利用废弃油井制造氢气的方法与流程

1.本发明涉及油田开采领域，具体而言，涉及一种利用废弃油井制造氢气的方法。


背景技术：

2.油田开发过程中由于油层内原油资源被长期的抽采而枯竭，油层内残余的大量原油因地层压力、地层渗透率的改变流动性大大降低，很多油田区块经过二次注水驱油、三次聚合物驱油后已经失去经济可采价值，特别是地层原油流动性原本就差的高粘度原油，连续的或间歇性的人工举升抽采方式都难以达到可采最低成本要求，长期运行抽采的油井进入停产报废是正常的油气生产规律，即使这样地下油层内仍然储藏着巨大的原油资源，如果不加以利用则会造成原油资源的浪费。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的在于提供一种利用废弃油井制造氢气的方法，以解决现有技术中的废弃油井难以再次利用，造成资源浪费的问题。
4.为了实现上述目的，本发明提供了一种利用废弃油井制造氢气的方法，包括：步骤s10：选择多个废弃油井中的一个作为采气油井，其余废弃油井作为注气油井，在注气油井内开窗侧钻导向采气井方位，开窗造斜井以中半径指向设计油层底板上靶点，在油层内沿油层底板平行钻进形成连通注气油井和采气油井的井间注采气连通通道，连通井自注气油井开窗口起经油层底板靶点至采气油井井底连通间，地层/油层内井筒连通通道为裸眼井无套管结构；步骤s20：在形成注采气连通通道的注气井口上更换原有采油井口装置为专用高温高压注气井口装置，在形成注采气连通通道的采气井口上更换原有的采油井口装置为高温高压采气测控井口装置，连续油管经防喷头穿过注气井口装置伸入注气井口井筒内，采气井口装置上设置有气体参数测控装置；
5.步骤s30：使用连续油管抽取注气油井内的原油水泥浆流体，对注气油井、连通通道以及采气油井岩屑进行清理疏通气路；步骤s40：查阅废弃油井钻完井及开采参数档案，获知所述连通通道油层的地层压力参数、原油粘度及地层渗透率等；步骤s50：对连通通道进行点火操作；步骤s60：通过连续油管向连通通道内通入水蒸气、助燃气体以及二氧化碳催化剂，控制水蒸气、助燃气体以及二氧化碳催化剂的注入压力小于连通通道的地层压力；通过采气井口处的气体参数测量装置对采气井口处的混合气体组分进行测量，当测量出混合气体中氢气的体积百分比低于35％时，则增加水蒸气的注入量以使混合气体中氢气的百分比在35％至70％之间；步骤s70：打开采气井口装置，对从采气井口装置内排出的混合气体依次进行热回处理、净化除尘处理、脱硫处理、二氧化碳捕获处理以及氢气分离处理，并将分离后的氢气进行存储。
6.进一步地，在步骤s10中：多个废弃油井包括两个，选择其中一个作为注气油井，另一个作为采气油井，连通注气油井和采气油井；或者，多个废弃油井包括至少三个，选择位于多个废弃油井的中间位置处的废弃油井为采气油井，其余废弃油井均作为注气油井，自
多个注气油井分别向采气井方位开窗侧钻导向形成油层内多个气化连通通道。
7.进一步地，在所述废弃油井包括至少三个的情况下，所述注气油井的数量在3至8之间，所述采气油井的内径不小于7英寸。
8.进一步地，连续油管为双层管，连续油管包括外管体和穿设在外管体内的内管体，内管体内流通助燃气体、二氧化碳气体及二氧化碳催化剂混合气，外管体和内管体之间流通水蒸气。
9.进一步地，步骤s50包括：步骤s51：向内管体内通入助燃气体；步骤s52：通过采气井口气体参数测量装置测量采气井口处的温度，当采气井口处的温度大于25℃时停止通入助燃气体；步骤s53：在点火投球筒内放入多个点火球，向内管体内通入助燃气体，通过助燃高压气体将点火球投球吹入油层连续气化通道内，并保持助燃气体持续通入。
10.进一步地，助燃气体可以为空气、富氧空气或者纯氧气，其中，富氧空气中氧气的含量在30％～60％之间，纯氧气中氧气的含量在95％以上。
11.进一步地，步骤s30还包括：每隔预定时长测量抽取的原油水泥浆流体的油水比，当油水比的比值大于7：3时，停止抽取。
