KR20070043939A - 유전 현장 연소 공정 - Google Patents

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아르콘 테크놀로지스 리미티드
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Abstract

토우-투-힐 현장 연소 공정에 있어서, 지하 석유 지층으로부터 오일을 회수하는 방법이 제공되는바, 산화 가스를 상기 지하 지층 내로 주입하기 위한 적어도 하나의 주입 유정과, 거의 수평인 레그와 그에 연결되는 거의 수직인 생산 유정을 갖는 하나의 생산 유정을 갖는다. 상기 거의 수평인 레그는 상기 주입 유정을 향해 연장하며, 상기 수평 레그는 그의 연결부에서 상기 수직 생산 유정에 인접하는 힐 부분과 상기 주입 유정에 인접하는 상기 수평 레그의 반대쪽 단부의 토우 부분을 갖는다. 상기 방법은 i) 상기 생산 유정 내측에 배관을 제공하고 증기 또는 물을 상기 배관을 통해 상기 수평 레그 내로 주입하여 증기/물이 상기 토우 부분까지 이동되도록 하는 단계, ii) 증기/물을 상기 주입 유정 내에 산화 가스에 더하여 주입하는 단계, 또는 iii) i) 및 ii) 단계를 제공 및 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
산화 가스, 주입 유정, 생산 유정, 수평 레그, 증기,

Description

유전 현장 연소 공정{OILFIELD ENHANCED IN SITU COMBUSTION PROCESS}
본 발명은 미국특허 제 5,626,191 호 및 6,412,557 호에 개시된 바와 같은 수평 생산 유정을 채택하는 토우-투-힐(toe-to-heel) 현장 연소 공정에 의한 지하 유층으로부터 오일 회수 착수 시 안정성 및 생산성을 향상시키는 공정에 관한 것이다.
그 내용이 본 명세서에 참조로 인용되는 미국특허 제 5,626,191 호 및 6,412,557 호는 지하 유층(100)으로부터 오일을 생산하기 위한 현장 연소 공정을 개시하는바, 이는 상기 유층(100) 내에 상대적으로 높게 위치하는 주입 유정(102)과 상기 유층(100) 내에 상대적으로 완전히 낮게 위치하는 생산 유정(103-106)을 활용한다. 상기 생산 유정은 상기 주입 유정(102)으로부터 전파되는 거의 선형이며 측방향으로 연장하는 기립 연소 전방부에 대해 대략 직각으로 배향되는 수평 레그(107)를 가진다. 상기 레그(107)는 진행하는 연소 전방부의 경로 내에 위치된다. 공기 또는 산소 풍부 공기와 같은 기타 산화 가스는 유정(102)을 통해 주입되는바, 상기 유정(102)은 수직 유정, 수평 유정 또는 이러한 유정들의 조합일 수 있다. 미국특허 제 5,626,191 호의 공정은 "THAITM"으로 불리는바, 이는 "toe-to- heel air injection"의 약어이며, 미국특허 제 6,412,557 호의 공정은 "CapriTM"으로 불리는바, 본 상표는 캐나다 앨버타 캘거리 소재의 페트로뱅크(Petrobank) 에너지 자원 주식회사의 자회사인 Archon Technologies 사의 소유이다.
상기 수평 유정 내로의 산소 유입과 관련한 THAITM 및 CapriTM 공정의 안전상의 문제점은 상기 유정 내에 오일 연소를 유발하여 상기 유정을 파괴할 수도 있는 극도의 고온까지 도달할 수도 있다는 것이다. 이러한 산소 급증은 주입률이 낮게 유지되는 경우에는 발생하지 않지만, 연소 전방부에서의 높은 오일 생산율 및 높은 산소 플럭스를 유지하기 위해서는 높은 주입률을 유지해야 한다. 높은 산소 플럭스는 350°C 이상의 온도를 달성하며 연료를 거의 이산화탄소로 연소하는 고온 산화(HTO)모드에서 연소를 유지하는 것으로 알려져 있다. 낮은 산소 플럭스에서, 저온 산화(LTO)가 일어나고, 온도는 350°C를 넘지 않는다. 상기 저온 산화 모드에 있어서, 산소는 유기 분자 내로 결합하며, 해로운 물-오일 유탁액을 안정화하고 카르복실산의 형성으로 인해 부식을 가속화하는 극성 화합물을 형성한다. 결국, 상대적으로 낮은 산화제 주입률은 수평 유정공 내의 연소를 예방하는 데 있어 적합한 방법이 아니다.
이를 위해 필요한 것은 상기 수평 유정공 내로의 산소 유입을 방지하는 동안 산화 가스 주입률을 증가시키는 방법이다. 본 발명은 이러한 방법을 제공한다.
THAITM 및 CapriTM 공정은 오일, 물 및 연소 가스를 표면 이송용 수평 유정공 내로 이동시키기 위해 두 가지 힘을 활용한다. 이들은 중력 배수 및 압력이다. 이러한 액체, 주로 오일은 중력 하에서 상기 유정공 내로 배수되는바, 이는 상기 유정공이 상기 유층의 하부 영역 내에 위치하기 때문이다. 액체 및 가스는 모두 상기 유층과 유정공 사이에 형성되는 압력 구배하에서 상기 수평 유정공 내로 하향 유동된다.
