用于快速并均勻的sagd啟動(dòng)增強(qiáng)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種方法，其用于建立連接兩個(gè)SAGD井的橫向連續(xù)的，垂直導(dǎo)向的擴(kuò)張區(qū)域。所述方法包括下列步驟：在巖層中鉆出并完成所述SAGD井；調(diào)節(jié)所述井以創(chuàng)建接有利于形成擴(kuò)張區(qū)域的應(yīng)力條件；在大于巖層的原位最小應(yīng)力的壓力下向所述兩個(gè)井的一個(gè)或者兩個(gè)中注入刺激物以開(kāi)始連接所述SAGD井的擴(kuò)張區(qū)域，并在所述兩個(gè)井的第一井連續(xù)注入刺激物同時(shí)在所述兩個(gè)井中的第二井維持目標(biāo)壓力，以使擴(kuò)張區(qū)域均勻地沿著井的長(zhǎng)度方向擴(kuò)散。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于快速并均勻的SAGD啟動(dòng)增強(qiáng)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于通過(guò)地質(zhì)力學(xué)的擴(kuò)張刺激地下巖層(format1ns)以啟動(dòng)蒸汽輔助重力泄油SAGD(steam-assisted gravity drain)井生產(chǎn)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]從地下巖層提取石油化學(xué)產(chǎn)品是一個(gè)重要的全球工業(yè)。然而，在北美和世界的許多地方，石油化學(xué)產(chǎn)品被以重的、黏性的形式發(fā)現(xiàn)，例如浙青，這些是非常難以提取的。加拿大，委內(nèi)瑞拉，加利福尼亞，中國(guó)和世界其他地方的浙青飽和油砂儲(chǔ)層只是一些這樣的地下巖層的例子。在這些巖層中，是不可能簡(jiǎn)單地鉆井和抽出石油的。相反，儲(chǔ)層可以被加熱或者施以其他刺激以降低粘稠度和促進(jìn)提取。
[0003]刺激油砂儲(chǔ)層的兩個(gè)最常見(jiàn)的商業(yè)上可行的方法是(a)蒸汽吞吐(cyclic steamstimulat1n (CSS))和(b)蒸汽輔助重力泄油技術(shù)(SAGD)。在這兩個(gè)例子中，蒸汽被注入到儲(chǔ)層，以加熱浙青。這些過(guò)程的一些變形可以包括注入溶劑以輔助粘稠度減少或者使用電加熱以替換蒸汽的角色。
[0004]通常情況下，注入到儲(chǔ)層的初始注入量是相對(duì)小的，即每單位時(shí)間內(nèi)多少量的刺激物可以被注入到儲(chǔ)層而不引起巖層的斷裂。儲(chǔ)層的刺激是希望提供通道，刺激物可以通過(guò)通道接近并接觸儲(chǔ)層。這些通道不僅增加注入量，而且增加刺激物在儲(chǔ)層內(nèi)的接觸區(qū)域。
[0005]在SAGD過(guò)程中，在生產(chǎn)可以開(kāi)始之前，SAGD井對(duì)之間的相互流通必須建立，從而浙青可以從上部注入井向下流入下部生產(chǎn)井。通常，蒸汽獨(dú)立地通過(guò)兩個(gè)井循環(huán)，直至井間區(qū)域被加熱，且浙青濃度被顯著降低，從而浙青可以流到生產(chǎn)井，且材料的流通被建立。這個(gè)過(guò)程，通常花費(fèi)6個(gè)月的時(shí)間才能完成。在一些情況下，可能需要更多的時(shí)間，例如，當(dāng)被鉆的井眼軌跡偏離了理想的垂直排列在5米距離的情況時(shí)。
[0006]水力壓裂工藝作為用于碳?xì)浠衔镔Y源恢復(fù)的刺激方法已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用了很長(zhǎng)一段時(shí)間了。通常，這個(gè)方法在高壓下注入液體進(jìn)入鉆井，該井被通過(guò)將被刺激的巖層鉆出。高壓引起從注入井的一個(gè)斷裂，并延伸(propagate)足夠的距離進(jìn)入巖層。隨后，斷裂被充滿支撐劑，斷裂形成后，支撐劑從表面被注入。相似的方法被應(yīng)用在垂直和水平的井和任何斜度的井內(nèi)。然而，現(xiàn)有的水力壓裂工藝受到兩個(gè)主要的限制:
[0007]-水力壓裂不能主動(dòng)控制斷裂形成的方向。斷裂沿著垂直于最小阻力的平面，即垂直于原始原位的最小應(yīng)力，Smin(l。如果一個(gè)水平井沿著最小應(yīng)力Smintl的方向或者基本上傾斜朝向最小應(yīng)力Smintl被鉆出，通過(guò)傳統(tǒng)的水力壓裂形成的斷裂可以垂直或者基本垂直水平井。這樣的斷裂沒(méi)有對(duì)在SAGD井間的沿著他們長(zhǎng)度的均勻流通做出貢獻(xiàn)。
[0008]-在垂直于原始原位的最大應(yīng)力Sniaxtl的平面中的水力驅(qū)動(dòng)的斷裂的可選擇位置已經(jīng)在過(guò)去被實(shí)踐。然而，這些典型地需要一個(gè)犧牲性的井，這增加了 SAGD井對(duì)的鉆井和完成的費(fèi)用。再者，形成在這個(gè)過(guò)程中的犧牲性的斷裂將復(fù)雜化蒸汽的一致性，且因此使得SAGD井對(duì)之間的井間流通變得困難。
[0009]作為標(biāo)準(zhǔn)，很多局部的不均勻性存在在原位的條件下和沿著SAGD井的長(zhǎng)度的操作井內(nèi)。鑒于這些不均勻性，無(wú)論是沿著井的長(zhǎng)度的人工引導(dǎo)還是預(yù)先存在，在常規(guī)水力壓裂下形成的斷裂很難均勻地或者連續(xù)地沿著水平井的長(zhǎng)度方向擴(kuò)散且跨度超過(guò)800米，除非水平井的長(zhǎng)度被分段，以可以在不同的時(shí)間被處理。
