CN102667058A - 用于重油储层的多步溶剂开采工艺 - Google Patents

Abstract

公开了用于重油储层的使用溶剂的多步原位开采工艺，具有多个步骤，包括：从接触重油的区域去除溶剂阻滞物以造成空隙并增加溶剂可接触的未开采重油的界面区域，并且以蒸汽形式将溶剂注入空隙以增加储层压力直到足够的溶剂以液体形式存在以填充所述空隙并且接触所述重油的增加的界面面积。然后关闭所述储层一段时间以允许所述溶剂在熟化步骤中从被溶剂填充的缝隙穿过所述界面区域扩散至未开采的油中，以形成粘度降低的、溶剂和油的混合物并且测量一个或多个储层特征以确定在储层中未开采的油已出现的溶剂稀释的程度。然后，一旦所述混合物具有足够低的粘度以允许所述混合物通过所述储层排出至生产井，开始从所述储层进行基于重力泄油的生产。

Description

用于重油储层的多步溶剂开采工艺

技术领域

本发明涉及碳氢化合物开采领域，并且更具体地涉及从地底地层开采重油。具体地，本发明涉及在例如初步开采不再有效后所使用的多步重油开采技术。最具体地，本发明涉及用于重油的基于溶剂的多步增强开采工艺。

背景技术

“重油”是一个宽泛定义的术语，但是重油通常被理解为包含可能含有一些沥青的有所降解的粘性油。重油在储层条件下通常具有低流动性，因此难以生产并且具有非常低的采收率。重油通常比轻油或常规油更加粘，但是不像沥青(其例如可存在于油砂中)那样粘。重油通常被理解为包括具有约10和22之间的API重力范围和约100和10000厘泊之间的粘度。为了本说明书的目的，术语“重油”将表示落在前述定义内的油。

原位重油大量存在，但是难以采收。美国地质调查局(USGS)的一个近期(2003)资源估计使用了19％的预计采收率，估计出仅在北美洲，理论可采收重油为353亿桶。该USGS估计暗示，总的北美洲现存重油资源为约2000亿桶并且超过80％的该现存重油即使使用目前具有的最好开采工艺技术也不可采收。该USGS报告还暗示全世界的重油资源为3.3万亿桶并且该资源的87％使用当前技术是不可采收的或“受困的”。因此，对于更好的开采技术而言商业机遇是可观的。更具体地说，在将重油的采收率从目前的13％水平提高至仅25％的开采技术进步将贡献全世界额外的4000亿桶可采收油。

加拿大含沥青的油砂由于它们巨大的碳氢化合物储存而获得很多关注。然而，这仅仅引起全世界平均采收率的小小变化，从现存油量的13％变为18％，以提供考虑从加拿大油砂中可采收的等量的油。考虑到石油峰值和关于新储层发现的有限范围，采收受困重油的能力正变得越来越重要。此外，也迫切需要能够使用节能的开采技术采收额外的油。长期以来认为溶剂具有使受困重油流动并进行采收的理论潜力。溶剂潜在地不要求采用高温，因而不会有高能耗和温室气体排放的倾向(其烦扰例如蒸汽驱动的沥青开采工艺)。

基于可获得的最佳计算机仿真模型，所属领域的技术人员目前理解，溶剂扩散迅速并且原位深入到重油中。这从公布的来自计算机仿真的结果(Tadahiro等人，2005年五月，JCPT，第41页，图18)中明显看出，该结果显示丙烷溶剂渗透超过蒸汽室边缘8米(25英尺)进入5200cp的重油。类似地，Das(2005SPE文章97924，图12)评述，预期在阿萨巴斯卡储层中丙烷溶剂将渗透超过该蒸汽室边缘5米是现实的。

然而，本发明人的实验室研究(Nenniger CIPC paper 2008-139，图1和2)已显示，用于重油和油砂的溶剂开采机制比计算机仿真所预测的困难得多。特别是，溶剂并不是简单地深入扩散到含油区中，而是观察到所述溶剂与未稀释的油在可被称作“浓度激波前沿”处形成界限分明的界面。因为溶剂具有扩散或渗透到高粘度油(如重油或沥青)中的非常困难的时候，所以出现所述浓度激波前沿。在填砂管实验中，发明人在原始沥青的孔隙长度内观察到沥青质沉积，这意味着浓度梯度在非常小的长度尺度内非常陡。

所观察到的溶剂进入重油的溶解过程的物理长度尺度为单独孔隙的物理长度尺度，其在5达西沙内为约100微米长。假设两种易混合的碳氢化合物流体(例如油和溶剂)会如Tadahiro和Das的仿真中所示那样迅速且相当容易地混合，这似乎是合理的。因此，对浓度激波的实验观察令人惊讶且意想不到。更具体地，对浓度激波前沿的观察表明，关于重油和沥青通过溶剂扩散而快速稀释的传统观点是不正确的。

