从含自由水的储层中采油的提取方法和系统与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年12月15日提交的申请号为62/599,439的美国临时申请的优先权，还要求2017年9月6日提交的申请号为62/554,716的美国临时申请的优先权。以上所有内容通过整体引用并入本文。

背景技术：

油是指具有高比重和黏度的原油，因其不易流动而难以得到商业开采。通常，在15.5℃(60°f)(即20api以下)下，这类油的黏度大于1000mpa·s(厘泊)或其比重大于.934kg/m³。油湿储层是油沉积物，其中油是岩石湿润液。通常，由于油对储层岩石的强烈吸附，这些储层的采收率较差。一直以来，人们都在寻求一种方法，通过增加油的流动性来加快产油工艺，进而提高资本回收速度，并降低此类产油项目的财务风险。

一种采油的方法涉及在热激发中使用蒸汽以促进采油。蒸汽提高油的温度，从而降低其黏度并使其更易流动。蒸汽开采系统中两种常用的主要的常规方法为“吞吐法”(即循环汽蒸)和蒸汽驱。蒸汽吞吐会遇到很多问题，包括注入过程中的热损失、黏土膨胀问题、漏失层(thiefzones)、乳液、毛细管表面张力效应以及对较浅区缺少限制。此外，注入蒸汽在地层中产生水(冷凝水)，其黏度远低于油，因此由于相对渗透率的影响会优先产出。水的优先产出则会使油的产出或开采更加困难。

另一种采油方法为蒸汽辅助重力泄油(sagd)。sagd首先在地层中形成蒸汽室。蒸汽从腔室的表面注入。热油在重力的作用下沿腔室的壁流下并流入生产井，从而增大了腔室的尺寸。sagd利用了蒸汽的逆流向上流入储层和油的向下流动流出储层，这在某些情况下是相对高效的，并提供了足够高的产油率以提供可观的经济效益。sagd可能的几何构造有很多种，包括单井(在同一口井注入和生产)和双井或多井。井可以是水平也可以是竖直的。通常水平井受到生产者的青睐，因为水平井对产油区的暴露更广(更长)，从而提高了高黏度油的产率。

还有另一种方法为蒸汽提取(vapex)方法，该方法提出将加热溶剂(丙烷)与在地表加热的热水混合以提供井下热量。由于使用了热水，该过程存在上述问题(逆流热交换、黏土对地层的破坏问题、乳液、毛细管压力、水处理、供水、水的高饱和度引起的降低的油相对渗透率等)。

油湿储层通常需要表面活性剂以改变储层的润湿性。当在驱油机制中加入表面活性剂时，可以通过更典型的方法去除油。不幸的是，错误地使用表面活性剂可能损坏储层而无法修复。

由于人们认为自由水(mobilewater)对所有的强化采油(eor)方式都是有害的，所以从含有自由水的储层中提取时，通常避免使用现有的热溶剂方法和蒸汽辅助重力泄油(sagd)方法。由于对周围岩石的相关高热量损失，薄产油区的开采也不使用sagd方法。

另外，由于实质上更高的储层压力，现有的热溶剂方法无法在碳酸盐储层中进行，从而排除使用冷凝蒸汽或冷凝溶剂方法。而且在方法例如vapex方法中使用加热的丙烷作为溶剂会导致油井的沥青质堵塞，从而导致可采油的大量损失。此外，由于岩石的吸收速率，表面活性剂通常是低成本效率。

尽管将热量或化学物质直接应用于储层或向储层中注入热溶剂被证明在促进采油方面有显著的作用，上述每一种方法都具有产生蒸汽和/或加热溶剂的高能源需求或产生有害反应的缺陷。通常通过燃烧大量的燃料(通常为天然气)来满足能源需求。这导致大量温室气体(例如二氧化碳)的排出。例如，每天产生100,000桶(bbl)的油，需要sagd设备每天将200,000-300,000bbl的水转化为蒸汽。因此，为了使用天然气燃烧器系统每天开采100,000bbl油，每天将产生超过1200万磅的二氧化碳排放量。

