[发明专利]通过外加氨原位燃烧的烃流动性和采收

说明书

背景

发明领域

本发明涉及使用原位燃烧从地层采收烃。

相关技术的背景

重质烃通常太粘而不能仅使用地层压力来生产。一种降低地层中重质烃的粘度的方法是使地层充满蒸汽。蒸汽使地层中的烃温度增加，这降低了其粘度，使得烃朝生产井排出或加速运动。蒸汽还凝结成水，然后该水可作为乳化油的低粘度载体相，由此使得重质烃更加容易被生产。

可以代替添加在表面上生成的蒸汽的一种选择是通过燃烧一部分重油储备而在井下生成蒸汽及其它热气。这种经由原位燃烧采收重油的方法通常称为“火驱法”。一种更加先进的原位燃烧方法(被称为“水平段注空气技术”(“THAI”))将水平生产井与垂直空气注入井相组合。该方法从在两种井中循环蒸汽开始，使得足以将井之间的油加热至流向更低的水平生产井。在蒸汽填入先前井间的含油孔时，蒸汽室将油加热并使其排出。然后停止生产井中的蒸汽循环并将空气仅注入到垂直注入井中。在空气中的氧气使油燃烧，生成热和燃烧气体：CO和/或CO₂(碳的氧化物)和H₂O(蒸汽)。燃烧气体室马上开始从注入井向外蔓延。当热气透过地层时，使更多的油受热和裂解，降低其粘度并使其通过重力沿燃烧锋面边界向下流入生产井中。

与可替的热力采油法如“蒸气驱”或“蒸汽辅助重力驱油”(SAGD)相比，原位燃烧具有许多优点。例如，原位燃烧不需要进行的外部燃料源以将水加热成蒸汽，或进行的水源以加热成蒸汽。这导致能源成本和水处理成本明显降低。

然而，原位燃烧工艺并非完全没有缺点。例如，在前进的燃烧锋面之前通过气体加热重油或沥青时，单独的油滴或油束可熔融、流动并熔合成油连续层。初期，油的不完全燃烧还形成含氧化合物，如醇和有机酸，它们吸附在地层矿物上，油润湿它们，并由此促进油连续层。热的燃烧气体沿阻力最小的通道而行，绕行该油连续层，并在通过生产井离开之前仅加热面对火焰前缘的油连续层的表面。

加热面对火焰前缘的油表面导致在该表面上的油分馏成向前运动的较轻的蒸馏烃，和留在原位的较重的残余烃。例如，在Athabasca油砂沥青中，原位蒸馏高达370℃后留下多达70%的粘稠焦油形式的沥青。在此温度下，在沥青分子的多核芳族芯上的烷基侧链脱落并留下半固态沥青。最重的沥青质材料在525℃-565℃之间形成。它是无定形、粘着材料，其继续裂解、凝聚并脱氢成硬的、玻璃状、无孔焦炭壁。在油中的铁化合物可作为有效的催化剂来加速这种焦化。

一旦形成，该焦炭壁可大大阻碍热流动，以致在火焰侧上超过500℃的温度产生在产品侧上小于27℃的温度。此外，壁将大部分注入的空气直接引入生产井中，使燃烧率减少至需要在经济上提高火驱的小的分数。令人遗憾地，尚不知使这种一旦形成的焦炭壁溶解或分散的方法。通常必须钻探新的注入井，要么钻进焦炭中以将其烧掉，要么钻在焦炭的另一面以绕过壁。然而，钻另一个井昂贵并且不能防止形成另外的壁。

概要

本发明的一个实施方案提供一种增加地层中烃的流动性的方法。该方法包括引发一部分地层内的烃原位燃烧以形成燃烧锋面，和在原位燃烧期间向地层中引入空气和氨气，其中氨气与燃烧锋面之前的烃接触并与烃中的环烷酸原位反应以形成表面活性剂。

本发明的另一实施方案提供一种从地层采收烃的方法，该方法包括：向地层中引入蒸汽；和然后向地层中引入空气和氨气，其中空气支持一部分地层内的烃原位燃烧以形成水并建立燃烧锋面，其中氨气与燃烧锋面之前的烃接触并与烃中的环烷酸原位反应以形成表面活性剂，和其中烃、水和表面活性剂形成水包油乳液；和使用与燃烧锋面之前的烃流体连通的生产井从地层除去水包油乳液。

详细说明

本发明的一个实施方案提供一种增加地层中烃流动性的方法。该方法包括引发一部分地层内的烃原位燃烧以形成燃烧锋面，和在原位燃烧期间向地层中引入空气和氨气，其中氨气与燃烧锋面之前的烃接触并与烃中的环烷酸原位反应以形成表面活性剂。

氨(NH₃)是一种无机化合物，其在1大气压下在-28°F沸腾。本发明在原位燃烧期间向地层中引入氨气，但氨能够通过燃烧锋面并与所述锋面之前的烃接触，因为氨是不易燃的。因此，优选使用氨气源，其基本上不含胺及其它易燃或可燃组分。可燃组分(如胺)将在燃烧锋面内燃尽，因此对于燃烧锋面之前的任何目的都无效。此外，原位燃烧工艺涉及通过干孔蒸汽/空气室到在燃烧锋面之前的水凝结/油排放前缘的长和弯曲路径。即使最小的气溶胶也不可能透过这些孔。