TW201741544A - 互溶溶劑提高石油採收率 - Google Patents

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Abstract

一種用於提高或改善石油採收率之方法包含通過注入井來注入具有未分餾烴混合物之互溶注入流體至含烴地層。同時地及/或接續地注入移動控制流體至含烴地層。含烴地層中之殘餘烴被互溶注入流體及/或移動控制流體移動及置換至採收井，藉以使殘餘烴被採收至表面。

Description

互溶溶劑提高石油採收率
本發明之實施例係關於一種使用互溶溶劑來提高或改善石油採收率之系統及方法。
估計世界各地的原油產量可達1.5兆桶。運用此數字，可由於常規回收方法(初級和次級)一般提取儲層中現地石油埋藏量之三分之一，來估算出在常規回收之後作為殘餘油飽和度剩下的油將大約有1.0兆桶。一般而言分類在一起作為三級生產方案(tertiary production schemes)之數種提高石油採收(EOR)技術係針對此資源而來。在過去，產業曾利用化學、熱以及互溶技術。這些提高石油採收(EOR)技術通常涉及注入溶於水的化學化合物、注入蒸汽(steam)、或注入與地層油互溶的氣體。
所使用之提高石油採收(EOR)技術亦基於像是深度、溫度及地層中所剩的油量之其他考量來作選擇。許多提高石油採收(EOR)計畫之設計階段皆耗費於尋找相對於特定技術之實施成本將最大化石油採收率之過程及注入方案的組合。今日使用之大多數注入材料具有與儲層中的烴顯著不同的性質。這種性質的差異可能會降低提取效率。
因此，新穎且改善之提高或改善石油採收的技術是有需要的。
在一實施例中，用於提高或改善石油採收之方法包含透過注入井(injection well)注入互溶注入流體進入含烴儲層以置換烴，其中互溶注入流體包含可與含烴儲層中的烴互溶的未分餾烴混合物(unfractionated hydrocarbon mixture)；注入互溶注入流體後，透過注入井注入移動控制流體至含烴地層(hydrocarbon bearing formation)；以及通過採收井採收所置換的烴。
100‧‧‧石油採收系統
110‧‧‧表面
120、140、150、170‧‧‧管線
130‧‧‧注入泵
145、180‧‧‧儲槽
160‧‧‧分離器
190‧‧‧管道
200‧‧‧注入井
210‧‧‧採收井
220‧‧‧第一地下地層
230‧‧‧第二地下地層
240‧‧‧第三地下地層
250‧‧‧含烴儲層
260‧‧‧互溶注入流體
270‧‧‧移動控制流體
400、500‧‧‧井陣列
410、510‧‧‧第一井組
420、520‧‧‧第二井組
900‧‧‧流體採收系統
910‧‧‧第一含烴儲層
920‧‧‧第一井口
930‧‧‧現場分離器
940‧‧‧天然氣處理設施
950‧‧‧第二井口
970‧‧‧第二含烴儲層
圖1係為根據一實施例之含烴儲層之剖面圖。
圖2係為根據一實施例之含烴儲層之剖面圖。
圖3係為根據一實施例之含烴儲層之平面圖。
圖4係為根據一實施例之含烴儲層之平面圖。
圖5係為根據一實施例之流體採收系統(fluid recovery system)之平面圖。
本發明之實施例包含用於提高或改善來自含烴儲層之剩餘烴之石油採收率的互溶注入流體。互溶注入流體包含天然存在的局部可用 組分以作為具成本效益之方法。互溶注入流體協助降低及/或消除剩餘烴之界面張力，以提高或改善石油採收率。
在一實施例中，互溶注入流體可包含未分餾烴混合物(unfractionated hydrocarbon mixture)，像是Y級天然氣液體(Y-Grade natural gas liquids)(在此稱之為Y級NGL)。Y級NGL類似於儲層油之粘度，因此在與通常顯著低於儲層油之粘度的烴類氣體相比具有較佳之排掃效率(sweep efficiencies)。若Y級NGL以少量注入儲層(亦稱之為段塞(slugs))，交替以水涌流(slugs of water)作為降低注入流體之移動性之手段，則排掃效率可進一步改善。Y級NGL是低成本互溶溶劑，其為用於提高或改善烴採收率之互溶溶劑的優秀候選。
