CN101427005A - 从地下油层中提取液态碳氢化合物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种从地下油层中采收石油安全高效的改进方法，它使用水平生产井，并采用端部到跟部的火烧油层(in situ combustion)方法。在本发明中以水、蒸汽或非氧化气体(在一个优选实施例中是二氧化碳)作为气体溶剂，通过注入井、水平井或它们两者将其注入油层中，用以提高火烧油层采收方法的采收率。

Description

从地下油层中提取液态碳氢化合物的方法
技术领域
本发明涉及一种从地下油层中采收石油的安全高效的方法，该方法采用了水平生产井从端部到跟部火烧油层(toe-to-heel in situ combustion)方法，美国专利5,626,191和6,412,557中便公开了此类方法。具体来说，本发明涉及一种火烧油层方法，该方法是将水、蒸汽或非氧化气体(在一个优选实施例中是二氧化碳)或者是它们的组合作为气体溶剂注入油层，用以改善火烧油层采收方法中的石油采收。
背景技术
美国专利5,626,191和6,412,557中整体并入本文，它们公开了利用注入井102和生产井103至106从地下油层100中生产石油的火烧油层方法，注入井102位于油层100相对较高位置，生产井103至106完全位于油层100的相对较低的位置。生产井具有一个水平井管107，水平井管107大致垂直于一条直线，并且正对着从注入井102蔓延出的燃烧前缘横向延伸，井管107位于前进的燃烧前缘的路径上。空气或者其它如富氧空气等氧化气体通过注入井102注入，注入井102可以是直井、水平井或这些井的结合体。美国专利5,626,191的方法称为“THAITM”，“THAITM”是“从端部到跟部空气注入(toe-to-heel air injection)”的英文首字母缩写。美国专利6,412,557的方法称为“CapriTM”，“CapriTM”是ArchonTechnologies Ltd.公司持有的商标，这个公司是加拿大艾博塔省卡尔加里塔的卡加利能源公司(Petrobank Energy and Resources Ltd.，Calgary，Alberta，Canada)的子公司。
高压空气注入技术(High-Pressure-Air-Injection，简称HPAI)是一种火烧油层方法，应用于含有轻质石油的致密油层。这些油层的油层渗透率低，不能有效地注入如水等液体。可以将空气注入油层的上游，石油即可流入处于油层低部的水平井。在这种方法中，低温石油氧化提供了部分热量，更为重要的是，这种方法可以保持压力，可持续保证石油的高产率。该方法可用于任何在储油状态下含有流动石油的油层。
鉴于氧气进入水平井后可能引起石油在井中燃烧，产生极高的温度，造成井的损坏，必须关注THAITM方法和CapriTM方法中的安全问题。如果注入速率一直较低，就不会发生氧气突破，但是如果要在燃烧前缘保持高的石油生产率和大的氧气流量，就需要有高的注入速率。目前已知要保持在高温氧化(high-temperature oxidation，简称“HTO”)模式下燃烧，需要有大的氧气流量，使燃烧温度超过350℃，并将燃料主要燃烧成二氧化碳。而氧流量小时，就会产生低温氧化(low-temperature oxidation，简称“LTO”)燃烧，燃烧温度无法超过350℃。在低温氧化(LTO)模式下，氧气与有机分子结合，形成极性化合物，但该极性化合物对有害的油水乳状液起到了稳定作用，并且由于形成羧酸加速了井的腐蚀。可见使用相对低的氧化剂注入速率并不是防止水平井筒中燃烧的可行的方法。
因此本发明提供了各种增加氧化气体的注入速率的方法，以防止氧气进入水平井孔。
发明内容
THAITM方法和CapriTM方法中依赖两种力来推动石油、水和燃烧气体，使之进入水平井筒并输送到表面。这两种力是压力和泄油的重力。由于井孔置于油层的较低区域，因此液体(主要是石油)在重力作用下流入井筒中。在油层和井孔之间的压力梯度的作用下，液体和气体向下流入水平井孔中。
