CN103154430A - 使用井液注入处理地下位点期间的流体流控制 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了控制从单个注入井到多个生产井的所注入的微生物、营养物质或其他化学处理流体的分配的方法。改善了波及效率，从而预防来自具有短穿透时间的生产井的流体的过早产生。这是用于处理地下目标位点以实施微生物增强的采油和生物整治的实用技术。
Description
本申请要求于2010年9月29日提交的美国临时专利申请61/387494的权益。
技术领域
本公开涉及增强的采油或生物整治领域。更具体地，其涉及控制处理流体流和/或微生物流进入地下岩层以增强采油或生物整治。
背景技术
仅利用油井位点中存在的自然力的采油中使用的主要技术仅能够采收油层中存在的一小部分原油。油井位点是其中油井已经钻入含油地下岩层并意在从该岩层中产油的位置。油层通常是指在地下岩层中的地下石油矿藏。次要的采油方法如注水法，即通过所述注入井将水注入油层的方法，已用于迫使石油通过地下岩层向产油井移动并因此改善原油采油率(Hyne，N.J.，2001，“Non-technical guide to petroleum geology，exploration，drilling，and production”，第2版，Pen Well Corp.，Tulsa，OK，USA)。生产井和注入井是通过钻井孔形成的从地表到地下含油层的通道，其尺寸足以允许将流体从地表泵送进入地层(注入井)或从地层泵送到地表(生产井)。用于增强的采油和生物整治的注入井和相关联的生产井的构型可采用多种形式，这是本领域熟知的(“Standard Handbook of Petroleum&Natural Gas Engineering”，第2版，Editors，William C.Lyons，Ph.D.，P.E.，Gary J.Plisga，B.S.，Gulf Publishing，Elsevier，Burlington，MA，USA)。
已知利用表面活性剂、聚合物、碱和微生物处理的增强的采油(EOR)方法用于改善地下目标位点的注水性能。地下目标位点是指经受为EOR、微生物增强的采油(MEOR)进行的处理或生物整治的任何地下位点。当水流过油层时，它使该地层内的油流到一个或多个生产井处，通过所述生产井进行采油。注水操作常遇到的一个问题是地下岩层异质性，它能够导致水的波及效率降低。波及效率与含油地下岩层的级分相关，水通过该岩层以将油驱入生产井中。多个因素如高渗透夹层、井与地层的几何形状和粘性指进能够降低波及效率。在这些情况下，水优先从通道通过油层的水注层，因为它从注入井进入生产井，因此绕过未被水注的地下含油层。在水注区，注入水已经优先流过这些地层并且已经将该地层(而非已经可见极少水或无水的邻近地层)中的大部分油移出。
已利用多种方法解决波及效率低下问题。美国专利4,561,500描述了通过注入微生物来降低地层的渗透性的方法，所述微生物能够产生不溶解的外聚合物，所述外聚合物在较高渗透性的区域积聚。WO2005005773描述了在采油期间通过注入产生表面活性剂的微生物聚生体来提高波及效率的方法。美国专利3,771,598公开了在预定压力下将流动流体注入到注入井中并通过减小生产井处的流出量来提高地层中的压力。美国专利4,184,549公开了低粘度流体的应用，该低粘度流体与残余烃类形成高粘度粗乳液，因此降低地层对于流体的渗透性。
随着对石油的需求日益增长，一直需要用于改善油层中的采油率的方法，因此期望开发新技术以在EOR期间改善波及效率。
发明内容
本发明所公开的方法是在采油或生物整治期间通过控制油井处理流体向所述目标位点的分配来处理地下目标位点的方法，所述方法包括以下步骤：
a)确定在地下位点中，在注入井和一个或多个生产井之间的注入流体的流体流动模式；
b)在地下位点中注入井处理流体；以及
c)控制所述井处理流体在所述生产井之间的分配，
其中改善了采油率。
附图说明
图1描绘了反五点注入井(1)和生产井(2)系统。
具体实施方式
