从覆盖水合物的储层开采气态烃的制作方法

文档序号:5134571阅读:214来源:国知局
专利名称:从覆盖水合物的储层开采气态烃的制作方法
技术领域
这里公开的实施例总体涉及对气态烃的开采。具体地,这里公开的实施例涉及从 覆盖水合物的气藏开采气态烃。
背景技术
从地下油汽储层开采气体是很好的惯例。天然气(主要为甲烷)开采多半已经通 过将井钻进到深储层中而获得,在所述储层中,通常与凝析气(condensate)相关联的天然 气、原油、和水可以圈闭在盖层的地层的下面。井被下套管,所述套管对周围地层进行固井 以提供稳定的井眼。然后在储层水平处对套管进行射孔以允许气体和储层流体流入到套管 中,然后通过套管内的管道流动到地面。在通过射孔孔眼(perforation)进入套管之后,气体通过阀进入油管柱(一个或 多个),并进入管道,其中在所述油管柱中,气体流动到地面。下套管井方法有助于控制气体 从高压储层的流动并且最适合用于从多孔岩石或砂地层物质进行开采。如果储层具有充分 的整体性,则可以不需要利用套管对生产层进行稳定,并且可以通过各种类型的裸眼完井 开始开采。气体水合物是笼合物(包合物),在所述笼合物中,小烃分子(以及C02、H2S、和 N2)被圈闭在由水分子构成的晶格(lattice)中。冰水颗粒形成圈闭甲烷、或其它粒子的 膨胀晶体结构。气体水合物在非极性溶质(通常为诸如甲烷的轻烃气体)的情况下由于水 重新定向的趋势而放热性地形成以通常通过范德华相互作用力而稳定所述晶格,同时保持 水分子之间的氢键。除了低分子量烃之外,被称作为一些其它化合物的四氢呋喃、P-二恶 烷、C02、H2S能够占据水分子的笼合物晶格中的内部位置并稳定整体结构,使得其不会分解, 直到压力或温度发生相对显著的增加或减小,或温度和压力同时发生相对显著的增加和减 小。甲烷水合物在高压和比水的冰点高得多的温度下形成。甲烷水合物可以在压力和 温度的大范围内是稳定的。甲烷水合物在陆上极地地区中和大于近似1,500英尺(500米) 的水深的海底下的温度和压力的组合下是稳定的。温度或压力的变化使甲烷水合物熔化并 释放天然气。甲烷气体还可以圈闭在含水合物层的下面,尽管所述甲烷气体在深地下储层 中被圈闭在盖层地层下面。在钻井期间遇到的气体水合物是用于开发和开采的烃的潜在源。因此,用于从甲 烷水合物的原生矿床进行天然气的商业性开采的可行方法的发展已经是广泛研究的课题。 这种技术可以包括减压、热注入、和阻聚剂注入。然而,水合物的分解可以使围岩产生不稳 定性,所述围岩通常是沉积物和水合物的胶结性差的混合物或淀积物和被称作为“永冻层” 的冰的胶结性差的混合物。除了圈闭在气体水合物层中的甲烷之外,产油储层通常可以位于水合物层的下 面。当从位于水合物沉积层的下方的储层开采烃时,尤其必须要注意是非故意的但是不可 避免的压力的降低,所述压力的降低可以使水合物分解,从而减弱圈闭层,并产生使井眼以及储层不稳定的风险。因此,持续需要开发一种用于从覆盖水合物储层采出烃的开采技术。

发明内容
在一方面中,这里公开的实施例涉及一种用于从地下地层采出气体的方法,所述 地下地层具有位于所述地下地层内的水合物沉积层和位于所述水合物沉积层下方的气藏, 所述方法包括以下步骤将水合物形成流体注入到所述气藏的与所述水合物沉积层相邻的 上区域中;和从所述气藏的下区域开采气态烃。在另一方面中,这里公开的实施例涉及一种用于从地下地层采出气体的方法,所 述地下地层具有位于所述地下地层内的水合物沉积层和位于所述水合物沉积层下方的气 藏,所述方法包括以下步骤通过穿过所述水合物沉积层并延伸到所述气藏中的井眼从所 述气藏开采气态烃;通过所述井眼将水合物形成流体注入到所述气藏的与所述水合物沉积 层相邻的上区域中;中止所述注入步骤;以及通过所述井眼从所述气藏的下区域开采气态 烃。