通过外加氨原位燃烧的烃流动性和采收的制作方法
【专利摘要】在原位燃烧期间向地层中引入空气和氨气以增加地层中烃的流动性并促进从地层采收烃。空气支持一部分地层内的烃原位燃烧以形成水和形成燃烧锋面。氨气与燃烧锋面之前的烃接触并与烃中环烷酸原位反应以形成表面活性剂。然后烃、水和表面活性剂形成水包油乳液，该乳液更自由地通过地层排出。生产井与燃烧锋面之前的烃流体连通，可用于从地层除去水包油乳液。
【专利说明】通过外加氨原位燃烧的烃流动性和采收
[0001]背景
发明领域
[0002]本发明涉及使用原位燃烧从地层采收烃。
[0003]相关技术的背景
[0004]重质烃通常太粘而不能仅使用地层压力来生产。一种降低地层中重质烃的粘度的方法是使地层充满蒸汽。蒸汽使地层中的烃温度增加，这降低了其粘度，使得烃朝生产井排出或加速运动。蒸汽还凝结成水，然后该水可作为乳化油的低粘度载体相，由此使得重质烃更加容易被生产。
[0005]可以代替添加在表面上生成的蒸汽的一种选择是通过燃烧一部分重油储备而在井下生成蒸汽及其它热气。这种经由原位燃烧采收重油的方法通常称为“火驱法”。一种更加先进的原位燃烧方法(被称为“水平段注空气技术”(“THAI”))将水平生产井与垂直空气注入井相组合。该方法从在两种井中循环蒸汽开始，使得足以将井之间的油加热至流向更低的水平生产井。在蒸汽填入先前井间的含油孔时，蒸汽室将油加热并使其排出。然后停止生产井中的蒸汽循环并将空气仅注入到垂直注入井中。在空气中的氧气使油燃烧，生成热和燃烧气体:CO和/或CO2 (碳的氧化物)和H2O (蒸汽)。燃烧气体室马上开始从注入井向外蔓延。当热气透过地层时，使更多的油受热和裂解，降低其粘度并使其通过重力沿燃烧锋面边界向下流入生产井中。
[0006]与可替的热力采油法如“蒸气驱”或“蒸汽辅助重力驱油”(SAGD)相比，原位燃烧具有许多优点。例如，原位燃烧不需要进行的外部燃料源以将水加热成蒸汽，或进行的水源以加热成蒸汽。这导致能源成本和水处理成本明显降低。
[0007]然而，原位燃烧工艺并非完全没有缺点。例如，在前进的燃烧锋面之前通过气体加热重油或浙青时，单独的油滴或油束可熔融、流动并熔合成油连续层。初期，油的不完全燃烧还形成含氧化合物，如醇和有机酸，它们吸附在地层矿物上，油润湿它们，并由此促进油连续层。热的燃烧气体沿阻力最小的通道而行，绕行该油连续层，并在通过生产井离开之前仅加热面对火焰前缘的油连续层的表面。
[0008]加热面对火焰前缘的油表面导致在该表面上的油分馏成向前运动的较轻的蒸馏烃，和留在原位的较重的残余烃。例如，在Athabasca油砂浙青中，原位蒸馏高达370°C后留下多达70%的粘稠焦油形式的浙青。在此温度下，在浙青分子的多核芳族芯上的烷基侧链脱落并留下半固态浙青。最重的浙青质材料在525°C_565°C之间形成。它是无定形、粘着材料，其继续裂解、凝聚并脱氢成硬的、玻璃状、无孔焦炭壁。在油中的铁化合物可作为有效的催化剂来加速这种焦化。
[0009]一旦形成，该焦炭壁可大大阻碍热流动，以致在火焰侧上超过500°C的温度产生在产品侧上小于27°C的温度。此外，壁将大部分注入的空气直接引入生产井中，使燃烧率减少至需要在经济上提高火驱的小的分数。令人遗憾地，尚不知使这种一旦形成的焦炭壁溶解或分散的方法。通常必须钻探新的注入井，要么钻进焦炭中以将其烧掉，要么钻在焦炭的另一面以绕过壁。然而，钻另一个井昂贵并且不能防止形成另外的壁。
[0010]概要
[0011]本发明的一个实施方案提供一种增加地层中烃的流动性的方法。该方法包括引发一部分地层内的烃原位燃烧以形成燃烧锋面，和在原位燃烧期间向地层中引入空气和氨气，其中氨气与燃烧锋面之前的烃接触并与烃中的环烷酸原位反应以形成表面活性剂。