因此，需要一种能效高并且成本效益高的方法来促进油的产生，并且这种方法不会产生上述问题，例如沥青质沉积/堵塞。

技术实现要素：

在一个实施方案中，本发明描述了一种用于从含有自由水的油藏中采油的改进的提取方法。所述提取方法建立至少一个注入井和至少一个生产井。可以通过注入井将第一溶剂注入油藏中，以形成合并的第一溶剂和油的混合物。第一溶剂输送至油处时第一溶剂可以与油混溶。可以从至少一个生产井中采收合并的第一溶剂与油的混合物，以产生第一采出油部分和第一溶剂的混合物。随后，所述提取方法可以分离第一采出油部分和第一溶剂的混合物以产生第一采出油部分和分离的第一溶剂。可通过注入井将(或另一个注入井)将第二溶剂注入到油藏中，以形成合并的第二溶剂和残余油的混合物。可以从生产井(或另一个生产井)中采收合并的第二溶剂和残余油的混合物，以产生第二采出残余油部分和第二溶剂的混合物。可以将采出残余油部分和第二溶剂的混合物分离以产生第二采出油部分和分离的第二溶剂。

在一些实施方案中，可以将第一采出油部分与第二采出油部分合并以产生合并的采出油部分，其中合并的采出油部分可包含为约50％-约100％的产率。在通过至少一个注入井将第一溶剂注入油藏的步骤中，第一溶剂的温度可以为约10-约40℃。在通过至少一个注入井将第二溶剂注入油藏的步骤中，第二溶剂的温度可以为约10-约40℃。第一溶剂和第二溶剂的温度可以为油藏的温度。

在一些实施方案中，第一溶剂可以包含甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、萜烯、苯、甲苯、芳香烃、水及其组合。在一些实施方案中，第二溶剂可以包含萜烯、或萜烯的组合、松节油、醇、芳香烃、水及其组合。第二溶剂可以包含至少一种转向剂。所述转向剂可以选自黏性表面活性剂、聚合物、co2和酸。以第二溶剂的体积计，所述转向剂可以约0.01％-约50％的浓度存在。

在另一实施方案中，本公开的提取方法可以包括通过至少一个注入井将第一溶剂注入油藏以形成第一混合物，所述第一混合物包含第一溶剂、第一部分自由水和第一部分油。提取方法还可以包括通过至少一个注入井将第二溶剂注入油藏以形成第二混合物，所述第二混合物包含第二溶剂、第二部分自由水和第二部分油。提取方法还可以包括通过至少一个注入井将水注入油藏，以形成涌入(flooded)的注入的水和油的混合物。水可以是从油藏外来的水，或者是从油藏中采收的水，或其组合。在通过至少一个注入井将第二溶剂注入到油藏中后，可以通过至少一个注入井将水注入到油藏中。

附图说明

本专利的文件包含至少一张彩色附图。根据要求并支付必要的费用，专利商标局将提供带有彩色附图的本专利的副本。

本公开参考附图对示例性实施方案进行描述，其中相似的部分由相似的附图标记表示，并且其中：

图1示出了本公开具体示例性实施方案中从油藏中采油的提取方法；

图2示出了本公开具体示例性实施方案中从油藏中采油的系统；

图3示出了本公开具体示例性实施方案中含自由水和不含自由水的采油示意图；

图4示出了本公开具体示例性实施方案中含自由水和不含自由水的采油示意图；

图5示出了本公开具体示例性实施方案中基于油井配置的油开采；

图6a示出了本公开具体示例性实施方案中的水漏失层(waterthiefzone)；并且

图6b示出了本公开具体示例性实施方案中的水漏失层。

具体实施方式

在一些实施方案中，本公开涉及一种从含有油和自由水的油藏或储层中采油的提取方法。所述提取方法采用第一溶剂和第二溶剂或其组合，它们可以由注入井提供至或注入油藏。第一溶剂和第二溶剂可以在储层温度、储层压力、大于储层压力下注入。根据一些实施方案，与不含有第一溶剂和第二溶剂的相应的提取方法相比，使用第一溶剂和第二溶剂的提取方法有望提供更多的采出油部分。本公开所述的使用第一溶剂和第二溶剂的提取方法，有望在油藏中对自由水进行置换，这可以增强第一溶剂或第二溶剂与油的传输、扩散、接触或其组合。可以通过一个或多个生产井采收第一溶剂、第二溶剂、油、水或其组合。

如上所述，第一溶剂和第二溶剂可以在储层温度或油藏温度下从一个或多个注入井中注入到油藏中。例如，由于油藏温度可能为约10-约40℃，第一溶剂、第二溶剂或其组合可以在约10-约40℃的温度下被注入到油藏中。在油藏温度下注入第一和/或第二溶剂有利于提高提取方法的采出油部分的产率。

