CN102137986B

CN102137986B - 用于利用现场燃烧来进行碳氢化合物回收的改进方法

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Publication number: CN102137986B
Application number: CN200980113011.8A
Authority: CN
Inventors: 康芮·爱亚沙; 吴心洁; 克里斯·布鲁默
Original assignee: Archon Technologies Ltd
Current assignee: Archon Technologies Ltd
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2029-01-23
Also published as: GB2469426B; CN102137986A; EP2324195A1; WO2009100518A1; AR070424A1; ECSP10010151A; TR201006697T1; BRPI0905786A2; PE20100024A1; GB2469426A; CO6210832A2; GB201014076D0; RO126048A2; MX2010008938A; EP2324195A4; AU2009214765A1; RU2444619C1; NO20101134L; EP2324195B1; HK1156673A1

Abstract

本发明提供一种用于从地下含碳氢化合物的地岩层中现场回收碳氢化合物的改进方法。提供“L”形生产井，其具有垂直的上段及在碳氢化合物地岩层中位置较低的水平延伸的下支路。水平支路在脚跟部连接至生产井的垂直段，并在其相对的一端处具有脚趾部。靠近生产井的垂直段向地岩层中喷射氧化性气体。从水平支路的脚跟至脚趾形成在水平支路上方的地岩层内沿侧向自此处向外扫掠的垂直的燃烧前端，使得水平支路上方地岩层中的碳氢化合物升级并液化，之后向下流入可渗透的水平支路内，然后这些液化的碳氢化合物通过生产管道被递送至地面。经生产井的垂直段内所容纳的喷射管道向水平支路的脚跟部内喷射非氧化性气体。此种用于现场回收的改进方法的有益效果包括成本降低且对环境的影响减弱。

Description

用于利用现场燃烧来进行碳氢化合物回收的改进方法

技术领域

本发明涉及一种用于通过现场燃烧并采用水平生产井从地下储层进行碳氢化合物回收的改进方法。

背景技术

1997年5月6日授权的美国专利5,626,191（以下称为‘191专利）揭露了一种用于从地下碳氢化合物储层中生产碳氢化合物的现场燃烧方法，该方法利用（i）在石油储层中位置相对较高的用于向碳氢化合物地岩层中喷射氧化性气体的至少一个喷射井，以及（ii）用于从碳氢化合物储层中生产液化或气化碳氢化合物的生产井。生产井具有与水平支路相连通的垂直段，水平支路大体上从垂直段垂直地向外延伸且具有“脚趾”部及“脚跟”部。水平支路终止于储层中相对较低的地方，且在其“脚跟”部处与垂直段相连通。空气或其它氧化性气体（例如富含氧气的空气）通过喷射井（通常经垂直喷射井的上部中的穿孔）被喷射至位于生产井的水平支路的“脚趾”附近的碳氢化合物储层中。生产井的水平支路大体上垂直于燃烧的碳氢化合物的大体准垂直的燃烧前端而定向，该燃烧前端是在点燃喷射井附近的储层中的碳氢化合物的一部分时形成的。通过喷射井为此燃烧前端提供氧化性气体。水平支路部分的“脚趾”位于推进的燃烧前端的路径中。所产生的燃烧前端在“脚跟”部的方向上沿水平支路从水平支路的“脚趾”朝“脚跟”部传播。在此过程中，储层中位于移动的燃烧前端之前的受热的碳氢化合物液化或气化并流入水平支路中，之后通过生产井的垂直段被从该支路中移出至地面。美国专利5,626,191的此种方法称为“THAI^TM”，THAI^TM为“脚趾至脚跟空气喷射（toe-to-heel air injection）”的首字母缩略词，并且是ArchonTechnologies Ltd.（Petrobank Energy and Resources Ltd.,Calgary,Alberta,Canada的子公司）的注册商标。

也授权的美国专利6,412,557揭露了一种类似但经改进的方法，该方法增加了以下步骤：沿水平支路、在水平支路内或在水平支路周围放置碳氢化合物升级催化剂，以大大降低碳氢化合物的粘度并提升碳氢化合物的质量，并增加从储层流入生产井水平支路的碳氢化合物流量，以便稍后将碳氢化合物移出至地面。此种改进方法在行业中以商标CAPRI^TM为人们所知，其同样为Archon Technologies Ltd.的注册商标。

2005年12月12日公布的WO2005121504（PCT/CA2005/000833）教授了一种类似于THAI^TM的方法，其还包括以下额外步骤：在垂直段内且大体沿水平支路的长度至靠近水平支路“脚趾”的位置，在生产井内提供喷射管道，以通过该管道向该水平支路的“脚趾”区域中喷射非氧化性介质，该非氧化性介质包括蒸汽、水或非氧化性气体。向水平支路的“脚趾”区域中喷射此非氧化性介质的作用为，在此区域中置换任何氧化性气体并从而防止已流入水平支路中的已提高质量的碳氢化合物燃烧，并会进一步提高水平支路中的环境压力，从而防止或减少氧化性气体从喷射氧化性气体的喷射井进一步流入碳氢化合物储层中。