유층 예열 상태 또는 시동 절차 도중에, 증기는 상기 유정의 토우(toe)를 향해 연장하는 튜브를 통해 수평 유정 내에서 순환된다. 상기 증기는 케이싱의 환형 공간을 통해 표면으로 돌아온다. 이러한 절차는 아스팔트 유층에 있어서는 불가피한 것인바, 이는 유정 내로 들어올 수도 있는 차가운 오일이 매우 점도가 높아서 잘 흐르지 않으므로 유정공을 틀어막을 수도 있기 때문이다. 증기는 주입기 유정을 통해서도 순환하며, 상기 주입기 유정 및 상기 수평 유정의 토우(toe) 사이의 영역 내의 유층 내로도 주입되어 산화 가스를 유층 내로 주입하기 전에 오일을 가열하여 그의 유동성을 증가시킨다.
전술한 특허들에는, 연속적인 산화 가스 주입에 따라, 준-수직 연소 전방부는 상기 수평 유정의 토우(toe)로부터 힐(heel)까지 횡방향으로 발전 및 이동한다는 것이 개시되어 있다. 따라서, 유층의 두 가지 영역은 상기 연소 영역의 위치에 대해 전개된다. 거의 산화 가스로 채워지는 오일 고갈 영역은 토우의 방향을 따라 위치하고, 반대쪽에는 콜드 오일 또는 아스팔트를 함유하는 유층 영역이 위치한다. 산화제 주입률이 높은 곳에서는, 유층 압력이 상승하고 연료 적층률은 한도를 넘어서서, 가스 함유 잔류 산소가 오일 고갈 영역 내의 수평 유정공 내로 강제로 유입되도록 할 수 있다. 유정공 내에 오일과 산소가 함께 존재하게 됨으로써, 고온에 도달하는 경우, 어떤 경우에는 1000°C이상의 경우, 연소 및 폭발의 가능성까지 생기게 된다. 이는 모래 보존 칸막이의 파괴와 같은 유정공의 회복 불가능한 손상을 초래할 수 있다. 산소의 존재와 425°C이상의 유정공 온도는 안전 및 연속 오일 생산 작업을 위해 반드시 회피되어야 한다.
생산 중인 유정공 내로의 산소 유입을 방지하기 위한 몇 가지 방법은 유층과 수평 유정공 사이의 압력차를 감소시키는 것을 토대로 한다. 이중 첫 번째는 유층 압력을 감소시키기 위해 산화 가스의 주입률을 감소시키는 것이고, 두 번째는 유정공 압력을 감소시키도록 유체 투하를 감소시키는 것이다. 이들 두 가지 방법 모두 오일 산출량을 감소시키므로 이는 경제적으로 불리하다. 유정공 내로 유체를 직접 주입하는 것은 유정공 압력을 증가시키지만, 생산율에는 매우 불리한 영향을 미칠 것이라는 것은 일반적인 이론이다.
따라서, 종래 기술의 단점을 극복하고, 지하 유층으로부터의 탄화수소 회수 안정성 및 생산성을 향상시키기 위해, 본 발명은 바람직한 제 1 실시예를 제공하는바, 이는 지하 유층으로부터 액체 탄화수소를 추출하는 공정을 포함하며, 상기 공정은:
a) 산화 가스를 상기 지하 유층으로 주입하기 위한 적어도 하나의 주입 유정을 제공하는 단계;
b) 거의 수평인 레그 및 그에 연결되는 거의 수직인 생산 유정을 갖는 적어도 하나의 생산 유정을 제공하되, 상기 거의 수직인 수평 레그는 상기 주입 유정을 향해 연장하고, 상기 수평 레그는 그의 연결부에서 상기 수직 생산 유정에 인접하는 힐 부분과 상기 수평 레그의 반대쪽 단부에 위치하는 토우 부분을 갖고, 상기 토우 부분은 상기 힐 부분보다 상기 주입 유정에 가까운 단계;
c) 산화 가스를 상기 주입 유정을 통해 주입하여 현장 연소를 수행함으로써 연소 가스가 생산되어 연소 가스가 상기 수평 레그에 거의 직각인 전방부로서, 상기 수평 레그의 상기 토우 부분으로부터 상기 힐 부분을 향해, 전개되도록 하고, 유체는 상기 수평 레그 내로 배수되는 단계;
d) 증기, 물, 또는 비-산화 가스를 상기 생산 유정의 상기 수평 레그 부분에 주입하기 위해 상기 생산 유정의 안쪽에 배관을 제공하는 단계;
e) 증기, 물, 또는 비-산화 가스를 포함하는 매체들의 군으로부터 선택되는 매체를 상기 배관 내로 주입함으로써, 상기 매체가 상기 배관을 통해 상기 수평 레그 부분의 상기 토우 부분에 인접하게 이송되는 단계; 및
f) 상기 생산 유정의 상기 수평 레그 내의 탄화수소를 상기 생산 유정으로부터 회수하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 본 발명은 지하 유층으로부터 액체 탄화수소를 추출하는 공정을 포함하며, 상기 공정은:
a) 산화 가스를 상기 지하 유층의 상부로 주입하기 위한 적어도 하나의 주입 유정을 제공하는 단계;
b) 증기, 비-산화 가스, 또는 거의 증기 상태로 가열된 물을 지하 유층의 하부 내로 주입하기 위한 적어도 하나의 주입 유정을 제공하는 단계;
c) 거의 수평인 레그 및 그에 연결되는 거의 수직인 생산 유정을 갖는 적어도 하나의 생산 유정을 제공하되, 상기 거의 수직인 수평 레그는 상기 주입 유정을 향해 연장하고, 상기 수평 레그는 그의 연결부에서 상기 수직 생산 유정에 인접하는 힐 부분과 상기 수평 레그의 반대쪽 단부에 위치하는 토우 부분을 갖고, 상기 토우 부분은 상기 힐 부분보다 상기 주입 유정에 가까운 단계;
d) 산화 가스를 현장 연소를 위한 상기 주입 유정을 통해 주입함으로써, 연소 가스가 생산되도록 하되, 상기 연소 가스가 상기 수평 레그에 거의 직각인 전방부로서, 상기 수평 레그의 상기 토우 부분으로부터 상기 힐 부분을 향해, 전개되도록 하고, 유체는 상기 수평 레그 내로 배수되는 단계;
e) 매체를 상기 주입 유정 내로 주입하되, 상기 매체는 증기, 물, 또는 비-산화 기체를 포함하는 군으로부터 선택되는 단계; 및
f) 상기 생산 유정의 상기 수평 레그 내의 탄화수소를 상기 생산 유정으로부터 회수하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 본 발명은 매체를 지층까지 상기 주입 유정을 통해 주입하는 단계 및 매체를 상기 수평 레그 내의 배관을 통해 주입하는 단계의 조합을 포함한다. 따라서, 본 실시예는 지하 유층으로부터 액체 탄화수소를 추출하는 방법을 포함하며, 상기 방법은:
a) 산화 가스를 상기 지하 유층의 상부로 주입하기 위한 적어도 하나의 주입 유정을 제공하는 단계;
b) 증기, 비-산화 가스, 또는 거의 증기 상태로 가열된 물을 지하 유층의 하부 내로 주입하기 위한 적어도 하나의 주입 유정을 제공하는 단계;
c) 거의 수평인 레그 및 그에 연결되는 거의 수직인 생산 유정을 갖는 적어도 하나의 생산 유정을 제공하되, 상기 거의 수직인 수평 레그는 상기 주입 유정을 향해 연장하고, 상기 수평 레그는 그의 연결부에서 상기 수직 생산 유정에 인접하는 힐 부분과 상기 수평 레그의 반대쪽 단부에 위치하는 토우 부분을 갖고, 상기 토우 부분은 상기 힐 부분보다 상기 주입 유정에 가까운 단계;
d) 증기, 물, 또는 비-산화 가스를 상기 생산 유정의 상기 수평 레그 부분에 주입하기 위해 상기 생산 유정의 안쪽에 배관을 제공하는 단계;
e) 산화 가스를 현장 연소를 위한 상기 주입 유정을 통해 주입함으로써, 연소 가스가 생산되도록 하되, 상기 연소 가스가 상기 수평 레그에 거의 직각인 전방부로서, 상기 수평 레그의 상기 토우 부분으로부터 상기 힐 부분을 향해, 전개되도록 하고, 유체는 상기 수평 레그 내로 배수되는 단계;
f) 매체를 상기 주입 유정 내로 주입하되, 상기 매체는 증기, 물, 또는 비-산화 기체를 포함하는 군으로부터 선택되는 단계; 및
g) 상기 생산 유정의 상기 수평 레그 내의 탄화수소를 상기 생산 유정으로부터 회수하는 단계를 포함한다.
상기 매체가 증기인 경우, 이는 상기 유층 또는 지층 내로 주입되는바, 상기 주입 유정 또는 그 안의 배관을 경유하여 상기 생산 유정을 통해, 이 경우, 통상 7000KpA의 압력하에서 주입된다.
선택적으로, 상기 주입된 매체가 물인 경우, 이러한 방법은 물이 유층으로 공급될 때 증기 상태로 가열되도록 한다. 상기 물은, 그가 상기 주입 유정 및/또는 상기 생산 유정 내의 배관을 통해 지층에 도달하는 경우, 이러한 이동 중에 증기 상태로 가열되거나, 상기 주입 유정 및/또는 상기 생산 유정 내의 배관으로부터 나오는 즉시 및 상기 지층 내로 유입되는 즉시 증기 상태로 가열된다.
도 1은 이하의 부호로 설명되는 바와 같은 THAITM 현장 연소 공정의 개략도이다.