在本发明的又一个方面中,这里公开的实施例涉及一种用于从地下地层采出气体 的方法,所述地下地层具有位于所述地下地层内的水合物沉积层和位于所述水合物沉积层 下方的气藏,所述方法包括以下步骤通过穿过所述水合物沉积层并延伸到所述气藏中的 第一井眼从所述气藏开采气态烃;通过第二井眼将水合物形成流体注入到所述气藏的与所 述水合物沉积层相邻的上区域中;以及通过所述第一井眼从所述气藏的下区域开采气态 烃。本发明的其它方面和优点将从以下说明和所附权利要求变得清楚可见。


图1显示根据本公开的单井实施例;以及图2显示根据本公开的双井实施例。
具体实施例方式一方面,这里公开的实施例涉及气态烃的开采。更具体地,这里公开的实施例涉及 钻井、完井和从覆盖水合物的气藏对气态烃的开采。如这里所使用的,术语“气态烃”通常涉 及在井下条件中发现的气相的烃。例如,本领域的技术人员将认识到在地面条件下,甲烷、 乙烷、丙烷和丁烷全都是气体,但在一些井下环境中的高温和高压下,戊烷和己烷也可以为 气相,并因此包括在从储层开采的气态烃中。此外,术语“气藏”包括在里面圈闭气态烃的 任何储层。因此,根据本公开的气藏还可以包括里面可以圈闭气态烃的凝析气藏或油藏。烃开采方法通常可以分为两种类型驱动方法和周期性方法(在本领域中也被称 作为蒸汽吞吐huff-n-puff)。在驱动开采方法中,流体的注入和开采分开并发生在不同的 井中,而在周期性开采方法中,注入和开采通过同一井发生。因此,烃采集单元可以包括两个基本结构,这取决于正在使用驱动开采方法还是 周期性开采方法。对于周期性开采,所述结构通常包括单井,所述单井延伸通过水合物沉积 层并延伸到位于水合物沉积层下面的气藏、凝析气藏、和/或油藏中,在至少两个区域中对所述单个井进行完井在储层的“气帽”区的下部中用于从其开采气态烃的“下完井区”、和 在气藏的上部中,优选地刚刚在水合物帽的下方且在储层的“气帽”区的用于从其开采气态 烃所述下部的上方的“上完井区”。如果储层已经被分离成在充凝析气层或充油层上方的上 充气层(“气帽”),则下完井区可以在充冲凝析气层或充油层上方或在所述充冲凝析气层 或充油层内且在大多数或所有充气层下方。如果储层已经被分离成在冲水层上方的上充气 层,则下完井区应该在气-水接触且气体较少的层的上方。在所述单井中的两个完井区应该机械分离,使得在“吞(huff) ”周期期间,当将二 氧化碳(CO2)或其它气体水合物形成流体(气体或液体)正在注入到储层的上部时,没有 CO2或类似的流体能够流入到下完井区中。同样地,在“吐(puff)”周期期间,当正在通过下 完井区采出气体时,气体肯定不会从上完井区流动。这些机械分离技术对本领域的技术人 员是公知的。可选地,对于驱动开采来说,所述结构通常包括两口井,所述两口井延伸通过水合 物沉积层并延伸到位于水合物沉积层下方的气藏、凝析气藏、和/或油藏,且第一井(并因 此比第二井钻得更深)在气藏的下部中被完井,用于从所述第一井开采气态烃,而第二井 在气藏的与水合物沉积相邻的上部中进行完井,用于将注入流体注入到所述第二井中以驱 替采出液。对于驱动开采,所述结构通常包括两口井,所述两口井延伸通过水合物沉积层并 延伸到位于所述水合物沉积层下方的气藏中,且第一井(并因此比第二井钻得更深)在气 藏的下部中被完井,用于从所述第一井开采气态烃,而第二井在气藏的与水合物沉积相邻 的上部中进行完井,用于将注入流体注入到所述第二井中。参照图1,示出了在周期性开采方法中使用的单井实施例。