通过热流体注入原位改质的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于综合采油和原位（在储油层中）改质重油和油砂浙青的系 统、设备和方法。通过在促进烃改质的条件下将包括减压或常压渣油馏分或脱浙青油的热 流体引入到生产井中，该系统、设备和方法能够提高重油在生产井中的采油率。所述方法可 以进一步包括引入氢气和催化剂与所述热流体注入生产井一起进行以进一步促进烃改质 反应。另外，本发明还涉及常规储油层中的高效产油方法。
【背景技术】
[0002] 重油或浙青的原位采油方法通常用于储油层上覆盖层深度对于以经济方式使用 的地表开采技术来说过大的情况。由于具有高粘性，重油或浙青不像轻质油那样容易流动。 因此大部分浙青采油工艺包括降低浙青的粘度使得浙青更加容易流动以及能够从储油层 流动到生产井。降低浙青的粘度可以通过提高浙青的温度和/或用溶剂稀释浙青来实现。
[0003] 蒸汽辅助重力泄油（SAGD)
[0004] 蒸汽辅助重力泄油（SAGD)是一种从地下储油层提取浙青的已知技术。在典型的 SA⑶工艺中，两个水平井（即底部井和顶部井）被基本上平行地钻出，并且在不同的深度彼 此覆盖。底部井是生产井，通常恰好位于储油层之上。顶部井是注入井，通常位于生产井上 方大约5?10米。蒸汽注入顶部井以在底层内形成蒸汽室，随着时间的推移，主要在垂直方 向向储油层的顶部以及向生产井的底部形成蒸汽室。蒸汽使储油层内部浙青周围的温度升 高，降低浙青的粘度并且使浙青和冷凝蒸汽在重力作用下流动进入更低位置的生产井。浙 青和冷凝蒸汽从采油井或者流动或者泵入表面进行分离和深加工。在地面，分离后的浙青 通常混合有稀释剂使得浙青和稀释剂能够容易地通过管道输送到炼油厂。在炼油厂，稀释 剂被去除并且浙青经过不同的处理工艺进行分离、改质为有用的产品。主要地，浙青会经过 真空蒸馏过程从浙青中分离残余物、重质组分、轻质组分以用于不同的改质工艺。
[0005] SAGD-般是回收重油或浙青的非常有效的方法。然而，众所周知，SAGD存在高的 成本和操作成本的缺点，尤其是涉及到在采油现场建造和操作蒸汽发生设备和采油系统。 另外，SA⑶还必须有大量的水，采油现场必须有水源或者水需要运输到采油现场。SA⑶还 需要大量的燃料来提高水的温度用来产生蒸汽。更进一步地，从回收水中生产高质量的蒸 汽还需要在表面进行相当程度的调整（conditioning)以在将回收水再次转化为蒸汽之前 清洁回收水。该调整通常要求与所生产的浙青混合的回收水必须首先与所生产的浙青分 离，然后经过进一步的清洁以去除水中的任何残余污染物。经过这些清洁步骤后，回收水然 后必须经过再加热以生产用于后来再引入到储油层中的高质量蒸汽。同样地，清洁和再加 热步骤需要大量的额外能源以驱动清洁工艺以及再加热回收水使其转变为蒸汽。尽管上述 工艺的一些能源可以通过热交换器回收，但是该工艺的低效率导致需要大量的能源输入到 该系统中。
[0006] 因此，虽然SAGD工艺是有效地，但是大规模的SAGD生产存在相当的环境成本，具 体地，SA⑶具有比其他形式的烃生产工艺更大的碳足迹。其结果是，有必要改进重油生产 方法的效率，特别是改善从重油储油层生产重油的环境冲击。
[0007] 垂直注入井/生产井
[0008] 其它采油技术包括使用一种或多种垂直井作为将热量引入储油层的通道来促进 烃流动。例如，单一垂直井可以利用循环蒸汽刺激法，包括蒸汽注入、浸透和生产这样的连 续周期。同样地，可以利用二个或更多个相互接近的垂直井，在其中热量被引入到储油层的 启动之后，一个或多个井被利用提供热量到储油层并且一个或多个井被利用作为产油井/ 生产井。
[0009] VAPEX
[0010] 另一种众所周知的浙青或重油原位采油方法是气相萃取法（VAPEX)，包括注入气 相溶剂（例如丙烷、乙烷、丁烷等）到上部注入井，溶剂在此冷凝并与浙青混合来降低浙青 的粘度。浙青和溶解的溶剂随后在重力作用下流入更低的产油井，并由产油井被带到地面。 [0011] VAPEX通常被认为是一种比SAGD更加环境友好和更加具有商业可行性的方法，因 为VAPEX不需要大量的水和蒸汽发生装置，而这些是SA⑶必须需要的。然而，气体溶剂通 常需要输送到生产现场，并且需要冗长的启动间隔，因此该方法需要比蒸汽法更长的气态 溶剂蒸汽室。
