专利名称：一种石油地下中低温可控催化氧化改质开采方法
技术领域：
本发明涉及一种石油地下中低温可控催化氧化改质开采方法，属于油田开发技术领域。
背景技术：
在能源消费总量激增的今天，世界常规石油储量已大大减少，油价的上涨使得开采难度大但储量丰富的稠油资源得到人们越来越多的关注。据2003年USGS公布资料表明，全球石油经济可采储量约3000亿吨，而稠油/浙青可采储量占50%以上。由此可见，在成熟的新能源形态出现之前，稠油将成为重要的战略接替资源，在以化石能源为主导的能源结构中占据非常重要的地位。通过改变稠油的分子结构，在油藏中实现重油轻质化，是目前稠油开采领域的研究热点，研究较为成熟的工艺有催化水热裂解和火烧油层。催化水热裂解最初于1983年由加拿大的Hyne等人提出，是指油砂中的稠油在高温水蒸气的作用下发生脱硫、脱氮、加氢、开环及水煤气转换等一系列反应。该方法虽能改变稠油的化学结构，改善其流动性，但由于反应温度在200°C左右，仍需引入水蒸气作为热源，因而无法避免基于蒸汽的开采工艺的固有缺陷；此外，催化热水裂解改质程度受油品种类的影响较大。火烧油层是一种在油层内部产生热量的采油技术。它利用裂解产物焦炭的燃烧反应供给体系热量，避免了外加热源的局限；同时，体系中发生加热蒸馏和高温裂化作用，使原油的流动性大大增强，并在一定程度上改善了原油的品质。由于火烧油层技术具有先进的技术理念、高的驱油效率和采收率，因此被认为是稠油开发中具有广阔的应用前景的开发方式。尽管如此，该技术仍具有以下不足:(I)体系反应的进行和产生的热量由氧气浓度决定，无法实现较为准确的控制；
(2)体系温度过高，在油田应用中常达到600°C以上，而实际上稠油在200°C以下时流动性即得到大大改善，高温裂解也大都在500°C以下即可发生，热量的品位过高势必需要消耗更多的燃料，影响采收率；(3)结焦现象明显，在燃烧前缘前方附近的高温区域形成较宽的结焦带，不仅影响燃烧前缘的推进和体系的传热过程，也对油藏造成了一定程度的破坏。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种石油开采方法，通过加入催化剂和含氧气体来促进石油的开采，该方法具有可控自生热、改质效果好、适用范围广等特点。为达到上述目的，本发明提供了一种石油地下中低温可控催化氧化改质开采方法，其包括以下步骤:加热注入井附近的油藏使其温度升高到100-400°C，注入含氧气体、生热催化剂和改质催化剂，使其与部分油藏发生催化氧化反应，使原油被加热；加入改质催化剂，使原油改质降粘，改质后的原油通过生产井采出；其中，含氧气体的注入量为每吨原油
0.1-1OOONm3 ;生热催化剂的注入质量为每吨原油0.1-1OOOg ;改质催化剂的注入质量为每吨原油 0.1-1OOOgo本发明还提供了一种石油地下中低温可控催化氧化改质开采方法，包括以下步骤:加热注入井附近的油藏使其温度升高到100-40(TC，注入含氧气体、生热催化剂，在生热催化剂作用下，含氧气体与部分油藏发生催化氧化反应，使原油被加热降粘；改质催化剂填充固定在位于生产井之前的原油流经区域中，改质催化剂催化原油改质，改质后的原油通过生产井采出；其中，含氧气体的注入量为每吨原油0.1-1OOONm3 ;生热催化剂的注入质量为每吨原油0.1-1OOOg ;改质催化剂的注入质量为每吨原油0.1-1OOOgo在本发明提供的上述方法中，当注入的生热催化剂与部分油藏发生催化氧化反应之后，轻质组分会受热气化，重质组分在生热催化剂作用下与O2发生氧化反应，生成轻质组分、h2o、co、co2，同时放出热量；在反应区域，催化氧化反应放出的热量能够使油藏温度逐渐上升，当体系温度上升至水的汽化温度时，地层水会汽化吸热，从而将反应前缘的温度维持在水的汽化温度以下；重质组分发生氧化反应生成的水蒸汽、轻质组分、co、co2随着含氧气体、生热催化剂推动反应缘稳定向前推进；改质催化剂，可以催化原油改质降粘，改质后的原油可以通过生产井采出。