用于改善注入和储层采收的井下油/水分离系统的制作方法
【专利摘要】利用DOWS系统处理含烃储层的方法和系统包括形成与第一和第二含烃地层(30，50)这两者流体连通的第一和第二DOWS系统井(110，150)。第一井具有向上流动的DOWS单元(130)，而第二井具有向下流动的DOWS单元(170)。DOWS单元将采出液分离成富水流体(136)和被输送到地面(10)的富烃流体(134)。这两个井均具有注入区和开采区。操作DOWS系统，使得来自第一DOWS井(110)的富水流体(136)被引入到第一含烃地层(30)中，来自第二DOWS井(150)的富水流体(136)被引入到第二含烃地层(50)中，来自第二含烃地层(50)的采出液(132)被引入到第一DOWS井(110)中，并且来自第一含烃地层(30)的采出液(132)被引入到第二DOWS井(150)中。
【专利说明】
用于改善注入和储层采收的井下油/水分离系统
技术领域
[0001]本发明的领域涉及地下原油矿床的开采。更具体而言，本发明的领域涉及一种使用井下油/水分离(DOWS)系统来改善地层水的注入和使用以及改善多个含烃地层的烃采收的系统和方法。
【背景技术】
[0002]在本领域中，开采烃流体(原油、天然气凝析油)的井下油/水分离(DOWS)系统已被使用了近20年。石油和天然气行业的工程师开发出了在井内部将烃与水分离的各种技术。如果能够避免提升、处理和回注采出水的整个过程，则可以降低成本和环境影响。其思想是，在富水流被重定向并注入到地下地层(例如，第二支井或储层的非含烃多孔部)而不被提升到地面的同时，将富烃流体开采到地面。
[0003]采出水的管理对操作者和环境而言存在挑战和成本。采出水是与原油、天然气凝析油或天然气一起被带到地面的地下地层水。通常情况下，采出水是与石油和天然气开采相关联的最大(以体积计)副产品或废物(取决于在其它过程中采出水如何使用hDOWS系统旨在减少被开采到地面的水的量，以最大程度地减少分离和处理水所需的地面设施要求。除了用于处理含水烃所需的临时或永久现场基础设施之外，考虑到所需化学品和添加剂的量，烃流体的每桶采出水的分离、处理和处置可能比较昂贵。在采出水已被提升到地面并与石油或天然气产物分离之后，管理每桶采出水的成本可能在从低于$0.01到高于几美元的范围内。利用一些DOWS系统，与现场没有这样的系统而可能开采到地面的采出水相比，可以将采出水减少多达75 %。
[0004]目前使用两种基本类型的DOWS系统。一种系统使用水力旋流器来机械地将油与水分离并且将这两种产物彼此远离地引导。另一种DOWS系统依靠在井筒中发生的重力分离。还存在潜在可被使用的第三种类型-基于膜分离的系统，但考虑到其它两种系统是成熟的并且被证明是具有已知经济可行性的技术，因此该第三种系统还没有被广泛接受。
[0005]DOWS系统设想使用单个井，在该井中，油/水混合物被提升到DOWS系统，经由水力旋流器或重力分离分离出流体组分，并将水注入到“合适的”地层中，该地层与正在开采的含烃地层不同且不连通(除了经由井进行连通)。
[0006]然而，DOWS系统遭受一些系统性问题。许多DOWS系统因各种因素而被弃用或不再以它们的全部潜力工作。一个原因可能包括对于用于接纳采出水(包括砂、不溶性盐、矿物质和粘土的细粒;烃残留物)的地层而言在注入区出现堵塞或低渗透率。注入地层通常与含有DOWS系统的井流体接触并且通常是含水地层或者是诸如砂岩等天然渗透性地层。另一个原因是具有高含水率，其中，水分完全超过DOWS系统将烃与水有效分离的能力。注入地层与含烃地层的较差流体隔离可能对于DOWS系统而言是致命的。如果隔离不充分，则注入物(采出水)可能迀移到开采区，从而使开采出的烃与地层水的流体流动路径短路，并重新进入开采穿孔中。这导致采出水循环，并且烃开采下降到几乎为零。井筒环面或套管表面中的腐蚀和结垢也可能是主要因素，因为这可能会堵塞采出水的流动路径。
【发明内容】
[0007]一种可操作地用于从多个含烃地层采收富烃流体的井下油/水分离(DOWS)系统包括第一DOWS系统井，第一DOWS系统井具有限定了内部的第一井筒壁，从地面延伸到含烃储层中，使得第一DOWS系统井穿透位于含烃储层内的第一含烃地层和第二含烃地层这两者，具有位于内部中的向上流动的DOWS单元，使得第一 DOWS系统井的位于向上流动的DOWS单元上方的部分与第一 DOWS系统井的位于向上流动的DOWS单元下方的部分被密封隔离而不流体连通，具有位于向上流动的DOWS单元上方且与第一含经地层和向上流动的DOWS单元这两者流体连通的注入区，并且具有位于向上流动的DOWS单元下方且与第二含烃地层和向上流动的DOWS单元这两者流体连通的开采区。各个DOWS单元可操作地将采出液分离成富水流体和富烃流体。DOWS系统包括第二 DOWS系统井，第二 DOWS系统井具有限定了内部的第二井筒壁，从地面延伸到含烃储层中，使得第二DOWS系统井穿透位于含烃储层内的第一含烃地层和第二含烃地层这两者，具有位于内部中的向下流动的DOWS单元，使得第二 DOWS系统井的位于向下流动的DOWS单元上方的部分与第二 DOWS系统井的位于向下流动的DOWS单元下方的部分被密封隔离而不流体连通，具有位于向下流动的DOWS单元下方且与第二含烃地层和向下流动的DOWS单元这两者流体连通的注入区，并且具有位于向下流动的DOWS单元上方且与第一含烃地层和向下流动的DOWS单元这两者流体连通的开采区。