[0012]本发明的另一实施方案提供一种从地层采收烃的方法，该方法包括:向地层中引入蒸汽；和然后向地层中引入空气和氨气，其中空气支持一部分地层内的烃原位燃烧以形成水并建立燃烧锋面，其中氨气与燃烧锋面之前的烃接触并与烃中的环烷酸原位反应以形成表面活性剂，和其中烃、水和表面活性剂形成水包油乳液；和使用与燃烧锋面之前的烃流体连通的生产井从地层除去水包油乳液。
[0013]详细说明
[0014]本发明的一个实施方案提供一种增加地层中烃流动性的方法。该方法包括引发一部分地层内的烃原位燃烧以形成燃烧锋面，和在原位燃烧期间向地层中引入空气和氨气，其中氨气与燃烧锋面之前的烃接触并与烃中的环烷酸原位反应以形成表面活性剂。
[0015]氨(NH3)是一种无机化合物，其在I大气压下在-28° F沸腾。本发明在原位燃烧期间向地层中引入氨气，但氨能够通过燃烧锋面并与所述锋面之前的烃接触，因为氨是不易燃的。因此，优选使用氨气源，其基本上不含胺及其它易燃或可燃组分。可燃组分(如胺)将在燃烧锋面内燃尽，因此对于燃烧锋面之前的任何目的都无效。此外，原位燃烧工艺涉及通过干孔蒸汽/空气室到在燃烧锋面之前的水凝结/油排放前缘的长和弯曲路径。即使最小的气溶胶也不可能透过这些孔。
[0016]原位燃烧工艺需要引入空气(氧化剂)以使烃(燃料)燃烧。因此，本发明的方法在原位燃烧期间将氨气连同空气一起引入地层中以增加烃沿燃烧锋面的流动性。因为氨气不易燃，氨气可通过燃烧锋面，与所述锋面之前的烃接触。燃烧反应消耗空气中的氧气以及地层中的一部分烃，并产生燃烧气体，如碳的氧化物(CO和CO2)和水蒸气(H2O)。尽管携带氨的空气可能被消耗掉，但燃烧气体携带氨通过火焰前缘与地层中的烃接触。这里，水蒸气可凝结形成液态水。
[0017]氨气与燃烧锋面之前的烃接触并与烃中环烷酸原位反应形成表面活性剂。这些表面活性剂是 水润湿性和油乳化性的，由此促进在燃烧锋面之前的烃和液态水(如燃烧气体凝结下来的水)之间形成水包油乳液。水包油乳液具有比油连续相低得多的粘度，这样乳液从地层中有效地排出。理想地，这阻止形成油连续层，其可转变成焦炭的不透性壁，阻挡热量和气体的传递。
[0018]通过将氨释递送到地层中原位形成的表面活性剂用于增强和加快油从地层中的矿物释放(或抑制油的吸附)并使浙青悬浮在从蒸汽凝结的水中。一般而言，重油可通过悬浮在水中通常能够比其以自身拥有的粘度流动或水内乳液更快地运送。因为本发明能够更快地运送水包油乳液中的油并防止形成阻气层，燃烧锋面前进通过地层更快和加快了油的生产。
[0019]应当意识到，在各种其它工艺或相期间，如在引发原位燃烧之前或在原位燃烧已完成后进行的蒸汽驱，也可通过蒸汽或其它载气将氨气引入地层中。当使用蒸汽来将氨带入地层中时，优选蒸汽基本上不含液态水，因为氨溶于液态水并且液态水将不会快速通过地层中的孔。
[0020]氨气可以任何能有效改进燃烧锋面之前的烃的流动性的浓度使用。然而,在载气中的氨浓度优选为约50-约50，OOOppm重量，最优选约1，000-约10，OOOppm重量。
[0021]本发明的另一实施方案提供一种从地层采收烃的方法。该方法包括向地层中引入蒸汽，然后向地层中引入空气和氨气。如上所述，空气支持一部分地层内的烃原位燃烧以形成水和形成燃烧锋面。氨气与燃烧锋面之前的烃接触并与烃中环烷酸原位反应形成表面活性剂。该表面活性剂在烃和水之间形成水包油乳液。生产井与燃烧锋面之前的烃流体连通，用于从地层除去该水包油乳液。
[0022]在任选的构型中，通过注入井将空气和氨气引入地层中。在另一任选的构型中，通过注入井将空气和氨气引入地层中，并且生产井为布置在注入井之下的水平井。
