CN104024566B - 用于转化ii类水合物油气藏的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
对II类包合物油气藏进行改进以提高由其生产烃的能力。具体地，用于提高在移动含水层之上的地下包合物地层的生产能力的方法，所述方法包括：钻井眼至到达所述移动含水层的深度；以及将材料注入所述移动含水层中，使得所述材料穿过孔空间并在所述包合物地层之下形成阻挡层并基本阻止所述移动含水层的流体流与所述包合物地层的接触。
Description
技术领域
本发明一般地涉及包合物油气藏的开发且更特别地涉及提高包合物油气藏的采收能力。
发明背景
包合物是其中一种或多种化合物或元素(客体)的一个或多个分子填充另一种化合物(主体)的晶格内的一个或多个空穴的物质。将其中晶格由水分子形成的包合物通常称作水合物。本发明的方面一般地涉及其中客体分子为一种或多种气体的所有类型的包合物，下文中称作气体包合物。为了本发明的目的，术语“包合物”应理解为是指所有类型的气体包合物。在烃的勘探和开发领域中，人们感兴趣的包合物通常是其中客体为一种或多种烃类气体且主体为水分子的包合物。这些有时还称作天然气水合物且可以包括甲烷水合物。其能够在低温和/或高压环境中存在，所述低温和/或高压环境包括例如深海和永久冻土区域。
根据三种分类系统对包合物油气藏进行分类。I类油气藏是在游离气体油气藏之上并与其流体连通的包合物。II类油气藏是在移动含水层油气藏之上并与其流体连通的包合物。III类油气藏是在相对不可透过层之上的包合物。通常认为I类油气藏相对易于通过如下操作来生产烃：例如将一个或多个生产井钻进穿过包合物油气藏并进入游离气体油气藏。通过该方法，游离气体油气藏的压力随其生产而下降，且这种压力下降最终造成上覆的包合物油气藏的压力下降至如下程度：包合物油气藏不再相稳定地包封特殊类型的包合物并开始离解(包合物分离为水和一种或多种气体)。释放的气体在效果上再填充下面的游离气体油气藏，延长所述油气藏的生产。不幸地，I类油气藏相对稀少。通常，II类油气藏，认为从其生产烃要困难得多，因为移动含水层使得上覆的包合物油气藏的压力保持相对高并阻碍或阻止离解。II类油气藏相对常见。III类油气藏，与I类油气藏类似，通常认为相对易于开发(例如，参见美国专利7,537,058号，其描述了从III类油气藏进行的生产)。本发明人已经确定，有用的是将II类油气藏转化为III类油气藏以提高由其生产烃的能力。
发明概述
本发明实施方案的一个方面包括提高在移动含水层之上的地下包合物地层的生产能力的方法，所述方法包括：钻井眼至到达移动含水层的深度；以及将材料注入移动含水层中，使得所述材料穿过孔空间并在包合物地层之下形成阻挡层，并基本阻止移动含水层的流体流与包合物地层的接触。
所述方法可以包括在包合物地层的至少一部分中诱发离解以产生流体材料并通过所述井眼或通过钻入包合物地层的额外的井生产该流体材料。
本发明实施方案的一方面可以包括注入或放置水泥、水泥浆料、环氧类物质，即最初为流体的材料，其物理状态有助于：a)放置或注入在上覆的包合物油气藏与下面的移动含水层油气藏之间的界面处或附近；和b)这种材料呈放射性铺展以覆盖宽的区域。这些材料最终将物理状态从液体变为固体并由此在上覆的包合物油气藏和下面的移动含水层油气藏之间变为相对不可透过的阻挡层。
本发明实施方案的另一个方面可以包括用于注入或放置一种或多种客体分子的系统，所述客体分子例如但不限于乙烷、丙烷、异丁烷、二氧化硅、氮气，即这样的客体分子，其将与下面的移动含水层油气藏接触并形成能够在比上覆的包合物油气藏更高的温度和/或更低的压力下存在的类型的包合物，从而再次有助于：a)放置或注入在上覆的包合物油气藏与下面的移动含水层油气藏之间的界面处或附近；和b)这种材料呈放射性铺展以覆盖宽的区域。这些材料将最终从水和气体的混合物变为包合物，由此在上覆的包合物油气藏和下面的移动含水层油气藏之间变为相对不可透过的阻挡层。
实施方案的方面可以包括用于实施任一种上述方法的系统。
本发明实施方案的方面包括利用计算机可执行指令编码的计算机可读介质，以用于实施上述方法中的任一种方法和/或用于控制上述系统中的任一种系统。
附图简述
当结合附图阅读如下详细说明时，本文中所述的其他特征对于本领域技术人员将变得更易于理解，其中：
图1是油气藏类型实例的图；
图2是I类油气藏中的生产方法的示意图；
图3是用于尝试在II类油气藏中生产的方法的示意图；
图4是III类油气藏中的生产方法的示意图；
图5是根据本发明实施方案的改善II类油气藏的方法的示意图；
图6是根据本发明实施方案的用于II类油气藏中所示的生产的装置的实施方案的示意图；
图7是根据本发明实施方案的用于II类油气藏中所示的生产的装置的另一个实施方案的示意图；
图8是根据本发明实施方案的用于II类油气藏中所示的生产的装置的另一个实施方案的示意图；
