CN101460702A - 利用多个裂缝的蒸汽吞吐方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于从含粘性烃地层生产出加热烃的周期蒸汽浸透(CSS)激励方法，包括以下步骤：a)大体上沿最小水平压应力Sh的轨迹，将具有大体水平或倾斜下部井段(3)的井(1)钻入含粘性烃地层中；b)通过旋转液压喷射切削装置(6)，沿下部井段(3)的长度以选定间隔将大体圆盘状的空腔(5A－5D)切入含粘性烃地层(4)中；c)完井(1)；d)以高压力将蒸汽注入井(1)和圆盘状空腔(5A－5D)中以使得至少一个圆盘状空腔5A中的液压压力高于地层压裂压力，从而压裂地层(4)并且允许蒸汽侵入环绕裂缝的地层并加热蒸汽侵入区中的烃；e)中断蒸汽注入并且经由井(1)生产出加热烃；和f)重复进行步骤(d)和(e)许多次。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于从含粘性烃地层生产出加热烃的蒸汽吞吐(cyclic steam stimulation，CSS)方法。
背景技术
加拿大专利2219513公开了一种蒸汽吞吐(CSS)方法，其中在初始加热步骤期间，将蒸汽通过蒸汽喷嘴注入含粘性烃地层，该蒸汽喷嘴位于沿井的大体水平的下部井段的长度上的几个位置处，以及其中在随后的生产步骤期间，产生的加热烃经由喷嘴返回到井口。循环地重复进行蒸汽注入和随后的生产烃的步骤，直到已经从地层产生出大部分的烃。
已知的CSS方法的常见缺点是蒸汽渗入地层的深度受到限制，以及，如果形成裂缝，裂缝的位置很难控制，因而导致烃地层的加热不可控制且效率低。现场经验也表明，通过已知方法最多只能产生几个裂缝，留下大部分地层长时间未被加热。
在加拿大专利2219513中描述的方法提出使用喷嘴来沿着井更均匀地调节和分配蒸汽注入。然而，该方法的缺点是因为油相对于注入蒸汽的可动性较低，同一井的油产量将由于受通过喷嘴的流动限制而显著降低。
美国专利申请US2005/0263284公开了一种使用流体喷射来穿透并且压裂地层的方法，该流体喷射位于衬管中沿纵向和沿圆周间隔开的不同位置处，以便引发在相对于井眼的不同方向上定向的小裂缝。
本发明的一个目的是提供一种新颖的蒸汽吞吐(CSS)方法，该方法不仅更快地以更均匀的方式加热地层，而且比已知CSS方法更快地采油，所述已知的CSS方法包括加拿大专利2219513中描述的方法。
本发明的另一个目的是提供一种新颖的蒸汽吞吐(CSS)方法，该方法能产生适合执行后续蒸汽驱过程的储层加热模式。
发明内容
根据本发明，提供一种用于从含粘性烃地层生产出加热烃的蒸汽吞吐方法，所述方法包括下列步骤：
a)大体沿着最小水平压应力Sh的轨迹将具有大体水平或倾斜的下部井段的井钻到含粘性烃地层中；
b)通过旋转液压喷射切削装置，沿下部井段的长度以选定间隔将大体圆盘状空腔切入含粘性烃地层中；
c)完井；
d)以高压力将蒸汽注入井和圆盘状空腔中以使得至少一个圆盘状空腔中的液压压力高于地层压裂压力，从而压裂地层并且允许蒸汽侵入环绕裂缝的地层并加热蒸汽侵入区中的烃；
e)中断蒸汽注入并且经由井生产出加热烃；以及
f)重复进行步骤(d)和(e)许多次。
可选地，在步骤(f)之后，使该井进行连续生产，同时将蒸汽连续注入在含粘性烃地层的上部附近钻出的新井。旋转液压喷射切削装置可包括至少一个喷嘴，使该喷嘴用来通过在相对于下部井段的纵向轴线旋转喷嘴并且沿所述纵向轴线的长度方向将喷嘴保持在固定位置的同时沿相对于下部井段的纵向轴线大体正交的方向喷射流体来切削出圆盘状空腔。
在根据步骤(d)的蒸汽注入的最初周期期间，最初的裂缝可能主要在环绕圆盘状空腔的地层中产生，在该处由于大体圆柱形的井和大体圆盘状的空腔的相交处的不规则几何形状，应力集中较高，以及其中将足够的蒸汽注入最初的裂缝之后，由于邻近地层中温度上升而导致的增加的水平应力，最初的裂缝停止开裂，使得在根据步骤(d)的蒸汽注入的后续周期期间，在环绕沿着井段的剩余圆盘状空腔的地层中产生新裂缝。
