水平井行列式石油采收过程的制作方法
【专利摘要】一种导致同时生产液体和燃烧气体的原位燃烧过程，该原位燃烧过程结合流体驱动、重力相分离和重力排水从地下含油地层生产烃类，包括首先通过位于地层高处的水平井将气体注入以及通过位于地层低处的平行且侧向偏移的水平井生产燃烧气体和石油。其中，随后在操作的行列模式中将生产井转换为注入井继续进行油藏开采。还可以在不使用原位燃烧，而使用气态溶剂或蒸汽注入来使用该过程。
【专利说明】水平井行列式石油采收过程
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油开采过程，更具体地，涉及使用水平井从地下烃沉积开采石油的方法。
【背景技术】
[0002]基于蒸汽的石油采收过程通常用于采收重油和浙青。例如，采用蒸汽辅助重力泄油(SAGD)和周期蒸汽注入来采收重油和冷浙青。当石油作为天然油流动或通过一些原地预处理呈现为流动时，也可使用蒸汽驱动过程。蒸汽过程的重大缺点是在地表生成蒸汽的低效率性，因为损耗了大量由燃料产生的热量而没有在储层提供有用的热量。Roger Butler在其《石油和浙青的热采收》("Thermal Recovery of oil and Bitumen’) 一书中的第415、416页中，估计了在蒸汽注入过程的各阶段的热效率如下:蒸汽发生器:75-85% ;传输至井:75-95% ;从井向下流向储层:80-95% ;在储层中流向凝结前缘:25-75%。有必要将在注入器和前进凝结前缘之间的储层保持在蒸汽温度，以使得可从在石油表面的蒸汽凝结进行主要能量传递。总之，在热量到达油表面之前可丢失50%或更多的燃料能量。与蒸汽注入相比，空气注入在储层中基于BTU的能量消耗低2.6-4.4倍。随着基于蒸汽的石油采收过程出现了几个其他缺点:可能无法用天然气点燃蒸汽锅炉，可能缺乏淡水，并且将净化所产生的水用于再循环至锅炉的成本很高。总之，基于蒸汽的石油采收过程热效率低下、成本闻且对环境不利。
[0003]有许多井模式可用于从地下储层生产石油。这些井模式中的一些使用垂直井或将垂直井与水平井相结合。模式过程的示例为:已经采用的、使用垂直井的蒸汽、溶剂和基于燃烧的过程的反向7点井模式；已经采用的、美国专利5，273，111的交错水平井模式(仅限于使用蒸汽注入的过程)。
[0004]美国专利5，626，191公开了重复性的方法，该方法被称作“水平段注(toe-to-heel) ”空气注入(THAI?)，由此，水平井随后转换为空气注入井以协助通过相邻的水平井采收流动的石油，随后将相邻的水平井同样转换为空气注入井，并重复该过程。
[0005]美国专利6，167，966采用了使用垂直井和水平井的组合的注水过程。
[0006]美国专利4，598，770 (Shu等人，1986)公开了蒸汽驱动模式过程，其中，交替的水平注入井和水平生产井都置于储层的低处。未考虑原位燃烧过程。
[0007]Joshi in Joshi, S.D., “采用水平井的石油热采收综述(A Review of Thermal oilRecovery Using Horizontal wells) ” 在 In Situll (2&3)，211-259 (1987)中公开了使用交错的和垂直移位的水平注入井和生产井模式的、基于蒸汽的石油采收过程。关注的重点是当在储层顶部注入蒸汽时，至盖层的热损耗很高。
[0008]美国专利5，273，111 (Brannan等人，1993)教导了用于在石油储层中采收流动石油的、基于蒸汽的模式过程。平行偏移水平井的模式采用蒸汽注入装置。注入井的水平部分置于储层中生产井的水平部分之上，并且生产井的水平部分在储层的基底和储层的中点之间的点处钻入储层中。蒸汽通过上注入井连续注入，同时，通过下注入井生产石油。未提及原位燃烧过程。
[0009]美国专利5，803，171 (McCaffery等人，1998)教导了对Brennan专利的改进，其中，使用周期蒸汽吞吐，以在应用连续蒸汽注入之前实现在注入井和生产井之间的连通。未提及原位燃烧过程。
[0010]美国专利7,717, 175 (Chung等人，2010)公开了利用水平井模式的、基于溶剂的过程，其中水平井交替地置于储层的较高处和较低处，并且上井用于生产溶剂稀释的石油，下井用于溶剂注入。油与溶剂的逆流流动引起重力引起的油-溶剂混合。井设有流控制装置来实现沿井孔的均匀注入和生产剖面。流控制装置补偿了沿井孔的压降，该压降可引起井孔中流体的不均匀分布并降低储层波及效率。未提及原位燃烧过程。
[0011]W0/2009/090477(Xiai和Mauduit，2009)公开了一种原位燃烧模式过程，其中，将在顶部完成的一系列垂直井置于具体在储水层之上的水平生产井之间。声称井的这种排列在存在含水层时可用于石油生产。
[0012]美国专利申请2010/0326656 (Menard，2010)公开了导致使用交替的水平注入井和水平生产井的蒸汽模式过程，其中，沿流体出口和入口的各自的井孔创建流体出口和入口的隔离区域，以实现均匀的储层波及。交替的井孔可处于同一垂直平面或在储层中的低处与高处之间交替，如美国专利5，803，171中所述。热汽注入上井中(例如，蒸汽)。
[0013]在不同程度上提高效率、缩短的初始投资回报(即，更高的初始石油采收率，以使得投资回报率更直接)的时间以及减少初期资金成本是上述方法中可进行改善的各个方面。
【发明内容】
[0014]用于从地下储层采收石油的理想石油采收过程具有高波及效率，使用免费(无成本)且可无限利用的注入物，无需购买燃料，精确地在需要热量的地方(在石油面)产生热量，并且在使用储层加热的情况下从储层排出热量。另外，高产油率(尤其是在开采的初始阶段)对石油采收过程的可行性和收益能力很关键。
