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1、10申请公布号CN104271878A43申请公布日20150107CN104271878A21申请号201380024267822申请日201305082,782,30820120706CA2,791,32320120927CA61/644,10020120508US13/543,01220120706US13/628,16420120927USE21B43/32200601E21B43/24200601E21B43/3020060171申请人尼克森能源无限责任公司地址加拿大艾伯塔72发明人RK克尔P杨74专利代理机构北京市金杜律师事务所11256代理人陈文平54发明名称蒸汽防锥进/脊进技术。
2、SACT补救方法57摘要本发明涉及从初级油开采井中恢复采油的循环补救方法，所述初级油开采井已由于底水入侵锥或脊而堵水，其中A所述初级油开采井具有大于95V/V的采出含水率；B所述油是重质油，其原位粘度1000CP；其中所述方法包括C注入体积为累积初级油开采量的05至50倍的蒸汽段塞，蒸汽体积以水体积量度；D在所述蒸汽注入完成后，将所述井关闭以进行一段浸泡时间；和E开采所述井至所述含水率大于95。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014110786PCT国际申请的申请数据PCT/CA2013/0004532013050887PCT国际申请的公布数据WO2013/166587EN20。
3、13111451INTCL权利要求书1页说明书11页附图16页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书11页附图16页10申请公布号CN104271878ACN104271878A1/1页21从初级油开采井中恢复采油的循环补救方法，所述初级油开采井已经由于底水入侵锥或脊而堵水，其中A所述初级油开采井具有大于95V/V的采出含水率；B所述油是重质油，其原位粘度1000CP；其中所述方法包括C注入体积为累积初级油开采量的05至50倍的蒸汽段塞，蒸汽体积以水体积量度；D在所述蒸汽注入完成后，关闭所述井以进行一段浸泡时间；和E开采所述井至所述含水率大于95。2根据权利要求1。
4、所述的方法，其中所述初级油开采井已预先经过蒸汽处理。3根据权利要求1所述的方法，其中所述蒸汽使用现有的初级油开采井注入。4根据权利要求1所述的方法，其中所述蒸汽使用单独的井添加。5根据权利要求1所述的方法，其中所述初级油开采井是水平井，并且底水入侵在所述初级油开采井下方形成水脊区。6根据权利要求5所述的方法，其中所述初级油开采井不适用于蒸汽注入，并且多个基本上平行的水平井与另外的基本上垂直的水平井连接，所述另外的基本上垂直的水平井在每一个所述基本上平行的水平井的蒸汽脊区中完井。7根据权利要求6所述的方法，其中所述另外的基本上垂直的水平井在所述脊区中、在所述水平井长度的中点处或中点附近连接。8根。
5、据权利要求1所述的方法，其中所述重质油是沥青API100,000CP。9从沥青开采井中恢复采收沥青的循环补救方法，所述沥青开采井已经由于底水入侵锥或脊而堵水，其中A所述沥青开采井具有大于70V/V的采出含水率；B注入体积为累积沥青的05至50倍的蒸汽段塞，蒸汽体积以水体积量度；C在所述蒸汽注入完成后，关闭所述井以进行一段浸泡时间；和D开采所述井至所述含水率大于70，其中沥青是具有100,000CP的原位粘度的原位烃。10根据权利要求9所述的方法，其中所述沥青开采井用于蒸汽补救注入。11根据权利要求9所述的方法，其中蒸汽注入速率以水量度是当所述初级井已堵水后流体产生速率的05至50倍。12根据权。
6、利要求9所述的方法，其中蒸汽注入井口处的蒸汽干度控制在50和100之间。13根据权利要求9所述的方法，其中所述井关闭以进行1至10周的浸泡时间。权利要求书CN104271878A1/11页3蒸汽防锥进/脊进技术SACT补救方法背景技术0001如图1A所示，许多油藏在含油的净产油层下方具有活跃底水区20。如果从在油区中完井的竖直井中泵吸石油、特别是高粘度的原位油，水可能锥进CONE至开采井并抑制开采。对于开采，锥进将降低含油率并提高含水率，直至开采该井不再具有经济性。在工业中，将该井称为已经“堵水”。石油的流度比决定水锥进的速率和程度。通常，当石油是较重质油时，水锥进的问题更为严重。如图2所示，。