在上述方法中，优选地，对注入井附近的油藏进行加热通过焖井、蒸汽加热、电加热和天然气点火等中的一种或几种的组合进行。在上述方法中，优选地,所采用的含氧气体为氩气、氮气、二氧化碳和水蒸气等中的一种或几种与氧气的混合物。在上述方法中，优选地，在含氧气体中，氧气的摩尔分数为10-90%。在上述方法中，优选地，所采用的生热催化剂与改质催化剂分别可以为纳米过渡金属基催化剂中的一种或几种的组合。上述两种催化剂并不一定相同。更优选地，上述过渡金属包括锰、铜、铁、钴、镍、钒、钥和锌等中的一种或几种的组合。在上述方法中，优选地，所采用的纳米过渡金属基催化剂为过渡金属的纳米颗粒、过渡金属氧化物的纳米颗粒、过渡金属硫化物的纳米颗粒、过渡金属碳化物的纳米颗粒、过渡金属氮化物的纳米颗粒、过渡金属磷化物的纳米颗粒等中的一种或几种的组合。在上述方法中，改质催化剂可以与生热催化剂一起加入，也可以提前填充固定在位于生产井之前的原油流经区域中，即可以直接将催化剂通过注入井注入油藏中，也可以将催化剂的前驱物通过生产井套管注入油藏中原油必然经过的区域，使其在热量的作用下分别生成催化剂。与现有的稠油开采技术相比，本发明提供的石油地下中低温可控催化氧化改质开采方法具有以下有益效果:(I)利用部分油藏的氧化反应放出的热量自供热，无需外部热量的补给，大大降低了外加热源在输运过程中的散热能耗；(2)实现了对反应速率、反应温度的控制，防止了燃料的过度消耗，抑制了结焦等副反应的发生，加快了体系中的物质传递与能量传递速率，提高了采收率和采油速率，减少了对油层的破坏；(3)在加热原油流向生产井的过程中进行深度改质降黏，有利于原油品质的进一步提高，满足开采与集输的要求。
具体实施例方式为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。实施例1本实施例提供一种石油地下中低温可控催化氧化改质开采方法，其包括以下步骤:将含氧量为90%的含氧气体(气体组成:90%氧气、10%氮气)作为氧化剂、直径为10-50nm的氧化锰作为生热催化剂、直径为5_80nm的氧化锰改质催化剂随含氧气体一起经注入井注入地层粘度为8000mPa *s稠油油层，含氧气体的注入量为每吨原油50Nm3 ;生热催化剂的注入质量为每吨原油IOg ;改质催化剂的注入质量为每吨原油IOg ；采用电加热的方法注入井附近油藏温度达到100°C，引发含氧气体、生热催化剂与部分油藏发生催化氧化反应，轻质组分受热气化，重质组分在生热催化剂作用下与O2发生氧化反应，生成轻质组分、H2O, CO、CO2,同时放出热量；在反应区域，氧化反应放出的热量使得油藏温度逐渐上升，当体系温度上升至水的汽化温度时，地层水汽化吸热，维持反应前缘温度在水的汽化温度以下，生成的水蒸汽、轻质组分、co、co2随着含氧气体、生热催化剂推动反应前缘稳定向前推进；反应前缘温度控制在3300C ;改质催化剂催化原油改质降粘，粘度降低到50°C条件下IOOmPa.s后,通过生产井采出。