[0015]本发明-用于从含烃地下储层采收石油的水平井行列式过程相对于“交错井”模式结构具有两个优点，“交错井”模式结构是由
【发明者】在本文构思的、非公开的石油采收方法，并在将下文进行更充分的公开，其中，在某些方面以及不同程度上，“交错井”方法在许多方面本身就是相对于上述现有技术方法和结构的改进。
[0016]具体地，对关于含烃地下储层(地层)的可比较的体积波及面积和相同的总累积采油量，如本文所讨论的、以实验的方式示出本发明的水平井行列式(在下文中称为“HWLD”)过程，以提供比本文讨论的“交错井”方法更高的初始石油采收率。因而，可为在开发地下储层中承担高支出的石油公司实现更高且更快的初始投资回报。这是很大的优势，因为在油储层开发中的投资是非常高的，并且可实现投资回报的时间对于是否首先在该资本项目中进行投资往往是非常真实和实质性的考虑。
[0017]另外，对于可比较的体积波及面积和几乎相同的总采油量，已经以实验的方式示出本发明的水平井行列式需要的井比“交错井”结构更少，因而，大大降低了石油公司开发地下含烃地层并从地下含烃地层并生产石油的资本成本。
[0018]因此，通过概括总结，在本发明的HWLD石油采收过程的概括实施方式中，在地下含烃储层的高处钻第一水平井，并且将诸如气体的介质经由这种第一水平井中的井衬管中的穿孔注入储层中。通过置于储层的低处的第二平行侧向偏移的水平井同时生产石油、水和气体。当第二水平(生产)井的石油产率降至经济限制之下时，在储层的低处钻从第二水平井侧向隔开的、用于生产石油的第三平行水平井，同时，将第二水平井(最初的生产井)转换为注入井，并且同样通过该第二水平井将这种气体注入地层中，以便允许继续向燃烧前缘提供氧化气体，从而允许燃烧前缘继续前进，因而，允许在前进的燃烧前缘之前继续加热石油，石油向下排出并通过在地层的低处、前进的燃烧前缘之前(或至少之下)钻的水平井进行收集。沿储层在大体上线性的方向继续在地层的低处钻其他水平的、平行的、侧向隔开的井以及依次将“耗尽的”生产井转换为注入井以进一步从剩余的生产井采收油的步骤，以便作为实现高储层波及效率的‘行列式过程’在单一方向上开采储层。如果注入物为气体，那么可以是溶剂气体，诸如CO2或轻烃或其混合物、蒸汽或氧化气体(诸如氧气)、空气或其混合物。可替代地，注入物可以是溶剂、蒸汽或氧化气体的任何混合物。优先实施方式利用蒸汽注入物作为注入介质，最优选实施方式利用氧化气体作为注入介质。
[0019]当利用氧化气体注入物和原位燃烧时，该过程通过提供新颖且有效的方法从含流动石油的地下地层采收烃，从而满足相对低的能源成本和运营成本的商业需求。
[0020]平行且偏移的水平井生产装置之间的距离以及井长度将取决于具体的储层属性，并可通过有能力的储层工程师进行充分优化。水平井的侧向间隔可为25-200米，优选为50-150米，并且最优选为75-125米。水平井段的长度可为50-2000米，优选为200-1000米，并且最优选为400-800米。
[0021]在均匀储层中使用本发明的方法对高储层波及效率是有利的，从而将注入物均等地传输至注入井衬管中的每个穿孔，并迫使在生产井衬管中的每个穿孔上流体进入率相等。考虑到水平井通常在水平段的端部具有‘趾部’，并且在水平段与垂直段连接处具有‘跟部’，在本发明的改进中，优选将水平井这样进行放置，以使得注入装置(注入)井的跟部与侧向间隔开的、邻近的生产装置(生产)井的趾部相对，从而将注入器与生产器之间的气体的“短路”降至最低。否则，由于随着在压力之下泵入注入物并沿着水平腿从跟部向趾部流动通常会引起压降，所以注入井中的最高压力点位于跟部，所以会发生短路。相反地，由于气体和石油通常从跟部抽出，所以生产装置(生产)井中的最高压力点位于趾部。因此，优选使注入井的跟部与相邻的生产井的趾部相对，以使得迫使高压(通常为加热的)气体通过地层向邻近的生产井的趾部的低压部分移动较大的距离。
[0022]可替代地，注入井和生产井二者都可以进行放置，并且各自的跟部和趾部在相互并列的位置。那么，在这种情况下，优选使用内部管道在注入井的趾部注入气体，从而将高压源从注入井的跟部移动至其趾部。在这种方式中，高压源将位于与生产井的低压跟部相对的、储层的端部，从而迫使气体通过地层移动更长的距离，从而更有效地释放限制在地层中的石油，以便于气体随后移动并通过生产井的跟部的低压区域进行收集。该配置具有仅需位于储层的同一侧的单个钻探垫的优点，因为注入井和生产井的垂直部分都将位于储层的同一侧。
[0023]除了采用转置(倒转)相邻水平井各自的跟部和趾部或可替代地在注入井中使用内部管道的配置之外，还可通过改变沿注入装置井中的井衬管的穿孔的数量和尺寸来获得或进一步加强气体沿注入井的长度的、气体的均匀输送以及沿着生产井的、石油的均匀收集，从而平衡沿井的压降。可将压降修正穿孔管道置于注入装置井的主要衬管内部。这具有利用环形空间中的气流以进一步协助气体的均匀输送的优点。可替代地或另外地，可将类似的方法论应用于生产井，以便基本上沿生产井的全部长度更均匀地收集流动的石油，并且有助于防止将注入气体直接“导向(fingering) ”生产井中。
[0024]水平井衬管段的外直径可为4英寸到12英寸，但优选为5-10英寸，并且最优选为7-9英寸。水平段中的穿孔可以是槽、绕线滤网、为Facsrite?.滤网塞或提供期望的防沙等级的其他技术。
[0025]Facsrite?'是Absolute Completion Technologies公司用于其中具有防沙网的井衬管的未注册的商标。
