改進的強化採油法的製作方法

2023-10-17 09:34:34

專利名稱：改進的強化採油法的製作方法
技術領域：
本發明提供了加強從地下巖層中採油的方法。更具體地說，本發明提供了在地下巖層中的油中注射至少含50％體積二氧化碳和其餘為氮氣或其它惰性氣體的混合氣體的方法。
背景技術：
油或汽油和油層或巖層中油或汽油周圍的多孔巖石所含的任何水通常承受著因處於它們之上的材料的重量而引起的壓力。這樣，它們會移動到壓力較低和較高的區域，如井口。在釋放出一些壓力後，油仍會流到地面上，但流得較慢。用機械泵，如常見的蚱蜢式泵(grasshopper pump)，能有助於這種移動。這些方法通常稱為一次採油法。通常，一次採油法只能開採出油層中不到50％的油。通過進行強化採油(EOR)法可以提高採油量。這些方法通常分為兩類二次採油和三次採油。
二次EOR法通常是將流體(液體或氣體)泵入地下，再次產生在一次採油時消失去的背壓力。這些方法中最常用的是注入水，簡稱為注水法。
三次採油方案通常是利用化學相互作用或加熱來降低油的粘度，使油能更自由地流動，或改變油和周圍巖石孔隙之間界面的特性，使油能流出巖石中的小孔隙，並進入較大孔道中，在該處油能被驅動流體帶動和因壓差而移動到達生產油井中。也可使油溶脹，這樣一部分油可從小孔隙滲出，進入巖石中的孔道或較大孔隙中。這些方法中典型的是水蒸汽注射法、可溶混流體注射法和表面活性劑注射法。
使用水蒸汽的熱技術可用於井間(well to well)採油方式，也可用於單井技術，被稱為水蒸汽吞吐法。在該方法中，水蒸汽經油井注入，注入量要足以使井附近的地下含烴油層加熱。然後將油井關閉維持一段保溫期，此後將油井投入生產。在生產量下降後，可對同一油井使用水蒸汽吞吐法，再次促進生產。
對於加強井間和單井的生產，已知可以使用二氧化碳將它注入油層。二氧化碳容易溶解於油中使油溶脹，並能降低油的粘度和表面張力，從而增加採油量。二氧化碳也可與水蒸汽一起使用，這樣就將水蒸汽和二氧化碳同時或先後注入，然後通常經過一段保持期，接著再注入二氧化碳或其它流體。
US 2,623,596描述了從一個單獨生產井採油時在注入井中使用氣體的強化採油法。用給出的數據對使用CO2和N2混合物的強化採油法進行了討論，這些數據顯示採油量隨著混合氣體中CO2％的增加而單調增加。但是，這些給出的數據未指出使用85％CO2和100％CO2時的結果。
美國專利3,295,601提出，由二氧化碳和烴氣(優選含2-4個碳原子)或氮氣、空氣、硫化氫、煙道氣和類似氣體混合物的氣體栓在注入油井時，會形成一種過渡區。然後所述的過渡區被驅動液體所推動，經過注入井，這會從巖層中產生油和降低粘滯指進。優選的氣體栓由50％二氧化碳和足夠濃度(如10-50體積％)的C2-C4烴氣組成。混合氣體中的其餘氣體選自氮氣、空氣、硫化氫和煙道氣以及類似氣體，它們在二氧化碳和C2-C4烴氣的優選組成中構成其餘的部分。
美國專利5,725,054提出，通過在所述的油井中注入包含二氧化碳和選自甲烷、氮氣及其混合物的氣體的混合氣體，從地下巖層中採油的方法。所述的混合氣體約含5-50體積％的二氧化碳。如其實施例所示，二氧化碳的最高百分數是50體積％。
本發明人已經發現，使用包含50％以上、達到99％的二氧化碳和其餘為氮氣或其它惰性氣體的混合氣體會增加產油量。

發明內容
本發明提供一種提高從地下巖層中採油量的方法，包括在油中注入至少包含50體積％的二氧化碳和惰性氣體的混合氣體。本發明還提供提高從地下巖層中採油量的方法，包括在油中注入包含二氧化碳和氮氣的混合氣體的方法，其中混合氣體中二氧化碳的含量至少為50體積％。此外，本發明還提供降低地下巖層中油的粘度和表面張力、並增加油的體積或使油溶脹的方法，此方法包括在油中注入包含至少50體積％二氧化碳和惰性氣體的混合氣體。