在现有技术中已作出开发基于溶剂的开采工艺的许多尝试。例如，美国专利5,720,350教导了一种用于在原始的常规油已被采收之后采收常规油储层中残留的油的方法。该方法使用从地层进行重力泄油，其中，在地层中的液面上方注入具有比气顶中所含气体稍大的密度的易与油混合的溶剂。溶剂注入之后，从该地层的下部分开始产油。该想法看起来是溶剂将剩余的油清扫(sweep)至生产井。然而，常规采收通常往往意味着现场30％至60％或更多的油能够得以采收，因此可能需要非常多且可能有浪费的量的溶剂以采收相当一部分的剩余油。

美国专利5,273,111教导了一种横向和垂直交错的水平井碳氢化合物采收方法，其中，与重力泄油和气驱或清扫(即压力驱动)结合使用一种连续工艺以从垂直和水平井的特定结构生产油。所述井的结构据说经过优化以减少井之间的锥进和溶剂突破，但是气驱或清扫的使用将导致通过储层的更高渗透性部分的优先采收。因此，即使锥进和溶剂突破减少了，其仍然是明显的，意味着驱动工艺将可能忽略许多受困油。

美国专利5,065,821教导了一种用于利用水平井和垂直井对未开发的储层注气的工艺，包括：通过第一垂直井注入气体同时通过水平井进行气体的周期性注入、吸收和生产以最终建立与垂直井的连接，此后，垂直井变为生产井并且水平井变为注入井。该工艺还教导一旦在井之间建立连接，则通过储层进行连续溶剂气体注入(即压力驱动)。在初始步骤期间，在未开发的储层中，使溶剂扩散进入并稀释油非常困难，使得该工艺缓慢并且不现实。

Nexen的加拿大专利申请2494391公开了进一步的基于溶剂的开采技术，其使用了连续溶剂注入或开采，其类型的特点可在于溶剂清扫或驱动，具有水平和垂直井的模式。然而，同样地，使用溶剂驱动工艺来将油排出的任何尝试必将导致快速锥进、短路、忽略和仅仅边缘采收。

虽然有这些和许多其它的在先尝试以完善用于重油的基于溶剂的开采工艺，但是结果仍然不能令人满意。明显需要对于如何以减少忽略受困重油的方式有效使用溶剂以改善重油采收的不同且更好的理解。需要的是这样一种溶剂开采工艺，其领会关于溶剂渗透入原位重油中有多慢和如何直接解决这个问题的这种理解。

发明内容

现在认为，溶剂最初渗透到油中极其慢。另一方面，一旦少量溶剂(可能只有百分之一或百分之二)已扩散进入保持在产油层中的特定孔隙内的油中，被部分稀释的油的后续稀释就非常迅速。这导致了明显的溶剂/被稀释的油对重油的界面，该界面按逐个孔隙的方式缓慢前进穿过储层的产油层。本发明教导了一种方法和工艺，其包含这种缓慢的溶剂前沿传播，因此具有允许大量受困原位重油有效且可预测的流动和采收的目的。

本发明认识到在重油储层的产油层内实现溶剂的均匀分散有多困难，并且提供了一定的工艺步骤以促进溶剂分散和均匀性。在激波前沿存在浅层渗透和陡的浓度梯度意味着溶剂在储层宽基础上稀释入受困油内部的速度受两个关键变量限制，即对于溶剂可用的受困油界面区域的量和溶剂被暴露于受困油的界面区域的时长。溶剂稀释进入重油的程度决定了溶剂-油混合物的粘度的变化，后者又反过来与储层中重油混合物的流动性和通过重力泄油从生产井采收该重油混合物的能力直接相关。

根据本发明，使得使用溶剂稀释重油的机会最大化的工艺将使受困重油的采收机会最大化。

本发明因此由具有多步的程序组成，包括：通过从由于初步开采工艺而在储层中产生的空隙中去除溶剂阻滞物，增加界面区域。清空空隙允许更多溶剂被置于储层中，允许更多的溶剂接触更多的受困油，因此使得能够以更高的速度进行开采工艺，该速度比在未开采储层中的、甚至在具有填充有阻滞溶剂的储层流体和气体的空隙的被部分开采的储层中可能具有的速度高得多。此外，本发明包括：在熟化步骤(ripening step)中为溶剂和油提供足够的暴露时间，以允许溶剂缓慢但充分地渗透入被油填充的孔隙中并且在整个储层中在微观水平上达到合理程度的均匀性或溶解。根据本发明的一方面，原位熟化的程度是可测量的，以允许测定何时开始开采工艺的下一步骤，该下一步骤为从储层通过重力泄油进行实际产油。