如图1所示,单个井眼 10(通常通过套管完井,但是可以可选地为裸眼完井)用于从该单个井开采烃,以及将二氧 化碳注入在所述井眼中。井眼10延伸通过水合物沉积层12并延伸到位于水合物沉积层12 下方的气藏14中。水合物沉积层可以被永冻层或被深冷水(例如,在Beaufort海的较深 部)或被永冻层和冷水覆盖。井眼10包括位于气藏14的上区域中与水合物沉积层12相 邻的射孔孔眼13 (perforations)(和任意其它完井设备)、以及位于储层14的下区域中的 射孔孔眼15 (和任何其它完井技术/设备)。井眼10可以配备有诸如“瓣阀”的机械装置 11或其它传统的机械装置,以隔离注入流体与采出液。本领域的技术人员将认识到可以使 用以下钻井的完井、本领域所公知的任意完井技术或设备,并且本领域的技术人员将认识 到将根据对给定地层类型中的注入井或生产井的传统考虑来选择这种技术和/或设备。可以控制将二氧化碳或诸如的类似水合物形成流体(气体或液体)注入到井 眼10中,使得与位于储层14的下区域中的射孔孔眼15 (术语上被称作为“下完井区”)(储 层14中的气体可以通过所述射孔孔眼被开采)相比,水合物形成液体通过射孔孔眼13(术 语上被称作为“上完井区”)进入储层14。二氧化碳或其它类似的水合物形成流体的注入可以有利用于保持水合物层12或 甚至增加水合物层12,并因此减小储层14的漏失风险。通常,这种气藏的减压还可能导致 水合物层的水合物分解的吸热反应(当给定温度下的压力下降到水合物形成的平衡压力 以下的值)。通过持续开采,减压将导致水合物继续分解,从而使水合物层变薄到使得在水 合物层下面的气体能够通过薄层逃逸从而逃逸到地面的风险增加,从而附带有储层的随后漏失。然而,根据这里所述的方法,将二氧化碳或其它水合物形成流体注入到储层14与 水合物沉积12相邻的上区域中可以改变在井下发生的传统的反应。具体地,二氧化碳的注 入可以与在以下放热反应中遇到的水合物进行反应CH4 (水合物)+ω2 (气体)一CO2 (水合物)+CH4 (气体)+ Δ H1,藉此,新形成的二氧化碳水合物将代替分解的甲烷水合物。因此,代替使水合物层 变薄的开采,与二氧化碳联合的开采可以相反保持水合物层或甚至使水合物层增长,同时 还可采出先前圈闭在该层内的甲烷。另外,所述注入还可以用于对气藏进行再增压,使得储 层的枯竭不会具有如以上在传统的方法中所述的如此严峻的后果。一旦储层中的压力在随 后的给定注入步骤中稳定,则可以从储层的下区域采出气体(由于注入气体位于储层的上 区域中甚至被圈闭在水合物中,因此几乎没有或没有二氧化碳污染),并且可以重复整个过 程。以下参照图2,示出了在驱动开采过程中使用双井实施例。如图2所示,第一井眼 20 (任选地被下套管)用于将二氧化碳注入在该井眼中,而第二井眼30 (也任选地被下套 管)用于从该井眼开采气态烃。井眼20延伸通过水合物沉积层22并延伸到位于水合物沉 积层22下方(即,比所述水合物沉积层深)的气藏M中。井眼20包括射孔孔眼23 (术语 上被称为“上完井区”)(和任意其它完井技术/设备),其中射孔孔眼23位于气藏M的与 水合物沉积22相邻的上区域中,而井眼30包括射孔孔眼25(术语上被称为“下完井区”) (和任意其它完井技术/设备),其中射孔孔眼25位于气藏M的下区域中。通过使用双井 系统,可以与从储层M的下区域开采气态烃大致相同的时间通过井眼20将二氧化碳进入 到储层M的上区域中。类似于相对于单井实施例所述,将二氧化碳注入到储层M的与水合物沉积层22 相邻的上部可以允许二氧化碳与甲烷水合物反应以形成稳定的二氧化碳水合物,从而允许 保持水合物层层22或甚至使所述水合物层增长。