图9是图8的装置的应用的示意图；且
图10是根据本发明实施方案的用于II类油气藏中所示的生产的装置的另一个实施方案的示意图。
详细说明
图1示意性显示了地下区域，所述地下区域可以替代性地表示在海底下或在地面10下的区域。关于地下包合物，能够限定包合物稳定性区12，其中温度和压力条件有利于形成特殊包合物。该区由基础(base)14限定，尽管其显示为在特殊深度处的直线，但应更广泛地理解为随跨越所述区域的特定条件而变化的深度范围。通常，在基础14之下，对于特定的包合物的形成和稳定性来说，温度太高和/或压力太低了，因为主体分子损失其晶体结构并由此租用客体分子。
在地下区域内，存在所示的油气藏类型的四个实例。将包括气体22的游离气体油气藏20示于基础14下面的区域中。尽管未显示，但由于存在不可透过(或更确切地低透过性)层如页岩层或形成顶部密封24的盐地层使得这种气体油气藏的垂直移动受到限制。根据已知方法能够生产这种类型的游离气体，如同本领域技术人员所理解的。
将I类油气藏26示于与基础14重叠的区域中。在这种类型的油气藏中，烃油气藏部分地位于稳定区12内并部分位于基础14之下。在基础14下面，所述油气藏包含游离气体22且在之上包含包合物28。如图2中所示，通常通过钻进40游离气体区域以常规方式能够生产游离气体。随着气体的除去，导致包合物28的基础处的压力下降，使得晶格结构变化，从而释放至少一部分被捕集在包合物28中的气体以再填充游离气体油气藏而用于连续的常规生产。同样地，可以从外部源或源自更深更热的游离气体的热将热(例如受热流体)添加到包合物和/或能够注入化学包合物抑制剂以提高包合物的离解速率。
在与基础重叠的类似区域中，将II类油气藏30示于图1中。在II类油气藏30中，包合物28下面不是游离气体油气藏，而是含水层32，所述含水层32包含通常可移动的水。如图3中所示，通过钻进42含水层或钻进44包合物进行生产尝试。在任一种情况中，通过水进一步从包围区域进入生产区域，通常可以满足通过使用泵43将水泵送至油气藏外部以降低压力的尝试。类似地，以尝试造成离解的方式添加的热和/或抑制剂能够被水吸收并被消散。因为油气藏中的水会移动，所以其能够利用对流从包合物移除明显量的热和/或抑制剂，限制对包合物进行加热或抑制的功效。
在基础14之上的区域中，显示III类油气藏34。在该类型中，整个油气藏由包合物28构成，不含游离气体或水。除了低透过性顶部密封24之外，还存在低透过性底部密封36。因为系统是基本封闭的，所以减压和/或加热和/或抑制包合物的材料的注入显示出比其在II类油气藏中的情况更有希望用于生产。如图4中所示，通过如下操作可以开发油气藏：直接钻进46包合物；使用例如泵43使得压力下降并随后引发并保持包合物的离解；以及生产制得的游离气体。在美国专利7,537,058号中描述了适用于III类油气藏生产的生产包合物的一种这类方法，通过参考以其完整形式并入本文中。
在这点上，本发明人已经确定，对II类油气藏进行改进以使得其行为与III类油气藏类似是有价值的。
图4显示了对II类油气藏进行升级的方法。对含水层区32进行钻进48。优选地，钻的端部50刚好位于含水层32内部，相对靠近包合物与含水层之间的边界。将材料注入含水层区域，选择材料以使得其能够流动穿过岩石孔而在边界区域中形成阻挡层。
如同所理解的，合适的材料应与钻柱流体流动通道相容。其应具有以其可良好流动穿过岩石孔的选择的粘度。所述材料应具有从注入点铺展的良好能力以隔离绝大部分的包合物。此外，在其包括夹带的固体粒子的程度内(如同下面将进一步讨论的)，选择这种粒子还应以可输送穿过含水层。还应选择所述材料以一旦放置，其将立即基本阻止水从含水层32流入包合物28。
一旦阻挡层建立，可以在包合物区中开始生产之前，使用填充物52立即将钻柱的注入部分与上部隔离。在该方法中，可以在钻柱的上部54中引入穿孔。或者，可以钻进额外的井以用于生产用途。
根据本发明实施方案的适用于形成阻挡层的材料包括典型用于钻进和生产操作的类型的水泥、水泥浆料和环氧类物质。另外，包括用于降低阻挡材料的密度的辅助材料是有用的，由此提高其漂浮在含水层流体顶部的能力。例如，可以将发泡的或中空球包括在水泥混合物中以提高其浮力。此外，当使用可固化材料时，包括用于延长固化时间的阻滞辅料是有用的。如同所理解的，固化时间越长，在固化之前用于可固化材料运输的时间越长，由此提高密封区域的尺寸。
在另一种方法中，阻挡材料可以包括包合物形成材料，所述包合物形成材料的稳定性比原有包合物的更高。例如，乙烷、丁烷、CO2、He和O2都可以在水中形成包合物，其可在比例如甲烷包合物(一种在井中产生的期望烃类气体)的更高的温度和/或更低的压力下稳定。这些分子或这些客体分子的混合物在满足在其有用的寿命内在生产区演化期间所预期的温度、压力、包合物抑制剂和分子取代方面允许有设计自由度。