7、该问题也可表现在用于底水油藏的沥青采收的SAGD中。0002当储层的特性已知时，已经做出尝试来防止锥进/脊进。然而，这些尝试的效果有限。尝试的实例包括下列00031开采井在净产油层中更高的位置完井，因此所述井在堵水之前水锥必须被延长。但这最多是一个临时性措施，并且额外的开采往往是薄利的。00042如图1B中所示，钻探水平井，使得泵吸的压降遍及所述水平井的整个长度。然而，水将最终侵入所述井并产生具有高水饱和度的水脊区10。与竖直井类似，所述井将堵水。00053使采油速率最小化以延迟或防止锥进/脊进。00064如图3所示，安装了具有井下水处理的井下油/水分离器30DHOWS。PIERS,KCOPI。
8、NGWITHWATERFROMOILANDGASWELLS,CFER,2005年6月14日。所述井下装置可以是旋流器。然而，该装置需要合适的水处理区40，并且它对在水和油之间具有高密度差异的轻质油运转最佳。这对于重质油并不实用。00075如图4所示，安装了逆向锥进系统50PIERS,2005年。在该系统中分别开采或泵吸水60和油70，以控制锥进。再次对于重质油而言，控制锥进的水泵吸速率是非常大的和不实用的。0008当储层的特性未知或锥进/脊进没有大到足以证明防范性投资合理时，已经尝试了限制所述锥进/脊进。已知的补救尝试效果有限。这些尝试的实例包括下列00091阻断剂被用来抑制锥/脊区的水流。阻。
9、断剂包括凝胶、泡沫、石蜡、硫、和水泥。已经尝试了这些中的每一个，取得的成功有限PIERS2005年ELSAYED,ETAL,HORIZONTALWELLLENGTHDRILLSHORTORLONGWELLS,SPE37084MS,1996年。00102另一种反应方法是关闭已经锥进/脊进的油井。重力将导致锥/脊区被油重新饱和。然而，当所述油是较重质油时，重新饱和的时间可能非常长，益处可能是边际的。00113将气体段塞注入锥/脊区内。在1990年代早期，开发了一种称为防水锥进技术AWACT的方法并在中质/重质油中试验AOSTRA，AWACT演示，1999年3月。AWACT方法包括注入天然气或甲烷来。
10、取代水，然后是浸泡期LUHNING等,THEAOSTRAANTIWATERCONINGTECHNOLOGYPROCESSFROMINVENTIONTOCOMMERCIALAPPLICATION,CIM/SPE90132,1990年。实验室试验表明，优选的气体CO2或CH4在油或水中具有一定溶解度图9。下述机制预期将被激活。0012A在循环的“吞”部分上或当注入气体时，甲烷在锥区中取代流动水并绕过油。说明书CN104271878A2/11页40013B在“浸泡”循环上或当井被关闭时，甲烷缓慢吸收进入油来降低粘度，降低表面张力，并导致溶胀。0014C在“吐”循环上或当井被开采时，气体形成被捕获的节。
11、点/气泡以阻碍水流。如图5所示，这使相对渗透率产生变化。含油率提高并且石油开采量增加。0015然而，益处只持续了几年，并且该方法只能被重复5或6次。下述表1总结了7种石油储层类型的AWACT现场试验AOSTRA1999年。油的比重OILGRAVITY在13至28API之间改变，而原位粘度在6至1200CP之间改变。AOSTRA建议对AWACT进行下述筛选1砂岩储层；2油湿或中性润湿；3原位粘度在100至1000CP之间；4在饱和油下；和5大于10M的净产油层。0016表10017AWACT储层特性0018SOUTHJENNERAWACT处理总结0019基于34种受评价的处理00200021括号。
12、内的数字为负数0022比率为M3气体/M3处理之前的累积石油开采量0023其它AWACT处理的油池的储层特性00240025初始储层GOR说明书CN104271878A3/11页500260027如图6和7所示，AWACT不总是成功的LAI等，FACTORSAFFECTINGTHEAPPLICATIONOFAWACTATTHESOUTHJENNEROILELD，SOUTHEASTALBERTA，JCPT，1999年3月。如图8所示，对水平井的试验是无结论的AOSTRA1999年。00284循环CO2激励也是一种采收增量油的方法PATTON等，CARBONDIOXIDEWELLSTIMULATI。