因此，根据本发明，一方面提供了一种用于重油储层的多步原位开采工艺，该工艺使用溶剂并包括步骤：

a.从与所述重油接触的区域去除液体和气体以增加所述溶剂可接触的未开采的重油的界面区域；

b.以蒸汽形式将所述溶剂注入至所述区域以增加储层压力，直到足够的溶剂以液体形式存在以接触所述重油的所述增加的界面区域；

c.关闭所述储层一段足够的时间以允许所述溶剂在熟化步骤中穿过所述界面区域扩散入所述未开采的油中以产生粘度降低的溶剂和油的混合物；

d.测量一个或更多个储层特征以确定在储层中未开采的油发生的溶剂稀释的程度，和

e.一旦所述混合物具有足够低的粘度以允许所述混合物通过所述储层排出至生产井，开始从所述储层进行基于重力泄油的生产。

附图说明

现在通过参考以下附图，仅以举例方式参考本发明的优选实施方案，其中

图1示出具有垂直注入井和位置靠近产油层底部的水平井的目标重油储层的示意图。

图2是典型重油储层的、渗透率(以毫达西为单位)相对于总渗透率的图；

图3是根据本发明关于样本储层的储层压力相对于时间的图；

图4示出溶剂稀释的重油的溶剂与油的不同比值的粘度相对于温度的图；

图5示出根据本发明特定溶剂乙烷的蒸汽压力随溶解在重油中的乙烷的体积分数变化的图；

图6示出根据本发明通过重油的稀释，溶剂穿过重油储层前进指定距离所花的以天为单位的时间；

图7示出根据本发明的具有10m产层的800m长水平井的计算出的产油速度，其为平均1达西渗透率的储层的油中溶剂的稀释程度的函数；

图8示出根据本发明的具有10m产层的800m长水平井的计算出的产油速度，其为平均7达西渗透率的储层的油中溶剂的稀释程度的函数；

图9示出根据本发明假设溶剂在排放过程中被最终回收时，关于图7所示7达西重油储层的所采收的每立方米油的计算出的溶剂成本，其为油中溶剂(在本情况下为乙烷或C2)的体积分数的函数。

图10示出根据本发明在与油一起产出的溶剂未被随后再注入回储层中的情况下储层压力相对于时间的图；和

图11示出当被应用至具有活跃含水区或其他类型压力保持的储层时计算出的注入体积和产出体积，其为本发明的开采工艺的时间的函数。

具体实施方式

本发明最适用于已经经过初期开采并也显示出良好封闭性的重油储层。根据本发明，所述初期开采已导致储层中的经采油区域，该经采油区域具有填充了气体或水的空隙。优选的储层已经过初期开采，该初期开采已采收所具有的原始油的约5％和25％之间，最优选的量为8％和15％之间。最优选地，适当的目标储层会具有显著的产层厚度而没有大量水平障碍，使得在原位重油的粘度显著降低时，可进行重力泄油。尽管初期开采过的储层是优选的，但是本发明也适于具有天然产生的可排出空隙的类型的未开发储层，其中所述空隙具有的体积在所具有的原始油的约5％和25％之间。这样的储层的一个例子为这样的储层：具有20-40％含水饱和度和60-80％含油饱和度，但是是多孔地层中被良好封闭的储层。

图1示出具有垂直井20和水平生产井22的目标油储层的原理图。所述水平井22通常位于靠近产油层22的底部，并且是生产井，通过该生产井，可去除利用重力泄油而通过储层排出的流体。典型的产油层24具有被示为28、30、32、34、36、38和40的不同渗透率的层。最优选地，所述产油层24由不可渗透的覆盖土层25和不可渗透的被埋层26封闭，但是油藏工程领域的技术人员应当领会，本发明也涵盖：用于封闭的人为手段也可使用。优选地，产油层24已使用常规初期开采技术例如CHOPS(重油出砂冷采)生产至最大可能程度，其在可被称为已采油区的区域内留下大量的空隙体积。尽管产油层28至40可能是相当均匀的，但是存在一些由于例如原始沉积过程而引起的典型渗透率变化。随着储层中的位置，通常也存在油质量和粘度的一些天然变化。

由于从储层进行初期的油采收，所以在产油层24中最高的渗透率区域(在本情况下为层30和层38)将被优先耗尽重油，同时稍低可渗透性的区域28、32、34、36和40将被大部分忽略，因此具有更高比例的“受困油”。如果储层初期被耗尽而没有压力保持，则被耗尽的区域将可能也具有一定气体饱和度，因为当油被去除时天然产生的原位溶解的气体脱离溶液并且填充孔隙。大量水或卤水也可能存在于采油区的被开采的油的区域的孔隙中，特别是已采用注水的地方。如箭头44所示，溶剂正被注入垂直井20中，并且混合的溶剂和油的混合物46正被去除，例如通过泵48去除。

图2用曲线49示出，具有一定“平均”渗透率的油储层将典型地包含种类众多的不同孔隙尺寸，因此将可能具有宽分布的渗透率，在一个孔隙与下一个孔隙之间、以及在一层与下一层之间，该渗透率变化很大。这意味着，任何基于气体或液体驱动的开采工艺(其中气体或液体压力被用于试图将油推出地层)易受清扫流体(例如溶剂)的倾向性移动影响，所述清扫流体例如溶剂的倾向性移动首先通过最大和最高渗透率孔隙，从而忽略大量的被包含在更小和更低渗透率的孔隙中的油。该被忽略的油(其在储层条件下不以商业采收率流动)为受困油。该忽略对溶剂型工艺特别成问题，因为溶剂将具有沿着最易渗透的路线使油溶解的趋势并且更糟的是造成短路或锥进问题。存在很多物理测量和评估产油层的天然渗透率的不均匀性的方法，包括测井仪和孔隙度测量。总之，图2示出很大一部分的油将被将困在产油层中的更低渗透率的孔隙内。