实施例2本实施例提供一种石油地下中低温可控催化氧化改质开采方法，其包括以下步骤:将含氧量为21%的含氧气体(即空气)作为氧化剂、直径为IOnm的氧化锰作为生热催化剂、直径为l_50nm的氧化钴作为改质催化剂随含空气一起经注入井注入地层粘度为IOOOOOmPa.s超稠油油层；空气的注入量为每吨原油500Nm3 ;生热催化剂的注入质量为每吨原油0.1g ;改质催化剂的注入质量为每吨原油IOOg ；采用电加热的方法注入井附近油藏温度达到150°C，引发含氧气体、生热催化剂与部分油藏发生催化氧化反应；轻质组分受热气化，重质组分在生热催化剂作用下与O2发生氧化反应，生成轻质组分、H2O, CO、CO2,同时放出热量；在反应区域，氧化反应放出的热量使得油藏温度逐渐上升；当体系温度上升至水的汽化温度时，地层水汽化吸热，维持反应前缘温度在水的汽化温度以下；生成的水蒸汽、轻质组分、co、co2随着含氧气体、生热催化剂推动反应前缘稳定向前推进；反应前缘温度控制在300°C ;氧化钴改质催化剂催化原油改质降粘，粘度降低到50°C条件下400mPa.s后，通过生产井采出。实施例3本实施例提供一种石油地下中低温可控催化氧化改质开采方法，其包括以下步骤:将含氧量为21%的空气作为氧化剂、直径为10_30nm的氧化锰同时作为生热催化剂和改质催化剂随含氧气体一起经注入井注入地层粘度为234000mPa *s超稠油油层；空气的注入量为每吨原油IOOONm3 ;催化剂的注入质量为每吨原油IOOOg ；
采用电加热的方法注入井附近油藏温度达到300°C，引发含氧气体、生热催化剂与部分油藏发生催化氧化反应；轻质组分受热气化，重质组分在生热催化剂作用下与O2发生氧化反应，生成轻质组分、H2O, CO、CO2,同时放出热量；在反应区域，氧化反应放出的热量使得油藏温度逐渐上升；当体系温度上升至水的汽化温度时，地层水汽化吸热，维持反应前缘温度在水的汽化温度以下；生成的水蒸汽、轻质组分、CO、CO2随着含氧气体、生热催化剂推动反应前缘稳定向前推进，反应前缘温度控制在340°C ;改质催化剂催化原油改质降粘，粘度降低到50°C条件下500mPa.s后,通过生产井采出。实施例4本实施例提供一种石油地下中低温可控催化氧化改质开采方法，其包括以下步骤:将含氧量为21%的空气作为氧化剂、油酸锰作为生热催化剂前驱物，其到地下分解形成5-100nm的氧化锰生热催化剂、直径为5_30nm的氧化铜作为改质催化剂随空气一起经注入井注入地层粘度为4000mPa.s稠油油层；空气的注入量为每吨原油INm3 ;生热催化剂的注入质量为每吨原油Ig ;改质催化剂的注入质量为每吨原油0.1g ；采用电加热的方法注入井附近油藏温度达到400°C，引发含氧气体、生热催化剂与部分油藏发生催化氧化反应；轻质组分受热气化，重质组分在生热催化剂作用下与O2发生氧化反应，生成轻质组分、H2O, CO、CO2,同时放出热量；在反应区域，氧化反应放出的热量使得油藏温度逐渐上升；当体系温度上升至水的汽化温度时，地层水汽化吸热，维持反应前缘温度在水的汽化温度以下；生成的水蒸汽、轻质组分、CO、CO2随着含氧气体、生热催化剂、改质催化剂推动反应前缘稳定向前推进，反应前缘温度控制在220°c ;改质催化剂催化原油改质降粘，粘度降低到50°C条件下IOOmPa.s后，通过生产井采出。实施例5本实施例提供一种石油地下中低温可控催化氧化改质开采方法，其包括以下步骤:将含氧量为70%的含氧气体(70%氧气，30%氮气)作为氧化剂、油酸锰作为生热催化剂、改质催化剂前驱物，其到地下分解形成10-150nm的纳米氧化锰原位生热催化剂、改质催化剂。