CN101432502B - 开采石油和/或气体的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种系统包括：二硫化碳存储装置；将至少一部分二硫化碳成分释放到地层内的机构；和在地层内的二硫化碳成分内产生脉冲的机构。

Description

开采石油和/或气体的系统和方法
相关申请
本申请要求享有于2006年4月27日提交的美国临时专利申请60/745808的优先权，该美国临时专利申请60/745808的全部内容在此作为参考结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及一种开采石油和/或气体的系统和方法。
背景技术
提高石油采收率(EOR)可用于增加世界范围内的石油采收率。主要具有三种EOR类型：热驱、化学剂/聚合物驱和注气驱，EOR可用于提高油藏的石油采收率，超过常规手段所获得的采收率-可能延长油田的寿命并升高石油采收率因子。
热驱提高采收率是通过对油藏进行加热而工作的。最广范围的实践形式为蒸汽驱，其使石油粘度降低从而使其能够流到生产井中。化学剂驱是通过降低圈闭残余油的毛管力而提高采收率的。聚合物驱改善了注入水的波及系数。注混相气的工作方式类似于化学剂驱。通过注入可与石油混溶的流体，圈闭的残余油可被开采出来。
石油通常被以不均匀的方式从油藏开采出来。也就是说，大多数石油是从地层的较易泄油的区域采出的，并且较少的石油采自不易泄油的区域。在高度破裂的油藏或具有渗透率变化大的区域的油藏中这是特别真实的，石油常常留在这些不易进入的油藏部分中。这些油藏中，普通的二次采油驱油处理方式常常具有有限的价值，这是因为注入的流体易于扫过或通过地层的相同区域，这些区域易于排放，从而注入的流体要么绕过要么仅仅进入地层的有限的这些区域，这些区域不能轻易的泄油。
参看图1，其中示出了现有的系统100。系统100包括地下地层102、地下地层104、地下地层106和地下地层108。开采设备110位于地面。井112穿过地层102和104，并终止于地层106。地层106的部分以标记114示出。石油和气体从地层106采出，通过井112到达开采设备110。使气体和液体相互分离，气体被存储在储气装置116中，液体被存储在储液装置118中。储气装置116内的气体可含有硫化氢，必须对其进行处理、运输、处置或储存。
美国专利US6,241,019公开了从多孔介质中开采液体(如石油)，其中，液体受到脉冲的影响，所述脉冲通过流过所述介质的孔隙的液体进行传播。所述脉冲在液体速度中产生瞬间波动，该波动使孔隙保持张开。所述脉冲可在生产井内产生，或者在分离的激发井中产生。如果所述脉冲利用液体来传播，液体通过孔隙的传播速度能够增加。固体基质保持稳定，并且所述脉冲运动穿过液体。液体内的脉冲可直接在液体内产生，或者通过固体基质的局部区域间接地在液体内产生。本申请引用美国专利US6,241,019的全文作为参考。
公开号为2006/0254769的美国待审专利申请的公开日为2006年11月16日，专利申请代理案号为TH2616，该篇专利文献公开了一种系统，该系统包括：从地下地层开采石油和/或气体的机构，所述石油和/或气体包括一种或多种含硫组分；用于将来自采出的石油和/或气体的含硫组分中的至少一部分转化为二硫化碳成分的机构；以及将至少一部分二硫化碳成分释放入地层的机构。本申请全文引用公开号为2006/0254769的美国专利文献作为参考。
在本领域中，具有对提高石油采收率的系统和方法进行改进的需求。在本领域中，具有对利用压力脉冲来提高石油采收率的系统和方法进行改进的需求。在本领域中，存在对以降低的指进(fingering)和/或以更加均匀前缘而提高采收率的系统和方法进行改进的需求。
发明内容
一方面，本发明提供了一种系统，该系统包括二硫化碳成分存储装置；将至少一部分二硫化碳成分释放到地层内的机构；和在地层内的二硫化碳成分内产生脉冲的机构。
另一方面，本发明天提供一种方法，该方法包括将二硫化碳成分释放到地层内；并在地层内的二硫化碳成分内产生脉冲。
本发明的优点包括下述的一种或多种：
改善了利用二硫化碳成分提高地层内烃的采收率的系统和方法。
改善了利用含有二硫化碳成分的流体提高地层内烃的采收率的系统和方法。
改善了提高石油采收率的系统和方法。