[0008]各个DOWS系统井可操作地将富烃流体输送到地面，通过开采区从含烃地层抽吸采出液以及通过注入区将富水流体注入到含烃地层中。各个含烃地层具有渗透率。
[0009]第二含烃地层与第一含烃地层除了通过向上流动的DOWS单元连通之外不流体连通。第一含烃地层与第二含烃地层除了通过向下流动的DOWS单元连通之外不流体连通。
[0010]—种使用DOWS系统对含有富烃流体的含烃储层进行开采的方法包括以下步骤:操作DOWS系统，使得存在于第一 DOWS系统井的开采区中的采出液被引入到向上流动的DOWS单元中，其中，向上流动的DOWS单元将采出液分离成富水流体和富经流体，富水流体被输送到第一DOWS系统井的注入区，而富烃流体被输送到地面。操作DOWS系统，使得存在于第二DOWS系统井的开采区中的采出液被引入到向下流动的DOWS单元中，其中，向下流动的DOWS单元将采出液分离成富水流体和富烃流体。富水流体被输送到第二DOWS系统井的注入区，而富烃流体被输送到地面。操作DOWS系统，使得采出液从第二含烃地层被开采到第一 DOWS系统井的开采区中，并且第一DOWS系统井的注入区中的富水流体被引入到第一含烃地层中。操作DOWS系统，使得采出液从第一含烃地层被开采到第二DOWS系统井的开采区中，并且第二DOWS系统井的注入区中的富水流体被引入到第二含烃地层中。
[0011 ]在可选实施例中，该方法可以包括:监测将富水流体引入到第一含烃地层中的速率；以及调节将富水流体引入到第二含烃地层中的速率。可选地，将富水流体引入到第一含烃区域中的速率与将富水流体引入到第二含烃区域中的速率之差可以不太显著。可选地，各个含烃地层具有渗透率，并且第一含烃地层的渗透率与第二含烃地层的渗透率之差可以不太显著。
[0012]在其它可选实施例中，该方法可以包括如下步骤:监测从第一含烃地层开采采出液的速率；以及调节从第二含烃地层开采采出液的速率。可选地，第一含烃地层的开采速率与第二含烃地层的开采速率之差可以不太显著。各个含烃地层具有渗透率，并且第一含烃地层的渗透率与第二含烃地层的渗透率之差并不显著。
[0013]在本发明的可选实施例中，一种用于形成可操作地从含烃储层采收富烃流体的DOWS系统的方法包括如下步骤:形成从地面延伸到含烃储层中的第一 DOWS系统井，使得第一 DOWS系统井穿透位于含烃储层内的具有第一渗透率的第一含烃地层和具有第二渗透率的第二含烃地层，其中，第一井筒壁限定了第一 DOWS系统井的内部。将向上流动的DOWS单元弓丨入到第一DOWS系统井中，使得第一DOWS系统井具有与第一含烃地层和向上流动的DOWS单元这两者流体连通的注入区以及与第二含烃地层和向上流动的DOWS单元这两者流体连通的开采区，并且向上流动的DOWS单元定位成使得:内部的位于向上流动的DOWS单元上方的部分与内部的位于向上流动的DOWS单元下方的部分被密封隔离而不流体连通。形成从地面延伸到含烃储层中的第二 DOWS系统井，使得第二 DOWS系统井穿透位于含烃储层内的具有第一渗透率的第一含烃地层和具有第二渗透率的第二含烃地层，其中，第二井筒壁限定了第二DOWS系统井的内部。将向下流动的DOWS单元引入到第二DOWS系统井中，使得第二DOWS系统井具有与第二含烃地层和向下流动的DOWS单元这两者流体连通的注入区以及与第一含经地层和向下流动的DOWS单元这两者流体连通的开采区，并且向下流动的DOWS单元定位成使得:内部的位于向下流动的DOWS单元上方的部分与内部的位于向下流动的DOWS单元下方的部分被密封隔离而不流体连通。各个DOWS单元可操作地将采出液分离成富水流体和富烃流体。
[0014]在可选实施例中，各个含烃地层可以具有渗透率，并且第一含烃地层的渗透率与第二含烃地层的渗透率之差可以不太显著。
[0015]在本发明的又一可选实施例中，一种可操作地用于从多个含烃地层采收富烃流体的DOWS系统包括第一DOWS系统井。第一DOWS系统具有限定了内部的第一井筒壁;从地面延伸到含烃储层中，使得第一DOWS系统井穿透位于含烃储层内的第一含烃地层和第二含烃地层这两者；具有位于内部中的向上流动的DOWS单元，使得第一 DOWS系统井的位于向上流动的DOWS单元上方的部分与第一 DOWS系统井的位于向上流动的DOWS单元下方的部分被密封隔离而不流体连通；具有位于向上流动的DOWS单元上方且与第一含烃地层和向上流动的DOWS单元这两者流体连通的注入区；并且具有位于向上流动的DOWS单元下方且与第二含烃地层和向上流动的DOWS单元这两者流体连通的开采区。第二DOWS系统井具有限定了内部的第二井筒壁;从地面延伸到含烃储层中，使得第二DOWS系统井穿透位于含烃储层内的第一含烃地层和第二含烃地层这两者；具有位于内部中的向下流动的DOWS单元，使得第二 DOWS系统井的位于向下流动的DOWS单元上方的部分与第二 DOWS系统井的位于向下流动的DOWS单元下方的部分被密封隔离而不流体连通，其中，DOWS单元可操作地将采出液分离成富水流体和富烃流体;具有位于向下流动的DOWS单元下方且与第二含烃地层和向下流动的DOWS单元这两者流体连通的注入区；并且具有位于向下流动的DOWS单元上方且与第一含烃地层和向下流动的DOWS单元这两者流体连通的开采区。各个DOWS系统井可操作地将富烃流体输送到地面，通过开采区从含烃地层抽吸采出液以及通过注入区将富水流体注入到含烃地层中。DOWS单元可操作地将采出液分离成富水流体和富烃流体。各个含烃地层具有渗透率。第二含烃地层与第一含烃地层除了通过向上流动的DOWS单元连通之外不流体连通，以及第一含烃地层与第二含烃地层除了通过向下流动的DOWS单元连通之外不流体连通。