Y級NGL是包含乙烷、丙烷、丁烷、異丁烷及戊烷以上的烴(pentane plus)之未分餾烴混合物。戊烷以上的烴包含戊烷、異戊烷及/或較重的烴，例如含有C5至C8+之至少之一的烴化合物。戊烷以上的烴可例如包含天然汽油(gasoline)。
一般而言，Y級NGL是從頁岩井(shale wells)採收並傳輸至集中設施(centralized facility)之去甲烷化烴流中的副產物。Y級NGL可局部地源自分流設施(splitter facility)、氣體廠(gas plant)及/或煉油廠(refinery)，並通過卡車或管道運輸到使用點。在其未分餾或天然狀態(在特定壓力及溫度下，例如落於250-600psig之範圍內及在井口或環境溫度下)，Y級NGL沒有專用的市場或已知用途。Y級NGL在展現其實際價值前必須先進行處理。
Y級NGL組合物可在各種條件下定制為液體來處理。由於Y 級NGL之乙烷含量會影響蒸氣壓，故可根據需要來調整乙烷含量。根據一個示例，Y級NGL可被處理以具有低乙烷含量，像是乙烷含量在3-12百分比的範圍內，以使Y級NGL以液體形式於低壓儲存導管(vessels)中傳輸。根據另一示例，Y級NGL可被處理以具有高乙烷含量，像是乙烷含量在38-60百分比的範圍內，以使Y級NGL以液體形式於高壓管道(pipelines)中傳輸。
Y級NGL與液化石油氣(「LPG」)不同。一個區別是LPG是主要由丙烷組成的分餾產物或由丙烷和丁烷組成的分餾產物的混合物。另一個區別是LPG是分餾的烴混合物，而Y-級NGL是未分餾的烴混合物。另一個區別是LPG是透過分餾系統(fractionation train)在分餾設施中獲得的，而Y級NGL可以從分流設施、氣體廠及/或煉油廠獲得。另一個不同之處在於，LPG是具有完全相同組成的純產物，而Y級NGL可具有可變組成。
在其未分餾狀態下，Y級NGL不是NGL純度產物，且不是藉由組合一種或多種NGL純度產物所形成的混合物。NGL純度產物係定義為具有至少90%的一種類型的碳分子之NGL流。五種認知的NGL純度產物是乙烷(C2)、丙烷(C3)、正丁烷(NC4)、異丁烷(IC4)及天然汽油(C5+)。未分餾的烴混合物必須送到分餾設施，在其中進行低溫冷卻並通過由一系列蒸餾塔，稱之為去乙烷塔、去丙烷塔及去丁烷塔，所組成的分餾系統，以自未分餾烴混合物分餾出NGL純度產物。每個蒸餾塔產生NGL純度產物。液化石油氣是僅包含丙烷的NGL純度產物或兩種或更多種NGL純度產物如丙烷和丁烷的混合物。因此，液化石油氣是分餾烴或分餾烴混合物。
在一個實施例中，Y-級NGL包括30-80%，例如40-60%，例如43%的乙烷；15-45%，例如20-35%，例如27%的丙烷；5-10%，例如7% 的正丁烷；5-40%，例如10-25%，例如10%的異丁烷；以及5-25%，例如10-20%，例如13%的戊烷以上的烴。甲烷通常小於1%，如液體體積小於0.5%。
在一個實施例中，Y級NGL包括脫水、脫硫井口氣體冷凝組分(wellhead gas condensed components)，其在100度華氏(℉)下具有不超過約600psig的蒸氣壓，其中芳烴(aromatics)低於約1重量百分比，且烯烴(olefins)低於約1%的液體體積。用於本文所述之方法和系統的材料及流一般包括熔點低於約0度華氏(℉)的烴。
在一個實施例中，Y級NGL可與增粘劑(viscosity increasing agent)、非離子表面活性劑(nonionic surfactant)及/或交聯劑(crosslinking agent℉)混合。Y級NGL可與非離子表面活性劑混合以產生泡沫。增粘劑、非離子表面活性劑及/或交聯劑可與增溶流體(solubilizing fluid)混合，以便於接續與Y級NGL混合。增溶流體可包含分餾或精製的烴，例如C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9及其混合物。增溶流體可包含C3+烴，包含丙烷、丁烷、戊烷、石腦油(naphtha)、甲苯(toluene)、柴油(diesel)、天然汽油(natural gasoline)及其任何組合。