改善了利用压力脉冲提高石油采收率的系统和方法。
改善了具有降低了的指进和/或更加均匀的前缘的提高石油采收率的系统和方法。
改善了利用硫混合物提高石油采收率的系统和方法。
改善了利用可与地层内的石油混溶的混合物提高石油采收率的系统和方法。
改善了用于制造和/或利用含硫的提高采收率制剂的系统和方法。
附图说明
图1示出了石油和/或气体的开采系统。
图2示出了石油和/或气体的开采系统。
图3示出了脉冲机构。
图4示出了脉冲机构。
图5示出了脉冲机构。
图6示出了石油和/或气体的开采系统。
图7示出了示出了石油和/或气体的开采系统。
具体实施方式
多数油藏或地层至少含有比其它区域更紧密地保持石油的一些区域。例如，所述地层可含有许多自然的或引发的裂缝、相互连通的孔洞、溶解通道、由大孔隙尺寸物质分解成的小孔隙产生的均质透镜状体或网络(或均质透镜状体或网络)。这些裂缝或其它不连续体的附近区域比远离裂缝的区域更易于泄油。此外，具有较高渗透率和/或孔隙度的区域比具有较低渗透率和/或孔隙度的区域可更好地泄油。本发明可用于任意这种地层，所述地层含有利用基本采油技术具有较低的石油采收率的区域。
尽管不排除将本发明用在新钻或以前未开采的油藏中，但是本发明还可用在处理部分耗尽的油藏中，例如，已经采出一些石油的油藏和/或油藏压力已经下降的油藏。
多孔介质为天然的或人工的物质，该物质含有固体基质并且基质内具有相互连通的孔隙(或裂缝)系统。所述孔隙可相互敞开并能包含流体，并且流体压力能够传递以及流体流能够通过所述孔隙而产生。多孔物质的示例包括砾石、砂和粘土；砂岩、石灰岩和其它沉积岩；并且裂缝性岩石包括具有流体能够穿过的裂缝和/或孔隙的裂缝性沉积岩。
多孔介质的孔隙度为孔隙内敞开的体积与所述介质总体积的比值。系统的孔隙度约为5％到60％。
孔隙度(孔隙、裂缝和通道)可充满流体，所述流体可为气体或液体或二者都有。
多孔介质可以渗透率为特征。渗透率是孔隙、孔喉的几何尺寸的平均测量值，所述渗透率也为描述了流体在压力梯度或重力的影响下流过介质的流速的其他性质。
压力脉冲为通过注入流体阶段、采出流体阶段、或注入和采出交替阶段出现的多孔介质内流体压力的有意变化。所述压力脉冲可以为规则的或不规则的(周期的或非周期的)、连续的或间断的、并且可用于注入点、采出点或受到流动过程影响的多孔介质范围内的其它点。
胀缩和剪切脉冲为激发的两种基本类型。在胀缩脉冲中，扰动在应用点是各向同性的(在所有方向相同)，并且可称为体积脉冲。胀缩扰动在所有方向上几乎相同地向前推动并从属于散射现象。在剪切脉冲中，施加相对侧向的激发以便传递到多孔介质上的能量受到剪切运动的控制，比如出现在沿着平面滑动时。剪切扰动是高度的各向异性，并且能量的分布取决于扰动源的方位。剪切扰动因此大体上被集中，以便在一个方向比在其它方向上具有更多的能量进行传播。
通过创造流体压力的空间差别而产生的移动(可移动的)相的压力梯度在多孔介质内产生流动。通过采出或注入流体，多个点处压力的降低或增加可产生流动。通过作用在不同密度流体(如石油、地层水、气体或空气、注入的非水相流体和其它流体)上的重力也产生流动。在固体颗粒部分自由移动的系统中，固体与液体之间的密度差也可导致重力引发的流动。
现在参看图2，在本发明的一个实施例中示出了系统300。系统300包括地层302、地层304、地层306和地层308。开采设备310位于地面。穿过地层302和304的井312在地层306处具有开口。部分地层314可任选地进行压裂和/或射孔。当石油和气体被从地层306采出时，其进入所述部分314，并沿着井312向上流动到开采设备310。可对气体和液体进行分离，气体可送至储气装置316，液体可被送至储液装置318。开采设备310可用于产生二硫化碳成分，其可在二硫化碳成分存储装置330中进行生产和储存。二硫化碳成分还可通过车辆运输、管道运输或其它方式运送到二硫化碳成分存储装置330。来自井312的硫化氢和/或其它含硫组分可被送到二硫化碳成分存储装置330。二硫化碳成分可通过脉冲机构331沿井312向下泵送到地层306的部分334。二硫化碳成分流过地层306以便有助于开采石油和气体，然后，二硫化碳成分、石油和/或气体可被全部通过井312采出到开采设备310。然后再对二硫化碳成分进行循环利用，例如通过使二硫化碳成分沸腾、对其冷凝或过滤或反应，然后再将二硫化碳成分重新注入到井332中。
