使用多次誘導(dǎo)裂縫的改進(jìn)的烴類采收方法
【專利說明】使用多次誘導(dǎo)裂縫的改進(jìn)的烴類采收方法
[0001] 要求優(yōu)先權(quán)的權(quán)益
[0002] 本申請(qǐng)要求于2013年7月4日提交的第2, 820, 742號(hào)加拿大專利申請(qǐng)以及于2013 年11月28日提交的第2, 835, 592號(hào)加拿大專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其每一個(gè)通過引用以其全 部?jī)?nèi)容結(jié)合在此。 發(fā)明領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及流體驅(qū)動(dòng)的烴類采收方法，并且更特別地涉及在地下含烴地層中機(jī)械 誘導(dǎo)的交替的裂縫中使用流體注入并從交替的裂縫生產(chǎn)油和/或氣的流體驅(qū)動(dòng)方法。
[0004] 發(fā)明背景和現(xiàn)有技術(shù)的描述
[0005] 具有低滲透性的油、氣和含煤層甲烷的地層（即，"致密"儲(chǔ)層）的多次壓裂通常是 充分地生產(chǎn)烴類所必需的。在現(xiàn)有技術(shù)中各種這樣的方法目前完全商業(yè)化為原油和/或氣 采收方法。
[0006] 當(dāng)前所使用的用于壓裂地層的兩種類型的完井是Packers Plus Energy Services Inc.的 StackFrac?(StackFrac?是 Packers Plus Energy Services Inc.的注冊(cè)商標(biāo)，用 于封隔器、壓裂孔和球座的制品）工藝，該工藝使用由Halliburton公司提供的技術(shù)（閥、 襯管等）使用裸眼完井和帶襯管的/用水泥固定的完井。將水平井鉆在目標(biāo)固結(jié)致密巖石 烴類儲(chǔ)層中的下部。在Halliburton技術(shù)中，將襯管安置在井中并用水泥固定在內(nèi)。這確 保了未來的沿井眼的外部的誘導(dǎo)裂縫之間沒有直接連通。在Packers Plus技術(shù)中，裂縫由 無襯管的裸眼井完成。當(dāng)在井中時(shí)將位于注入管道上的隔離封隔器密封（"封隔器"）井下 啟動(dòng)，以使得當(dāng)進(jìn)行壓裂作業(yè)時(shí)壓向巖石自身以隔離該區(qū)域并在巖石中建立裂隙，所述裂 隙通常從水平井眼向上延伸。在壓裂作業(yè)之后，在稱為"一次生產(chǎn)"的過程中，將封隔器停 用并且然后將全部裂縫產(chǎn)生至地面，該術(shù)語也適合并用于本文中。將裂縫通過已由壓裂液 攜帶至裂縫中的"支撐劑"在裂縫內(nèi)的沉積保持打開。支撐劑通常由砂、金屬或陶瓷球，和/ 或多種化學(xué)品組成，并且提供相對(duì)高滲透性的流動(dòng)通道。然后流至所述裂縫中的地層流體 容易地排至水平井或井眼內(nèi)的生產(chǎn)管道用于輸送至地面。
[0007] 多次誘導(dǎo)壓裂的儲(chǔ)層的主要特點(diǎn)和益處是高的初始生產(chǎn)速率。然而，問題是，當(dāng)從 全部裂縫同時(shí)生產(chǎn)時(shí)，由于以下所說明的原因這種儲(chǔ)層的生產(chǎn)速率通常隨著該地層內(nèi)的壓 力減緩而遭受迅速下降。所述多次壓裂方法昂貴，并且這些類型的地層的總采收率通常較 低，通常對(duì)于油獲得小于10 %的采收率。為了保持良好的全油田的生產(chǎn)率，需要新的多次壓 裂井的資本密集型鉆井的有力方案以彌補(bǔ)高下降速率。油生產(chǎn)機(jī)制是通過溶解氣驅(qū)動(dòng)，并 因此存在儲(chǔ)層壓力上的迅速下降，這對(duì)潛在未來油采收不利。在這一點(diǎn)上，由于當(dāng)?shù)貙觾?nèi)壓 力下降時(shí)溶解氣從溶液中出來，剩余的油的粘度增加，因?yàn)閺挠椭腥コ溯p的組分。此外， 建立混合的油和氣的兩相，從而降低了油相對(duì)滲透率，并進(jìn)一步降低了生產(chǎn)速率。因此油流 動(dòng)速率迅速降低。
