[发明专利]烃类采集的改进

说明书

本发明涉及烃类热采装置及相关的方法。本发明具体地但不仅仅涉及通过注入蒸汽进行烃类热采。

在世界各处，已知地表下层的油或沥青砂中有显著的烃储量。存在于这些环境中的烃是特别稠密并且不能自然流动的沥青或重原油形式。在存在轻质烃的地质环境中，可钻井进入含烃岩层中，由于该岩层压力高于地球表面，烃类如石油和气体将很容易通过井从含烃的地质岩层流至地球表面。

粘稠的沥青和重原油更难以抽提，但是这可利用烃类热采技术实现。热采的关键原理是加热油砂以使沥青或重油变成足以流动的粘性，然后使它以加热并可流动的状态从岩层中被抽提。

用于实施此的一种技术包括钻井，然后通过井筒将蒸汽注入岩层中以加热岩层和重油。其后，通过井筒将油抽提至表面。通常要实施多个加热和抽提的循环。该方法通常使用一个井筒既用于注入蒸汽又用于将油抽提和移至表面，称为“吞吐”系统。

另一种已知的热采技术是蒸汽辅助重力泄油(SAGD)。此技术也依据将蒸汽注入岩层进行工作，但是，它利用另外的井筒；指定用于注入蒸汽的“蒸汽注入井井筒”和另一个用于将油抽提或开采至表面的“生产井井筒”。典型地，蒸汽注入井井筒与生产井井筒的水平部分彼此接近与位于生产井井筒上的蒸汽注入井井筒成对。

当将蒸汽通过注入井井筒注入岩层时，在注入井井筒之上和周围的岩层的蒸汽加热区域，称为蒸汽“室”。这使重油变热并且在重力下向在初始循环时已被加热的生产井井筒下泄。泄油使得蒸汽经过蒸汽室向其周围进一步升高，使得蒸汽室连续增长。蒸汽在释放其热能之后，冷凝并与流动油一起在重力作用下向下流至生产井筒下部。

典型地，注入井和生产井井筒包括水平部分，所述水平部分在地质层中大致平行且水平，并且与位于生产井井筒上方的注入井井筒彼此间隔数米，例如间隔约5m。

虽然就效率和采油速度而言目前的SAGD技术具有益处，但是迄今使用的SAGD技术仍有许多问题。例如，可能难以控制生产井井筒中的蒸汽突破，并且难以实现蒸汽沿着水平注入井精确“分配”蒸汽而形成最佳的蒸汽室。

为了连贯地通过生产井井筒抽提油，确保冷凝水的层、集水阱或集水槽和要抽提的烃类保持在生产井井筒周围，从而来自注入井井筒的蒸汽不能“短路”并且直接突破至生产井井筒部分。但是，若没有正确确立加热条件和蒸汽室，可发生蒸汽突破。例如，在生产井井筒周围地质层中的温度应低于用于使油下泄入生产井井筒中的蒸汽室的温度（低温冷却）。否则，蒸汽可替代在生产井处的油和冷凝水，这是不令人期望的，因为它延迟烃类生产并且对位于生产井井筒中的用于将油泵送至表面的提升泵造成损坏。于是需要采取各种步骤来纠正此情形。

为了避免发生蒸汽突破，可能需要采取各种措施。具体地，在现有SAGD技术中，可能需要限制生产速度以维持流动的烃层。这可通过例如控制在生产管道内运转的提升泵以控制管中的压降或者通过减少来自注入井井筒的蒸汽注入进行。还需要控制温度以维持围绕生产井管的流体圈闭。具体地，在围绕生产井井筒的区域中的温度必须保持低于蒸汽室温度，即“低温冷却”，以建立和维持适合的流体圈闭。

尽管粘性仍然足以流动，在生产井井筒周围要抽提的流体相对粘稠，这限制了抽提效率。因此，通常期望蒸汽室扩展尽可能地接近生产井井筒以尽可能地保持流体可流动而不造成蒸汽突破。需要保持平衡，鉴于此，为了有助于保持温度条件和“蒸汽室”稳定并且相对可预测地接近生产井井筒，现有的方法是基于蒸汽注入与生产井筒之间的间距为约4-6m。此外，可能需要调整生产或注入速度以保持温度条件。因此，利用现有的方法可能难以一致地达到重油的商业生产速度，因为即使在局部化的蒸汽突破的情况下整个井必须被阻塞。

现有的技术关注利用具有固定流道构造的入流控制装置ICD解决上述蒸汽突破的问题。统称为通道或喷嘴型ICD，这些被置于生产管或衬管上以提供在沿着管部分的特定位置上管内部与地质层之间的流体连接。在生产井管中这样的ICD在岩层与管之间强加额外的压降以阻止蒸汽突破并且维持在管周围的流体圈闭。但是，避免蒸汽突破并形成适合的围绕生产井管的低温冷阱是与现有热采技术相关的重大挑战。

还要考虑如何运行注入井。如上所述，期望能够产生适合的蒸汽室并且以受控的方式分配蒸汽。但是，能够沿着井筒的整个长度如此也是重要的。这也有助于降低蒸汽突破至生产井的风险，更关键地避免出现局部化且不平衡的蒸汽室。