图3随着储层压力随时间的一系列变化而示出根据本发明优选实施方案的开采工艺的步骤序列。图3示出步骤：空隙产生50、溶剂填装52、熟化54、产油56以及同时溶剂循环回到地层内和溶剂排放58。这些优选步骤的每一个都在下文被更加详细地讨论。图3阐述了被应用至储层的本发明工艺的原理图，其中溶剂为乙烷并且初始储层温度为20C并且随着储层孔隙度和受困重油的粘度的假定值升至24C(见图4)。

第一步骤，即空隙产生50作为预处理或条件性步骤出现。可流动液体和气体(它们为便于理解被称作溶剂阻滞物)被从所述储层泵送或生产。最优选地，这些溶剂阻滞物可通过初期开采步骤遗留的现有的井而被取出，但是在某些情况下，可优选向着地层的底部设置水平井并且将其用于所述溶剂阻滞物的去除。相信最有影响的溶剂阻滞物为水、卤水和甲烷，它们都可能在初期开采工艺不再有效后存在。在产油层24中额外空隙的产生可通过将相对低压的溶剂蒸汽引入储层以去除尽可能多的溶液气体和甲烷而得到进一步促进。优选的溶剂为乙烷，但是丙烷也可能适于一定的储层条件。溶剂的选择基于特定的因素，包括在储层的压力(其常常是储层深度的函数)下溶剂的有效性和当时溶剂在公开市场的成本。优选将乙烷用于位于1000英尺以下的储层，并且丙烷在比1000英尺更浅的储层中。本发明中空隙的产生包含一系列的有组织模式的置换步骤以使水和甲烷气体从地层的产油层24的采收最大化。如此，本发明将利用可能从初期开采遗留的任何现有井结构。

溶剂纯度也是本发明的一个重要方面。在任何具有混合溶剂的环境中，更易于溶解的种类将优选与油相溶，较不易溶解的种类留在油界面。因此经过一段时间，更不易溶的种类在油界面处集中，并且阻塞了更易于溶解的溶剂种类进入油的通道，阻挠油的稀释工艺。因此，本发明的一方面为用高浓度的合理纯度的溶剂例如乙烷或丙烷替换相对不溶的种类，例如甲烷，它们可能天然存在于地层中，以防止更不易溶解的种类减慢或阻止稀释。同样地，水在油和溶剂之间将作为对溶剂的障碍，因此根据本发明也优选将其从空隙体积尽可能地去除。总之，溶剂阻滞物可以是储层条件下的气体或液体，将其去除是有利的。

本发明提出，取决于储层条件，空隙产生步骤可在具有或不具有压力保持时进行。在某些情况下，有必要使用压力保持以在空隙产生和随后的溶剂填装步骤期间使从活跃含水区的流入最小化。在另一些情况下，储层被充分隔离并且足够稳定，不需要任何这样的压力保持。然而本发明涵盖这两种类型的空隙产生，这取决于哪一个最适合具体的储层条件。

本发明中的下一步52是溶剂填装。它包括持续将蒸汽形式的溶剂引入储层以小心升高地层中的压力直到它高于溶剂蒸汽的泡点压力。通过引入蒸汽形式的溶剂，本发明试图延伸该溶剂进入最远空隙的到达范围，然后通过将压力增大到高于泡点，以使用液体溶剂填充在第一步骤中产生的所有空隙体积。优选以蒸汽形式注入大部分的溶剂以允许溶剂容易渗透遍及产油层24的空隙而不对进一步的溶剂渗透形成液体或其它障碍。本发明指出，在注入的最后阶段，注入压力将足够高，以至于大多数溶剂处于稠密的类液体相中。这就需要提供足够体积的溶剂以充分稀释从而使受困油充分流动。对于该过填装步骤，不得不仔细监测注入压力以防止可能的储层封闭损失以及溶剂间接损失的风险。

取决于储层，根据本发明存在用于溶剂注入或填装的数种策略。最优选地，溶剂填装将以允许溶剂渗透所述工艺的第一步骤中产生的空隙的方式进行。在某些情况下，这最好借助于与储层中的高渗透率区域相通的已有垂直井来实现。可能还优选在垂直井中使用封隔器等等以确保溶剂被置于储层中的合适的空隙区域内。同样地，如果借助于水平井从储水坑显著去除阻滞流体，那么溶剂也可通过该水平井被注入。根据本发明，需要的是尽可能靠近在本发明的第一步骤期间产生的空隙放置溶剂，以尽力将这些空隙填充至尽可能满的程度。如何确切地做到这些将随着具体的储层地质情况和特征而变化，但是可同时通过一个或更多个垂直井和水平井。

