專利名稱：使用單個(gè)水平井以將油和燃燒氣體產(chǎn)出到地面的改進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)燃燒采收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用現(xiàn)場(chǎng)燃燒、豎直氧化氣體注入井和獨(dú)立水平井采收來自地下儲(chǔ)層的粘稠烴的方法，具體地，涉及一種不使用另外獨(dú)立的通氣井的改進(jìn)方法。
背景技術(shù)：
用以由粘性地下成烴生產(chǎn)油的現(xiàn)場(chǎng)燃燒方法和用以從包含烴的地層中分離烴的各種方法在本領(lǐng)域中是已知的。舉例來說，美國專利3，502，372 (M. Prats)公開了這樣的方法，即，在此方法中，頁巖油和可溶鋁化合物從碎石化或裂石化的頁巖油層中通過頁巖油自上而下燃燒得到采收。去除油以清理頁巖，用于隨后使用堿性化學(xué)物質(zhì)溶解開采頁巖中的鋁。熱解劑可以是空氣和水的熱混合物，但是其必須以500 上的溫度注入，并且形成物內(nèi)部溫度必須控制到600-950 T以避免損壞礦物。如發(fā)明內(nèi)容和隨后的具體實(shí)施方式
中所討論的，本發(fā)明不需要地下儲(chǔ)層的碎石化，或者使用自上而下的燃燒。而是，所建立的燃燒前緣沿水平井筒側(cè)向移動(dòng)。美國專利3，515，212 (Allen等人)公開了一種現(xiàn)場(chǎng)燃燒方法，該方法結(jié)合了在豎直井之間正反向現(xiàn)場(chǎng)燃燒。注入井區(qū)域由蒸汽加熱到自燃溫度，空氣自探邊井注入，并且沿注入井的方向流動(dòng)。當(dāng)空氣進(jìn)入鄰近注入井的已加熱油區(qū)域時(shí)，便發(fā)生燃燒。燃燒氣體在燃燒井處離開，并且燃燒前緣朝向探邊井生長(zhǎng)，與現(xiàn)場(chǎng)燃燒方法相反。在前緣靠近探邊井之后，在該井處注入空氣，原來的注入井轉(zhuǎn)換成產(chǎn)油井，并且開始前向現(xiàn)場(chǎng)燃燒方法，其中燃燒前緣朝向原來的注入井移動(dòng)，并且由原來的注入井產(chǎn)出。美國專利4，566, 537 (Gussis)涉及諸如阿薩巴斯卡(Athabasca)浙青等不動(dòng)油?！ぴ诟髫Q直井之間連通的問題通過執(zhí)行一系列蒸汽循環(huán)以加熱注入井附近的油并產(chǎn)生空隙而得以克服。在第二階段，空氣在這些井中的一個(gè)處被注入到儲(chǔ)層的高處，同時(shí)在另一個(gè)井中產(chǎn)生燃燒氣體，從而建立了該儲(chǔ)層頂部處的各井之間連通。現(xiàn)在，這使得能夠在一個(gè)井的底部注入蒸汽，并在另一個(gè)井中產(chǎn)出石油。該方法不同于本發(fā)明的方法，其中，如以下所討論的，本發(fā)明的方法利用重力排泄到水平生產(chǎn)井中，并且不需要蒸汽驅(qū)動(dòng)階段。另外，可以在同一口井中連續(xù)地去除油和燃燒氣體。美國專利4，410，042 (Shu)公開了一種利用純氧進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)燃燒早期階段的方法。直到燃燒前緣達(dá)到距離所述注入井30英尺處，氧氣才通過二氧化碳稀釋。然后注入純氧。相比之下，如本說明書中的發(fā)明內(nèi)容部分所討論的，本發(fā)明的方法不在任何階段使用純氧和二氧化碳的混合物。美國專利4，418，751 (Emery)公開了一種現(xiàn)場(chǎng)燃燒的方法，其中將水注入含油儲(chǔ)層的上部，與在底部附近注入的氧氣隔開。水和燃燒氣體在儲(chǔ)層中混合，蒸發(fā)水分并且去除熱量。本方法不需要或不采用同時(shí)注入氧氣和水。事實(shí)上，將氧氣注入儲(chǔ)層底部處的水平井附近是非常危險(xiǎn)的，因?yàn)檠鯕鈺?huì)進(jìn)入井筒并在里面燃燒油，引起高溫，該高溫會(huì)危及井筒的完整性并且沉淀焦炭，所述焦炭會(huì)部分堵塞井筒。美國專利4，493，369 (Odeh等人)公開了與專利4，418，751基本相同的井和流體布置，即將氧化氣體注入儲(chǔ)層的底部的同時(shí)將水注入到儲(chǔ)層的頂部。美國專利5，456，315公開了一種現(xiàn)場(chǎng)燃燒方法,其中，將氧化氣體注入豎直井中，該豎直井在含油儲(chǔ)層的上部具有穿孔。各豎直井直接成排定位在位于儲(chǔ)層底部的水平井的上方。這些井的定向與本方法相同。然而，美國專利5，456，315需要定位于水平生產(chǎn)井一側(cè)并平行于該水平生產(chǎn)井的成排水平/豎直透氣井，而各透氣井又位于儲(chǔ)層的頂部。透氣井的目的是以與通過重力排泄到所述水平生產(chǎn)井中的液體分開的方式將燃燒氣體采收到地面。如以下更充分描述的，本方法不使用獨(dú)立的燃燒透氣井，但是通過同一個(gè)水平井一起產(chǎn)生液體和氣體，并且由此，僅需要一個(gè)水平生產(chǎn)井，因而只需要顯著減少的高成本水平井。另外，如美國專利5，456，315所述的方法所做的，以與液體分開的方式采收燃燒氣體會(huì)消除泄油區(qū)域內(nèi)的對(duì)流傳熱，使得美國專利5，456，315所述的方法能量效率更低。特別地，通過抑制燃燒氣體和液體的混合，美國專利5，456，315從與熱油接觸中去除了所產(chǎn)生的氫，使得現(xiàn)場(chǎng)氫化裂解的程度和現(xiàn)場(chǎng)油升級(jí)的程度大大降低。在燃燒氣體占16%時(shí)去除 二氧化碳會(huì)抑制如下所述本發(fā)明中的溶解能力，由此本發(fā)明更能夠進(jìn)一步減少油的粘性，并擴(kuò)大排油區(qū)域，由此產(chǎn)生比美國專利5，456，315所公開的方法更高的產(chǎn)油率。美國專利5，456，315所公開的通氣井采收的另一個(gè)主要缺點(diǎn)是方法安全性問題，由于從儲(chǔ)層內(nèi)部燃燒過(以及有時(shí)正在燃燒)的氣體中獲得高溫，所以通氣井必須經(jīng)過水冷。另外，由于所述氣體注入井和通氣井都位于儲(chǔ)層的頂部，并且相互連通，所以氧氣可能會(huì)與通氣井中的烴液體或氣體混合，使得在其中或在地面產(chǎn)生爆炸性混合物。美國專利5，339，897 (Leaute)公開了與專利5，456，315類似的由焦油砂生產(chǎn)烴的方法，其中豎直井定位于含油儲(chǔ)層的頂部，位于水平生產(chǎn)井上方，并且第二豎直井安置成在儲(chǔ)層頂部偏離第一豎直井并且側(cè)向偏離水平生產(chǎn)井。兩個(gè)豎直井之間的連通通過使用熱流體而實(shí)現(xiàn)，然后氧化氣體被注入生產(chǎn)井上方的井中，并且燃燒氣體通過探邊井被送出。熱油向下排泄到生產(chǎn)井。另外，在專利5，339，897公開的方法中，將諸如過熱蒸汽等裂化流體注入水平生產(chǎn)井上方的累積油中的做法會(huì)引發(fā)裂化反應(yīng)。美國專利5，626，191 (Greaves等人)公開了一種現(xiàn)場(chǎng)方法,其中,氧化氣體注入井定位于安置在儲(chǔ)層底部的水平生產(chǎn)井趾部附近的含油儲(chǔ)層頂部的附近。半豎直的燃燒前緣產(chǎn)生、側(cè)向延伸并且從生產(chǎn)井的井趾部朝向生產(chǎn)井的井跟部移動(dòng)。油和氣體一起排泄到同一個(gè)水平生產(chǎn)井中。