13、ONPARTLAPARAMETRICSTUDY，JPT，1982年8月。如图10所示，对于较重质油，方法效率急剧降低。0029由于现有技术的局限性，需要作用于油井优选较重质油井的脊进/锥进的补救方法。发明内容0030本文将使用下列术语和缩略词0031AOSTRA阿尔伯塔油砂技术研究局ALBERTAOILSANDSTECHNOLOGYRESEARCHAUTHORITY0032AWACT防水锥进技术0033UNITAR联合国训练研究所UNITEDNATIONSINSTITUTEFORTRAININGANDRESEARCH0034JCPT加拿大石油技术杂志0035CIM加拿大矿业学院0036SPE石。
14、油工程师学会0037JPT石油技术杂志0038SAGD蒸汽辅助重力泄油技术0039GOR气体石油比0040OC含油率0041KRO对油相对渗透率0042KRW对水相对渗透率0043SACT蒸汽防锥进/脊进技术0044STB储罐桶0045SRC萨斯喀彻温研究局SASKATCHEWANRESEARCHCOUNCIL0046HZ水平井0047VT竖直井0048OSR油蒸汽比0049SOR蒸汽油比0050DHOWS井下油水分离器0051EOR强化采油0052REC采收0053OOIP原油地质储量0054由于需要脊进/锥进的补救方法，SACT是一种方法，其将蒸汽添加到锥/脊区并在所述锥/脊区中和在所述锥。
15、/脊区边缘处加热石油。在一个优选实施方式中，蒸汽添加说明书CN104271878A4/11页6随后是浸泡时间，以允许进一步加热石油并允许重力导致所述锥/脊区的重新饱和。优选在所述浸泡时间之后，可然后对油井恢复开采。0055优选地，所述SACT方法应用于1重质油，其中天然石油粘度过高而不允许所述锥/脊区快速地进行石油重新饱和，优选其中所述粘度1000CP，和2沥青SAGD井。0056根据本发明的一个主要方面，提供了一种从初级井PRIMARYWELL中恢复石油采收的循环补救方法，所述初级井已由于底水入侵锥进或脊进而被堵水，其中00571所述初级井具有大于95V/V的采出含水率；00582所述石油是。
16、重质油，优选其原位粘度1000CP；并且其中所述方法包括00593在锥/脊区中优选通过蒸汽段塞注入蒸汽，蒸汽段塞的体积优选为累积初级油开采量的05至50倍，优选其中所述蒸汽以水量度；00604在所述蒸汽注入完成后，将所述井关闭以进行一段浸泡时间；00615然后开采所述井至所述含水率大于95。0062在本方法的一个优选实施方式中，所述井预先经过蒸汽处理。0063优选地，所述蒸汽使用现有的初级油开采井注入。0064在一个可替代实施方式中，所述蒸汽使用单独的井添加。0065在本方法的另一个实施方式中，所述初级井是水平井，并且底水入侵在所述初级井下方形成水脊区。0066在另一个实施方式中，如果所述初级。
17、井不适用于蒸汽注入，则多个基本上平行的水平井可与另外的垂直的水平井连接，所述另外的垂直的水平井在每一个所述平行的水平井的蒸汽脊区中完井。0067优选地，多个基本上平行的水平井可在所述脊区中，在所述水平井长度的中点处或中点附近连接。0068在另一个实施方式中，所述重质油是沥青API100,000CP。0069在另一个实施方式中，提供了一种从沥青井中恢复沥青采收的循环补救方法，所述沥青井已由于底水入侵锥进或脊进而被堵水，其中00701所述初级井具有大于70V/V的采出含水率；00712在锥/脊区中优选通过蒸汽段塞注入蒸汽，蒸汽段塞的体积优选为累积初级油开采量的05至50倍，优选其中所述蒸汽体积以水。
18、体积量度；00723在所述蒸汽注入完成后，将所述井关闭以进行一段浸泡时间；00734然后开采所述井至所述含水率大于70。0074在另一个实施方式中，所述沥青开采井用于蒸汽补救注入。0075在另一个实施方式中，蒸汽注入速率以水量度是当所述初级井已堵水后流体产生速率的05至50倍。0076优选地，蒸汽注入井口处的蒸汽干度控制在50和100之间。0077优选地，所述井关闭以进行1至10周的浸泡时间。附图说明0078图1A和1B分别描述了竖直开采井的水锥贫乏LEAN区和水平开采井的水脊贫乏区。说明书CN104271878A5/11页70079图2描述了SAGD沥青贫乏区底水。0080图3描述了现有技术。
