠油本身粘度，mPa·s；
μ——达到最高温度时稠油的粘度，mPa·s。
实施例1
生热体系、激发体系和乳化体系分别采用以下组分：
实例中各组成混合物的含量百分比均为重量百分比配制，生热体系、激发体系以及乳化体系可以按照以本申请所使用的配制方法可以形成可实现稠油深部自生热吞吐采油的流体，剩余部分为水，以所述可实现稠油深部自生热吞吐采油的流体的总重量为100重量％计算。
生热体系I：10重量％尿素和5重量％亚硝酸钠
生热体系II：20重量％尿素和8重量％亚硝酸钠
生热体系III：30重量％尿素和10重量％亚硝酸钠
激发体系I：5重量％甲醛，5重量％氯化铵和1％柠檬酸三钠
激发体系II：8重量％甲醛，8重量％氯化铵和3％柠檬酸三钠
激发体系III：10重量％甲醛，10重量％氯化铵和5％柠檬酸三钠
乳化体系I：1重量％OP-10，白油含量为10重量％，1重量％Span80
乳化体系II：1.5重量％OP-10，白油含量为20重量％，1.5重量％Span80
乳化体系III：2重量％OP-10，白油含量为30重量％，2重量％Span80实施例2
生热体系I、激发体系I以及乳化体系I形成可实现稠油深部自生热吞吐采油的流体。即生热体系I(尿素：10g，亚硝酸钠：5g)，激发体系I(甲醛：5g，氯化铵：5g，柠檬酸三钠：1g)，乳化体系I(OP-10：1.0g，白油：10g，Span80：1g)，自来水：62g。
先将5g亚硝酸钠和5g甲醛溶解于15g水中，获得亚硝酸钠和甲醛的混合水溶液。1gSpan80溶解于10g白油相中，形成Span80的油溶液。以300转/min的速度搅拌将亚硝酸钠和甲醛混合水溶液逐步加入到Span80的油溶液中，完后以3000转/min速度搅拌形成白油为外相的油包水溶液乳状液。
将尿素、氯化铵和柠檬酸三钠以及OP-10按照先后顺序溶解于47g水中，获得尿素、氯化铵和柠檬酸三钠以及OP-10的混合水溶液，以400转/min的速度搅拌将白油为外相的油包水溶液乳状液逐步加入到尿素、氯化铵和柠檬酸三钠以及OP-10的混合水溶液中，完后以1500转/min速度搅拌获得可实现稠油深部自生热吞吐采油的流体。
常规的生热流体：尿素：10g，亚硝酸钠：5g，乙酸：1g，水：84g。
生热情况对比
达到最高温度时稠油的粘度及降粘率
实施例3
生热体系I、激发体系II以及乳化体系III形成的可实现稠油深部自生热吞吐采油的流体。即生热体系I(尿素：10g，亚硝酸钠：5g)，激发体系II(甲醛：8g，氯化铵：8g，柠檬酸三钠：3g)，乳化体系III(OP-10：2.0g，白油：30g，Span80：2.0g)，自来水：32g。
先将10g亚硝酸钠和8g甲醛溶解于10g水中，获得亚硝酸钠和甲醛的混合水溶液。2.0gSpan80溶解于30g白油相中，形成Span80的油溶液。以300转/min的速度搅拌将亚硝酸钠和甲醛混合水溶液逐步加入到Span80的油溶液中，完后以4000转/min速度搅拌形成白油为外相的油包水溶液乳状液。
将尿素、氯化铵和柠檬酸三钠以及OP-10按照先后顺序溶解于22g水中，获得尿素、氯化铵和柠檬酸三钠以及OP-10的混合水溶液，以300转/min的速度搅拌将白油为外相的油包水溶液乳状液逐步加入到尿素、氯化铵和柠檬酸三钠以及OP-10的混合水溶液中，完后以2000转/min速度搅拌获得可实现稠油深部自生热吞吐采油的流体。
常规的生热流体：尿素：10g，亚硝酸钠：5g，乙酸：1g，水：84g。
生热情况对比
达到最高温度时稠油的粘度及降粘率
实施例4