12.进一步地，在步骤s30和步骤s40之间，的利用废弃油井制造氢气的方法还包括：步骤s80：对抽取出的原油水泥浆流体中的原油进行分离，将分离后的原油通过连续油管注入到注气油井内。
13.进一步地，在步骤s60中，在对采气井口处的混合气体组分进行测量时，需要间隔预设时长对混合气体的组分进行预设次数的测量，通过控制装置记录预设次数内的测量结果，并对测量结果进行分析，混合气体中氢气和一氧化碳的组分持续降低时，控制装置向连续油管驱动装置发出指令，使连续油管的出气段朝向远离采气井的方向移动第一预设距离。
14.进一步地，预设时长在5秒至20秒之间，预设距离在5m至10m之间。
15.进一步地，利用废弃油井制造氢气的方法还包括：步骤s90：将步骤s70中经过热回收的热能用于二氧化碳气提再生装置的再加热，步骤s100:二氧化碳收集处理后的二氧化碳气体通过连续油管注入到注气井口装置内。通过二氧化碳转化催化剂作用实现二氧化碳捕获即利用。
16.应用本发明的技术方案，可以对废弃的油井进行改造后充分利用内部的原油资源，从而为废弃的油井找寻到了新的经济增长点。具体地，本技术采用地下气化的方法对废弃油井内的原油资源进行利用。由于废弃油井一般都是垂直向下延伸，而地下气化方法需要制造连续的水平通道对原油进行点火燃烧，使之气化产生经济性较高的气体。因此需要在两个垂直延伸的废弃油井之间钻通连通通道，使连通通道成为原油燃烧气化的主要场所。本技术选择一口废弃油井作为采气油井，其余废弃油井作为注气油井，并采用井间连通采气油井和注气油井，以形成气体流动的井间连通通路。其中，注气油井的井口更换安装高温高压注气井口装置，采气井口处更换安装高温高压采气测控井口装置，通过上述装置实现对注气油井、连续通道以及采气油井的密封作用。另外，注气油井内用以通入水蒸气、助燃气体以及二氧化碳催化剂等气体，通过注气井口装置能够控制上述气体注入的压力、流量、水氧比，实现对注气油井、连续通道以及采气油井(注气油井、连续通道和采气油井能够形成u形通道)内的压力调节。另外，注气井口装置可以调节水蒸气、助燃气体以及二氧化碳
催化剂等气体的通入量以及通入压力控制连通通道内原油的燃烧程度，采气井口装置内设置有气体参数测量装置，气体参数测量装置能够对采气井口处的混合气体组分进行测量，当测量出混合气体中氢气的体积百分比低于35％时，则增加水蒸气的注入量以使混合气体中氢气的百分比在35％至70％之间，使原油燃烧后产生的混合气体中氢气的比率最高，从而提升原油地下气化燃烧产生的混合气体的经济性。本技术还对采气井口装置内排出的混合气体依次进行热回收处理、净化除尘处理、脱硫处理、二氧化碳捕获处理以及氢气分离处理，实现了分别收集混合气体中的可利用成分，进一步提升了混合气体的经济性。
附图说明
17.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
18.图1示出了根据本发明的利用废弃油井制造氢气的方法的步骤图。
具体实施方式
19.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
20.如图1所示，本技术提供了一种利用废弃油井制造氢气的方法，包括：步骤s10：选择多个废弃油井中的一个作为采气油井，其余废弃油井作为注气油井，在注气油井内开窗侧钻导向采气井方位，开窗造斜井以中半径指向设计油层底板上靶点，在油层内沿油层底板平行钻进形成连通注气油井和采气油井的井间注采气连通通道，连通井自注气油井开窗口起经油层底板靶点至采气油井井底连通间，地层/油层内井筒连通通道为裸眼井无套管结构；步骤s20：在形成注采气连通通道的注气井口上更换原有采油井口装置为专用高温高压注气井口装置，在形成注采气连通通道的采气井口上更换原有的采油井口装置为高温高压采气测控井口装置，连续油管经防喷头穿过注气井口装置伸入注气井口井筒内，采气井口装置上设置有气体参数测控装置；步骤s30：使用连续油管抽取注气油井内的原油水泥浆流体，对注气油井、连通通道以及采气油井岩屑进行