도면 부호 A는 중유 또는 아스팔트 유층의 상부 레벨을 나타내며, B는 이러한 유층/지층의 바닥 레벨을 나타낸다.
C는 수직 유정을 나타내며, D는 공기와 같은 산화 가스의 일반적인 주입 포인트를 보여준다.
E는 증기 또는 비-산화 가스의 지층으로의 주입을 위한 일반적 위치를 나타낸다. 이는 본 발명의 일부이다.
F는 부분적으로 구멍이 뚫린 수평 유정 케이싱을 나타낸다. 유체는 상기 케이싱 내로 들어가고, 상기 수평 유정(도시하지 않음)의 힐에 위치하는 다른 배관을 통해 천연 가스 리프트에 의해 상기 표면까지 직접 이송되는 것이 일반적이다.
G는 수평 레그 내측에 위치하는 배관을 나타낸다. 상기 배관의 개방 단부는 도시된 바와 같이 상기 케이싱의 단부에 인접하게 또는 다른 곳에 배치될 수 있다. 상기 배관은 상기 케이싱의 내측에 쉽게 재배치될 수 있는 "코일형 배관"일 수 있 다.
상기 요소 E 및 G는 본 발명의 일부이며, 증기 또는 비-산화 가스는 E 및/또는 G에서 주입될 수 있다. E는 분리 유정의 일부일 수도 있고, 상기 산화 가스를 주입하도록 사용되는 동일 유정의 일부일 수도 있다. 이들 주입 유정은 수직, 경사, 또는 수평 유정, 또는 다른 유정일 수 있으며, 각각은 몇 개의 수평 유정으로서 작용할 수도 있다.
예를 들면, 미국특허 제 5,626,191 호 및 6,412,557 호에 개시된 평행 수평 레그의 배열을 사용하면, 상기 증기, 물 또는 비-산화 가스는 상기 수평 레그들의 토우에 인접한 상기 수평 레그들 사이의 어느 위치에서든 주입될 수 있다.
도 2는 모델 유층의 개략도이다. 상기 개략도는 실측 비율은 아니다. '대칭 요소'만이 도시된다. 수평 레그 사이의 전체 간격은 50m 이지만, STARSTM 컴퓨터 소프트웨어에는 유층의 반만 규정될 필요가 있다. 이는 연산 시간을 절약할 수 있게 한다. 대칭 요소의 전체 치수는 다음과 같다. 길이 A-E는 250m, 폭 A-F는 25m, 높이 F-G는 20m이다.
상기 유정들의 위치는 다음과 같다.
산화 가스 주입 유정(J)은 모서리(A)로부터 제 1 격자 블록 50m 내인 B에 위치한다. A 및 F 사이의 제 1 격자 블록 내의 수평 유정(K)의 토우는 상기 주입기 유정(J)으로부터 상기 유층 길이를 따라 15m (B-C) 치우친다. 상기 수평 유정(K)의 힐은 D에 위치하며, 상기 유층(E)의 모서리로부터 50m 떨어진다. 상기 수평 유 정(K)의 수평 섹션의 거리(C-D)는 135m이며, 제 3 격자 블록 내의 유층(A-E)의 바닥으로부터 2.5m 위에 위치한다.
상기 주입기 유정(J)은 두(2) 개의 지점에서 구멍이 뚫린다. H 지점의 구멍은 산화 가스용 주입 포인트이며, I 지점의 구멍은 증기 또는 비-산화 가스용 주입 포인트이다. 상기 수평 레그(C-D)는 50% 천공되며, 상기 토우(도시하지 않음, 도 1 참조)에 인접하여 개방되는 배관을 포함한다.
THAITM의 동작은 미국특허 제 5,626,191 호 및 6,412,557 호에 개시되어 있다. 산화 가스, 통상적으로 공기, 산소 또는 산소-풍부 공기는 상기 유층의 상부 내로 주입된다. 기존에 아래쪽에 놓여있던 코크스는 산소를 소비하여 무산소 가스만이 코크스 영역의 오일 전방부와 접촉하도록 한다. 통상 600°C, 최대 1000°C의 연소 가스 온도는 코크스 연료의 고온 산화로부터 얻어진다. 모바일 오일 영역(MOZ)에 있어서, 이들 고온 가스 및 증기는 오일을 400°C 이상으로 가열하여, 상기 오일을 부분적으로 균열시키고, 일부 요소는 증발시키고, 오일 점도를 많이 감소시킨다. 아스팔트와 같이 오일 중 가장 무거운 요소는 암반 위에 남아 있고, 연소하는 전방부가 그 위치에 도달한 후에 코크스 연료를 구성할 것이다. 모바일 오일 영역에 있어서, 가스 및 오일은 상기 수평 유정 내로 하향 배출되어 중력 및 상기 유정의 저압 침하에 의해 당겨진다. 코크스 및 모바일 오일 영역은 상기 방향으로 수평 유정의 상기 토우에서 상기 힐까지 측방향으로 이동한다. 연소 전방 부 뒤의 섹션은 연소된 영역으로 불린다. 모바일 오일 영역의 전방부는 콜드 오일이다.