[0010]常規(guī)的水力壓裂刺激的目的是為了形成斷裂，特別地，是為了形成一個(gè)開(kāi)口斷裂，表示地質(zhì)力學(xué)的薄的線性的或者面狀的缺陷。它往往是拉伸機(jī)械性質(zhì)，且由兩個(gè)之間具有開(kāi)口孔的平行板建模。通過(guò)這種開(kāi)孔斷裂的壓力或流體傳導(dǎo)性往往是非常高的。如果開(kāi)孔斷裂在沿著井的長(zhǎng)度SAGD井之間局部地形成，那么大體上無(wú)壓力降低沿?cái)嗔寻l(fā)生。因此，它能導(dǎo)致沿著它的線性的或者平面路徑的連續(xù)的擴(kuò)散，且它并不促使斷裂的橫向擴(kuò)散，即沿著SAGD井長(zhǎng)度均勻擴(kuò)散。
[0011]在控制斷裂的方向方面已經(jīng)做過(guò)一些工作。例如，由康羅斯曼(Closmann(1971))提出的美國(guó)專(zhuān)利3，613，785教導(dǎo)通過(guò)從第二井垂直斷裂巖層來(lái)從第一層建立水平斷裂，而后注入熱流體以加熱巖層。通過(guò)垂直斷裂加熱改變?cè)荚坏膽?yīng)力，從而垂直應(yīng)力變得比水平應(yīng)力小，因此，有利于水平斷裂的建立。這一方法需要形成第一犧牲性的垂直斷裂并使用昂貴的蒸汽以加熱巖層。
[0012]由Braunlich和畢曉普(Bishop) (1971)提出的美國(guó)專(zhuān)利3，709, 295通過(guò)利用至少三個(gè)井和一個(gè)自然斷裂系統(tǒng)來(lái)控制水力斷裂的方向。這個(gè)方法只有在巖層已經(jīng)存在斷裂的情況下是可行的。
[0013]由沙克(Shuck(1975))提出的美國(guó)專(zhuān)利4，005，750教導(dǎo)通過(guò)首先水力壓裂另一個(gè)井來(lái)建立從第一井的最小原位應(yīng)力的方向的導(dǎo)向性的斷裂，以調(diào)節(jié)(condit1n)巖層。再次說(shuō)明，在目標(biāo)斷裂能被建立之前，額外的井和犧牲性的斷裂是需要的。
[0014]由Kry (1985)提出的加拿大專(zhuān)利CA1，323，561教導(dǎo)了在蒸汽吞吐至少一個(gè)外圍井后從中心井開(kāi)始建立水平斷裂。在外圍井處，垂直斷裂被建立。蒸汽吞吐(CSS)的操作加上在外圍井處的斷裂調(diào)節(jié)應(yīng)力場(chǎng)，從而形成水平裂縫。為了建立水平裂縫，高粘稠度流體被建議注入中心井，以限制流體泄漏到巖層。
[0015]由哈丁等人(Harding et al.(1988))教導(dǎo)從外圍井開(kāi)始首先垂直斷裂巖層以改變或者調(diào)節(jié)在外圍井的中心區(qū)域的原位應(yīng)力體制(regime)。而后巖層通過(guò)中心井被斷裂以創(chuàng)建并延伸水平斷裂。
[0016]所有上述文檔，要么需要在巖層上已經(jīng)形成了自然的斷裂，要么需要在目標(biāo)斷裂被產(chǎn)生前巖層的犧牲性的斷裂。此外，很多這些文檔對(duì)于加熱或者高粘稠度注入流體以調(diào)節(jié)巖層或者以產(chǎn)生目標(biāo)斷裂有特定的要求。
[0017]發(fā)明概述
[0018]本發(fā)明提供了一種建立連接兩個(gè)SAGD井的橫向連續(xù)，垂直導(dǎo)向的擴(kuò)張區(qū)的方法。該方法包括在巖層中鉆出和完成SAGD井的步驟，調(diào)節(jié)所述井創(chuàng)建應(yīng)力條件以有利于形成擴(kuò)張區(qū)域，在高于巖層的原位應(yīng)力的壓力下向一個(gè)或者兩個(gè)井內(nèi)注入刺激物以開(kāi)始連接所述SAGD井的擴(kuò)張區(qū)域，并向所述兩個(gè)井的第一個(gè)井注入刺激物同時(shí)維持所述兩個(gè)井的第二個(gè)井的目標(biāo)壓力以沿著井的長(zhǎng)度方向均勻地?cái)U(kuò)散擴(kuò)張區(qū)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]本發(fā)明將參考下述附圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，其中:
[0020]圖1圖示了鉆有兩個(gè)基本平行，垂直共面的水平井的多孔地下巖層；
[0021]圖2a到圖2e圖示了在SAGD井的鉆出和完成中看到的局部不均勻性和井的差異性的一些例子；
[0022]圖3圖示了 SAGD完成井的典型示例；
[0023]圖4圖示了通過(guò)本發(fā)明的步驟形成的擴(kuò)張區(qū)域的井對(duì)；以及
[0024]圖5是本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例的原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明提供了一種管理地下巖層中故障模式的方法，以促成一個(gè)或者多個(gè)擴(kuò)張區(qū)的形成，管理連接SAGD井對(duì)的擴(kuò)張區(qū)的導(dǎo)向，并進(jìn)一步使用復(fù)雜的井下封隔器系統(tǒng)(downhole packer systems)管理擴(kuò)張區(qū)的沿著SAGD井長(zhǎng)度的橫向均勻延伸，而沒(méi)有使井的長(zhǎng)度分段。其進(jìn)一步提供從擴(kuò)張到正常SAGD生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換路徑。
[0026]本發(fā)明用于修改圍繞SAGD井的原始應(yīng)力場(chǎng)，從而擴(kuò)張區(qū)，而不是斷裂區(qū)，被形成以連接SAGD井。本發(fā)明還促進(jìn)了沿著SAGD井長(zhǎng)度的均勻擴(kuò)張，而不管可能沿著井長(zhǎng)度存在的局部的不均勻性。