19、的DHOWS构思。0081图4描述了现有技术的逆向锥进控制。0082图5描述了AWACT对相对渗透率的作用。0083图6描述了在AWACT油采收之前和之后的增量AWACT储量。0084图7描述了在AWACT之后增量油的频率分布。0085图8描述了在AWACT之前和之后的水平井的油开采量和含油率历史。0086图9描述了各种气体的AWACT实验室试验和水油比VS时间。0087图10描述了油井的CO2激励VS油粘度。0088图11描述了根据本发明的一个实施方式，经由SACT蒸汽管柱的蒸汽注入。0089图12描述了根据本发明的一个实施方式，经由单独的SACT蒸汽注入器的蒸汽注入。0090图13描述了用。
20、于脊进重质油井的SACT井。0091图14描述了SAGD局部锥进/脊进。0092图15描述了热井周围的热传导。0093图16描述了在根据本发明的竖直井和水平井中的SACT模拟。0094图17描述了水平井中的SACT模拟。0095图18描述了SACT成比例物理模型的蒸汽注入速率。0096图19描述了SACT成比例物理模型的蒸汽段塞大小。0097图20描述了SACT成比例物理模型的堵水率WATERCUTOFF。0098图21描述了SACT成比例物理模型的水平井长度。具体实施方式0099SACT是对由于底水入侵而已经锥进或脊进的重质油井或对SAGD的补救方法。所述方法是循环的并具有下述阶段01001。
21、初级开采井由于来自底水入侵锥进或脊进的高或过度的含水率而关闭。01012将蒸汽注入锥区或脊区内，所述蒸汽具有至少足以取代所述锥/脊区中底水的体积。01023将所述井关闭以浸泡一段时间数周至数月。这会允许热从所述蒸汽传导至在所述锥/脊区中或在所述锥/脊区附近的油，通过加热降低油的粘度并允许油通过重力重新饱和所述锥/脊区。01034将所述井恢复开采。01045所述方法可以重复。0105常规重质油开采设备的一个问题是初始开采井没有设计用于蒸汽注入。所述开采井可被热膨胀损坏，并且水泥没有设计用于高温操作。这个问题可以通过下列选项之一而减轻01061如图11所示，使用用于蒸汽90注入的具有单独的管体和隔。
22、热的注入管柱80，以最小化对初级井110的加热；或说明书CN104271878A6/11页801072如图12所示，钻探并热完井另外的蒸汽注入井100，用于补救单井130；或01083如图13所示，钻探并热完井与多个井140、150、160连接的另外的蒸汽注入井100，从而允许同时补救。0109参见图11，显示了注入蒸汽管柱80具有单独管体且隔热，以最小化对初级井110的加热。在此情况下的井可以是竖直井或水平井。0110参见图12，单独的蒸汽注入井100被用于将蒸汽注入根据本发明所述的水锥120内。在该图中，显示了竖直井构造以与单个初级开采井130一起使用。0111参见图13，SACT蒸汽注入。
23、水平井100被连接到多个水平开采井140、150和160，以确保脊进的重质油井根据本发明所述而被同时补救。0112沥青SAGD是SACT方法应用的一个特殊类似情况。如果SAGD设计具有活跃底水20，则我们可预期较低的SAGD开采井将最终锥进/脊进图2。沥青100,00CP是较重质的并且比重质油1000至10,000CP更粘，但在沥青加热后，它性质可以类似于重质油。0113如果沥青在活跃底水上方，则在下述情况下SAGD理论上可以开采沥青而不受底水干扰工艺压力高于天然储层压力，在较低的SAGD开采井中的压降不破坏该条件，并且储层的底部在SAGD开采井下方通过高粘度的固定沥青在所述开采井下方“密封”。
24、。但是，由于下述原因，这是一个脆弱的平衡01141蒸汽压力不能过高，否则可形成允许与底水连通的通道。随后的流体损失在最好的情况下可降低效率，而在最坏的情况下可关闭所述工艺。水的产生将少于蒸汽注入。01152对此最初的补救是降低压力。但是，蒸汽压力不能过低，否则水将被从底水区中吸进开采井锥进/脊进。水的产生将大于蒸汽注入。此外，对SAGD的工艺控制之一是过冷蒸汽疏水器控制，假定井孔区附近是在饱和蒸汽温度下。当底水破坏开采井时，该控制将丧失。01163如图14所示，如果SAGD储层是不均一的，或者如果加热模式是不均一的，则所述通道或所述锥/脊可以是局部的，并且该问题可适时变得严重。01174最初，。