不利地，在上述用于从碳氢化合物地岩层中回收液化和/或气化碳氢化合物的每一现有技术方法中，均需要靠近水平支路的脚趾且远离生产井的垂直段而喷射氧化性气体。喷射氧化性气体的此种位置远离生产井的垂直段，而生产井的表面是通常产生氧化性气体的位置。喷射井与生产井的垂直段可相隔一千米以上。这样一来，这些现有技术方法因此通常需要通过管道系统将氧化性气体从生产井输送至喷射井的位置，或者作为另外一种选择，需要将设备安装在喷射井位置以便能够产生氧化性气体供随后进行喷射。这需要在喷射井位置通过皆伐作业（clearcutting）而提供开阔的通道和/或需要增大的空间，以容置额外的氧化性气体递送和/或产生及压缩设施，从而增大环境“占用面积（footprint）”及钻井操作对环境的影响，通常还会导致成本增加。

因此，需要一种能消除这些缺点的改进的THAI^TM及CAPRI^TM方法。

发明内容

本发明的方法是一种改进的碳氢化合物现场回收方法，其不是靠近水平支路的“脚趾”部喷射氧化性气体，而是在生产井的生产垂直段中或生产垂直段附近（即在“脚跟”部）喷射氧化性气体。该改进方法不需要用于喷射氧化性气体的单独的钻井垫块/生产垫块，从而降低成本并减小现场回收方法对环境的不良影响。

较佳地，在下文所述的第三具体实施例中，本发明的方法更无需使用单独的氧化性气体喷射井，因为在这种改良中，生产井的垂直段还用作喷射井，从而降低钻井成本并降低资本成本。

具体而言，本发明的方法是“脚跟-至-脚趾”方法而不是“脚趾-至-脚跟”方法。氧化性气体喷射点被修改为与“脚趾”相对的“脚跟”，使得燃烧前端在与THAI^TM方法中的方向相反的方向上移动，即从水平井的“脚跟”朝向“脚趾”的方向。

在本发明中，相对于燃烧区的位置形成储层的三个区域。在“脚跟”附近且在燃烧前端远离“脚跟”通过之后是经燃烧的油耗尽区，该区是在喷射氧化性气体之后且在燃烧前端已远离喷射井及水平支路“脚跟”部向外推进一段时间之后形成。这种经燃烧区大体上填充有氧化性气体。接下去是焦炭区（coke zone），其实质上为储层内氧化性气体已能够在储层内渗透的区域，并且实质上为存在燃烧前端的区域（所发生的燃烧为残留焦炭的燃烧，残留焦炭为在此储层内位于此燃烧前端之前的较轻碳氢化合物已被液化或气化且已流入水平支路中并随后被移出至地面之后所残留的碳氢化合物）。最后，朝向水平井的“脚趾”存在储层的含碳氢化合物的区域，燃烧前端朝向该区域推进。

在氧化剂喷射速率较高时，储层压力升高，并且经燃烧区中含有残留氧气的氧化性气体可被迫进入生产井的水平支路中。在本发明的方法中，则通过在有限时间内或连续地喷射例如非氧化性气体（例如二氧化碳）、和/或蒸汽或水等介质来增大生产井水平支路内的压力，从而避免这种情形发生。

因此，在本发明方法的一个广泛方面中，为实现能够靠近生产井的垂直段或在生产井的垂直段中喷射氧化性气体这一优点，揭露一种用于从地下碳氢化合物储层中回收液化或气化碳氢化合物的改进方法，该改进方法包括以下步骤：

（a）提供至少一个生产井，该生产井具有在该储层中位置相对较低的基本水平的支路，该水平支路在其一端处具有脚跟部且在其相对的一端处具有脚趾部，该水平支路用以允许碳氢化合物流入该水平支路的内部，该生产井具有基本垂直段，该基本垂直段靠近该水平支路的该脚跟部连接至该水平支路；

（b）在该生产井内提供生产管道，该生产管道在该垂直段内以及在该水平支路的至少一部分内延伸，以收集流入该水平支路内的该碳氢化合物；

（c）靠近水平支路的脚跟部周期性地或连续地向水平支路内喷射非氧化性介质，其中该介质选自由非氧化性气体（例如二氧化碳）、蒸汽、或水单独构成或相组合构成的介质；

（d）至少开始时在该生产井的该垂直段的位置或附近向该地下储层提供氧化性气体；

（e）靠近该生产井的该垂直段点燃该碳氢化合物储层内的碳氢化合物，以使该碳氢化合物储层中靠近该垂直段的该碳氢化合物的一部分燃烧，从而形成燃烧前端，该燃烧前端在至少沿该水平支路并朝向该水平支路的该脚趾部的方向上远离该喷射井向外推进；

（f）使来自该储层的受热的碳氢化合物流出该储层的上部区域，并在该水平支路中进行收集；以及

（g）通过该生产管道从该生产井中移出已流入该水平支路中的该碳氢化合物。

关于上述步骤（g），通过生产管道从生产井中移出碳氢化合物通常不需要进行抽运，然而如果在碳氢化合物地岩层的巨大外界压力下，有足量的惰性气体（例如气化的碳氢化合物、二氧化碳或氮气）未流入水平支路以及因此未流入生产管道中，则可能需要进行抽运以从水平支路中移出碳氢化合物，这可发生于启动期间。通过利用气体降低混合流体的密度而生产石油的普通机制称为“气举（gas lift）”。

在本发明的上述方法的第一改良/实施例中，通过靠近生产井的垂直段钻出单独的喷射井以允许氧化性气体通过靠近生产井的此喷射井被喷射至地岩层中，来实现靠近生产井的垂直段喷射氧化性气体。在这种方式中，较佳地，可使用同一钻井垫块来钻出生产井和喷射井二者，从而节省钻井的费用及成本。