[0026]注入的气体可以是任何氧化气体，包括但不限于空气、氧气或其混合物。
[0027]期望实现沿注入井的相等的气体注入率以及沿着水平生产井的相等的流体生产率，从而获得最大的储层波及效率和均匀的采收。最高的气体注入率将受到最高的注入压力的限制，并将受到水平井的长度、储层岩石渗透性、流体饱和度以及其他因素的影响，必须维持最高的注入压力低于岩石破裂压力。
[0028]使用如下文中的示例所使用的数值模拟装置有利于确认本发明的设计对于具体的储层的可操作性和可行性，并且可由本领域的储层工程师很容易地实施。
[0029]因此，更具体地，在本发明的方法的第一广义方面，该方法是关于用于从含烃地下储层采收石油的方法，该方法包括以下步骤:
[0030](i)钻第一水平井，第一水平井位于所述储层中的相对高处；
[0031](ii)钻第二水平井，第二水平井位于所述储层中的相对低处，并对齐为基本上平行于第一水平井；
[0032](iii)将包括气体、蒸汽或液体的介质通过所述第一水平井中的孔注入所述储层中；
[0033](iv)从所述第二水平井抽取在所述地下储层中向下移动并流入所述第二水平井中的油；
[0034](V)钻第三水平井，第三水平井位于所述储层的相对低处，并基本上平行于所述第一水平井和所述第二水平井，然而与所述第二水平井侧向隔开，并且与所述第一水平井比与所述第二水平井更远地侧向隔开；
[0035](vi)临时或永久地停止从所述第二水平井提取烃类，并且继续将包括气体、蒸汽或液体的介质注入所述第二水平井；以及
[0036](vii)从所述第三水平井提取在所述地下储层中向下移动进入所述第三水平井中的油。
[0037]第二水平井、第三水平井和随后进一步钻的水平井中每个都优选为彼此共面，但不与所述第一水平井共面，并且彼此侧向隔开。
[0038]为了使用本发明的“行列式”方面，并允许从基本确定尺寸的含烃储层中波及有效体积的油，该方法还包括附加的重复步骤，以允许在大致线性方向上沿所述地层进行渐进“波及”，还包括以下步骤:
[0039]在所述储层的低处接连钻附加水平井，附加水平井基本上平行于第三水平井，并基本上与第三水平井共面，但与第三水平井侧向间隔开，并彼此侧向间隔开；以及[0040]接连将所述附加水平井的倒数第二个井从生产井转换为用于注入所述气体、蒸汽或液体的注入井，以便使在所述储层中的石油从所述储层中向下移入所述附加水平井的最后一个井中。
[0041]在优选实施方式中,第一介质和第二介质为同一介质。在更优选的实施方式中，该介质为可溶于石油的气体。可替代地，该介质为气体，即CO2、轻烃类或其混合物。
[0042]在又一优选实施方式中，介质包括氧化气体、空气或其混合物，用于进行原位燃烧，并且该方法还包括在步骤(iii)之后的以下步骤:在接近第一水平井的区域点燃储层中的烃类，并且通过所述第二水平井和/或同时或随后通过第三水平井从地下地层提取石油和燃烧副产物。点燃烃类并通过所述第二水平井和/或通过所述第三水平井提取燃烧副产物和石油的步骤使燃烧前沿从所述第一水平井在所述第二水平井和所述第三水平井的方向上侧向移动，从而加热所述储层中的油，并使该石油向下排出，从而通过所述第二水平井和/或第三水平井进行收集。
[0043]因此，在用于从含烃地下储层采收石油的、本发明的HWLD方法的最优选实施方式中，该方法包括:
[0044](i)钻第一水平井，第一水平井位于所述储层中的相对高处，具有沿所述第一水平井的多个孔；
[0045](ii)钻第二水平井，第二水平井位于所述储层中的相对低处，并对准为基本上平行于所述第一水平井；
[0046](iii)将氧化气 体注入所述第一水平井中，并通过所述穿孔注入所述储层中，用于在所述储层中进行原位燃烧；
[0047](iv)在所述储层中点燃烃类；
[0048](V)从所述第二水平井提取在所述地下储层中向下排出并进入所述第二水平井中的油；
[0049](vi)钻第三水平井，该第三水平井位于所述储层的相对低处，并基本上平行于所述第二水平井，但与所述第二水平井侧向隔开，并与所述第一水平井比与所述第二水平井更远地侧向隔开；
[0050](vii)临时或永久地停止从该第二水平井生产烃类，并将所述第二井转换为注入井;
[0051](viii)向所述第二水平井注入所述氧化气体；以及
[0052](ix)从所述第三水平井提取在所述地下储层中向下排出并进入所述第三水平井中的石油。
[0053]其中氧化气体用作注入介质，用于进行原位燃烧，燃烧点火(即，上述步骤(iv))可通过对本领域的技术人员公知的各种方法实现，诸如，在注入氧化气体之前，以流体(诸如蒸汽)预加热近井孔油或注入可自燃的流体(诸如亚麻籽油)。在这种情况下，在切换至空气(100°C )之前，以16，667m3/d的速率注入热氮(400°C )，为时一个月。空气不需要在地表加热:空气通过实施压缩加热。
[0054]如上所述，为了确保不将注入装置井的高压端定位成紧靠邻近的生产装置井的压力最低点(即，跟部)，从而导致高压气体直接“短路”或“导向”至生产井的跟部，在优选实施方式中，将气体、蒸汽或液体注入所述第一水平井的步骤(iii)包括将所述气体、蒸汽或液体注入所述第一水平井的一端的步骤，并且从所述第二水平井抽取石油的步骤包括从所述第二水平井的一端抽取所述石油的步骤，所述第二水平井的一端位于储层中的、与所述第一水平井的所述一端所位于的侧部相对的侧部上。这种配置允许将该气体更均匀地注入地层中。并减少(以及优选地避免)将直接将高压气体从注入装置井至“导向“短路”)生产井。