在根据步骤(d)的许多次蒸汽注入周期之后，地层的平均温度可能足够高以使得最小(Sh)和最大(SH)的水平压应力都大于竖直压应力(SV)，并且以大体小角度或水平的方位形成其他裂缝。
粘性烃地层在其最初状态时可以具有最小的原地主压应力，该主应力以大体水平方向定向但是可以随着足够的温度升高而重新定向到大体竖直方向。
粘性烃地层可能是处于距地面200到3500米的重油储层，在储层状态下具有范围从2000到高达1000000 cp的油粘度，并且根据本发明的方法可以用来产生裂缝的根状模式，用于促进将蒸汽注入含粘性烃地层并且促进从该含粘性烃地层的产油量。
参照附图，在所附的权利要求书、摘要及优选实施例的下列详细描述中描述根据本发明方法的这些及其他特征、实施例和优点。
附图说明
图1示出了蒸汽注入和油生产井，根据本发明的方法切削出环绕该井的圆盘状空腔；
图2示出了在最初的蒸汽浸透注入周期期间，如何在环绕圆盘状空腔的地层中产生裂缝，该圆盘状空腔位于最靠近井口处；
图3示出了如何在随后的蒸汽注入周期期间在环绕圆盘状空腔的地层中产生裂缝，该圆盘状空腔位于更远离井口处；
图4示出了如何在多个蒸汽浸透周期之后在环绕多个圆盘状空腔的地层中产生裂缝网络；
图5示出了计算机模拟的结果，该计算机模拟计算了设有根据本发明的圆盘状空腔的周期蒸汽浸透(CSS)井的采油量和不设有圆盘状空腔的现有技术的CSS井的采油量；以及
图6示出了计算机模拟的结果，该计算机模拟计算了环绕设有根据本发明的圆盘状空腔的周期蒸汽浸透(CSS)井的地层中的蒸汽注入率和环绕不设有圆盘状空腔的现有技术的CSS井的地层中的蒸汽注入率。
具体实施方式
图1示出了带有大体竖直的上部井段和大体水平的下部井段3的井1，井套管2布置在所述上部井段中，所述下部井段穿透含粘性油地层4，在该地层中通过旋转喷射切削装置6切削出一系列5个圆盘状空腔5A-D。
该喷射切削装置6由盘管或钻柱组件7支承并转动，使得旋转喷射切削装置6绕井眼的纵向轴线转动至少360度以上，从而切削出环绕该井眼的地层中的圆盘状空腔5A。
图1还示出了该地层经受的最小水平压应力Sh、最大水平压应力SH和竖直压应力Sv的三维组合，而且示出了下部井段3的轨迹大体沿最小水平压应力Sh的轨迹定向。
图2示出了如何通过生产油管7注入蒸汽，该生产油管可选择地设有延伸穿过图1所示井的水平下部井段3的砂筛8，已经沿水平下部井段3的长度以规则的间隔切削出环绕该生产油管的一系列6个圆盘状空腔5A-E。以高压注入蒸汽以使得环绕最上面圆盘状空腔5A的地层被压裂，从而第一裂缝9从最上面的圆盘状空腔5A大体径向向外延伸。
图3示出了由于由环绕第一裂缝9的地层的加热和膨胀而引起的增加的水平应力Sh和SH，如何在随后的蒸汽注入周期期间使第一裂缝9闭合，而在中间裂缝5C周围产生了第二裂缝，其中因为粘性原油的可动性极低和通过含粘性原油地层的热传导低，水平应力Sh和SH由于环绕第一裂缝5A的被加热地层的膨胀而显著增加。
图4示出了如何在一系列5次或更多次蒸汽注入和随后的被加热原油生产周期之后产生主要裂缝9、10和分支裂缝11的根状网络12，使得已经进行了5次或更多次周期蒸汽浸透(CSS)。
图5示出了通过储层模拟计算机程序来计算的采油量的计算值，其中上部实线曲线50示出了来自穿透地层的CSS井1的计算原油产量，在该地层中以图1-4所示的方式切削出根据本发明的一系列圆盘状空腔5A-5E；下部虚线曲线51示出了来自没有圆盘状空腔环绕的现有技术的CSS井的计算原油产量。这些计算曲线说明了通过根据本发明在井1周围设置圆盘状空腔5A-5E，含粘性原油地层的原油产量明显较高。点52和53说明了，在一系列CSS蒸汽浸透周期之后，可开始传统的蒸汽驱，其中在蒸汽经由专用蒸汽注入井(未示出)连续注入的同时井1投入连续生产，该蒸汽注入井可在含粘性油地层的上部附近钻出；而且说明了根据本发明的被圆盘状裂缝5A-5E环绕的井1的原油产量显著高于传统的现有技术的井。