另外，较佳地，由于喷射井位于生产井的附近，生产井通常具有用于生产的发电设备，因而通常可更容易地获得氧化性气体并立即将氧化性气体喷射至喷射井中，而现有技术中位于远离生产井垂直段处的喷射井则无法做到。

在本发明的第二实施例中，喷射井为生产井的垂直段内的侧入口井（side entry well），从而同样使喷射井位于生产井附近以达成上述有益效果，并达成其它有益效果，这是因为当钻出侧入口井时可使用生产井垂直段的上部，从而进一步降低钻井成本。

具体而言，在此第二较佳实施例中，本发明包括一种用于从地下碳氢化合物地岩层中回收液化或气化碳氢化合物的方法，该方法包括以下步骤：

（a）提供至少一个生产井，该生产井具有在该地岩层中位置相对较低的基本水平的支路，该水平支路在其一端处具有脚跟部且在其相对的一端处具有脚趾部，该脚趾部在地岩层中的位置在高度上稍低于该脚跟部，该水平支路用以允许液化碳氢化合物流入该水平支路的内部，该生产井具有基本垂直段，该基本垂直段靠近该水平支路的该脚跟部连接至该水平支路；

（b）在该生产井内提供生产管道，该生产管道在该垂直段内并沿该水平支路向下延伸至该脚趾部，以收集流入该水平支路内的该碳氢化合物；

（c）在该生产井中提供喷射管道，该喷射管道在该垂直段中向下延伸至该脚跟部；

（d）通过该喷射管道向该生产井内喷射非氧化性介质，其中该介质选自由非氧化性气体、蒸汽、水、或二氧化碳单独构成或相组合构成的介质；

（e）从该生产井的该垂直段提供喷射井作为侧道重入口，该喷射井延伸入该碳氢化合物地岩层中；

（f）通过该喷射井向该碳氢化合物地岩层的一部分提供氧化性气体；

（g）靠近该垂直段点燃该碳氢化合物地岩层中的该碳氢化合物，以使该碳氢化合物地岩层中的该碳氢化合物的一部分燃烧，从而形成燃烧前端，该燃烧前端在至少沿该水平支路并朝向该水平支路的该脚趾部的方向上远离该垂直段向外推进；以及

（h）通过该生产管道从生产井中移出已流入该水平支路中的碳氢化合物。

在第三较佳实施例中，本发明包括一种从碳氢化合物储层中生产碳氢化合物的方法，根据该方法，完全不需要用于喷射氧化性气体的喷射井，从而降低执行本发明现场方法的成本。

具体而言，在本发明的此第三且较佳的实施例中，生产井的垂直段被穿孔，以允许被提供给此垂直段的氧化性气体能逃逸至靠近垂直段的碳氢化合物地岩层中。如此，便无需钻出单独的喷射井。

此外，作为本发明方法的一部分，通过延伸至生产井脚跟部的喷射管道连续地或间歇地将呈非氧化性气体（例如二氧化碳）、蒸汽或水形式的介质喷射至生产井中。可提供位于生产井中的一系列“封隔器（packer）”，以使被提供至生产井垂直段的氧化性气体与被供有非氧化性介质的生产井水平支路的脚跟部隔离。

因此，在此第三较佳实施例中，本发明的方法包括一种用于从地下碳氢化合物储层中回收液化或气化碳氢化合物的方法，该方法包括以下步骤：

（a）提供至少一个生产井，该生产井具有在该储层中位置相对较低的基本水平的支路，该水平支路在其一端处具有脚跟部且在其相对的一端处具有脚趾部，该水平支路用以允许液化碳氢化合物流入该水平支路的内部，该生产井具有基本垂直段，该基本垂直段靠近该水平支路的该脚跟部连接至该水平支路；

（b）在该生产井中提供生产管道，该生产管道从该生产井的表面延伸至该生产井的至少该脚跟部，以收集流入该水平支路中的该碳氢化合物；

（c）在该生产井中提供喷射管道，该喷射管道在该垂直段中向下延伸至延伸入该水平支路的至少该脚跟部中的位置；

（d）通过所述喷射管道向生产井内喷射非氧化性介质，其中该介质选自由非氧化性气体（例如二氧化碳）、蒸汽、或水单独构成或相组合构成的介质；

（e）在该脚跟部上方的位置处，在该生产井的该垂直段中提供穿孔；

（f）向该垂直段提供氧化性气体，从而经该垂直段中的这些穿孔向该碳氢化合物储层的一部分提供氧化性气体；

（g）靠近该垂直段点燃该碳氢化合物储层中的该碳氢化合物，以使该碳氢化合物储层中的该碳氢化合物的一部分燃烧，从而形成燃烧前端，该燃烧前端在至少沿该水平支路并朝向该水平支路的该脚趾部的方向上远离该垂直段向外推进；