[0016]在可选实施例中，第一含烃地层的渗透率与第二含烃地层的渗透率之差可以不太显著。
[0017]在其它可选实施例中，可选地，系统可以包括电潜栗(ESP)t3ESP可以位于向下流动的DOWS单元下方的注入区中，并且能够可操作地将富水流体注入到第二含烃地层中。可选地，ESP可以位于向上流动的DOWS单元上方的注入区中，并且能够可操作地将富水流体注入到第一含烃地层中。可选地，ESP可以位于DOWS单元上方的开采区中，并且能够可操作地将富烃流体输送到地面。
[0018]在其它可选实施例中，系统可以包括控制系统。控制系统能够可操作地监测从DOWS系统井开采出的富烃流体的流量。可选地，控制系统能够可操作地监测从DOWS单元注入的富水流体的流量。可选地，控制系统能够可操作地监测DOWS系统井的注入区内的压力。控制系统能够可操作地控制ESP的操作，并且可选地，控制系统可操作地监测被输送到地面的富烃流体的水质。
[0019]尽管第一渗透率和第二渗透率之差通常并不显著，但在所服务的多个含烃地层的渗透率存在显著差异的情况下，DOWS系统仍能够可操作地起作用。
[0020]该方法和系统使用至少两个相邻的井筒。各个井延伸穿过多个含烃地层。各个井从不是相同地层的多个含烃地层之一开采由烃/水混合物构成的采出液。例如，第一井接收来自第一含烃地层的采出液，而第二井接收来自第二含烃地层的采出液。各个井从所接收到的采出液烃/水混合物中分离出水，并且将富水流体(其含有极少的烃和诸如砂等可能的不溶物)引回到另一井正使用的含烃地层中来开采采出液。富水流体中的烃的量小于约500ppm。通过将所采收的水注入到第二井正从中抽吸采出液的含烃地层中，所注入的水用作被导向第二 DOWS井的清扫液。所注入的富水流体将含烃地层中的烃推向其它井。富水流体和富烃流体的组合形成采出液。从两个井中分离出的烃被开采到地面作为产物。
[0021]该方法和系统克服了先前的单井DOWS系统的限制。通常，单井DOWS系统因采出水接收地层与注入流体和注入区不兼容而随时间推移遭受采出水接收地层的注入区的堵塞。通过使用从各个井分离出采出水来用作正被其它DOWS系统服务的含烃地层的二次采收清扫液的DOWS系统，该方法和系统还能够提高烃采收。
[0022]至少存在两个这样的含烃地层:这两个含烃地层除了通过DOWS系统井连通之外被彼此隔离而不流体连通。该DOWS系统和方法未在单个含烃地层的多个部分中被使用。对于第一含烃地层而言，该方法和系统提供了从至少一个DOWS系统井的注入区的连续注入。所注入的采出水将烃清扫穿过第一含烃地层到达至少一个其它DOWS系统井的开采区。第二含烃地层出现相反的情况:来自其它DOWS系统井的注入采出水将烃清扫穿过第二含烃地层到达至少一个DOWS系统井的开采区。
[0023]该DOWS系统和方法不使用含烃储层内的含水层来拉动或开采富水流体(淡水、海水、盐水、含烃水)。该DOWS系统和方法将从第一含烃地层的采出液分离出的水再次引入到第二含烃地层中，以促进水涌入到该第二地层中。
[0024]该DOWS系统和方法使用每个DOWS井作为原位水回注井和富烃流体开采井这两者。该DOWS系统和方法不包括富烃流体和富水流体的地面分离系统。该DOWS系统和方法还不包括从现有富烃流体开采回收的富水流体的地面回注。
[0025]该方法和系统不限于仅有单对DOWS系统井。该方法和系统包括网格型图案的多个井，其中，一些DOWS系统井接收来自第一含烃地层的采出液，将采出液分离成采出水和含烃流体产物，并且将采出水引入到第二含烃地层中，而其他DOWS系统井接收来自第二含烃地层的采出液，将采出液分离成采出水和含烃流体产物，并且将采出水引入到第一含烃地层中。所有DOWS系统井将富烃流体开采到地面。
[0026]通过形成闭环的采出水系统(其中，使用来自第一DOWS系统井的采出地层水来朝向第二 DOWS系统井清扫穿过第二含烃地层)，更少的水被两个井开采到地面。与不使用DOWS系统时可能被开采到地面的总富水流体相比，利用该DOWS系统被开采到地面的水的平均量被减少了按体积百分比计量的约85%至约97%。例如，对于来自第一含烃地层且含水率为80%的采出液而言，被再次引入到第二含烃地层中作为清扫液的水的量在所开采出的采出液的富水流体的约68%至约77%的范围内。避免通过地面系统或非生产性地层处理这么多的富水流体，可以使水处理成本降低运行该井的成本的约1 %至约25 %。
[0027]由于DOWS系统中的采出水通过井和含烃地层被内部再循环，因此含烃地层将不会在注水区处被砂、盐、粘土或残留物阻塞或堵塞。各个DOWS系统井可以在富水流体进入各个含烃地层之前分离并处理此类颗粒。将水和不溶物保持在井下能够最大程度地开采富烃流体，并减少在地面上过滤、分离和隔绝此类材料的能源成本。
【附图说明】