根据本发明所公开的方法，在处理地下目标位点期间，对于EOR或生物整治，控制流体流以确保井处理流体从注入井流到所有周围生产井中并且将其分配到遍及地下岩层，以使得足够体积的井处理流体流到地下岩层全部区域而不绕过一些区域并且不会在短穿透时间内从一个或多个生产井损失过多的流体。在将井处理流体引入注入井的时间和在生产井中可见显著量的该井处理流体的时间之间，能够从生产井中产生的流体体积已知为该对注入井和生产井的“穿透体积”。在恒定的生产流量下，生产穿透体积所需的时间被定义为该对注入井和生产井的“穿透时间”。如本文所用，“短穿透时间”是指比井处理流体影响到地下目标位点中的期望改变并改善波及效率所需的时间更短的穿透时间。例如，它可以是MEOR微生物消耗用作处理流体的营养化学流体中的营养物质所需的时间(例如对于低盐流体为小于一天，对于高盐流体为小于5天)。低盐流体是那些含有小于17份/千份(ppt)的氯化钠(在下文中称为“盐”)的井处理流体，并且高盐流体是含有50-60ppt或更高水平的盐的井处理流体。
在油层(地下目标位点)中注入井和相关联的生产井的合适构型的一个例子如图1所示。单个注入井(1)位于该图案中心并标记为“I”。有用箭头示出的四个流动通道从该单个注入井指向所述生产井(2)：P-1、P-2、P-3和P-4。根据在地下目标位点处的岩层性质，可能存在其他流动通道。
如图1所示的任何一条流动通道可引入明显更多的井处理流体并经通道将其引入特定的生产井，并且因此绕过部分地下目标位点。这种现象能够导致仅地下目标位点的某些部分被处理，以及在所述井处理流体能够影响期望的改变之前一个或多个生产井中损失井处理流体，所述改变是改善波及效率并提高地下目标位点的产油量所必需的。本文所公开的方法能够检测并消除这种不可取的绕过现象。
根据本发明方法，可用于注水法的流体包括水。水可来自任何合适的来源，并且可包括例如：海水、盐水、生产水、采自地下含水层(包括接触所述油的那些含水层)的水、或者来自溪流、河流、池塘或湖泊的地表水。如本领域所知：在注入一个或多个钻井孔之前，从水中除去粒状物质包括尘土、岩石或土壤小块和腐蚀副产物如锈可能是必需的。用于除去此类粒状物质的方法如过滤、沉淀和离心是本领域所熟知的。
根据本发明所公开的方法，在开始使用任何处理流体如化学处理流体(其任选地包括微生物)之前，对在目标地下位点中的注入井和一个或多个生产井之间的流体流动模式以及生产井的穿透体积进行分析。可使用储层建模、示踪剂测试、近似法、或任何本领域熟知的其他方法来预测任何生产井的穿透体积。
在本发明公开的方法中，确定井处理流体的分布能够识别任何特定的流动路径(例如图1所示)，该路径占用明显更多的井处理流体并且通过通道将其引到特定的生产井中，因此绕过地下目标位点的某些部分。化学和放射性同位素示踪剂测试是用于石油工业的常见方法，它用于确定此类绕过现象并适用于本发明。用于这一目的的示踪化学物质包括阴离子如溴、碘和硝酸盐，或者染料诸如荧光素染料的钠盐，其常称为荧光素钠(CAS518-47-8，部件号A833-500，Fisher Scientific，Pittsburgh，PA)。放射性同位素示踪剂如六氰合钴酸盐、硫氰酸盐、氚化水、卤素离子或包含放射性同位素示踪剂如钴60、钴58、钴57、碳14、氚、硫35、氯36或碘125的醇常用于示踪剂测试。
在本发明公开的方法中，当发现地下目标位点的某些部分未分配流体并且确定一些生产井具有短穿透时间(这将导致通过在注入井和一个或多个生产井之间绕过的井处理流体的不可接受的损失)时，对通过这些生产井的流动在处理期间进行控制以使得地下目标位点的井处理流体完全分布，并且具体地分布至尚未被水注的区域。
通过使用多次注入生产井对的确定的穿透时间，可通过部分关闭生产阀或者完全关闭来自具有短穿透时间的生产井的流体流来继续限制(或抑制)处理流体的流动。这将允许所述处理流体透过在注入井和具有较长穿透时间的生产井之间的地下岩层，并且提供遍及全部地下目标位点的处理。如本文所用，术语“限制或抑制所述流动”是指减少来自一个或多个生产井的流动以使井处理流体分配到地下目标位点。
在使用MEOR的例子中，顺序关闭或限制生产井将允许微生物菌剂被分配到地下岩层中，从而允许营养化学流体和菌剂移动到较深的油层中而不会在短穿透时间内损失通过生产井的种菌和/或营养化学流体。如本文所用，术语“种菌和菌剂”是指在井处理流体中引入注入井的微生物。