（h）使来自该储层的受热的碳氢化合物流出该储层的上部区域，并在该水平支路中进行收集；以及

（i）通过该生产管道从生产井中移出已流入该水平支路中的该碳氢化合物。

较佳地，本发明的第三实施例还不需要如在现有技术中一样在一系列生产井首尾相连时以及在第一生产井的垂直段随后转变为喷射井时，利用水泥塞等“封锁”每一生产井的水平支路（参见美国专利‘191，栏6，行47-栏7，行9，及其图14D-F）。本发明的现场方法，尤其是第三实施例，是一种通过减少步骤数目（包括不仅不需要钻出喷射井，而且还不需要现有技术的现场方法中所需的对其它井的“封锁”（如上述美国专利‘191中所例示））而进一步降低现场回收成本的方法。

附图说明

在例示本发明的若干实例性实施例的附图中：

图1A为现有技术的在碳氢化合物储层中现场回收布局的立体示意图，其显示位于相关联的生产井的每一个对应水平支路的脚趾处的空气喷射井；

图1B为图1A所示一个喷射井及相关联的生产井的剖面图；

图2A为在接近碳氢化合物的点燃及燃烧前端的最初传播的时刻的时间点，本发明第一实施例的一个喷射井及相关联的生产井的剖面示意图（未按比例绘制），其利用使燃烧前端沿生产井水平支路的“脚趾”方向传播的本发明方法；

图2B为在当燃烧前端已传播一段时间且移动至更接近生产井水平支路的“脚趾”部时的随后时间点的与图2A类似的剖面图（同样未按比例绘制）；

图2C为在当燃烧前端进一步传播且移动至更接近生产井水平支路的“脚趾”部时的又一时间点的与图2B类似的剖面图（同样不按比例）；

图3为在接近碳氢化合物的点燃以及燃烧前端的最初传播的时刻的时间点，包含含碳氢化合物的地岩层的碳氢化合物储层的局部剖面示意图，其显示本发明方法的第二实施例（即生产井及相关联侧入口喷射井（未按比例绘制））并进一步描绘使燃烧前端沿生产井水平支路的“脚趾”方向传播的本发明方法；

图4为在接近碳氢化合物的点燃以及燃烧前端的最初传播的时刻的时间点，包含含碳氢化合物的地岩层的碳氢化合物储层的局部剖面示意图，其显示本发明的第三较佳实施例（即生产井的剖面图（未按比例绘制）），该第三较佳实施例采用使燃烧前端沿生产井水平支路的“脚趾”方向传播的本发明方法；以及

图5为图4所示现场回收方法的立体示意图，显示用于从碳氢化合物储层中回收碳氢化合物的本发明方法的第三较佳的实施例。

具体实施方式

图1A显示用于从地下碳氢化合物储层或地岩层10现场回收碳氢化合物的现有技术中所用井的布局的半透明示意图。

具体而言，图1A示意性地描绘美国专利US5,626,191中所揭露的现场回收碳氢化合物的现有技术方法，该现有技术方法包括设置一系列生产井12，每一生产井12均包括基本垂直段14及基本水平支路16，基本水平支路16具有“脚趾”部18及“脚跟”部20。生产井12的水平支路16位于碳氢化合物地岩层10的下部区域，基本上为多孔的以允许流体进入。提供一系列喷射井22，这些喷射井22位于靠近“脚趾”的区域并向下延伸至地岩层10中，并具有位于含油储层的上部区域中的穿孔。

图1B显示图1A所示喷射井22及相关联的生产井12的剖面示意图。

在图1A及图1B所描绘的现有技术现场回收方法中，通过每一喷射井22向地岩层10中喷射例如空气（其包含氧气）、氧气、或富含氧气的空气等氧化性气体24，以允许地岩层10中的碳氢化合物的一部分燃烧。具体而言，点燃被供有氧化性气体24的喷射井22区域中碳氢化合物地岩层10的碳氢化合物的一部分并使该部分燃烧，从而在地岩层10内形成并产生基本垂直的且侧向延伸的燃烧前端26。此燃烧前端26通过在地岩层10内进行热传导及形成受热的经燃烧气体而加热地岩层10中在燃烧前端26正前面的碳氢化合物，使得地岩层10中更多的挥发性碳氢化合物气化，还使地岩层中碳氢化合物固体或沥青的一部分升级并同时提高其粘度，以形成流动的液化碳氢化合物30。剩下残留的较重碳氢化合物（尤其是焦炭），这些残留的较重碳氢化合物为推进的燃烧前端26提供燃料并维持燃烧前端26的推进以及现场燃烧及碳氢化合物升级过程。随后流动的液化碳氢化合物30及气化成分（其中某些可能会随后凝结为液体30）在重力的作用下向下流经地岩层，并在地岩层10的最低区域中通过流入生产井12的水平延伸的水平支路16中而被收集。生产井12的水平支路16中的气体压力一般至少在有限时间内小于地岩层10的气体压力（由于所收集的液体碳氢化合物30及来自液体碳氢化合物30的气体碳氢化合物被移出），相对于地岩层10内燃烧前端26之前的部分，水平支路16中这种减小的气体压力有助于液体及气体碳氢化合物从碳氢化合物地岩层10流入水平支路16中。在其它时间，由于通过喷射管道50（在下文中进行论述）向水平支路16中喷射介质52，水平支路16的气体压力有时接近或甚至超过地岩层10内的气体压力。

重要地，在图1A及1B所示及上文所述的现有技术现场回收方法中，喷射井22位于水平支路16的“脚趾”附近，氧化性气体通过喷射井22被喷射至这些位置的地岩层中。因此，使接收氧化性气体24的燃烧前端26在从“脚趾”部至“脚跟”部的方向上垂直于且沿着水平井16从喷射井22向外前进。