在本发明的一些实施例中，二硫化碳成分可包括二硫化碳和/或二硫化碳衍生物，例如硫代碳酸盐、黄原酸盐和它们的混合物；以及下述任意的一种或多种：硫化氢、硫、二氧化碳、烃和它们的混合物。
在一些实施例中，二硫化碳成分或混有其它组分的二硫化碳成分可与地层306内的石油和/或气体混溶。在一些实施例中，二硫化碳成分或混有其它组分的二硫化碳成分可与地层306内的石油和/或气体混合，从而形成采出到井312的混溶混合物。
在一些实施例中，二硫化碳成分或混有其它组分的二硫化碳成分可不与地层306内的石油和/或气体混溶。在一些实施例中，二硫化碳成分或混有其它组分的二硫化碳成分可不与地层306内的石油和/或气体混合，以便二硫化碳成分或混有其它组分的二硫化碳成分作为经过地层306的段塞来将石油和/或气体驱到井312。
在一些实施例中，大量的二硫化碳成分或混有其它组分的二硫化碳成分可被注入到井332中，随后另一种组分被注入到井332中，以便使二硫化碳成分或混有其它组分的二硫化碳成分穿过地层306，所述另一种组分例如为天然气；二氧化碳、空气；气态或液态水；混有一种或多种盐、聚合物、和/或表面活性剂的水；其它气体；其它液体；和/或它们的混合物。
在一些实施例中，脉冲机构331位于地面。在一些实施例中，脉冲机构331可位于井332内，例如邻近地层306。
在一些实施例中，脉冲机构331为活塞泵，其在前进冲程产生脉冲，并且在后退冲程不产生脉冲。
现在参看图3，在一些实施例中具有所示的脉冲机构431。脉冲机构431包括缸筒432，其内设置有活塞434。驱动轮436通过联动装置438连接到活塞434上。联动装置438枢转地连接到活塞434和驱动轮436。当驱动轮436旋转时，联动装置438前后移动，从而使活塞434前后移动。在返回冲程，活塞434向右移动并打开单向阀442，使流体进入并通过入口440。在前进冲程，单向阀442被迫关闭，单向阀446被迫打开，从而使流体被迫进入出口444。驱动轮436可根据需要由发动机或马达进行驱动旋转。
现在参看图4，在一些实施例中具有所示的脉冲机构531。脉冲机构531包括连接到支承结构534上的囊状物532。轮536偏心地安装到枢轴上并在箭头所示的方向上旋转。当轮536旋转时，轮挤压囊状物使其体积变小，从而迫使单向阀536打开并迫使流体流出出口544。当轮536连续旋转时，囊状物膨胀，从而使流体流过入口540和单向阀542。轮536每次旋转都会具有囊状物从小体积然后到大体积的循环。轮536可按照需要由发动机或马达驱动旋转。
现在参看图5，在一些实施例中具有所示的脉冲机构631。脉冲机构631包括缸筒632内的活塞634。重块635由线638悬挂，所述线缠绕在轮636上。通过旋转轮636使重块重复地通过线638进行举升。之后，轮636被释放并允许旋转，其使重块635下落，并撞击活塞634从而迫使流体通过阀646流出缸筒632并进入到出口644。重块635重复地被举升和下落，直到活塞634降至缸筒632底部的最低点为止。此时，重块635上升，并且流体被迫穿过入口640和单向阀642，以便使活塞634升高到所需的高度，从而使重块635能够再次下落以迫使流体进入出口644。轮636可按照需要由发动机或马达驱动旋转。
现在参看图6，在本发明的一些实施例中具有所示的系统700。系统700包括地层702、地层704、地层706和地层708。开采设备710位于地面。穿过地层702和704的井712在地层706具有开口。部分地层可被任意的压裂和/或射孔。当石油和气体被从地层706中采出时，其进入井712并向上流到开采设备710。开采设备710可用于产生二硫化碳成分，二硫化碳成分可在二硫化碳成分存储装置730中进行生产和储存。来自井712的硫化氢和/或其它含硫组分可被送到二硫化碳成分存储装置730。二硫化碳成分可通过脉冲机构731沿井732向下泵送到地层706。二硫化碳成分流过地层706以便有助于开采石油和气体，然后，二硫化碳成分、石油和/或气体可被全部通过井712采出到开采设备710。然后再对二硫化碳成分进行循环利用，例如通过使二硫化碳成分沸腾、对其冷凝或过滤或反应，然后再将二硫化碳成分重新注入到井732中。