在油层的预热阶段或启动过程中，蒸汽经延伸到井端部的管道在水平井中循环。蒸汽通过井套的环形空间流回到表面。可能进入井中的冷油会非常粘稠且不易流动，将导致井筒堵塞，所以预热阶段在沥青油层中是必要的。蒸汽也通过注入井进行循环，并且注入到注入井和水平井端部间的油层中，以加热石油，在氧化气体开始注入油层之前增加石油的流动性。
上述两份美国专利显示，随着连续的氧化气体注入，产生了大致垂直的燃烧前缘，该燃烧前缘沿着水平井的端部向跟部的方向横向移动。因此相对于燃烧区域的位置，油层可划分为两个区域：朝向端部的方向上、基本充满氧化气体的石油排空区域，和位于另一侧、含有冷油或沥青油层的区域。在氧化剂注入速率更大的情况下，油层压力增加，并且燃料沉积速率超过限度，这样包含剩余氧气的气体就被迫进入石油排空区域的水平井筒中。
在井筒中同时存在石油和氧气会产生燃烧，并且在温度高到一定程度(可能超过1000℃)时可能导致爆炸，引起井筒无法修复的损坏，还包括挡砂筛失效。为了保障石油生产的安全和持续操作，一定要避免氧气的存在和井筒温度超过425℃。
一些防止氧气进入生产井筒的方法是以减少油层和水平井筒之间压差为基础的。这些方法包括：1、减小氧化气体的注入速率，进而减少油层压力；2、降低流体流动速率，进而增加井筒压力。这两种方法均导致石油流量的降低，经济效益差。传统的想法也认为：直接向井筒注入流体会增加井筒压力，可能会减低生产速率。
重要的是，已经发现一般在火烧油层方法中，如果二氧化碳与氧化气体一起注入油层，能增加石油采收率。无论火烧油层方法是传统的方法、THAITM方法、CapriTM方法、HPAI或是其它类型的方法，皆为如此。
当与氧气一起注入的非氧化气体只有二氧化碳而没有氮气时，石油采收率的增加就更加显著。
所以，在本发明的一个优选实施例中，注入的非氧化气体即是二氧化碳。
在一种比较好的火烧油层采收方法中，当只注入O2时，可将采收到的燃烧气体(以CO2为主)压缩并与氧气混合。调整产生的CO2的循环比例，可以得到任何O2与CO2的比率。
在燃烧气体中带有杂质时，如果在气流中对燃烧气体的循环使用得当，那么杂质就不会积累下来。
由于处理后的燃烧气体基本上是95％左右的CO2，不经净化便可出售，以利用CO2的混相驱动提高原油采集率；或是排入更深的土层。
实际上，并不要求CO2在各种油层条件下都是易混的(即可以任何比率溶解)，部分溶解也是可以的。
目前人们还不能准确理解，为什么增加如CO2这种特定的非氧化气体(相对于其它非氧化气体)，能进一步增加碳氢化合物在油层中的流动性，也无法解释为什么注入CO2，石油的可采性能大大增加。据猜测，这可能是由于CO2作为溶剂减少了燃烧区域前的石油粘度，加强了燃烧过程，并进而液化燃烧区域前的石油。燃烧前缘CO2溶解度的增加，使热量更易于从燃烧气体传导到石油中，从而降低了石油粘度，增加了石油的采收率。
因此为了克服现有技术的各种缺点，并且提高从地下油层中采收碳氢化合物的安全性和生产率，在本发明一个第一实施例中，包括一个从地下油层中提取液态碳氢化合物的方法，其步骤包括：
(a)提供至少一个用以将氧化气体注入地下油层的注入井；
(b)提供至少一个具有大致水平的水平井管的生产井和与生产井相连的大致垂直的直生产井，其中水平井管向注入井延伸，水平井管具有跟部和端部，跟部位于其与直生产井连接处附近，端部位于水平井管的另一端，其中端部比跟部更接近注入井；
(c)通过注入井注入氧化气体进行火烧油层，产生的燃烧气体逐步前进形成与水平井管大致垂直的前缘，流体以从水平井管端部到跟部的方向流入水平井管；
(d)提供管道在生产井内、位于直井管和水平井管的至少一部分内，用以将蒸汽、水或非氧化气体注入生产井的水平井管部分，生产井邻近一燃烧前缘，该燃烧前缘形成在沿着生产井的水平井管的一段水平距离；
(e)将介质注入管道，使介质通过管道传输到水平井管部分的端部附近，其中的介质选自包括蒸汽、水或非氧化气体的介质组；及
(f)在生产井的水平井管中采收来自生产井的碳氢化合物。在再一个实施例中，本发明包括一从地下油层中提取液态烃化物的方法，包括如下步骤：
(a)提供至少一个用以将氧化气体注入地下油层的上部的注入井；