对于此现有技术方法，不利的是，不仅需要为生产井12形成钻井垫块32，而且需要为喷射井22形成额外的单独钻井垫块，并且需要将此单独的喷射井22钻进此地岩层中。另外，由于此喷射井远离生产井12的表面，必须将氧气形成及喷射设备（图未示出）拉至并安装在此喷射井22的表面。这两个要求显著地增加了执行用于现场回收碳氢化合物的现有技术方法的成本。

本文中图2A-2C显示改进的（第一）现场回收方法，其特别适合于消除用于现场回收碳氢化合物的现有技术方法中上述费用中的至少一者，即为喷射井22形成单独钻井垫块的费用。

具体而言，从图2A-2C看出，通过清除树木及其它障碍物而形成单一钻井垫块32，且在单一钻井垫块32上竖立单一钻井平台。利用传统钻井技术钻出生产井12，该生产井12包括垂直段14以及与垂直段14相连通的水平支路16。水平支路16具有“脚趾”部18及“脚跟”部20，水平支路16在“脚跟”部20处与垂直段14交汇。通过通常的浇铸井12的方法并进一步通过在此生产井12内插入生产管道40而完成生产井12，生产管道40在垂直段14中向下延伸至其脚跟部20，且较佳沿水平支路16较佳地延伸至水平支路16的脚趾部18，此生产管道40在该水平支路16内具有开口端42。生产管道40通常为钻井操作中所通常使用的盘绕管道。

还设有额外的喷射管道50（同样，通常为钻井操作中所通常使用的盘绕管道），以用于向生产井12中喷射介质52，此介质52包括非氧化性气体，较佳为二氧化碳（因为其对碳氢化合物具有稀释效果），或作为另外一种选择，为蒸汽或水或其它非可燃的可流动介质，抑或与蒸汽或水或其它非可燃的可流动介质相组合。从图2A-2C看出，喷射管道50延伸入水平支路16的“脚跟”部20中。提供至少一个隔离封隔器54，以允许不时地或连续地在加压状态下喷射介质52（如果需要），从而不时地或连续地对水平支路16加压（如果需要）以协助迫使液化碳氢化合物30进入生产管道40中并抑制氧化性气体进入水平支路16中。

使用单一钻井垫块32钻出另一喷射井22，该另一喷射井22延伸入碳氢化合物地岩层10的至少上部区域中。喷射井22通常在其下端中具有穿孔75，以允许将氧化性气体24（例如空气或氧气）注入及喷射至碳氢化合物地岩层10的含碳氢化合物区域中。

之后，在图2A-2C所示的第一实施例中，本发明的方法进行如下操作：

通过喷射井22向地岩层10中喷射氧化性气体24。较佳地，用于形成氧化性气体24及喷射此氧化性气体24的设备（图未示出）不需位于远离生产井12处，而是可借助于本发明的方法而位于生产井12附近，尤其是可位于钻井垫块32上或紧靠钻井垫块32（如果需要），从而不需要像假如喷射井22朝水平支路16的“脚趾”定位时一样在遥远位置进行清理及形成单独钻井垫块。此外，可在井12附近的油处理位置方便地进行氧化性气体供应设备的操作及维护。点燃喷射井22附近的碳氢化合物，并且由于供应氧化性气体24，形成燃烧前端26，燃烧前端26在图2A-2C所示的方法中作为基本垂直的且侧向延伸的前端（也可参见本文中的图5）从水平支路16的“脚跟”20向“脚趾“18”推进。碳氢化合物地岩层10中在推进的燃烧前端26之前的粘性及高粘度的碳氢化合物（包括沥青）由于所产生的热而升级并变为液体，并且在该过程中粘度变小。地岩层10中在前端26之前的某些碳氢化合物将气化。液化碳氢化合物30及气化碳氢化合物（现在为流动的）向下流动并进入水平支路16中，水平支路16被形成为多孔的（即在其上部中具有穿孔60），以允许这些碳氢化合物30注入并因此收集这些碳氢化合物30。

随着燃烧前端26前进并从而从水平支路16的“脚跟”部20“扫掠”至“脚趾”18，该方法持续进行。

值得注意的是，在产生燃烧前端26之前，较佳在开始时通过喷射受热的非氧化性介质52（例如蒸汽）而对碳氢化合物地岩层10进行预热，受热的非氧化性介质52是通过喷射管道40而被喷射至生产井12的水平支路16中，并通过生产管道50或作为另外一种选择通过垂直段16中的环（annulus）82（如果不存在隔离封隔器54）而被移出。预喷射受热介质具有以下有益效果：加热生产井12及其生产组件，从而提高流入生产井12的水平支路16中的液化碳氢化合物30的可流动性。此程序适用于沥青储层中，因为可进入水平支路16的冷态油将具有非常大的粘度并将几乎不能流动，从而有可能堵塞水平支路16。对于具有流动油的地岩层10，不需要大规模的点火前汽蒸（pre-ignition steaming）来加热油以使油流动，然而，大规模的点火前汽蒸可用于降低氧化性气体喷射井22附近的油饱和度并提高碳氢化合物温度以实现其点火。也可采用其它点火方法，例如喷射易点燃的燃料（例如亚麻子油），或通过喷射热的燃烧气体。对于沥青储层，也通过喷射井22喷射蒸汽，并且也可将蒸汽喷射至喷射井22与水平井16的脚趾18之间区域中的储层10中，以在开始向储层地岩层10中喷射氧化性气体24之前对油加热并提高其流动性。

