专利名称：用来促进油藏的生产层的放出气体降低油粘度的组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种放出气体降低油粘度的组合物(GEOVDC)的化学体系，此体系用于促进油藏的生产层，即涉及用于油藏的热化学处理的化学组合物，更尤其用于引发油藏的生产层的化学反应从而产生热并放出气体，以便改进油(石油)的提取。本发明更进一步地涉及一种通过所述化学体系对油藏进行热化学处理的方法并且涉及用于对油藏进行热化学处理的设备。
背景技术：
从油藏中提取石油通常起始于利用油藏中的地下压力的采收方法，所述地下压力将推动所述石油到达地表。随着油井的使用，所述压力减小，逐渐必须使用其它的抽取方法比如使用泵或注入水、天然气或其它气体到油井中以将石油带到地表。所述采收方法已不再有效之后，所述油藏通常还包含相当大量的被封闭在岩石或砂石结构的小空腔或孔中的石油。
为了也采收所述剩余石油，使用三次采油方法，主要的目的是减少石油的粘度。一种普遍的方法是将热蒸汽注入到油井中以加热石油并由此减少石油的粘度。但是，这种方法仅仅在深度最多大约Ikm内是有效的，否则热蒸汽将会在到达生产层之前就冷却。此外， 对于该方法，必须用多达3-5个月注入热蒸汽以加热所述生产层。或者，将表面活性剂或溶剂注入油井中以浸出石油。但是这些方法有如下的缺点，所述化学品将提取出的石油污染因此不得不付出额外的努力和成本来采收石油。
另一种三次采油方法具有以下特征化学反应在油藏的生产层中被引发以产生热气体，该热气体加热所述生产层中的石油，以减小石油的粘度并且通过增加油井的压力支持油的采收。
在俄罗斯专利申请RU 2 100 583 Cl, RU 2 126 084 Cl 和 RU 2 153 065 Cl 中披露了能够在引发化学反应后产生热气体的燃料和氧化组合物(FOC)。意图将所述组合物引入到油藏的油井中以进行所述生产层的热化学处理。所述化学组合物是包含最高60质量％或更多的大量的硝酸铵NH4NO3的水溶液。所述FOC的其余组分是，例如丙三醇、硝酸、 尿素、高锰酸钾、乙酸、异丙基偏碳硼烷和乙酰水杨酸盐。当将FOC注入到油井中后通过引发引信爆炸而点燃F0C。分解Ikg FOC能放出大约500-1000千卡热量。
所述FOC包含过量的氧并因此具有显著的氧化性，因此与石油的混合物一起能产生爆炸组合物。此外，假如水含量低于约16-18质量％的临界值，包含大量硝酸铵的水溶液是爆炸性的。因此，考虑到安全处理所述组合物，水的含量通常高于沈-观质量％。但是， 随着水含量的增加，具有高的热输出量的稳定反应会变得愈来愈难以实现。
在RU 2 194 156 Cl中FOC主要包含硝酸与链烷醇胺、烷基胺或烷基多胺的反应产物和最多至2. 0-35. 0质量％的无机硝酸盐比如硝酸铵、硝酸钾、硝酸钠或硝酸钙。使用所述组合物能实现一种更加安全的处理，因为硝酸铵的量能够被大幅减少。但是，借助通常的引信爆炸点燃FOC的方法，由于安全的原因，最多只能点燃1-2吨。当1-2吨的FOC进料分解后，需重复FOC输送和引发引信的整个操作过程，致使深度为l_2km的油井中每天至多反应约10吨F0C。如果油井的深度为约3-4km，每天采用所述方法反应的FOC的量减少到约5吨。所以，加热所述生产层的程度有限，因此所述方法的功效有限。
发明内容