[0008] 因?yàn)闊N類如頁巖氣和煤層甲烷存在于低滲透率的地層中，這些類型的烴類的采收 尤其受到低采收率的困擾。
[0009] 所需要的是用于與多次壓裂致密儲(chǔ)層結(jié)合使用的烴采收方法，以便減少或限制地 層中的壓力的迅速下降，這通常導(dǎo)致并且限制在致密地層中需要的所需多次壓裂井的數(shù) 量，以從這種地層獲得令人滿意的采收百分比。尤其是，可用作一次以及二次采油方法，具 有并且需要多次誘導(dǎo)裂縫的有效的地層的流體驅(qū)動(dòng)方法將是特別有益的。
[0010] 除油和氣儲(chǔ)層之外，類似的問題存在于致密的煤層甲烷地層中。甲烷吸附在煤上， 并且通過將地層降壓而被采收，這僅提供了甲烷從煤地面的部分釋放。所需的是理想地使 用吸附比甲烷強(qiáng)得多的CO2的有效流體驅(qū)動(dòng)方法。
[0011] 如從其圖3最佳地看出的，US2013/0048279教導(dǎo)了兩個(gè)平行的垂直井，第二井設(shè) 置為離開第一井一定距離，其中從地層生產(chǎn)油或氣的機(jī)械裝置位于第二井。
[0012] US 20120168182和US 20080087425兩者都教導(dǎo)了生產(chǎn)油和/或氣的方法等，所 述方法包括：從第一井將可溶混的提高油采收率的制劑注入至地層的裂縫中持續(xù)第一時(shí)間 段；從第二井從所述裂縫生產(chǎn)油和/或氣持續(xù)所述第一時(shí)間段；從第二井將可溶混的提高 油采收率的制劑注入至地層的裂縫中持續(xù)第二時(shí)間段；并且從第一井從所述裂縫生產(chǎn)油和 /或氣持續(xù)所述第二時(shí)間段。
[0013] US 2006/0289157教導(dǎo)了使用氣輔助重力排出的方法，所述方法包括將一個(gè)或多 個(gè)水平生產(chǎn)井放置在緊鄰地下含烴儲(chǔ)層的產(chǎn)層底部之處，并且通過一個(gè)或多個(gè)垂直井或水 平井注入流體置換劑如CO 2。之前存在的垂直井可用來將所述流體置換劑注入至儲(chǔ)層中。當(dāng) 將所述流體置換劑注入至儲(chǔ)層的頂部中時(shí)，其形成使油和水向下朝向所述一個(gè)或多個(gè)水平 生產(chǎn)井轉(zhuǎn)移的氣區(qū)。
[0014] US 2006/0180306教導(dǎo)了通過注入水和第二低密度流體兩者以轉(zhuǎn)移油從而從地下 儲(chǔ)層采收原油的方法，優(yōu)選通過水平井進(jìn)行。
[0015] US 8, 122, 953教導(dǎo)了一種改進(jìn)流體從地下地層中的生產(chǎn)的方法，所述方法包括將 基本上豎直的包裹體從橫貫地層的基本上水平的井眼傳送至地層中的步驟。
[0016] US 7, 441，603教導(dǎo)了從不可滲透的油頁巖中采收油的方法，所述方法包括使用水 平或豎直井提供豎直裂縫。相同的或其它井用于注入加熱過的加壓流體，并且返回冷卻的 流體用于再加熱和再循環(huán)。傳遞至所述油頁巖的熱隨著所述頁巖中溫度的升高而逐漸地將 干酪根熟化為油和氣，其還以足以使頁巖流至井裂縫中的小裂縫的形式提高了頁巖內(nèi)的滲 透性。
[0017] US 7, 069, 990教導(dǎo)了提高油采收率的方法，所述方法包括提供至少一個(gè)生產(chǎn)井和 一個(gè)注入井；并且將由砂、粘性液體或含油污泥形成的漿液注入至目標(biāo)地層中，將所述漿液 在地層破裂壓力下或緊鄰處輸送。進(jìn)行井底壓力的監(jiān)測(cè)，以允許所述漿液廢料在一系列注 入期的輸送。
[0018] US 4, 733, 726教導(dǎo)了一種油的采收方法，所述方法經(jīng)由注入井將水蒸氣注入至地 層中并且采收油直至存在在生產(chǎn)井處穿透的水蒸氣。此后，可將生產(chǎn)井關(guān)閉或節(jié)流同時(shí)繼 續(xù)注入水蒸氣直到井底注入壓力大于由覆蓋層產(chǎn)生的垂直壓力從而使地層水平地破裂。啟 動(dòng)第三周期，其中從生產(chǎn)井或注入井或兩者從地層采收油直到所采收的油的量是不能令人 滿意的。