在开始燃烧及形成燃烧前端26之后，通过喷射管道50向水平支路16中连续地或不时地喷射蒸汽、非氧化性气体（例如二氧化碳）、或水形式的非氧化性介质52，水平支路16由于隔离封隔器54而被加压。使用此非氧化性介质52是出于若干原因。首先，水平支路16内增大的压力会减少或防止氧化性气体24从地岩层10注入至水平支路16中，否则氧化性气体24可不利地与水平支路16中的液化及气化碳氢化合物相组合而形成具有潜在爆炸后果的爆炸性混合物，或者作为另外一种选择，直接与氧气反应而形成可密封住生产井12的水平支路16的焦炭。在井眼（wellbore）中同时具有碳氢化合物（油）与氧气的后果是造成燃烧并且在达到高温（可能超过1000℃）时可能会爆炸。这可对井眼造成不能修复的损坏，包括砂筛（图未示出）的故障。为安全且连续地进行油生产操作，必须避免氧气的存在及超过425℃的井眼温度。第二，喷射介质52可用以对水平支路16加压并有助于将水平支路16中所收集的液化及气体碳氢化合物30驱入生产管道40的开口端42中，从而有助于这些液体30下降并从生产井12中生产这些碳氢化合物30。第三，可加热通过喷射管道50喷射时的介质52。较佳地，用于加热此介质52的装置在此方法中能够方便地位于生产井12的表面及位于钻井垫块32上或钻井垫块32附近。最后，在所喷射的介质52为二氧化碳时，向水平支路16中喷射介质不仅用作方便的碳“槽”以允许处置此种温室气体，而且由于二氧化碳对液体碳氢化合物30的稀释特性而进一步降低液体碳氢化合物30的粘度，从而帮助所收集的液体碳氢化合物30通过生产管道40而下降。

从图2A-2C看出，在燃烧前端26推进期间，焦炭在储层10中沉积并用作现场燃烧过程的燃料。热的燃烧气体70进入地岩层10中，从而加热其中的碳氢化合物及存在的任何原生水。如图2A-2C所示，这些碳氢化合物的一部分液化，并且这些液化的碳氢化合物30与燃烧气体一起通过穿孔60流入水平支路16中。液化的碳氢化合物30沿着且朝向水平支路16的“脚趾”18流动并进入水平支路16中的生产管道40的开口端42，接着流回并随后向上流动至地面。该过程是稳定且连续的，燃烧前端26连续地朝向水平支路16的“脚趾”18推进。

向储层10的上部中喷射氧化性气体24（通常为空气、氧气或富含氧气的空气）。先前所沉落的焦炭消耗氧气，使得仅不含氧气的气体与燃烧前端26处焦炭区之前的油接触。从焦炭燃料的高温氧化获得通常为600℃及高达1000℃的燃烧气体温度。在燃烧前端26之前的流动油区域80中，这些热的气体70及蒸汽将油加热至超过400℃，从而局部地使油裂化、使某些成分汽化并大大地降低油粘度。油的最重的成分（例如沥青质）残留在岩石上且随后在燃烧前端26到达此位置时将构成焦炭燃料。在流动油区域80中，在重力以及有时在未被加压时的水平支路16的低压槽吸引下，气体及油向下流入水平支路16中。燃烧前端26处的焦炭区及流动油区域80在从水平支路16的自脚跟20向脚趾18的方向上侧向移动。燃烧前端之后的经燃烧区段100中的液体（油及水）已耗尽并填充有氧化性气体24。水平支路16的与此经燃烧区100相对的一段处于接收氧气或氧化性气体24的危险中，该氧气或氧化性气体24将燃烧水平支路16内存在的油，从而形成极高的井眼温度，这可能会损坏铁壳，尤其是用于允许流体30进入而排除砂的砂滤网。如果砂滤网出现故障，则松散的储层砂将进入水平支路16并使得需要停止作业以进行清除并利用水泥塞进行补救。此操作是非常困难且危险的，因为水平支路16可包含爆炸等级的油及氧气。

本发明的方法考虑了防止氧化性气体24从地岩层10流入水平支路16中的若干方式。第一种方法是，降低氧化性气体24的喷射速率以减小地岩层10中的储层压力。第二种方法是，通过生产管道40降低液化碳氢化合物30的下降速率（即，通过生产管道40降低生产速率），从而增大水平支路16中的井眼压力。这两种方法均使碳氢化合物生产速率下降，其在经济上是不利的。一种替代且较佳的方法是，如本文中先前所述，即通过喷射管道50向水平支路16中喷射非氧化性介质52，认为这对将碳氢化合物液体通过重力引入水平支路16中的影响很小。在任何情况下，可周期性地且仅在足以将水平支路16内的氧气浓度降低至小于爆炸浓度的一时间段内喷射介质52。在典型操作中，可沿水平段或在水平段内放置热电偶线（thermocouple string），并且在出现温度升高时将发出氧化性气体侵入的信号，使得可通过管道52增加水蒸汽以降低井眼温度、稀释所存在的氧气并增大井眼压力以抑制氧化性气体进一步进入。