연소 전방부의 진행에 따라, 상기 유층의 연소된 영역에서 액체(오일 및 물)는 소모되고 산화 가스로 채워진다. 이러한 연소된 영역과 반대쪽인 상기 수평 유정의 영역은 상기 유정 안쪽에 존재하는 오일을 연소시킬 수도 있는 산소를 수용할 수도 있으며, 상기 강철 케이싱 및 특히 유체의 유입은 허용하고 모래는 배제토록 사용되는 모래 칸막이를 손상시킬 수도 있는 매우 높은 유정 온도를 생성한다. 모래 칸막이가 손상되면, 굳지 않은 유층 모래가 유정공 내로 유입되어 세척을 위해 유정을 폐쇄하여야 하며, 시멘트 플러그로 수선하여야 한다. 상기 유정공이 폭발 가능성이 큰 오일 및 산소를 포함하고 있기 때문에, 이러한 작업은 매우 어렵고 위험하다.
상기 수평 유정공 내로의 유체 주입 효과를 계량화하기 위해, 상기 공정에 대한 복수의 컴퓨터 수치 해석이 수행된다. 증기는 두 가지 방법에 의해 상기 수평 유정 내로 다양한 비율로 주입되는바, 상기 방법은 1. 상기 수평 유정 안쪽에 위치하는 배관을 통과하는 방법 및 2. 상기 수평 유정의 토우에 인접한 유정의 바닥에 가깝게 연장하는 분리 유정을 통과하는 방법을 포함한다. 이들 두 방법은 상기 유정공으로 들어가도록 산소의 편중을 감소시키며, 획기적인 예상 외의 장점을 제공한다. 즉, 오일 회수율을 증가시키고 상기 유정공 내의 코크스의 빌드업을 감소시킨다. 결국, 더욱 높은 산화 가스 주입률은 안전한 작업을 유지하는 동안 사용 가능할 것이다.
증기를 상기 유층에 추가하는 두 가지 방법은 상기 수평 유정공으로 들어가는 산소의 경향을 감소시킴으로써 THAITM공정의 안전성에 관한 장점을 제공한다는 것이 밝혀졌다. 또한 유층 내로의 산화 가스 주입률을 높게 할수록, 오일 회수율을 높일수 있다.
THAITM 공정의 광범위 시뮬레이션이 증기 또는 비-산화 가스를 주입함으로써 수평 유정공 내의 압력을 감소시키는 결과를 평가하도록 수행되었다. 소프트웨어는 캐나다 앨버타 캘거리 소재의 컴퓨터 모델링 그룹에 의해 제공되는 STARSTM 현장 연소 시뮬레이터이다.
표 4. 모델 변수 목록
시뮬레이터: STARSTM 2003.13, 컴퓨터 모델링 그룹(주)
모델 치수:
길이 250m, 100 격자 블록, eac
폭 25m, 20 격자 블록
높이 20m, 20 격자 블록
격자 블록 치수: 2.5m X 2.5m X 1.0m (LWH)
수평 생산 유정:
격자 블록 26, 1, 3 내지 80, 1, 3으로부터 연장하는 135m 수평 섹션을 구비하는 분리 벽
상기 토우는 상기 수직 공기 주입기로부터 15m 어긋난다.
수직 주입 유정:
산화 가스(공기) 주입 포인트: 20, 1, 1:4 (상부 4-격자 블록)
산화 가스 주입률: 65,000 m3/일, 85,000 m3/일, 또는 100,000 m3/일
증기 주입 포인트: 20, 1, 19:20 (하부 2-격자 블록)
암반/유체 변수:
구성요소: 물, 아스팔트, 업그레이드(upgrade), 메탄, CO2, CO/N2, 산소, 코크스
이종성분: 균질 모래
투과성: 6.7 D (h), 3.4 D (v)
다공성: 33%
포화: 아스팔트 80%, 물 20%, 가스 몰 비율 0.114
아스팔트 점성: 10°C에서 340,000 cP
아스팔트 평균 분자량: 550 AMU
업그레이드 점성: 10°C에서 664 cP
업그레이드 평균 분자량: 330 AMU
물리적 조건:
유층 온도: 20°C
고유 유층 압력: 2600kPa
바닥구멍 압력: 4000kPa
반응:
1. 1.0 아스팔트 ----> 0.42 업그레이드 + 1.3375 CH4 + 20 코크스
2. 1.0 아스팔트 + 16 O2^0.05 ----> 12.5 물 + 5.0 CH4 + 9.5 CO2 + 0.5 CO/N2 + 15 코크스
3. 1.0 코크스 + 1.225 O2 ----> 0.5 물 + 0.95 CO2 + 0.05 CO/N2
실시예들
[실시예 1]
표 1a는 수직 주입기(도 1의 E) 내로의 65,000m3/일의 공기 주입률(표준 온도 및 압력)에 대한 시뮬레이션 결과를 보여준다. 유정(J) 내의 포인트(I)에서의 유층의 바닥에 주입된 증기가 영인 경우는 본 발명의 일부가 아니다. 65,000m3/일의 공기 주입률의 경우, 상기 수평 유정공 내로의 산소 유입은 없으며, 증기 주입도 없으며, 최대 유정공 온도는 목표 425°C를 넘을 수 없다.