[0055]该方法不仅可同样适于关于第一井和第二井，而且还适于关于第二井相对于第三井等。例如，关于第二井相对于第三井的布置，将所述气体、蒸汽或液体注入所述第二水平井中的步骤可包括将所述气体、蒸汽或液体注入所述第二水平井的、位于储层中与从所述第三水平井收集石油的一端相对的侧部的步骤。换言之，相互邻近的井的、最接近的两端可位于所述储层相互相对的侧部上。
[0056]可替代地，第二井和第三井中每个的第一端均可位于储层的同一侧部。在这种情况下，为了减少或避免“导向”问题，将所述气体、蒸汽或液体注入所述第二水平井的步骤包括将所述气体、蒸汽或液体通过管道注入所述第二井的第二端，该管道在所述第二井内部基本上从所述第二井的第一端向第二端延伸。
[0057]可替代地，当所述第二井和所述第三井中每个的第一端均位于所述储层的同一侧的情况下，将所述气体、蒸汽或液体注入所述第二水平井的步骤可包括将所述气体、蒸汽或液体注入所述第二井的第一端，并且从所述第三井抽取油的步骤包括通过管道从所述第三井的第二端提取该石油，所述管道在所述第三井内部从上所述第三井的第一端基本上向第
二端延伸。
[0058]可替代地，或另外，为了避免或减少将高压气体从注入井“导向”至生产井，诸如当所述第二水平井作为生产井时从第一水平注入装置井“导向”至第二井，在一个实施方式中，第一水平井具有井衬管，其中所述多个孔位于所述井衬管中，并且所述第一水平井中的衬管中的孔的尺寸或孔的数量从所述第一水平井的第一端向第二端逐渐增加。
[0059]同样地，也可利用沿着第二井、第三井或随后的井中每个的井衬管长度逐渐增加孔的孔尺寸或孔数量。以这种方式，通过在井的一端比另一端具有更大或更多的孔，压力(并且因此，流)在井的长度上可更均匀，或者甚至使一端比另一端高，并提供类似于在相对的方向上使用渐进变化的相邻井，可减少或避免气体从注入井向相邻的生产井的直接“短路”。相反，从而将通过地层的交叉流气体导入，以将气体更多地暴露于地层中(通常为高温)的石油，从而增大从地层的石油采收率。
【专利附图】
【附图说明】
[0060]在附图中示出了一个或多个示例性实施方式，并且不应解释为将本发明限制于这些描述的实施方式，在附图中:
[0061]图1示出了“交错井”配置的地下含烃储层的立体示意图，其中“交错井”配置具有处于储层的高处的多个水平注入井以及位于储层的低处的多个交替隔开的水平生产井；
[0062]图1a示出了 “交错井”结构的地下含烃储层的类似立体示意图，以显示在计算机模拟的示例I中使用的模型，该模型产生图5的实验测试结果(线“B”)；
[0063]图2 (i)_ (iii)是图1的截面A-A在不同时间间隔的视图，示出了生产石油的交错井方法的变化，该变化可在箭头“Q”的方向上可选择地使用石油采收的行列式；[0064]图3示出了本发明的水平井行列式(“HWLD”)结构的地下含烃储层的立体示意图，其中储层具有处于储层中的高处的第一水平井以及位于储层的地位的多个间隔的水平生广井;
[0065]图4a(i)_(iii)是图3的截面B-B在连续的时间间隔的视图，示出了使用该“水平井行列式”结构的生产石油的方法，示出了用于在方向“Q”上引起石油采收的行列式的方法；
[0066]图4b(i)_(iii)是图3的截面B-B在连续的时间间隔的视图，示出了使用该“水平井行列式”结构的生产石油的改进方法，示出了用于在方向“Q”上引起石油采收的行列式的方法；
[0067]图4c(i)-(iv)是图3的截面B-B在连续的时间间隔的视图，示出了使用该“水平井行列式”结构的生产石油的方法的进一步变化，示出了用于在方向“Q”上引起石油采收的行列式的步骤；
[0068]图5是相对于时间的、累积油采收的曲线图，该曲线图将图1和图2所示的采收的“交错井”方法的累积油采收(图5的线“B”)与对于具有图11中示出的水平井位置和结构的储层使用图4b(i)-(iii)中所示的本发明的“水平井行列式”方法获得的累积油采收(图5的线“A”)进行比较。
[0069]图6是类似于图3的本发明的“水平井行列式”结构的地下含烃储层的立体示意图；
[0070]图7是对图6的平行的、相互邻近但隔开的水平注入(生产)井的修改的视图，示出了两个这种水平相互邻近的井，其中在另一实施方式中，管道用于将诸如氧化气体的介质输送至水平注入井的趾(即远侧)端。
[0071]图8是对图6的平行的、相互邻近但隔开的水平注入(生产)井的修改的视图，示出了两个这种水平相互邻近的井，其中在另一实施方式中，管道用于从水平生产井的趾(即远侧)端采收石油。
[0072]图9是图6的平行的、相互邻近但隔开的水平注入(生产)井的可替代的修改的视图，示出了两个这种水平相互邻近的井，其中朝向该水平井的每个的趾(即远侧)端的孔更紧密地隔开且数量更多；
[0073]图10是图6的平行的、相互邻近但隔开的水平注入(生产)井的另一可替代的修改的视图，示出了两个这种水平相互邻近的井，其中朝向该水平井的每个的趾(即远侧)端的孔更大；
[0074]图11是包含类似于图6的储层的地下烃的立体示意图，示出了本发明的修改的“水平井行列式”结构，该结构产生图5的实验测试结果(线“A”)。
[0075]图12是图11的平行的、相互邻近但隔开的水平注入(生产)井的修改的视图，示出了两个这种水平相互邻近的井，其中朝向该水平井的每个的趾(即远侧)端的孔更大；以及
[0076]图13是图11的平行的、相互邻近但隔开的水平注入(生产)井的修改的视图，示出了两个这种水平相互邻近的井，其中朝向该水平井的每个的趾(即远侧)端的孔数量更多且更紧密地隔开。【具体实施方式】
[0077]图1和图1a示出了“交错井”的、开发的含烃地下地层/储层22(以下简称为“交错井”配置)，“交错井”配置并不是本文中要求保护的发明的部分，而是本申请的发明人的另一申请的主题，该其他应用与本发明共同转让。