[0027]為了本發(fā)明的目的，擴(kuò)張被定義為在整體壓應(yīng)力條件下(overall compressivestress condit1ns)孔隙率(porosity)增加。本發(fā)明促進(jìn)了兩種擴(kuò)張的方式:剪切誘導(dǎo)擴(kuò)張(shear-1nduced dilat1n)和拉伸微裂擴(kuò)張(tensile microcrack dilat1n)。在剪切誘導(dǎo)擴(kuò)張中，在巖層中的沙粒間的顆粒和顆粒之間的接觸保持不變，但是它們彼此翻滾，改變了顆粒與顆粒之間的接觸的原始密集(densely-packed)的狀態(tài)，且因此，增加了孔隙率。在擴(kuò)張的拉伸微裂模式下，主要的顆粒與顆粒之間的接觸也保持不變，但是顆粒與顆粒的分離可能局部的存在，這形成小的拉伸微裂。既然這些顆粒與顆粒的分離是獨(dú)立的，它們不會(huì)形成連續(xù)的開(kāi)口斷裂。擴(kuò)張區(qū)有一個(gè)比開(kāi)口斷裂更大的有限的厚度，占據(jù)了較大的體積。流體流過(guò)擴(kuò)張區(qū)的阻力比流過(guò)開(kāi)口斷裂高。
[0028]本發(fā)明已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過(guò)多孔彈性和/或熱彈性機(jī)理，巖層的原始的原位應(yīng)力分布可以改變，并且因此誘導(dǎo)的擴(kuò)張區(qū)的導(dǎo)向也可以形成為接近垂直的方向，連接兩個(gè)基本水平的SAGD井。本方法不需要事先形成用于預(yù)處理的一個(gè)或者多個(gè)犧牲性的斷裂。此外，其并不依靠原始的原位應(yīng)力場(chǎng)是否有利于接近垂直的擴(kuò)張區(qū)的形成。
[0029]本發(fā)明沒(méi)有形成連接兩個(gè)SAGD井的肉眼可見(jiàn)的拉伸開(kāi)口孔。相反，其在SAGD井間形成了一個(gè)高孔隙率結(jié)構(gòu)改變的沙材料區(qū)域，稱之為擴(kuò)張區(qū)。這個(gè)區(qū)域可以具有嵌入式拉伸微裂。但是微裂并不形成連續(xù)的通路。作為結(jié)果，沿著擴(kuò)張區(qū)，仍然有一些明顯的流體流通的阻力。這使得擴(kuò)張沿著SAGD井長(zhǎng)度的方向橫向延伸，產(chǎn)生在水平方向上的均勻延伸的接近垂直擴(kuò)張區(qū)。
[0030]這個(gè)過(guò)程非常適合于油砂儲(chǔ)層，例如在加拿大阿爾伯塔省和薩斯喀徹溫省的油砂儲(chǔ)層。但是，這個(gè)方法可以被應(yīng)用于任何可以擴(kuò)張的巖層。
[0031]圖5 —般性地、示意性地提供了本發(fā)明的方法的步驟:
[0032]如圖1所示，兩個(gè)井4以基本水平的方向，基本平行并且在垂直方向基本共面地被鉆出。在SAGD操作中，井被典型地在巖層2中沿著油沙沉積通道鉆出。它們可以被定向?yàn)橄鄬?duì)于原位最小或者最大水平應(yīng)力方向的任何方向。
[0033]此外，如圖2所示，任何數(shù)量的局部不均勻性可以體現(xiàn)在被鉆的井4中。這些包括，但不僅限于，如圖2a所示的橫向起伏井眼軌跡，如圖2b所示的基本垂直共面但是有一定程度的水平偏移，如圖2c所示的水平開(kāi)口孔并不是完美的圓筒狀，如圖2d所示的井并不垂直于原位的最小水平應(yīng)力，或者如圖2e所示的在井之間和/或者沿著井的長(zhǎng)度出現(xiàn)的具有變化的油飽和度的不同的巖性面。
[0034]水平SAGD井的長(zhǎng)度可以變化，并且能夠最佳地形成從400米到800米。本發(fā)明的方法并不需要通過(guò)井下封隔器將水平井分段形成子段。然而，將SAGD井對(duì)分成多個(gè)段，并將本發(fā)明的方法應(yīng)用于這些段中的每一個(gè)，也是可能的且包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0035]圖3圖示了一個(gè)典型的SAGD井的完整的示意圖，如圖1和圖2所示，兩個(gè)這樣的井4將以每個(gè)SAGD對(duì)形式存在。井4包括長(zhǎng)的水平開(kāi)口孔部分8，其典型地沒(méi)有被封住(cemented)。具有帶槽的開(kāi)口和/或線繞水平襯套10被插入。在襯套10和挖掘沙面14之間有一個(gè)開(kāi)口環(huán)形帶12。在襯套10內(nèi)，第一長(zhǎng)管16被設(shè)置在水平井部分的末端，稱作趾部
18。第二短管20也被插入到水平井部分的開(kāi)始部分，稱作跟部22。井的完整性和方向的變化也是可能的，且能夠被本領(lǐng)域技術(shù)人員很好的理解，包含本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，在一些情況下，有可能有特別難于進(jìn)行生產(chǎn)的一部分巖層，并且可能希望單獨(dú)擴(kuò)張和刺激這部分。在這種情況下，在一個(gè)或者兩個(gè)SA⑶井對(duì)內(nèi)插入第三管也是可能的，所述第三管到達(dá)所選擇的巖層的部分且本方法可以更好地應(yīng)用到這種完井中。事實(shí)上，本發(fā)明的方法沒(méi)有限制SAGD井對(duì)是如何鉆出或者完成的。
[0036]在SAGD井2被鉆出和完成后，本發(fā)明的下述優(yōu)選的階段被實(shí)施:⑴擴(kuò)張促進(jìn)階段；(2)擴(kuò)張開(kāi)始階段；(3)擴(kuò)張均勻化階段；和(4)擴(kuò)張轉(zhuǎn)換(transit1n)。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，這些階段可以改變且一些可以刪除，并仍然落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，這是很好理解的。
[0037]在擴(kuò)張促進(jìn)步驟，上部井和下部井通過(guò)注入到一個(gè)或者兩個(gè)井4內(nèi)的受控的注入量而被調(diào)節(jié)。井的注入量是用作通過(guò)孔彈性和/或熱彈性機(jī)制來(lái)改變巖層原始原位應(yīng)力條件，以形成新的應(yīng)力條件，從而形成擴(kuò)張區(qū)域26。這是在圖4中圖示的。