根据本发明采收的下一步是延时或熟化步骤54，在其中，提供充足的时间供溶剂缓慢扩散进入更小更不易进入的孔隙中的油中，以稀释包含在其中的油并且降低其粘度，使得被完全稀释或均匀化的组合物在地层内将可流动。该均匀化工艺对于允许油渗入溶剂填充的孔隙内也是重要的，甚至溶剂正渗入油填充的孔隙中时。根据本发明，溶剂在油中的该均匀化在产出阶段期间将有助于阻止溶剂忽略油。在充分封闭的储层中，熟化步骤将由储层压力表征，所述储层压力在相对纯净的溶剂被用油稀释并且其蒸汽压降低时随着时间衰减。储层压力的这种下降符合亨利定律。纯溶剂穴将趋向于保持高孔隙压力，代表纯溶剂的蒸汽压。根据本发明，压力下降曲线的形状和对压力是否已达到预期渐近线的评估提供了对在油中穿过储层的溶剂的均匀性程度的有用诊断法。特别是，从初始填装的溶剂压力开始的压力衰减不足是溶剂渗透不足的象征。

本发明针对不同储层指出不同的熟化时间。变量之一为扩散距离，在某些情况下，当储层渗透率和不均匀性为已知时，可估计该扩散距离。本发明进一步提出能够根据储层的不均匀性和关于油的物理数据来预测用于熟化步骤的最佳时长。例如，油稀释速度会变化，并且具有高初始空隙分数的轻油可在短时间例如一天内达到均匀性，而具有低空隙(和溶剂)分布的高粘度沥青可能要求时间长，可能甚至数十年。

现在可以理解为什么根据本发明期望实现溶剂在油中合理程度的均匀渗透或吸收。当两种流体存在于储层中且其中一种比另一种具有低得多的粘度时，更易流动的种类将被优先产出。通过达到合理程度的不均匀性，就变成实质上仅有一种流体存在，即利用溶剂稀释的油，增加了油将完全可流动的机会，这可大大减少溶剂忽略和锥进。根据储层的详情，由于天然的异常现象等等，每个储层将可能具有唯一的最大的总采收。然而，本发明提出，考虑到各条件例如空隙体积，允许熟化步骤进展至最大可能程度，以实现从产油层产出尽可能多的现存油。本发明还指出，尽管生产可从产油层的一个区域开始时，但是油的缓慢溶剂稀释可仍发生在另一个区域，因此，假使在一个部分的生产不影响在另一部分正在进行的溶剂稀释，没必要在所有情况下都等待直到在整个储层中稀释已被最大化才开始采收步骤。

然而，如果熟化步骤结束得太迅速，那么人们将会预见到流体产出是大多数仅含有小部分油的溶剂。这种结果是许多现有技术储层驱动工艺的典型结果，其中，低粘度的驱动流体(即，溶剂或蒸汽或水或气体)忽略了大部分目标油。因此，在产出流体中高浓度的溶剂可对评估熟化时间是否足够提供有用的诊断标准，至少在近生产井地带。

本发明的下一步是生产步骤56。假设，例如注入了足够的溶剂体积以达到溶剂在油中的一定的体积分数，那么会仔细监测产出流体以确定溶剂分数是否超过了该目标分数。如果在产出的溶剂/油混合物中该液体溶剂的体积分数大于预期，那么溶剂没有成功稀释其应当可触及的所有受困油并且可能忽略了大量的油。如果液体溶剂产出速度相对于油的速度太高，那么产油速度可被限制或储层可被再次关闭以给予熟化步骤54更多的时间以向更完全的稀释发展。

如上文指出，产油步骤还将一起产出溶解在油中的溶剂。根据本发明，该溶剂可被循环再利用回到地层内或该溶剂可被销售或运送至随后的回收工程或甚至作为燃料气被点燃(flared)或燃烧。

在生产期间，如果需要，也可根据本发明通过溶剂循环再利用或额外的溶剂注入而增大压力，以保持在油中溶剂浓度足够高以至于可将油的粘度降至特定的目标值。这提出了一种可能性：当储层的油被耗尽时，随着时间增加溶剂对油的比值，这可能有助于保持高的产油率，而不存在过度锥进。然而，额外的溶剂注入也增加了溶剂脱沥青和可能有地层伤害的风险。当在油中有充足的溶剂并且穿过界面区域的溶剂阻滞不再引起关注时，可能期望注入非溶剂流体例如甲烷、氮气等等用于压力保持直至生产步骤结束。