[0028]参考优选实施例的以下详细描述、所附权利要求书和附图能够更清楚地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点，其中:
[0029]图1是具有两个DOWS系统井的DOWS系统的实施例的总体示意图；以及
[0030]图2是具有多个DOWS系统井的DOWS系统的实施例的总体流体流动示意图。
[0031]附图是DOWS系统的实施例的总体示意图。附图及其描述有助于更好地理解DOWS系统及其使用方法。附图绝不限制或限定本发明的范围。附图是出于便于描述目的的简单视图。
【具体实施方式】
[0032]本说明书包括
【发明内容】
、【附图说明】以及【具体实施方式】，本说明书和所附权利要求书涉及本发明的特定特征(包括工艺或方法步骤)。本领域的技术人员应当理解的是，本发明包括说明书中所述的具体特征的所有可能的组合和使用。本领域的技术人员应当理解的是，本发明并不限于说明书给出的对实施方案的描述，或者本发明并不由说明书给出的对实施方案的描述限定。本发明的主题并不受限而仅由说明书和所附权利要求书的精神限定。
[0033]本领域的技术人员还应当理解的是，用于描述【具体实施方式】的术语并不限制本发明的范围或广度。在对说明书和所附权利要求书的解释中，所有术语应当以与各术语的上下文一致的最宽泛的可能方式来解释。在说明书和所附权利要求书中，除非另有指明，所使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。
[0034]如说明书和所附权利要求书所用的那样，单数形式的“一个”、“一种”和“所述”包括复数形式的所指对象，除非上下文另外清楚地指明其他情况。动词“联接”及其变化形式是指实现任何形式的所需结合，包括电学地、机械地或流体地结合，从而由两个或更多个之前未结合的物体形成单个物体。如果第一装置与第二装置联接，那么连接是通过直接连接或通过常规连接件实现的。“可选地”及其各种形式是指随后描述的事件或情况可能会或可能不会发生。这样的描述包括所述事件或情形发生的情况和所述事件或情形不发生的情况。“可操作的”及其各种形式表示适合于其正确的功能和用途。“相关联的”及其各种形式是指东西与别的东西连接，因为它们出现在一起或者一个东西产生另一个东西。
[0035]如所用的那样，词语“包含”、“具有”、“包括”及其所有其它语法变体均旨在具有不排除其他要素、部件或步骤的开放的、非限制性的意思。本发明的实施例可以适当地“包含”所公开的限制性特征，并且可以在缺乏没有公开的限制性特征的情况下实施。例如，本领域的技术人员能够认识到，某些步骤可以组合成单个步骤。
[0036]空间术语描述的是对象或对象组相对于另一对象或对象组的相对位置。空间关系是沿纵轴和横轴使用的。方位和相关词语(包括“井上”和“井下”；“向上流动”和“向下流动”；“上方”和“下方”等其它类似术语)是为了便于描述，而不受限制，除非另有指明。
[0037]当说明书或所附权利要求书提供了数值范围时，应当理解的是，该区间包括介于上限和下限之间的各居中值以及所述上限和所述下限。在进行所提供的任何具体排除之后，本发明包括并界定该区间的较小范围。“显著”是指功能上有意义的量，或者是指等于或大于指示计量单位的10%。
[0038]当说明书和所附权利要求书提到一种方法具有两个以上所限定的步骤时，所限定的步骤可以按任意顺序进行或同时进行，除非上下文排除了这种可能性。
[0039]图1
[0040]图1示出了在含烃储层I中具有两个DOWS系统井的DOWS系统100的实施例。从地面10开始向下的含烃储层I包括上覆岩层20、第一含烃地层30、中间覆岩层40、第二含烃地层50和下覆岩层60。第一含烃地层30和第二含烃地层50由包含烃流体和地层水的多孔岩石形成，地层水是圈闭在具有烃流体的地层中的水。“流体”是指本地当前条件下的蒸汽、液体、气体以及它们的组合。
[0041 ]图1示出了彼此大致水平排布的第一含烃地层30、第二含烃地层50、上覆岩层20、中间覆岩层40和下覆岩层60，但在自然条件下，包括地层的储层的各部分可以与真实的水平线成各种角度。来自第一含烃地层30和第二含烃地层50的流体不会穿透上覆岩层20、中间覆岩层40或下覆岩层60。第一含烃地层30和第二含烃地层50不通过中间覆岩层40彼此流体连通。
[0042]DOWS系统100包括第一 DOWS系统井110。第一 DOWS系统井110由第一井筒壁112限定，并且从地面10向下延伸，穿透上覆岩层20、第一含烃地层30、中间覆岩层40、第二含烃地层50和下覆岩层60。第一DOWS系统井110可以被成形为是竖直的、水平的、倾斜的、多分支的、多层次的以及它们的组合。第一井筒壁112具有位于第二含烃地层50处的穿孔114，以允许第一 DOWS系统井110与第一含烃地层30之间的流体连通。第一井筒壁112还具有位于第一含烃地层30处的穿孔116，以允许第一DOWS系统井110与第二含烃地层50之间的流体连通。
[0043]第一DOWS系统井110包含若干先前引入的设备件，该设备件限定了相对于不同含烃地层的开采和注入区域。上封隔器120定位在第一DOWS系统井110内，使得第一含烃地层30和第二含烃地层50这两者位于上封隔器120下方。下封隔器122定位在第一 DOWS系统井110内，使得第二含烃地层50位于下封隔器122下方。上封隔器120和下封隔器122工作，以通过阻塞流体流、在井筒壁处密封井以及对井筒中的流体大致不透过，来防止流体自由移动穿过第一 DOWS系统井110。