如下所述，本發(fā)明比專利5，626，191有極大的改進(jìn)，因?yàn)椋绫景l(fā)明，通過將注入井定位于沿水平生產(chǎn)井的中部或?qū)⒍鄠€(gè)注入井定位于生產(chǎn)井的上方，以適當(dāng)?shù)某杀緲O大地提高了產(chǎn)油率以及油的升級(jí)程度。在此構(gòu)造中，各注入井維持兩個(gè)燃燒/排泄前緣而不僅僅是使用專利5，626，191時(shí)的一個(gè)。令人驚訝的是，燃燒/排泄前緣以相同的速率朝向生產(chǎn)井的井趾部和井跟部前進(jìn)。美國專利5，626，191通過參見的方式合并入本文。美國專利6，412，557 (Ayasse等人)是對(duì)專利5，626，191的改進(jìn)，其中，在水平生產(chǎn)井內(nèi)部、上部和周圍都安置催化劑以提高油的升級(jí)程度。美國專利6，412，557通過參見的方式合并入本文。美國專利7，493，952 (Ayasse)公開了對(duì)專利5,626, 191和專利6,412, 557的改進(jìn)，其中，在井趾部處將非氧化氣體注入水平生產(chǎn)井中，以避免氧氣進(jìn)入，并且通過控制井筒中的溫度和壓力而提高該方法的安全性。美國專利7，493，952通過參見的方式合并入本文。美國專利公開20090308606 (美國專利申請(qǐng)?zhí)?2/280,832) (Ayasse)公開了對(duì)專利5，626，191和專利7，493，952的改進(jìn)，其中，諸如石腦油或者其它烴溶液的稀釋劑或者二氧化碳被注入延伸到水平生產(chǎn)井的井趾部的長(zhǎng)管系中，以控制井筒壓力和溫度，并由于密度和粘性降低而方便了井筒油的流動(dòng)。美國專利公開20090200024 (美國專利申請(qǐng)?zhí)?2/068,881) (Ayasse等人)公開了類似于美國專利5，626，191的新方法，其中，將氧化氣體注入水平井的井跟部附近，其中，所述水平井具有延伸到井趾部的管系。燃燒前緣通過運(yùn)動(dòng)從井跟部蔓延到井趾部。如以下更加充分地描述的那樣，本發(fā)明的方法相比于美國專利5，626，191的優(yōu)勢(shì)是，不像美國專利5，626，191，不需要在井趾部附近鉆較遠(yuǎn)的豎直注入井。而是，在本發(fā)明中，可以在諸如水平腿部的中部等遠(yuǎn)離井趾部的位置鉆注入井。本方法相比于美國申請(qǐng)12/068，881的優(yōu)勢(shì)是單個(gè)注入井可以定位在水平生產(chǎn)井的井趾部和井跟部之間的中部，雙向燃燒前緣將朝向井趾部和井跟部移動(dòng)，而不必考慮如可能發(fā)生在美國申請(qǐng)12/068,881中的有關(guān)燃盡水平 生產(chǎn)井的豎直部分，其中，空氣注入點(diǎn)鄰近或位于豎直部分處。與美國申請(qǐng)12/068,881 —樣，本發(fā)明也具有從水平井的井趾部定位豎直空氣注入井(例如對(duì)于1000米的水平生產(chǎn)井腿部，在距離井趾部500米處定位)的優(yōu)勢(shì)，使得諸如由于在井趾部區(qū)域處的沼澤或湖引起的不能到達(dá)地面的情況不會(huì)妨礙在該處鉆豎直井，也不會(huì)妨礙儲(chǔ)層的開采。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及使用現(xiàn)場(chǎng)燃燒、利用至少一個(gè)氧化氣體注入井和獨(dú)立的水平井從地下儲(chǔ)層采收粘性烴的改進(jìn)方法，具體地，涉及不使用獨(dú)立的額外通氣井，而使用位于形成部低處的水平井筒來不僅采收熱油而且采收熱的燃燒氣體以在隨后將兩者產(chǎn)出到地面的改進(jìn)方法，其中，油隨后與高溫燃燒氣體分離。在僅使用一個(gè)豎直注入井的本發(fā)明的實(shí)施例中，該豎直注入井被設(shè)置在儲(chǔ)層的上部，并在儲(chǔ)層的上部處完成，以將含氧氣體注入儲(chǔ)層以支持其中的現(xiàn)場(chǎng)燃燒。這樣的豎直注入井位于水平井上方并且大約在沿所述水平井的中點(diǎn)處，在將氧化氣體通過注入井注入儲(chǔ)層并點(diǎn)燃靠近這種豎直注入井的該儲(chǔ)層中的烴時(shí)，靠近該豎直注入井產(chǎn)生燃燒前緣，所述燃燒前緣從注入井沿相互相對(duì)的方向向外傳播，每個(gè)相互相對(duì)的方向沿著水平井并側(cè)向于水平井。高溫燃燒氣體和熱油從成烴部向下牽引并且在水平井內(nèi)被采收，然后通過該水平井一起產(chǎn)出到地面，在地面處，使用多相分離器、渦流分流技術(shù)或本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的其它技術(shù)將熱的燃燒氣體與油分離，另外，如果需要，熱的燃燒氣體用于加熱水以產(chǎn)生蒸汽，以優(yōu)選地用于驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電。可替換地，包含諸如甲烷、乙烷、丙烷、一氧化碳、氫氣和硫化氫等可燃成分的燃燒氣體可以在地面燃燒以通過蒸汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。在具有通氣井的方法中，這些氣體在儲(chǔ)層的上段燃燒，且必須被冷卻以保護(hù)通氣井不受熱損害，使得能量被浪費(fèi)了。相似地，在使用多個(gè)沿水平井方向?qū)R并延伸的豎直氧化氣體注入井的本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)豎直氧化氣體注入井在水平井筒上方完成，并且沿水平井筒以合適的距離隔開，在每個(gè)注入井處，產(chǎn)生熱的燃燒氣體的雙燃燒前緣和泄油，所述燃燒前緣沿相互相對(duì)的方向從豎直注入井朝向水平井的井趾部和井跟部、沿水平井筒以大體垂直于水平井筒的方向傳播，并且通過成烴部。例如，5個(gè)氧化氣體注入井將會(huì)產(chǎn)生十(10)個(gè)流體排泄前緣，此以較低的額外成本提供了較高的產(chǎn)油率。顯著地，如果水平井的水平腿部的內(nèi)徑太小，那么井筒液壓(hydraulics)會(huì)干擾燃燒前緣前進(jìn)的對(duì)稱性——燃燒前緣沿水平生產(chǎn)井的井跟部方向前進(jìn)會(huì)比朝向井趾部更快，因此降低了該方法的效率，并且 以相互相對(duì)的方向同時(shí)沿水平井等量前進(jìn)的對(duì)稱性將會(huì)失去，更重要地是在朝向井趾部前進(jìn)的方向上變慢了。因此，在水平井位于大約400米的儲(chǔ)層附近并且水平井在此深度處具有相應(yīng)井筒液壓的本發(fā)明方法的另一優(yōu)選實(shí)施例中，生產(chǎn)井的水平腿部的內(nèi)徑應(yīng)當(dāng)大于3英寸，使得維持燃燒前緣前進(jìn)的對(duì)稱性，優(yōu)選地大于5英寸，且最優(yōu)選地大于7英寸，以允許生產(chǎn)井有足夠大的直徑。本發(fā)明也考慮了這樣的方法，即，在此方法中，多個(gè)豎直氧化氣體井可以在水平井筒上方沿水平井筒的路線完成，并且起初將氧化氣體注入位于水平井大致中部的所述豎直注入井之一處的形成部，并且在該形成部附近形成燃燒前緣，該燃燒前緣沿水平井以相互相對(duì)的方向前進(jìn)。