使用多次诱导裂缝的改进的烃类采收方法
【专利说明】使用多次诱导裂缝的改进的烃类采收方法
[0001] 要求优先权的权益
[0002] 本申请要求于2013年7月4日提交的第2, 820, 742号加拿大专利申请以及于2013 年11月28日提交的第2, 835, 592号加拿大专利申请的优先权，其每一个通过引用以其全 部内容结合在此。 发明领域
[0003] 本发明涉及流体驱动的烃类采收方法，并且更特别地涉及在地下含烃地层中机械 诱导的交替的裂缝中使用流体注入并从交替的裂缝生产油和/或气的流体驱动方法。
[0004] 发明背景和现有技术的描述
[0005] 具有低渗透性的油、气和含煤层甲烷的地层（即，"致密"储层）的多次压裂通常是 充分地生产烃类所必需的。在现有技术中各种这样的方法目前完全商业化为原油和/或气 采收方法。
[0006] 当前所使用的用于压裂地层的两种类型的完井是Packers Plus Energy Services Inc.的 StackFrac?(StackFrac?是 Packers Plus Energy Services Inc.的注册商标，用 于封隔器、压裂孔和球座的制品）工艺，该工艺使用由Halliburton公司提供的技术（阀、 衬管等）使用裸眼完井和带衬管的/用水泥固定的完井。将水平井钻在目标固结致密岩石 烃类储层中的下部。在Halliburton技术中，将衬管安置在井中并用水泥固定在内。这确 保了未来的沿井眼的外部的诱导裂缝之间没有直接连通。在Packers Plus技术中，裂缝由 无衬管的裸眼井完成。当在井中时将位于注入管道上的隔离封隔器密封（"封隔器"）井下 启动，以使得当进行压裂作业时压向岩石自身以隔离该区域并在岩石中建立裂隙，所述裂 隙通常从水平井眼向上延伸。在压裂作业之后，在称为"一次生产"的过程中，将封隔器停 用并且然后将全部裂缝产生至地面，该术语也适合并用于本文中。将裂缝通过已由压裂液 携带至裂缝中的"支撑剂"在裂缝内的沉积保持打开。支撑剂通常由砂、金属或陶瓷球，和/ 或多种化学品组成，并且提供相对高渗透性的流动通道。然后流至所述裂缝中的地层流体 容易地排至水平井或井眼内的生产管道用于输送至地面。
[0007] 多次诱导压裂的储层的主要特点和益处是高的初始生产速率。然而，问题是，当从 全部裂缝同时生产时，由于以下所说明的原因这种储层的生产速率通常随着该地层内的压 力减缓而遭受迅速下降。所述多次压裂方法昂贵，并且这些类型的地层的总采收率通常较 低，通常对于油获得小于10 %的采收率。为了保持良好的全油田的生产率，需要新的多次压 裂井的资本密集型钻井的有力方案以弥补高下降速率。油生产机制是通过溶解气驱动，并 因此存在储层压力上的迅速下降，这对潜在未来油采收不利。在这一点上，由于当地层内压 力下降时溶解气从溶液中出来，剩余的油的粘度增加，因为从油中去除了轻的组分。此外， 建立混合的油和气的两相，从而降低了油相对渗透率，并进一步降低了生产速率。因此油流 动速率迅速降低。
[0008] 因为烃类如页岩气和煤层甲烷存在于低渗透率的地层中，这些类型的烃类的采收 尤其受到低采收率的困扰。
[0009] 所需要的是用于与多次压裂致密储层结合使用的烃采收方法，以便减少或限制地 层中的压力的迅速下降，这通常导致并且限制在致密地层中需要的所需多次压裂井的数 量，以从这种地层获得令人满意的采收百分比。尤其是，可用作一次以及二次采油方法，具 有并且需要多次诱导裂缝的有效的地层的流体驱动方法将是特别有益的。
[0010] 除油和气储层之外，类似的问题存在于致密的煤层甲烷地层中。甲烷吸附在煤上， 并且通过将地层降压而被采收，这仅提供了甲烷从煤地面的部分释放。所需的是理想地使 用吸附比甲烷强得多的CO2的有效流体驱动方法。
[0011] 如从其图3最佳地看出的，US2013/0048279教导了两个平行的垂直井，第二井设 置为离开第一井一定距离，其中从地层生产油或气的机械装置位于第二井。
[0012] US 20120168182和US 20080087425两者都教导了生产油和/或气的方法等，所 述方法包括：从第一井将可溶混的提高油采收率的制剂注入至地层的裂缝中持续第一时间 段；从第二井从所述裂缝生产油和/或气持续所述第一时间段；从第二井将可溶混的提高 油采收率的制剂注入至地层的裂缝中持续第二时间段；并且从第一井从所述裂缝生产油和 /或气持续所述第二时间段。