25、在开采井下方的冷沥青将充当防止形成通道、锥进或脊进的屏障。但是，当SAGD方法在数年后成熟时，底部沥青将通过传导加热图15并且原位粘度将与重质油类似，形成通道、锥进或脊进的可能性更大。0118开采井一旦已锥进/脊进，就可应用所述SACT方法。不同于重质油，SAGD开采井已经被热完井，并且它可以用作SACT蒸汽注入器。0119再一次地，所述SACT方法是循环的，具有下列步骤01201关闭SAGD开采井并将它转化为蒸汽注入器。01212通过使用蒸汽注入井，保持在SAGD蒸汽室中的目标压力接近但略高于原位压力。01223将蒸汽段塞注入SAGD开采井内。01234关闭两个SAGD井以进行一段浸泡时间数。
26、周至数月以允许加热沥青和使锥/脊区域重新饱和。01245所述方法可以重复。0125实施例说明书CN104271878A7/11页90126NEXEN使用EXOTHERM模型进行了SACT的模拟研究。EXOTHERM是三维、三相、全隐式、多组件的计算机模型，其设计用来使用热方法如蒸汽注入或燃烧来数值模拟烃的采收。0127所述模型已经成功地应用于重质烃储层的单井循环热激励操作、热水驱、蒸汽驱、SAGD和燃烧TBTAN等,APPLICATIONOFATHERMALSIMULATORWITHFULLYCOUPLEDDISCRETIZEDWELLBORESIMULATIONTOSAGD,JCPT,200。
27、2年1月。0128我们模拟了下述储层0129压力6200KPA0130温度280131孔隙率330132初始水饱和度300133原位粘度2000CP0134油层16M0135底水10M0136HZ井距75M0137HZ井长度1000M0138我们在锥进/脊进的初级开采井后模拟了SACT。对竖直井，我们使用了大小为50200M3的蒸汽段塞。对水平井，我们使用了更大量级的段塞尺寸。0139图16显示了对SACT的模拟结果、以及水平井与竖直井行为的比较。基于模拟结果，观察到了下述项01401竖直井的初级开采周期比水平井短得多约四分之一的时间，直至井被堵水。01412竖直井的初级开采力比水平井小约10。
28、倍。SACT开采力保持该比率。01423水平井的SACT循环次数更大。在图16所示的周期约为3年中，我们观察到竖直井有11个SACT循环，相比之下水平井只有3个循环。0143图17显示了水平井的SACT比较，其中蒸汽注入应用于井的根部和中点处。0144基于图17所示结果，观察到了下述项01451水平井的初级采收率为约9OOIP。01462初级开采后的2年周期内，SACT方法对应用于水平井根部的SACT采收了额外的5OOIP，而对应用于水平井中点处的SACT采收了额外的12OOIP。该增量RF与初级开采相比是显著的。01473应用于水平井中点的SACT的第一个循环产生优于初级开采井的开采曲线。0。
29、14819951996年，NEXEN签订SRC以基于下述项对SACT方法进行相似物理模型试验014914M油层柱015016M活跃底水柱015132孔隙率01524D渗透率01533600CP原位粘度0154980KG/M3油密度API129015528,5MPA储层T，P说明书CN104271878A8/11页100156150M井距，1200M水平井长度0157表2、3、4和图18、19、20、21表示研究结果。基于这些研究的结果，观察到了下述项01581对于水平井，蒸汽段塞大小在约36,000至54,000立方米225KBBL至340KBBL之间变化表2。对于竖直井，蒸汽段塞大小在约50。
30、0至1100立方米3100至7000BBL之间变化。至少在所研究的范围之内，蒸汽段塞大小不是很敏感图19。水平/竖直的段塞大小比率是约5070表3。01592蒸汽注入速率对于水平井在约300至400M3/D1900至2500BBL/D之间变化表2，而对于竖直井为约93M3/D60BBL/D表3。水平/竖直比率定义为与储层的油部分接触的长度的比率为约30至43。蒸汽注入速率不是敏感变量图18。01603SACT方法对于水平井试验了4至7个循环，而对于竖直井试验了3个循环。01614采收系数对于水平井在25至36之间变化，而对于竖直井在36至43之间变化水平井模式的OOIP高得多。01625OSR。
