CN1436273A - 采用原地气化法提高石油回采量 - Google Patents

Abstract

一种用于原地气化地下岩层中矿物油的方法，包括以下步骤：将具有可控致热装置的工具从地面生产设施下放到地下岩层中；使上述工具达到与上述地下岩层中矿物油相作用的作用距离；然后启动该工具，使上述致热装置工作在预定温度范围内，从而使上述矿物油产生燃气或油蒸气，由此可构成增大油回采量(EOR)的工艺或生产燃气(GPP)的工艺，前一工艺可降低原油夹带的水份，后一工艺可减小输送原油可能对环境造成的危害。

Description

采用原地气化法提高石油回采量

发明领域

本发明涉及提高老油田或低压储油层回采量的技术。本发明涉及有助于提高岩层中油压力或将上述油变成可用燃气产品的气化工艺的开发。

发明背景

在文献中已说明用于气化地下残存含碳矿物燃料的工艺，含碳矿物燃料包括例如煤、褐煤、油页岩、柏油砂以及由于油压低不能将油压到地面上而难于开采的油田中的重油，而且有些工艺已用在工业上。

在US-A-4382469中已说明一种适用于地下含碳地层的原地气化工艺。在提出的工艺中，使可控的直流流过地层。该专利还提到在US-A-849524、2818118、2795279、3106244、3428125中说明的若干其它先有技术的气化方法。这些方法具有同一目的，即蒸发和热解含碳材料，以分馏出气态碳氢产品即燃气。

在US-A-4461349中说明另一种地下含碳矿层的原地气化法，在这种方法中，打出一系列井，使一行注气井平行于一行生产井。将含氧气体注入到地下煤田中，形成造成煤碳最后气化的燃烧面。该燃烧面将加热含碳矿层产生的气体推向生产井，在生产井中可根据热电偶等检测器来引发已停止的过程，以防止在生产井中发生燃烧。据说上述工艺特别适合于从地下煤层开采气化产品。

在Kirk-Othmer的“化学工艺大全”(第三版(1980)，第11卷，P410-422；449-473)中详细说明了各种煤碳气化和液化工艺。

在石油开采方面，可以用二次回采工艺回采废油井或天然压力低的贮油层中的油，这种工艺涉及通过贯注水或原地燃烧来增大或引发油层中的压力。后一种工艺的基本方式涉及将引燃器下到钻井中，并在目标油层上引发碳氢化合物燃烧。虽然在燃烧中消耗了较轻的碳氢化合物，但形成的热峰降低了较重沉积油层的粘度，从而可将它们从岩层中压到开采井中。已经提出采用称作第三代开采法的其它一些方法，这些方法包括注入蒸气、注入空气、引入聚合物进行排代、爆炸压裂、水力压裂、注入二氧化碳以及包括引入苛性碱的化学处理。

现在工业上已有现存的二次回采法，这些方法大致分为“注气法”、“注水法”和“加热回采法”。

“注气”法将气体例如氮气或二氧化碳注入到目标地层，提高作用在残油上的压力，以便于它的回采。

“加热回采”法需要将空气/氧混合物注入到岩层中，达到位于钻杆底部的加热部件。只要达到空气/油和热量的临界状态，该油便将点燃，形成燃烧面。连续输送压力可控的燃烧支承气体便可推动该燃烧峰面，由此可防止烧结。当燃烧峰面通过贮油层时，油和地层中的水便蒸发，以气相被驱动前移，随后在较冷的岩层部分重新凝结，随后该凝结的流体又将油排到生产井中。

已知的“气化”工艺可根据回采的终端产品加以区分。一种气化方法是使老油田的残油进行气化，收集产生的燃气，即目标产品是燃气而不是油。另一种方法有赖于在气化工艺中产生的燃气，并将这种燃气用作燃烧工艺的燃料(参考上面加热回采法的说明)，从而排出石油，使其可以从岩层中采出，即该燃气仅是一种增大石油回采量的工具，石油仍然是目标产品。后一种方法是真正的增加石油回采量的方法(EOR)，而前一种方法是产生燃气的方法(GPP)，在这种方法中，油被蒸发和热解成燃气，然后将燃气收集起来，送到地面进行加工。

为使GPP方法获得成功，产生的气体必须容易捕获，因而多孔性岩层位于油层上面的这种油田不适合采用这种方法。

EOR方法只有在残油沉积层不能重到难于流动和残油沉积层不包括大量高分子量的妨碍流动的烷烃和石腊时才是有效的。另外，已知加热回采工艺由于在引燃器周围的温度梯度降低而不能令人满意地进行，这种温度梯度降低将产生石油的重馏份，这种馏份在离开引燃器的地方将固化，因而堵塞地层，有碍回采。

发明概要

本发明的目的是提高部分废弃油田或老化“低压”油田和岩层中的石油回采量，或涉及在这些油田和岩层中的石油开采，在这些油田和岩层中气化残油是一种有潜力的解决方法。

本发明的另一目的是提供一种用于原地气化石油而在油层中产生合成燃气(“syngas”)的装置。研发这种装置的目的是提供一种工具，该工具可以用现有钻井口或经过必需的稍许改变容易下到油层中。