因此，本发明的目的就是提供改进的材料和一种改进的方法以克服现有技术的限制，所述方法大幅度地增加油井的生产层中产生的热量从而可对油藏进行有利的开采。本发明的另一个的目的是提供一种进行油藏的热化学处理的设备。
上述目的通过提供一种通过在油藏的生产层引发化学反应而热处理所述油藏的化学体系而实现，其中所述化学体系包含至少以下两种组合物 一种释放热气组合物(TGEC)，所述组合物为水溶液或水悬浮液， 包含至少一种选自下列的化合物硝酸胼、1，1-二 C2_6烷基硝酸胼和1，2_二(2_6 烷基硝酸胼，例如1，1-二甲基硝酸胼或1，2-二甲基硝酸胼、硝酸胍、甲酰胺硝酸加合物、 乙酰胺硝酸加合物、乙腈硝酸加合物、脲硝酸加合物、硝酸铵、硝酸钾、硝酸钠、硝酸钙，硝酸单、二和三CV5烷基胺，硝酸单、二和三CV5烷醇胺，单硝酸c2_6亚烷基二胺和二硝酸c2_6亚烷基二胺，和多硝酸多Ci_5亚烷基多胺；和 反应引发剂稳定剂(RIS)，所述稳定剂为液体并且包含至少一种选自下列的化合物 -金属硼氢化物MBH4,其中M为Li、Na或K； -氨基硼烷(R1R2R3)N · BH3,其中和R3独立地为氢或C1,烷基，或者其中R1是最多具有10个碳原子的芳基或吡啶且 R2 和 R3 是氢; - 二烷基铝酸盐MAlH2R1R2,其中M是Li、Na或K，R1和R2独立地为C^ci烷基； -氨基铝烷(R1R2R3)N· AlH3,其中R1、R2和R3独立地为氢或C1,烷基；和 -铝或含镁的铝合金。
在本发明中两种不同的组合物用于在油藏尤其在油井的生产层中引发化学反应。 所述两种组合物被独立地引入到油井中以致其能够在该处互相接触，在该处发生化学反应。这个或这些反应主要是放热反应，产生大量的热和气体增加石油的温度，从而使所述石油的粘度降低并且石油的提取得以改善。作为反应的另一个结果，所述生产层的压力增加而使得石油的采收得到支持。此外，增加的压力能够使地层中产生破裂以致石油的采收进一步得到支持。
第一组合物被叫做“释放热气组合物(TGEC) ”，主要包含在引发化学反应后产生热气体的化合物。第二组合物被叫做“反应引发剂稳定剂(RIQ ”，用于引发和维持产生热与气体的一个或多个化学反应。所述TGEC和RIS都是液体，能够借助于泵而被引入到油藏中。如果使用的化合物本身不是液体，则所述化合物以在适合的溶剂中的溶液或悬浮液的形式使用。如果所述TGEC和RIS是悬浮液，它们的粘度为使得它们是可用泵送的并可以最多4-8升/秒的速率被泵送到油井中。
能用作TGEC的化合物的具体例子是硝酸单、二和三乙醇胺，硝酸单、二和三乙胺，
多硝酸多亚乙基多胺，一硝酸乙二胺，二硝酸乙二胺，单和二硝酸亚烷基二胺。
对于TGEC，优选为水溶液或水悬浮液的形式，该水溶液或水悬浮液包含至少一种选自下列的化合物硝酸胼，1，1- 二 C2-6烷基硝酸胼和1，2- 二 C2_6烷基硝酸胼，例如1，1- 二甲基硝酸胼或1，2_ 二甲基硝酸胼，硝酸胍，甲酰胺硝酸加合物，乙酰胺硝酸加合物，脲硝酸加合物和乙腈硝酸加合物。
所述TGEC优选是硝酸和各氨基化合物反应得到的反应产物，比如硝酸与胼反应获得硝酸胼。借助于硝酸与这些氨基化合物的反应能够得到各硝酸盐化合物或硝酸加合物。
假如所述TGEC包含选自硝酸铵、硝酸钾、硝酸钠或硝酸钙中的一个或多个，则这些硝酸盐包含在所述TGEC中的量不超过50质量％，优选不超过30质量％。
所述TGEC的pH值优选为约3到14并取决于所述RIS和TGEC的组成。更进一步优选的是所述TGEC和RIS的混合物的pH值< 7。