在燃燒前緣經(jīng)由其它的豎直氧化氣體注入井沿相互相對(duì)的方向前進(jìn)一段給定的距離后，在該初始注入井的各相對(duì)側(cè)處上可以進(jìn)一步將氧化氣體注入所述其它的注入井中的一個(gè)或每一個(gè)，使得保持燃燒并允許燃燒前緣繼續(xù)沿水平井筒前進(jìn)。有利地，通過使用水平井筒以向下牽引加熱油和熱的燃燒氣體，并將加熱油和熱的燃燒氣體(氧已耗盡)都產(chǎn)出到地面，逐漸實(shí)現(xiàn)以下優(yōu)勢(shì)，即(i)與加熱油一起被牽引到水平生產(chǎn)井中的熱的燃燒氣體用于保持所述油持續(xù)被加熱并且由此不僅提高來自成烴部的油的收采率，而且確保了加熱油的粘性保持較低，因此所述油可以使用氣“舉”被升舉到地面，消除了使用泵的必要性；(ii)只需要鉆更少的井，具體地，不需要如某些現(xiàn)有技術(shù)中的方法一樣必須鉆通氣井來分別采收和排出熱的燃燒氣體；(iii)然后，熱的燃燒氣體可以在地面用以加熱水，以產(chǎn)生蒸汽，蒸汽可以用于加熱和/或驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)而發(fā)電，并由此產(chǎn)生能量，否則這些能量可能會(huì)失去，而在此方法中能夠充分利用這些能量。(iv)因?yàn)楦叩挠蜏匾约皟?chǔ)層中油與此方法中產(chǎn)生的氫的結(jié)合，所以會(huì)實(shí)現(xiàn)油的升級(jí)。特別地，關(guān)于上述優(yōu)勢(shì)(ii)，通過將豎直注入井靠近水平井的中部定位并且通過以兩個(gè)相互相對(duì)的方向沿所述水平井筒傳播燃燒前緣，此方法允許比通過美國專利5，626，191 (燃燒前緣“從井趾部到井跟部”傳播)或者美國專利7，493，952 (燃燒前緣“從井跟部到井趾部”傳播)中公開的方法能更快地采收油，其中，美國專利5，626，191或美國專利7，493，952僅使得燃燒前緣沿水平井筒以單一方向前進(jìn)。另外，通過將低于破裂壓力的含氧氣體經(jīng)由注入井注入，并且圍繞向上延伸到儲(chǔ)層冠巖、向下朝向水平生產(chǎn)井延伸(但未到達(dá))的注入井建立含氧氣體區(qū)域，以及建立沿水平生產(chǎn)井同時(shí)朝向水平生產(chǎn)井的井趾部和井跟部的方向擴(kuò)散并垂直于水平井的行程擴(kuò)散的水、油和燃燒氣體排泄前緣，加熱的油和水以及加熱的燃燒氣體在重力和壓力的影響下可全部排泄，并且還可以在水平井中被收采而沒有氧氣或氧化氣體，從而大大地降低了爆炸的可能性。與通過獨(dú)立的通氣井將氣體排出的方法相比，本發(fā)明的方法保存了有價(jià)值的可燃燒成分以產(chǎn)出到地面，而不是在儲(chǔ)層中將其燃燒(那樣會(huì)浪費(fèi)熱量)，該方法使用所生成的氫中的一些來氫化裂解熱油，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的局部升級(jí)的油。由此，在本發(fā)明方法的一個(gè)廣泛的方面中，所述方法包括用以降低包含在含油儲(chǔ)層中的油的粘性并從所述儲(chǔ)層中采收所述油和燃燒氣體的改進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)燃燒方法，所述方法不使用一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的燃燒氣體通氣井，所述方法包括(a)提供至少一個(gè)生產(chǎn)井，所述生產(chǎn)井具有向下延伸到所述儲(chǔ)層中的大體豎直部，并具有與所述豎直部流體連通、并從所述豎直部水平向外延伸的水平腿部，所述水平腿部在儲(chǔ)層中相對(duì)較低處完成；(b)提供至少一個(gè)注入井，所述注入井位于所述水平腿部的相對(duì)兩端的中間區(qū)域并且所述注入井相對(duì)于所述水平腿部間隔開，且大體直接定位在所述水平腿部的上方，以 將氧化氣體注入所述水平腿部上方的所述儲(chǔ)層，并且在所述水平腿部的兩個(gè)相互相對(duì)的端部的中間區(qū)域中；(C)將處于低于破裂壓力的氧化氣體通過所述至少一個(gè)注入井而注入，并且開始在靠近所述注入井的所述儲(chǔ)層中燃燒烴，從而建立位于所述水平腿部上方的至少一個(gè)或多個(gè)燃燒前緣，所述一個(gè)或多個(gè)燃燒前緣使得在所述儲(chǔ)層中的油的粘性降低并且向下排泄到所述水平腿部中；(d)允許高溫燃燒氣體和粘性降低的所述油一起采收在所述水平腿部中；以及(e)將所述高溫氣體和所述油產(chǎn)出到地面；以及(f)在地面或者在所述水平井的井跟部將所述油和所述高溫燃燒氣體分離。在以上方法的第一個(gè)改進(jìn)中，所述至少一個(gè)注入井包括沿所述水平井的長(zhǎng)度并且在其相互相對(duì)的端部的中間位置從地面朝向所述水平腿部向下延伸定位的至少一個(gè)豎直注入井，并且在注入氧化氣體并點(diǎn)燃氧化氣體時(shí)，所述注入井將所述氧化氣體供應(yīng)到至少兩個(gè)燃燒前緣，所述燃燒前緣各自沿相反的方向從所述豎直注入井向外移動(dòng)并沿所述生產(chǎn)井的所述水平腿部的方向移動(dòng)。在第二可替換改進(jìn)中，所述至少一個(gè)注入井包括位于所述生產(chǎn)井的所述水平腿部上方并沿所述生產(chǎn)井的所述水平腿部延伸的水平井，用以在所述生產(chǎn)井的所述水平腿部上方注入所述氧化氣體?？商鎿Q地，在本發(fā)明方法的另一廣泛方面中，所述方法包括一種用以降低包含在含油儲(chǔ)層中的油的粘性并從形成部中采收粘性降低的所述油的改進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)燃燒方法，所述方法不使用一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的燃燒氣體通氣井，所述方法還包括(a)鉆至少一個(gè)生產(chǎn)井，所述生產(chǎn)井具有向下延伸到所述儲(chǔ)層中的大體豎直部，并具有與所述豎直部流體連通、并從所述豎直部水平向外延伸的水平腿部，所述水平腿部在儲(chǔ)層中相對(duì)較低處完成；(b)鉆至少一個(gè)注入井，所述注入井直接定位于所述水平腿部上方并與所述水平腿部大體對(duì)齊，并且在所述水平腿部的相對(duì)端的中間區(qū)域定位或延伸；(c)通過沿所述水平井筒定位的每個(gè)所述豎直井將氧化氣體注入所述儲(chǔ)層；(d)在靠近所述注入井的所述儲(chǔ)層中開始現(xiàn)場(chǎng)燃燒，以形成至少一對(duì)豎直延伸的燃燒前緣，所述燃燒前緣沿所述水平腿部以相反的方向側(cè)向前進(jìn)，所述燃燒前緣使得在所述形成部中的油的粘性降低，并向下排泄到所述水平腿部中；(e)在所述水平腿部中采收高溫燃燒氣體和粘性降低的所述油；以及(f)將所述高溫氣體和油同時(shí)產(chǎn)出到地面；以及