油酸锰随含氧气体一起经注入井注入地层粘度为8500mPa-s稠油油层；空气的注入量为每吨原油6Nm3 ;生热催化剂、改质催化剂的注入质量为每吨原油15g ；采用电加热的方法注入井附近油藏温度达到300°C，引发含氧气体、生热催化剂与部分油藏发生催化氧化反应；轻质组分受热气化，重质组分在生热催化剂作用下与O2发生氧化反应，生成轻质组分、H2O, CO、CO2,同时放出热量；在反应区域，氧化反应放出的热量使得油藏温度逐渐上升；当体系温度上升至水的汽化温度时，地层水汽化吸热，维持反应前缘温度在水的汽化温度以下；生成的水蒸汽、轻质组分、CO、CO2随着含氧气体、生热催化剂推动反应前缘稳定向前推进，反应前缘温度控制在3250C ;改质催化剂催化原油改质降粘，粘度降低到50°C条件下IOOmPa.s后，通过生产井采出。实施例6
本实施例提供一种石油地下中低温可控催化氧化改质开采方法，其包括以下步骤:将含氧量为90%的含氧气体(90%氧气、10%氮气)作为氧化剂、直径为l_30nm的氧化钴作为生热催化剂，直径为10_50nm的纳米氧化铁作为改质催化剂，和生热含氧气体经注入井注入地层粘度为IOOOOmPa.s稠油油层；空气的注入量为每吨原油56Nm3 ;生热催化剂的注入质量为每吨原油12.1g ;改质催化剂的注入质量为每吨原油19.2g ；采用蒸汽加热的方法注入井附近油藏温度达到200°C，引发含氧气体、生热催化剂与部分油藏发生催化氧化反应；轻质组分受热气化，重质组分在生热催化剂作用下与O2发生氧化反应，生成轻质组分、H2O, CO、CO2,同时放出热量；在反应区域，氧化反应放出的热量使得油藏温度逐渐上升；当体系温度上升至水的汽化温度时，地层水汽化吸热，维持反应前缘温度在水的汽化温度以下；生成的水蒸汽、轻质组分、CO、CO2随着含氧气体、生热催化剂推动反应前缘稳定向前推进，反应前缘温度控制在400°C ;改质催化剂催化原油改质降粘，粘度降低到50°C条件下200mPa.s后，通过生产井采出。实施例7本实施例提供一种石油地下中低温可控催化氧化改质开采方法，其包括以下步骤:将含氧量为90%的含氧气体(90%氧气，2%氩气，8%氮气)作为氧化剂、直径为20nm的氧化铁作为生热催化剂和含氧气体注入地层粘度为500000mPa.s超稠油油层；空气的注入量为每吨原油IOOONm3 ;生热催化剂的注入质量为每吨原油52.8g ;在采出井的套管加入直径为10_30nm的纳米氧化锌作为改质催化剂，改质催化剂的注入质量为每吨原油25.7g ；采用蒸汽加热的方法注入井附近油藏温度达到300°C，引发含氧气体、生热催化剂与部分油藏发生催化氧化反应；轻质组分受热气化，重质组分在生热催化剂作用下与O2发生氧化反应，生成轻质组分、H2O, CO、CO2,同时放出热量；在反应区域，氧化反应放出的热量使得油藏温度逐渐上升；当体系温度上升至水的汽化温度时，地层水汽化吸热，维持反应前缘温度在水的汽化温度以下；生成的水蒸汽、轻质组分、CO、CO2随着含氧气体、生热催化剂推动反应前缘稳定向前推进，反应前缘温度控制在200°C ;在采出井的套管中的改质催化剂催化原油改质降粘，粘度降低到50°C条件下500mPa.s后，通过生产井采出。