[0044]向上流动的DOWS单元130位于第一 DOWS系统井110内并且是第一 DOWS系统井110的一部分。向上流动的DOWS单元130被物理地定位在下封隔器122上方和第一含烃地层30下方。向上流动的DOWS单元130是可操作的，使得其抽吸向上流动的DOWS单元130下方的采出液(长/短虚线箭头132)，并且开采出富烃流体(实线箭头134)和被排出到DOWS单元130上方的富水流体(虚线箭头136)这两者。向上流动的DOWS单元130定位并安装在第一 DOWS系统井110中，使得井筒中的流体不能绕过向上流动的DOWS单元130。
[0045 ]向上流动的DOWS单元130与横穿下封隔器12 2的流体入口管140联接，使得向上流动的DOWS单元130与第一开采区142流体连通。第一开采区142还与第二含烃地层50流体连通，使得采出液(长/短虚线箭头132)流动穿过穿孔114。如图1所示，作为第一开采区142的部分的第一 DOWS系统井110的部分是下封隔器122下方的部分。
[0046]向上流动的DOWS单元130还与富水流体出口管144联接，使得向上流动的DOWS单元130与第一注入区146流体连通并将富水流体排出到第一注入区146中。第一注入区146还与第一含烃区域30流体连通，使得富水流体(虚线箭头136)流动穿过穿孔116。如图1所示，作为第一注入区146的部分的第一 DOWS系统井110的部分是上封隔器120下方和向上流动的DOWS单元130上方的部分。
[0047]向上流动的DOWS单元130还与横穿上封隔器120的富烃流体出口管148联接，使得向上流动的DOWS单元130与地面10流体连通。富烃流体(实线箭头134)被输送到DOWS系统100外部以待进行处理，该处理超过本申请的范围。
[0048]DOWS系统100包括第二 DOWS系统井150。第二 DOWS系统井150由第二井筒壁152限定，并且从地面10向下延伸，穿透上覆岩层20、第一含烃地层30、中间覆岩层40、第二含烃地层50和下覆岩层60。第二 DOWS系统井150也可以被成形为是竖直的、水平的、倾斜的、多分支的、多层次的以及它们的组合。第二井筒壁152具有位于第一含烃地层30处的穿孔154，以允许第二 DOWS系统井150与第一含烃地层30之间的流体连通。第二井筒壁152还具有位于第二含烃地层50处的穿孔156，以允许第二DOWS系统井150与第二含烃地层50之间的流体连通。
[0049]第一 DOWS系统井110通过第一含烃地层30可操作地与第二 DOWS系统井150流体连通。同样地，第二 DOWS系统井150通过第二含烃地层50可操作地与第一 DOWS系统井110流体连通。第一 DOWS系统井110和第二 DOWS系统井150彼此相关联。
[0050]第二 DOWS系统井150包含若干先前引入的设备件-上封隔器160、下封隔器162，上封隔器160和下封隔器162在性质和操作上分别与第一 DOWS系统井110的上封隔器120和下封隔器122类似。
[0051 ]向下流动的DOWS单元170位于第二 DOWS系统井150内并且是第二 DOWS系统井150的一部分。向下流动的DOWS单元170在第二 DOWS系统井150中定位在与向上流动的DOWS单元130在第一DOWS系统井110中的位置类似的位置。向下流动的DOWS单元170是可操作的，使得其抽吸采出液(长/短虚线箭头132)，并且开采出向下流动的DOWS单元170上方的富烃流体(实线箭头134)，以及开采出被排出到向下流动的DOWS单元170下方的富水流体(虚线箭头136)0
[0052]向下流动的DOWS单元170与流体入口管180联接，使得向下流动的DOWS单元170与第二开采区182流体连通。第二开采区182还与第一含烃地层30流体连通，使得采出液(长/短虚线箭头132)流动穿过穿孔154。如图1所示，作为第二注入区182的部分的第二 DOWS系统井150的部分是上封隔器160下方和向下流动的DOWS单元170上方的部分。
[0053]向下流动的DOWS单元170同样以与向上流动的DOWS单元130和横穿上封隔器120的富烃流体出口管148联接类似的方式与横穿上封隔器160的富烃流体出口管184联接，并且获得类似的结果。
[0054]向下流动的DOWS单元170还与富水流体出口管185联接，使得向下流动的DOWS单元170与第二注入区186流体连通并将富水流体排出到第二注入区186中。第二注入区186还与第二含烃地层50流体连通，使得富水流体(虚线箭头136)流动穿过穿孔156。如图1所示，作为第二注入区186的部分的第二 DOWS系统井150的部分是下封隔器162下方的部分。
[0055]图2