(b)提供至少一个用以将蒸汽、非氧化气体或最终被加热为蒸汽的水注入地下油层的更低部分的注入井；
(c)提供至少一个具有大致水平的水平井管的生产井和与生产井相连的大致垂直的直生产井，其中水平井管向注入井延伸，水平井管具有跟部和端部，跟部位于其与直生产井连接处附近，端部位于该水平井管的另一端，其中端部比跟部更接近注入井；
(d)通过注入井注入氧化气体进行火烧油层，产生的燃烧气体逐步前进形成与水平井管大致垂直的前缘，流体以从水平井管端部到跟部的方向流入水平井管；
(e)将介质注入注入井，其中所述的介质选自包括水、蒸汽或非氧化气体的介质组；和
(f)在生产井的水平井管中采收来自生产井的碳氢化合物。
在另一个的实施例中，本发明包括了上述步骤中下列步骤的结合，即：通过注入井向油层注入介质和通过水平井管中的管道注入介质。因此，本发明的这一实施例包括从地下油层中提取液态烃化物的方法，它包括如下步骤：
(a)提供至少一个用以将氧化气体注入地下油层的上部的注入井；
(b)所述至少一个注入井还适于将蒸汽、非氧化气体或最终被加热为蒸汽的水注入地下油层的更低部分；
(c)提供至少一个具有大致水平的水平井管的生产井和与生产井相连的大致垂直的直生产井，其中水平井管向注入井延伸，水平井管具有跟部和端部，跟部位于其与直生产井连接处附近，端部位于该水平井管的另一端，其中端部比跟部更接近注入井；
(d)在生产井内提供一个管道，用以将蒸汽、水或非氧化气体注入生产井的水平井管部分；
(e)通过注入井注入氧化气体进行火烧油层，产生的燃烧气体逐步前进形成与水平井管大致垂直的前缘，流体以从水平井管端部到跟部的方向流入水平井管；
(f)将介质注入注入井和管道中，其中所述的介质选自包括水、蒸汽或非氧化气体的介质组；和
(g)生产井的水平井管中采收来自生产井的碳氢化合物；
如果所述的介质是蒸汽，通常蒸汽会在压力低于7000KpA的状态下，通过生产井中的管道、注入井或者通过它们两者注入油层中。
另外，如果注入的介质是水，此方法认为水在进入油层时被加热而变为蒸汽。可能是水在通过生产井中的管道、注入井或者通过它们两者到达油层的过程中被加热变为蒸汽，或者是当水一出现在生产井中的管道、注入井或者它们两者中而将要进入油层时即被加热为蒸汽。
最后，本发明一个更大的使用范围是，利用火烧油层从地下储藏进行碳氢化合物采收的方法，本发明的该方法包括步骤：
(a)提供至少一个用以将氧化气体注入地下油层的上部的注入井；
(b)所述至少一个注入井还适于将二氧化碳注入地下油层的更低部分；
(c)提供至少一个生产井；
(d)通过注入井注入氧化气体进行火烧油层，以产生燃烧气体；
(e)仅将二氧化碳注入管道，或者将二氧化碳与氧气的混合物注入管道；和
(f)在生产井中采收碳氢化合物。
在上述范围内的一种变化是，本发明的方法包括一种从地下油层中提取液态碳氢化合物的方法，其包括如下步骤：
(a)提供至少一个用以将氧化气体注入地下油层的上部的注入井；
(b)提供至少一个用以将二氧化碳注入地下油层的更低部分的其它注入井；
(c)提供至少一个生产井；
(d)通过注入井注入氧化气体进行火烧油层，以产生燃烧气体；
(e)仅将二氧化碳注入管道，或者将二氧化碳与氧气的混合物注入管道；和
(f)在生产井中采收碳氢化合物。
值得注意的是，在CO2注入注入井中的同时，可将一种以上的其它非氧化气体与CO2一起注入。
附图说明
图1是THAITM火烧油层方法的示意图，其中标号说明如下：
A代表重油或者沥青油层的顶层，B代表此类油层/结构的底层。
C代表一直井，其上的D表示如空气等氧化气体通常的注入点。
E代表蒸汽或非氧化气体注入油层的通常位置。此为本发明的一部分。
F代表带有部分射孔的水平井套。流体进入井套中，随后通过另一个管道由天然气提升直接输送至表面，该另一管道位于水平井(图中未示)的跟部。
G代表一个置于水平井套中的管道，管道的开口可位于井套端附近(如图所示)或者其它地方。该管道可以是挠性油管，便于在井套中重置。此为本发明的一部分。