[0078]在这种“交错井”配置中，将每个具有长度6的平行水平注入井1、1’和I’’以相互隔开的关系彼此平行放置，都位于厚度4的地下地层/储层22的含烃部分20的高处，位于地表面24下面。将具有类似长度6的、平行的水平间隔开的生产井2、2’和2’’分别置于储层22的低处、各自的注入井1、1’和I’’之间的中位，从而构成如图1和Ia所示的、交错且侧向分开的、平行且交替的水平气体注入井1、1’和I’’以及流体生产井2、2’和2’’的井模式阵列。
[0079]图1中所示的含烃储层22具有两个半注入井1、1’和I’’(边缘注入井I和边缘生产井2’’每个分别组成半个井)，在该模式中共有5个水平井。如图1a所示，重复执行三次图1所示的方法需要15个水平井。
[0080]注入井1、1’和I’’以及生产井2、2’和2’’的侧向间隔5优选为一致。
[0081]在图1和图1a所示的优选实施方式中，与水平生产井2、2’和2’’的垂直段9相t匕，水平注入井1、1’和I’’的垂直段8处于相对的端部。注入井1、1’和I’’的垂直段8从生产井的垂直段9偏移井宽6。如上所述，这是为了将注入气体进入生产井1、1’和I’’的短路降至最低。所示模式可根据需要从面3和/或面6远离无限延伸，以涵盖石油储层22的具体体积。例如，对于河床沉积，该模式可穿过河床的宽度延伸。在储层22开发的附加阶段，可邻近第一阵列放置附加的阵列，并以此类推，最终开采整个储层22。
[0082]参照图1中本发明的优选实施方式，同时钻水平注入井1、1’和I’’以及水平生产井2、2’和2’’，每个井都具有位于水平井1、1’和I’’以及水平井2、2’和2’’中的井衬管段30，井衬管段30包含孔24，可经由注入装置井1、1’和I’ ’将介质(诸如氧化气体、空气、单独的氧气或与二氧化碳或蒸汽结合的氧气、单独的蒸汽、或如烃稀释剂的稀释剂或其组合)从孔24注入含烃部分20，并且可允许石油流过含烃部分20，从而在水平生产井2、2’和2’’中进行收集。在水平生产井2、2’和2’’的情况下，这种井衬管30以及其中的孔可采取开槽衬垫、绕线滤网、Facsritetm的滤网塞或其组合的形式来减少沙子和其他不需要的物质(诸如钻井岩屑)从地层22中流入生产井2、2’和2’ ’。
[0083]在图1、图1a和图2的“交错井”配置中，将介质(诸如氧化气体、空气、单独的氧气或与二氧化碳或蒸汽结合的氧气、单独的蒸汽、或如烃稀释剂的稀释剂或其组合)通过水平注入井1、1’和I’’的孔注入地层22中，从而使引起在地层22的含油部分20中的石油的移动性。这种石油向下流入地层22中，并且在水平收集井2、2’和2’’中进行收集。
[0084] 在一个实施方式中，交错井方法可以可替代地利用行列式配置，这种方法在图2⑴-(iii)中示出，该方法中实施了三个阶段。在这一点，图2示出了图1的A-A截面在连续的相应时间间隔(i)、(?)和(iii)的视图，示出了使用这种“交错井”配置在“Q”方向上引起石油采收的行列式的方法。具体地，如第一阶段[图2(i)]所示，首先钻注入井I以及生产井2和2’，并且从井2和2’开始生产。然后，在第二阶段[图2(ii)]，钻第三注入井I’’和第三生产器2’’，并且分别就这些井开始注入和生产。在第三阶段，钻第4注入井I’ ’ ’和第4生产井2’ ’ ’，停止从生产井2的生产，并且分别在注入井I’ ’ ’和生产井2’ ’ ’中开始注入和生产。如图1a所示，该过程可无限地继续直至到达储层22的末端。
[0085]可替代地，如上所述，这种“交错井”方法可简单地包括同时钻一定数量的注入装置井(例如，三个井1、1’和I’’)以及相应数量的生产装置井(例如，三个井2、2’和2’’)，以便产生图1中所示的井1、1’和I’’以及井2、2’和2’’的交错井“模式”。如图1a所示，必要时可重复这种模式。该方法在示例(下面讨论)中使用，用于将HWLD配置和方法与交错井配置进行比较，其中交错井配置如上所述采用同时钻5个井。
[0086]图3、图6和图4a_4c示出了用于从储层22采收石油的替代井布置/配置(图3、图6)和方法(图4a-4c)，即分别为本发明的水平井行列式(“HWLD”)配置和方法，从而开发具有厚度4、宽度6并包括多个段50a-50o的储层22的含油部分20，如图3和图6所示，从平面7开始连续地放置每个长度5，并向页面的右方发展。
[0087]在这种HWLD配置和方法中，沿边缘7在储层22的含油部分20中的高处钻第一水平注入井1，在储层22的含油部分20中的低处钻第二水平井2，第二水平井2从第一注入井I侧向间隔开。
[0088]水平井2和2’在其各自的跟部42具有延伸至地表24的垂直部分3。以距离隔开的平面7和平面8代表本发明的方法的第一阶段中的、储层22的含油部分20的油波及体积的边缘。
[0089]在图11所示的HELD方法的实施方式中，第一注入井I的垂直段3的位置从生产井2和2’的垂直段3偏移井长度6。如上所述，这是为了将注入气体进入生产井的短路降至最低。所示出的这种模式可根据需要远离面7和/或面8无限延伸，以涵盖油储层22的具体体积。例如，对于河床存储，该模式可穿过河床的宽度延伸。例如，在如图6所示的储层22的开发的附加阶段，钻附加井2’ ’、2’ ’ ’和2iv，附加井2’ ’、2’ ’ ’和2iv从之前钻的水平井2’侧向偏移，以便沿其长度最终开采整个储层22。
[0090]图4a_c (即在其各个替代的子阶段⑴(ii) (iii)和(iv)中)中每个图都以阴影部分示出了在本发明的方法的每个子阶段后含油部分20中剩余的残油。