[0056]图2是具有多个DOWS系统井的DOWS系统200的实施例的总体流体流动示意图。除了图2包含更多个第一 DOWS系统井210和第二 DOWS系统井250之外，图2与图1类似。为了使图2变得清楚，图1所示的地层和岩层以及各井中的油管被移除。图2示出了富水流体(虚线箭头236)在第一 DOWS系统井210和第二 DOWS系统井250中的每一者内的移动和朝向；采出液(长/短虚线箭头232)流动到第一 DOWS系统井210和第二 DOWS系统井250中的每一者中；并且从第一 DOWS系统井210和第二 DOWS系统井250中的每一者中将富烃流体(实线箭头234)开采到地面。应注意的是，同样为了清楚起见，未示出流体流的所有组合。
[0057]尽管一些井在图2中未被示出为与一些其它井直接相关联，但图2中的所有井彼此流体连通，因此彼此相关联。例如，具有向上流动的DOWS单元230的DOWS系统井“A”与DOWS系统井“B”和“C”流体连通并且与DOWS系统井“B”和“C”的操作相关联。DOWS系统井“A”将富水流体(虚线箭头236)注入到“上部”含烃地层中，从而开采出采出液(长/短虚线箭头232)并使采出液进入到DOWS系统井“B”和“C”中。具有向下流动的DOWS单元270的DOWS系统井“C”处理因DOWS系统井“A”以及DOWS系统井“D”(其也具有向上流动的DOWS单元230)而产生的采出液(长/短虚线箭头232) ^OWS系统井“C”产生富水流体，并且将富水流体(虚线箭头236)注入到“下部”含烃地层中。由DOWS系统井“C”产生且注入到“下部”含烃地层中的一些富水流体(虚线箭头236)不仅朝向DOWS系统井“D”移动而且还返回朝向DOWS系统井“A”移动。具有向上流动的DOWS单元230的第一DOWS系统井210持续接收来自“下部”含烃地层的采出液并将富水流体注入到“上部”含烃地层中，并且具有向下流动的DOWS单元270的第二 DOWS系统井250持续接收来自“上部”含烃地层的采出液并将富水流体注入到“下部”含烃地层中，直至Ij由DOWS系统井“A”注入的一部分富水流体(虚线箭头236)到达DOWS系统井“B”的开采区。同时，由DOWS系统井“B”注入的一部分富水流体(虚线箭头236)也可以进行相同的操作并且与DOWS系统井“A”连通。
[0058]含烃地层的渗透率
[0059]用于注入富水流体和用于开采采出液的含烃地层应当具有彼此类似的渗透率。地层的渗透率通常以单位毫达西(mD)(其为10—1V)来计量。DOWS系统所使用的含烃地层之间具有类似的渗透率允许在各个DOWS系统井中开采的富水流体不需要高注入压力来将流体推入到地层中。在系统的一个实施例中，第一含烃地层的渗透率与第二含烃地层的渗透率之差并不显著。在系统的另一实施例中，第一含烃地层的渗透率与第二含烃地层的渗透率之差比较显著。
[0060]电潜栗(ESP)
[0061]如果第一含烃地层的渗透率与第二含烃地层的渗透率之差比较显著，或者如果两个地层是“致密的”并且具有低渗透率(从约IyD至约0.5mD)，或者需要满足人工富烃流体开采率(也就是说，比含烃地层可以自然开采的开采率高的开采率)，则需要可选的电潜栗，该电潜栗与DOWS单元流体连通并且可以对任意流体增压来提高压力。在渗透率之差比较显著的情况下，井下栗可以对将富水流体引入到低渗透率含烃地层内的DOWS井中的富水流体进行加压。
[0062]系统的一个实施例包括电潜栗(ESP)。在进一步的实施例中，ESP位于向下流动的DOWS单元下方的注入区中，并且可操作地将富水流体注入到第二含烃地层中。在进一步的实施例中，ESP位于向上流动的DOWS单元上方的注入区中，并且可操作地将富水流体注入到第一含烃地层中。富水流体的这种加压可以补偿正被DOWS系统服务的含烃地层之间的渗透率之差。在进一步的实施例中，ESP位于DOWS单元上方的开采区中，并且可操作地将富烃流体输送到地面。富水潜栗可以具有多级。
[0063]控制系统
[0064]可选地，DOWS系统可以包括控制系统。这种控制系统通过一系列传感器和电信号传输线与各个DOWS系统井联接。联接多个DOWS系统井的控制系统对于监测流体的性质和DOWS系统井内的设备的操作而言比较有用。
[0065]控制系统可以是手动反馈系统，其中，表示检测到的条件的信号需要借助计算机控制器进行人工干预来改变检测到的条件，或者控制系统可以是自动系统，其中，将检测到的条件信号输送到根据一组预先确定的指令和要求进行响应的自动计算机控制系统。示例性DOWS系统包括控制系统，该控制系统使用具有预先确定的指令(表示计算机程序)的控制器，并且可操作地接收与检测到的条件有关的信号，以基于预先确定的要求解释检测到的条件，以及改变DOWS系统的操作来满足预先确定的要求。
[0066]结合传感器监测过程条件(包括温度、流量、压力和组合物)，计算机化的控制系统可以基于预编程指令来控制DOWS单元和可选的富水流体潜栗的操作，用于获得所需的富水流体和富烃流体的特性、采出液的开采速率(流量，rate)、从少至两个DOWS井到如图2所示的DOWS井阵列中的各个DOWS井的富水流体注入。
[0067]系统的一个实施例包括这样的控制系统:该控制系统可操作地监测从DOWS系统井开采出的富烃流体的流量。系统的一个实施例包括这样的控制系统:该控制系统可操作地监测从DOWS单元注入的富水流体的流量。系统的一个实施例包括这样的控制系统:该控制系统可操作地监测DOWS系统井的注入区内的压力。