圖1是氣體的二氧化碳含量對石蠟油粘度的影響圖。
圖2是氣體的二氧化碳含量對環烷油粘度的影響圖。
圖3是氣體的二氧化碳含量對芳香油粘度的影響圖。
圖4是氣體的二氧化碳含量對石蠟油表面張力的影響圖。
圖5是氣體的二氧化碳含量對環烷油表面張力的影響圖。
圖6是氣體的二氧化碳含量對芳香油表面張力的影響圖。
圖7是各溫度下氣體的二氧化碳含量對石蠟油粘度的影響圖。
圖8是各溫度下氣體的二氧化碳含量對石蠟油表面張力的影響圖。
圖9是各溫度下氣體的二氧化碳含量對石蠟油體積的影響圖。
具體實施例方式
本發明所包括的提高從地下巖層中採油量的方法，包括在油中注入包含至少50體積％二氧化碳和惰性氣體的混合氣體。所述的惰性氣體優選為氮氣。也可用其它惰性氣體，如氦氣和氬氣。本發明還包括的提高從地下巖層中採油量的方法包括在油中注入包含二氧化碳和氮氣的混合氣體。所述的混合氣體中二氧化碳的含量至少為50體積％。在巖層中通入二氧化碳和氮氣的混合物，提供了使油的粘度和表面張力比單通入二氧化碳或氮氣更低的乎意料的好處。它還使油的溶脹比單用二氧化碳或氮氣更大。使用氮氣到混合物中是因為成本比消耗純二氧化碳的成本低，所以經濟效益較大。
為達到本發明的目的，申請人將油定義為包含石蠟、芳香族或環烷組分或它們的混合物的烴。
根據油層的深度，以100-20,000磅/英寸2的壓力將二氧化碳和氮氣的混合物注入含油的油層中。採用這種注射方法，就可以使用WAG(水氣交替)井間法，即在氣體注入後注入水來推動油，提高井口的產油量。在水蒸汽吞吐法中此氣體注入方法也能採用，在水蒸汽吞吐法中，將此混合物注入巖層中。然後封閉巖層，使其經過一定時間的保持期，接著進入強化的採油階段或生產階段。
可用任何方法產生二氧化碳和氮氣的混合物。優選將富含二氧化碳的氣流和富含氮氣的氣流混合，或用空氣或富氧空氣使烴燃燒來產生二氧化碳。本發明人聲稱，除氮氣外的其它惰性氣體在與二氧化碳以最佳比混合時，會在增加溶脹的同時，減少油的粘度和表面張力。
富含二氧化碳的氣流的一種產生方法，是在油井現場或其附近使用發電裝置或利用廢熱發電裝置。富氧空氣和烴燃燒產生電力和富含二氧化碳的氣體。產生的電力用來操作空氣分離裝置，該分離裝置向發電裝置或利用廢熱發電裝置提供氧氣，供富氧之用。另外產生的氮氣和/或水蒸汽也可單獨或與富含二氧化碳的氣流混合注入油井中，用來提高採油量。熱量和二氧化碳的結合能進一步提高採油量，而結果很少有二氧化碳流失到水相中。
二氧化碳的另一種產生方法，是向井底注入純氧、富氧空氣或空氣。足夠深的油井，其溫度足以維持燃燒而產生二氧化碳。例如，8000英尺深的油井會有300°F的溫度，因此有足夠的熱量來產生提高採油量所需的二氧化碳。
在本發明的一個優選實施方式中，通過使混合氣體的組成最優化，將二氧化碳含量高於50％的二氧化碳-氮氣混合物注入生產井或其鄰近的油層中。由於二氧化碳和氮氣吸收速率不同，在注射部位處的巖層中能保持接近最佳的組成。然後，在離開生產井有一段距離的注入井中注入二氧化碳和氮氣的第二種混合物。此混合氣體的組成能使油的粘度和表面張力高於生產井或其鄰近的油，但仍低於未處理的油。可將氣體連續通入注入井，也可將油井關閉至少一天的時間，以促進氣體被油所吸收。
結果，油被推動到生產井中，而經過油的氣體的指進或分流被減到最小。在此優選的實施方式中，可採用多於一處的注入部位，而通過優化混合氣體中二氧化碳和氮氣的含量，使離開注入部位的油粘度和表面張力隨著各注入部位離井口注入部位越遠而越高。因此，使用的混合氣體的氮氣含量是隨著注射該混合氣體的部位離生產井越遠而越高。這種變化梯度會使靠近生產井的注射處的二氧化碳的含量高於50體積％。在此實施方式中，在隨後間歇使用二氧化碳流、氮氣流或水流將油推動到生產井，能進一步增加產量。
用於本發明方法的優選組成是至少50體積％的二氧化碳，其餘為氮氣或其它惰性氣體，包括氦氣、氬氣或水蒸氣。在一更加優選的實施方式中，混合氣體包含60體積％以上的二氧化碳，其餘為惰性氣體。在最為優選的實施方式中，混合氣體中有75體積％以上是二氧化碳，其餘為惰性氣體。
在另一實施方式中，可將烴加入上述的組成中。這些烴如甲烷、乙烷和丙烷可來自常規來源，但也可來自產油時所產生的有關氣體。烴可從油中分離出來並再注入地下，也可讓一部分烴在空氣、氧氣或富氧空氣中燃燒後從油中分離出來再注入地下。
實施例研究了三種類型的油以考察二氧化碳和氮氣的混合物對提高採油量的效果。在Peng-Robinson的氣-液平衡狀態方程、用於液相粘度的Twu模型和修正形式的表面張力的Brock和Bird方程的基礎上開發出了一種模擬方法。此項研究中所用的三種油為石蠟型、環烷型和芳香型。假設二氧化碳和氮氣的混合氣體的用量為1摩爾氣體/摩爾油，由於二氧化碳的注入操作通常在注水過程之後，或者在WAG法中與注水交替進行，因此要在此混合物中加入少量的水。水的加入量是基於使常用油達到20％飽和。在1,500-2,500磅/英寸2的壓力和75-200°F的溫度下進行研究。
圖1、2和3以及表1、2和3給出了石蠟油、環烷油和芳香油在75°F的粘度與採油混合氣體中二氧化碳百分數的關係。從中可見，混合氣體中高於50％的二氧化碳比用100％的二氧化碳更有利於降低油的粘度。
表1氣體的CO2含量對不同壓力和75F下石蠟油粘度的影響