清理疏通气路；步骤s40：查阅废弃油井钻完井及开采参数档案，获知所述连通通道油层的地层压力参数、原油粘度及地层渗透率等；步骤s50：对连通通道进行点火操作；步骤s60：通过连续油管向连通通道内通入水蒸气、助燃气体以及二氧化碳催化剂，控制水蒸气、助燃气体以及二氧化碳催化剂的注入压力小于连通通道的地层压力；通过采气井口处的气体参数测量装置对采气井口处的混合气体组分进行测量，当测量出混合气体中氢气的体积百分比低于35％时，则增加水蒸气的注入量以使混合气体中氢气的百分比在35％至70％之间；步骤s70：打开采气井口装置，对从采气井口装置内排出的混合气体依次进行热回处理、净化除尘处理、脱硫处理、二氧化碳捕获处理以及氢气分离处理，并将分离后的氢气进行存储。
21.应用本实施例的技术方案，可以对废弃的油井进行改造后充分利用内部的原油资源，从而为废弃的油井找寻到了新的经济增长点。具体地，本技术采用地下气化的方法对废弃油井内的原油资源进行利用。由于废弃油井一般都是垂直向下延伸，而地下气化方法需要制造连续的水平通道对原油进行点火燃烧，使之气化产生经济性较高的气体。因此需要在两个垂直延伸的废弃油井之间钻通连通通道，使连通通道成为原油燃烧气化的主要场
所。本技术选择一口废弃油井作为采气油井，其余废弃油井作为注气油井，并采用连通通道连通采气油井和注气油井，以形成气体流动的通路。其中，注气油井的井口安装注气井口装置，采气井口处连接采气井口装置，通过上述装置实现对注气油井、连续通道以及采气油井的密封作用。另外，注气油井内用以通入水蒸气、助燃气体以及二氧化碳催化剂等气体，通过注气井口装置能够控制上述气体通入的压力，实现对注气油井、连续通道以及采气油井(注气油井、连续通道和采气油井能够形成u形通道)内的压力调节。另外，注气井口装置可以调节水蒸气、助燃气体以及二氧化碳催化剂等气体的通入量以及通入压力控制连通通道内原油的燃烧程度，采气井口装置内设置有气体参数测量装置，气体参数测量装置能够对采气井口处的混合气体组分进行测量，当测量出混合气体中氢气的体积百分比低于35％时，则增加水蒸气的注入量以使混合气体中氢气的百分比在35％至70％之间，使原油燃烧后产生的混合气体中氢气的比率最高，从而提升原油地下气化燃烧产生的混合气体的经济性。本技术还对采气井口装置内排出的混合气体依次进行热回处理、净化除尘处理、脱硫处理、二氧化碳捕获处理以及氢气分离处理，实现了分别收集混合气体中的可利用成分，进一步提升了混合气体的经济性。
22.需要说明的是，由于全部选定的废弃油井是以原油抽采为目标，不适合油井制氢工艺要求，因此需要对废弃油井进行改造。改造过程包括对废弃油井进行固井操作以及安装注气井口装置和采气井口装置。在步骤s10中，固井操作包括在注气油井和采气油井内分别安装生产套管，在生产套管能够安装套管头，套管头用以与注气井口装置或者采气井口装置进行固定。在实际生产时，如果选择的注气油井和采气油井内已经安装了生产套管则不需再次安装。
23.具体地，通常在油田油井完井方面，油层地质压力、油层出沙情况、原油粘度决定了油井完井生产套管的规格，通常是5英寸(127mm)、或5-1/2英寸(139.7mm)套管、或7英寸(177.8mm)套管完井,这样的套管结构可对油井开展采油技术措施，如防砂或调整抽采油管规格等，在废弃油井垂直井段内基本不需要做大的钻井技术调整工作，只要将两口直井间通过开窗侧钻钻井形成的油层水平井眼将二井连通形成气化通道，在采气井筒井底油层段造穴扩孔就可以了，上述方式充分利用了废弃油井内的已有结构，降低了利用本技术的方法制造氢气的生产成本。
24.需要说明的是，在开窗侧钻的过程中，采用直径φ118mm组合式开窗侧钻工具按设计要求的造斜点在生产套管内开窗侧钻定向导向井，钻具沿油层内底板上500mm平行于底板形成水平连通井，水平连通井筒形成直径120mm钻孔。开窗侧钻时，在注气油井的生产套管内进行标记，以使开窗侧后形成的连通通道朝向采气油井的方位延伸，开窗造斜井以中半径指向设计油层底板上靶点，在油层内沿油层底板平行钻进(连通通道距离油层内底板上500mm左右)，形成连通注气油井和采气油井的井间注采气连通通道，连通通道为裸眼井无套管结构。