脉冲机构731产生由井732向外放射的脉冲波741。二硫化碳成分具有前进剖面740，该前进剖面740具有由于裂缝742和744而产生的指形部750和752。由于裂缝742的原因，指形部750朝井712前进一段距离748，而前进剖面740的部分754仅仅朝井712前进了一段距离746。裂缝742和744指的是裂缝和/或具有较高孔隙度的其它区域。
脉冲波741从井732向外传播时强度减弱。在没有脉冲机构731时，指形部750会形成直通井712的通道，并且二硫化碳成分将会绕过大部分地层706，并通过指形部750从井732流到井712。然而，利用脉冲机构731，由于距离746较小，所示部分754会接受强烈脉冲，并且由于距离748较大，指形部750会接受微弱脉冲。这种脉冲效果趋于使窜流最小和/或增强更加均匀前进剖面740的产生。脉冲机构731可作为自纠正系统以便使指进最小和/或产生较为均匀的前缘。
现在参看图7，其中示出了地层806的顶部视图。注入井832位于中心，生产井812a、812b、812c和812d位于注入井832的周围。当流体在注入井832内受到脉冲时，则会产生脉冲波841。流体已经前进到有流体前进剖面840所示的线。由于流体快速移过裂缝842，从而产生指形部850。指形部850端部的脉冲波841比更靠近注入井832的其它区域处的脉冲波弱，这将消弱窜流效果，并可趋于产生更加均匀的流体前进剖面840。一旦指形部850到达生产井812a，生产井812a就可被关闭，并且流体前进剖面840可继续向生产井812b、812c和812d推进。
在一些实施例中，脉冲可以约1次脉冲每分钟到约100次脉冲每分钟的频率进行。在一些实施例中，脉冲可以约5次脉冲每分钟到约50次脉冲每分钟的频率进行。在一些实施例中，脉冲可以约10次脉冲每分钟到约20次脉冲每分钟的频率进行。
在一些实施例中，与单独的恒压注入二硫化碳成分相比，或与对另一种提高采收率的制剂施加脉冲相比，对二硫化碳成分产生脉冲提供了改善了的油藏原油采收率因子。
在一些实施例中，开采和/或利用二硫化碳成分的合适系统和方法在系列号为11/409,406、代理案号为TH2616且申请日为2006年4月19日的未决专利申请中进行了披露，本申请全文引用该专利文献作为参考。
示例性实施例
在本发明的一个实施例中公开了一种系统，该系统包括：二硫化碳存储装置；将至少一部分二硫化碳成分释放到地层中的机构；在地层内对所述二硫化碳成分产生脉冲的机构。在一些实施例中，所述系统还包括从地层内采出液体和气体中至少一种的机构，该用于开采的机构包括地下地层内的井和位于井顶部队开采设备。在一些实施例中，用于释放二硫化碳成分的机构包括将二硫化碳成分释放到地层内的地下地层内的井。在一些实施例中，所述地下地层位于水体的下方。在一些实施例中，所述系统还包括注水机构，该机构适于在将二硫化碳成分释放到地层内之后将水注入到地层内。在一些实施例中，产生脉冲的机构包括位于缸筒内的活塞。在一些实施例中，产生脉冲的机构包括适于交替挤压并在之后释放流体囊状物的机构。在一些实施例中，产生脉冲的机构包括位于缸筒内的活塞，以及适于重复落到所述活塞上以便驱动缸筒内活塞的重块。在一些实施例中，用于释放的机构包括注入井，其中所述用于开采的机构包括多个位于注入井周围的生产井。在一些实施例中，多个生产井中的至少一个适于在二硫化碳成分从注入井到达生产井时关闭。
在本发明的一个实施例中公开了一种方法，该方法包括：将二硫化碳释放到地层中；并且在地层内的二硫化碳成分内产生脉冲。在一些实施例中，所述方法还包括从所述地层中采出液体和气体中的至少一种。在一些实施例中，所述方法还包括从所述地层内采出二硫化碳成分，并在之后将至少一部分二硫化碳成分释放到地层内。在一些实施例中，所述释放包括将混有一种或多种烃、液态和/或气态水、除了二硫化碳之外的硫组分、二氧化碳或它们的混合物的二硫化碳成分注入到地层内。在一些实施例中，所述方法还包括在将二硫化碳成分释放到地层之前加热所述二硫化碳成分，或者所述二硫化碳成分在地层内时对其进行加热。在一些实施例中，在二硫化碳成分内产生脉冲包括产生频率为1到100循环每分钟的脉冲。在一些实施例中，在将所述二硫化碳成分释放到地层内之后释放另一种物质，例如所述另一种物质选自由空气、液态和/或气态的水、二氧化碳、和/或它们的混合物所构成的组。