E和G是本发明的一部分，蒸汽或者非氧化气体可在E和/或G点注入。E可以是分层井的一部分，或是分层井中用于注入氧化气体的部分。注入井可为直井、斜井、水平井或者其它类型，每个注入井可供几个水平井使用。
如美国专利5,626,191和6,412,557所述，可以使用平行的水平井管阵列，将蒸汽、水或非氧化气体注入水平井端部附近的各水平井管间的任何位置。
图2为模拟油层的示意图，但未按比例绘制，且只显示一个“井组单元”。各水平井管之间的完整距离为50米，节省计算时间，在STARSTM计算机软件中，只定义了半个油层。井组单元的整体尺寸为：
长(线段AE)250米，宽(线段AF)25米，高(线段FG)20米。
各井的位置如下：
氧化气体注入井J置于B处，B位于第一井格块中，离顶点A50米(即线段AB)；水平井K的端部位于第一井格块的线段AF之间，并且沿着油层的长度方向自注入井J偏移15米(如线段BC所示)；水平井K的跟部位于D，距油层的顶角(图中的点E)50米。水平井K的水平区段(线段CD)长135米，置于第三井格块的油层基(线段AE所示)上方2.5米处。
注入井J在两处带有射孔，H处的射孔为氧化气体注入点，I处的射孔为蒸汽或非氧化气体注入点。水平井管(线段CD所示)的50％为射孔，水平井管还带有位于端部附近的管道开口(图2未示出，参见图1)。
图3是根据实施例7绘制的石油生产速率与产气中CO2速率的曲线图。
具体实施方式
THAITM方法的操作已在美国专利5,626,191和6,412,557中描述，现简述如下。氧化气体(通常是空气、氧气或者富氧空气)注入油层的上部，预先铺设的焦炭消耗了其中的氧，这样只有无氧气体接触焦炭区域前的石油。焦炭燃料氧化产生高温，燃烧气体的温度一般达到600℃，甚至高达1000℃。在流动性石油带(mobile oil zone，MOZ)中，这些高温气体和蒸汽把石油加热到400℃以上，造成石油的部分裂解某些组分的蒸发，从而大大地减低了石油的粘度。如沥青等最重的石油组分被留在岩石上，当燃烧前缘到达此区域时，这些残留的组分将构成焦炭燃料。在流动性石油带(MOZ)中，在重力和钻井低压沉降的作用下，气体和石油向下流入水平井中。焦炭带和流动性石油带(MOZ)从直井的端部移沿横向流向跟部。如图1所示，燃烧前缘后面的区域为已燃烧区，在流动性石油带(MOZ)之前的是冷油。
随着燃烧前缘的推进，油层的已燃烧区中的液体(油和水)排空，并使之充满氧化气体，令位于已燃烧区对面的直井区域存在着接收氧气的危险，这将引起井中的石油燃烧，产生极高的井筒温度，导致钢管套尤其是砂筛的损坏。砂筛能允许流体进入井筒却阻挡砂子的进入，如果砂筛失效，松散的油层砂子将进入井筒。为了清洁和修补水泥塞就必须封井，但由于井筒中石油和氧气的浓度可能达到了爆炸程度，此项操作困难而又危险。
为了量化流体注入水平井筒的效果，可以进行若干计算机数值模拟处理。蒸汽以下面两种方式按不同速率注入水平井中：1、通过置于水平井中的管道；2、通过从水平井端部附近的油层基周围延伸的分层井。这两种方法均减少了氧气进入井筒的趋势，并且带来了令人惊奇且出乎意料的效果：石油采收率增大而井筒中的焦炭堆积却减少了。因此，可以使用更高的氧化气体注入速率，并同时保证操作安全。
关于THAITM方法的安全性，业已发现向油层中加入蒸汽的这两种方法具有减少氧化气体进入水平井筒的优点，这样可以采用更高的氧化气体注入速率，进而可能得到更高的石油采收率。
用THAITM方法进行大量的计算机模拟计算，可以评估通过注入蒸汽或者非氧化气体来减少水平井筒压力的效果。计算机模拟的软件STARSTM火烧油层模拟器(STARSTM In Situ Combustion Simulator)由加拿大艾博塔省卡尔加里的计算机模拟集团(Computer Modelling Group，Calgary，Alberta，Canada)公司提供。
表4.模型参数表
模拟器：STARS TM2003.13，计算机模拟集团公司
(Computer Modelling Group Limited)
模型尺寸：
每个长250m，100个井格块
宽25m，20个井格块
高20m，20个井格块
单个井格块尺寸：2.5mx2.5mx1.0m(长宽高).