[0012] 另外，VAPEX是在正常储油层温度下进行的非热过程，因此对于促进改质反应过程 不是有效的。
[0013] 因此，VAPEX方法的广泛使用也存在显著的限制。
[0014] 催化改质
[0015] 为了改质和开采重油和浙青，某些方法可以结合使用加氢裂化催化剂来协助采油 /改质工艺。然而，加氢裂化催化剂颗粒在水存在的条件下分散不好，因为催化剂矿物质倾 向于优先移动到水相，因此，对于烃化合物反应不太适用。另外，由于水的较低粘度，所以水 对于将分散的颗粒输送通过底层具有有限的能力。因此，当蒸汽和水都没有催化剂中毒时， SAGD室中的分散颗粒仍然被冷凝水和蒸汽控制，这被认为具有重大的技术挑战。
[0016] 此外，在温度低于150°C时，对于催化剂颗粒和气体例如氢气的有效混合，浙青或 者减压渣油的粘度通常被认为是过高的。换句话说，在高粘度的浙青中，反应时间是较慢 的，这因为由于相对低能量水平而导致的在动力学最大值上的传质限制。
[0017] 提高的采油率
[0018] 除了重油储油层，其他类型的储油层包括具有过去的峰值产量和碳酸盐地层的常 规储油层继续被研究以获得新型或提高的采油率（EOR)技术。在具有降低生产率的常规储 油层中，仍然需要促进采油率和/或降低此类储油层衰减速率的成本有效的方法。此外， 从不同碳酸盐地层生产烃的技术持续被关注，这是因为石油公司寻求开发这些类型的储油 层。由此，新型的EOR技术深受关注。
[0019] 现有技术
[0020] 现有技术中存在很多石油开采技术的实例。例如，已经提出了利用蒸汽和溶剂注 入进行开采的技术。美国专利公开号2005/0211434教导了一种SAGD开采工艺，其使用较 高成本的生产启动阶段和较低成本的后续生产阶段，在启动阶段，蒸汽和重质烃溶剂被注 入到储油层中，在后续生产阶段，注入轻质烃溶剂以辅助提高浙青的流动性能。
[0021] 美国专利U. S. Patent 4, 444, 261教导了一种改进在石油开采过程（其中垂直生 产井与垂直注入井相互隔离）中蒸汽驱动过程的波及系数的工艺。在这种技术中，蒸汽通 过注入井被导入地层中，直到蒸汽流动发生或者地层的上部空间出来蒸汽区域。接下来，高 分子量的烃化合物作为导入流体在高温下（500-1000° F)被注入到蒸汽区域，并且待其冷 凝直至其在蒸汽区域形成固定的块状物。一旦块状物形成，即恢复蒸汽注入，块状物引导蒸 汽通过较低的块状物至较低的蒸汽区域，由此使较低位置的石油能够流动。在另一个实施 例中，美国专利号6, 662, 872教导将SAGD类型开采系统中的蒸汽和抽真空过程相结合。
[0022] 由于改质通常被用于在开采之后的浙青或重质油，所以几种技术提出了原位改质 的概念，由此重质油的粘度永远地在降低，并且其API比重在石油被生产时是增加的。例 如，美国专利号6, 412, 557教导了一种在地下储油层中原位改质浙青的工艺（改质催化剂 被固定在下部井底）以及原位燃烧工艺，该原位燃烧工艺被用于提供热量以促进完全改质 工艺。
[0023] 在另外的实施例中，美国专利号7, 363, 973公开了一种使用溶剂蒸汽在SAGD操作 中刺激重油生产的方法（其中可能涉及原位改质），美国专利公开号2008/0017372公开了 一种利用C3+(尤其是C3-C10)溶剂在SAGD类型采油体系中进行原位开采重油和浙青的方 法。考虑到溶剂与浙青的接触，改质过程是必然发生的。
[0024] 更进一步的实施例是美国专利公开号2006/0175053描述了一种改善原油开采的 方法。该方法利用隔热管输送热流体到容易提取的地层。热流体可能包括石蜡和浙青质。
[0025] 因此，虽然继续开发不同的技术以改进SAGD和VAPEX的常规方法，但仍然需要改 进原位开采方法，其中大量水或气态溶剂不需要被运输到生产区，也不需要在储油层存在 大量蒸汽和水。此外，更经济、有效的且能够开采更高比例石油的改质技术的改进形式通常 是需要的。
[0026] 再者，同样还需要用于常规储油层和碳酸盐地层的改进的EOR和采油技术。
【发明内容】
[0027] 根据本发明，提供了用于在含烃地层内原位改质烃的系统和方法。
[0028] 在第一方面，提供