Способ создания в нефтяном пласте очага горения

 

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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТКИ ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5() Е 21 В 43/243

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ а ф

Ц, Л1

Ц

Ю

1 бремя

Qua. f (21) 2986848/22-03 (22) 29.09.80 (46) 15.01.84. Бюл. 9 2 (72) Михайл Булигин, Даниел Рац, Жужанна Ковач, Роберт Хорват, Ева

Даноци, Тамаш Видроци, Петер Калочаи, йожеф Сеп, Деже Гал, Габор Вашвари, Иштван Немеш, Андраш Немет и Карой

Хебергер (ВНР). (71) Мадьяр Тудоманьош Академиа

Кезпонти Кемиа и Кутато Интезет и Мадьяр Сенхидрогенипари Кутато

ФЕйлесте Интезет (BHP) (53) 622. 278 (088. 8) (56) 1. Патент США 9 2747672, кл. 166-38, опублик. 1956..

2. Патент США 9 3379254, кл. 166-38, опублик. 1968.

3. Патент США 9 3180412, кЛ. 166-11, опублик. 1968.

„„SU„„1068 4 А (54) (57) 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,.о т л и — . ч а ю шийся тем, что, с целью снижения энергозатрат, перед за-качкой кислорода или кислородсодержащей газовой смеси в пласт закачивают альдегиды.или гексаналь, или этилгексаналь, или азо-бис -изомасляный нитрил с MnB20 - Н О, или гексаналь с кумилгидройероксидом.

1068046

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности, при разработке залежей нефти с использованием термических способов.

При добыче нефти путем термического воздействия создают огневой фронт в зоне вокруг скважины путем воспламенения нефти в пласте.

Огневой фронт, температура которого, в основном составляет 400-600 С можно стабилизировать путем непре- 10 рывного нагнетания кислорода или кислородсодержащей газовой смеси (в большинстве случаев .воздуха) и продвигать в горизонтальной плоскости с оптимальиой скоростью и геометри- 15 ей в пластах в направлении соответственно расположенных эксплуатационных скважин.

Используется также термическая обработка призабойной зоны пласта для восстановления или улучшения проницаемости. Если причина ухудшения условий проницаемости заключается в засорении пор отложившимися тяжелыми углеводородами или в изменении водонасыщения, то применяется более низкая температура (около 100-200 С), а если преследуется цель изменения структуры породы, то создают температуру (4001000ОC) при удалении воды из глинистых пород, разложении карбонатов и при укреплении породы вокруг скважины.

При термической обработке пласта необходимым и главным элементом является создание в пласте очага горения.

Известны различные способы создания очага горения в нефтяном пласте.

Известен способ создания в пласте 40 очага горения, согласно которому в пласт нагнетается раствор элементарного фосфора с сероуглеродом, затем в -раствор нагнетается воздух, при этом сероводород улетучивается, вследствие чего фосфор входит 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 (1J..

1

Недостатком способа является образование при сгорании фосфора сильно корродирующих побочных продуктов, которые могут нанести ущерб сооружениям скважины.

Известен также способ создания в нефтяном пласте очага горения, согласно которому зона пласта, расположенная вокруг дна скважины, подвергается предварительному нагреву паром, затем с потоком пара в пласт подают льняное масло и далее подают воздух. Пар смешивается с воздухом 65 и происходит самовозгорание льняного масла (2).

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 последонательной закачкой в него зажигатель ной 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 поджигается при помощи кислородсодержащего газа, предварительно подогретого на поверхности, целесообразнее всего воздуха (31. данный способ характеризуют большие энергозатраты, связанные с использованием внешнего источника тепла.

Цель изобретения — снижение энер" гозатрат.

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 эакачивают альдегиды или гексаналь, или этил-гексаналь, или азо-бис -иэомалзляный нитрил с

МпВ О Н О, или гексаналь с кумилгидройероксидом.

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 окис1068046 ления 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, 10 растворимого в горючем материале .или смешивающимся с ним, и последующую подачу кислорода или кислородсодержащей газовой смеси.

В качестве горючих материалов 15 могут применяться обычные горючие материалы, например высыхающие или полувысыхающче 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 ути- 40 лизировать отходы, которые до сих пор считались бесполезными для способа сжигания.

Если подлежащий обработке пласт с самого начала достаточно насыщен 45 нефтью, то,разумеется, нет необходимости подавать перед воспламенением горючий материал. В этом случае применяется лишь горючий материал, представленный одним компонентом зажигательной смеси.