31、是关键的经济指标。水平井SACTOSR在073至095之间变化SOR为14至11。竖直井OSR在047至056之间变化。相比之下，良好的SAGD方法具有的OSR3301636图20显示当开采停止时的堵水率在较高水平下90VS50是最佳的。01647图21显示较长水平井300MVS150M具有更好性能，但不一定是在最佳长度下。0165基于本文讨论的研究和模拟，似乎本发明的SACT方法对于重质油锥进/脊进起到最佳作用，因为加热所述区和所述油可相对于轻质油急剧提升油的流度。0166如果重质油使用水平开采井来开采并且从活跃底水中形成脊，则连接井脊的优选途径是沿所述脊的中部的基本上垂直的水平井图13。热。
32、完井所述井以用于蒸汽注入。0167所述蒸汽段塞应优选为累积初级油开采量的05至50倍，基于水当量即蒸汽以水体积量度计。蒸汽注入速率由注入压力决定，优选不高于在钻开的油层表面SANDFACE处的天然储层压力的10。0168需要足够的时间来使蒸汽加热周围的油和使所述油重新饱和所述锥脊区基于上述，所述时间优选在蒸汽循环结束后的1至10周之间。0169当采出液中的含水率大于约95V/V时，所述方法可以重复。0170本发明的一些优选实施方式提供如下。01711重质油原位粘度1000CP01722连通/连接到脊进区内平行的初级水平开采井的井的几何形状01733优选连接在水平开采井的中点附近01744蒸汽段。
33、塞大小限制01755浸泡周期限制01766应用于具有底水的SAGD沥青开采井01777循环补救工艺非连续01788适用于水平井和竖直井二者说明书CN104271878A109/11页1101799蒸汽注入速率限制018010蒸汽干度限制0181本发明的其它实施方式对本领域的普通技术人员将是显而易见的，并且可被本领域的普通技术人员采用而不背离本发明的精神。0182表20183成比例物理模型试验结果水平井018401850186SRC1997年0187其中1在所有情况下使用初级开采来形成水脊。0188表30189SACT成比例物理模型试验竖直井0190储层条件OOIPM342054205间距M29。
34、00900说明书CN104271878A1110/11页12油饱和度940312初级开采量OOIP153141气顶是1否试验循环次数33运行周期年5865蒸气注入速率M3/D9393蒸气段塞大小M31116558累积蒸气注入M333481674性能采收率OOIP434359累积OSR047056油速率M3/CD086063水速率M3/CD31908401910192SRC1997年0193表40194SACT成比例物理模型试验竖直井VS水平井0195说明书CN104271878A1211/11页1301960197SRC1997年说明书CN104271878A131/16页14图1说明书附图C。
35、N104271878A142/16页15图2说明书附图CN104271878A153/16页16图3说明书附图CN104271878A164/16页17图4说明书附图CN104271878A175/16页18图5图6说明书附图CN104271878A186/16页19图7说明书附图CN104271878A197/16页20图8说明书附图CN104271878A208/16页21图9图10说明书附图CN104271878A219/16页22图11说明书附图CN104271878A2210/16页23图12图13说明书附图CN104271878A2311/16页24图14图15说明书附图CN104271878A2412/16页25图16说明书附图CN104271878A2513/16页26图17说明书附图CN104271878A2614/16页27图18说明书附图CN104271878A2715/16页28图19图20说明书附图CN104271878A2816/16页29图21说明书附图CN104271878A29。