水平生产井：
一个水平部分为135m的分离井从井格块26，1，3延伸至80，1，3
该端部自直空气注入器偏移15m
直注入井：
氧化气体(空气)注入点：20，1，1:4(从上向下数第4个井格块)
氧化气体注入速率：65,000m3/天，或85,000m3/天或100,000m3/天
蒸汽注入点：20，1，19:20(从下向上数第2个井格块)
岩石/流体参数
组分：水、沥青、升级石油，甲烷、CO2、CO/N2、氧气、焦炭
杂质：均质砂子
渗透性：6.7D(h)，3.4D(v)
孔隙度：33％
饱和度：沥青80％、水20％、气体摩尔分数0.114
沥青粘性：10℃时340000cP
沥青平均分子量：550AMU
升级石油粘性：10℃时664cP
升级石油平均分子量：330AMU
物理状态：
油层温度：20℃.
原生油藏压力：2600kPa.
井底压力：4000kPa.
反应式：
1.1.0 沥青---->0.42升级石油+1.3375 CH4+20焦炭
2.1.0 沥青+16O2^0.05----->12.5水+5.0CH4+9.5CO2+0.5CO/N2+15
焦炭
3.1.0 焦炭+1.225O2----->0.5水+0.95CO2+0.05CO/N2
实施例：
实施例1：
表1a表示以65000M3/天的空气注入速率(标准温度和压力)将空气注入直注入器(图1中E点所示)的模拟结果。本发明不涉及在井J中I点的油层基注入蒸汽量为零的情形。当空气注入速率为65000M3/天时，没有氧气进入水平井筒，在零蒸汽注入量时也是如此，此时最高井筒温度不超过425℃。
但出乎意料的是，从以下数据可以看出，蒸汽以5M3/天和10M3/天(水当量)的较少量在油层低点(图1中E点)注入时，提高了石油采收率。若注入介质为蒸汽，以下数据提供的是此蒸汽水当量的体积，否则很难确定所供蒸汽的体积，因为蒸汽量与其所处油层的压力有关。当然，在水注入该油层并在进入油层过程中最后变为蒸汽时，产生的蒸汽量只是以下提供的水当量，通常是供水的体积的1000倍量级左右(由压力决定)。
表1a：       空气速率   65000m3/天——在油层基注入蒸汽
蒸汽注入     井的最    井筒中        井筒中     沥青      石油平均
速率         高温度    最大焦炭量    最大氧气量 采收率    生产率
m3/天
(水当量) ℃％      ％               ％OOIP     m3/天
*0       41090     0                35.1       28.3
5        40779     0                38.0       29.0
10       38076     0                43.1       29.8
*非本发明的部分
实施例2
表1b表示通过临近端部的内管道G向水平井注入蒸汽的结果，油层上部的空气注入速率为65000M3/天(标准温度和标准压力)，井筒最高温度的降低与注入蒸汽量成比例，石油采收率相对于零蒸汽时的数值有所增加，沉积于井筒中焦炭的最大体积百分比随着注入蒸汽量的增加而减小。它带来了很好的效果，即在相同压力下，与未在水平井端部注入蒸汽的井相比，井筒中的压降会减小，流体更易流动。
表1b.      空气速率   65000m3/天  向井管注入蒸汽
蒸汽注入井 的最井    筒中最大          井筒中最大    沥青       石油平均
速率    高温度焦炭量                   氧气量        采收率     生产率
m3/天
(水当量)  ℃      ％          ％        ％OOIP    m3/天
*0        410     90          0         35.1      28.6
5         366     80          0         43.4      30.0
10        360     45          0         43.4      29.8
*非本发明的部分
实施例3
在本实施例中，空气注入速率增加到85000m3/天(标准温度和标准压力)，导致如表2a所示的氧气突破。在零蒸汽注入的例子中，井筒中的氧浓度为8.8％。井筒的最高温度达到1074℃，97％的沉积焦炭降低了井筒的渗透率。如表所示，在采油的同时，通过直注入井C(见图1)在油层基注入12m3/天(水当量)的蒸汽，大大优化了零氧气突破、焦炭量和采收率指标。
表2a：     空气速率  85000m3/天   向油层基注入蒸汽
蒸汽注入   井的最    井筒中最大          井筒中最大   沥青       石油平均
速率       高温度    焦炭量              氧气量       采收率     生产率