对于上述提及的氨基硼烷、二烷基铝酸盐和氨基铝烷，优选的是烷基部分R1、R2和 R3是甲基或乙基。
假如铝或含镁的铝合金用于RIS，该铝或铝合金可以优选具有约1 μ m或更小的颗粒尺寸的精细分散的引火材料和/或以具有约0. 1到5mm、更优选l_2mm的颗粒尺寸的颗粒的形式使用。
假如油井中的温度已达到约250-300°C，则可将所述颗粒状铝或含镁铝合金在有机溶剂中的悬浮液引入到油井中。
将铝通过放热反应氧化成氧化铝，其中5kg铝能产生约50000千卡热能。例如，为了将Ikg的生产层地层的温度提高100°C，应提供约20千卡热能，其中将Ikg石油的温度提高100°C需要约50千卡热能。
铝的氧化形成氧化铝颗粒，该颗粒沉积在生产层中形成的裂缝中以保持裂缝敞开使得进一步改进油的提取。
为了制备所述RIS的溶液或悬浮液，任何合适的溶剂都可以使用。根据用作RIS 的材料，合适的溶剂可以是水或一种选自下列的有机溶剂汽油、挥发油、石油溶剂、煤油和石脑油。假如，例如金属硼氢化物或氨基硼烷用于RIS，则pH值>7的水可作为溶剂。为了达到这样的PH值，可加入氨或碱金属氢氧化物。假如所用材料同水反应，可使用一种或多种上述的有机溶剂。
在所述油井热化学处理开始时，RIS的通常用量相对于注入到油井中TGEC的质量为约5-7质量％。在引发化学反应后，使用的RIS为所述TGEC的质量的约1质量％是足够的。借助本发明的化学体系，每天在油藏的生产层中可以最多反应数百吨的材料，是迄今为止所知道的体系和方法每天可反应的材料的量的约50-100倍。这可借助于将所述TGEC连续泵送到所述油井中并且将所述RIS独立地泵送到油井中而实现，其中可将所述RIS连续或间歇地泵入。假使反应位置的温度为或超过约200-300°C的温度范围，所述RIS的引入可中断，因为在这样的温度下，所述TGEC将稳定地反应而不额外燃烧。低于约180-200°C时， 应继续引入RIS。
和现有技术中使用的FOC相比，本发明所述TGEC不包含过量的氧，因而没有氧化性，因此不与石油的混合物产生爆炸性组合物。分解Ikg TGEC能导致放出大约1000-3200
千卡热量。
借助本发明的化学体系，单位时间内可产生更多的热量并因此提高石油采收工艺的效率，因为是第一次可通过将反应原料连续泵入到油井中从而保持稳定的和持续的反应。直到现在，一般的看法是不可能引发和保持在油井中如此大量反应原料的稳定和连续的反应。借助本发明的GE0VDC，还可从借助目前已知的方法不能有效地采收的主要包含高粘度石油的油藏中采收石油。
在本发明的一个优选实施方案中，所述RIS或TGEC可另外包含一种或多种下列金属的可溶性金属盐Mn、Fe、Cr、C0、Ni或V。这些金属可催化石油的氧化从而产生额外的热量。这些金属盐包含在所述RIS中的量相对于RIS总质量不超过10质量％。
特别优选的金属盐是Fe (NO3) 3、Mn (NO3) 2 · 6H20、Mn (SO4) · 6H20、KMnO4、K2MnO4、 K2CrO4、Na2CrO4、K2Cr2O7、Na2Cr2O7、Co (NO3) 3、NH4VO3、NaVO3 和 KVO3。
以下综述了包含所述TGEC和RIS的GEOVDC中所含组分的优选比例，其中所述比例以相对于包含在TGEC和RIS中的试剂的总质量的质量百分比计，但不包含用来制备各溶液或悬浮液的溶剂。
表