表2氣體的CO2含量對不同壓力和75F下環烷油粘度的影響

表3氣體的CO2含量對不同壓力和75F下芳香油粘度的影響

圖4、5和6以及表4、5和6顯示了三種不同壓力下石蠟油、環烷油和芳香油在75°F時的表面張力與採油混合氣體中二氧化碳百分數的關係。從圖4、5和6中可見，混合氣體中高於60％的二氧化碳比用純二氧化碳更有利於降低表面張力。
表4氣體的CO2含量對不同壓力和75F下石蠟油表面張力的影響

表5氣體的CO2含量對不同壓力和75F下環烷油表面張力的影響

表6氣體的CO2含量對不同壓力和75F下石蠟油表面張力的影響

圖7和圖8以及表7和表8顯示了石蠟油在不同溫度下的粘度與採油混合氣體中二氧化碳百分數的關係。如前述實施例所證實，混合氣體中高於50％的二氧化碳比用純二氧化碳更有利。在二氧化碳為70-80％左右時油的粘度大幅降低，而在二氧化碳濃度更高時表面張力幾乎保持不變。
表7氣體的CO2含量對不同溫度和2000磅/英寸2下石蠟油粘度的影響

表8氣體的CO2含量對不同溫度和2000磅/英寸2下石蠟油表面張力的影響

圖9和表9顯示了石蠟油在不同溫度下的相對體積與採油混合氣體中二氧化碳百分數的關係。相對體積是與標準油體積比較的相對值。混合氣體中約70-99％的二氧化碳比用純二氧化碳在這種情況下更有利於使溶脹最大化。隨著油的溶脹的增加，油更會離開地下巖層中的小孔隙，通過使用各種流體注入技術，而被帶動或推動到生產井中。
表9氣體的CO2含量對不同溫度和2000磅/英寸2*下石蠟油相對體積的影響

*相對體積是與標準油體積的比較值雖然參照了具體實施方式
描述了本發明，但對於本領域中技術人員來說，顯然本發明可以進行各種其它形式的改變。本發明所附的權利要求書通常應視為覆蓋了本發明真實精神和範圍內的所有明顯的形式和改變。
權利要求
1.提高從地下巖層中採油量的方法，它包括在所述的油中注入至少包含50體積％二氧化碳的混合氣體。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的混合氣體中其餘選自惰性氣體、惰性氣體混合物、烴氣、水蒸氣、空氣或它們的混合物；所述的惰性氣體選自氮氣、氦氣和氬氣。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於在井口向所述的油中注入所述的混合氣體。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於向單個生產井口中注入所述的混合氣體。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於所述的注入是循環的。
6.如權利要求4所述的方法，其特徵在於所述的混合氣體注入不同於所述生產井口的注入井。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於所述的混合氣體以和驅動流體交替的方式注入。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於所述的驅動流體選自水蒸氣、水、氮氣、二氧化碳和空氣。
9.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的混合氣體以100-20,000磅/英寸2的壓力注入所述的油中。
10.如權利要求1所述的方法，其特徵在於在注入所述的混合氣體後，將所述的地下巖層封閉至少一天。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於將所述封閉的地下巖層拆封，讓選自二氧化碳、氮氣、水或鹽水的物料流經所述的注入點輸入。
12.如權利要求9所述的方法，其特徵在於所述的混合氣體至少經過兩個不同的注入點注入所述的地下巖層中，經過所述第二注入點注入的所述混合氣體中的氮氣體積百分數高於經過所述第一注入點注入的所述混合氣體中的氮氣體積百分數，並且所述的第一注入點比第二注入點更靠近至少一個所述的生產井。
13.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的混合氣體進一步降低所述地下巖層中所述油的粘度和表面張力。
全文摘要
披露了提高從地下巖層中採油量的方法。將含有50體積%以上二氧化碳和其餘為惰性氣體的混合氣體注入地下巖層中,降低油的粘度和表面張力,並增加油的溶脹。優選的是含有60體積%以上二氧化碳的混合氣體,更優選的是含有70體積%以上二氧化碳的混合氣體。
文檔編號E21B43/16GK1385595SQ0212003
公開日2002年12月18日 申請日期2002年5月15日 優先權日2001年5月16日
發明者R·拉馬錢德倫, K·W·林貝奇, 黃順成 申請人:波克股份有限公司