m3/天
(水当量)   ℃       ％           ％          ％OOIP         m3/天
*0         1074     97           8.8
5          518      80           0
12         414      43           0           36.133.4
*非本发明的部分
实施例4
表2b显示当空气速率为85000m3/天时，通过内管道G(见图1)注入蒸汽的燃烧性能。为了防止氧气突破和超过井筒耐承的最高温度，还需要注入10m3/天(水当量)的蒸汽。
表2b：      空气速率  85000m3/天   向井筒注入蒸汽
蒸汽注入    井的最   井筒中最大        井筒中最大     沥青     石油平均
速率        高温度   焦炭量            氧气量         采收率   生产率
m3/天
(水当量)  ℃      ％          ％          ％OOIP    m3/天
*0        1074    100         8.8
5         500     96          1.8
10        407     45          03          7.333.2
*非本发明的部分
实施例5
为了进一步测试在各高空气注入速率下的不同效果，在气体注入量为100000m3/天的情况下进行几个试验。表3a中的结果表明，必须在油层基处(即图1中直井C中的B-E)同时以20m3/天(水当量)的速率注入蒸汽，以阻止氧气突破入水平井管中；而在空气注入速率为85000m3/天时，达到同样的效果，蒸汽注入速率仅为10m3/天(水当量)。
表3a：    空气速率   100000m3/天   向油层基注入蒸汽
蒸汽注入  井的最     井筒中              井筒中       沥青     石油平均
速率      高温度     最大焦炭量          最大氧气量   采收率   生产率
m3/天
(水当量)  ℃      ％        ％         ％OOIP    m3/天
*0  1398    100       10.4
5         1151    100       7.2
10        1071    100       6.0
20        425     78        0          34.5      35.6
*非本发明的部分
实施例6
表3b显示在以100000m3/天的速率向油层注入空气的同时向井管G(见图1)注入蒸汽的结果。为了防止氧气进入水平井管，同时要向油层基注入蒸汽，蒸汽注入速率为20m3/天(水当量)。
表3b：      空气速率 100000m3/天  向油层基注入蒸汽
蒸汽注入    井的最   井筒中最大       井筒中最大    沥青     石油平均
速率        高温度   焦炭量           氧气量        采收率   生产率
(水当量)    ℃       ％         ％          ％OOIP     m3/天
*0          1398     100        10.4
5           1151     100        7.2
10          1071     100        6.0
20          425      78         0           34.5       35.6
*非本发明的部分
实施例7
下表4比较了在生产石油的THAITM方法中，向单个直注入井与水平生产井的组合中注入氧气和非氧化气体组合物(即氮气和二氧化碳)的不同情形。比较数据由STARSTM火烧油层模拟器(STARSTM In Situ Combustion Simulator)软件获得。该软件由加拿大艾博塔省卡尔加里塔计算机模拟集团(ComputerModelling Group，Calgary，Alberta，Canada)提供。本实施例所用的计算模型除模拟油层为100米宽和500米长外，其它与六个实施例相同。每次测试蒸汽均以10m3/天的速率通过生产井水平部分的管道注入。
对比表4中的行1和行2中可以看出，假设惰性气体为CO2，当行2中氧气和惰性气体减少50％，石油采收率还是与行1差不多。这意味着行2中气体压缩成本减少一半，而石油生产得更快。
从表4可以进一步看出，行1中注入注入井的氧气为17.85摩尔百分数，氮为67.15摩尔百分数，估计石油采收率为41m3/天。与之类似，行4中注入注入井的氧气为17.85摩尔百分数，二氧化碳为67.15摩尔百分数，而石油生产率则是行1的3.3倍(136m3/天)。
