Способ создания в нефтяном пласте очага горения Советский патент 1984 года по МПК E21B43/243 

Изобретение относится к нефтяно промышленности, в частности, при разработке залежей нефти с использованием термических способов. При добыче нефти путем термического воздействия создают огне вой фронт в зоне вокруг скважины путем воспламенения нефти в пласте Огневой фронт, температура которого в основном составляет 400-600°С, можно стабилизировать путемнепрерывного нагнетания кислорода или кислородсодержащей газовой смеси (в большинстве случаев .воздуха) и прод вигать в горизонтальной плоскости с оптимальной скоростью и геометрией в пластах в направлении соответс венно расположенных эксплуатационны скважин. Используется также термическая обработка призабойкой зоны пласта для восстановления или улучшения прони даемости. Если причина ухудшения условий проницаемости заключается в засорении пор отложившимися тяжелыми углеводородами или в изменении водонасыщения, то применяется боле.е низкая температура (около 100-200°С), а если преследуется цель изменения структуры породы, то создают температуру (4001000 с), при удалении воды из глинисты:1С пород, разложении карбонатов и при укреплении породы вокруг сква жины. При термической обработке пласта необходимым и главным элементом является создание в пласте очага горе ния. Известны различные способы созда ния очага горения в нефтяном пласте Известен способ создания в пласт очага горения, согласно которому в пласт нагнетается раствор элементарного фосфора с сероуглеродом, затем в -раствор нагнетается воздух, при этом сероводород улетучивается, вследствие чего фосфор вход в соприкосновение с воздухом и загорается. Путем нагнетания воздуха и горючих газов аккумулируют тепло причем фосфор может нагнетаться в пласт в виде масляной или водной эмульсии 13. Недостатком способа является образование при сгорании фосфора сильно корродирующих побочных продуктов, которые могут нанести ущерб сооружениям скважины. Из1зестен также способ создания в нефтяном пласте очага горения, со ласно которому зона пласта, расположенная вокруг дна скважины, подвергается предварительному нагре ву паром, затем с потоком пара в пл подаю р льняное масло и далее подают воздуз. Пар смешивается с воздухом , и яроисходит самовозгорание льняного масла С2. Недостаток этого способа заключается в том, что для зажигания пласта в скважине следует размещать как минимум две независимые одна от другой системы труб, а вследствие повышенной взрывоопасности нужно осуществлять специальные мероприятия по технике безопасности. Наиболее близким к изобретению . является способ создания в нефтяном пласте очага горения путем сжигания в пласте горючего материала последовательной закачкой в него зажигательной смеси, состоящей из горючего материала и окислительного катализатора, и кислорода или кислородсодержащей газовой смеси, в котором последовательно закачивают легко окисляемые растительные масла, затем нагнетается масляная суспензия, содержащая ускоряющие окисление промоторы (например, пиридин) и окислительные катализаторы (например, нафтенат кобальта), Эта суспензия поджигаезтся при помощи кислородсодержащего газа, предварительно подогретого на поверхности, целесообразнее всего воздуха ГЗ. Данный способ характеризуют большие; энергозатраты, связанные с. использованием внешнего источника тепла. Цель изобретения - снижение энергозатрат. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу создания в нефтяноМ пласте очага горения путем сжигания в пласте горючего материала последовательной закачкой в него -зажигательной смеси, состоящей из горючего материала и окислительного катализатора, и кислорода или кислородсодержащей газовой смеси, перед закачкой кислррода или кислородсодержащей газовой смеси в пласт закачивают альдегиды или гексаваль, или этил-гексаналь, или азо-Бис-изомасляный нитрил с , или гексаналь с кумилгидропероксидом. Сущность изобретения заключается в том, что нагревание зажигательной . смеси до температуры воспламенения не требуется или температуру воспламенения зажигательной смеси можно снизить до температуры, преобладающей в скважине, если к указанной известной смеси (зажигательной) добавить радикальные инициаторы. В, присутствии радикальных инициаторов зажигательная смесь при подаче кислорода или кислородсодержащей газовой смеси при температуре скважины самопроизвольно окисляется (воспламеняется) и во время окисления выделяет достаточно тепла для нагрева заранее поданного или с самого начала имевшегося горючего материала до температуры воспламенения.

Предложенный способ предусматривает подачу в пласт горючего материала, затем зажигательной смеси, состоящей из горючего материала и окислительного катализатора, и радикального инициатора окисления, растворимого в горючем материале или смешивающимся d ним, и последующую подачу кислорода или кислородсодержащей газовой смеси. .