生热体系II、激发体系II以及乳化体系II形成的可实现稠油深部自生热吞吐采油的流体。即生热体系II(尿素：20g，亚硝酸钠：8g)，激发体系II(甲醛：8g，氯化铵：8g，柠檬酸三钠：3g)，乳化体系II(OP-10：1.5g，白油：20g，Span80：1.5g)，自来水：30g。
先将8g亚硝酸钠和8g甲醛溶解于10g水中，获得亚硝酸钠和甲醛的混合水溶液。1.5gSpan80溶解于20g白油相中，形成Span80的油溶液。以300转/min的速度搅拌将亚硝酸钠和甲醛混合水溶液逐步加入到Span80的油溶液中，完后以3000转/min速度搅拌形成白油为外相的油包水溶液乳状液。
将尿素、氯化铵和柠檬酸三钠以及OP-10按照先后顺序溶解于20g水中，获得尿素、氯化铵和柠檬酸三钠以及OP-10的混合水溶液，以400转/min的速度搅拌将白油为外相的油包水溶液乳状液逐步加入到尿素、氯化铵和柠檬酸三钠以及OP-10的混合水溶液中，完后以1500转/min速度搅拌获得可实现稠油深部自生热吞吐采油的流体。
常规的生热流体：尿素：20g，亚硝酸钠：8g，乙酸：2g，水：70g。
生热情况对比
实施例5
生热体系II、激发体系III以及乳化体系I形成可实现稠油深部自生热吞吐采油的流体。即生热体系II(尿素：20g，亚硝酸钠：8g)，激发体系III(甲醛：10g，氯化铵：10g，柠檬酸三钠：5g)，乳化体系I(OP-10：1.0g，白油：10g，Span80：1.0g)，自来水：35g。
先将8g亚硝酸钠和10g甲醛溶解于15g水中，获得亚硝酸钠和甲醛的混合水溶液。1.0gSpan80溶解于10g白油相中，形成Span80的油溶液。以500转/min的速度搅拌将亚硝酸钠和甲醛混合水溶液逐步加入到Span80的油溶液中，完后以5000转/min速度搅拌形成白油为外相的油包水溶液乳状液。
将尿素、氯化铵和柠檬酸三钠以及OP-10按照先后顺序溶解于20g水中，获得尿素、氯化铵和柠檬酸三钠以及OP-10的混合水溶液，以400转/min的速度搅拌将白油为外相的油包水溶液乳状液逐步加入到尿素、氯化铵和柠檬酸三钠以及OP-10的混合水溶液中，完后以2000转/min速度搅拌获得可实现稠油深部自生热吞吐采油的流体。
常规的生热流体：尿素：20g，亚硝酸钠：8g，乙酸：2g，水：70g。
生热情况对比
实施例6
生热体系III、激发体系I以及乳化体系I形成的可实现稠油深部自生热吞吐采油的流体。即生热体系III(尿素：30g，亚硝酸钠：10g)，激发体系I(甲醛：5g，氯化铵：5g，柠檬酸三钠：1g)，乳化体系I(OP-10：1.0g，白油：10g，Span80：1.0g)，自来水：37g。
先将10g亚硝酸钠和5g甲醛溶解于12g水中，获得亚硝酸钠和甲醛的混合水溶液。1.0gSpan80溶解于10g白油相中，形成Span80的油溶液。以300转/min的速度搅拌将亚硝酸钠和甲醛混合水溶液逐步加入到Span80的油溶液中，完后以4000转/min速度搅拌形成白油为外相的油包水溶液乳状液。
将尿素、氯化铵和柠檬酸三钠以及OP-10按照先后顺序溶解于25g水中，获得尿素、氯化铵和柠檬酸三钠以及OP-10的混合水溶液，以300转/min的速度搅拌将白油为外相的油包水溶液乳状液逐步加入到尿素、氯化铵和柠檬酸三钠以及OP-10的混合水溶液中，完后以2000转/min速度搅拌获得可实现稠油深部自生热吞吐采油的流体。
常规的生热流体：尿素：30g，亚硝酸钠：10g，乙酸：3g，水：57g。
生热情况对比
Claims (10)