示例的实施方案在图1-6b中示出。图1示出了从含自由水的油藏中采油的提取方法。图2示出了从油藏中采油的系统。图3示出了本公开具体示例性实施方案中含自由水和不含自由水的采油示意图。图4示出了含自由水和不含自由水的采油示意图。图5示出了基于油井配置的油开采。图6a和图6b示出了本公开具体示例性实施方案中的水漏失层。

图1示出了从含自由水的油藏中采油的提取方法100。提取方法100可以包括以下步骤：(a)建立一个或多个注入井和一个或多个生产井110，(b)通过至少一个注入井将第一溶剂注入油藏以形成第一混合物，所述第一混合物包含第一溶剂、第一部分自由水和第一部分油120，从至少一个生产井中采收第一混合物以产生第一采出油混合物，所述第一采出油混合物包含第一溶剂、第一部分自由水和第一部分油130；(d)分离第一采出油混合物以产生与第一部分自由水和第一溶剂分离的第一采出油部分140，并采收第一采出油145。另外，所述方法可以包括回收分离出的第一溶剂的步骤135。

上述提取方法100还包括以下步骤：(e)通过至少一个注入井将第二溶剂注入油藏以形成第二混合物，所述第二混合物包含第二溶剂，第二部分自由水和第二部分油150；(f)从至少一个生产井中采收第二混合物以产生第二采出油混合物，所述第二采出油混合物包含第二溶剂、第二部分自由水和第二部分油160；并且(g)分离第二采出油混合物以产生与第二部分自由水和第二溶剂分离的第二采出油部分170。第二采出油部分可包含储层水。合并的采出油部分可提供为约50％-约100％的产出。所述产出包括采油方法起始时包含在油藏中的油的百分比。例如，在采油的最初10年内，合并的采出油部分可提供在提取方法前油藏中存在的油的约50％-约90％的产出，但可能会在25年内逐步增加至完全开采或达到100％的产出。可以合并第一采出油部分和第二采出油部分190。另外，可以回收分离出的第二溶剂165。

第一溶剂注入到油藏中120和第二溶剂注入到油藏中150可以反复地、同时地和按顺序地进行。在一些实施方案中,可以不使用第二溶剂。在其它实施方案中，可注入第一溶剂且随后将第二溶剂注入油藏。第二溶剂有望使得沥青质溶解，这可以减轻沥青质沉积的影响。在一些实施方案中，可以将第一溶剂与第二溶剂合并，然后将合并的溶剂混合物注入油藏。可以将第一溶剂和第二溶剂以各种比例混合，然后注入油藏。例如，第一溶剂与第二溶剂的比例可包括约1:99-约1:1。另外，第一溶剂与第二溶剂的比例可包括约1:1-约99:1。

第一溶剂和第二溶剂可以在约10-约40℃的温度和高于原始储层压力约50-约1500kpa的压力下注入到油藏中。另外，提取方法可以在不使用表面活性剂的情况下进行，其中表面活性剂的使用需要另外的纯化步骤以从最终的油产品中除去表面活性剂。因此上述提取方法100具有优于常规方法的优点，优点包括更高的采油率、更低的资本需求、在破裂压力以下进行溶剂注入以及维持总的储层压力。而且上述双溶剂提取方法100可以置换自由储层水并在油藏内部深处扩散，这可以提供更高的与自由水接触的采出油的产率，而这是常规方法无法获得的。

提取方法100可以适用于油的提取，包含从例如碳酸盐岩石沉积物(例如白云石或石灰石储层)的油藏和湿油储层中的重油和轻油，也可用于其它地层，例如油砂矿床。混合冷溶剂方法100可以使用对水润湿、油润湿和部分润湿的储层进行优化的溶剂的组合。

上述提取过程100还可包括水驱或注水阶段。在某些情况下，当注入井和生产井之间没有流动通道时，在溶剂注入之前注水是可取的。在第二溶剂注入到油藏的步骤150之后，并且在采收合并的第二溶剂/油混合物的步骤160之后，也可以将水注入到油藏中。可以用淡水或提取方法100中采出的自由水进行注水。后期注水也是可行的溶剂注入步骤。

分离第一采出油混合物以产生与第一部分自由水和第一溶剂分离的第一采出油部分140或者分离第二采出油混合物以产生与第二部分自由水和第二溶剂分离的第二采出油部分170还包括对第一溶剂或第二溶剂的纯化。所述分离可包括与水的分离，且然后从产出的油中回收溶剂。水可以是回收的自由水。例如，回收的第一溶剂或回收的第二溶剂可以在将它们再循环回到提取方法100之前进行蒸馏。