在一些实施例中，二硫化碳成分是在从0到37000千帕斯卡的压力下释放的，该压力高于在二硫化碳成分注入开始之前所测的初始油藏压力。在一些实施例中，在释放二硫化碳成分之前地层内石油的粘度为0.14cp到6000000cp，例如粘度为0.3cp到30000cp或者从5cp到5000cp。在一些实施例中，所述地层的渗透率为0.0001达西到15达西，例如为0.001达西到1达西。在一些实施例中，在将所述二硫化碳成分注入到地层内之前地层内石油的硫含量为0.5％到5％，例如从1％到3％。在一些实施例中，所述方法还包括将至少一部分采出的液体和/或气体转化成由下列物质所构成的组中的物质：运输燃料(如汽油和柴油)、加热燃料、润滑剂、化学剂和/或聚合物。
所属领域的技术人员可以理解，根据本发明所公开的实施例、结构、材料和方法，在不脱离本发明的主旨和范围的情况下可以做成多种改进和变化形式。因此，此后所附权利要求书的范围和它们功能等同的形式不受限于这里所述和所示的特定实施例，因为这些实施例在本质上仅仅是示例性的。

Claims (16)

1.一种开采石油和/或气体的方法，其包括：
将二硫化碳成分释放到地层中；以及
在地层内的二硫化碳成分内产生频率为1到100循环每分钟的脉冲。
2.如权利要求1所述的方法，还包括从所述地层中采出液体和气体中的至少一种。
3.如权利要求1所述的方法，还包括从所述地层内采出二硫化碳成分，并在之后将采出的二硫化碳成分的至少一部分释放到地层内。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述释放包括将混有一种或多种烃、液态和/或气态水、除了二硫化碳之外的硫组分、二氧化碳、一氧化碳或它们的混合物的二硫化碳成分的至少一部分注入到地层内。
5.如权利要求1所述的方法，还包括在将二硫化碳成分释放到地层之前加热所述二硫化碳成分，或者在地层内加热所述二硫化碳成分。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在将所述二硫化碳成分释放之后释放另一物质进入地层，所述另一种物质选自由空气、液态和/或气态的水、二氧化碳、和/或它们的混合物所构成的组。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：二硫化碳成分是在从0到37000千帕斯卡的压力下释放的，该压力高于在二硫化碳成分注入开始之前所测的初始油藏压力。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在释放二硫化碳成分之前地层内石油的粘度为0.14cp到6000000cp。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：在释放二硫化碳成分之前地层内石油的粘度为0.3cp到30000cp。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：在释放二硫化碳成分之前地层内石油的粘度为从5cp到5000cp。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述地层的渗透率为0.0001达西到15达西。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：所述地层的渗透率为0.001达西到1达西。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在将所述二硫化碳成分注入之前地层内石油的硫含量为0.5％到5％。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于：在将所述二硫化碳成分注入之前地层内石油的硫含量为从1％到3％。
15.如权利要求2所述的方法，其特征在于：还包括将至少一部分采出的液体和/或气体转化成由下列物质所构成的组中的物质：运输燃料、加热燃料、润滑剂、化学剂、和/或聚合物。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于：所述运输燃料为汽油和柴油。
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