[0023]当通过生产井将水包油乳液从地层采出时，该方法可另外包括使水包油乳液破乳以将烃与水分离。机械法、化学破乳剂或现有技术已知的其它方法可用来破乳并促进烃相与水相分离。例如，可在各种分离容器之前使用多胺、聚醚、金属水合物或酸基破乳剂或“翻转乳液”破乳剂，进行破乳。
[0024]本文中使用的术语的目的仅在于描述特定的实施方案，并不意味着限制本发明。当在本文中使用时，单数形式“一个”、“一种”和“该”意指同样包括复数形式，除非另外明确表示其范围。应进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”表示存在所述特征、整体、步骤、操作、要素、组分和/或种类，但不排除存在或添加一种或多种其它特征、整体、步骤、操作、要素、组分和/或种类。术语“优选”、“任选”、“可”及类似术语用来表示所涉及的事项、条件或步骤是本发明的任选(非必需)特征。
[0025]在下面权利要求书中 的所有手段或步骤的相应结构、材料、行为和当量以及功能要素意指包括用于进行与其它特别要求的其它要求要素结合的功能的任何结构、材料或行为。本发明的说明书用于说明和描述，但它不意味着将本发明详尽或局限在公开的形式中。在不脱离本发明精神和范围的情况下，对于本领域技术人员而言，许多改进和改变是显而易见的。选择并描述实施方案以充分解释本发明的原理和实际应用，并且能够使其它本领域技术人员理解本发明的各种实施方案，预期到适于特定用途的各种改变。
【权利要求】
1.一种用于增加地层中烃的流动性的方法，包括: 引发一部分地层内的烃原位燃烧以形成燃烧锋面；和 在原位燃烧期间向地层中引入空气和氨气，其中氨气与燃烧锋面之前的烃接触并与烃中的环烷酸原位反应以形成表面活性剂。
2.权利要求1的方法，其中氨气基本上不含胺。
3.权利要求1的方法，其中空气和氨气基本上不含可燃性组分。
4.权利要求1的方法,其中空气中的氨浓度为约50-50，OOOppm重量。
5.权利要求1的方法,其中空气中的氨浓度为约1,000-10，OOOppm重量。
6.权利要求1的方法，其中表面活性剂能够在烃和作为原位燃烧产物形成的水之间形成水包油乳液。
7.权利要求1的方法，还包括: 在引发原位燃烧之前向地层中引入蒸汽和氨气。
8.权利要求7的方法，其中氨气基本上不含胺。
9.权利要求7的方法，其中蒸汽基本上不含液态水。
10.权利要求7的方法，其中蒸汽在燃烧锋面之前凝结以形成液态水。
11.一种从地层采收烃的方法，包括: 向地层中引入蒸汽；和然后 向地层中引入空气和氨气，其中空气支持一部分地层内的烃原位燃烧以形成水并建立燃烧锋面，其中氨气与燃烧锋面之前的烃接触并与烃中的环烷酸原位反应以形成表面活性剂，和其中烃、水和表面活性剂形成水包油乳液；和 使用与燃烧锋面之前的烃流体连通的生产井从地层除去所述水包油乳液。
12.权利要求11的方法，其中氨气基本上不含胺。
13.权利要求11的方法，其中空气和氨气基本上不含可燃性组分。
14.权利要求11的方法，其中蒸汽包括氨气。
15.权利要求14的方法，其中蒸汽基本上不含液态水。
16.权利要求11的方法，其中通过注入井向地层中引入空气和氨气。
17.权利要求11的方法，其中通过注入井向地层中引入和氨气，以及其中生产井为布置在注入井之下的水平井。
18.权利要求11的方法，还包括使所述水包油乳液破乳以将烃与水分离。
【文档编号】C09K8/592GK103814106SQ201280046004
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年9月21日 优先权日:2011年9月21日
【发明者】P·R·哈特 申请人:强品科技有限公司