上述提取方法100可以促进油藏中沥青质沉积的清除，这可以提高采出油的产率、质量和纯度。减少、清除、防止和/或减轻沥青质沉积有望减少和/或避免孔的堵塞或阻塞，并可保持通往生产井的开放流动路径，从而可提高储层中油的提取能力。

上述提取方法100可以通过分批注入、连续注入或其组合进行。另外，溶剂注入方法、注入压力和注入速率可以根据油藏中的采油产率进行周期性或即时性的调整。

上述方法100中第一溶剂和第二溶剂的选择可考虑是否便于使用、可回收性、商品价格和适用性。例如，第一溶剂可以包含轻烃，例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷及其组合。在提取方法中使用包含丙烷的烃类溶剂作为第一溶剂，可提供油的原位脱沥青，这可提供商业上增强的产品的产生以供销售。

第二溶剂可以是非石油基的“绿色”溶剂。例如，所述非石油基的绿色溶剂可以源自加工过的生物质，或木材、纸浆、造纸工业的副产品或其组合。第二溶剂可以包含生物基萜烯，例如柠檬烯。第二溶剂可以包含萜烯或萜烯的组合、松节油、醇、芳香烃或其组合。萜烯可以是半萜、单萜、倍半萜、二萜、三萜、四萜及其组合。醇可以为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇及其组合。芳香烃可以为苯、甲苯、二甲苯及其组合。

第二溶剂可以包含转向剂，其可期望地激励油藏，与不具有转向剂的相应的第二溶剂相比，可以提供第二溶剂的均匀的注入性剖面。转向剂可以是黏性表面活性剂、聚合物、co2、或其结合。与不具有转向剂的相应的提取方法相比，包含转向剂的提取方法可期望的提供增加的驱扫效率、增加的采出油产率，或其组合。以第二溶剂的体积计，第二溶剂中的转向剂的浓度可以为约1％-约50％。例如，以第二溶剂的体积计，第二溶剂可以包含约10％浓度的co2。

第一和第二溶剂可以具有相同或不同的黏度。例如，第二溶剂的黏度可以高于第一溶剂，相比于使用包含黏度比第一溶剂低的第二溶剂的提取方法，其可提供增加的采油率。在这种情况下，使用黏度较小的第一溶剂建立注入井和生产井的连接，然后注入黏度较高的第二溶剂，可以补偿油藏中的窜槽趋势。另外，其有可能确保减轻沥青质沉积，并接触和采收高百分比的油。

图2示出了从油藏中采油的系统200。所述系统200包括第一溶剂储存器210、注入井230、第二溶剂储存器220、和油藏240、生产井250、生产处理设施255和采出油储存器280。所述生产处理设施255可以从第一采出油中分离出第一溶剂、从第一采出油中分离出水、从第二回收溶剂和油的混合物中分离出第二溶剂、从第二回收溶剂和油的混合物中分离出水、蒸馏采收的溶剂、回收第一溶剂、回收第二溶剂、蒸馏采出油、纯化采出油或其组合。

在上述系统200中，注入井230通过第一溶剂流215连接至第一溶剂储存器210。注入井230通过第二溶剂流225连接至第二溶剂储存器220。油藏240通过注入流235连接至注入井230。生产井250通过采收流245连接至油藏240。任选地，生产处理设施255可以通过第二溶剂回收流260连接至第二溶剂储存器220。任选地，生产处理设施255可以通过第一溶剂回收流270连接至第一溶剂储存器210。生产处理设施255可以通过采油流265连接至生产井250。采出油储存器280可以通过采出油流275连接至生产处理设施255。

另外，在上述系统中200，注入井230配置为通过第一溶剂流215接收来自第一溶剂储存器210的第一溶剂。注入井230配置为通过第二溶剂流225接收来自第二溶剂储存器220的第二溶剂。生产处理设施255配置为接收来自生产井250的采油流265。采出油储存器280配置为通过采出油流275接收来生产处理设施255的采出油。第一溶剂储存器210配置为通过第一溶剂回收流270接收来自生产处理设施255的回收的第一溶剂。第二溶剂储存器220配置为通过第二溶剂回收流260接收来自生产处理设施255的回收的第二溶剂。在一些实施方案中，所述系统200可以包括表面处理设施。表面处理设施可以从采出油中提取水，回收溶剂，可精炼采出油及其组合。可以配置系统，来适应情况并改善方法的结果。例如，可以调节系统的组件，包括组件的垂直间距、组件的水平间距、组件之间的长度、系统的长度、油藏的相对高度、生产井的垂直位移、注入井的垂直位移及其组合。