[0038]擴(kuò)張促進(jìn)依賴于從所述兩個(gè)井中的每一個(gè)到彼此作用的壓力擴(kuò)散陣面。壓力擴(kuò)散的越快，擴(kuò)張促進(jìn)步驟完成的越早。壓力擴(kuò)散依靠在巖層中的有效的流體流動(dòng)性?？梢栽黾恿黧w流動(dòng)性的任何事情將是有幫助的。因此，盡管應(yīng)力改變的其他方式也是可行的，一個(gè)或者更多個(gè)下列方式可以被使用以增強(qiáng)擴(kuò)張促進(jìn)，且將被本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚地理解，包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi):
[0039](I)擴(kuò)張以增加巖層的絕對(duì)滲透性；
[0040](2)用注入的水進(jìn)行擴(kuò)張以增加對(duì)水的相對(duì)滲透性；
[0041](3)注入溫水以減少浙青的粘稠度。在啟動(dòng)階段，通過(guò)蒸汽循環(huán)的一個(gè)簡(jiǎn)短階段加熱井管將幫助維持注入溫水的溫度；
[0042](4)注入某些化學(xué)品的化學(xué)溶劑或者溶液以減少浙青的粘稠度；或者
[0043](5)注入或者循環(huán)蒸汽。
[0044]壓力擴(kuò)散增加了巖層2內(nèi)部孔隙壓力，引起多孔彈性應(yīng)力積聚。相似地，溫度擴(kuò)散增加巖層內(nèi)的溫度，引起熱彈性應(yīng)力的積聚。多孔彈性和熱彈性應(yīng)力在它們對(duì)擴(kuò)張促進(jìn)上的益處是相似的。然而，通常，溫度擴(kuò)散要比孔隙壓力擴(kuò)散要慢。因此，在高壓下的注入要比在高溫下的如入更有效率。對(duì)于本發(fā)明的目的，同時(shí)在高溫和高壓下注入是最優(yōu)選的。
[0045]注入壓力優(yōu)選的在低于原始原位最小應(yīng)力(Smintl)時(shí)開(kāi)始。優(yōu)選地，可以使用已知方法，例如，執(zhí)行小型壓裂實(shí)驗(yàn)以測(cè)量原始原位最小應(yīng)力。當(dāng)在巖層2內(nèi)的孔隙壓力增加時(shí)，由于多孔機(jī)制的原因，原位應(yīng)力增加。因此，在經(jīng)過(guò)一定時(shí)間段的注入后，增加注入壓力略高于Smintl是可能的。這種增加的注入壓力對(duì)于擴(kuò)張促進(jìn)是有利的。優(yōu)選地，監(jiān)控增加的注入壓力以防止肉眼可見(jiàn)的拉伸斷裂的形成。
[0046]就注入壓力、注入率、注入的物質(zhì)等而言，多種變化是可能的。最優(yōu)選地，兩個(gè)井同時(shí)注入，然而，在一些情況下，在一個(gè)井中注入是優(yōu)選的。例如，如果在儲(chǔ)層中出現(xiàn)底部水層，這是對(duì)限制到所述兩個(gè)SAGD井的下部的注入量是有利的，以避免與底部水流通。更優(yōu)選地，底部井可以注入或者循環(huán)蒸汽，以改善井之上的粘稠度的降低，這是因?yàn)檎羝呌谏仙?。在底部水的這樣的環(huán)境下，上部井可以更優(yōu)選地注入溶劑或者化學(xué)溶液，其通過(guò)重力驅(qū)動(dòng)流體向下運(yùn)動(dòng)促進(jìn)粘稠度降低。
[0047]可以使用常規(guī)的水開(kāi)始注入，例如在水處理工廠生產(chǎn)出來(lái)的水。在擴(kuò)張區(qū)26形成后，為了產(chǎn)生更多的孔隙空間，注入可以轉(zhuǎn)換成蒸汽或者溶劑。在這個(gè)情況下，相對(duì)多的昂貴的蒸汽或者溶劑以有限的數(shù)量被使用，以通過(guò)降低在巖層2內(nèi)的物質(zhì)的粘稠度來(lái)促進(jìn)擴(kuò)張和擴(kuò)散。
[0048]此外，在兩井之間的時(shí)間(temporal)的改變可以變化。在所有情況下，物質(zhì)、壓力、溫度和兩井之間的協(xié)調(diào)依靠特定的地理?xiàng)l件、便利設(shè)施和經(jīng)濟(jì)。可以根據(jù)特定的環(huán)境可選地使用地質(zhì)力學(xué)模擬來(lái)決定最佳策略。
[0049]參考圖3，可以采用任何方式在井的長(zhǎng)管16和短管20之間進(jìn)行注入。如果開(kāi)始巖層注入能力高，注入可以在兩個(gè)管子同時(shí)啟動(dòng)。如果開(kāi)始注入能力低，可以在首先在長(zhǎng)管16啟動(dòng)，同時(shí)維持在短管20的生產(chǎn)率或者壓力。
[0050]擴(kuò)張促進(jìn)階段修改圍繞SAGD井的原位應(yīng)力場(chǎng)以有利于基本垂直的和擴(kuò)張主導(dǎo)(dilat1n-dominated)的失敗區(qū)域的形成,連接所述的兩個(gè)井?？梢酝ㄟ^(guò)分析注入率和壓力歷史數(shù)據(jù)來(lái)決定這個(gè)階段的完成。如果必要，地質(zhì)力學(xué)的歷史匹配也可以被執(zhí)行。通?？捎迷趬毫λ沧兎治龅母蓴_測(cè)試可以被使用以檢查所述兩個(gè)井的每一個(gè)的壓力/溫度擴(kuò)散陣面已經(jīng)彼此作用。
[0051]根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)的井注入壓力，刺激物注入率和時(shí)間可以現(xiàn)場(chǎng)確定。如果壓力增加太慢，則注入率增加。如果壓力增加太快，則注入率應(yīng)該降低?；诂F(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)壓力檢測(cè)方法和裝置是本領(lǐng)域熟知的，并包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