此外,这种甲烷的驱替还可以由于从水合 物释放的甲烷的量而增加开采水平以及对储层进行再增压。另外,虽然此过程被描述为注入和开采在大致相同的时间发生,但是本领域的技 术人员将认识到根据需要可以延缓或停止注入和/或开采以保持期望的储层或开采条件。 此外,本领域的技术人员将认识到当这里所述的实施例具有用于开采或注入的单组井时, 本公开不局限于此。因此,根据储层,本领域的技术人员将认识到可以使用任意数量的注入 井、生产井、和/或在其内具有多个完井区的单个周期性开采井。虽然以上说明中的一些描述二氧化碳作为注入流体时,但是其它水合物形成流体 也可以用于上述实施例中的任一种。例如,除了 CO2、四氢呋喃、P-二恶烷、H2S之外,非甲烷 低分子量烃也能够进行类似于如下所述的发热取代反应 CH4 (水合物)+H2S (气体)一(水合物)+CH4 (气体)+ Δ H2,以及CH4 (水合物)+异丁烷(气体)—异丁烷(水合物)+CH4 (气体)+ Δ Η3。然而,CO2和H2S是可获得的最普通的用于注入的低价值商品。(X)2的优点在于其 可以从地面附近从沼气发电过程回收,并且仅需要将电力输出到市场。然而,本发明不局限 于此。相反,可以使用以放热的方式进行反应以形成水合物的任何这种水合物形成流体。有利地,本公开的实施例为以下所述中的至少一个。通过使用这里所述的方法,可以通过产生新水合物(二氧化碳水合物)地层而保持覆盖水合物的气藏的稳定性。可以保 持水合物层的这种稳定性,而不管甲烷是否从甲烷水合物的分解而释放。因此,除了开采另 外的烃之外,与其中减压可能会导致水合物变薄并最终导致储层的范围的损失的传统开采 相比,气藏本身可以在从所述气藏开采气态烃期间降低漏失风险。另外,注入到储层中的二 氧化碳可以将从甲烷的转化物开采的二氧化碳隔离(sequester)成可使用形式的能量或 产物。因此,对于注入过程生成的二氧化碳可以重复利用,从而从各种废液增加所述二氧化 碳,并减小生成的二氧化碳的量或释放到空气中的二氧化碳的量。 虽然已经相对于有限的实施例说明了本发明,但是得益于本公开的本领域的技术 人员将认识到可以设计不背离如这里所公开的本发明的保护范围的其它实施例。因此,本 发明的保护范围应该仅仅由所附权利要求限制。
权利要求
1.一种用于从地下地层采出气体的方法,所述地下地层具有位于所述地下地层内的水 合物沉积层和位于所述水合物沉积层下方的气藏,所述方法包括以下步骤将水合物形成流体注入到所述气藏的与所述水合物沉积层相邻的上区域中;和 从所述气藏的下区域开采气态烃。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述注入步骤和所述开采步骤发生在至少两个 不同的井眼中。
3.根据权利要求2所述的方法,其中,所述注入步骤和所述开采步骤同时发生。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,所述注入步骤和所述开采步骤发生在同一井眼中。
5.根据权利要求4所述的方法,其中,所述注入步骤和所述开采步骤依次发生。
6.根据权利要求1所述的方法,其中,所述注入水合物形成流体与所述水合物沉积反 应以使圈闭在所述水合物沉积层中的烃与所述注入水合物形成流体进行交换。
7.根据权利要求1所述的方法,还包括以下步骤将至少一个井眼钻通所述水合物沉积层,并使所述至少一个井眼延伸到所述气藏中;和在所述气藏的与所述水合物沉积层相邻的上区域和所述气藏的下区域中对所述至少 一个井眼进行完井。
8.根据权利要求7所述的方法,其中,穿过所述水合物沉积层并延伸到所述气藏中的 第一井眼在所述气藏的上区域和所述气藏的下区域中被完井。