图6示出了通过储层模拟计算机程序来计算蒸汽注入率的计算值，其中上部实线曲线60示出了注入环绕穿透地层的CSS井1的地层中的计算蒸汽注入率，在该地层中以图1-4所示的方式切削出根据本发明的一系列圆盘状空腔5A-5E；下部虚线曲线61示出了没有圆盘状空腔环绕的现有技术的CSS井的计算蒸汽注入率。这些计算曲线说明了，通过根据本发明在井1周围设置圆盘状空腔5A-5E，含粘性原油地层中的蒸汽注入率明显较高。点62和63说明了，在一系列CSS蒸汽浸透周期之后，可开始传统的蒸汽驱，其中在蒸汽经由专用蒸汽注入井(未示出)连续注入的同时井1投入连续生产，该蒸汽注入井可在含粘性油地层的上部附近开钻出；而且说明了根据本发明的环绕被圆盘状裂缝5A-5E环绕的井1的地层中的蒸汽注入显著高于传统的现有技术的井。
Claims (9)
1.一种用于从含粘性烃地层生产出加热烃的蒸汽吞吐方法，所述方法包括以下步骤：
a)大体上沿最小水平压应力Sh的轨迹，将具有大体水平或倾斜下部井段的井钻入含粘性烃地层中；
b)通过旋转液压喷射切削装置，沿下部井段的长度以选定间隔将大体圆盘状空腔切入含粘性烃地层中；
c)完井；
d)以高压力将蒸汽注入井和圆盘状空腔中，以使得至少一个圆盘状空腔中的液压压力高于地层压裂压力，从而压裂地层并且允许蒸汽侵入环绕裂缝的地层并加热蒸汽侵入区中的烃；
e)中断蒸汽注入并且经由井生产出加热烃；以及
f)重复进行步骤(d)和(e)许多次。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(f)之后，使该井进行连续生产，同时将蒸汽连续注入在含粘性烃地层的上部附近钻出的新井中。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，旋转液压喷射切削装置包括至少一个喷嘴，使所述喷嘴通过在喷嘴相对于下部井段的纵向轴线旋转并且沿所述纵向轴线长度将喷嘴保持在固定位置的同时沿相对于下部井段的纵向轴线大体正交的方向喷射流体来切削出圆盘状空腔。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据步骤(d)的蒸汽注入的最初周期期间，最初的裂缝主要在环绕圆盘状空腔的地层中产生，在该处由于大体圆柱形的井和大体圆盘状的空腔的相交处的不规则几何形状，应力集中较高，以及其中在将足够的蒸汽注入最初的裂缝之后，由于邻近地层中温度上升而导致的增加的水平应力，最初的裂缝停止开裂，使得在根据步骤(d)的蒸汽注入的后续周期期间，在环绕沿着井段的剩余圆盘状空腔的地层中产生新裂缝。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据步骤(d)的许多次蒸汽注入周期之后，地层的平均温度足够高以使得最小(Sh)和最大(SH)的水平压应力都大于竖直压应力(SV)，并且以大体小角度或水平的方位形成其他裂缝。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，粘性烃地层在其最初状态时可以具有最小的原地主压应力，该主应力以大体水平方向定向但是可以随着足够的温度升高而重新定向到大体竖直方向。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，粘性烃地层是距地面200到3500米的重油储层，在储层条件下具有范围从2000到高达1000000cp的油粘度。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法产生了裂缝的根状模式，用于促进将蒸汽注入含粘性烃地层并且提高从该含粘性烃地层的油产量。
9.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法用来产生适合于在蒸汽吞吐之后执行后续蒸汽驱过程的储层加热模式，并且形成多个加热通道，所述多个加热通道通过蒸汽驱过程为油生产提供连接路径。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20090617 |