1.一种用于稠油深部自生热吞吐采油的流体，包括生热体系、激发体系、乳化体系和水，其特征在于：所述生热体系含有尿素和亚硝酸盐；所述激发体系含有甲醛、氯化铵和有机羧酸盐。
2.如权利要求1所述的流体，其特征在于：所述生热体系中亚硝酸盐选自亚硝酸钠、亚硝酸铵、亚硝酸钾中的一种或多种，优选亚硝酸钠或/和亚硝酸铵。
3.如权利要求1所述的流体，其特征在于：所述生热体系中尿素含量5重量％至40重量％，优选10重量％到30重量％；所述生热体系中亚硝酸盐含量2重量％至20重量％，优选5重量％至10重量％。
4.如权利要求1-3任一项所述的流体，其特征在于：所述激发体系中有机羧酸盐选自有机羧酸钠盐、钾盐或锂盐中的一种或多种；所述有机羧酸选自乙酸，柠檬酸，甲酸，草酸，酒石酸，琥珀酸中的一种；优选柠檬酸和草酸。
5.如权利要求1-3任一项所述的流体，其特征在于：所述激发体系中甲醛含量2重量％至15重量％，优选3重量％到10重量％；氯化铵含量2重量％至15重量％，优选5重量％至10重量％；有机羧酸盐含量为0.5重量％至10重量％，优选1重量％至5重量％。
6.如权利要求1-5任一项所述的流体，其特征在于：所述乳化体系包括油溶性表面活性剂和水溶性表面活性剂以及油相；所述油溶性表面活性剂选自以下表面活性剂：环烷酸酰胺、硬脂酸酰胺、油酸二乙醇酰胺、Span20、Span40、Span60、Span80、Tween85中的一种或多种，优选Span80和油酸二乙醇酰胺；所述水溶性表面活性剂选自以下表面活性剂：OP-6、OP-10、TX-100、AEO-10、Tween-60、Tween-80中的一种或多种，优选OP-10和Tween-60；所述油相包括：柴油、白油和石脑油中的一种或多种，优选白油和柴油。
7.如权利要求6所述的流体，其特征在于：所述油溶性表面活性剂含量0.5重量％至5重量％，优选1重量％到2重量％；水溶性表面活性剂含量0.5重量％至5重量％，优选1重量％到3重量％；油相含量为10重量％～30重量％。
8.如权利要求1所述的流体，其特征在于：所述水采用自来水、地层水或海水，含量为除去生热体系、激发体系、乳化体系的剩余量。
9.如权利要求1-8任一项所述用于稠油深部自生热吞吐采油的流体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将亚硝酸盐和甲醛溶解于水中，获得亚硝酸盐和甲醛的混合水溶液；将油溶性表面活性剂溶解于油相中，形成油溶性表面活性剂的油溶液；将尿素、氯化铵、机羧酸盐以及水溶性表面活性剂按照顺序溶解于水中，获得尿素、氯化铵和机羧酸盐以及水溶性表面活性剂的混合水溶液；以第一速度搅拌将所述的亚硝酸盐和甲醛混合水溶液加入到所述油溶性表面活性剂的油溶液中，以第二速度继续搅拌获得油为外相的油包水溶液乳状液，其中第二速度需大于第一速度搅拌；以第三速度搅拌将油为外相的油包水溶液乳状液加入到尿素、氯化铵和机羧酸盐以及水溶性表面活性剂的混合水溶液，以第四速度继续搅拌获得可实现稠油深部自生热吞吐采油的流体，其中第四速度需大于第三速度并小于第二速度搅拌。
10.如权利要求1-8任一项所述用于稠油深部自生热吞吐采油的流体的使用方法，其特征在于：利用井筒泵将所述的用于稠油深部自生热吞吐采油的流体注入到稠油油藏地层，关井，待地下温度探测器探测到地层温度升高到不再继续升高的时候，开启井口按照常规开采原油的施工程序进行施工开采稠油。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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