(g)在地面或者在所述水平井的井跟部處將所述油和所述高溫氣體分離。在僅沿水平井的中部定位的豎直注入井處開始燃燒的其它實(shí)施例中，當(dāng)大體豎直的所述燃燒前緣沿所述水平井筒側(cè)向前進(jìn)并經(jīng)過其它豎直注入井時(shí)，氧化氣體被注入位于所述連續(xù)的其它豎直注入井處的所述儲(chǔ)層，以加速豎直燃燒前緣沿所述水平井以兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。在又一實(shí)施例中，所述改進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)燃燒方法(所述方法不使用一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的燃燒氣體通氣井)包括(a)提供至少一個(gè)生產(chǎn)井，所述生產(chǎn)井具有向下延伸到所述儲(chǔ)層中的大體豎直部，并具有與所述豎直部流體連通、并從所述豎直部水平向外延伸的水平腿部，所述水平腿部在儲(chǔ)層中相對(duì)較低處完成；(b)提供多個(gè)直接定位在所述水平腿部上方并與所述水平腿部大體對(duì)齊的多個(gè)豎直注入井，所述豎直注入井朝向所述水平腿部向下延伸；(c)將氧化氣體通過所述豎直井中的至少兩個(gè)注入所述儲(chǔ)層；(d)在靠近所述至少兩垂直注入井的所述儲(chǔ)層中開始現(xiàn)場(chǎng)燃燒，從而在每個(gè)所述注入井處形成一對(duì)豎直延伸的燃燒前緣，所述燃燒前緣沿所述水平腿部以相反的方向從所述至少兩個(gè)豎直注入井中的每一個(gè)向外側(cè)向前進(jìn)，所述燃燒前緣使得所述形成部中的油的粘性降低，并向下排泄到所述水平腿部中；(e)在所述水平腿部中采收高溫燃燒氣體和粘性降低的所述油；以及(f)此后，將所述高溫氣體和油同時(shí)產(chǎn)出到地面；以及(g)在地面將所述油與所述高溫氣體分離。在上面剛描述的方法的另一改進(jìn)中，所述大致豎直的燃燒前緣沿所述水平井筒側(cè)向前進(jìn)經(jīng)過所述多個(gè)注入井中的另一個(gè)時(shí)，在所述多個(gè)注入井中的所述另一個(gè)處將氧化氣體注入所述儲(chǔ)層?？蛇x擇地，循環(huán)地或直接地用通過注入井和生產(chǎn)井的蒸汽刺激儲(chǔ)層可以在開始現(xiàn)場(chǎng)燃燒之前起初地執(zhí)行，以建立注入井和所述水平產(chǎn)油井之間的流體連通，以當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)燃燒開始時(shí)更好地確保加熱的燃燒氣體和加熱油的流動(dòng)。可選擇地，點(diǎn)燃油的操作可以通過注入亞麻籽油或其它通過空氣孔容易地點(diǎn)燃到儲(chǔ)層中的流體的已知技術(shù)而實(shí)現(xiàn)或輔助實(shí)現(xiàn)。(i)應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明的方法有利地包括以下特征并且其特征在于液相物質(zhì)和氣相物質(zhì)沒有分開產(chǎn)出，因?yàn)樗鼈兌歼M(jìn)入了在儲(chǔ)層底部附近的低處完成的同一生產(chǎn)井(即，水平井);(ii)當(dāng)使用空氣作為氧化氣體時(shí)，由于水平井的深度以及高溫氣體進(jìn)入水平生產(chǎn)井，所述水平井中的高的氣/油比率確保了自然氣舉在壓力衰竭的儲(chǔ)層中是有效的，使得不必使用泵，從而減少了方法的復(fù)雜性并降低了成本；(iii)作為所述油和燃燒氣體(有時(shí)是水和/或蒸汽)一起流入水平井筒中的直接結(jié)果是實(shí)現(xiàn)了高的能量效率，因?yàn)樗腥紵裏崃恳詫?duì)流的方式傳遞到儲(chǔ)層中的泄油區(qū)域內(nèi)部和前方，因此，由于從燃燒氣體到油的能量傳遞而使得流體的粘性最大程度地降低，并且最大化了產(chǎn)油率?？諝?油比率也降低了，反映了與用不同的井將氣體和流體分開產(chǎn)出的情況相比能量效率提聞了。(iv)燃燒氣體和烴液體的共同產(chǎn)出也提高了產(chǎn)油率，因?yàn)槿紵龤怏w中存在的二氧化碳在排泄前緣之前滲入油中，并且作為稀釋劑起作用，以進(jìn)一步減少油的粘性并方便油排泄到水平井中。而且，在燃燒氣體中的二氧化碳在冷油中具有最高的溶解度，使得由于二氧化碳在冷油中的溶解，排泄區(qū)域變得更寬。( iv)在排泄區(qū)域以及井筒中氫與流動(dòng)熱油的混合能夠產(chǎn)生氫化裂解，并且部分地升級(jí)所述油；(V)在本方法中需要低的空氣注入壓力，因?yàn)槿紵龤怏w與鄰近的水平生產(chǎn)井直接連通，最多相距油區(qū)厚度的距離。


在附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例圖I是含油儲(chǔ)層的剖視圖，示出了用于執(zhí)行本發(fā)明方法的井的布置，該剖視圖是同時(shí)沿豎直注入井和水平/豎直生產(chǎn)井對(duì)剖切而得到的。覆蓋巖層位于含油儲(chǔ)層上，豎直氧化氣體注入井以及用以生產(chǎn)油的豎直/水平井對(duì)定位在含油儲(chǔ)層內(nèi)；圖2是圖I示出的含油儲(chǔ)層沿平面B-B剖切的剖視圖，其中水平生產(chǎn)井以剖視圖的方式示出；圖3是以數(shù)字模擬的方式得到的圖I所示含油儲(chǔ)層的部分透明的俯視圖；圖4是與圖I相似的含油儲(chǔ)層的剖視圖，其示出了本發(fā)明的方法的變型，其中，多個(gè)氧化氣體注入井用以使燃燒前緣沿兩個(gè)相反的方向前進(jìn)；以及圖5與圖I類似，但是其使用5個(gè)氣體注入井作為同時(shí)工作的注入井。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，圖I所示含油儲(chǔ)層20典型地由覆蓋巖層I所覆蓋，優(yōu)選地，所述覆蓋巖層I由足夠厚以基本能夠防止氣流滲透的頁巖和冠巖組成，使得所注入的含氧氣體22容納在含油儲(chǔ)層20內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的方法，至少一個(gè)豎直氧化氣體注入井6a從地面30向下鉆入儲(chǔ)層20的上部，并且所述豎直氧化氣體注入井6a穿有孔，使得允許在含油儲(chǔ)層20頂部附近將氧化氣體22注入儲(chǔ)層20，所述氧化氣體在注入井6a內(nèi)通過壓縮器71a被壓縮并被壓迫。設(shè)置具有豎直井部分10和水平井部分8的水平/豎直生產(chǎn)井對(duì)9。水平井部分8在儲(chǔ)層20的下部完成，且優(yōu)選地基本延伸穿過含油儲(chǔ)層20的長(zhǎng)度或者其一部分，其中，期望通過本發(fā)明的方法從含油儲(chǔ)層20的該部分采收油。該水平井的外殼可以穿有如圖I和圖4所示的孔，或者可以包括如給本受讓人一亞康科技股份有限公司的PCT/CA中所示出及所教示的多孔篩、窄縫或者商標(biāo)為FaesRiteTM1的濾網(wǎng)塞等，以允許熱油3和熱的燃燒氣體5從儲(chǔ)層20進(jìn)入水平井8，用于隨后產(chǎn)出到地面30。優(yōu)選地，水平生產(chǎn)井的內(nèi)徑大于3英寸，以保持前緣前進(jìn)時(shí)的對(duì)稱性，并且有利地大于5英寸，最有利地大于7英寸(即，在典型的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)井筒尺寸中大約為9又5/8英寸的內(nèi)徑)，以允許生產(chǎn)井具有足夠的直徑。