图3示意性地例示本发明方法的另一更佳的实施例，该实施例具有与图2A-2C中所表示的组件类似的组件并具有类似的方法。此外，氧化性气体是通过喷射井22而被喷射至地岩层10中，且所形成的燃烧前端26从水平支路16的脚跟20“扫掠”至脚趾18，从而使液化碳氢化合物30以及气化碳氢化合物流入水平支路16中并通过生产管道40被递送至地面。

然而，值得注意的是，图3所示现场回收方法与先前所述如图2A-2C所示方法的重要且唯一的区别在于，图3所描绘方法中的喷射井22在生产井12的垂直段14内被形成为侧入口井。

较佳地，利用图3所描绘的方法，喷射井22的钻制会更廉价，这是因为，由于此喷射井的上部与生产井12的垂直段14是共有的，因而此喷射井的上部早已被钻出。

因此，不仅由于将喷射井22定位于生产井12及其相关联设备的位置并紧靠生产井12及其相关联设备、且不需形成单独的钻井垫块32而实现了成本节约，而且在钻制喷射井22时降低了钻井成本。

图4描绘用于执行碳氢化合物现场回收的本发明方法的第三且最佳的实施例。如同图2A-2C所描绘的本发明方法的第一实施例，并如同图3所描绘的本发明的第二实施例，此方法包括形成从水平支路16的“脚跟”20“扫掠”至“脚趾”18的燃烧前端26作为该方法的整体组成部分，从而使液体碳氢化合物30在水平支路16中被收集，之后通过生产管道40而下降并被引出至地面。

然而，重要的是，在图4所示本发明方法的此第三实施例中，不存在钻出喷射井22的步骤。而是，在生产井12的垂直段14中制作穿孔110，且将氧化性气体24喷射至此垂直段14中并从而喷射至地岩层10中。隔离封隔器54的存在能防止将氧化性气体24喷射至水平支路16中，隔离封隔器54有效地将水平支路16中所生产的液化碳氢化合物与氧化性气体24（例如氧气）分离，从而防止形成爆炸性混合物。喷射管道50如同在先前实施例中一样仍用以允许不时地或连续地将非氧化性气体52喷射至水平支路16中，以防止地岩层的经燃烧区80内的氧化性气体24渗透至水平支路16中。

较佳地，利用图4所描绘的方法，完全消除了钻出喷射井22的成本。因此，通过图4所描绘的方法，不仅由于能够使氧化性介质喷射装置位于生产井处且仅位于生产井处的单一钻井垫块32上（在现有技术方法中则需要形成单独的钻井垫块且另外需要为氧化性气体形成及喷射设备（图未示出）提供额外的开阔空间）而实现成本节约并降低环境影响，而且通过不需要钻出任何喷射井而实现显著的成本节约。

图5描绘如何利用从“脚跟”20向“脚趾”18推进的燃烧前端26，通过碳氢化合物地岩层10中的一系列生产井12而运用图4所示的方法（即本发明方法的第三实施例）。

尽管本揭露内容说明及例示了本发明方法的较佳实施例，然而应理解，本发明并不仅限于这些特定实施例。所属领域的技术人员将会联想到许多变化及修改。对于本发明的完整定义，请参照随附权利要求书。

Claims

1.一种用于从地下碳氢化合物储层中回收液化或气化碳氢化合物的方法，该方法包括以下步骤：

（a）提供至少一个生产井，所述生产井具有在所述储层中位置相对较低的基本水平的支路，所述水平支路在其一端处具有脚跟部，在其相对的一端处具有脚趾部，所述水平支路用以允许液化碳氢化合物流入所述水平支路的内部，所述生产井具有基本垂直段，所述基本垂直段靠近所述水平支路的所述脚跟部连接至所述水平支路；

（b）在所述生产井内提供生产管道，所述生产管道在所述垂直段内以及在所述水平支路内延伸至所述脚趾部，以收集流入所述水平支路内的所述液化碳氢化合物；

（c）在所述生产井内由所述脚跟部向所述脚趾部喷射非氧化性介质，其中所述非氧化性介质选自下述介质，所述介质包括：非氧化性气体、水单独构成和相组合构成的介质；

（d）至少开始时在所述生产井的所述垂直段的位置或附近向所述地下储层提供氧化性气体；

（e）靠近所述生产井的所述垂直段点燃所述碳氢化合物储层内的碳氢化合物，以使所述碳氢化合物储层中靠近所述垂直段的所述碳氢化合物的一部分燃烧，从而形成燃烧前端，所述燃烧前端在至少沿所述水平支路并朝向所述水平支路的所述脚趾部的方向上远离喷射井向外推进；

（f）使来自所述储层的受热的液化碳氢化合物流出所述储层的上部区域，并在所述水平支路中进行收集；以及

（g）通过所述生产管道从所述生产井中移出已流入所述水平支路中的所述碳氢化合物。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述非氧化性气体为蒸汽和/或二氧化碳。

3.如权利要求1所述的方法，其中，通过经所述喷射井中的穿孔向所述碳氢化合物地岩层提供所述氧化性气体来实现所述提供所述氧化性气体的步骤。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述生产井的所述垂直段与所述喷射井是同一者。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述喷射井是所述生产井的所述垂直段的侧道重入口，并延伸入所述储层的上部区域。

