[发明专利]可变速率蒸汽注入，包括通过太阳能提高石油采收率，以及相关联的系统和方法

说明书

公开了用于可变速率蒸汽注入的系统和方法，包括通过太阳能提高石油采收率。若干实施例包括利用太阳能生成的蒸汽的可变性质来改善提高石油采收率过程的效率和成本效益。在特定的实施方案中，相较于相同量的蒸汽以连续方式被提供，可变速率注入可以在更低成本的情况下提供在含油地层中的更均匀的蒸汽分布。

相关申请交叉引用

本申请要求于2015年9月1日提交的美国临时申请号62/213,078的优先权，其内容全部以引用的方式并入本文。

技术领域

本技术通常涉及可变速率蒸汽注入，包括通过太阳能提高石油采收率，以及相关联的系统和方法。

背景技术

热提高石油采收率(EOR)是本领域技术人员熟知的一类技术，用于提高石油钻探工艺中的采油率和最终采收率。无论是由于地层特性(低渗透率)，还是由于石油特性(高粘度)，或两者兼有，热EOR都特别适用于低流动性的含油地层。

几种蒸汽注入过程在本领域中是公知的，包括使用垂直和水平注入井以及使用连续或间歇的蒸汽注入。在一些情况下，蒸汽可与气体、表面活性剂、溶剂或改变地层中蒸汽和石油的物理和化学特性的其他物质共同注入。众所周知的技术包括SAGD(蒸汽辅助重力泄油)、SAGOGD(蒸汽辅助气油重力泄油)、CSS(循环蒸汽吞吐)、蒸汽驱，和蒸汽驱动。

在热EOR运营中蒸汽成本占石油生产总成本的很大一部分。因此，高效且经济有效地供应蒸汽是石油生产经营经济的关键问题。蒸汽发生器的设计和建造以及经济有效地处理给水的系统的现有进展，包括再利用从油田产生的水并控制蒸汽在包括多个同时或顺序操作的注入井的油田上的分配和注入。图1A示意性地示出了传统的蒸汽发生和分配布置，其中一个或多个集中式蒸汽发生设施将蒸汽输送到多个注入井。在这种布置中，一个或多个蒸汽发生器通过分配网络供给多个蒸汽注入井。流向每个注入井的流量可以按照相对均匀地在多个注入井内分配流的方式进行分配，从而减少分配网络中压降的影响以及地下压力或注入能力的变化。因此，该系统可以包括在每个井的蒸汽流动路径中的流量控制装置，其通常安装在井口或分配歧管处。这种速率控制装置可以包括“节流器”，其以期望的蒸汽注入速率建立临界流动条件。这种流量控制装置提供了一种低成本的方式来建立从网络到多个注入井中的每一个的大致均匀的蒸汽分配。一些装置使用电动机操作阀。例如，这样的阀门用于“循环蒸汽吞吐”项目中，其中在单个注入器处的蒸汽被开启和关闭，通常每年多次，但通常少于每周一次或每月一次。

在某些情况下，使用太阳能蒸汽发生器可以显著降低油田蒸汽产生的成本、排放和燃料使用。与燃料蒸汽发生器不同，太阳能蒸汽发生器可以不同的速率产生蒸汽。太阳能蒸汽发生器可以通过集中的太阳能收集器直接输送蒸汽，或者在太阳能通过中间传热流体和/或蓄热装置输送之后间接输送蒸汽。然而，无论是直接还是间接输送，太阳能都是以时变方式获得的。图1B显示了具有代表性的太阳能蒸汽发生器。

在某些情况下，燃料蒸汽发生器与太阳能发生器一起运行，以补充太阳能发生器的时变输出。为了保持相对稳定的注入速率，基于当前的太阳能蒸汽的可用性，燃料蒸汽发生器将燃烧速率升高或降低。井口处的蒸汽流量控制装置在平衡流入每口井的流量方面发挥作用；这些可以是固定的节流器或手动可变阀。图1C显示了一个与分配网络相连的太阳能蒸汽发生器的例子。图1D(来自转让给本申请的受让人的8,701,773号美国专利)示出了按小时计算的燃料蒸汽(线12)和太阳能蒸汽(线10)的相应贡献，其中总蒸汽注入速率在24小时内(线13)大致保持不变，或者在白天(线11)更大。

在一些情况下，例如由于成本较低、排放较低和/或其他益处，太阳能蒸汽比燃料蒸汽更有价值。在这种情况下，使太阳能蒸汽输送占年总注入蒸汽量中的相对更大部分的系统和方法是有益的。以时变速率生产和注入蒸汽是可使太阳能蒸汽输送占全年总蒸汽量中的相对更大部分的一种方法。例如，美国专利第8,701,773号(引用同上)公开了来自太阳能蒸汽发生器和燃料蒸汽发生器的组合以时变总速率来生产蒸汽。然而，需要改进以时变速率进行划分、分配和注入蒸汽以提高系统效率的系统和方法。