В качестве горючих материалов могут применяться обычные горючие материалы, например высыхающие или полувысыхающие масла, жирные кислоты, триглицериды жирных кислот и пр. Наиболее целесообразно в качестве горючего материала применять отходы промышленности переработки растений, например, жирные кислоты мыльного осадка. До сих пор применение подобных сильно загрязненных материалов переменного состава для основанной на химическом воспламенении обработки пластов путем горения считалось невозможным, поскольку зти горючие материалы могут содержать значительное количество веществ, сдерживающих окисление. - Однако обнаружено, что при химическом воспламенении с применением согласно изобретению радикальных инициаторов возможное сдерживающее окисление воздействие примесей надежно и с избытком компенсируется ускоряющим окисление воздействием инициаторов. Поэтому в предлагаемом способе можно с успехом утилизировать отходы, которые до сих пор считались бесполезныг м для способа сжигания.

Если подлежащий обработке пласт с самого начала достаточно насыщен нефтью, то,разумеется, нет необходимости подавать перед воспламенением горючий материал. В этом случае применяется лишь горючий материал, представленный одним компонентом зажигательной смеси.

В качестве катализатора в способе согласно изобретению принимаются обычные для этих целей и известные окислительные катализаторы, например- соли переходных металлов (нафтенат кобальта). Единственное требование,, предъявляемое к катализатору, состоит в том/ что он должен смешиваться с горючим материало и радикальным инициаторсм. В качестве катализатора предпочтительными являются соли кобальта, образуемые органическими кислотами с большой длиной цепи.

в качестве радикальных инициаторов в предлагаемом способе могут применяться органические соединения как разлагающиеся при ЗО-ЮО С с выделением радикалов, так и иницииру ющие радикалы. Наиболее предлочтительным являются, например, следующие типы соединений: перекиси и гидроперекиси (например, перекись ди-грет -бутила), надкислоты

(например, надуксусная и пербензойная кислоты), альдегиды (например, масляный и пропионовый альдегиды), затем азосоединения, разлагающиеся с выделением радикалов. Наиболее

выгодным инициатором оказался масляный альдегид. Указанные инициаторы должны растворяться в остальных компонентах зажигательной смеси, т.е. в горючем материале и катализаторе, или полностью смешиваться с ними.

Радикальные инициаторы применяются в зажигательной смеси в количестве 1-50% от количества горючего материала. Количество инициатора для данного случая определяется при помощи предварительных опытов. Из экономических соображений целесообразно брать минимальновозможное количество инициатора, так как избыток последнего при снижении однажды температуры воспламенения зажигательной смеси до температуры, преобладающей в скважине,не дает особых преимуществ. Если

температура пластов ниже, то следует применять больше инициатора.

Большим преимуществом предлагаемого способа является отсутствие необходимости предварительного подогрева горючей смеси, т.е. для этого не нужны ни специальные устррйства, ни расход энергии. Зажигательная смесь не является корродирующей и при ее сгорании не

образуются корродирукмцие продукты. Зажигательную смесь можно подавать в скважину обычньп«1И насосами в два приема (сначала горючий материал+ .

катализатор, затем инициатор).

При осуществлении способа бла- годаря изменению скорости подачи кислородсодержеццего газа температуру зоны вокруг дна можно регулировать в широких пределах (например, 200-1000 С) . Таким образе, можно регулировать температуру, зависящую от состояния соответствующего пласта и необходимую для

внесения желательного изменения, например для удаления воды или отложившихся тяжелых углеводородов выбирается более низкая, для изменения структуры породы - более высокая температур.

И, наконец, еще одно преимущество способа согласно изобретению состоит в том, что (йсли предусмотрена соответствующая конструкция скважины) имеется возможность одновременного воспламенения и обработки нескольких пластов, что создается за счет отсутствия необходимости предварительного нагрева кислородсодержащего газа.

П р и м. е р 1. Для эксперимента используют изготовленный из Нержавеющей стали адиабатический трубный реактор длиной 245 мм и вн ренним диаметром 25 мм. В начальны отсек реактора на длину 145 мм засьтают песок крупностью 0,25-0,5 м который не содержит органических Примесей и металлических вкраплени Этот отрезок является моделью отрезка, в котором осуществляется подача в скважину. Оставшуюся част реактора длиной 100 мм заполняют смесью из 50 г песка высшего качества, 7 мл кислой жирной кислоты МЫЛЬНОГО осадка, 0,5 мл нафтената кобальта и 3 мл масляного ангидрида. Заполнение происходит в аргоновой атмосфере. Этот отрезок представляет модель запального отрезка. Начальная температура реактора установлена на уровне 40с, так как на практике на дне скважин г основном преобладает подобная температура.- Затем в реактор нагнетают воздух комнатной температуры под давлением 38 ат. В конце реактора измеряют температуру 31О что доказывает, что при применении зажигательной смеси согласно изобретению достаточно нагнетать воздух с температурой 20°С для начала процесса окисления.