开采程序中的最后步骤为溶剂排放和回收58。如果具有压力限制例如活跃含水层，则可能期望使用其它的气体像甲烷、二氧化碳或氮气清扫出溶剂。

图4示出典型重油的粘度图，其为溶剂稀释和温度的函数。本图允许通过将特定量的溶剂施加至待估计的特定重油而实现粘度降低。该图也显示，纯溶剂的粘度可能比原生油的粘度低100000倍，因此给予溶剂足够的时间以对油进行稀释的熟化步骤54对于防止溶剂忽略油非常重要。根据本发明，可针对其它油-溶剂组合而构建类似的图。箭头60和62的起点代表纯的未加热的溶剂和重油储层流体的粘度，并且所述箭头显示均匀的油-溶剂混合物将具有刚刚超过一百厘泊的粘度。该图示出由于冷凝潜热引起的关于该实例的小的温度上升。然而，在本特定情况下明显看出，该温度上升没有提供有意义的粘度降低。图4的图还允许预测在不同溶剂体积分数时均匀的溶剂-油混合物的待评估的粘度。例如增加溶剂体积至20％将允许混合物粘度下降另一因素10到达约13cP的值。

图5示出优选溶剂种类乙烷的预测的蒸汽压的曲线64，其为溶解在重油中的乙烷的体积分数的函数。纯乙烷在24C的饱和压力是约4100kPa(绝对值)，因此这是注入压力的水平，它是用液体当量乙烷填充空隙体积所需的最小值。取决于在空隙产生的第一步骤结束时残留在空隙中的甲烷的剩余量，总压力将稍微更高。然而，在油中具有10％体积分数的乙烷时，乙烷的蒸汽压仅为约1600kPa(绝对值)。这意味着，如果熟化步骤取得了油和溶剂的均匀混合物，则乙烷的分压将从4100kPa(绝对值)降低至约1600kPa(绝对值)。因此根据本发明，储层压力将渐近至低于注入压力的约2500kPa的值。所属领域技术人员应当理解，这里假定储层被封闭并且没有通过含水区或气顶进行的压力保持。

有趣的是，如果某人假定溶剂如基于电脑的Das和Okazawa模型中所示那样深入渗透，他们仅能将压力下降解释为溶剂损失在漏失层，因而会限制进一步的溶剂注入，会尽可能快地开始回收溶剂。这似乎是专利2494391的教导，该专利使用非常高的压力梯度以注入溶剂并从地层尽可能快地去除溶剂。

图6示出熟化步骤54所需的大约时间，该时间是溶剂前沿必须行进到目标储层的产油层24中的距离的函数，所述目标储层具有从沥青到常规油的原位碳氢化合物，其中示出曲线70为沥青，曲线72为重油，其曲线74为常规油。本图6也示出初始空隙产生步骤50的好处，步骤50增加了在步骤52中可被安全注入至目标储层内的溶剂的量，使得溶剂必须扩散的距离减少并且熟化步骤54需要的时间长度也减少。人们可能想到例如将溶剂的量从10％至20％进行加倍可能在目标采油区域中更有效地分散溶剂并将熟化时间减少一半。

假设具有产油层24的常规油储层含有10cP油并具有100毫达西渗透率。假设重油储层具有1达西渗透率和10000cP的油粘度，并且假定沥青实例为5达西渗透率和6百万cP沥青。熟化步骤54的持续时间由浓度激波前沿将传播通过储层的速度设定。所述传播速度从本发明人的在先专利申请2591354中提出的相关性导出。

图6还示出被标为停滞逆流扩散的另一个曲线75，它是估计储层内的溶剂扩散速度的第二种方法。曲线75假定溶剂渗透或传播距离与本估计模型的熟化时间的平方根成比例。该逆流模型对于特定重油在短距离具有稍微更快的渗透速度且在更长距离具有慢得多的渗透速度。虽然溶剂渗透速度模型的特定选择要求现场校准，但是来自所述两个模型的一个结论为，对于相对短的传播距离，溶剂渗透时间可以非常长(数年至数十年)。因此，现在可以理解本发明在通过去除溶剂阻滞物而获得溶剂的广泛分散的益处和使溶剂必须行进以接触受困重油的距离最小化的益处。

图7示出关于在原始储层条件下为10000cP的重油具有10m产层的800m长水平井的预期重力泄油产油率的曲线76。该曲线显示，对于平均1达西的渗透率，预期产油速度仅为约10m³/天(立方米每天)。图7示出溶剂在油中达到足够浓度的重要性；将油中的溶剂浓度从10％变为20％(按体积计)而进行加倍，产油速度增加了15倍。此外，低于10％的溶剂体积分数似乎完全无效。

图8示出与图7相同的井和油、但是具有7达西平均储层渗透率的预期重力泄油产油速度的曲线78。图8显示，对于具有7达西平均储层渗透率的10％体积溶剂填装，预期采油速度为高达100m³/天。该图显示，具有更高渗透率的产油层对于本发明是极其优选的，因为它们降低了达到给定的产出速度所需的溶剂量。优选地，大部分溶剂被回收并循环再利用，在这种情况下，溶剂成本可大大回收。