그러나, 이하의 데이터로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 유층(도 1의 E) 내의 낮은 포인트에서 5 및 10m3/일(물 등가)의 레벨에서 낮은 정도의 증기 주입은, 직관적인 예상과는 반대로, 높은 오일 회수 인자들에 있어서의 상당한 이득을 제공한다. 주입된 매체가 증기인 경우, 아래의 데이터는 이러한 증기의 물 등가의 체적을 제공하는바, 이는 상기 증기가 놓이는 지층에서의 압력에 따라 공급되는 증기의 체적을 결정하는 것이 어렵기 때문이다. 물론, 물이 상기 지층 내로 주입되고 지층으로의 이동 중에 거의 증기가 되면, 생성되는 증기의 양은 단순히 아래에 주어진 바와 같은 물 등가량이 되며, 이는 통상 공급되는 물의 체적의 대략 1000배(압력에 따라)가 될 것이다.
표 1a: 공기 주입률 65,000m 3 /일 - 유층 바닥에 주입되는 증기
증기 주입률m3/일 (물 등가) 최대 유정 온도 °C 유정공 내의 최대 코크스 % 유정공 내의 최대 산소 % 아스팔트 회수율 % OOIP 평균 오일 생산률 m3/일
*0 410 90 0 35.1 28.3
5 407 79 0 38.0 29.0
10 380 76 0 43.1 29.8
*본 발명의 부분이 아님.
[실시예 2]
표 1b는 상기 유층의 상부 내로 65,000m3/일(표준 온도 및 압력)로 공기를 주입함과 동시에 상기 토우에 인접한 내부 배관(G)을 통해 수평 유정 내로 증기를 주입한 결과이다. 최대 유정공 온도는 주입되는 증기의 양에 상대적으로 비례하여 감소되며, 오일 회수율은 증기가 영인 기본 경우에 대해 상대적으로 증가한다. 또한, 상기 유정공 내에 적층되는 코크스의 최대 체적 비율은 주입되는 증기의 양의 증가에 따라 감소한다. 이는, 상기 유정공 내의 압력 강하가 낮고, 유체가 상기 수평 유정의 토우에서의 증기 주입 없는 유정과 비교하여 동일한 압력 강하에 대해 보다 쉽게 유동할 것이므로 이점이 된다.
표 1b. 공기 주입률 65,000m 3 /일 - 유정 배관에 주입되는 증기
증기 주입률m3/일 (물 등가) 최대 유정 온도 °C 유정공 내의 최대 코크스 % 유정공 내의 최대 산소 % 아스팔트 회수율 % OOIP 평균 오일 생산률 m3/일
*0 410 90 0 35.1 28.6
5 366 80 0 43.4 30.0
10 360 45 0 43.4 29.8
*본 발명의 부분이 아님.
[실시예 3]
본 실시예에 있어서, 공기 주입률은 85,000m3/일(표준 온도 및 압력)까지 증가하였으며, 표 2a에 나타난 바와 같이 산소 급증을 초래하였다. 8.8%의 산소 농도는 증기 주입이 없는 바닥의 경우에 있어서의 유정공 내에 나타났다. 최대 유정공 온도는 1074°C까지 도달했으며, 코크스는 적층되어 유정공 투과율을 97%까지 증가시킨다. 수직 주입 유정(C, 도 1 참조)을 통한 상기 유층의 바닥에서의 12m3/일의 증기의 동시 주입에 따른 작동의 결과, 산소 급증이 없고, 코크스는 수용 가능한 범위 내로 발생하며, 양호한 오일 회수율을 보여주는 우수한 결과가 나타났다.
표 2a: 공기 주입률 85,000m 3 /일 - 유층 바닥에 주입되는 증기
증기 주입률m3/일 (물 등가) 최대 유정 온도 °C 유정공 내의 최대 코크스 % 유정공 내의 최대 산소 % 아스팔트 회수율 % OOIP 평균 오일 생산률 m3/일
*0 1074 97 8.8
5 518 80 0
12 414 43 0 36.1 33.4
*본 발명의 부분이 아님.
[실시예 4]
표 2b는 내부 배관(G, 도 1 참조)을 통한 상기 유정공 내로의 85,000m3/일의 공기(표준 온도 및 압력) 및 증기의 연속 공급에 따른 연소 성능을 보여준다. 10m3/일의 증기는 산소 급증을 방지하고 허용 가능한 최대 유정공 온도를 지키도록 하기 위해 필요하다.
표 2b: 공기 주입률 85,000m 3 /일 - 유정 배관에 주입되는 증기
증기 주입률m3/일 (물 등가) 최대 유정 온도 °C 유정공 내의 최대 코크스 % 유정공 내의 최대 산소 % 아스팔트 회수율 % OOIP 평균 오일 생산률 m3/일
*0 1074 100 8.8
5 500 96 1.8
10 407 45 0 37.3 33.2
*본 발명의 부분이 아님.