6.如权利要求1所述的方法，其中，通过靠近所述生产井的所述垂直段钻出喷射井来实现所述提供氧化性气体的步骤，且所述喷射井是垂直的、倾斜的或水平的。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述生产井的所述垂直段在其上部中被穿孔，且通过经所述生产井的所述垂直段提供所述氧化性气体而至少部分地实现所述提供氧化性气体的步骤。

8.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

在所述生产井中提供喷射管道，所述喷射管道在所述垂直段中向下延伸至靠近所述水平支路的所述脚跟部，以及

通过经所述喷射管道喷射所述介质来实施所述向所述生产井内喷射所述介质的步骤。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述生产管道的开口端位于所述水平支路的所述脚趾部的附近。

10.如权利要求1所述的方法，其中，所述介质还包含碳氢化合物冷凝物稀释剂。

11.如权利要求1、8或9所述的方法，其中，将所述介质连续地或周期性地喷射至所述生产井内，以在所述水平支路内保持正压，从而帮助防止所述氧化性气体从所述储层侵入所述生产井的所述水平支路内。

12.如权利要求1至9中的任一项所述的方法，其中，在所述生产井的所述水平支路中、所述水平支路上或所述水平支路周围放置催化剂。

13.如权利要求1至9中的任一项所述的方法，其中，所述氧化性气体是氧气与二氧化碳的混合物。

14.一种用于从地下碳氢化合物储层中回收液化或气化碳氢化合物的方法，该方法包括以下步骤：

（b）在所述生产井中提供生产管道，所述生产管道从所述生产井的表面延伸至所述生产井的所述脚趾部，以收集流入所述水平支路内的所述碳氢化合物；

（c）在所述生产井中提供喷射管道，所述喷射管道在所述垂直段中向下延伸至延伸入所述水平支路的至少所述脚跟部中的位置；

（d）通过所述喷射管道向所述水平支路内喷射非氧化性介质，其中所述非氧化性介质选自下述介质，所述介质包括：非氧化性气体、水单独构成和相组合构成的介质；

（e）在所述脚跟部上方的位置处，在所述生产井的所述垂直段中提供穿孔；

（f）向所述垂直段提供氧化性气体，从而经所述垂直段中的所述穿孔向所述碳氢化合物储层的一部分提供所述氧化性气体；

（g）靠近所述垂直段点燃所述碳氢化合物储层中的所述碳氢化合物，以使所述碳氢化合物储层中的所述碳氢化合物的一部分燃烧，从而形成燃烧前端，所述燃烧前端在至少沿所述水平支路并朝向所述水平支路的所述脚趾部的方向上远离所述垂直段向外推进；

（h）使来自所述储层的受热的液化碳氢化合物流出所述储层的上部区域，并在所述水平支路中进行收集；以及

（i）通过所述生产管道从所述生产井中移出已流入所述水平支路中的所述碳氢化合物。

15.如权利要求14所述的方法，其中，所述非氧化性气体为蒸汽和/或二氧化碳。

16.如权利要求14所述的方法，其中，所述生产管道的开口端位于所述水平支路的所述脚趾部的附近。

17.如权利要求14、15或16所述的方法，其中，将蒸汽或水连续地或周期性地喷射至所述喷射管道内，以在所述水平支路内保持正压，从而帮助防止所述氧化性气体从所述储层侵入所述生产井的所述水平支路内。

18.一种用于从地下碳氢化合物地岩层中回收液化或气化碳氢化合物的方法，该方法包括以下步骤：

（a）提供至少一个生产井，所述生产井具有在所述地岩层中位置相对较低的基本水平的支路，所述水平支路在其一端处具有脚跟部，在其相对的一端处具有脚趾部，所述脚趾部在所述地岩层中的位置在高度上稍低于所述脚跟部，所述水平支路用以允许液化碳氢化合物流入所述水平支路的内部，所述生产井具有基本垂直段，所述基本垂直段靠近所述水平支路的所述脚跟部连接至所述水平支路；

（b）在所述生产井内提供生产管道，所述生产管道在所述垂直段内并沿所述水平支路向下延伸至所述脚趾部，以收集流入所述水平支路内的所述碳氢化合物；

（c）在所述生产井中提供喷射管道，所述喷射管道在所述垂直段中向下延伸至所述脚跟部；

（d）通过所述喷射管道向所述生产井内喷射非氧化性介质，其中所述非氧化性介质选自下述介质，所述介质包括：非氧化性气体、水单独构成和相组合构成的介质；

（e）从所述生产井的所述垂直段提供喷射井作为侧道重入口，所述喷射井延伸入所述碳氢化合物地岩层中；

（f）通过所述喷射井向所述碳氢化合物地岩层的一部分提供氧化性气体；

（g）靠近所述垂直段点燃所述碳氢化合物地岩层中的所述碳氢化合物，以使所述碳氢化合物地岩层中的所述碳氢化合物的一部分燃烧，从而形成燃烧前端，所述燃烧前端在至少沿所述水平支路并朝向所述水平支路的所述脚趾部的方向上远离所述垂直段向外推进；以及

（h）通过所述生产管道从所述生产井中移出已流入所述水平支路中的碳氢化合物。

19.如权利要求18所述的方法，其中，所述非氧化性气体为蒸汽和/或二氧化碳。

20.如权利要求18所述的方法，其中，将蒸汽或水连续地或周期性地喷射至所述生产井内，以在所述生产井的所述水平支路内保持基本正压，从而帮助防止所述氧化性气体从所述地岩层侵入所述生产井的所述水平支路内。