实施例8本实施例提供一种石油地下中低温可控催化氧化改质开采方法，其包括以下步骤:将含氧量为21 %的空气作为氧化剂、直径为2_55nm的碳化铁作为生热催化剂和含氧气体注入地层粘度为190mPa.s稠油油层；生热催化剂的注入质量为每吨原油11.Sg ;空气的注入量为每吨原油13Nm3 ;在采出井的套管加入负载10被％的直径为l-20nm纳米氧化钒/氧化铝(载体，粒径100-500nm)，改质催化剂的注入质量为每吨原油100.3g ；采用焖井的方法注入井附近油藏温度达到300°C，引发含氧气体、生热催化剂与部分油藏发生催化氧化反应；轻质组分受热气化，重质组分在生热催化剂作用下与O2发生氧化反应，生成轻质组分、H2O, CO、CO2,同时放出热量；在反应区域，氧化反应放出的热量使得油藏温度逐渐上升；当体系温度上升至水的汽化温度时，地层水汽化吸热，维持反应前缘温度在水的汽化温度以下；生成的水蒸汽、轻质组分、CO、CO2随着含氧气体、生热催化剂推动反应前缘稳定向前推进，反应前缘温度控制在100°C ;在采出井的套管中的改质催化剂催化原油改质降粘，粘度降低到20°C条件下IOmPa.s后,通过生产井米出。实施例9本实施例提供一种石油地下中低温可控催化氧化改质开采方法，其包括以下步骤:将含氧量为21 %的含氧气体空气作为氧化剂、直径为10_50nm的氧化铁作为生热催化剂和空气一起注入地层粘度为3000000mPa.s超稠油油层；空气的注入量为每吨原油13INm3 ;生热催化剂的注入质量为每吨原油592.8g ;在采出井的套管加入直径为l_50nm的纳米氧化钥作为改质催化剂，改质催化剂的注入质量为每吨原油50.3g ；采用蒸汽加热的方法注入井附近油藏温度达到300°C，引发含氧气体、生热催化剂与部分油藏发生催化氧化反应；轻质组分受热气化，重质组分在生热催化剂作用下与O2发生氧化反应，生成轻质组分、H2O, CO、CO2,同时放出热量；在反应区域，氧化反应放出的热量使得油藏温度逐渐上升；当体系温度上升至水的汽化温度时，地层水汽化吸热，维持反应前缘温度在水的汽化温度以下；生成的水蒸汽、轻质组分、CO、CO2随着含氧气体、生热催化剂推动反应前缘稳定向前推进，反应前缘温度控制在385°C ;在采出井的套管中的改质催化剂催化原油改质降粘，粘度降低到50°C条件下800mPa.s后，通过生产井采出。实施例10本实施例提供一种石油地下中低温可控催化氧化改质开采方法，其包括以下步骤:将含氧量为21%的空气作为氧化剂、直径为l_50nm的二氧化锰作为生热催化剂和含氧气体注入地层粘度为2351000mPa.s超稠油油层；空气的注入量为每吨原油108.5Nm3 ;生热催化剂的注入质量为每吨原油922.1g ;将直径为IO-1OOnm的纳米氧化铜作为改质催化剂填充固定在位于生产井之前的原油流经区域；改质催化剂的注入质量为每吨原油 150.3g ；采用蒸汽加热的方法注入井附近油藏温度达到300°C，引发含氧气体、生热催化剂与部分油藏发生催化氧化反应；轻质组分受热气化，重质组分在生热催化剂作用下与O2发生氧化反应，生成轻质组分、H2O, CO、CO2,同时放出热量；在反应区域，氧化反应放出的热量使得油藏温度逐渐上升；当体系温度上升至水的汽化温度时，地层水汽化吸热，维持反应前缘温度在水的汽化温度以下；生成的水蒸汽、轻质组分、CO、CO2随着含氧气体、生热催化剂推动反应前缘稳定向前推进，反应前缘温度控制在320°C ;在采出井的套管中的改质催化剂催化原油改质降粘，粘度降低到50°C条件下500mPa.s后，通过生产井采出。