图9以曲线80示出了计算出的图8所示7达西重油储层的溶剂成本，其假设溶剂最后从产出的溶剂/油混合物或在最后的排放过程中被回收。图9显示，当在产出的溶剂油/混合物中溶剂的体积分数增加时，每m³油产品的溶剂成本降低。这是一个令人吃惊的结果并且显示，更大的溶剂库存成本无法通过减少的(更快)产出受困油所用采收时间(基于货币的时间价值)来完全抵消。因此表明，旨在节约所用溶剂的量的工艺与许多现有技术类似并非成本经济以使价值最大化。图9进一步强化了根据本发明的初始空隙产生步骤的有益效果，其允许极接近受困油而递送的溶剂的体积最大化。

图10示出在与油一起产出的溶剂随后未被再次注入储层底层中的情况下，储层压力相对于时间的曲线82。如该曲线的斜率所示，在生产阶段期间，储层压力随着时间稍微下降。应当理解，该下降不是由于溶剂进一步稀释至油中，而在于因为如本发明所教导的那样从封闭良好的储层中的产油层去除产生的流体体积。

图11以曲线84示出当本发明被用于具有活跃含水层或其它类型压力保持的储层时本发明的累积溶剂注入和产出体积，其为时间的函数。该类型的储层较不令人满意，因为溶剂稀释到油中的量和合适的熟化时间无法通过远程传感储层压力而进行评估，原因在于储层压力被有效地限于常数值。可以理解，本开采工艺发明仍能够被有效地应用于该类型的储层，但是合适熟化时间的评估将更加不确定，可能更多依靠产出流体的溶剂对油的比值的评价，并且将得益于储层不均匀性的详细评估。

现在可更清楚地理解本发明的优势。虽然被引入至储层中的溶剂的体积通过本发明的预处理步骤而被最大化，但是在产出流体中的溶剂浓度非常小，因为初期和二次采收经常在现存原始油的10％至20％范围内。因此，与油一起产出的溶剂的量和价值与其它现有技术工艺例如2,299,790相比得到极大降低。本发明指出，在某些情况下完全忽略溶剂回收以使现场装置投资成本最小化，可能是性价比高。本发明的另一个优势在于，由于溶剂对油的比值相对低，预期很少或没有沥青质沉积。另一方面，预期很少或没有原油的改质。同样，本发明不是连续化工艺，因为几乎从初始开始需要满溶剂填装——在熟化步骤期间，将不会招致大量的装置运行费用。

此外，有可能使用各种溶剂。图6显示，一个月的熟化时间可能允许优选的溶剂在常规油储层中传播5米。然而，未加热的溶剂预期将需要6年或更多年以在油砂的非常粘的沥青中扩散5米。其它的商业优势包括：如果特定的耗尽重油的储层被认为运转不经济，有可能以低成本获取具有井和生产设备的土地。

除了其它之外，另外的新颖的方面包括以下：

用于产生空隙体积并去除不希望有的污染物例如水和甲烷的清理/净化步骤；

使用溶剂探测器以监测净化步骤中的溶剂突破；

用于达到泡点条件的增压步骤，因此空隙能用最高可能的溶剂载荷来填装。

具有储层压力衰减的追踪以监测混合过程的熟化步骤；和

监测溶剂/油比值以检测和减轻溶剂锥进和忽略。

本发明中使用重力泄油的有益效果是，它能够实现现存原始油的60％或更高百分比采收。如果初期只采收现存原始油的10％，那么后续的溶剂辅助重力泄油可允许累加产油是初期和二次生产周期中所达到的产油的5倍或更多倍。

实施例：考虑天然储层粘度为10000cP且储层渗透率为7达西、产层厚度为10m的劳埃德明斯特重油。初期CHOPS和随后注水后的采收是27万桶，其为现存初始油的15％。在本发明的第一步骤中，当含有水卤水和甲烷的溶剂阻滞物被去除时，储层压力被降至500kPAa。然后注入溶剂蒸汽以助于从储层中替换可流动的水和甲烷，并且允许溶剂蒸汽通过可进入的储层空隙而分散开。

该排出步骤产生的空隙体积为15％空隙空间，它随后可用溶剂填充。足够的乙烷溶剂被注入以用液体当量溶剂(即27万桶液体当量桶的乙烷)填充该15％空隙体积。假设在初期开采过程中产生的空隙主要产生在产油层的底部，那么溶剂必须扩散约10米以在储层的整个高度上均匀化。需要的熟化时间被估计为约一年。溶剂注入后，测量储层压力直到检测到从4600kPa下降至3000kPa。

然后储层开始通过水平井生产并且初始油速度估计为250m³/天(1500日产桶数)或更多。仔细监测产物流体以确保溶剂没有短路。假设存在受困重油的均匀溶剂稀释，则计算出在接下来的3年中可生产额外的大约820000桶重油。接近生产周期的最后，产油速度将下降并且排放周期开始尽可能地回收能够获得的剩余溶剂。在生产周期的最后，计算出被注入的每桶溶剂使得能够采收额外的3桶油。在目前的价格，乙烷溶剂成本为$13/桶并且油能以每桶$60出售。因此，不带溶剂回收的溶剂成本为约每桶油$4或油价值的-6％。