[실시예 5]
높은 공기 주입률의 효과를 더 시험하기 위해, 몇 가지 작업이 100,000m3/일이 공기 주입과 함께 수행되었다. 표 3a의 결과에 따르면, 상기 유층(즉, 수직 유정(C, 도 1 참조) 내의 B-E 위치)의 바닥에서의 연속 증기 주입과 함께, 20m3/일(물 등가)의 증기가 상기 수평 레그 내로의 산소 급증을 막도록 요구되는바, 이는 85,000m3/일의 공기 주입률에서의 단지 10m3/일 증기(물 등가)와 대비된다.
표 3a: 공기 주입률 100,000m 3 /일 - 유층 바닥에 주입되는 증기
증기 주입률m3/일 (물 등가) 최대 유정 온도 °C 유정공 내의 최대 코크스 % 유정공 내의 최대 산소 % 아스팔트 회수율 % OOIP 평균 오일 생산률 m3/일
*0 1398 100 10.4
5 1151 100 7.2
10 1071 100 6.0
20 425 78 0 34.5 35.6
*본 발명의 부분이 아님.
[실시예 6]
표 3b는 상기 유층 내로 100,000m3/일의 공기를 주입하는 동안 상기 유정 배관(G, 도 1 참조) 내로 증기를 주입한 결과를 보여준다. 상기 유정 바닥에서의 증기 주입과 마찬가지로, 20m3/일의 증기(물 등가) 주입률은 상기 수평 레그 내로의 산소 유입을 방지하도록 요구된다.
표 3b: 공기 주입률 100,000m 3 /일 - 유정 배관에 주입되는 증기
증기 주입률m3/일 (물 등가) 최대 유정 온도 °C 유정공 내의 최대 코크스 % 유정공 내의 최대 산소 % 아스팔트 회수율 % OOIP 평균 오일 생산률 m3/일
*0 1398 100 10.4
5 997 100 6.0
10 745 100 3.8
20 425 38 0 33.9 35.6
*본 발명의 부분이 아님.
고정된 양의 증기 주입의 경우, 일 평균 오일 회수율은 공기 주입률과 함께 증가하였다. 이는 청소 유체의 체적이 증가하기 때문에 예상 밖의 결과는 아니다. 그러나, 공기 주입률이 증가함에 따라 전체 오일 회수율이 감소한다는 것은 놀랄만한 결과이다. 이는 공기 주입 기간의 수명(연소 전방부가 상기 수평 유정의 힐에 도달하는 시간) 동안 일어나는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 설명되었으나, 본 발명이 이들 특정 실시예들에 의해 제한되지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진자라면, 많은 변형예 및 수정예가 실시 가능하다는 것을 알 수 있다. 본 발명의 정의에 따라, 첨부한 청구범위가 참고로서 사용될 수 있다.

Claims (13)

  1. a) 산화 가스를 상기 지하 유층으로 주입하기 위한 적어도 하나의 주입 유정을 제공하는 단계;
    b) 거의 수평인 레그 및 그에 연결되는 거의 수직인 생산 유정을 갖는 적어도 하나의 생산 유정을 제공하되, 상기 거의 수직인 수평 레그는 상기 주입 유정을 향해 연장하고, 상기 수평 레그는 그의 연결부에서 상기 수직 생산 유정에 인접하는 힐 부분과 상기 수평 레그의 반대쪽 단부에 위치하는 토우 부분을 갖고, 상기 토우 부분은 상기 힐 부분보다 상기 주입 유정에 가까운 단계;
    c) 산화 가스를 상기 주입 유정을 통해 주입하여 현장 연소를 수행함으로써 연소 가스가 생산되어 연소 가스가 수평 레그에 거의 직각인 전방부로서, 상기 수평 레그의 상기 토우 부분으로부터 상기 힐 부분을 향해, 전개되도록 하고, 유체는 상기 수평 레그 내로 배수되는 단계;
    d) 증기, 물, 또는 비-산화 가스를 상기 생산 유정의 상기 수평 레그 부분에 주입하기 위해 상기 생산 유정의 안쪽에 배관을 제공하는 단계;
    e) 증기, 물, 또는 비-산화 가스를 포함하는 매체들의 군으로부터 선택되는 매체를 상기 배관 내로 주입함으로써, 상기 매체가 상기 배관을 통해 상기 수평 레그 부분의 상기 토우 부분에 인접하게 이송되는 단계; 및
    f) 상기 생산 유정의 상기 수평 레그 내의 탄화수소를 상기 생산 유정으로부터 회수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 유층으로부터 액체 탄화수 소를 추출하는 공정.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 매체는 물이며, 상기 물은 상기 유층으로의 공급시 가열되어 증기가 되는 것을 특징으로 하는 공정.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 주입 유정은 수직, 경사 또는 수평 유정인 것을 특징으로 하는 공정.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 증기, 물 또는 비-산화 가스를 이송하도록 상기 생산 유정 내에 배관을 제공하는 단계를 더 포함하되, 상기 주입 유정 내의 상기 배관은 수평 레그를 갖는 것을 특징으로 하는 공정.