25.还需要说明的是，注气井筒是连续油管注气的关键，注气井筒底部的定向导向造斜可降低连续注气油管在造斜段的阻力，有利于连续注气管路的送入和回抽，因此当采油油井用作注气油井时需要对采油油井进行技术改造，针对已有的采油油井可以选择适用多井间的连通通道，则对选定的注气油井进行开窗侧钻以中半径造斜导向至采气油井方位，在油层内与采气油井井底形成井间连通通道，自注气油井开窗窗口到采气井底间采用裸眼
井结构不固井。
26.另外，如果需要新钻注气油井情况下，新选择井位注气井采用三开井结构，即一开表层套管井井筒钻深200米到300米，下入表层套管固井；二开技术套管井钻柱和井下工具自一开表层套管井口垂直进入一开套管井筒钻入地层，井下钻具在设计油层上某深度定向造斜以中半径导向采气油井方位，在钻柱与井下工具定向导向进入油层底板上设计靶点止，下入技术套管并对二开井筒固井形成技术套管定向井；三开钻柱带动井下定向导向磁对接工具钻具，进入二开固井套管井筒钻入油层，井下钻具沿与油层底板平行定向导向钻通与采气井底对接，形成注采气油井井间连通通道，注采气井井间油层连通通道裸眼结构不固井(即三开为裸眼不固井)。二开固井后在表层套管和技术套管上安装二级组合套管头，在套管头上法兰连接高温高压注气井口装置，用于油井制氢时各种氧化剂催化剂的注入。
27.在步骤s30中，由于废弃的油井内部的原油中可能混合大量的泥水，因此使用连续油管抽取注气油井内的原油水泥浆流体，对注气油井、连通通道以及采气油井进行清理，以提升原油的燃烧效果。
28.在步骤步骤s40中，油井在正常生产及停产时，采油厂有完整的油井档案记录包括钻井、完井、测井、录井、试采、抽采、修井等一列油井参数档案，这些记录即使油井废弃也会保留。油井地层压力是油井档案的一部分，地层压力决定了油井生产时采取的抽采生产工艺手段。在油井转入气化生产合成气制取氢气过程中，维持并确保油井内原油的涌入量是一个重要参数，油层水平气化通道内的注气压力与油层地质压力间的关系至关重要。具体地，步骤s60中：在通过连续油管向连通通道内通入水蒸气、助燃气体以及二氧化碳催化剂的过程中，需要控制水蒸气、助燃气体以及二氧化碳催化剂的注入压力小于连通通道的地层压力。
29.需要说明的是，废弃油井气化制氢的最大难点在于三个流态间的平衡控制，第一要控制油层内原油/水流向连续通道内的原油量，要达到进入的原油能在氧化催化剂注入的同时同步气化，而不因注入量大而造成气化腔中充水；第二要控制注气井口注入的各种助燃气体、二氧化碳气体、二氧化碳催化剂以及水蒸气的流量和含量，确保原油在连续通道内气化充分，并控制原油气化时合成气体中有效组份按设计和控制目标进行；第三要控制采气井口的合成气体流量、压力、组份按控制目标实现，这三者间的关系是通过采气测量控制井口和测控计算机对气体进行实时在线数据采集、计算、分析、决策而产生控制指令去实现，要靠注气侧注入参数的变化而执行测控计算机的控制指令。
30.在本实施例中，在步骤s10中：多个废弃油井包括两个，选择其中一个作为注气油井，另一个作为采气油井，连通注气油井和采气油井。
31.当然，在图中未示出的其他实施例中，多个废弃油井还可以包括至少三个，选择位于多个废弃油井的中间位置处的废弃油井为采气油井，其余废弃油井均作为注气油井，自多个注气油井分别向采气井开窗侧钻形成连通通道。在采气油井包括至少三个的情况下，注气油井的数量在3至8之间，采气油井的井筒内径大于等于7英寸(177.8mm以上直径)。需要说明的是，上述的“中间位置”指的并非两个废弃油井连线的中点，是相临周围多个油井分布中相对靠近中心点中间位置的油井，其到其余油井的距离比较均等。
32.在本实施例中，连续油管为双层管，连续油管包括外管体和穿设在外管体内的内