[0013] US 2006/0289157教导了使用气辅助重力排出的方法，所述方法包括将一个或多 个水平生产井放置在紧邻地下含烃储层的产层底部之处，并且通过一个或多个垂直井或水 平井注入流体置换剂如CO 2。之前存在的垂直井可用来将所述流体置换剂注入至储层中。当 将所述流体置换剂注入至储层的顶部中时，其形成使油和水向下朝向所述一个或多个水平 生产井转移的气区。
[0014] US 2006/0180306教导了通过注入水和第二低密度流体两者以转移油从而从地下 储层采收原油的方法，优选通过水平井进行。
[0015] US 8, 122, 953教导了一种改进流体从地下地层中的生产的方法，所述方法包括将 基本上竖直的包裹体从横贯地层的基本上水平的井眼传送至地层中的步骤。
[0016] US 7, 441，603教导了从不可渗透的油页岩中采收油的方法，所述方法包括使用水 平或竖直井提供竖直裂缝。相同的或其它井用于注入加热过的加压流体，并且返回冷却的 流体用于再加热和再循环。传递至所述油页岩的热随着所述页岩中温度的升高而逐渐地将 干酪根熟化为油和气，其还以足以使页岩流至井裂缝中的小裂缝的形式提高了页岩内的渗 透性。
[0017] US 7, 069, 990教导了提高油采收率的方法，所述方法包括提供至少一个生产井和 一个注入井；并且将由砂、粘性液体或含油污泥形成的浆液注入至目标地层中，将所述浆液 在地层破裂压力下或紧邻处输送。进行井底压力的监测，以允许所述浆液废料在一系列注 入期的输送。
[0018] US 4, 733, 726教导了一种油的采收方法，所述方法经由注入井将水蒸气注入至地 层中并且采收油直至存在在生产井处穿透的水蒸气。此后，可将生产井关闭或节流同时继 续注入水蒸气直到井底注入压力大于由覆盖层产生的垂直压力从而使地层水平地破裂。启 动第三周期，其中从生产井或注入井或两者从地层采收油直到所采收的油的量是不能令人 满意的。
[0019] US 4, 687, 059教导了将水注入地下地层中之后注入聚合物溶液以将油驱向生产 井。所述聚合物溶液可以热弹性地压裂油-水区后面的地层以增加注入速率。
[0020] US 4, 068, 717教导了采油方法，所述方法通过将水蒸气注入至钻穿储层的注入井 中至足以压裂焦油砂，并且为水蒸气提供穿过所述焦油砂到达钻入焦油砂储层的生产井的 通道。
[0021] 然而，上述现有技术均没有教导任何有关建立交替排列的注入裂隙和生产裂隙来 驱扫地层的内容。
[0022] 所需要的是用于与多次压裂致密储层结合使用的烃采收方法，以便减少或限制地 层中的压力的迅速下降，这通常导致并且限制在致密地层中需要的所需多次压裂井的数 量，以从这种地层获得良好的采收率。尤其是，可用作一次以及二次采油方法的，具有多次 诱导裂缝的对地层有效的流体驱动方法将是特别有益的。
[0023] 发明概述
[0024] 为了同时提高从"致密"地层、并且特别是从多次压裂井的生产率和采收百分比， 在一个实施方案中本发明提供了烃类地层中多诱导裂缝的建立，而特别地，当将大约1/2 的裂缝用作注入手段并且将余下的1/2的裂缝用作生产手段以采收烃类时，建立两个交替 的组，即，处于线性交替排列的注入裂缝和生产裂缝。此方法提供了高效的流体驱动以有效 地驱扫所述地层并且将烃类驱动至相邻的交替裂隙中用于后续收集。在此实施方案中的本 方法通过经由地层中的交替相邻的裂隙提供流体驱动并将余下的交替地间隔开的裂隙用 于生产从而改善从地层的采收。
[0025] 特别地，对于使用通过溶解气驱动的一次采油的方法（例如，使用垂直注入井用 于将气体注入至地层中而不是如上和如下所述的使用交替的裂缝作为注入和收集通道）， 并且特别是对于"致密"地层，如上所述通常导致地层的压力迅速下降，造成生产中相应的 快速下降。
[0026] 相反，用本发明的方法，提供了高压的和高渗透性的注入面（即，位于相邻的交替 地间隔开的生产通道（裂隙）的交替地间隔开的裂隙），然后其允许紧邻高渗透性注入面的 储层区域的驱扫，以由此在所述地层内产生从所述高渗透性注入面在所述交替地间隔开的 生产通道（裂隙）的方向上的流体流动矢量，并且因此通过定向驱扫方法改进地层的驱扫。