  5. 제 1 항에 있어서, 비-산화 가스는 단독으로 상기 배관 내로 주입되거나, 증기 또는 물과 혼합되어 주입되는 것을 특징으로 하는 공정.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 배관의 개방 단부는 상기 수평 섹션의 토우에 인접하여 증기 또는 가열된 비-산화 가스가 상기 토우까지 이송되도록 하는 것을 특징으로하는 공정.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 배관은 부분적으로 뒤로 당겨지거나 재-위치되어 상 기 증기, 물 또는 비-산화 가스의 주입 포인트를 상기 수평 레그를 따라 변경하는 것을 특징으로 하는 공정.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 증기, 물 또는 비-산화 가스 또는 가스들은 연속적으로 또는 주기적으로 주입되는 것을 특징으로 하는 공정.
  9. a) 산화 가스를 상기 지하 유층의 상부로 주입하기 위한 적어도 하나의 주입 유정을 제공하는 단계;
    b) 증기, 비-산화 가스, 또는 거의 증기 상태로 가열된 물을 지하 유층의 하부 내로 주입하기 위한 적어도 하나의 주입 유정을 제공하는 단계;
    c) 거의 수평인 레그 및 그에 연결되는 거의 수직인 생산 유정을 갖는 적어도 하나의 생산 유정을 제공하되, 상기 거의 수직인 수평 레그는 상기 주입 유정을 향해 연장하고, 상기 수평 레그는 그의 연결부에서 상기 수직 생산 유정에 인접하는 힐 부분과 상기 수평 레그의 반대쪽 단부에 위치하는 토우 부분을 갖고, 상기 토우 부분은 상기 힐 부분보다 상기 주입 유정에 가까운 단계;
    d) 산화 가스를 현장 연소를 위한 상기 주입 유정을 통해 주입함으로써, 연소 가스가 생산되도록 하되, 상기 연소 가스가 상기 수평 레그에 거의 직각인 전방부로서, 상기 수평 레그의 상기 토우 부분으로부터 상기 힐 부분을 향해, 전개되도록 하고, 유체는 상기 수평 레그 내로 배수되는 단계;
    e) 매체를 상기 주입 유정 내로 주입하되, 상기 매체는 증기, 물, 또는 비- 산화 기체를 포함하는 군으로부터 선택되는 단계; 및
    f) 상기 생산 유정의 상기 수평 레그 내의 탄화수소를 상기 생산 유정으로부터 회수하는 단계를 포함하는 지하 유층으로부터 액체 탄화수소를 추출하는 공정.
  10. 제 10 항에 있어서, 상기 매체는 물이며, 상기 물은 추후 가열되어 증기가 되고, 상기 증기는 상기 주입 유정의 말단부를 통해 지층의 하부에 제공되는 것을 특징으로 하는 공정.
  11. a) 산화 가스를 상기 지하 유층의 상부로 주입하기 위한 적어도 하나의 주입 유정을 제공하는 단계;
    b) 증기, 비-산화 가스, 또는 거의 증기 상태로 가열된 물을 지하 유층의 하부 내로 주입하기 위한 적어도 하나의 주입 유정을 제공하는 단계;
    c) 거의 수평인 레그 및 그에 연결되는 거의 수직인 생산 유정을 갖는 적어도 하나의 생산 유정을 제공하되, 상기 거의 수직인 수평 레그는 상기 주입 유정을 향해 연장하고, 상기 수평 레그는 그의 연결부에서 상기 수직 생산 유정에 인접하는 힐 부분과 상기 수평 레그의 반대쪽 단부에 위치하는 토우 부분을 갖고, 상기 토우 부분은 상기 힐 부분보다 상기 주입 유정에 가까운 단계;
    d) 증기, 물, 또는 비-산화 가스를 상기 생산 유정의 상기 수평 레그 부분에 주입하기 위해 상기 생산 유정의 안쪽에 배관을 제공하는 단계;
    e) 산화 가스를 현장 연소를 위한 상기 주입 유정을 통해 주입함으로써, 연 소 가스가 생산되도록 하되, 상기 연소 가스가 상기 수평 레그에 거의 직각인 전방부로서, 상기 수평 레그의 상기 토우 부분으로부터 상기 힐 부분을 향해, 전개되도록 하고, 유체는 상기 수평 레그 내로 배수되는 단계;
    f) 매체를 상기 주입 유정 내로 주입하되, 상기 매체는 증기, 물, 또는 비-산화 기체를 포함하는 군으로부터 선택되는 단계; 및
    g) 상기 생산 유정의 상기 수평 레그 내의 탄화수소를 상기 생산 유정으로부터 회수하는 단계를 포함하는 지하 유층으로부터 액체 탄화수소를 추출하는 방법.
  12. 제 12 항에 있어서, 상기 매체는 물이며, 상기 물은 상기 유층으로 공급될 때 가열되어 증기가 되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 주입 유정은 수직, 경사 또는 수평 유정인 것을 특징으로 하는 방법.
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