_1FacsRitellt是斯倫貝謝有限公司(ShlumbergerInc.)用于生產(chǎn)井的篩砂機(jī)的商標(biāo)。根據(jù)本發(fā)明的方法，至少一個(gè)氧化氣體注射井6a定位在沿水平井筒8中部的上方并沿水平井筒8的大致中部處(S卩，其中如圖I所示，距離“d/’與距離“d2”基本相等)，盡管其精確位置可以基于已知儲(chǔ)層的差異性或其它因素而改變。在優(yōu)選實(shí)施例中，開始并執(zhí)行本發(fā)明采收油的方法中的第一步是建立豎直注入井6a和水平生產(chǎn)井8之間的流體連通，使得氧化氣體22可以更容易地注入儲(chǔ)層20，并且熱油3和燃燒氣體5可以通過水平/豎直井對(duì)9而從儲(chǔ)層20被移除。初始時(shí)，蒸汽(未示出)可以循環(huán)或持續(xù)地注入豎直井6a，也可以從地面注入水平井8，并且在其中循環(huán)以加熱水平井8并增加其中的熱油3的移動(dòng)性。開始注入的蒸汽的壓力大小不足以強(qiáng)迫大量的蒸汽直接通過儲(chǔ)層20并進(jìn)入水平井8，而僅足以有助于將儲(chǔ)層20中處于該輔助壓力下的粘性液體 在儲(chǔ)層20中向下排泄到更低壓的區(qū)域，即水平井8的區(qū)域，水平井8從該區(qū)域?qū)⒘黧w移除，藉此產(chǎn)生壓力相對(duì)更低的區(qū)域，由此建立沿此方向的流體流動(dòng)。對(duì)于在某些儲(chǔ)層條件下不能移動(dòng)的油3，蒸汽也可以連續(xù)的方式通過注入井6a而注入，其依賴于儲(chǔ)層擴(kuò)張以達(dá)到蒸汽注入量。當(dāng)油3是如此的粘以致于不能在儲(chǔ)層20中移動(dòng)時(shí)，對(duì)水平生產(chǎn)井8進(jìn)行預(yù)熱會(huì)防止油3在水平井8中凝固并妨礙生產(chǎn)，特別地，如可能發(fā)生的，當(dāng)生產(chǎn)井8必須關(guān)閉時(shí)，則會(huì)對(duì)地面油處理設(shè)施造成困難。該預(yù)熱方法可以通過從水平井8的井趾部40到井跟部42循環(huán)水平腿8中的蒸汽而得以執(zhí)行。該循環(huán)通過以下方式實(shí)現(xiàn)，即，將長(zhǎng)管系(未示出)放置在水平井8中，以將借助該管系流動(dòng)的蒸汽注入井趾部40并借助該管系與水平井外殼8之間的環(huán)形空間而返回到井跟部42，然后到達(dá)地面30。一旦在注入井6a和水平生產(chǎn)井8之間建立了流體連通，例如空氣、富氧空氣、富二氧化碳空氣或者氧氣一二氧化碳混合物等含氧氣體通過如圖I所示的注入井6a注入儲(chǔ)層20。首先，使用相對(duì)適當(dāng)?shù)耐饬?，但該流量?jī)A斜上升到目標(biāo)最大值，而同時(shí)保持由放置在井筒中的一串熱電偶檢測(cè)到的井筒溫度低于大約350° C。在開始注入氧化氣體之后，諸如二氧化碳等燃燒副產(chǎn)品將會(huì)在地面出現(xiàn)在所產(chǎn)生的氣體中，表示儲(chǔ)層中已實(shí)現(xiàn)燃燒。預(yù)熱豎直注入井6a附近的儲(chǔ)層20有第二個(gè)重要的目的，因?yàn)樵谡羝麥囟认碌挠屯ǔＤ軌蜃匀迹⒛軌騿?dòng)燃燒以及生產(chǎn)油的過程。其也降低了豎直注入井附近的砂的油飽和度，此用以減少燃燒放熱的強(qiáng)度并防止過度加熱該注入井。在現(xiàn)場(chǎng)燃燒過程開始時(shí)，如果氧化氣體22接觸形成部20中的油3，那么會(huì)發(fā)生燃燒反應(yīng)并立刻在燃燒前緣50后面的區(qū)域4中產(chǎn)生焦炭，如圖I至圖4所示。其后，焦炭是唯一消耗的燃料，在消耗后，剩下燃盡區(qū)2，如圖I至圖4所示。在區(qū)域4(參見圖I至圖4)中，焦炭由分散在砂粒中的小的碳質(zhì)顆粒組成。在實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)器以及包括阿薩巴斯卡浙青的煉油廠焦炭中測(cè)得的氫/碳的比率通常為I. 13。包含焦炭顆粒的砂保持對(duì)氣體基本可滲透，使得氧化氣體22和所產(chǎn)生的燃燒氣體4可以容易地流過，接觸冷油并且傳遞熱量。對(duì)流油加熱是如此地廣泛以致于由于在焦炭燃燒過程中產(chǎn)生的高溫以及所生成的氫的存在而發(fā)生油的加氫裂化。在燃燒機(jī)制和排泄前緣方面，本方法的運(yùn)作與由井趾部到井跟部空氣注入)法相似。運(yùn)行THAI 方法的位于亞伯達(dá)省康克林市(Conklin)的Petrobank能量和資源有限公司已報(bào)道，儲(chǔ)層溫度在600° C以上，在所產(chǎn)生的氣體中氫達(dá)到8個(gè)體積百分比，且浙青升級(jí)3-4個(gè)點(diǎn)。最終，本發(fā)明所產(chǎn)生的油3顯著升級(jí)了。
有利地，在本發(fā)明的方法中，通過水平/豎直井對(duì)10去除熱的燃燒氣體5，使得允許實(shí)現(xiàn)比諸如美國專利5，456，315的方法等現(xiàn)有技術(shù)更顯著的優(yōu)勢(shì)，其中，現(xiàn)有技術(shù)依賴于放置在儲(chǔ)層上游段中的盤處井4 (參見美國專利5，456，315的圖2)以去除這些燃燒氣體。不利地，在美國專利5，456，315中所示的這些現(xiàn)有技術(shù)方法大大地降低了提供從熱的燃燒氣體到油的對(duì)流傳熱的能力，并且更不利地，這樣的現(xiàn)有技術(shù)方法去除了所產(chǎn)生的用以加氫裂化的氫以及還用以有利地減少油粘性的二氧化碳溶劑。主要依賴于對(duì)流傳熱的該現(xiàn)有技術(shù)方法能源效率低，且產(chǎn)油率比本發(fā)明的方法低。在本發(fā)明的方法中，建立了流體排泄區(qū)15，并且熱升級(jí)后的油3 (以及水/蒸汽(未顯示))和燃燒氣體5向下流動(dòng)并進(jìn)入水平井8，以一起傳送到地面30。隨著該方法的進(jìn)行，與注入的含氧氣體
_
2THAItm是亞伯達(dá)省卡爾加里市(Calgary)的亞康科技有限公司的注冊(cè)商標(biāo)，用于從石油形成物中強(qiáng)化采油的具體專利方法/技術(shù)的許可服務(wù)。22最近的焦炭層4的外部逐漸燃燒，新鮮焦炭留在熱的燃燒氣體首先接觸油的地方。在此操作中，儲(chǔ)層油3從未遇到氧氣，使得充氧有機(jī)物未能形成，并且所產(chǎn)生的油乳劑容易進(jìn)入位于地面的油處理設(shè)施。在流體排泄區(qū)15外的油3基本保持未加熱，直至排泄區(qū)15和燃燒前緣50前進(jìn)。對(duì)于包含可移動(dòng)油的儲(chǔ)層20，遠(yuǎn)離燃燒排泄前緣15的未加熱原油3與在水平井8中的加氫裂化油3混合以降低整體的升級(jí)程度。然而，對(duì)于可移動(dòng)油儲(chǔ)層，由于整個(gè)水平井筒在井的整個(gè)壽命內(nèi)都是可生產(chǎn)的，所以油生產(chǎn)率是上升的。在整個(gè)儲(chǔ)層20中，被注入氧化氣體的區(qū)域通過油 3的層24而保持與水平井隔離，避免氧化氣體(如氧氣)進(jìn)入水平井8。該層24由從側(cè)向膨脹燃燒前緣50排泄并在儲(chǔ)層20的底部流入水平井8的熱升級(jí)油3而供給。如本發(fā)明的方法進(jìn)行的，從保護(hù)層24進(jìn)入水平井8的油3的體積相對(duì)于與燃燒氣體5 —起排泄的油3的體積增大了(參見圖I和圖4，層24的體積增加)。
圖2是沿含油儲(chǔ)層20的面B-B剖切的剖視圖，以及圖I所示的本方法，與圖I中相同的部分用相同的標(biāo)記表示。該圖示出了如何在水平井上形成保護(hù)性的油層。