在本发明方法中，“营养化学流体”是指用于培养并定殖地下目标位点的天然微生物或MEOR应用的外来微生物的流体。如本文所用，“天然微生物”是指多种地下目标位点中天然存在的微生物。“外源微生物”或“外来微生物”是指在地下目标位点外部生长并随后被引入该位点的微生物。这可包括分离自目标或其他地下位点并随后在地下位点外部生长(在引入前)的微生物。
在一个实例中，井处理流体可为化学处理流体并且可包括一种或多种聚合物流体。用于本发明方法的聚合物流体包括但不限于水溶性聚合物如羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、瓜尔胶、羟丙基瓜尔胶、羧甲基羟丙基瓜尔胶、聚丙烯酰胺、多胺、黄原胶、多糖或那些在共有的美国专利7,6677,305中公开的聚乙烯醇衍生物、或者在共有的和共同未决的美国专利申请20090197779中公开的1，3丙二醇的聚合物，上述文献全文以引用方式并入本文。
在另一个实例中，化学处理流体也可包含一种或多种表面活性剂。用于本发明方法的一种或多种表面活性剂包括但不限于：阴离子磺酸盐、非离子物(环氧乙烷衍生物)、季铵化合物、含氟表面活性剂、两性表面活性剂和乙二醇醚、或它们的混合物。
在另一个实例中，化学处理流体可包含至少一种碱，其具有大于10的pKa，其中所得的井处理流体的pH大于10。用于实施本发明的碱包括但不限于：硅酸钠、氢氧化钠或碳酸钠、或它们的混合物。所述处理可包括立即使用或依次使用的聚合物、表面活性剂和碱处理化学物质的任何组合。处理流体也可为低盐流体。
处理流体也可包括用于微生物生长并表达生物功能以改善采油率的营养化学流体。营养化学流体可含有微生物悬浮液。微生物(即天然微生物或外来微生物)可用于本发明方法中以改善波及效率和/或降低地下位点中的岩层的残余油饱和度。多种微生物生长在地下岩层的不同部分中并且包括此类岩层的天然微生物。根据本发明方法，在一个实例中，将营养化学流体引入有利于天然微生物在可渗透性较高的岩层中定殖和繁殖的地下岩层中，其中它们堵塞可渗透岩层的孔并因此阻塞通过它们的水流。利用营养化学流体生长在地下位点中的天然微生物或外源微生物也可从岩层中释出油，从而降低残余油的饱和度。
在本发明方法中，可外加微生物以改善波及效率和/或降低残余油的饱和度。用于本发明方法的微生物可包括以下几类：兼性厌氧微生物、专性厌氧微生物和脱氮菌。可用于改善波及效率并增强采油的多种微生物(细菌和真菌)包括但不限于以下属：假单胞菌属(Pseudomonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、放线菌属(Actinomycetes)、不动杆菌属(Acinetobacter)、节杆菌(Arthrobacter)、裂殖菌属(Schizomycete)、棒状杆菌属(Corynebacteria)、无色杆菌属(Achromobacteria)、弓形杆菌属(Arcobacter)、肠细菌属(Enterobacteria)、诺卡菌属(Nocardia)、糖酵母属(Saccharomycete)、裂殖糖酵母属(Schizosaccharomyce)、弧菌属(Vibrio)、希瓦氏菌属(Shewanella)、陶厄氏菌属(Thauera)、石袍菌属(Petrotoga)、微球茎菌属(Microbulbifer)、海杆菌属(Marinobacteria)、梭杆菌属(Fusibacteria)、和红酵母属(Rhodotorula)。如本文所用，术语“属”和“菌属”是指在微生物分类体系中分类级别低于“科”并且高于“种”的细菌种类。术语“种”是指一类具有表型、生物化学和基因型高相似度的微生物。
在各种实施例中，种菌可仅包含一种特定的菌种或两种或更多种相同属的菌种或不同微生物属的组合。