受益于本公开的本领域的技术人员应当理解，在不脱离本本文所含描述情况下，可以设想用于从包含自由水的油藏中提取油的其它等同的或替代的组合物、装置、工艺、方法和系统。因此，所示和所述的实施本公开的方法仅被解释为说明性的。

在不脱离本公开的范围的情况下，本领域技术人员对部件的形状、尺寸、数量和/或布置进行各种改变。例如，溶剂和提取物的位置和数量可以改变。在一些实施方案中，溶剂可以互换。另外，可以放大或缩小装置和/或系统的尺寸以适合从业者的需求和/或期望。根据一些实施方案，每个公开的工艺、方法和方法步骤可以与任何其他公开的方法或方法步骤相关联并且以任何顺序执行。除非另有指示，否则在出现动词“可能”的地方，其意图是表达可选和/或允许条件，但其用途并不意在表明缺乏任何可操作性。当使用例如“含有”或“包含”等开放式术语时，受益于本公开的本领域的一般技术人员应当理解，所公开的特征或步骤可以任选地与附加特征或步骤组合。所属选项可能不进行，并且实际上，在一些实施方案中，所公开的系统、组合物、设备和/或方法可以排除本文公开的特征或步骤以外的任何其它特征和步骤。根据需要或要求，可以包括或排除未列举的原件、组合物、装置、系统、方法和方法步骤。本领域技术人员可以在制备和使用本公开的组合物、装置和/或系统的方法中进行各种改变。

同样地，在给出范围的情况下，所公开的端点可以视为特定实施方案所需或要求的精确和/或近似值。如果端点是近似的，则灵活程度可与范围的数量级成比例地变化。例如，一方面，在约5到约50的范围内，约50的范围端点可包括50.5，但不包括52.5或55，另一方面，在约0.5到约50的范围内，约50的范围端点可包括55，但不包括60或75。另外，在一些实施方案中，这可能是期望的，以混合和匹配范围端点。同样地，在一些实施方案中，公开的每张图(例如一个或多个示例、表格和/或附图)可形成范围的基础(例如，所描绘的值+/-约10％、描绘的值+/-约50％、描绘的值+/-约100％)和/或范围终点。关于前者，示例、表格和/或图中所描绘的值50可形成例如约45-约55、约25-约100和/或约0-约100的范围的基础。除非另外指示，所公开的百分比是体积百分比。

用于从含有自由水的储层中提取或采收油的系统的全部或一部分可配置和布置成一次性的、可用的、可互换的和/或可替换的。这些等价物和替代方案以及明显改变和修改意图包括在本公开的范围内。因此，前述公开内容意图说明而非限制由所附权利要求所说明的本公开范围。

名称、摘要、技术背景和标题根据法规和/或为方便阅读而提供。他们不包括现有技术范围和内容的许可，没有适用于所有公开的实施方案的限制。

实施例

本公开的一些具体示例性实施方案可通过本文提供的一个或多个示例说明。

实施例1：相距10m自由水与非自由水的启动(start-up)比较

在油润湿的重油藏中，使用溶剂混合物代替油。在本实施例中，在两个注入井之间放置一个生产井，并且注入井与生产井之间的距离为10m。在含有自由水或不含自由水的情况下的采收率如图3所示。

实施例2：相距40m自由水与非自由水的启动比较

在油润湿的重油藏中，使用溶剂混合物代替油。在本实施例中，在两个注入井之间放置一个生产井，并且注入井与生产井之间的距离为10m。在含有自由水或不含自由水的情况下的采收率如图4所示。如图4所示，除非存在自由水，否则将注入井(injector)与生产井(producer)之间的距离从10m增加至40m会降低生产的可行性。

实施例3：溶剂组成与最佳井配置的比较

在与实施例1相似的情况下，如果在不同的深度(在地层中较高或较低的地方，取决于溶剂混合物的组成)注入第二生产井以增加生产井，可以实现加速生产并提高驱扫效率。额外加入的井可以产生新的替代途径，并且相对于时间可将驱扫效率提高几个数量级。如图5所示，采用交错的油井配置可以得到期望的采油量。

在水/油界面的附近的油井布置可以使溶剂快速扩散，并可以获取大量的油。与vapex型方法相比，其可以加速生产并可成为一个优选项。

实施例4：水漏失层的存在

如图6a和6b所示，水漏失层的存在有利于将溶剂从注入井运送至生产井中，增加油/溶剂的接触并加速产油。在这种情况下，预计水的产量将高于前述情况。