本发明再一目的是提供一种优于先有技术方案的二次开采方法或提高石油回采量的方法。

本发明的又一目的是提供一种本发明一方面的可以在生产平台上进行操作的气化工艺。

本发明的又一目的包括提供生产燃气和回采石油的方法，这些方法可以避免或减轻已知方法中明显的或固有的问题。

按照本发明，提供一种用于原地气化地下岩层中矿物油的方法，该方法包括：将具有可控致热装置的工具从地面生产设施下放到地下岩层中；使上述工具达到可与上述地下岩层中矿物油相作用的作用距离；启动该工具，使加热装置达到预定温度范围；由此在上述矿物油中产生燃气或油蒸气。

按照一个方面，用一提升管道采集用加热气化方法产生的燃气和蒸气，该提升管配置在生产设施和地下岩层之间，使得上述提升管的一端进入位于油层上方的燃气蒸气聚集的空间中，由此可将燃气采集到地面的生产设施中。

按照另一方面，用加热气化法产生燃气和蒸气，使由此产生的燃气和蒸气聚集在矿物油层的上面，形成压力，然后用生产提升管开采矿物油，该提升管配置在地面生产设施和地下岩层之间，使得上述提升管的一端浸入油层足够的深度，从而将油采到地面生产设施中。

当油层下面的岩层基本不渗油而油层上面的岩层基本上不渗漏产生的燃气时，可用后一种加热气化方法来回采石油。技术人员可以看到，如果油层下面的岩层渗油，则相当量的油又被压入到渗油的岩层中，而且如果上面的岩层是多孔的，则产生的燃气会简单地渗到岩层中。因此，技术人员可以判断本发明的哪一种方法适合于以采油为目的的地层，或考虑是否需要其它方法。有相当经验的技术人员还应当考虑的其它一些因素是要回采的油的质量。包含大量高分子量烷烃和石蜡的重原油不适合采用本发明。

另外，本发明提供一种装置，用于采用原地气化地下岩层中矿物油的方法回采石油和/或燃气，该装置包括：一种具有可控致热装置的工具，一种可控的装置，该装置用于将上述工具从地面生产设施下放到地下岩层中(并且该装置可选择地随后用于开采)；测程装置、用于测定该工具相对于其靠近上述地层中石油层的工作点的位置；至少一个提升管，用于选择性开采石油或在上述石油中产生的燃气产品或蒸汽产品。

本发明还提供一种用于原地气化地下岩层中石油的工具，上述工具包括致热装置，该致热装置选自电火花点燃器、电热线圈、电磁加热装置、具有相应引信装置的炸药弹、电弧引燃装置以及电阻加热元件。

附图简要说明

下面参考附图进一步说明本发明，这些附图是：

图1示出地下残留油承载地层的截面图，钻井杆钻到该地层中，该钻杆上装有进行气化的装置，由此构成GPP设施；

图2示意示出地面气化设施；

图3示意示出EOR设施；

图4是平面图，示出钻杆的配置，该钻杆装有产生气化的装置，由此可运转EOR设施。

实施本发明的模式

在本发明所考虑的气化反应中，在一般情况下主要观测到以下产生燃气的反应式：

在本发明在含碳氢化合物的岩层1中进行气化的方法中，如图1示意示出的，用于触发气化的装置2配置在适于井下工作的钻杆4上，该钻杆或者钻入现存的井中，如果需要，可以装备该钻杆，使其钻出自己的穿过岩层的通道。监测上述装置2的位置，当其通到包含要开采或要转换成燃气的碳氢化合物的储油层3区域时，触发该装置，引发气化过程。

在本发明的一个方案中，使电阻加热元件2与贮油层3中的残存油接触，然后通电，使温度上升到约1000℃。与加热元件并列的提升管(未示出)可以用来采集蒸发的油和燃气产品。当出现蒸气燃气混合物时，压力和体积便相应增加，由于装有提升管，该燃气便可以容易地沿该提升管上升。排出已产生的燃气又可以造成更多的油到达加热元件的附近，从而又被转换成如前所述送出去的燃气。最后，可以用这种方法回采的油量逐渐减少。

增大石油回采量的方法是优选的，因为原油可以认为比用途受到限制的热解的燃气/油蒸气的价值更大。换言之，原油比低值燃气商品具有更大的市场。另一方面，地下原地将石油转换成燃气的方法可以提供更清洁的产品输出，这种产品输出由于可以避免生产井的原油溢出，所以可以极好地保护环境。

图3示意示出EOR方法，在承载油的地层31中，在贮油层33的原油上面形成大量燃气。由于岩层水35将向上的压力作用在原油上，而产生的燃气产生向下的压力，所以该燃气盖层30可起采油的作用。这种基本作用是用油产生的燃气保持压力，这样便可以减小将水注入到地层中以增加压力的要求，另外，还可以生产原油和燃气二者，而不是生产夹有水的其加工工艺复杂的油。