管体，内管体内流通助燃气体、二氧化碳气体及二氧化碳催化剂混合气，外管体和内管体之间流通水蒸气。需要说明的是，连续油管的末端口安装有旋转喷嘴，当注入气体以及水蒸气时，旋转喷嘴能够喷出雾状的液滴进入连续通道内，上述结构能够提升原有燃烧气化的反应效率。
33.在本实施例中，步骤s50包括：步骤s51：向内管体内通入助燃气体；步骤s52：通过气体参数测量装置测量采气井口处的温度，当采气井口处的温度大于15℃时停止通入助燃气体；步骤s53：在点火投球筒内放入多个点火球，向内管体内通入助燃气体，通过助燃气体将点火球投球吹入油层连续气化通道内，并保持助燃气体持续通入。具体地，在本实施例中，助燃气体可以为空气、富氧空气或者纯氧气，其中，富氧空气中氧气的含量在30％～60％之间，纯氧气中氧气的含量在95％以上。在本实施例中，注入的水蒸汽温度为300℃，助燃气体的温度为常温。
34.在本实施例中，步骤s30还包括：每隔预定时长测量抽取的原油水泥浆流体的油水比，当油水比的比值大于7：3时，停止抽取。上述结构能够提升注气油井、连续通道和采气油井内的原油含量，从而起到较好的原油气化燃烧的效果。
35.具体地，在本实施例中，在步骤s30和步骤s40之间，的利用废弃油井制造氢气的方法还包括：步骤s80：对抽取出的原油水泥浆流体中的原油进行分离，将分离后的原油通过连续油管注入到注气油井内。上述方式能够避免原油浪费，提升利用废弃油井制造氢气的方法的经济性。
36.在本实施例中，在步骤s60中，在对采气井口处的混合气体组分进行测量时，需要间隔预设时长对混合气体的组分进行预设次数的测量，通过控制装置记录预设次数内的测量结果，并对测量结果进行分析，混合气体中氢气和一氧化碳的组分持续降低时，控制装置向连续油管驱动装置发出指令，使连续油管的出气段朝向远离采气井的方向移动第一预设距离。需要说明的是，在对采气井口处的混合气体组分进行测量时，需要间隔预设时长对混合气体的组分进行预设采样间隔自动测量，通过采气测控井口装置对的采集数据的计算、分析做出决策，每次测量数据与测控计算机内彗核的有效成份(氢气)最大化数据比对分析，由采气测控井口装置配置的计算机发送决策控制指令到注气侧相关的注气设备上，进而调控相关注气参数或混合气体中氢气和一氧化碳的组分持续降低而含水持续增加时，加快采样率进而判断趋势一致时，测控计算机向连续油管驱动装置发出指令，回抽连续油管注气点位置，使连续油管的出气末端端口朝向远离采气井的方向回抽移动一个预设距离。
37.在本实施例中，预设判断最大时长周期在180秒，预设采气井口数据采样率5s，10s，15s，20s可调，预设距离在5m至10m之间。
38.需要说明的是，每一次连续油管的回抽位移长度都比较大，但移动连续油管的间隔也比较长。大位移量是要保障连通通道内原油的含量(与采气油井连通的连通通道的长度越长，则渗入连通通道内的原油的含量越多)，原油在连续气化的同时地层内原油连续不断地渗入连通通道内，需要控制连通通道内原油的含量，避免原油进入井连通通道内的量过大造成连通通道堵塞。一旦连续通道堵塞将会导致连续通道内的气压力过大，使得大量的原油未完全气化而涌入采气井口装置或者注气井口装置内，导致增大生产成本以及增加装置的清理难度。
39.还需要说明的是，在油层气化时如果发生油层内原油含水率高于开工前测量和设
定的参数时，需要降低水蒸汽的注入量，并且加大注气压力，以降低采气井口处的含水率，确保原油燃烧气化正常进行。
40.在本实施例中，利用废弃油井制造氢气的方法还包括：步骤s90：将步骤s70中经过热回收的热能用于二氧化碳气提再生装置的再加热，步骤s100:二氧化碳收集处理后的二氧化碳气体通过连续油管注入到注气井口装置内。上述方法将二氧化碳气体重新注入连续通道内，为后续的混合气体生成提供碳元素，从而能够大大降低二氧化碳的排放率，使二氧化碳回收后立即投入利用，使得整个系统中不必设置二氧化碳的存储设备，环保的同时有利于降低生产成本。
41.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。