如果包含微生物的井处理流体用于改善波及效率，那么化学井处理流体可包括一种或多种营养化学流体。用于本发明的营养化学流体包括包含至少一种以下元素的那些流体：C、H、O、P、N、S、Mg、Fe、或Ca。仅以举例的方式，可使用的无机化合物包括PO4 2-、NH4 +、NO2 -、NO3 -、和SO4 2-等等。技术和多种适用的包含营养物质的流体是本领域熟知的，所述流体用于培养和维持兼性厌氧微生物和严格厌氧微生物。
生长基质可包括糖、有机酸、醇、蛋白质、多糖、脂肪、烃类或微生物领域已知的发生微生物分解的其他有机物质。主要营养物质包含氮和磷(非限制性例子可包括NaNO3、KNO3、NH4NO3、Na2HPO4、K2HPO4、NH4Cl)；维生素(非限制性例子可包括叶酸、抗坏血酸、和核黄素)；微量元素(非限制性例子可包括B、Zn、Cu、Co、Mg、Mn、Fe、Mo、W、Ni、和Se)；用于环境控制的缓冲剂；催化剂，包括酶；以及天然和人工电子受体。
实例
本发明将在下面的实例中得到进一步阐述。应该理解，这些实例尽管说明了本发明的优选实施例，但仅是以例证的方式给出的。根据上面的论述和这些实例，本领域的技术人员可以确定本发明的基本特征，并在不脱离本发明范围的情况下，可对本发明做出多种改变和变型，以使其适用于多种应用和条件。
用于实例中的缩写
“h”是指小时；“L”是指升；“℃”是指摄氏度；“mg”是指毫克；“mm”是指毫米；“kg”是指千克；“ppt”是指份数/千份；“mM”是指毫摩尔每升；“％”是指百分比；“min”是指分钟；“mL/min是指毫升/分钟；“D”是指天；“μg/L”是指微克/升；“nM”是指纳摩尔每升；“μM”是指微摩尔每升。
实例1(预测性)
确定生产井中的穿透时间
使用化学示踪剂如荧光素染料钠盐来确定每个生产井的穿透时间，所述荧光素染料钠盐常称为荧光素钠(CAS518-47-8，部件号A833-500，Fisher Scientifc，2000Park Lane Drive，Pittsburgh，PA15275)。
将荧光素钠(2.7千克，kg)加入到包含9,000L水的罐中。关闭拟测试的注入井的注入水的正常流动。用荧光素钠处理过的水经7.2小时注入到注入井中，注入速度等于1,250L/h，这是正常的注入流量。当完成注入9,000L荧光素钠溶液时，恢复正常的水注入流量，其为30,000L/D。在开始荧光素钠注入后，在不同时间间隔从相关联的生产井中取样，例如在初始示踪剂流体注入后6、12、18、24、36、48小时，并且随后以较长的间隔取样。例如每隔一天取样。使样品沉降并分离到水层和油层中。除去水层并将其置于透明玻璃样品小瓶中，并且其颜色与用已知浓度的荧光素钠制备的注入水相似试管进行视觉比较。在本领域中，一般认为，可视觉估计在水中非常低浓度的荧光素钠。因此通过与已知水中染料浓度的标准物的视觉比较能够对样品进行估计。通过比较获取自不同生产井的样品中的荧光素钠相对浓度，可估计不同井的相对穿透时间并识别具有较短穿透时间的井。然后可限制那些井的流量以使注入的处理流体平均分配到地下目标位点中以改善波及效率并有助于采油。
实例2(预测性)
接种地下位点而无微生物种菌损失
在该实例中，地下位点的注入井和生产井被布置成如图1所示的反五点模式。为了本实例的目的，假设生产井P2具有最短的穿透时间，随后是生产井P4，它具有第二短的穿透时间。通过在6,000L的罐中形成适于特定微生物利用的营养化学流体来制备微生物种菌悬浮液。然后将微生物种菌加到营养化学流体中以形成悬浮液，该悬浮液具有期望的微生物和营养物质浓度。
然后采用以下步骤：
1)关闭流入注入井的正常注入水流。
2)将种菌悬浮液以正常注入速率(即1,250L/h，持续4.8h)注入所述注入井。
3)在开始将种菌注入所述注入井后，以不同时间间隔关闭生产井P-2。通过关闭生产泵一定时间，例如每3小时关闭2小时，或者通过减少冲次，例如以20个循环/分钟而不是60个循环/分钟运行，来中断生产。
4)完成所述种菌悬浮液的注入。
5)在完成种菌注入后打开生产井P-2流阀门。
6)以标准注入速率(例如1,250L/h，持续24h)将水注入所述注入井以将微生物种菌推送到期望深度的地下目标位点。
7)开始将水注入所述注入井后，以不同时间间隔关闭生产井P-2。
8)开始将水注入所述注入井后，以不同时间间隔关闭生产井P4。
9)完成将水注入所述注入井。