在本发明的这种方案中，本发明的采油方法涉及采用加热元件直接加热目标地层中的油。该加热元件产生的热可以热解石油，形成合成燃气，在过程期间该合成燃气可以补偿较低的天然压力或减小的地层压力。通常，电阻加热元件与残油接触，在通电时可使温度升到1000℃。当发生蒸气燃气混合物时，位于油层上面的气体压力和体积便相应增加。作用在油层上压力的增加将增大石油的回采量。适当浸在油层中的提升管36可以在加热元件附近产生的聚集在油层上面的蒸发油和燃气产品的压力作用下回采石油。石油的排出又导致更多的油流到加热元件周围，使油转化为燃气，如前所述，该燃气又聚集起来，保持一定压力。在某个时间，这种方法也会达到一个点，在此点回采的石油量减少到没有经济效益的水平。然而，本发明的方法很可以用在采用其它回采法很不经济的低压油田或枯竭的油田上，本发明的优点是显而易见的。

如图4所示，在钻杆(图中示出4根钻杆)上策略性配置和定位气化装置可以在整个油层上以可控方式产生优先将油排出低渗透区域然后使其流向生产井的压力差，其控制方式比现有EOR方法可达到的方式更可控。

按照本发明的另一种方案，使回采的油在地面设施中进行气化处理，产生的燃气或者送到贮存器或者送到管道网(图2示意示出)，或者回注到地层中，以利于增大石油回采量(图中未示出)。

这种地面设施可以采用蒸气转换气化方法，这种方法可以生产很干净的相当于天然气的合成燃气。适当的与气化装置相连接的燃气净化装置可以除去先前工艺中形成的任何可凝物。这将减小在管道中的污染，因而可尽量减小万一管道破裂对环境造成的危害。

一个特别重要的优点是，本发明的油的回采法和将油中碳氢化合物转换成燃气的方法使得可以在环境上极脆弱的区域开采有价值的资源，在这些区域，由于原油管道毁灭性喷射对局部海洋植物和动物群落产生巨大危害，出于对环境的保护现时已限制采油或禁止采油。

合成燃气是氢、一氧化碳和二氧化碳的混合物，含有零至低浓度碳氢化合物气体。可以用专门的催化剂采用Fischer-Tropsch工艺转换该燃气，生产合成碳氢化合物“合成燃料(Synfuels)”。然而采取该工艺来生产燃料还未获得广泛应用。只有在非洲已在工业上应用这种合成工艺，该工艺用煤作天然原料。

合成燃气装置可以将天然气以高达4倍的每单位甲烷体积转化为合成燃气体积之比转换成合成燃气(在扣除甲烷进行再循化，为提纯提出部分氢气和取出部分燃料气体作工艺需要之后)。产生燃气的体积增加四倍意味着气化所需油的体积减小四倍。因此对于每天只产约1000桶(158987升)的低产油田，估计每小时只需要气化3.32桶(527.8升)的油来生成合成燃气。考虑到现在油的价格(阿拉伯轻油)和天然气价格，本文提出的工艺在经济上是可行的。

本发明的一个显著优点是，由于用油生产燃气，所以得到的产品更清洁。这意味着，输气管网发生破裂时只溢出燃气，随后不需要清洁环境，而原油输送管网或其接头破损时将有溢出原油的危险，原油溢出事后必须进行清洁环境的工作。

Claims (10)

1.一种用于原地气化地下岩层中矿物油的方法，该方法包括：将具有可控致热装置的工具从地面生产设备下放到地下岩层中；使上述工具达到与上述地下岩层中矿物油形成作用的距离；然后起动该工具，使致热装置工作在预定温度范围内，由此使上述矿物油产生燃气或油蒸气。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用提升管采集由加热气化法产生的燃气和蒸气，该提升管配置在生产设施和地下岩层之间，使得上述管的一个端部进入位于油层上面的聚集的燃气/蒸气区域的空间中，从而将燃气采集到地面生产设施。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使加热气化法产生的燃气和蒸气聚集在油层的上面，形成压力，然后用生产提升管采集该矿物油，该直立管配置在地面生产设施和地下岩层之间，使得上述管的一端浸入油层到足够的距离，以便将矿物油采集到地面生产设施中。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在地面生产设施中用气化法处理回采的油。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，将得到的燃气回注到岩层中，以增加油的回采量。

6.一种装置，用于采用原地气化地下岩层中矿物油的方法回采油和/或燃气，该装置包括：具有可控致热装置的工具；可控装置，用于将该工具从地面生产设施下放到地下岩层中(或可选择地，用于随后进行回采)；测距装置，用于测定该工具相对于该工具与上述地下岩层中矿物油发生作用的作用点的位置；至少一根提升管，用于选择性回采矿物油或上述矿物油产生的燃气或蒸气。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，该气化工具配置在钻杆上。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，许多气化工具配置在钻杆的选定部分上。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，采用若干钻杆将气化工具配置成一定图案，以便形成可控的气化峰面而将原油压向生产设施。

10.一种用于在地下岩层中原地气化矿物油的工具，上述工具包括致热装置，该致热装置选自电火花引燃器、电加热线圈、电磁加热装置、具有相应引信装置的炸药弹、电极电弧引燃装置和电阻加热元件。

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