[0019] US 4, 687, 059教導(dǎo)了將水注入地下地層中之后注入聚合物溶液以將油驅(qū)向生產(chǎn) 井。所述聚合物溶液可以熱彈性地壓裂油-水區(qū)后面的地層以增加注入速率。
[0020] US 4, 068, 717教導(dǎo)了采油方法，所述方法通過將水蒸氣注入至鉆穿儲(chǔ)層的注入井 中至足以壓裂焦油砂，并且為水蒸氣提供穿過所述焦油砂到達(dá)鉆入焦油砂儲(chǔ)層的生產(chǎn)井的 通道。
[0021] 然而，上述現(xiàn)有技術(shù)均沒有教導(dǎo)任何有關(guān)建立交替排列的注入裂隙和生產(chǎn)裂隙來 驅(qū)掃地層的內(nèi)容。
[0022] 所需要的是用于與多次壓裂致密儲(chǔ)層結(jié)合使用的烴采收方法，以便減少或限制地 層中的壓力的迅速下降，這通常導(dǎo)致并且限制在致密地層中需要的所需多次壓裂井的數(shù) 量，以從這種地層獲得良好的采收率。尤其是，可用作一次以及二次采油方法的，具有多次 誘導(dǎo)裂縫的對(duì)地層有效的流體驅(qū)動(dòng)方法將是特別有益的。
[0023] 發(fā)明概述
[0024] 為了同時(shí)提高從"致密"地層、并且特別是從多次壓裂井的生產(chǎn)率和采收百分比， 在一個(gè)實(shí)施方案中本發(fā)明提供了烴類地層中多誘導(dǎo)裂縫的建立，而特別地，當(dāng)將大約1/2 的裂縫用作注入手段并且將余下的1/2的裂縫用作生產(chǎn)手段以采收烴類時(shí)，建立兩個(gè)交替 的組，即，處于線性交替排列的注入裂縫和生產(chǎn)裂縫。此方法提供了高效的流體驅(qū)動(dòng)以有效 地驅(qū)掃所述地層并且將烴類驅(qū)動(dòng)至相鄰的交替裂隙中用于后續(xù)收集。在此實(shí)施方案中的本 方法通過經(jīng)由地層中的交替相鄰的裂隙提供流體驅(qū)動(dòng)并將余下的交替地間隔開的裂隙用 于生產(chǎn)從而改善從地層的采收。
[0025] 特別地，對(duì)于使用通過溶解氣驅(qū)動(dòng)的一次采油的方法（例如，使用垂直注入井用 于將氣體注入至地層中而不是如上和如下所述的使用交替的裂縫作為注入和收集通道）， 并且特別是對(duì)于"致密"地層，如上所述通常導(dǎo)致地層的壓力迅速下降，造成生產(chǎn)中相應(yīng)的 快速下降。
[0026] 相反，用本發(fā)明的方法，提供了高壓的和高滲透性的注入面（即，位于相鄰的交替 地間隔開的生產(chǎn)通道（裂隙）的交替地間隔開的裂隙），然后其允許緊鄰高滲透性注入面的 儲(chǔ)層區(qū)域的驅(qū)掃，以由此在所述地層內(nèi)產(chǎn)生從所述高滲透性注入面在所述交替地間隔開的 生產(chǎn)通道（裂隙）的方向上的流體流動(dòng)矢量，并且因此通過定向驅(qū)掃方法改進(jìn)地層的驅(qū)掃。
[0027] 本文的方法適合用于在含油和含氣儲(chǔ)層中使用，并且還特別適合于特定種類的含 氣地層，即，煤層甲烷地層，其中在使用交替注入和采收通道的本發(fā)明的方法中的驅(qū)動(dòng)流體 是CO2，并且所述CO 2驅(qū)動(dòng)流體有利地代替煤表面上的甲烷并且將其驅(qū)掃至緊鄰的相鄰生產(chǎn) 井。有利地，根據(jù)本發(fā)明的方法在使用〇)2作為驅(qū)動(dòng)流體的情況下，該方法有利地提供了 CO2 的地下封存形式的碳封存。
[0028] 具體地，在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種完井方法，其中使用多個(gè)可膨脹的封 隔器。