在一個實施例中，互溶注入流體可以包含具天然氣液體、縮合物(condensate)(包括芳烴)以及痕量的水、二氧化碳及/或硫化氫的未分餾烴混合物(統稱為L級)。混合物中之天然氣液體包含乙烷、丙烷、丁烷、異丁烷及戊烷以上的烴。戊烷以上的烴包含戊烷、異戊烷及/或較重的烴，例如含C5至C35的烴化合物。戊烷以上的烴可以包括例如天然汽油。
圖1係為根據一實施例設置於含烴儲層250上方之表面110上 提高或改善石油採收系統100之示意圖。含烴儲層250位於多個地層下方。具體而言，第一地下地層(subsurface formation)220設置在第二地下地層230的上方，該第二地下地層230位於第三地下地層240的上方。第一地下地層、第二地下地層及第三地下地層位於含烴儲層250的上方。
注入井200及採收井210鑽通並穿過第一、第二及第三地下地層220-240並使末端止於含烴儲層250中。注入設施位於表面110上，並且包括一個或多個儲槽(storage tanks)145，其中儲槽145透過管線140連接於一或多個注入泵(injection pumps)130以透過管線120來注入流體至注入井200。採收設施位於表面110上，且包含一個或多個分離器160透過管線150自採收井210接收所採收之流體。分離器160從採收之流體分離液體及氣體。分離之液體透過管線170儲存於一個或多個儲槽180中，且分離之氣體透過管道190被輸送出去。
在一個實施例中，提高或改善石油採收的方法包括將互溶注入流體260與移動控制流體270交替注入到含烴儲層250中。方法包含在互溶注入流體260與含烴儲層250中的液體烴保持混溶的壓力下通過注入井200注入加壓的限定體積的互溶注入流體260(像是從儲槽145提供的Y級NGL)進入含烴儲層250中。方法進一步包含在注入互溶注入流體260後，通過注入井200注入加壓的限定體積的移動控制流體270(像是從儲槽145提供的水、二氧化碳、及/或氮氣)進入含烴儲層250中。
在一個實施例中，互溶注入流體260可與移動控制流體270(像是水、二氧化碳、及/或氮氣)混合，且同時注入至含烴儲層250，接續再注入僅移動控制流體270(例如水、二氧化碳及/或氮氣)。該方法可以包 括交替注入加壓的，限定體積的互溶注入流體260與移動控制流體270(例如水、二氧化碳及/或氮氣)之混合物、以及僅注入加壓的，限定體積的相同或不同的移動控制流體270(例如水、二氧化碳及/或氮氣)。
在一個實施例中，在含烴儲層250中，與移動控制流體270混合之互溶注入流體260之注入可與相同或不同之僅互溶注入流體260之注入進行交替，以抑制或防止互溶注入流體260從注入井200突入至採收井210。
互溶注入流體260和移動控制流體270的交替及/或混合體積移動並置換含烴儲層250中的殘餘油到採收井210。移動的油、互溶注入流體260、移動控制流體270、及/或其他儲層流體(統稱為「採收流體」)係通過採收井210採收至表面110，並透過管線150導向至分離器160，透過管線170導向至儲槽180，並導向至管道190。在分離器160中分離之氣體送到管道190，而分離之液體(像是液體烴和水)被儲存在儲槽180中。
移動控制流體270可用於抑制含烴儲層250中之互溶注入流體260之移動性，以避免互溶注入流體260從注入井200快速突入至採收井210。減緩互溶注入流體260抵至採收井210之時間，增加互溶注入流體260在含烴儲層250中移動且置換殘餘油之時間，以提升採收效率。
圖2係為根據一實施例設置於含烴儲層250上方之表面110上提高或改善石油採收系統100之示意圖。含烴儲層250位於多個地層下方。具體而言，第一地下地層220設置在第二地下地層230的上方，該第二地下地層230位於第三地下地層240的上方。第一地下地層、第二地下地層及第三地下地層位於含烴儲層250的上方。