圖3是本方法的俯視圖，其示出了含油儲(chǔ)層20、燃燒區(qū)域2、焦炭燃料儲(chǔ)存區(qū)4和流體排泄區(qū)15。含氧氣體注入井6a位于含油儲(chǔ)層20的上部，生產(chǎn)井對(duì)9的水平部分8位于儲(chǔ)層20的底部。水平/豎直井對(duì)9的豎直部分10在生產(chǎn)井9的井跟部42處連接到水平部分8并且該豎直部分10連接到地面油處理設(shè)施(未示出)。雖然流體排泄區(qū)15在兩個(gè)點(diǎn)17、18處與水平井8交叉，但是所有生產(chǎn)的油3都在水平井8的內(nèi)部朝向水平井8的井跟部42移動(dòng)。令人驚奇的是，注入井6a的伸入部和進(jìn)入水平井8的泄油入口點(diǎn)17、18之間的距離在整個(gè)方法的運(yùn)行中保持大體相等。人們可能會(huì)以為朝向水平井8的井跟部42 移動(dòng)的排泄區(qū)15的部分(入口點(diǎn))18會(huì)比朝向井趾部40移動(dòng)的排泄區(qū)15的部分(入口點(diǎn)) 17更快地前進(jìn)，因?yàn)椴糠?入口點(diǎn))18更接近于低壓力的井跟部42。然而，事實(shí)并非如此。
參照?qǐng)D1，冠巖覆蓋巖層I防止包括氧化氣體22的流體逃逸出含油儲(chǔ)層20。圖I 也示出了燃燒過的區(qū)域2、焦炭燃料儲(chǔ)存區(qū)4、流體排泄區(qū)15、含氧氣體注入井6a、生產(chǎn)井對(duì) 9的水平腿部8，以及水平生產(chǎn)井9的豎直部分。
如圖I所示的本發(fā)明的方法進(jìn)行的那樣，各焦炭區(qū)域4和各流體排泄區(qū)域15都從注入井6a沿兩個(gè)相互相對(duì)的方向側(cè)向向外移動(dòng)，首先朝向井趾部40，然后朝向生產(chǎn)井對(duì)9CN 102933792 A書明說10/15 頁的井跟部42，流體入口點(diǎn)17、18也以同樣方式移動(dòng)，并且燃燒過的區(qū)域2擴(kuò)大。(參見圖I 和圖4)該過程繼續(xù)直到流體排泄區(qū)15到達(dá)井趾部40和井跟部42，如果注入井6a定位于生產(chǎn)井對(duì)9的水平井8的中點(diǎn)，那么流體排泄區(qū)15會(huì)幾乎同時(shí)到達(dá)井趾部40和井跟部42。 重要地，保護(hù)水平井8不暴露于氧氣的油帶24通過油3而加厚，如圖4所示，油3從排泄區(qū) 15排泄，在入口點(diǎn)17、18處進(jìn)入水平井。一旦通過泄油點(diǎn)17、18到達(dá)井趾部40和井跟部 42的端點(diǎn)，那么氧化氣體注入流量必須減少或者停止以防止對(duì)儲(chǔ)層造成過壓，儲(chǔ)層過壓或者會(huì)引起儲(chǔ)層破裂，或者會(huì)強(qiáng)迫氧氣進(jìn)入水平井8。
特別地，要防止氧氣或含氧氣體進(jìn)入水平井8或者豎直井8，因?yàn)?，不這樣的話，其中的油3將能夠燃燒或者爆炸，由此引起非常高的溫度，該溫度可能損壞生產(chǎn)井對(duì)9并形成能堵塞生產(chǎn)井對(duì)9的大量焦炭?？刂扑骄? (并由此也控制豎直井10)中的溫度和壓力的一種方式是繼續(xù)通過井筒管系(未示出，但上文已述)的蒸汽或非氧化氣體循環(huán)用以預(yù)熱水平井8。通常為I-IOm3/天的、非常低的蒸汽流量是合適的。在水平井8中沿管系(未示出)放置的熱電偶串(未示出)將會(huì)提醒操作者蒸汽流量需要增加以降低水平井8的溫度。
除了允許提供蒸汽以預(yù)熱水平井筒8以及水平井筒8的周圍區(qū)域并開始儲(chǔ)層20 和水平井8之間的流體連通外，在水平井8中設(shè)置管系也可以有利地用以將稀釋劑提供給水平井筒8中的油3，具體地，所述稀釋劑為烴稀釋劑，例如VAPEX、烴溶劑或石腦油，或者是如共同待批的美國專利申請(qǐng)20090308606 (美國專利申請(qǐng)?zhí)?2/280,832)中所建議的二氧化碳，在此其全部?jī)?nèi)容通過參見的方式合并入本文，并且共同轉(zhuǎn)讓 給本發(fā)明的受讓人。有利地，將二氧化碳注入水平井8內(nèi)的管系具有這樣的優(yōu)勢(shì)，S卩，不僅可以作為稀釋劑作用到水平井8內(nèi)以及圍繞水平井8的池部24中收集的油3，而且進(jìn)一步用以對(duì)水平井8輕微增壓并由此輔助防止氧化氣體22的任何侵入，如果在油層24降低后允許氧化氣體進(jìn)入水平井 8，那么氧化氣體可能會(huì)與其中的油3的產(chǎn)生潛在的爆炸性混合物。
在排泄前緣17、18同時(shí)到達(dá)水平井8的井趾部40和井跟部42之后，新的運(yùn)行階段開始，即，下降階段。特別地，在此時(shí)，不再有足量的高溫氣體5產(chǎn)生以將油3的天然氣舉提供到地面30，因?yàn)樗骄?的全長(zhǎng)將會(huì)由油層24覆蓋，并且由油3密封。由此，需要液體泵送或者人造氣舉以采收仍留在儲(chǔ)層20底部的大量的熱升級(jí)油3。然后，進(jìn)入注入井6a 的氧化氣體22的注入流量被調(diào)整以將注入壓力大體維持在儲(chǔ)層破裂壓力以下。最大的氧化氣體注入壓力小于儲(chǔ)層壓力的70%是優(yōu)選的，并且在下降階段，最大的氧化氣體注入壓力小于儲(chǔ)層壓力的50%是最優(yōu)選的。下降階段是有利的，因?yàn)閴嚎s氣體要求較低，并且提供如氧化氣體22的壓縮空氣的壓縮器71的輸出可以被大體重導(dǎo)引到開始需要大量氧化氣體 22的新運(yùn)行階段。氣體/油的比率在下降階段低得多，此增加了該方法的整體能源效率。 對(duì)于阿薩巴斯卡焦油砂，所累計(jì)的空氣/油的比率可以低至715:1 (m3空氣/m3油)。
該方法特征在于具有高達(dá)80%的油采收率的平穩(wěn)及一致的操作，并且該方法在如蒸汽輔助重力泄油(SAGD)的蒸汽處理過程中最小化了導(dǎo)致頻繁井筒失效的生產(chǎn)井的熱循環(huán)。
在儲(chǔ)層滲透性不好的情況下，可能必要的是使用如圖4所示的多個(gè)氧化氣體注入井6a、6b，并且由此適應(yīng)本發(fā)明的方法。由此，在本發(fā)明的進(jìn)一步提煉中，當(dāng)燃燒前緣50從原來的氧化氣體注入井6a前進(jìn)一段指定的距離時(shí)，其它氧化氣體注入井6b (在注入井6a 相互相對(duì)的側(cè)部上完成)也還可以在燃燒前緣已向外前進(jìn)超過如圖4所示的氧化氣體注入14井6b后，各自通過壓縮器71提供氧化氣體(空氣)22，以注入儲(chǔ)層20來確保燃燒前緣50繼續(xù)沿水平井的井趾部40和井跟部42的方向向外前進(jìn)并且不會(huì)停止前進(jìn)和/或熄滅。
如圖4所示的其它的注入井6b可以在本發(fā)明的方法開始進(jìn)行之前在初始注入井 6a的兩個(gè)相對(duì)側(cè)上完成，或者可替換地，可以被鉆孔并且可以在方法開始一段時(shí)間時(shí)完成， 變得明顯的是，燃燒前緣50已前進(jìn)到它們離原注入井6a太遠(yuǎn)的一個(gè)位置點(diǎn)，并且要求為燃燒前緣50提供更直接及更近的氧化氣體22，以向外沿水平井8前進(jìn)，并且該方法由此繼續(xù)進(jìn)行。如果必要，使用或完成其它的氣體注入井6b的另外步驟可以在較早完成的注入井6b 的各向外的側(cè)部上重復(fù)，直到排泄區(qū)15的交叉點(diǎn)17、18分別到達(dá)水平井8的井趾部40和井跟部42。
在本方法的最優(yōu)選的實(shí)施例中，從開始便使用多種氧化氣體注入井。