实施例11本实施例提供一种石油地下中低温可控催化氧化改质开采方法，其包括以下步骤:将含氧量为21%的空气作为氧化剂、平均直径为15nm的氧化锌作为生热催化剂和空气一起注入地层粘度为290000mPa.s超稠油油层；空气的注入量为每吨原油312.3Nm3 ;生热催化剂的注入质量为每吨原油345.1g ;在采出井的套管加入直径为l_15nm的纳米二氧化锰负载在IOO-1OOOnm氧化硅作为改质催化剂，纳米二氧化锰的负载量为10Wt%，改质催化剂的注入质量为每吨原油751.1g ；采用电加热的方法注入井附近油藏温度达到400°C，引发含氧气体、生热催化剂与部分油藏发生催化氧化反应；轻质组分受热气化，重质组分在生热催化剂作用下与O2发生氧化反应，生成轻质组分、H2O, CO、CO2,同时放出热量；在反应区域，氧化反应放出的热量使得油藏温度逐渐上升；当体系温度上升至水的汽化温度时，地层水汽化吸热，维持反应前缘温度在水的汽化温度以下；生成的水蒸汽、轻质组分、CO、CO2随着含氧气体、生热催化剂推动反应前缘稳定向前推进，反应前缘温度控制在298°C ;在采出井的套管中的改质催化剂催化原油改质降粘，粘度降低到50°C条件下400mPa.s后，通过生产井采出。实施例12本实施例提供一种石油地下中低温可控催化氧化改质开采方法，其包括以下步骤:将含氧量为21%的空气作为氧化剂、平均直径为25nm的纳米铁颗粒作为生热催化剂和空气一起注入地层粘度为4050mPa-s稠油油层；空气的注入量为每吨原油12.3Nm3 ；生热催化剂的注入质量为每吨原油45.1g ;在采出井的套管加入直径为l_50nm的纳米炭化鍟作为改质催化剂，改质催化剂的注入质量为每吨原油21.1g ；采用蒸汽加热的方法注入井附近油藏温度达到300°C，引发含氧气体、生热催化剂与部分油藏发生催化氧化反应；轻质组分受热气化，重质组分在生热催化剂作用下与O2发生氧化反应，生成轻质组分、H2O, CO、CO2,同时放出热量；在反应区域，氧化反应放出的热量使得油藏温度逐渐上升；当体系温度上升至水的汽化温度时，地层水汽化吸热，维持反应前缘温度在水的汽化温度以下；生成的水蒸汽、轻质组分、CO、CO2随着含氧气体、生热催化剂推动反应前缘稳定向前推进，反应前缘温度控制在158°C ;在采出井的套管中的改质催化剂催化原油改质降粘，粘度降低到50°C条件下IOOmPa.s后，通过生产井采出。实施例13本实施例提供一种石油地下中低温可控催化氧化改质开采方法，其包括以下步骤:将含氧量为21%的空气作为氧化剂、直径为l_50nm的硫化铁/硫化钥(质量比
I: D复合催化剂作为生热催化剂和空气一起注入地层粘度为10510mPa.S稠油油层；空气的注入量为每吨原油15.3Nm3 ;生热催化剂的注入质量为每吨原油15.1g ;在采出井的套管加入直径为3-100nm的纳米氧化亚铜作为改质催化剂，改质催化剂的注入质量为每吨原油 11.1g ;采用电加热的方法注入井附近油藏温度达到330°C，引发含氧气体、生热催化剂与部分油藏发生催化氧化反应；轻质组分受热气化，重质组分在生热催化剂作用下与O2发生氧化反应，生成轻质组分、H2O, CO、CO2,同时放出热量；在反应区域，氧化反应放出的热量使得油藏温度逐渐上升；当体系温度上升至水的汽化温度时，地层水汽化吸热，维持反应前缘温度在水的汽化温度以下；生成的水蒸汽、轻质组分、CO、CO2随着含氧气体、生热催化剂推动反应前缘稳定向前推进，反应前缘温度控制在241°C ;在采出井的套管中的改质催化剂催化原油改质降粘，粘度降低到50°C条件下200mPa.s后，通过生产井采出。