注入設施位於表面110上，並且包括一個或多個儲槽145，其中儲槽145透過管線140連接於一或多個注入泵130以透過管線120來注入流體至注入井200。採收設施位於表面110上，且包含一個或多個分離器160透過管線150自採收井210接收所採收之流體。分離器160從採收之流體分離液體及氣體。分離之液體透過管線170儲存於一個或多個儲槽180中，且分離之氣體透過管道190被輸送出去。
在一個實施例中，提高或改善石油採收的方法包括將互溶注入流體260注入到含烴儲層250中，接續再注入移動控制流體270至含烴儲層250中。在互溶注入流體260與含烴儲層250中的液體烴保持混溶的壓力下將加壓的體積的互溶注入流體260(像是從儲槽145提供的Y級NGL)抽入注入井200而注入至含烴儲層250中。在注入互溶注入流體260後，加壓的體積的移動控制流體270(像是從儲槽145提供的水、二氧化碳、及/或氮氣)被抽下注入井200而注入至含烴儲層250中。
在一個實施例中，互溶注入流體260可以與移動控制流體270(例如水、二氧化碳及/或氮氣)混合，並同時注入至含烴儲層250中，接續再僅注入移動控制流體270(例如水、二氧化碳及/或氮氣)。方法可以包括將加壓的限定體積的互溶注入流體260與移動控制流體270(例如水、二氧化碳及/或氮氣)之混合物注入於含烴儲層250中，且接著僅將加壓的限定體積的相同或不同的移動控制流體270(例如水、二氧化碳及/或氮氣)注入。
在一個實施例中，於含烴儲層250中，與移動控制流體270混合之互溶注入流體260之注入可接續以相同或不同之僅互溶注入流體260之注入，以抑制或防止互溶注入流體260從注入井200突入至採收井210。
移動控制流體270可用於抑制含烴儲層250中之互溶注入流體260之移動性，以避免互溶注入流體260從注入井200快速突入至採收井210。減緩互溶注入流體260抵至採收井210之時間，增加互溶注入流體260在含烴儲層250中移動且置換殘餘烴之時間，以提升採收效率。
互溶注入流體260最初將含烴儲層250中的殘餘烴移動且置換至採收井210。移動控制流體270同時及/或接續地移動且置換含烴儲層250中的殘餘烴以及互溶注入流體260至採收井210。移動的油、互溶注入流體260、移動控制流體270、及/或其他儲層流體(統稱為「採收流體」)係通過採收井210採收至表面110，並透過管線150導向至分離器160，透過管線170導向至儲槽180，並導向至管道190。在分離器160中分離之氣體送到管道190，而分離之液體(像是液體烴和水)被儲存在儲槽180中。
圖3係為可用以實施本文所揭示之提高或改善石油採收之方法的井陣列400的平面圖。井陣列400包含與第二井組420(標示不具內部圖樣化)偏置之第一井組410(標示具內部圖樣化)。第一井組410可用於作為圖1及圖2所示之注入井200，而第二井組420可用於作為圖1及圖2所示之採收井210。此外，第二井組420可用於注入，而第一井組410可用於自含烴儲層250採收。第一井組410及/或第二井組420可具有約2個井至約500個井。第一井組410可與第二井組420具有相同的井數、更多的井數或更少的井數。
圖4係為可用以實施本文所揭示之提高或改善石油採收之方法的井陣列500的平面圖。井陣列500包含與第二井組520(標示不具內部圖樣化)偏置且設置於其之間的第一井組510(標示具內部圖樣化)。第一井組510可用於作為圖1及圖2所示之注入井200，而第二井組520可用於作為圖 1及圖2所示之採收井210。此外，第二井組520可用於注入，而第一井組510可用於自含烴儲層250採收。第二井組520可具有約2個井至約500個井。