[0091]在本发明的方法的第一阶段[在图4a(i)、图4b(i)和图4c⑴中所示的各种方法中的每一个第一阶段都是相同的]，将气体注入水平井I，并且通过第二水平井2产生石油。在本发明的方法的第二阶段[在图4a、图4b和图4c中示出为步骤(ii)]，在储层22的含油部分20的低处钻第三水平井2’，第三水平井2’平行于水平井2但是从水平井2侧向间隔开，并且以比从井2更远的距离从第一井I侧向间隔开，并通过井2’实施石油生产。当第二水平井2的产油率降低至低于经济的限制时，停止从井2生产，然后将井2用于气体注入，如图4a(ii)、图4b(ii)和图4c(ii)所示。在该阶段过程中可继续通过井I进行气体注入，或可如图4a-c的步骤(ii)所示停止。
[0092]在优选实施方式中，其中，如图3所示，生产井2、2’的垂直端3在的储层22的同一侧上，在该第二阶段过程中，第二水平井中的气体注入优选通过从第三井2’的近侧端(跟部)向井2’的远侧端(趾部)延伸的内部管道40进行，如图7所示，在井2’的远侧端44具有开放端。可替代地，如图8所示，如果将气体注入第二井2中仅进入注入井2’的近侧端42 (即在注入期间注入井2中没有管道40)，那么当该井2’作为生产井时，反而可在相邻的第三井2’中设有内部管道40，从而通过该管道40从该第三井2’的趾部44抽石油。如上所述，当使用如图3所示的配置时，图7和图8的可替代的配置中每个都协助避免将增压气体从注入井2直接“导向”或“短路”至生产井2’，其中生产井2、2’和2’，的垂直部分3中每个都在储层的同一侧上。如上所述，在该第二阶段，在储层的低处钻新的平行的第三井2’并用于流体生产[参照图4a(ii)、图4b(ii)和图4c(ii)]。在该第二阶段，如图4a(ii)所示，可钻第四水平井2’’，并且与从井2’以及井2’’开始生产。可替代地，如图4c(iii)和(iv)所示，在该阶段过程中仅可钻井2’’，并且在第三阶段(在下文讨论)过程中从井2’’进行生产。
[0093]图4a(iii)、4b(iii)和4c(iii)中每个都示出了本发明的方法的略微不同的第三阶段。
[0094]对于图4b (iii)中公开的方法的实施方式，当在步骤(ii)产生的第三井2’的产油率下降至低于预先确定的限制时，再次将气体注入井I中进行下降阶段。将井2转换回来以作为生产井操作，井2和井2’暂时作为生产井使用以提取所有剩余石油。
[0095]然后，可钻第四井2’’，并重复类似的过程，其中，将之前的生产井(井2’)转换为注入井2’，并且从第四井2’ ’开始生产，同时继续通过井I注入气体。
[0096]可替代地，对于图4a的步骤(iii)所示的第三阶段，停止从井I注入气体，并且仅通过如上所述的从生产井转换为注入井的井2’将气体注入储层22。第四井2’’作为生产井进行操作。
[0097]可替代地，如图4c (iii)所示，可重新开始将气体注入井I中以完全排出井2和2’之上的所有石油，并且钻新的第四井2’ ’。然后，如图4c (iii)所示，当从井2和2’ ’的生产枯竭或基本枯竭时，仅将井2’转换为注入井，并且随后通过井2’将气体提供至该地层，并且从井2’’开始生产。
[0098]如上所述，当井2、2’、2’ ’、2’ ’ ’和2iv的垂直部分3都位于储层22的同一侧而不是在储层的交替侧时(参照图6)，为了减少相互邻近的收集装置/生产井与相互邻近的注入装置井之间的“导向”，，可以采用以上所述和如图7或图8所示的方式来使用管道。
[0099]作为用于减少或避免注入装置井与相互邻近的生产井2、2’、2’ ’、2’ ’ ’和2iv(这种井在如图6所示的储层22的同一侧具有各自的垂直部分3)之间的“导向”和短回路问题以及用于将如氧化气体、蒸汽、二氧化碳、烃稀释剂(以气态或液态形式)的气态介质更均匀地注入图9所示的一个实施方式中的替代配置，在水平井2的长度上制作的孔24的数量可逐渐变大，类似地，孔24的数量在相互邻近的井2’的长度上从所述井2、2’、2’ ’、2’ ’ ’、2iv等中每个的近端42朝向远端逐渐变大。
[0100]可替代地，同样为了更均匀地沿注入井(例如，2’)的长度注入气态介质(诸如氧化气体、蒸汽、二氧化碳、烃稀释剂(以气态或液态形式))，并且还为了沿相互邻近的收集井(例如，2’’)的长度更均匀地收集石油，在图10所示的实施方式中，孔24的尺寸可在每个井2、2’、2’ ’、2’ ’ ’、2、等的长度上逐渐做的更大，并且类似地在相互邻近的井2’的长度上从所述井2、2’、2’ ’、2’ ’ ’、2iv中每个的近侧端42朝向远侧端44逐渐增大面积。
[0101]相反地，如图11所示，相互邻近的井2、2’、2’ ’、2’ ’ ’和2iv等的垂直部分3可分别位于储层22的相对侧，从而更均匀地注入气态介质(诸如氧化气体、蒸汽、二氧化碳、烃稀释剂(以气态或液态形式))，并通过相邻的井收集石油。为了进一步或更好地实现均匀的空气注入和/或石油的收集，其中，分别使用相邻的井，从一个井注入空气，并且从另一井收集石油，在如图12所示的另一个实施方式中，每个这种井中的孔24的数量可在每个水平井(例如，井2)的长度上逐渐变大，并且类似地在相互邻近的井(例如，井2’)的长度上从所述井2、2’、2’ ’、2’ ’ ’、2iv等中每个的近侧端42朝向远侧端44逐渐变大。
[0102]可替代地，在图13所示的实施方式中，孔24的尺寸可在每个井2、2’、2’ ’、2’ ’ ’、2iv等的长度上逐渐做的更大，并且，类似地，在相互邻近的井2’的长度上逐渐做的更大，从所述井2、2’、2’ ’、2’ ’ ’、2iv中每个的近侧端42朝向远侧端44逐渐增加面积，从而实现与在各自的井2、2’、2’ ’、2’ ’ ’、2iv中每个的长度上更均匀的压力分布相同的结果。