权利要求
1.一种通过在油藏的生产层引发化学反应而热处理所述油藏的化学体系，其中所述化学体系包含至少以下两种组合物一种释放热气组合物(TGEC)，所述组合物为水溶液或水悬浮液，包含至少一种选自下列的化合物硝酸胼，1，1-二 C2_6烷基硝酸胼和1，2_ 二 C2_6烷基硝酸胼、例如1，1_ 二甲基硝酸胼或1，2- 二甲基硝酸胼，硝酸胍、甲酰胺硝酸加合物、乙酰胺硝酸加合物、乙腈硝酸加合物、脲硝酸加合物、硝酸铵、硝酸钾、硝酸钠、硝酸钙，硝酸单、二和三CV5烷基胺，硝酸单、 二和三Cp5烷醇胺，单硝酸和二硝酸C2_6亚烷基二胺和多硝酸多Cp5亚烷基多胺；和反应引发剂稳定剂(RIS)，其为溶液或悬浮液并且包含至少一种选自下列的化合物-金属硼氢化物MBH4，其中M为Li、Na或K ；-氨基硼烷(R1R2R3)N · BH3，其中R1、R2和R3独立地为氢或C1,烷基，或者其中的R1是最多具有10个碳原子的芳基或吡啶且R2和R3是氢；-二烷基铝酸盐MAlH2R1R2,其中M是Li、Na或K，R1和R2独立地为C1,烷基；-氨基铝烷(R1R2R3)N · AlH3，其中R1、R2和R3独立地为氢或C1^10烷基；和-铝或含镁的铝合金。
2.根据权利要求1所述的化学体系，其中所述TGEC是水溶液或水悬浮液且包含至少一种选自下列的化合物硝酸胼，1，1-二 C2_6烷基硝酸胼和1，2_ 二 C2_6烷基硝酸胼、例如1， 1- 二甲基硝酸胼或1，2- 二甲基硝酸胼，硝酸胍，甲酰胺硝酸加合物，乙酰胺硝酸加合物，脲硝酸加合物和乙腈硝酸加合物。
3.根据权利要求1或2所述的化学体系，其中所述TGEC是硝酸与各氨基化合物反应的反应产物。
4.根据权利要求1至3任一项所述的化学体系，其中所述TGEC的pH为约3至14。
5.根据权利要求1至4任一项所述的化学体系，其中所述RIS是在合适的溶剂中的溶液或悬浮液。
6.根据权利要求5所述的化学体系，其中用于所述RIS的溶剂是水或一种选自下列的有机溶剂汽油、挥发油、石油溶剂、煤油和石脑油。
7.根据权利要求1-6任一项所述的化学体系，其中所述的铝或含镁的铝合金是细分散的、自燃性的或颗粒状的。
8.根据权利要求1-7任一项所述的化学体系，其中所述TGEC或RIS还包含一种或多种下列金属的可溶性盐Mn、Fe、Cr、Co、Ni或V。
9.一种通过使用根据权利要求1-8任一项所述的化学体系在油藏的生产层引发化学反应从而对所述油藏进行热处理的方法，其中将所述释放热气组合物(TGEC)和所述反应引发剂稳定剂(RIQ分别引入所述油藏中并且在所述油藏的生产层中接触从而引发产生热量和气体的化学反应。
10.根据权利要求9所述的方法，其中将所述TGEC连续引入所述油藏中并且同时将所述RIS连续或间歇地引入所述油藏中。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中以每秒约4-8升的速率将所述TGEC和RIS 泵送到所述油藏中。
12.根据权利要求9-11任一项所述的方法，包括如下步骤a)将作为RIS的铝或铝/镁合金的颗粒引入到所述油藏的油井中并将所述颗粒保持在位于所述油井中的反应腔内；b)将所述TGEC引入到油井中以便其接触保持在反应腔内的所述颗粒从而引发并保持产生热量和气体的热化学反应；c)将产生的热气体传递到所述油藏的生产层中；d)通过使所述颗粒进入生产层中来将所述的热化学反应转移到所述油藏的生产层中；和e)使所述生产层中的颗粒和引入到油井中的所述TGEC接触。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述的反应腔位于所述油藏的生产层内或与其相毗邻。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中将脲硝酸加合物用作TGEC。