10)完成将水注入所述注入井后，打开生产井P-2和P-4。
11)以标准流量(例如1,250L/h，持续1.6h)将例如2,000L营养化学流体注入所述注入井。
12)以标准注入速率(例如1,250L/h，持续24h)将水注入所述注入井以将营养化学流体推送到期望深度的油层。
13)开始将水注入所述注入井后，以不同时间间隔关闭生产井P-2。
14)开始将水注入所述注入井后，以不同时间间隔关闭生产井P-4。
15)完成注入所述注入井时，关闭流入所述注入井的注入流。
16)使井处理流体接触地下岩层多天并完成它们的作用。
17)以标准注入速率(例如1,250L/h，持续24h)重新开始注入流体到所述注入井中。
18)重新开始生产井的生产。
应该指出的是，总井处理时间不大于任何井对之间的穿透时间。
Claims (12)
1.处理地下目标位点的方法，包括以下步骤：
a)确定所述地下位点中注入井和一个或多个生产井之间的注入流体的流体流动模式；
b)在所述地下位点中注入井处理流体；以及
c)控制所述井处理流体在所述生产井之间的分配，
其中改善了采油率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中通过储层建模、示踪剂测试、或近似法确定注入流体的流体流动模式。
3.根据权利要求1所述的方法，其中通过选择性关闭或限制一个或多个生产井的流量来控制所述井处理流体的分配。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述井处理流体选自化学处理流体、聚合物流体、表面活性剂流体、高pH流体、低盐流体、以及它们的组合。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述化学井处理流体为用于培养所述地下目标位点中的天然微生物的营养化学流体。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述化学处理流体为外源微生物在营养化学流体中的悬浮液。
7.根据权利要求4所述的方法，其中所述聚合物流体由羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、瓜尔胶、羟丙基瓜尔胶、羧甲基羟丙基瓜尔胶、聚丙烯酰胺、多胺、黄原胶、多糖或聚乙烯醇衍生物、或它们的组合组成。
8.根据权利要求4所述的方法，其中所述表面活性剂由阴离子磺酸盐、非离子物(环氧乙烷衍生物)、季铵化合物、含氟表面活性剂、两性表面活性剂或乙二醇醚、或它们的组合组成。
9.根据权利要求4所述的方法，其中所述高pH流体包含pKa大于10的物质，其中所述物质由硅酸钠、氢氧化钠或碳酸钠、或它们的组合组成。
10.根据权利要求6所述的方法，其中所述外源微生物包括一种或多种以下菌种：假单胞菌属(Pseudomonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、放线菌属(Actinomycetes)、不动杆菌属(Acinetobacter)、节杆菌(Arthrobacter)、裂殖菌属(Schizomycete)、棒状杆菌属(Corynebacteria)、无色杆菌属(Achromobacteria)、弓形杆菌属(Arcobacter)、肠细菌属(Enterobacteria)、诺卡菌属(Nocardia)、糖酵母属(Saccharomycete)、裂殖糖酵母属(Schizosaccharomyce)、弧菌属(Vibrio)、希瓦氏菌属(Shewanella)、陶厄氏菌属(Thauera)、石袍菌属(Petrotoga)、微球茎菌属(Microbulbifer)、海杆菌属(Marinobacteria)、梭杆菌属(Fusibacteria)、和红酵母属(Rhodotorula)。
11.根据权利要求4所述的方法，其中一同使用聚合物、表面活性剂和高pH流体的组合。
12.根据权利要求4所述的方法，其中依次使用聚合物、表面活性剂、和高pH流体。
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