[0103]示例
[0104]为了进行图l、la和图2所示的“交错井”配置与图3、图4b、图6和图11所示的本发明的HWLD过程的直接性能比较，使用如本文中进行更充分地描述的计算机建模和模拟技术。
[0105]具体地，使用由加拿大亚伯达省卡尔加里市的计算机建模集团(ComputerModelling Group) 2010年12月提供的STARS?的热模拟器进行使用用于采收均匀储层中的油的原位燃烧过程的交错井模式以及HWLD中每个的广泛计算机数值模拟。在示例中使用的建模储层包含具有高岩石渗透性的高温(54.40C )浙青。
[0106]在每个建模的交错井的井配置(图1、图1a和图2)和HWLD井配置(图11、图4b)中，储层22的含油部分20在三个阶段中进行开发。
[0107]具体地，对于图1所示的每个交错井模式，图1的整个体积被开采三次，三个阶段中每个开采一次。如图1a 所示，这需要总共十五个水平井。
[0108]对于HWLD过程，其第一阶段在图3和图4b中示出，仅开采了总储层体积的一部分，但是在执行两个附加阶段之后，最终开采了与交错井模式过程相同的储层22的体积(即20mX100mX (50mX15块)=1，500，OOOm3)，但是与图1a所示的、交错井的井配置的15个井相对照的是，HWLD过程总共仅需要7.5个水平井。
[0109]对于与空气的燃烧模拟，使用了以下反应:
[0110]1.1.0Oil — 0.42Upgrade (C16H34) +1.3375CH4+29.6992Coke
[0111]2.1.0Oi 1+13.2489602 — 5.949792H20+6.0CH4+9.5C02+0.5C0/N2+27.3423Coke
[0112]3.1.0Coke+1.257502 — 0.565H20+0.95C02+0.05C0/N2
[0113]下面的表1列出了建模的储层属性、石油属性以及用于每个交错井偏移配置和HWLD配置的井控制:
[0114]表1
[0115]
【权利要求】
1.一种用于从含烃地下储层采收石油的方法，所述方法包括以下步骤: (i)钻第一水平井，所述第一水平井位于所述含烃地下储层中的相对高处； (?)钻第二水平井，所述第二水平井位于所述含烃地下储层中的相对低处，并对准为基本上平行于所述第一水平井； (iii)通过所述第一水平井中的孔将包括气体、蒸汽或液体的介质注入所述含烃地下储层中； (iv)从所述第二水平井提取在所述含烃地下储层中向下移动并流入所述第二水平井中的油； (V)钻第三水平井，所述第三水平井位于所述含烃地下储层的相对低处，并基本上平行于所述第一水平井和所述第二水平井，但与所述第一水平井和所述第二水平井侧向间隔开，其中，与所述第一水平井比与所述第二水平井更远地侧向隔开； (vi)暂时或永久地停止从所述第二水平井提取烃类； (vii)继续将包括气体、蒸汽或液体的第二介质注入所述第二水平井；以及 (ix)从所述第三水平井提取在所述含烃地下储层中向下移动进入所述第三水平井中的油。
2.如权利要求1所述的用于从含烃地下储层采收石油的方法，用于通过沿地下地层在大致线性方向上前进，从而从含烃储层中采集大体积的石油，所述方法包括附加重复步骤，所述附加重复步骤包括: 在所述含烃地下储层的低处依次钻附加水平井，所述附加水平井基本上平行于所述第三水平井，并基本上与所述第三水平井共面，但所述附加水平井与所述第三水平井侧向间隔开，并且所述附加水平井彼此侧向间隔开；以及 依次将所述附加水平井的倒数第二个井从生产井转换为用于注入所述气体、蒸汽或液体的注入井，从而使所述含烃地下储层中的石油从所述含烃地下储层中向下移入所述附加水平井的最后一个井中。
3.如权利要求1所述的用于从含烃地下储层采收石油的方法，其中，所述第一介质和所述第二介质为相同介质。
4.如权利要求3所述的用于从含烃地下储层采收石油的方法，其中，所述第一介质包括用于进行原位燃烧的氧化气体、空气或其混合物，所述方法还包括在步骤(iii)之后，在接近所述第一水平井的区域点燃所述含烃地下储层中的烃类，并且通过所述第二水平井和/或通过所述第三水平井从所述地下地层提取燃烧副产物的步骤。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述第一介质和所述第二介质是是可溶于石油的气体。
6.如权利要求4所述的方法，其中所述气体是CO2、轻烃类或其混合物。
7.如权利要求4所述的用于从含烃地下储层采收石油的方法，其中点燃所述烃类并通过所述第二水平井和/或通过所述第三水平井提取燃烧副产物的步骤使燃烧前缘在所述第二水平井和所述第三水平井的方向上从所述第一水平井侧向移动，从而加热所述含烃地下储层中的石油，并使所述石油向下排出，从而通过所述第二水平井和/或所述第三水平井进行收集。
8.如权利要求1所述的用于从含烃地下储层采收石油的方法，其中将气体、蒸汽或液体注入所述第一水平井的所述步骤(iii)包括将所述气体、蒸汽或液体注入所述第一水平井的一端的步骤，并且从所述第二水平井提取石油的步骤包括从所述第二水平井的一端提取所述石油的步骤，所述第二水平井的一端位于所述储层上的、与所述第一水平井的一端位于所述储层上的侧部相对的侧部上。
9.如权利要求1所述的用于从含烃地下储层采收石油的方法，其中将所述气体、蒸汽或液体注入所述第二水平井的所述步骤(vi)包括将所述气体、蒸汽或液态注入所述第二水平井的端部，其中，所述第二水平井的端部位于所述储层上的、与所述第三水平井收集所述石油的端部相对的侧部上。