互溶注入流體260注入含烴儲層250中的時間時段可以等於，大於或小於移動控制流體270注入到含烴儲層250中的時間時段。注入含烴儲層250中的互溶注入流體260的總體積(或限定體積)可以等於、大於或小於注入到含烴儲層250中的移動控制流體270的總體積(或限定體積)。移動控制流體270可以是液體或氣體。移動控制流體可以包括水、二氧化碳、氮氣或其任何組合。
在一個實施例中，注入井200可以是垂直井或水平井。在一個實施例中，採收井210可以是垂直井或水平井。在一個實施例中，第一井組410及/或第二井組420、520可以是皆為垂直井、皆為水平井、或垂直井及水平井的組合。
在一個實施例中，在注入互溶注入流體260及/或移動控制流體270之前，在含烴儲層250中的烴粘度可約為5厘泊(centipoise)至約100,000厘泊。在一個實施例中，在注入互溶注入流體260及/或移動控制流體270之前，含烴儲層250中的滲透性(permeability)可約為0.0001達西(Darcies)至約10達西。在一個實施例中，互溶注入流體260及/或移動控制流體270的注入壓力可以為約0psi(或流體的落差壓力(head pressure))至約10,000psi。
在一個實施例中，互溶注入流體260可包含Y級NGL、二氧化碳、氮氣或其任何組合。在一個實施例中，可以將二氧化碳及/或氮氣注入管線120或管線140中，且與自儲槽145提供之互溶注入流體260(例如Y級 NGL)混合，以用於注入至含烴儲層250。在一個實施例中，二氧化碳及/或氮氣可與儲槽145中的互溶注入流體260(例如Y級NGL)預混合，以用於注入至含烴儲層250。
在一個實施例中，互溶注入流體260及/或移動控制流體270可與採收流體通過採收井210被回收至表面時同時(如同步)通過注入井200注入至含烴儲層250，而在含烴儲層250中維持其中互溶注入流體260與含烴儲層250中之液體烴保持互溶之壓力及/或溫度。在一個實施例中，其中在含烴儲層250中互溶注入流體260與含烴儲層250中之液體烴保持互溶之壓力及/或溫度係高於互溶注入流體260之露點(dew point)。
在一個實施例中，互溶注入流體260可與增粘劑、非離子表面活性劑及/或交聯劑混合。增粘劑可包含磷酸酯(phosphate esters)、氨基甲酸胺(amine carbamates)、鋁皂(aluminum soaps)、椰子胺(cocoamine)(C12-C14)、癸二醯氯(sebacoyl chloride)、油胺(C18)(oley(C18)amine)、甲苯-2,4-二異氰酸酯(toulen-2,4-diisocyanate)、甲苯-2,6-二異氰酸酯(tolune-2,6-diisolcyanate)以及其任何組合。非離子表面活性劑可與互溶注入流體混合以產生泡沫。交聯劑可以包括有機金屬複合交聯劑。交聯劑可以包含硼。
在一個實施例中，可以將增溶流體與增粘劑、非離子表面活性劑及/或交聯劑混合來溶解增粘劑、非離子表面活性劑及/或交聯劑，以用於接續混合互溶注入流體260。增溶流體可包含分餾或精製的烴，例如，C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9及其任何組合。增溶流體可以包含C3+烴，例如丙烷、丁烷、戊烷、石腦油、甲苯、柴油、天然汽油及其任何組合。
在一個實施例中，含烴儲層250可以是預先處理的儲層。在一個實施例中，含烴儲層250可以是預先裂縫(fractured)的儲層。在一個實施例中，含烴儲層250可以是具有高度構造起伏(structural relief)(例如陡傾(steeply dipping)結構或地層)之裂縫碳酸鹽儲層。
圖5示出了用於獲得可與任何提高或改善石油採收系統100一起使用的Y級NGL的流體採收系統900的一個實施例。如圖5所示，烴流由第一含烴儲層910透過第一井口920被採收至表面，其中所採收的烴流藉由現場分離器930在現場被快速分離(is flash separated)成濕氣流(亦稱之為天然氣流)及液體流。天然氣流透過管道例如被輸送到區域性天然氣處理設施940，並於其中進一步進行處理，而液體流被輸送到例如田野儲存器(field storage)，於其中銷售至市場。