实施例14本实施例提供一种石油地下中低温可控催化氧化改质开采方法，其包括以下步骤:将含氧量为21%的空气作为氧化剂、硬脂酸锰作为生热催化剂前驱物和空气一起注入地层粘度为2621mPa.s稠油油层；空气的注入量为每吨原油8.2Nm3 ;生热催化剂前驱物的注入质量为每吨原油125.6g，其受热分解形成2-30nm的纳米二氧化锰生热催化剂；在采出井的套管加入直径为3-100nm的纳米铜、纳米锰复合颗粒(二者的质量比为2: I)作为改质催化剂，改质催化剂的注入质量为每吨原油140.1g ；采用电加热的方法注入井附近油藏温度达到300°C，引发含氧气体、生热催化剂与部分油藏发生催化氧化反应；轻质组分受热气化，重质组分在生热催化剂作用下与O2发生氧化反应，生成轻质组分、H2O, CO、CO2,同时放出热量；在反应区域，氧化反应放出的热量使得油藏温度逐渐上升；当体系温度上升至水的汽化温度时，地层水汽化吸热，维持反应前缘温度在水的汽化温度以下；生成的水蒸汽、轻质组分、CO、CO2随着含氧气体、生热催化剂推动反应前缘稳定向前推进，反应前缘温度控制在154°C ;在采出井的套管中的改质催化剂催化原油改质降粘，粘度降低到50°C条件下50mPa.s后,通过生产井米出。实施例15本实施例提供一种石油地下中低温可控催化氧化改质开采方法，其包括以下步骤:将含氧量为21%的空气作为氧化剂、直径为l_50nm的氮化钥催化剂作为生热催化剂和空气一起注入地层粘度为4261mPa.s稠油油层；空气的注入量为每吨原油9.3Nm3 ；生热催化剂的注入质量为每吨原油15.9g ;在采出井的套管加入直径为3-100nm的纳米磷化锰作为改质催化剂，改质催化剂的注入质量为每吨原油50.1g ；采用天然气点火加热的方法注入井附近油藏温度达到350°C，引发含氧气体、生热催化剂与部分油藏发生催化氧化反应；轻质组分受热气化，重质组分在生热催化剂作用下与O2发生氧化反应，生成轻质组分、H20、CO、CO2,同时放出热量；在反应区域，氧化反应放出的热量使得油藏温度逐渐上升；当体系温度上升至水的汽化温度时，地层水汽化吸热，维持反应前缘温度在水的汽化温度以下；生成的水蒸汽、轻质组分、CO、CO2随着含氧气体、生热催化剂推动反应前缘稳定向前推进，反应前缘温度控制在192°C ;在采出井的套管中的改质催化剂催化原油改质降粘，粘度降低到50°C条件下IOOmPa.s后，通过生产井采出。实施例16本实施例提供一种石油地下中低温可控催化氧化改质开采方法，其包括以下步骤:将含氧量为10%的含氧气体(10%氧气，45%氮气，3%氩气，40%二氧化碳，2%水蒸气)作为氧化剂、直径为l_50nm的二氧化锰催化剂作为生热催化剂和含氧气体一起注入地层粘度为3925mPa.s稠油油层；空气的注入量为每吨原油4.1Nm3 ;生热催化剂的注入质量为每吨原油40.3g ;在位于生产井之前的原油流经区域加入直径为50-200nm的纳米氧化钴/纳米氧化铁(质量比3: I)复合颗粒作为改质催化剂，改质催化剂的注入质量为每吨原油420.5g ；采用蒸汽加热的方法注入井附近油藏温度达到300°C，引发含氧气体、生热催化剂与部分油藏发生催化氧化反应；轻质组分受热气化，重质组分在生热催化剂作用下与O2发生氧化反应，生成轻质组分、H2O, CO、CO2,同时放出热量；在反应区域，氧化反应放出的热量使得油藏温度逐渐上升；当体系温度上升至水的汽化温度时，地层水汽化吸热，维持反应前缘温度在水的汽化温度以下；生成的水蒸汽、轻质组分、CO、CO2随着含氧气体、生热催化剂推动反应前缘稳定向前推进，反应前缘温度控制在212°C ;在采出井的套管中的改质催化剂催化原油改质降粘，粘度降低到50°C条件下500mPa.s后，通过生产井采出。通过采用实施例1-16的方法均能够使油藏的粘度大大降低，可以达到相应的采出要求，这说明实施例1-16所提供的石油地下中低温可控催化氧化改质开采方法可以很好地实现油藏的深度改质降黏。