表4进一步显示，如行6所示，注入相等量的氧气和CO2时，若总注入体积为85000m3/天，则石油采收增加至2.7倍。
表4中的行7表示了在空气中加入CO2作为注入气体所带来的效果。与行1相比，石油采收量增加至1.7倍但无需增加压缩成本。这样的好处是不需要设置氧气分离设备。
图3所示为基于实施例7的石油生产速率与生产气体中CO2速率的曲线图，在火烧油层过程中，石油生产速率与生产气体中CO2速率密切相关。CO2生产速率依赖于两个CO2源：注入的CO2和油层中焦炭燃烧产生的CO2，所以CO2会处于进入火烧油层和在火烧油层中的两种情况下，它们彼此影响很大，甚至在具有不动油的油层中也是如此(本发明中即是如此)。
总结
当蒸汽注入量固定时，平均每天石油采收率随空气注入速率增大而增大。由于清扫流体的体积是增加的，所以这样的结果出人意料。令人惊讶的是，总的石油采收量却随着注入空气速率的变大而减小。此现象发生在空气注入阶段内(即燃烧前缘到达水平井跟部的时间)。另外，将二氧化碳注入直井和/或水平生产井可以提高生产速率。
虽然前面对公开了本发明的内容，并描述了优选实施例，但应当了解，本发明并不仅限于这些特定实施例。对本领域的技术人员而言，本发明还可以有许多变化和修改。所述的权利要求对本发明加以限定。

Claims (20)

1.一种从地下油层中提取液态碳氢化合物的方法，包括如下步骤：
(a)提供至少一个用以将氧化气体注入该地下油层的注入井；
(b)提供至少一个具有大致水平的水平井管的生产井和与该生产井相连的大致垂直的直生产井，其中，该水平井管向所述的注入井延伸，该水平井管具有跟部和端部，所述的跟部位于其与该直生产井连接处附近，所述的端部位于该水平井管的另一端，其中，所述的端部比所述的跟部更接近所述的注入井；
(c)通过该注入井注入氧化气体进行火烧油层，产生的燃烧气体逐步前进形成与该水平井管大致垂直的前缘，流体以从该水平井管端部到该跟部的方向流入该水平井管；
(d)提供管道在该生产井内、位于所述直井管和所述水平井管的至少一部分内，用以将蒸汽、水或非氧化气体注入所述生产井的所述水平井管部分，该生产井邻近燃烧前缘，该燃烧前缘形成在沿着所述生产井的所述水平井管的一段水平距离；
(e)将选自包括蒸汽、水或非氧化气体的介质组中的介质注入所述管道，使所述介质通过所述管道传输到所述水平井管部分的所述端部附近；及
(f)在所述生产井的所述水平井管中采收来自该生产井的碳氢化合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述的介质是水、该水在进入油层时被加热成为蒸汽。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述的介质最终包括二氧化碳。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述的注入井是直、斜或水平井。
5.根据权利要求1所述的方法，注入所述介质的上述步骤还用于向所述水平井施加压力使其达到允许所述介质注入该地下油层。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，仅将所述非氧化气体注入所述管道，或者将所述非氧化气体与蒸汽或水的混合物注入所述管道。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，该管道的一个开口端靠近该水平部分的端部，以将蒸汽或加热的非氧化气体输送到该端部。
8.根据权利要求1或7所述的方法，其中，该管道部分收回或重置，以改变沿水平井管蒸汽、水或非氧化气体的注入点的位置。
9.根据权利要求1所述的方法，其中持续或阶段性地注入蒸汽、水或非氧化气体或气体的组合。
10.一种从地下油层中提取液态碳氢化合物的方法，包括如下步骤：
(a)提供至少一个用以将氧化气体注入地下油层的上部的注入井；
(b)所述至少一个注入井还适于将蒸汽、非氧化气体或最终被加热为蒸汽的水注入地下油层的更低部分；
(c)提供至少一个具有大致水平的水平井管的生产井和与该生产井相连的大致垂直的直生产井，其中，该水平井管向所述的注入井延伸，该水平井管具有跟部和端部，所述的跟部位于其与该直生产井连接处附近，所述的端部位于该水平井管的另一端，其中，所述的端部比所述的跟部更接近于所述的注入井；
(d)通过该注入井注入氧化气体进行火烧油层燃烧，产生的燃烧气体逐步前进形成与该水平井管大致垂直的前缘，流体以从该水平井管端部到该跟部的方向流入该水平井管；
(e)将介质注入所述的注入井，其中该介质选自包括蒸汽、水或非氧化气体的介质组；及
(f)在所述的生产井的所述的水平井管中采收来自该生产井的碳氢化合物。
11.一种从地下油层中提取液态碳氢化合物的方法，包括如下步骤：
(a)提供至少一个用以将氧化气体注入地下油层的上部的注入井；
(b)提供至少一个用以将蒸汽、非氧化气体或最终被加热为蒸汽的水注入地下油层的更低部分的其它注入井；