П р и м е р 2. Опыт проводят аналогично примеру 1, с той разницей, что вместо кислой жирной кислоты )«лльного осадка применяют равное количество рапсового масла и начальную температуру реактора устанавливают на уровне . Воздух комнатной температуры нагнетают под давлением 50 ат. В конце реактора измеряют температуру , что указывает на то, что нагнетаемый воздух комнатной температуры в зажигательной смеси, имеющей состав согласно изобретению, в состоянии привести в действие, окислительный процесс.

Заметим, что на практике применение атмосферы инертного газа не является необходимостью, так как а коллекторе количество кислорода по сравнению с количеством масла незначительно, т.е. окисление не может начаться до нагнетания воздуха .

П р и м е р 3. Рассмотрим вопрос о том, является ли количс..во тепла, что вьщеляется при окислении зажигательной смеси, имеющей состав согласно изобретению, достаточным для воспламенения горючих веществ, находящихся в пласте (или заранее поданных в пласт).

Трубный реактор длиной 4 м и диметром 69 мм заполняют смесью, моделирующей материал пластов, а именно песко л пропитанным нефтью. В переднем отрезке реактора размещают по длине 20 см зажигательную смесь следующего состава: SiO2 . 1100 г; кислая жирная кислота мыль го осадка 220 мл; зиккозоль № 6 (катализатор) 22 мл; масляный альдегид 33 мл.Для прослеживания за продвижением огневого фронта по всей длине реактора распределяют 9 термоэлементов в следующей последовательности: 9-й термоэлемент на расстоянии 2 см.от начала трубы; 8-Й термоэлемент на расстоянии 15 см от начала трубы, термоэлементы 7-1 каждый на расстоянии 10 см от предыдущего термоэлемента. Термоэлементы 9 и 8 регистрируют температуру зажигательной смеси, прочие термоэлементы дают возможность следить за продвижением огневого фронта. Температурные значения, зарегистрированные термоэлементами, представлены на фиг„1 как функция времени.

Реактор нагревают до 45°С (температура в скважине). Затем под давлением 20 бар подают воздух со скоростью 300 л/ч.

В указанных условиях в области моделирующего образуется стабильный огневой фронт, перемешивающийся со. скоростью 15-2friCM/4 Таким образом, при использова 1ии зажигательной смеси согласно изобретению окисление может начаться и при помощи воздуха комнатной температуры, при этом зажигательная смесь вЕлделяет достаточно тепла для воспламенение горючих веществ, находящихся в пластах. Процесс горения, протекающий в пласте, контролируется подачей кислорода, т.е. путем изменения скорости подачи воздуха изменяют скорость перемещения огневого фронта и при прекращении подачи воздуха процесс горения прерывается.

Пример 4. Эксперимент повторяют по примеру 3, с той разницей, что в качестве инициатора применяют масляный альдегид в количестве 17 мл. Температурные значения, зарегистрированные термоэлементами , представлены на фдг.2 как функция времени. Из фиг.2 еледует, что в этом случае воспламеняются горючие материалы, находящиеся в коллекторном пласте, и образуется стабильный огневой фронт. Примеры 5-12. Осуществляют аналогично примеру 1, с той разницей,-что применяют горючие материалы, катализаторы и инициаторы, указанные в таблице. Кроме того, в таблице приведены температура начального участка реактора, конечная температура и время, необходимое для достижения конечной температуры.

Катализатор Зиккозоль является раствором версатата кобальта в толуоле (содержание кобальта 6%).

tf

Применение предлагаемого способа приводит к снижению энергозатрат (в связи с исключением использования тепла извне) и повышению безопасности работ.

СПОСОБ СОЗДАНИЯ В НЕФТЯНОМ ПЛАСТЕ ОЧАГА ГОРЕНИЯ Путем сжигания в пласте горючего материала последовательной закачкой в него зажигатель ной смеси, состоящей из горючего материала и окислительного катализатора, и кислорода или кислородсодержащей газовой смеси,, отлит чающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат, перед закачкой кислорюда или кислородсодержащей газовой смеси в пласт закачивают альдегиды.или гексаналь, или этилгексанал1з, или азо-5ис-изсяласляный нитрил с , или гексаналь с кумилгидропероксидом. О СХ) о о: ipus.i

10 мл жирной кисло0,5 мл нафтената 3 мл нонилаль- 75 кобальта дегида ты с осадком мыла

То же

То же I I -

iпл нафтензта

- t кобальта

- -

1 мл зиккозоля

10 ,55 мл зиккозоля

11 8 мл рапсового мас1 мл нафтената кобальта ла

8 мл жирной кислоты

1 мл зиккозос осадком мыла -ь ля + 2 мл коксового масла

237 34

52

250

110 216 180

46

1,4 мл 2-этилгексаналя 92

80

163

3 мл масляного альдегида + 44 + 0,1 мл азоБис-изомасляного нитрила+ 0,1754 г МпВ4О-,-Н2О

71 11 40

2 мл масляно275 86 го альдег.ида 60

О,2 масляного

175 9 альдегида 73

600SpeMft

gjuf.z