所属领域的技术人员将领会，虽然本发明已描述了关于某些优选的实施方案的上文，但是各种改变和变化都被包含在所附的权利要求的广泛的范围内。它们中的一些已在上文中进行讨论，然而其它的对于所属领域的技术人员来说是明显的。例如，尽管溶剂可最初通过垂直井注入，但是它也可以在溶剂填装步骤过程中通过水平井或甚至同时通过两者被注入。本发明旨在仅被所附权利要求书的范围限定。

Claims (19)

1.一种用于重油储层的多步原位开采工艺，该工艺使用溶剂并且包括步骤：

a.从与所述重油接触的区域去除液体和气体以增加所述溶剂可接触的未开采的重油的界面区域；

b.以蒸汽形式将所述溶剂注入至所述区域以增加储层压力，直到足够的溶剂以液体形式存在以接触所述重油的所述增加的界面区域；

c.关闭所述储层一段足够的时间以允许所述溶剂在熟化步骤中穿过所述界面区域扩散入所述未开采的油中以产生粘度降低的溶剂和油的混合物；

d.测量一个或更多个储层特征以确定在储层中未开采的油发生的溶剂稀释的程度，和

e.一旦所述混合物具有足够低的粘度以允许所述混合物通过所述储层排出至生产井，开始从所述储层进行基于重力泄油的生产。

2.如权利要求1中所述的基于溶剂的原位开采工艺，其中，所述溶剂注入步骤从所述经采油区域移走阻滞溶剂的液体和气体。

3.如权利要求1中所述的基于溶剂的原位开采工艺，其中，所述关闭步骤包括压力监测步骤以监测所述溶剂溶解入所述油中的程度。

4.如权利要求1中所述的基于溶剂的原位开采工艺，其中，所述开始基于重力的生产步骤包括从水平生产井生产所述溶剂/油混合物。

5.如权利要求1中所述的基于溶剂的原位开采工艺，其中，所述溶剂是丙烷或乙烷。

6.如权利要求1中所述的基于溶剂的原位开采工艺，其中，所述溶剂充分纯净，以防止溶剂阻滞物减慢该溶剂稀释到所述油中。

7.如权利要求1中所述的基于溶剂的原位开采工艺，进一步包括从所产生的混合物回收所述溶剂的步骤。

8.如权利要求1中所述的基于溶剂的原位开采工艺，其中，在开采工艺过程中对储层进行压力保持。

9.如权利要求1中所述的基于溶剂的原位开采工艺，其中，在开采工艺过程中没有对储层的压力保持。

10.如权利要求1中所述的基于溶剂的原位开采工艺，进一步包括测量所产生混合物的溶剂含量并且基于所测量的溶剂含量控制生产速度的步骤。

11.如权利要求1中所述的基于溶剂的原位开采工艺，进一步包括：在原位重油的溶剂稀释达到足够程度后将压力保持气体注入至储层内的步骤。

12.如权利要求1中所述的基于溶剂的原位开采工艺，其中，去除可流动流体的步骤包括去除所述储层中已存在的液体和气体。

13.如权利要求12中所述的基于溶剂的原位开采工艺，其中，所述可流动流体通过位于储层中的现有的井被去除。

14.如权利要求12中所述的基于溶剂的原位开采工艺，其中，所述可流动流体通过泵送被去除。

15.如权利要求1中所述的基于溶剂的原位开采工艺，其中，所述开采工艺包括排放空储层以收回任何剩余溶剂的最后步骤。

16.如权利要求1中所述的基于溶剂的原位开采工艺，其中，所述以蒸汽形式注入溶剂的步骤利用溶剂逐渐增压所述储层以达到所述储层的高液体溶剂载荷。

17.如权利要求1中所述的基于溶剂的原位开采工艺，其中，重复所述循环以从所述储层开采额外的油。

18.如权利要求1中所述的基于溶剂的原位开采工艺，进一步包括：计算预期的溶剂渗透速度，将所述溶剂渗透速度与测量的压力下降比较，并且当计算出溶剂已在所述储层内进入预定的量时开始生产的步骤。

19.一种用于重油储层的多步原位开采工艺，所述工艺使用溶剂并且包括步骤：

a.通过从储层去除溶剂阻滞物以产生空隙，从而净化该储层；

b.以蒸汽形式将所述溶剂注入至所述空隙中以提高储层压力，直到足够的溶剂以液体形式存在以填充所述空隙；

c.关闭所述储层一段时间以允许所述溶剂在熟化步骤中扩散进入邻近所述空隙的未开采的油中，以产生粘度降低的溶剂和油的混合物；

d.在所述熟化步骤过程中测量一个或多个储层特征以估计所述储层中未开采的油已出现的溶剂稀释程度，和

e.一旦所述混合物具有足够低的粘度以允许所述混合物通过所述储层排出至生产井，开始从所述储层进行基于重力泄油的生产。

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