15.根据权利要求12-14任一项所述的方法，其中所述反应腔内的pH值为约3-4并且其中将所述热化学反应产生的氢气氧化为H20。
16.根据权利要求12-15任一项所述的方法，其中将所述热化学反应并且因此将所述颗粒转移到所述生产层中存在的裂缝中。
17.根据权利要求12-16任一项所述的方法，其中在将生产层加热到最高约300°C后， 将所述热化学反应转移到所述生产层中。
18.根据权利要求12-17任一项所述的方法，其中在生产层中的所述颗粒还与至少一种强氧化剂如重铬酸钾K2Cr2O7相接触。
19.根据权利要求12-18任一项所述的方法，其中使所述油藏中的石油进行氢化裂解过程。
20.根据权利要求9-19任一项所述的方法，其中将所述TGEC和RIS以被间隔流体层分离开的流体层的形式引入。
21.根据权利要求9-11任一项所述的方法，包括如下步骤a)将作为RIS的铝或铝/镁合金的颗粒引入到所述油藏的油井中并保持所述颗粒在位于油井中的第一反应腔内；b)将第一TGEC引入到所述油井内以便其接触保持在所述第一反应腔内的所述颗粒从而引发并保持产生热能并加热所述第一反应腔的腔壁的热化学反应；c)将第二TGEC引入到所述油井中以便其接触所述第一反应腔的经加热的腔壁并被点燃；d)将点燃的TGEC传递到第二反应腔中，在其中TGEC反应产生热量和气体；和e)将产生的热气体传递到所述油藏的生产层中；
22.一种对油藏进行热化学处理的装置，所述热化学处理通过将权利要求1-8任一项所述的释放热气组合物(TGEC)和反应引发剂稳定剂(RIS)分别引入到所述油藏的油井中并且使所述TGEC和RIS在所述油井的生产层中接触从而引发和保持产生热量和气体的化学反应而进行，其中所述装置包括一个插入油井的抽油管中的外部管道，从而形成一个在所述外部管道外侧和抽油管内侧之间的外部环形空间，其中所述外部管道的下端位于油井的生产层内或其上方； 一个位于外部管道的下端的上方并封闭外部环形空间的封隔器； 一个插入所述外部管道中的内部管道，从而形成一个在所述内部管道外侧和所述外部管道内侧之间的内部环形空间，其中所述内部管道使得可将TGEC或RIS之一供给到所述生产层，并且所述内部环形空间使得可将TGEC或RIS中的另一个供给到所述生产层中，其中所述内部管道的下端位于所述生产层内或其上方；其中所述外部管道的下端和所述内部管道的下端中的至少一个位于所述油井的生产层内；和一个将所述TGEC和RIS在所述油井的生产层中相互接触的混合设备。
23.根据权利要求22所述的装置，其中所述的混合设备的形式为所述外部管道的封闭的下端位于所述内部管道的下端的上方但在所述封隔器的下方；所述的内部管道内的多个开口使得在所述内部环形空间和所述内部管道之间进行流体交换，其中所述开口位于所述内部管道的远端部分但在所述外部管道的下端的上方。
24.根据权利要求23所述的装置，其中所述的开口是狭缝喷射喷嘴，该喷嘴是斜向延伸穿过所述内部管道的管状连接通道并包括狭缝。