參考圖5，在浙青儲(chǔ)層20中有如圖所示在適當(dāng)位置間隔開來的5個(gè)氧化氣體注入井6a_6e，其中，X等于井長(zhǎng)除以注入井的數(shù)量。該布置確保所有燃燒前緣聯(lián)合或者同時(shí)到達(dá)井趾部和井跟部，其中，燃燒前緣的運(yùn)動(dòng)方向由箭頭表示。如果注入井錯(cuò)誤放置，該方法將會(huì)以具有最大利益的相同方式運(yùn)行，但是能量效率略微降低。覆蓋在水平井上的油 3將水平井與氧氣隔離。在燃燒前緣大約到達(dá)井趾部和井跟部的時(shí)候，泄油點(diǎn)17a_17e和 18a-18e將會(huì)合`并，并且該水平井將會(huì)被油全部覆蓋。如果空氣注入率保持很高，儲(chǔ)層將會(huì)超壓。因此，操作控制從氣體流動(dòng)控制轉(zhuǎn)變到氣體壓力控制。所以，此后，氣體注入流量變得非常小，而沿儲(chǔ)層的較低部分?jǐn)U散的泄油流入水平生產(chǎn)井中。由于在此下降階段期間氣-油比率較低，油必須通過泵送或人工升舉產(chǎn)出。
與單個(gè)氧化氣體注入井的使用對(duì)比，使用多個(gè)井減少了可以安全注入單個(gè)注入井中的空氣量，但增加了在所有注入井上的全部可注入量，這大大地增加了油的生產(chǎn)率。
示例 I
以下表I給出了本例中所使用的數(shù)字模型參數(shù)的列表單。
數(shù)字模擬器STARS 2009. 1，計(jì)算機(jī)模型集團(tuán)有限公司。
樽型尺寸
長(zhǎng)度540米每2. 5米216個(gè)網(wǎng)格
寬度50米每2. 5米20個(gè)網(wǎng)格，相互對(duì)稱，給定井筒間距為IOOm
高度20米每I米20個(gè)網(wǎng)格
水平牛產(chǎn)井
500米的離散水平井筒從9個(gè)網(wǎng)格延伸到208個(gè)網(wǎng)格，在水平井的一端處留出20 米的緩沖區(qū)。水平腿部的內(nèi)徑是9又5/8英寸。在整個(gè)測(cè)試中維持水平井管系中的蒸汽流量為IOm3/天(水當(dāng)量)，但該過程是可選擇的。
蒸汽和氧化氣體灃入井
運(yùn)行多種模型，其中，有1-5個(gè)豎直注入井定位于水平生產(chǎn)井上方，在6-9個(gè)網(wǎng)格中穿孔以用于蒸汽預(yù)熱(3個(gè)月)，并且在頂部4個(gè)網(wǎng)格處穿孔以用于空氣注入。每個(gè)注入井的通氣量開始為10，OOOm3/天，然后增加到最大100，OOOm3/天。
表I儲(chǔ)層屬性、油屬性和井控制
權(quán)利要求
1.一種用以降低包含在含油儲(chǔ)層中的油的粘性并從所述儲(chǔ)層中采收所述油和燃燒氣體的改進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)燃燒方法，所述方法不使用一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的燃燒氣體通氣井，所述方法包括 (a)提供至少一個(gè)生產(chǎn)井，所述生產(chǎn)井具有向下延伸到所述儲(chǔ)層中的大體豎直部，并具有與所述豎直部流體連通、并從所述豎直部水平向外延伸的水平腿部，所述水平腿部在儲(chǔ)層中相對(duì)較低處完成； (b)提供至少一個(gè)注入井，所述注入井位于所述水平腿部的相對(duì)兩端的中間區(qū)域并且所述注入井相對(duì)于所述水平腿部間隔開，且大體直接定位在所述水平腿部的上方，以將氧化氣體注入所述水平腿部上方的所述儲(chǔ)層，并且在所述水平腿部的兩個(gè)相互相對(duì)的端部的中間區(qū)域中； (C)將氧化氣體通過所述至少一個(gè)注入井而注入，并且開始在靠近所述注入井的所述儲(chǔ)層中燃燒烴，從而建立位于所述水平腿部上方的至少一個(gè)或多個(gè)燃燒前緣，所述一個(gè)或多個(gè)燃燒前緣使得在所述儲(chǔ)層中的油在所述水平腿部上方的粘性降低并且向下排泄到所述水平腿部中； Cd)允許高溫燃燒氣體和粘性降低的所述油一起采收在所述水平腿部中；以及 Ce)將所述高溫氣體和所述油產(chǎn)出到地面；以及 (f)在所述水平井的井跟部或者在地面將所述油與所述高溫燃燒氣體分離。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)注入井以低于破裂壓力的壓力將氧化氣體通過所述至少一個(gè)注入井注入所述形成部中。
3.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)注入井包括沿所述水平井的長(zhǎng)度并且在其相互相對(duì)的端部的中間位置從地面朝向所述水平腿部向下延伸定位的至少一個(gè)豎直注入井，并且在注入氧化氣體并點(diǎn)燃氧化氣體時(shí)，所述注入井將所述氧化氣體供應(yīng)到至少兩個(gè)燃燒前緣，所述燃燒前緣各自沿相反的方向從所述豎直注入井向外移動(dòng)并沿所述生產(chǎn)井的所述水平腿部的方向移動(dòng)。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，多個(gè)豎直注入井在所述水平井的上方并沿所述水平井的長(zhǎng)度定位，并且燃燒前緣在每個(gè)所述注入井處開始，從每個(gè)所述注入井在相反的方向沿所述水平井的線向外前進(jìn)。
5.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)注入井包括位于所述生產(chǎn)井的所述水平腿部上方并沿所述生產(chǎn)井的所述水平腿部延伸的水平注入井，用以在所述生產(chǎn)井的所述水平腿部上方注入所述氧化氣體。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)注入井在所述水平腿部上方的多個(gè)位置處將氧化氣體注入所述形成部，使得在每個(gè)所述位置處建立至少一對(duì)燃燒前緣，所述至少一對(duì)燃燒前緣在所述生產(chǎn)井的所述水平腿部的方向上沿所述生產(chǎn)井的所述水平腿部以相反的方向從每個(gè)所述位置向外側(cè)向前進(jìn)。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述熱的燃燒氣體隨后用以加熱水。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述加熱的水隨后用以產(chǎn)生蒸汽，以用于使用汽輪機(jī)發(fā)電。
9.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述高溫燃燒氣體被利用或被進(jìn)一步燃燒以通過使用燃?xì)廨啓C(jī)或蒸汽輪機(jī)而發(fā)電。
10.如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將管系放置于所述生產(chǎn)井的所述水平腿部?jī)?nèi)，并且從包括水、蒸汽、包括二氧化碳、烴稀釋劑及其混合物的非氧化氣體的介質(zhì)組成的群中選取一種介質(zhì)注入其中。
11.如權(quán)利要求I中所述的方法，其特征在于，所述生產(chǎn)井的所述水平腿部的內(nèi)徑大于3英寸。
12.如權(quán)利要求11中所述的方法，其特征在于，所述生產(chǎn)井的所述水平腿部的內(nèi)徑大于5英寸。
13.如權(quán)利要求12中所述的方法，其特征在于，所述生產(chǎn)井的所述水平腿部的內(nèi)徑大于7英寸。
14.如權(quán)利要求1-6以及10中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述氧化氣體包含氧氣和二氧化碳。