При осуществлении способа благодаря изменению скорости подачи кислородсодержащего газа температуру зоны вокруг дна можно регулировать в широких пределах (например, 200-1000 С). Таким образом, можно регулировать температуру, зависящую от состояния соответствующего пласта и необходимую для внесения желательного изменения, например для удаления воды йли отложившихся тяжелых углеводородов выбирается более низкая, для изменения структуры породы — более высокая температур.", 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 материалом 60 и радикальным инициатором. В качестве катализатора предпочтительными являются соли кобальта, образуемые органическими кислотами с большой длиной цепи. 65

В качестве радикальных инициаторов в предлагаемом способе могут применяться органич ские соединения как разлагающиеся при 30-100 С с выделением радикалов, так и нницииру ющие радикалы. Наиболее предпочтительными 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 минимально возможное количество инициатора, так как избыток последнего при сни.жении 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 устройства, ни расход энергии. Зажигательная смесь не является корродирующей и при ее сгорании не образуются корродирующие продукты.

Зажигательную смесь можно подавать в скважину обычными насосами в два приема (сначала горючий материал+ . катализатор, затем инициатор).

10б8046

И, наконец, еще одно преимущество способа согласно изобретению состоит в том, что (если 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 "э нержавеющей стали адиабатический трубный реактор длиной 245 мм и внут ренним диаметром 25 мм. В начальный отсек реактора на длину 145 мм засыпают песок крупностью 0,25-0,5 мм, который не содержит органических примесей и металлических вкраплений.

Этот отрезок является моделью отрезка, в котором осуществляется подача в скважину. Оставшуюся часть 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 ангйдрида. Заполнение происходит в аргоновой атмосфере. Этот отрезок представляет модель запального отрезка. Качальная температура реактора установлена на уровне 40 С, так как на практике на дне скважин основном преобладает подобная температура; Затем в реактор нагнетают воздух комнатной температуры под давлением 38 ат. В конце реактора измеряют температуру 310 С, что доказывает, что при применении зажигательной смеси согласно изобретению достаточно нагне- . тать воздух с температурой 20 С для начала процесса окисления.

Пример 2. Опыт проводят аналогично примеру 1, с той разНицей, что вместо кислой жирной кислоты мыльного осадка применяют равное количество рапсового масла и начальную температуру реактора устанавливают на уровне

50 С. Воздух комнатной температуры нагнетают под давлением 50 ат.

В конце реактора измеряют температуру 200 С что указывает на то, что нагнетаемый воздух комнатной температуры в зажигательной смеси, имеющей состав согласно изобретению, в состоянии привести в дейст- вие.окислительный процесс.

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

Пример 3. Рассмотрим вопрос о том, является ли колич.."во тепла, что выделяется 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 диа" метром б9 мм заполняют смесью, моделирующей материал пластов„ а именно песком пропитанным нефтью.

В переднем отрезке реактора размещают по длине 20 см зажигательную смесь следующего состава: SiO

1100 г;.кислая жирная кислота мыльно го осадка 220 мл) зиккозоль Р б (катализатор) 22 мл; масляный альдегид 33 мл."

Для прослеживания эа продвижением огневого фронта по всей длине реактора распределяют 9 термоэлементов в следующей последовательности: 9-й термоэлемент íà 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 йункция времени.

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

В укаэанных условиях в области моделирующего пласта образуется стабильный огневой фронт, перемешивающийся со. скоростью 15-2Q см/ч °

Таким образом, при использовании зажигательной смеси согласно изобретению окисление может начаться и при помощи воздуха комнатной температуры, при этом зажигательная смесь выделяет достаточно тепла для воспламенения 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 мп. Температурные значения, зарегистрированные термоэлементами, представлены на фиг.2 как функция времени. Иэ фиг.2 сле1068046

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

Температура, С

8ремя, мин

Пример Рорючий материал

Катализатор

Инициатор

КоНачаль ная нечная

5 10 мл жирной кисло- 0,5 мл нафтената 3 мл нонилаль- 75 237 34 ты с осадком мыла кобальта дегида

6 То же

То же

52 250 110

То х;е

3 мл гексаналя 46 180 216

3 ьал нафтената 1,4 мл 2-этилкобальта гексаналя 92 163 80

1 мл зиккозоля

220 262

0,55 мл зикко" золя

3 мл. гексаналя+0,5 r кумилгидроперок-. сида 40 71 11

ll 8 мл рапсового мас- 1 мл нафтената 2 мл маслянола кобальта го альдегида 60 275 86

l2 S мл жирной кислоты с осадком мыла +

+ 2 мл коксового масла

1 мл зиккозо- 0,2 масляного ля альдегида

73 175 9 дует, что в этом случае воспламеняются горючие материалы, находящиеся в коллекторном пласте, и о6раэуется стабильный огневой фронт.

Пример ы 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 Эиккозоль яв ляется раствором версатата кобальта в толуоле (содержание кобальта

5 6%).

3 мл масляного альдегида + 44

+ 0,1 мл аэоБис -изомасляного нитрила+

0,1754 r

Ф 7 2

1068046 Риа2

Составитель И.Кепке

Редактор М.Келемеш Техред ц.далекорей KoppeKTop„N.Äåì÷èê

Заказ 11247/60 Тираж 569 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал IIIIII Патент, г„ Ужгород, ул. Проектная, 4