25.根据权利要求M所述的装置，其中所述狭缝形成于管状连接通道的下半部分。
26.根据权利要求23-25任一项所述的装置，其中在所述内部管道的开口的下方，一个烧杯被插入所述内部管道中，所述烧杯包括底部开口，使得混合流体能通过所述内部管道， 但随着RIS供给的颗粒状材料不能通过。
27.根据权利要求沈所述的装置，其中所述的烧杯由铝或铝/镁合金制成。
28.根据权利要求22-27任一项所述的装置，其中在所述内部管道的开口的下方，在内部管道中布置至少一个涡轮混合设备，所述涡轮混合设备包含由至少一个滑动轴承支撑并带有涡轮叶片和混合叶片的轴，其中所述滑动轴承包含使得流经所述内部管道的流体通过的开口，并且其中所述涡轮叶片从流动的流体传递能量到轴使轴和所连接的混合叶片旋转。
29.根据权利要求22所述的装置，其中所述的混合设备的形式为所述内部管道的下端位于所述外部管道的下端的上方；和至少一个涡轮混合设备安装在所述外部管道内、位于所述内部管道下端的下方，所述的涡轮混合设备包含由至少一个滑动轴承支撑并带有涡轮叶片和混合叶片的轴，其中所述滑动轴承包含使得流经所述内部管道的流体通过的开口，并且其中所述涡轮叶片从流动的流体传递能量到轴使轴和所连接的混合叶片旋转。
30.根据权利要求27或观所述的装置，其中相邻的涡轮混合设备的旋转方向相反。
31.根据权利要求22所述的装置，其中所述混合设备的形式为所述内部管道的下端位于所述外部管道的下端的上方；和一个烧杯插入到所述内部管道的下端，所述烧杯包括底部开口使得穿过所述内部管道供给的流体可通过但随RIS供给的颗粒状材料不可通过。
32.根据权利要求31所述的装置，其中所述烧杯由铝或铝/镁合金制成。
33.一种对油藏进行热化学处理的装置，所述热化学处理通过将权利要求1-9任一项所述的释放热气组合物(TGEC)和反应引发剂稳定剂(RIS)分别引入到所述油藏的油井中并且使所述TGEC和RIS在所述油井的生产层中接触从而引发和保持产生热量和气体的化学反应而进行，其中所述装置包括一个插入到油井的抽油管中的管道，从而在该管道外侧和抽油管内侧之间形成一个环形空间，其中该管道的下端位于所述油井的生产层内或其上方； 一个位于所述管道的下端并封闭所述环形空间的封隔器，一个插入所述管道的下端的烧杯，所述烧杯包括底部开口以使得所述TGEC和RIS可通过管道而随所述RIS供给的颗粒状材料不可通过。
34.根据权利要求33所述的装置，其中所述烧杯由铝或铝/镁合金制成。
35.根据权利要求22-34任一项所述的装置，其中所述封隔器包括感应元件用来测量封隔器的温度和封隔器下方的压力。
36.根据权利要求22-35任一项所述的装置，其中所述的混合设备还包括至少一个供所述TGEC和RIS在其中反应的反应腔。
全文摘要
本发明涉及一种用于促进油藏的生产层的放出气体降低油粘度的组合物(GEOVDC)的化学体系，即涉及用于油藏的热化学处理的化学组合物，更尤其用于引发油藏的生产层的化学反应从而产生热并放出气体，以便改进油(石油)的提取。本发明还涉及一种通过上述化学体系对油藏进行热化学处理的方法，并且涉及用于对油藏进行热化学处理的装置。
文档编号E21B36/00GK102187056SQ200880131630
公开日2011年9月14日 申请日期2008年10月15日 优先权日2008年10月15日
发明者E·N·亚历山德罗夫, D·A·莱曼诺夫斯基, Z·科勒 申请人:Tctm有限公司