[0052]優(yōu)選地，在更高的注入率使用之前，刺激物注入率最初是慢的，以探測(cè)和評(píng)估巖層的特性。例如，如果對(duì)一個(gè)井的注入導(dǎo)致該井內(nèi)的壓力增加緩慢，這就意味著該井連接著可滲透區(qū)，例如具有高水飽和度的區(qū)域。在這樣的情況下，注入優(yōu)選地被限制以維持在該井內(nèi)的目標(biāo)壓力，同時(shí)主要地在另一個(gè)井內(nèi)注入。如果另一個(gè)井具有類(lèi)似的高注入能力，這意味著兩個(gè)井已經(jīng)建立了好的彼此流通，且本方法可以更早地進(jìn)入到擴(kuò)張轉(zhuǎn)換的階段。
[0053]注入的刺激物質(zhì)可以改變，只要它能增加巖層的壓力，且不會(huì)破壞形成斷裂的巖層的水力傳導(dǎo)率，任何物質(zhì)都可以注入。為了本發(fā)明的目的，刺激物包括水、蒸汽、溶劑、適合的化學(xué)溶液或者其他物質(zhì)或者它們以任何比例的的混合物。刺激物的粘稠度也可以從大約I厘泊(CP)，如就水來(lái)說(shuō)，變化到高粘稠度的刺激物，其粘稠度的值可以在設(shè)計(jì)工作中被確定。
[0054]刺激物也可以是任何溫度:低于、等于或者大體上高于巖層的初始溫度。此外，在兩井間在調(diào)節(jié)階段(condit1ning phase)被注入的刺激物的類(lèi)型和溫度也是變化的。例如，在第二井可以注入蒸汽時(shí)，冷的或者溫的包含溶劑的水可以注入到第一井。此外，在相同的井內(nèi)的注入物質(zhì)和/或溫度可以隨著時(shí)間改變。
[0055]擴(kuò)張促進(jìn)階段的定時(shí)依賴原位條件和刺激物質(zhì)的屬性。優(yōu)選地，地質(zhì)力學(xué)模擬可以在執(zhí)行本發(fā)明所提供的方法之前運(yùn)行，以提供這些屬性的詳細(xì)信息和估計(jì)調(diào)節(jié)定時(shí)。進(jìn)一步優(yōu)選的，現(xiàn)場(chǎng)中試(field pilot tests)可以在特定的區(qū)域運(yùn)行以微調(diào)定時(shí)。
[0056]在圍繞SAGD井的原位應(yīng)力場(chǎng)被調(diào)節(jié)以有利于基本垂直擴(kuò)張區(qū)域26的形成，接下來(lái)的步驟是初始化擴(kuò)張區(qū)26并沿著井的長(zhǎng)度均勻地?cái)U(kuò)散它。為了開(kāi)始擴(kuò)張區(qū)域26，注入壓力通過(guò)增加注入率或者注入壓力超過(guò)原始原位最小應(yīng)力Smintl，逐漸增大。需要注意的是，盡管Smintl提供了好的參考以確定注入壓力和注入率，地質(zhì)力學(xué)模擬以及特定場(chǎng)地先導(dǎo)測(cè)試也是微調(diào)注入壓力和速率參數(shù)的優(yōu)選的方法。最終，擴(kuò)張區(qū)域26的開(kāi)始可以通過(guò)檢測(cè)注入壓力和/或速率來(lái)觀察。如果注入被維持在一個(gè)恒定的速率，增加的注入能力是通過(guò)大大減小的壓力增加率、或者接近水平的或者甚至降低的壓力來(lái)體現(xiàn)的。如果注入被維持在一個(gè)恒定的壓力，增加的注入能力被注入更多量的增加需求以維持恒定壓力來(lái)體現(xiàn)。
[0057]在擴(kuò)張開(kāi)始階段，注入可以在一個(gè)或者兩個(gè)井實(shí)施。在一些情況下，當(dāng)從一個(gè)井開(kāi)始擴(kuò)張區(qū)域26不是優(yōu)選時(shí)，高壓注入應(yīng)該在另一個(gè)井內(nèi)實(shí)施。
[0058]一旦擴(kuò)張區(qū)域26已經(jīng)開(kāi)始，擴(kuò)張開(kāi)始階段的結(jié)束可以通過(guò)關(guān)閉一個(gè)井的同時(shí)另一個(gè)井繼續(xù)注入來(lái)確認(rèn)。當(dāng)在關(guān)閉的井內(nèi)的壓力增加時(shí)，就意味著兩個(gè)井彼此之間壓力流通。隨后，操作可以進(jìn)入擴(kuò)張均勻化階段。
[0059]在擴(kuò)張開(kāi)始后，優(yōu)選地，管理注入率和壓力以均勻地沿著水平井的長(zhǎng)度擴(kuò)散擴(kuò)張區(qū)域26，從而形成了連接兩個(gè)井的連續(xù)的擴(kuò)張區(qū)域26。均勻的擴(kuò)張可以通過(guò)多個(gè)方式實(shí)現(xiàn):
[0060]實(shí)現(xiàn)均勻擴(kuò)張的一個(gè)方法包括在一個(gè)井內(nèi)進(jìn)行速率受控的注入，同時(shí)在另一個(gè)井內(nèi)進(jìn)行壓力受控的注入。在這種情況下，優(yōu)選地壓力足夠高以促進(jìn)在沿著井長(zhǎng)度方向的在井間區(qū)域的均勻擴(kuò)張，同時(shí)也減少或者減慢擴(kuò)張區(qū)域26擴(kuò)散到井間區(qū)域之外的區(qū)域。使用這種方法的一個(gè)例子是避免擴(kuò)張區(qū)域擴(kuò)散到底部水層。
[0061]在如圖3所示的SAGD井4中，在受控的流速下注入長(zhǎng)管16 (也稱作速率受控的注入)促進(jìn)擴(kuò)張從趾部18朝向跟部22移動(dòng)。假定注入壓力被管理，如果跟部22是在壓力控制下，當(dāng)擴(kuò)張移近時(shí)，其可以減慢或者壓制跟部22附近的擴(kuò)張或者阻止擴(kuò)張。
[0062]上述速率和壓力控制的注入的組合可以在每個(gè)井4內(nèi)的長(zhǎng)管16和短管20或者上部井28和下部井30之間交替進(jìn)行。這種交替可以重復(fù)。在每一個(gè)注入點(diǎn)，速率和壓力可以逐漸地增加、減少或者保持穩(wěn)定。
[0063]在均勻擴(kuò)張擴(kuò)散階段之后，本方法轉(zhuǎn)換為循環(huán)蒸汽來(lái)加熱井間區(qū)域。優(yōu)選地，熱或者溶劑被使用以用于粘稠度降低的目的。為了本發(fā)明的目的，以蒸汽作為粘稠度降低劑的一個(gè)例子，盡管本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解溶劑和化學(xué)溶液也可以被使用，且包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