(c)提供至少一个具有大致水平的水平井管的生产井和与该生产井相连的大致垂直的直生产井，其中，该水平井管向所述的注入井延伸，该水平井管具有跟部和端部，所述的跟部位于其与该直生产井连接处附近，所述的端部位于该水平井管的另一端，其中，所述的端部比所述的跟部更接近于所述的注入井；
(d)通过该注入井注入氧化气体进行火烧油层燃烧，产生的燃烧气体逐步前进形成与该水平井管大致垂直的前缘，流体以从该水平井管端部到该跟部的方向流入该水平井管；
(e)将介质注入所述的至少一个其它注入井，其中所述的介质选自包括蒸汽、水或非氧化气体的介质组；及
(f)在所述的生产井的所述的水平井管中采收来自该生产井的碳氢化合物。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中所述的介质是水，该水最终被加热成为蒸汽，该蒸汽通过所述的注入井的尾端进入所述油层的更低部分。
13.一种从地下油层提取液态碳氢化合物的方法包括步骤：
(a)提供至少一个用以将氧化气体注入地下油层的上部的注入井；
(b)所述至少一个注入井还适于将蒸汽、非氧化气体或最终被加热为蒸汽的水注入地下油层的更低部分；
(c)提供至少一个具有大致水平的水平井管的生产井和与该生产井相连的大致垂直的直生产井，其中，该水平井管向所述的注入井延伸，该水平井管具有跟部和端部，所述的跟部位于其与该直生产井连接处附近，所述的端部位于该水平井管的另一端，其中，所述的端部比所述的跟部更接近于所述的注入井；
(d)在所述的生产井中的所述水平井管的至少一部分和所述的直井管之间提供管道，用以将蒸汽、水或非氧化气体注入所述生产井的所述水平井管部分；
(e)通过该注入井注入氧化气体进行火烧油层燃烧，产生的燃烧气体逐步前进形成与该水平井管大致垂直的前缘，流体以从该水平井管端部到该跟部的方向流入该水平井管；
(f)将介质注入所述的注入井和所述的管道内，其中所述的介质选自包括蒸汽、水或非氧化气体的介质组；及
(g)在所述的生产井的所述的水平井管中采收来自该生产井的碳氢化合物。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述的介质是水，该水在进入油层时被加热成为蒸汽。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述的注入井是直、斜或水平井。
16.一种从地下油层中提取液态碳氢化合物的方法，包括如下步骤：
(a)提供至少一个用以将氧化气体注入地下油层的上部的注入井；
(b)提供至少一个用以将蒸汽、非氧化气体或最终被加热为蒸汽的水注入地下油层的更低部分的其它注入井；
(c)提供至少一个具有大致水平的水平井管的生产井和与该生产井相连的大致垂直的直生产井，其中，该水平井管向所述的注入井延伸，该水平井管具有跟部和端部，所述的跟部位于其与该直生产井连接处附近，所述的端部位于该水平井管的另一端，其中，所述的端部比所述的跟部更接近于所述的注入井；
(d)在所述的生产井中的所述水平井管的至少一部分和所述的直井管之间提供管道，用以将蒸汽、水或非氧化气体注入所述生产井的所述水平井管部分；
(e)通过该注入井注入氧化气体进行火烧油层燃烧，产生的燃烧气体逐步前进形成与该水平井管大致垂直的前缘，流体以从该水平井管端部到该跟部的方向流入该水平井管；
(f)将介质注入所述的注入井和所述的管道内，其中所述的介质选自包括蒸汽、水或非氧化气体的介质组；及
(g)在所述的生产井的所述的水平井管中采收来自该生产井的碳氢化合物。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述的介质是水，该水在进入油层时被加热成为蒸汽。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述的注入井是直、斜或水平井。
19.一种从地下油层中提取液态碳氢化合物的方法，包括如下步骤：
(a)提供至少一个用以将氧化气体注入地下油层的上部的注入井；
(b)所述至少一个注入井还适于将二氧化碳注入地下油层的更低部分；
(c)提供至少一个生产井；
(d)通过该注入井注入氧化气体进行火烧油层燃烧，以产生燃烧气体；
(e)仅将所述的二氧化碳注入所述管道，或者将所述的二氧化碳与氧气的混合物注入所述管道；及
(f)在所述的生产井中采收碳氢化合物。
20.一种从地下油层中提取液态碳氢化合物的方法，包括如下步骤：
(a)提供至少一个用以将氧化气体注入地下油层的上部的注入井；
(b)提供至少一个用以将二氧化碳注入地下油层的更低部分的其它注入井；
(c)提供至少一个生产井；
(d)通过该注入井注入氧化气体进行火烧油层燃烧，以产生燃烧气体；
(e)仅将所述的二氧化碳注入所述管道，或者将所述的二氧化碳与氧气的混合物注入所述的管道；及
(f)在所述的生产井中采收碳氢化合物。
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