10.如权利要求1所述的用于从含烃地下储层采收石油的方法，其中将所述气体、蒸汽或液体注入所述第二水平井的所述步骤(Vi)包括将所述气体、蒸汽或液体注入所述第二水平井的第一端，所述第二水平井的所述第一端与所述第三水平井的、收集所述石油的第一端位于所述储层的同一侧。
11.如权利要求1所述的用于从含烃地下储层采收石油的方法，其中所述石油从所述第二水平井和所述第三水平井中每个的第一端进行收集，所述第二水平井和所述第三水平井中每个的第一端都位于所述含烃地下储层的同一侧，将所述气体、蒸汽或液体注入所述第二水平井的步骤(vi)包括将所述气体、蒸汽或液体通过管道注入所述第二水平井的第二端，其中所述管道基本上从所述第二水平井的第一端向所述第二水平井的第二端延伸。
12.如权利要求1所述的用于从含烃地下储层采收石油的方法，所述第二水平井和所述第三水平井中每个的第一端都处于所述含烃地下储层的同一侧，并且将所述气体、蒸汽或液体注入所述第二水平井的步骤(vi)包括将所述气体、蒸汽或液体注入所述第二水平井的第一端，并且从 所述第三水平井提取石油的步骤包括通过管道从所述第三井的第二端提取所述石油，所述管道从所述第三水平井的第一端基本上向所述第三水平井的所述第二端延伸。
13.如权利要求1所述的用于从含烃地下储层采收石油的方法，所述第二水平井和所述第三水平井中每个都具有远侧端和近侧端，所述第二水平井的近侧端和所述第三水平井的近侧端位于所述含烃地下储层相互相对的侧部上。
14.如权利要求1所述的用于从含烃地下储层采收石油的方法，其中所述第一水平井具有基本上沿其长度的多个孔，并且将气体、蒸汽或液体注入所述水平井的步骤包括将所述气体、蒸汽或液体通过所述第一水平井中的孔注入所述含烃地下储层。
15.如权利要求14所述的用于从含烃地下储层采收石油的方法，其中所述第一水平井具有井衬管，所述多个孔位于所述井衬管中，其中所述第一水平井中的衬管中的孔的尺寸或数量从所述第一水平井的第一端向所述第一水平井的第二端逐渐增加，并且将所述气体、蒸汽或液体注入所述第一水平井的第一端。
16.如权利要求1所述的用于从含烃地下储层采收石油的方法，其中所述第二水平井和所述第三水平井中每个都在其中具有多个孔，其中，所述孔的尺寸或所述孔的数量从所述第二水平井和所述第三水平井中每个的第一端向第二端逐渐增加。
17.如权利要求10所述的用于从含烃地下储层采收石油的方法，其中所述第二水平井在其中具有多个孔，其中所述孔的尺寸或所述孔的数量从所述第二水平井和所述第三水平井中每个的第一端向第二端逐渐增加。
18.如权利要求10所述的用于从含烃地下储层采收石油的方法，其中所述第三水平井在其中具有多个孔，其中所述孔的尺寸或所述孔的数量从所述第三水平井的第一端向其第二端逐渐增加。
19.如权利要求10所述的用于从含烃地下储层采收石油的方法，其中所述第二水平井和所述第三水平井中每个都在其中具有多个孔，其中所述孔的尺寸或所述孔的数量从所述第二水平井和所述第三水平井的第一端向所述第二水平井和所述第三水平井的第二端逐渐增加。
20.如权利要求1所述的方法，在步骤(V)或步骤(vi)之后，还包括以下步骤:当从所述第二水平井的石油采收已降至最大采收率的预定部分时，停止将所述气体、蒸汽或液体注入所述第一水平井。
21.如权利要求1所述的用于从含烃地下储层采收石油的方法，其中所述第一水平井具有基本上沿其长度的多个孔，从而将气体、蒸汽或液体注入所述水平井的步骤包括将所述气体、蒸汽或液体通过所述第一注入井中的孔注入所述含烃地下储层。
22.一种用于从含烃地下储层采收石油的行列式方法，所述行列式方法包括以下步骤: (i)钻第一水平井，所述第一水平井位于所述含烃地下储层中的相对高处，并且其中具有多个孔； (?)钻第二水平井，所述第二水平井位于所述含烃地下储层中的相对低处并基本上平行于所述第一水平井； (iii)将氧化气体注入所述第一注入井中，并通过所述第一注入井中的孔注入所述含烃地下储层中，用于在所述含烃地下储层中进行原位燃烧； (iv)在所述含烃地下储层中点燃烃类； (v)从所述第二水平井提取在所述含烃地下储层中向下排出并进入所述第二水平井中的石油； (vi)钻第三水平井，所述第三水平井位于所述含烃地下储层的相对低处，并基本上平行于所述第二水平井，但与所述第二水平井侧向间隔开，并与所述第一水平井比与所述第二水平井更远地侧向间隔开； (vii)暂时或永久地停止从所述第二水平井生产烃类，并将所述第二井转换为注入井; (viii)向所述第二水平井注入所述氧化气体；以及 (ix)从所述第三水平井提取在所述含烃地下储层中向下排出并进入所述第三水平井中的石油。 (χ)在所述储层的低处依次钻附加水平井，所述附加水平井基本上平行于所述第三水平井，并基本上与所述第三水平井共面，但与所述第三水平井侧向间隔开，并且所述附加水平井彼此侧向间隔开；以及 (Xi)依次将所述附加水平井的倒数第二个井从生产井转换为用于注入所述气体、蒸汽或液体的注入井，从而使所述含烃地下储层中的石油从所述含烃地下储层中向下移入所述附加水平井的最后一个井中。
23.如权利要求22所述的用于从含烃地下储层采收石油的方法，其中注入所述含烃地下储层中的气体、蒸汽或液体的体积约等于从位于所述储层的低处的水平井采收的石油的 体积。
【文档编号】E21B43/24GK104024570SQ201180076077
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2011年11月25日 优先权日:2011年11月25日
【发明者】康拉德·阿亚斯 申请人:亚康科技股份有限公司