[0029] 在第一實(shí)施方案中，從水平地鉆的裸眼井或從其中的用水泥固定的襯管建立垂直 裂縫。此后，將具有間隔開的隔離封隔器的雙管道（以連續(xù)管道或分段管道的形式）放入 至所述裸眼井或用水泥固定的襯管中。所述管道上的所述間隔開的封隔器位于所述裂縫之 間。當(dāng)所述封隔器向所述井眼或襯管膨脹時(shí)，在所述井或襯管內(nèi)所述裂縫將彼此隔離。所 述管道中的一個(gè)具有與交替的裂縫相對(duì)的射孔，并且另一個(gè)管道具有與余下的裂縫相對(duì)的 射孔。以這種方式，可以使用一個(gè)管道串作為與所述交替的注入裂縫流體連通的注入管道， 并且使用另一個(gè)作為與余下的（交替的）生產(chǎn)裂縫流體連通的生產(chǎn)管道。
[0030]因此，本發(fā)明的方法的第一實(shí)施方案用于在所述地層中的交替的裂隙中使用流體 注入從地下地層采收烴類，所述方法使用雙管道封隔器，所述方法包括以下步驟：
[0031 ] (i)在所述地層中鉆單個(gè)注入/生產(chǎn)井，所述單個(gè)注入/生產(chǎn)井具有垂直部分和從 所述垂直部分的下端水平向外延伸的較低的水平部分；
[0032] (ii)沿所述注入/生產(chǎn)井的所述水平部分壓裂所述地層，并且建立多個(gè)從所述水 平部分向上延伸并且位于沿所述水平部分的長(zhǎng)度之處的向上延伸的裂隙；
[0033] (iii)將在其中各自具有雙管道的多個(gè)封隔器沿所述注入/生產(chǎn)井的所述水平部 分的所述長(zhǎng)度放置，并且將所述封隔器沿所述長(zhǎng)度在所述向上延伸的裂隙之間交替地間隔 開，從而將所述長(zhǎng)度分隔成交替地間隔開的流體注入?yún)^(qū)和流體采收區(qū)，所述雙管道中的一 個(gè)在其中具有與交替地間隔開的裂隙相對(duì)的射孔，并且所述雙管道中的另一個(gè)在其中具有 與余下的交替地間隔開的裂隙相對(duì)的射孔；
[0034] (iv)將加壓流體注入至所述雙管道之一中，并且從而將加壓流體注入至所述流體 注入?yún)^(qū)中，并且因此沿所述注入/生產(chǎn)井的所述水平部分的所述長(zhǎng)度注入至交替地間隔開 的裂隙中；以及
[0035] (V)從所述雙管道中的所述另一個(gè)生產(chǎn)經(jīng)由其它交替地間隔開的裂隙排至所述交 替地間隔開的流體采收區(qū)中的所述烴類。
[0036] 所述裂隙可以在將所述雙管道封隔器插入所述井眼中之前建立。備選地，其可以 在將雙管道封隔器插入所述注入/生產(chǎn)井的所述水平部分中之后建立，并且首先將加壓流 體提供至所述雙管道的兩者以從而水力壓裂所述地層并且沿所述井眼建立均勻間隔開的 裂隙。此后，僅將加壓流體提供至所建立的裂隙的1/2(即，提供至沿所述井眼的所述水平 部分的長(zhǎng)度的每隔一個(gè)的裂隙），并且余下的交替地間隔開的裂隙允許烴類向下排至所述 注入/生產(chǎn)井的相應(yīng)的流體采收區(qū)中，并且此后通過所述雙管道中的另一個(gè)生產(chǎn)至地面。
[0037] 可以適用于在本發(fā)明的該實(shí)施方案方法中，至少在下套管的井眼中使用的雙管 道封隔器的一個(gè)實(shí)例為由Baker Hughes Corporation制造的雙管道封隔器，即， 可收回封隔器（GT是Baker Hughes Corporation用于雙管封隔器的商標(biāo)），產(chǎn)品系列號(hào) H78509(標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)）和H78510(NACE服務(wù)），其用于在7英寸（177.8mm)o.d·(外徑）套管， 75/8英寸（193. 7mm) o.d.套管，或95/5英寸（244. 5mm) o.d.套管中使用。其它適合用于在 該方法中使用的雙管道封隔器，無論是在下套管的井眼還是未下套管的井眼中，現(xiàn)在將能 夠由本領(lǐng)域技術(shù)人員想到。
[0038] 在最優(yōu)選的實(shí)施方案中，將所選擇的流體（氣體或液體）通過所述注入管道注入。 所述流體經(jīng)由通常從水平井垂直向上延伸的每個(gè)交替的注入裂隙在所述地層中上升。然后 此注入流體在所述