将用于注入阻挡材料的装置示于图6中。如所示，钻柱48包括在其圆周周围的大量开口60。尽管将单排开口示于图中，但应理解，可以使用多排开口且开口的尺寸和位置可以变化。钻柱是可定位的以使得开口位于包合物油气藏与含水层之间的边界之下的深度处，以用于注入如上所述的阻挡材料。
在图7中所示的具体实例中，构造位置更靠近阻挡区域的开口60′以产生比由位于钻柱更远部分的开口60″所产生的流量更低的流量。
在图8中所示的另一个具体实例中，开口60′″可以仅位于钻柱的特定侧上以使得可用于定向注入阻挡材料。这种装置适合于在如下环境中操作：包合物地层具有应考虑的特定取向。旋转钻柱的端部，例如使得可控制阻挡材料的流出的方向。
通过实例，图8的装置可良好地适用图9中示意性显示的类型的地层。在图9中所示的地层中，包合物和含水层倾斜，且捕集结构56形成倾斜的油气藏的下端。如所示，定向开口使得可用于注入沿倾斜方向向上流动的材料以将包合物地层与含水层密封隔开。
在图10中所示的另一个具体实例中，钻柱可以包括分开的流体通道62、64，使得两部分环氧类物质可以分开输送到钻柱的远端部分。在注入开口附近，存在混合区域66，使得两部分环氧类物质共混，使得一注入含水层地层中就开始固化过程。如同所理解的，尽管描述并显示了两部分，但可以存在超过两股的注入混合区域中的流体。例如，阻滞剂可以分开输送并与环氧类物质组分在混合区域中混合。
如同所理解的，使用具有储存在有形介质上的机械可执行指令的计算系统，可以实施本文中所述的方法。自主地或在源自操作者的输入的辅助下，可以执行所述指令以实施所述方法的各部分。在实施方案中，所述系统包括：用于输入和输出数据的结构；以及显示器，所述显示器以显示工艺步骤的中间和/或最终产物的方式来构造和排列。根据实施方案的方法可以包括用于烃资源的勘探和/或探测钻进的位置的自动选择。
本领域技术人员应理解，本文中所述的公开的实施方案仅用作实例，且存在大量变体。本发明仅由权利要求书来限制，本发明包括本文中所述的实施方案以及对于本领域技术人员明显的变体。另外应理解，本文中任意一个实施方案所显示或所描述的结构特征或方法步骤能够同样用于其它实施方案中。
Claims (15)
1.提高在移动含水层之上的地下包合物地层的生产能力的方法，所述方法包括：
确定在移动含水层之上的地下包合物地层；
钻井眼至到达所述移动含水层的深度；以及
将材料注入所述移动含水层中，其中选择所述材料并选择注入量使得所述材料穿过孔空间并在所述包合物地层之下形成阻挡层，并基本阻止所述移动含水层的流体流与所述包合物地层的接触。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
在注入以形成阻挡层之后，在所述包合物的至少一部分中诱发离解以生产流体物料；以及
通过所述井眼或通过钻入包合物地层的额外的井生产包含甲烷的所述流体物料。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述诱发包括向所述包合物部分中添加抑制剂。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述诱发包括向所述包合物部分施加热。
5.如权利要求2所述的方法，其中所述诱发包括控制所述包合物部分的区域中的压力。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述材料包含可固化材料且其中，在从所述地下包合物地层进行生产之前，使得所述可固化材料固化。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述可固化材料还包含阻滞剂,该阻滞剂被选择以减慢所述可固化材料的固化时间，从而相对于不存在所述阻滞剂下所述可固化材料的铺展，可提高在固化之前所述材料从所述材料注入位点的向外铺展。
8.如权利要求6所述的方法，其中所述可固化材料的平均密度小于所述移动含水层中存在的流体的平均密度。
9.如权利要求6所述的方法，其中所述可固化材料包含水泥。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述材料包含水合物形成材料或材料的组合，它们被选择以与所述移动含水层中的水结合以在所述包合物地层下面形成水合物层，所形成的水合物层的稳定性大于所述包合物地层的稳定性。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述包合物包含甲烷水合物。
12.如权利要求6所述的方法，其中所述可固化材料包含水泥浆料。
13.如权利要求6所述的方法，其中所述可固化材料包含环氧类物质。
14.如权利要求6所述的方法，其中所述可固化材料包含发泡水泥。
15.如权利要求6所述的方法，其中所述可固化材料包含包含中空球的水泥。
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