[0064]在SAGD井之間并沿著井的長(zhǎng)度形成的擴(kuò)張區(qū)域26建立用于蒸汽經(jīng)過(guò)的通道。沒(méi)有擴(kuò)張區(qū)域26，包含在蒸汽中的熱能將主要通過(guò)擴(kuò)散來(lái)傳播以調(diào)節(jié)井間區(qū)域。
[0065]通過(guò)創(chuàng)建擴(kuò)張區(qū)域26，對(duì)流對(duì)熱能的傳送做出了極大貢獻(xiàn)。此外，通過(guò)擴(kuò)張，蒸汽與浙青的接觸區(qū)域相較于與SAGD井共軸的圓柱面，變得更大且更旨在連接SAGD井對(duì)。作為結(jié)果，井之間的粘稠度降低也大大加快。
[0066]更優(yōu)選地，可以采取措施以優(yōu)化SAGD井之間的擴(kuò)張區(qū)26的使用。例如，蒸汽循環(huán)和/或注入壓力可以設(shè)置成接近但低于之前擴(kuò)張階段中采用的最大壓力。
[0067]在一些情況下，更高蒸汽注入壓力可以使用且可以有利于擴(kuò)張轉(zhuǎn)換階段。在這種情況下，蒸汽注入壓力應(yīng)該依舊保持在促進(jìn)擴(kuò)張的范圍內(nèi)，即使用Smintl作為參考閥值。此夕卜，在正常的SAGD生產(chǎn)開(kāi)始后，優(yōu)選地停止高蒸汽注入壓力以防止對(duì)蓋層的完整性的不利影響。
[0068]粘稠度降低的熱浙青由于重力作用，沿著擴(kuò)張區(qū)域26的通道，向下流出低于注入井(injector well)。初始地,在擴(kuò)張區(qū)域的溫度仍然低。熱的浙青經(jīng)過(guò)這一冷的區(qū)域變得溫度較低，增加了它的粘稠度并減慢了它向下的運(yùn)動(dòng)。最后，其暫時(shí)停止進(jìn)一步向下運(yùn)動(dòng)。這一現(xiàn)象被稱為浙青堆積?？梢圆扇∫恍┐胧┮詼p少浙青堆積的發(fā)生和影響，包括但不限于:
[0069]a.在下部生產(chǎn)井內(nèi)的壓力高于上部注入井的情況下，循環(huán)蒸汽；或者
[0070]b.注入，循環(huán)或者滲透液體溶劑或者化學(xué)溶液進(jìn)入注入井和生產(chǎn)井。注入、循環(huán)或者滲透可以在井間變化，或者在同一井上隨著時(shí)間進(jìn)行變化，或者隨著其他組合進(jìn)行變化，其能夠很好地被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解。
[0071]通常，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在本方法的擴(kuò)張促進(jìn)、擴(kuò)張開(kāi)始和擴(kuò)張均勻化階段中的每一階段中執(zhí)行的注入可以有數(shù)個(gè)變化。在每個(gè)步驟中，且在每個(gè)井的每個(gè)管中，速率控制和壓力控制模式可以變化。組合的最終非詳盡的列表如下:
[0072]上部注入井I下部生產(chǎn)井短管長(zhǎng)管一短管I 長(zhǎng)管壓力受控受控壓力受控壓力受控
壓力受控力受控壓力受控速率受控
壓力受控壓力受控—速率受控壓力受控
j玉力受控1Γ力受控^速率受控速率受控
壓力受控軍受控—壓力受控壓力受控
Ie力受控速率受控壓力受控速率受控
伍力受控i受控速率受控壓力受控
壓力受控__速率受控__速率受控__速率受控_
速率受控__壓力受控__壓力受控__壓力受控_
速率受控 I力受控 —壓力受控速率受控速率受控力受控 —速率受控壓力受控速率受控 ?~力受控一速率受控速率受控 —速率受控 H率受控 —壓力受控壓力受控一速率受控受控壓力受控速率受控速率受控 ?泰受控速率受控壓力受控速率受控__速率受控__速率受控__速率受控_
[0073]此外，在本方法的每個(gè)階段的過(guò)程中，速率受控或者壓力受控的注入的上述組合，可以隨時(shí)間變化。
[0074]轉(zhuǎn)換階段的開(kāi)始依賴于許多因素。如果在轉(zhuǎn)換階段的蒸汽循環(huán)可以在與用于擴(kuò)張所需的相似的高壓力下進(jìn)行，那么轉(zhuǎn)換可以更早地被激發(fā)。在擴(kuò)散階段，高壓蒸汽注入可以起到高壓水注入的作用。否則，優(yōu)選地延長(zhǎng)高壓水注入用以促進(jìn)更多的擴(kuò)張。
[0075]確定什么時(shí)候結(jié)束擴(kuò)張擴(kuò)散階段的更優(yōu)選的方式是通過(guò)注入壓力和/或注入速率數(shù)據(jù)的歷史匹配。這種匹配可以被用來(lái)估計(jì)兩個(gè)相互流通的井的長(zhǎng)度。
[0076]本方法所基于的理論是無(wú)論原始原位應(yīng)力條件是否有利于垂直斷裂，預(yù)調(diào)節(jié)巖層以引起目標(biāo)垂直斷裂是可能的。本方法利用多孔彈性或熱彈性機(jī)制以改變或者增強(qiáng)油沙儲(chǔ)層的原始未動(dòng)的原位應(yīng)力條件，從而可以創(chuàng)建一個(gè)垂直斷裂。
[0077]孔隙彈性應(yīng)力來(lái)自孔隙壓力和固體變形之間的相互作用。盡管用于石油的關(guān)于變形和壓力擴(kuò)散之間相互作用的孔隙彈性力學(xué)的特定情況已經(jīng)在更早時(shí)候由太沙基(Terzaghi (1923))開(kāi)始研究，但是孔隙彈性力學(xué)的一般理論由畢奧(B1t (1941))建立。在與石油工程相關(guān)的巖石力學(xué)中的孔隙彈性效應(yīng)首先由吉爾茨馬(Geertsma (1957,1966))提出。
[0078]熱彈性應(yīng)力來(lái)自于溫度和固體變形之間的相互作用。在物理上，孔隙壓力(P)或者溫度⑴的增加引起巖石的膨脹。這種膨脹受到ρ/τ增加范圍之外的物質(zhì)的約束。這種限制在巖層的原始未動(dòng)的原位應(yīng)力場(chǎng)上引入了額外的應(yīng)力成分。這種引入的應(yīng)力被成為多孔彈性或者熱彈性應(yīng)力，其取決于產(chǎn)生的機(jī)制是孔隙壓力增加還是溫度增加。