[0068]控制系统对于保持DOWS系统的操作的各种方面而言比较有用，各种方面包括各个DOWS单元的操作、将富水流体引入到含烃地层中的速率、从含烃地层开采采出液的速率以及可选的富水潜栗的排出压力。方法的一个实施例包括:监测将富水流体引入到第一含烃地层中的速率；以及通过第二DOWS井调节将富水流体引入到第二含烃地层中的速率。方法的进一步实施例包括:将富水流体引入到第一含烃区域中的速率与将富水流体引入到第二含烃区域中的速率之差并不显著。这种控制可以通过DOWS系统中的多个DOWS井进行展示。方法的一个实施例包括:通过第一组DOWS井监测将富水流体引入到第一含烃地层中的总速率；以及通过第二组DOWS井调节将富水流体引入到第二含烃地层中的总速率，使得在任何给定时刻引入的富水流体的总量之差并不显著。第一组DOWS井包含一种DOWS单元(向上流动的DOWS单元或者向下流动的DOWS单元)，而第二组DOWS井包含另一种DOWS单元。
[0069]还可以基于采出液速率来施加控制。方法的一个实施例包括:监测从第一含烃地层开采采出液的速率；以及调节从第二含烃地层开采采出液的速率。方法的进一步实施例包括:第一含烃地层的开采速率与第二含烃地层的开采速率之差并不显著。方法的一个实施例包括:通过第一组DOWS井监测从第一含烃地层开采采出液的速率；以及通过第二组DOWS井调节从第二含烃地层开采采出液的速率，使得所开采出的采出液的总量之差并不显著。
[0070]在用于将富水流体引入到含烃地层或用于将富烃流体输送至地面的可选ESP的控制方面，控制系统也可以比较有用。系统的实施例包括:控制系统可操作地控制ESP的操作。
[0071]配套设备
[0072]实施例包括能够实现并操作所述装置、过程、方法和系统的许多额外标准部件或设备。
[0073]过程或方法的各部分或整个步骤的操作、控制和性能可以通过人机交互、预编程的计算机控制和反应系统或它们的组合发生。
【主权项】
1.一种使用井下油/水分离系统对含有富烃流体的含烃储层进行开采的方法，所述方法包括以下步骤: 操作所述井下油/水分离系统，使得存在于第一井下油/水分离系统井的开采区中的采出液被引入到向上流动的井下油/水分离单元中，其中，所述向上流动的井下油/水分离单元将所述采出液分离成富水流体和富烃流体，所述富水流体被输送到所述第一井下油/水分离系统井的注入区，而所述富烃流体被输送到地面； 操作所述井下油/水分离系统，使得存在于第二井下油/水分离系统井的开采区中的采出液被引入到向下流动的井下油/水分离单元中，其中，所述向下流动的井下油/水分离单元将所述采出液分离成所述富水流体和所述富烃流体，所述富水流体被输送到所述第二井下油/水分离系统井的注入区，而所述富烃流体被输送到所述地面； 操作所述井下油/水分离系统，使得所述采出液从第二含烃地层被开采到所述第一井下油/水分离系统井的所述开采区中，并且所述第一井下油/水分离系统井的所述注入区中的所述富水流体被引入到第一含烃地层中；以及 操作所述井下油/水分离系统，使得所述采出液从所述第一含烃地层被开采到所述第二井下油/水分离系统井的所述开采区中，并且所述第二井下油/水分离系统井的所述注入区中的所述富水流体被引入到所述第二含烃地层中。2.根据权利要求1所述的方法，还包括如下步骤:监测将所述富水流体引入到所述第一含烃地层中的速率;以及调节将所述富水流体引入到所述第二含烃地层中的速率。3.根据权利要求2所述的方法，其中，将所述富水流体引入到第一含烃区域中的速率与将所述富水流体引入到第二含烃区域中的速率之差并不显著。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，各个含烃地层具有渗透率，并且所述第一含烃地层的渗透率与所述第二含烃地层的渗透率之差并不显著。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，还包括如下步骤:监测从所述第一含烃地层开采所述采出液的速率;以及调节从所述第二含烃地层开采所述采出液的速率。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一含烃地层的开采速率与所述第二含烃地层的开采速率之差并不显著。7.根据权利要求6所述的方法，其中，各个含烃地层具有渗透率，并且所述第一含烃地层的渗透率与所述第二含烃地层的渗透率之差并不显著。8.—种用于形成可操作地从含烃储层采收富烃流体的井下油/水分离系统的方法，所述方法包括如下步骤: 形成从地面延伸到含烃储层中的第一井下油/水分离系统井，使得所述第一井下油/水分离系统井穿透位于所述含烃储层内的具有第一渗透率的第一含烃地层和具有第二渗透率的第二含烃地层，其中，第一井筒壁限定了所述第一井下油/水分离系统井的内部； 将向上流动的井下油/水分离单元引入到所述第一井下油/水分离系统井中，使得所述第一井下油/水分离系统井具有与所述第一含烃地层和所述向上流动的井下油/水分离单元这两者流体连通的注入区以及与所述第二含烃地层和所述向上流动的井下油/水分离单元这两者流体连通的开采区，并且所述向上流动的井下油/水分离单元定位成使得:所述内部的位于所述向上流动的井下油/水分离单元上方的部分与所述内部的位于所述向上流动的井下油/水分离单元下方的部分被密封隔离而不流体连通； 