[0027] 本文的方法适合用于在含油和含气储层中使用，并且还特别适合于特定种类的含 气地层，即，煤层甲烷地层，其中在使用交替注入和采收通道的本发明的方法中的驱动流体 是CO2，并且所述CO 2驱动流体有利地代替煤表面上的甲烷并且将其驱扫至紧邻的相邻生产 井。有利地，根据本发明的方法在使用〇)2作为驱动流体的情况下，该方法有利地提供了 CO2 的地下封存形式的碳封存。
[0028] 具体地，在本发明的另一个方面，提供了一种完井方法，其中使用多个可膨胀的封 隔器。
[0029] 在第一实施方案中，从水平地钻的裸眼井或从其中的用水泥固定的衬管建立垂直 裂缝。此后，将具有间隔开的隔离封隔器的双管道（以连续管道或分段管道的形式）放入 至所述裸眼井或用水泥固定的衬管中。所述管道上的所述间隔开的封隔器位于所述裂缝之 间。当所述封隔器向所述井眼或衬管膨胀时，在所述井或衬管内所述裂缝将彼此隔离。所 述管道中的一个具有与交替的裂缝相对的射孔，并且另一个管道具有与余下的裂缝相对的 射孔。以这种方式，可以使用一个管道串作为与所述交替的注入裂缝流体连通的注入管道， 并且使用另一个作为与余下的（交替的）生产裂缝流体连通的生产管道。
[0030]因此，本发明的方法的第一实施方案用于在所述地层中的交替的裂隙中使用流体 注入从地下地层采收烃类，所述方法使用双管道封隔器，所述方法包括以下步骤：
[0031 ] (i)在所述地层中钻单个注入/生产井，所述单个注入/生产井具有垂直部分和从 所述垂直部分的下端水平向外延伸的较低的水平部分；
[0032] (ii)沿所述注入/生产井的所述水平部分压裂所述地层，并且建立多个从所述水 平部分向上延伸并且位于沿所述水平部分的长度之处的向上延伸的裂隙；
[0033] (iii)将在其中各自具有双管道的多个封隔器沿所述注入/生产井的所述水平部 分的所述长度放置，并且将所述封隔器沿所述长度在所述向上延伸的裂隙之间交替地间隔 开，从而将所述长度分隔成交替地间隔开的流体注入区和流体采收区，所述双管道中的一 个在其中具有与交替地间隔开的裂隙相对的射孔，并且所述双管道中的另一个在其中具有 与余下的交替地间隔开的裂隙相对的射孔；
[0034] (iv)将加压流体注入至所述双管道之一中，并且从而将加压流体注入至所述流体 注入区中，并且因此沿所述注入/生产井的所述水平部分的所述长度注入至交替地间隔开 的裂隙中；以及
[0035] (V)从所述双管道中的所述另一个生产经由其它交替地间隔开的裂隙排至所述交 替地间隔开的流体采收区中的所述烃类。
[0036] 所述裂隙可以在将所述双管道封隔器插入所述井眼中之前建立。备选地，其可以 在将双管道封隔器插入所述注入/生产井的所述水平部分中之后建立，并且首先将加压流 体提供至所述双管道的两者以从而水力压裂所述地层并且沿所述井眼建立均匀间隔开的 裂隙。此后，仅将加压流体提供至所建立的裂隙的1/2(即，提供至沿所述井眼的所述水平 部分的长度的每隔一个的裂隙），并且余下的交替地间隔开的裂隙允许烃类向下排至所述 注入/生产井的相应的流体采收区中，并且此后通过所述双管道中的另一个生产至地面。
[0037] 可以适用于在本发明的该实施方案方法中，至少在下套管的井眼中使用的双管 道封隔器的一个实例为由Baker Hughes Corporation制造的双管道封隔器，即， 可收回封隔器（GT是Baker Hughes Corporation用于双管封隔器的商标），产品系列号 H78509(标准服务）和H78510(NACE服务），其用于在7英寸（177.8mm)o.d·(外径）套管， 75/8英寸（193. 7mm) o.d.套管，或95/5英寸（244. 5mm) o.d.套管中使用。其它适合用于在 该方法中使用的双管道封隔器，无论是在下套管的井眼还是未下套管的井眼中，现在将能 够由本领域技术人员想到。
[0038] 在最优选的实施方案中，将所选择的流体（气体或液体）通过所述注入管道注入。 所述流体经由通常从水平井垂直向上延伸的每个交替的注入裂隙在所述地层中上升。然后 此注入流体在所述