[0079]本發(fā)明的過(guò)程和方法的詳細(xì)的描述是用于說(shuō)明本發(fā)明的某些實(shí)施方式。對(duì)于本領(lǐng)域人員而言，這是顯而易見(jiàn)的，可以做出各種修改且可以應(yīng)用各種可替換的實(shí)施方式而部背離本申請(qǐng)的范圍。本申請(qǐng)的范圍僅由所附的權(quán)利要求所限定。
【權(quán)利要求】
1.一種建立連接兩個(gè)SAGD井的一個(gè)或者更多個(gè)擴(kuò)張區(qū)域方法，所述方法包括步驟: a.在巖層中鉆出和完成SAGD井； b.調(diào)節(jié)所述井以創(chuàng)建接近所述井且有利于形成一個(gè)或者更多個(gè)垂直導(dǎo)向的擴(kuò)張區(qū)域的應(yīng)力條件； c.以至少大于所述巖層的原位最小應(yīng)力的壓力向所述兩個(gè)井中的一個(gè)或者兩個(gè)中注入刺激物，以開(kāi)始連接所述SAGD井的所述一個(gè)或者更多個(gè)擴(kuò)張區(qū)域；以及 d.以目標(biāo)值持續(xù)注入刺激物，以沿著所述井的長(zhǎng)度方向均勻地橫向擴(kuò)散所述一個(gè)或者更多個(gè)擴(kuò)張區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中每個(gè)井包括第一管和第二管。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中調(diào)節(jié)所述井的步驟包括以低于在所述巖層中形成斷裂所需速率的注入速率向所述井注入刺激物。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述注入通過(guò)監(jiān)控和控制所述注入速率而被監(jiān)控。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中速率受控的注入包括以從下述組成的組中選擇速率注入:恒定速率、增加的速率、減小的速率，和先增加隨后減小的速率。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中速率受控的注入同時(shí)發(fā)生在兩個(gè)SAGD井內(nèi)。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中速率受控的注入在所述兩個(gè)井的第一井和第二井之間交替發(fā)生。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其中在所述SAGD井中的每一個(gè)井中的所述注入速率選自由下述組成的組:在SAGD井的每一個(gè)井內(nèi)的相似速率和在所述SAGD井的每一個(gè)井內(nèi)的不同速率。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中在所述SAGD井中的每一個(gè)井中的所述第一管和所述第二管中的所述注入速率選自由下述組成的組:在所述第一管和所述第二管中的相似速率和在所述第一管和所述第二管中的不同速率。
10.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述注入通過(guò)監(jiān)控和控制注入壓力而被監(jiān)控和控制。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中壓力受控的注入包括以從下述組成的組中選擇的壓力注入:恒定壓力、增加的壓力、減小的壓力，和先增加而后減小的壓力。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中壓力受控的注入同時(shí)發(fā)生在兩個(gè)SAGD井內(nèi)。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中壓力受控的注入在所述兩個(gè)井的第一井和第二井之間交替發(fā)生。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在所述SAGD井中每一個(gè)井中的注入速率選自由下述組成的組:在SAGD井的每一個(gè)井內(nèi)的相似速率和在所述SAGD井的每一個(gè)井內(nèi)的不同速率。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中在所述SAGD井中的每一個(gè)井中的所述第一管和所述第二管中的所述注入壓力選自由下述組成的組:在所述第一管和所述第二管中的相似壓力和在所述第一管和所述第二管中的不同壓力。
16.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述刺激物是從下述組成的組中選擇的一種或者更多種物質(zhì):水、蒸汽、溶劑和化學(xué)溶液。
17.如權(quán)利要求2所述的方法，其中調(diào)節(jié)所述井用于增加從下述組成的組中選擇的孔隙條件:所述兩個(gè)井周?chē)乃鰩r層內(nèi)的孔隙壓力和孔隙溫度。
18.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述擴(kuò)張區(qū)域的開(kāi)始通過(guò)以高于原始原位最小應(yīng)力的壓力連續(xù)刺激物注入來(lái)實(shí)現(xiàn)。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述擴(kuò)張區(qū)域的開(kāi)始通過(guò)監(jiān)控和控制所述注入壓力而被監(jiān)控和控制。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中壓力受控的注入包括以從下述組成的組中選擇的壓力注入:恒定壓力、增加的壓力、減小的壓力和先增加后減小的壓力。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中壓力受控的注入同時(shí)發(fā)生在兩個(gè)SAGD井內(nèi)。