形成从地面延伸到含烃储层中的第二井下油/水分离系统井，使得所述第二井下油/水分离系统井穿透位于所述含烃储层内的具有所述第一渗透率的所述第一含烃地层和具有所述第二渗透率的所述第二含烃地层，其中，第二井筒壁限定了所述第二井下油/水分离系统井的内部；以及 将向下流动的井下油/水分离单元引入到所述第二井下油/水分离系统井中，使得所述第二井下油/水分离系统井具有与所述第二含烃地层和所述向下流动的井下油/水分离单元这两者流体连通的注入区以及与所述第一含烃地层和所述向下流动的井下油/水分离单元这两者流体连通的开采区，并且所述向下流动的井下油/水分离单元定位成使得:所述内部的位于所述向下流动的井下油/水分离单元上方的部分与所述内部的位于所述向下流动的井下油/水分离单元下方的部分被密封隔离而不流体连通； 其中，各个井下油/水分离单元可操作地将所述采出液分离成富水流体和所述富烃流体。9.根据权利要求8所述的方法，其中，各个含烃地层具有渗透率，并且所述第一含烃地层的渗透率与所述第二含烃地层的渗透率之差并不显著。10.—种可操作地用于从多个含烃地层采收富烃流体的井下油/水分离系统，所述井下油/水分离系统包括: 第一井下油/水分离系统井， 具有限定了内部的第一井筒壁， 从地面延伸到含烃储层中，使得所述第一井下油/水分离系统井穿透位于所述含烃储层内的第一含烃地层和第二含烃地层这两者，具有位于所述内部中的向上流动的井下油/水分离单元，使得所述第一井下油/水分离系统井的位于所述向上流动的井下油/水分离单元上方的部分与所述第一井下油/水分离系统井的位于所述向上流动的井下油/水分离单元下方的部分被密封隔离而不流体连通，具有位于所述向上流动的井下油/水分离单元上方且与所述第一含烃地层和所述向上流动的井下油/水分离单元这两者流体连通的注入区，并且 具有位于所述向上流动的井下油/水分离单元下方且与所述第二含烃地层和所述向上流动的井下油/水分离单元这两者流体连通的开采区；以及第二井下油/水分离系统井， 具有限定了内部的第二井筒壁， 从地面延伸到含烃储层中，使得所述第二井下油/水分离系统井穿透位于所述含烃储层内的第一含烃地层和第二含烃地层这两者， 具有位于所述内部中的向下流动的井下油/水分离单元，使得所述第二井下油/水分离系统井的位于所述向下流动的井下油/水分离单元上方的部分与所述第二井下油/水分离系统井的位于所述向下流动的井下油/水分离单元下方的部分被密封隔离而不流体连通，其中，所述向下流动的井下油/水分离单元可操作地将采出液分离成富水流体和所述富烃流体， 具有位于所述向下流动的井下油/水分离单元下方且与所述第二含烃地层和所述向下流动的井下油/水分离单元这两者流体连通的注入区，并且 具有位于所述向下流动的井下油/水分离单元上方且与所述第一含烃地层和所述向上流动的井下油/水分离单元这两者流体连通的开采区； 其中，各个井下油/水分离系统井可操作地将所述富烃流体输送到所述地面，通过所述开采区从含烃地层抽吸所述采出液以及通过所述注入区将所述富水流体注入到含烃地层中， 所述井下油/水分离单元可操作地将采出液分离成富水流体和所述富烃流体， 各个含烃地层具有渗透率， 所述第二含烃地层与所述第一含烃地层除了通过所述向上流动的井下油/水分离单元连通之外不流体连通，并且 所述第一含烃地层与所述第二含烃地层除了通过所述向下流动的井下油/水分离单元连通之外不流体连通。11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述第一含烃地层的渗透率与所述第二含烃地层的渗透率之差并不显著。12.根据权利要求1O或11所述的系统，还包括电潜栗(ESP)。13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述ESP位于所述向下流动的井下油/水分离单元下方的所述注入区中，并且可操作地将所述富水流体注入到所述第二含烃地层中。14.根据权利要求12所述的系统，其中，所述ESP位于所述向上流动的井下油/水分离单元上方的所述注入区中，并且可操作地将所述富水流体注入到所述第一含烃地层中。15.根据权利要求12所述的系统，其中，所述ESP位于井下油/水分离单元上方的所述开采区中，并且可操作地将富烃流体输送到所述地面。16.根据权利要求10至15中任一项所述的系统，还包括控制系统。17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述控制系统可操作地监测从井下油/水分离系统井开采出的所述富烃流体的流量。18.根据权利要求16所述的系统，其中，所述控制系统可操作地监测从井下油/水分离单元注入的所述富水流体的流量。19.根据权利要求16所述的系统，其中，所述控制系统可操作地监测井下油/水分离系统井的注入区内的压力。20.根据权利要求16所述的系统，其中，所述控制系统可操作地控制ESP的操作。21.根据权利要求16所述的系统，其中，所述控制系统可操作地监测被输送到所述地面的所述富烃流体的水质。
【文档编号】E21B43/38GK105940181SQ201580005521
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2015年1月14日
【发明人】布莱恩·A·罗特, 维萨姆·A·布斯法尔
【申请人】沙特阿拉伯石油公司