9.根据权利要求7所述的方法,其中,穿过所述水合物沉积层并延伸到所述气藏中的 第一井眼至少在所述气藏的下区域中被完井,并且其中,至少穿过所述水合物沉积层并延 伸到所述气藏中的第二井眼在所述气藏的上区域中被完井。
10.根据权利要求1所述的方法,其中,所述水合物形成流体包括二氧化碳。
11.一种用于从地下地层采出气体的方法,所述地下地层具有位于所述地下地层内的 水合物沉积层和位于所述水合物沉积层下方的气藏,所述方法包括以下步骤通过穿过所述水合物沉积层并延伸到所述气藏中的井眼从所述气藏开采气态烃; 通过所述井眼将水合物形成流体注入到所述气藏的与所述水合物沉积层相邻的上区 域中;中止所述通过所述井眼将水合物形成流体注入到所述气藏的与所述水合物沉积层相 邻的上区域中;以及通过所述井眼从所述气藏的下区域开采气态烃。
12.根据权利要求11所述的方法,其中,所述注入步骤和所述开采步骤依次发生。
13.根据权利要求11所述的方法,其中,所述注入水合物形成流体与所述水合物沉积 层反应以使圈闭在所述水合物沉积层中的烃与所述注入水合物形成流体进行交换。
14.根据权利要求11所述的方法,还包括以下步骤将至少一个井眼钻通所述水合物沉积层,并使所述至少一个井眼延伸到所述气藏中;和在所述气藏的与所述水合物沉积层相邻的上区域和所述气藏的下区域中对所述至少 一个井眼进行完井。
15.根据权利要求14所述的方法,其中,穿过所述水合物沉积层并延伸到所述气藏中 的第一井眼在所述气藏的上区域和所述气藏的下区域中被完井。
16.根据权利要求11所述的方法,其中,所述水合物形成流体包括二氧化碳。
17.一种用于从地下地层采出气体的方法,所述地下地层具有位于所述地下地层内的 水合物沉积层和位于所述水合物沉积层下方的气藏,所述方法包括以下步骤通过穿过所述水合物沉积层并延伸到所述气藏中的第一井眼从所述气藏开采气态烃;通过第二井眼将水合物形成流体注入到所述气藏的与所述水合物沉积层相邻的上区 域中;以及通过所述第一井眼从所述气藏的下区域开采气态烃。
18.根据权利要求17所述的方法,其中,所述水合物形成流体包括二氧化碳。
19.根据权利要求17所述的方法,其中,所述注入步骤和所述开采步骤同时发生。
20.根据权利要求17所述的方法,其中,所述注入水合物形成流体与所述水合物沉积 层反应以使圈闭在所述水合物沉积层中的烃与所述注入水合物形成流体进行交换。
21.根据权利要求17所述的方法,还包括以下步骤将至少一个井眼钻通所述水合物沉积层,并使所述至少一个井眼延伸到所述气藏中;和在所述气藏的与所述水合物沉积层相邻的上区域和所述气藏的下区域中对所述至少 一个井眼进行完井。
22.根据权利要求21所述的方法,其中,穿过所述水合物沉积层并延伸到所述气藏中 的第一井眼至少在所述气藏的下区域中被完井,并且其中,至少穿过所述水合物沉积层并 延伸到所述气藏中的第二井眼在所述气藏的上区域中被完井。
全文摘要
本发明公开了一种用于从地下地层采出气体的方法,所述地下地层具有位于所述地下地层内的水合物沉积层和位于水合物沉积层下方的气藏,所述方法包括以下步骤将水合物形成流体注入到气藏的与水合物沉积层相邻的上区域中;和从气藏的下区域开采气态烃。
文档编号C10L3/06GK102124184SQ200980131961
公开日2011年7月13日 申请日期2009年6月16日 优先权日2008年6月19日
发明者弗雷德里克·B·格罗科克, 罗伯特·L·霍顿 申请人:M-I有限公司
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