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中刺激物被交替地注入所述兩個(gè)井中的第一個(gè)井而后第~■個(gè)井。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其中在所述SAGD井中每一個(gè)井中的所述注入壓力從下述組成的組中選擇:在SAGD井的每一個(gè)井內(nèi)的相似壓力和在所述SAGD井的每一個(gè)井內(nèi)的不同壓力。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中在所述SAGD井中的每一個(gè)井中的所述第一管和所述第二管中的所述注入壓力選自由下述組成的組:在所述第一管和所述第二管中的相似壓力和在所述第一管和所述第二管中的不同壓力。
25.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述擴(kuò)張區(qū)域的開(kāi)始通過(guò)監(jiān)控和控制所述注入速率而被監(jiān)控和控制。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中速率受控的注入包括以從下述組成的組中選擇的速率注入:恒定速率、增加的速率、減少的速率和先增加后減小的速率。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中速率受控注入同時(shí)發(fā)生在兩個(gè)SAGD井內(nèi)。
28.如權(quán)利要求26所述的方法，其中刺激物被交替地注入所述兩個(gè)井中的第一個(gè)井而后第~■個(gè)井。
29.如權(quán)利要求26所述的方法，其中在所述SAGD井中的每個(gè)井中的所述注入速率選自由下述組成的組:在SAGD井的每一個(gè)井內(nèi)的相似速率和在所述SAGD井的每一個(gè)井內(nèi)的不同速率。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中在所述SAGD井中的每一個(gè)井中的所述第一管和所述第二管中的所述注入速率選自由下述組成的組:在所述第一管和所述第二管中的相似速率和在所述第一管和所述第二管中的不同速率。
31.如權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括產(chǎn)生井流體以維持目標(biāo)注入壓力。
32.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述刺激物是從由下述組成的組中選擇的一種或者更多種物質(zhì):水、蒸汽、溶劑和化學(xué)溶液。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其中刺激物溫度選自由下述組成的組:低于、等于或者超過(guò)所述巖層的原始溫度。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中刺激物類(lèi)型和刺激物溫度在所述兩個(gè)井之間變化。
35.如權(quán)利要求1所述的方法，其中沿著所述井長(zhǎng)度的均勻擴(kuò)張區(qū)域的擴(kuò)散包括在所述兩個(gè)井的一個(gè)井內(nèi)的速率受控的注入和在所述兩個(gè)井的另一個(gè)井內(nèi)的壓力受控的注入。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，其中壓力受控的注入被維持在足以促進(jìn)沿著所述井長(zhǎng)度在井間區(qū)域的均勻擴(kuò)張的壓力。
37.如權(quán)利要求35所述的方法，其中速率受控的注入和壓力受控的注入在所述兩個(gè)井之間交替。
38.如權(quán)利要求35所述的方法，其中速率受控的注入的速率和壓力受控的注入的壓力是可變化的。
39.如權(quán)利要求35所述的方法，其中速率受控的注入的速率和壓力受控的注入的壓力是增加的。
40.如權(quán)利要求35所述的方法，其中速率受控的注入的速率和壓力受控的注入的壓力是減小的。
41.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括通過(guò)所述兩個(gè)井的一個(gè)或者兩個(gè)并穿過(guò)沿著所述井長(zhǎng)度的井間區(qū)域進(jìn)行循環(huán)蒸汽的步驟。
42.如權(quán)利要求41所述的方法，進(jìn)一步包括循環(huán)降粘劑，所述降粘劑選自溶劑和化學(xué)溶液的組。
43.如權(quán)利要求41所述的方法，其中以低于所述巖層的所述原始原位最小應(yīng)力的壓力執(zhí)行蒸汽循環(huán)。
44.如權(quán)利要求41所述的方法，其中以高于所述巖層的所述原始原位最小應(yīng)力的壓力執(zhí)行蒸汽循環(huán)。
45.如權(quán)利要求41所述的方法，其中在第一井內(nèi)以較高壓力和在第二井內(nèi)以較低壓力循環(huán)蒸汽。
46.如權(quán)利要求45所述的方法，其中所述第一井是下部生產(chǎn)井，所述第二井為上部注入井。
47.如權(quán)利要求41所述的方法，進(jìn)一步包括通過(guò)從由注入、循環(huán)和滲透所組成的組中選擇的方式來(lái)將液體溶劑加入到所述井的一個(gè)或者兩個(gè)。
48.如權(quán)利要求47所述的方法，其中所述液體溶劑的加入在所述井之間變化。
49.如權(quán)利要求47所述的方法，其中所述液體溶劑的加入隨時(shí)間變化。
【文檔編號(hào)】E21B43/22GK104165046SQ201310209694
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月31日
【發(fā)明者】袁彥光 申請(qǐng)人:微能地質(zhì)科學(xué)工程技術(shù)有限公司