15.如權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過調(diào)整所述氧化氣體的注入流量而將所述氧化氣體的注入壓力的最大值限定在低于儲(chǔ)層壓力的50 %。
16.一種用以降低包含在含油儲(chǔ)層中的油的粘性并從所述儲(chǔ)層中采收所述油和燃燒氣體的改進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)燃燒方法，所述方法不使用一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的燃燒氣體通氣井，所述方法包括 (a)鉆至少一個(gè)生產(chǎn)井，所述生產(chǎn)井具有向下延伸到所述儲(chǔ)層中的大體豎直部，并具有與所述豎直部流體連通、并從所述豎直部水平向外延伸的水平腿部，所述水平腿部在儲(chǔ)層中相對(duì)較低處完成； (b)鉆至少一個(gè)注入井，所述注入井直接定位于所述水平腿部上方并與所述水平腿部對(duì)齊，并且在所述水平腿部的相對(duì)端的中間區(qū)域定位或延伸； (C)通過位于所述水平腿部上方以及所述水平腿部的相對(duì)端部中間區(qū)域的位置處的所述至少一個(gè)注入井而將氧化氣體注入所述儲(chǔ)層； Cd)在靠近所述注入井的所述儲(chǔ)層中開始現(xiàn)場(chǎng)燃燒，以形成至少一對(duì)豎直延伸的燃燒前緣，所述燃燒前緣沿所述水平腿部以相反的方向側(cè)向前進(jìn)，所述燃燒前緣使得在所述形成部中的油的粘性降低，并向下排泄到所述水平腿部中； Ce)在所述水平腿部中采收高溫燃燒氣體和粘性降低的所述油；以及 (f)將所述高溫氣體和油產(chǎn)出到地面；以及 (g)在所述水平井的井跟部處或者在地面將所述油和所述高溫氣體分離。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述鉆至少一個(gè)注入井的步驟包括在所述水平腿部的相對(duì)端部的中間區(qū)域鉆至少一個(gè)豎直注入井，并且所述開始現(xiàn)場(chǎng)燃燒的步驟包括靠近所述至少一個(gè)豎直注入井開始燃燒，以形成沿所述水平腿部以相反的方向側(cè)向前進(jìn)的至少一對(duì)豎直延伸的燃燒前緣。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述鉆至少一個(gè)豎直注入井的步驟包括鉆多個(gè)豎直注入井，并且所述開始現(xiàn)場(chǎng)燃燒的步驟包括靠近沿所述水平腿部及其相對(duì)端部的中間區(qū)域的所述多個(gè)豎直注入井中的一個(gè)開始燃燒，從而由此形成沿所述水平腿部以相反的方向側(cè)向前進(jìn)的一對(duì)豎直延伸的燃燒前緣，并且當(dāng)所述一對(duì)豎直延伸的燃燒前緣沿所述水平井筒分別側(cè)向前進(jìn)經(jīng)過所述多個(gè)注入井中的另一個(gè)時(shí)，將氧化氣體在所述注入井中的另一個(gè)處注入所述儲(chǔ)層。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述鉆至少一個(gè)豎直注入井的步驟包括鉆直接位于所述水平腿部的上方、與所述水平腿部對(duì)齊并定位在所述水平腿部的相對(duì)端部的中間區(qū)域的多個(gè)豎直注入井，所述開始現(xiàn)場(chǎng)燃燒的步驟包括靠近所述多個(gè)豎直注入井的每一個(gè)開始燃燒，從而由此形成沿所述水平腿部以相反的方向并從所述多個(gè)豎直注入井的每個(gè)向外側(cè)向前進(jìn)的豎直延伸的成對(duì)燃燒前緣。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述鉆至少一個(gè)豎直注入井的步驟包括鉆直接位于所述水平腿部的上方、與所述水平腿部對(duì)齊并在所述水平腿部的相對(duì)端部的中間區(qū)域延伸的注入井，所述將氧化氣體注入所述儲(chǔ)層的步驟包括將所述氧化氣體注入位于所述水平腿部上方以及沿所述水平腿部并位于所述水平腿部的相對(duì)端部的中間區(qū)域的位置處的所述注入井以及形成部中；所述開始現(xiàn)場(chǎng)燃燒的步驟包括靠近位于所述水平腿部上方并沿所述水平腿部的所述位置中的每個(gè)位置處開始燃燒，從而在每個(gè)位置處形成沿所述水平腿部以相反的方向并從所述位置中的每個(gè)位置向外側(cè)向前進(jìn)的成對(duì)燃燒前緣。
21.一種用以降低包含在含油儲(chǔ)層中的油的粘性并從所述儲(chǔ)層中采收所述油和燃燒氣體的改進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)燃燒方法，所述方法不使用一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的燃燒氣體通氣井，所述方法包括 (a)提供至少一個(gè)生產(chǎn)井，所述生產(chǎn)井具有向下延伸到所述儲(chǔ)層中的大體豎直部，并具有與所述豎直部流體連通、并從所述豎直部水平向外延伸的水平腿部，所述水平腿部在儲(chǔ)層中相對(duì)較低處完成； (b)提供多個(gè)直接定位在所述水平腿部上方并與所述水平腿部大體對(duì)齊的多個(gè)豎直注入井，所述豎直注入井朝向所述水平腿部向下延伸； (c)將氧化氣體通過所述豎直井中的至少兩個(gè)注入所述儲(chǔ)層； Cd)在靠近所述至少兩個(gè)垂直注入井的所述儲(chǔ)層中開始現(xiàn)場(chǎng)燃燒，從而在每個(gè)所述注入井處形成一對(duì)豎直延伸的燃燒前緣，所述燃燒前緣沿所述水平腿部以相反的方向從所述至少兩個(gè)豎直注入井中的每一個(gè)向外側(cè)向前進(jìn)，所述燃燒前緣使得所述形成部中的油的粘性降低，并向下排泄到所述水平腿部中； Ce)在所述水平腿部中采收高溫燃燒氣體和粘性降低的所述油；以及 (f)此后，將所述高溫氣體和油同時(shí)產(chǎn)出到地面；以及 (g)在地面將所述油與所述高溫氣體分離。
全文摘要
一種現(xiàn)場(chǎng)燃燒方法，該方法不使用一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的通氣井。設(shè)置有至少一個(gè)豎直生產(chǎn)井，該豎直生產(chǎn)井具有向下延伸到儲(chǔ)層中的大體豎直部和水平向外延伸的水平腿部，該水平腿部在儲(chǔ)層中相對(duì)較低處完成。定位在水平井的上方并且與水平井間隔開的至少一個(gè)豎直氧化氣體注入井沿水平井的大致中部側(cè)向定位。將氧化氣體注入到其中，并且使得燃燒前緣從該注入井沿水平井以相互相對(duì)的方向向外前進(jìn)。優(yōu)選地，沿水平井的方向設(shè)置有多個(gè)注入井，將氧化氣體注入各注入井中，并使得燃燒前緣從各注入井沿相反的方向向外前進(jìn)，且使得油向下排泄到水平井中，將所述油與熱的燃燒氣體一起產(chǎn)出到地面。
文檔編號(hào)E21B43/243GK102933792SQ201080067129
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
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