天然氣流進入天然氣處理設施940，於其中進行脫水及去除CO2、H2S、及N2。脫水和淨化的天然氣流接著進行膨脹及冷卻以冷凝天然氣液體。這些天然氣液體(「NGL」)是未分餾的烴混合物，被稱為Y級NGL、原料混合物或未分餾的NGL。剩餘的氣流被例如輸送到管道，於其中銷售至市場。
未分餾的烴混合物是在天然氣處理設施940處從天然氣流中冷凝的液體混合物。冷凝過程是膨脹和冷卻天然氣流以冷凝未分餾烴混合物的結果，過程也稱為去甲烷化天然氣流。因此，未分餾的烴混合物是去甲烷化烴流的天然副產物。
接著將未分餾的烴混合物透過管道例如運送到目標儲層，以用作為任何提高或改善石油採收系統100的互溶注入流體260。互溶注入流 體260可以使用上述方法及系統透過第二井口950注入到第二含烴儲層970(像是圖1及圖2所示之透過注入井200至含烴儲層250)。
雖然前述內容係針對特定實施例，但是在不脫離本公開的基本範疇的情況下，可以設計其他以及進一步的實施例。
100‧‧‧石油採收系統
110‧‧‧表面
120、140、150、170‧‧‧管線
130‧‧‧注入泵
145、180‧‧‧儲槽
160‧‧‧分離器
190‧‧‧管道
200‧‧‧注入井
210‧‧‧採收井
220‧‧‧第一地下地層
230‧‧‧第二地下地層
240‧‧‧第三地下地層
250‧‧‧含烴儲層
260‧‧‧互溶注入流體
270‧‧‧移動控制流體

Claims (15)

  1. 一種用於提高或改善石油採收率之方法，其包含：通過一注入井來注入一互溶注入流體至一含烴儲層以置換烴，其中該互溶注入流體包含在該含烴儲層中與烴互溶之一未分餾烴混合物；通過該注入井來注入一移動控制流體至該含烴儲層，以抑制該互溶注入流體從該注入井至一採收井之移動性；以及通過該採收井採收被置換之該些烴。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該注入井包含一垂直注入井陣列，且其中該採收井包含與該垂直注入井陣列偏置之一垂直採收井陣列。
  3. 如請求項1所述之方法，進一步包含同時地注入該互溶注入流體與該移動控制流體至該含烴儲層。
  4. 如請求項1所述之方法，進一步包含交替地注入該互溶注入流體與注入該移動控制流體至該含烴儲層。
  5. 如請求項1所述之方法，進一步包含同時地注入該互溶注入流體與該移動控制流體至該含烴儲層，且接著注入相同或不同之移動控制流體至該含烴儲層。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該移動控制流體包含二氧化碳、氮氣及水之至少之一。
  7. 如請求項6所述之方法，進一步包含同時地注入該互溶注入流體與該移動控制流體至該含烴儲層。
  8. 如請求項6所述之方法，進一步包含交替地注入該互溶注入流體與注入該移動控制流體至該含烴儲層。
  9. 如請求項6所述之方法，進一步包含注入該互溶注入流體與該移動控制流體至該含烴儲層，且接著注入相同或不同之移動控制流體至該含烴儲 層。
  10. 如請求項1所述之方法，其中該含烴儲層中之烴粘度係介於5厘泊至100,000厘泊。
  11. 如請求項1所述之方法，其中該互溶注入流體之注入壓力係介於0psi至10,000psi。
  12. 如請求項1所述之方法，其中該移動控制流體之注入壓力係介於0psi至10,000psi。
  13. 如請求項1所述之方法，其中該含烴儲層中的滲透性係介於0.0001達西至10達西。
  14. 如請求項1所述之方法，進一步包含混合一增粘劑、一非離子表面活性劑及一交聯劑之至少之一與該互溶注入流體以用於注入該含烴儲層。
  15. 如請求項1所述之方法，進一步包含混合一非離子表面活性劑與該互溶注入流體以產生泡沫來注入至該含烴儲層。
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