权利要求
1.一种石油地下中低温可控催化氧化改质开采方法，其包括以下步骤: 加热注入井附近的油藏使其温度升高到100-40(TC，注入含氧气体、生热催化剂和改质催化剂，在生热催化剂作用下，含氧气体与部分油藏发生催化氧化反应，使原油被加热降粘；改质催化剂催化原油改质，改质后的原油通过生产井采出； 其中，含氧气体的注入量为每吨原油0.1-1OOONm3 ;生热催化剂的注入质量为每吨原油0.1-1OOOg;改质催化剂的注入质量为每吨原油0.1-1OOOgo
2.一种石油地下中低温可控催化氧化改质开采方法，其包括以下步骤: 加热注入井附近的油藏使其温度升高到100-40(TC，注入含氧气体、生热催化剂，在生热催化剂作用下，含氧气体与部分油藏发生催化氧化反应，使原油被加热降粘；改质催化剂填充固定在位于生产井之前的原油流经区域中，改质催化剂催化原油改质，改质后的原油通过生产井采出； 其中，含氧气体的注入量为每吨原油0.1-1OOONm3 ;生热催化剂的注入质量为每吨原油0.1-1OOOg;改质催化剂的注入质量为每吨原油0.1-1OOOgo
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，对注入井附近的油藏进行加热通过焖井、蒸汽加热、电加热和天然气点火中的一种或几种的组合进行。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述含氧气体为氩气、氮气、CO2和水蒸气中的一种或几种与氧气的混合物。
5.根据权利要求1、2或4所述的方法，其中，在含氧气体中，所述氧气的摩尔分数为10-90%。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述生热催化剂与所述改质催化剂分别为纳米过渡金属基催化剂中的一种或几种的组合。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述过渡金属包括锰、铜、铁、钴、镍、钒、钥和锌中的一种或几种的组合。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述纳米过渡金属基催化剂为过渡金属的纳米颗粒、过渡金属氧化物的纳米颗粒、过渡金属硫化物的纳米颗粒、过渡金属碳化物的纳米颗粒、过渡金属氮化物的纳米颗粒和过渡金属磷化物的纳米颗粒中的一种或几种的组合。
全文摘要
本发明涉及一种石油地下中低温可控催化氧化改质开采方法。该方法包括以下步骤加热注入井附近的油藏使其温度升高到100-400℃，注入含氧气体、生热催化剂和改质催化剂，在生热催化剂作用下含氧气体与部分油藏发生催化氧化反应，使原油被加热降粘；改质催化剂催化原油改质，改质后的原油通过生产井采出。上述方法具有以下效果利用部分油藏的氧化反应放出的热量自供热，大大降低了外加热源在输运过程中的散热能耗；在加热原油流向生产井的过程中进行深度改质降黏，有利于原油品质的进一步提高，满足开采与集输的要求。
文档编号E21B43/22GK103147727SQ20121058724
公开日2013年6月12日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者昝成, 魏飞, 樊铖, 江航, 褚玥, 张强, 史琳 申请人:中国石油天然气股份有限公司, 清华大学