專利名稱：水注入系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及將水注入含烴地層的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
通過鉆入地下地層的井(稱為生產(chǎn)井)采收或生產(chǎn)積聚在地下含油地層中的油。如果僅通過初級(jí)采竭進(jìn)行生產(chǎn)、即僅使用地層能量采收油的話，會(huì)有大量這種油留在地下地層中。當(dāng)初始地層能量不足或者已經(jīng)耗盡時(shí)，可以利用補(bǔ)充操作，通常也稱為二次、三次、強(qiáng)化或后初級(jí)采收操作。在這些操作的一些中，通過經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)鉆入地層的注入井泵送而將流體注入地層，在地層中的油被置換和移動(dòng)通過地層，并從一個(gè)或多個(gè)鉆入地層的生產(chǎn)井產(chǎn)出。在此類特定的采收操作中，可以采用海水、油田水或油田鹽水作為注入流體，該操作稱為水驅(qū)。注入水可以稱為驅(qū)油液體或驅(qū)油水，以與原位地層或原生水相區(qū)別。后期注入的流體可以稱為驅(qū)動(dòng)流體。水可以獨(dú)自或者作為混溶或不混溶置換流體的組分注入。通?？梢詫⒑Ｋ?對(duì)于海上油井)和產(chǎn)自相同或附近地層的鹽水(對(duì)于陸地油井)用作水源。Hiorth、Cathles 和 Madland 在他們于 2010 年 2 月 24 日發(fā)表于 Transp PorousMed(2010，85:1-21)的文章“The Impact of Pore Water Chemistry on CarbonateSurface Charge and Oil Wettability”公開了已經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明水化學(xué)對(duì)水膜穩(wěn)定性和有機(jī)油組分在礦物表面吸著具有影響。當(dāng)油被水置換時(shí)，已經(jīng)證明水化學(xué)影響采油。至少兩種機(jī)理可以解釋這些效應(yīng)，水化學(xué)會(huì)改變巖石表面的電荷和影響巖石潤(rùn)濕性，和/或水化學(xué)的變化會(huì)溶解巖石礦物和影響巖石潤(rùn)濕性。對(duì)于油置換水的解釋不必與水吸入和置換油相同。該文章通過建立和應(yīng)用化學(xué)模型，將本體水與表面化學(xué)聯(lián)系起來并且處理了礦物沉降和溶解，來研究水化學(xué)在類似于Stevns Klint白堊的純碳酸鈣巖石中如何影響表面電荷和巖石溶解。他們對(duì)70-130°C溫度下的海水和地層水進(jìn)行計(jì)算。他們建立的模型預(yù)言了方解石的表面電勢(shì)和從孔隙水吸附硫酸根離子。表面電勢(shì)的變化不能解釋觀察到的由孔隙水化學(xué)或溫度變化引起的采油變化。另一方面，方解石的化學(xué)溶解依賴于實(shí)驗(yàn)中觀察到的化學(xué)品和溫度，可以解釋實(shí)驗(yàn)采收體系。基于該初步分析，他們得出結(jié)論:盡管表面電勢(shì)可以解釋現(xiàn)有自發(fā)吸入數(shù)據(jù)組的一些方面，但礦物溶解似乎是控制因素。PCT專利申請(qǐng)公開W02010/092095公開了一種從含原油和原生水的石灰石或白云石地層強(qiáng)化采油(EOR)的方法。PCT專利申請(qǐng)公開W02010/092097公開了一種從孔隙中含原油和原生水的多孔地下地層強(qiáng)化原油采收的方法，該方法包括:_確定原生水的離子強(qiáng)度(mol/L);和_將離子強(qiáng)度(mol/L)低于原生水的水性置換流體注入地層，該水性置換流體的離子強(qiáng)度進(jìn)一步低于0.15mol/L。注入離子強(qiáng)度低于原生水的水性置換流體改進(jìn)采油(IOR)。

美國專利申請(qǐng)公開US2003/0230535公開了一種脫除含水層鹽水的方法和井，其中含水層鹽水從地下含水層直接流入脫鹽水產(chǎn)出井的井下含水層流入?yún)^(qū)，其中設(shè)置了一個(gè)或多個(gè)脫鹽和/或純化膜的井下組件，該組件將含水層鹽水分離為通過該井產(chǎn)出到地表的初級(jí)脫鹽水物流和次級(jí)濃縮廢鹽水物流，可將該次級(jí)濃縮廢鹽水物流處理至地下鹽水處理區(qū)。美國專利申請(qǐng)公開US2009/0308609公開了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:鉆入地下地層的井；井上部的生產(chǎn)設(shè)備；與生產(chǎn)設(shè)備相連的水生產(chǎn)設(shè)備；其中水生產(chǎn)設(shè)備通過除去一些離子并加入增加水的粘度和增加從地層的烴采收的試劑來生產(chǎn)水，和將水注入井。參照?qǐng)D1所示的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括水體102、地下地層104、地下地層106和地下地層108?？稍谒w102的表面提供生產(chǎn)設(shè)備110。井112貫穿水體102和地層104，并在地層106中具有開孔。地層106的一部分可以被壓裂和/或穿孔，如附圖標(biāo)記114所示。油和氣可以從地層106通過井112產(chǎn)出到生產(chǎn)設(shè)備110。可將氣體和液體彼此分離，可將氣體儲(chǔ)存在氣體儲(chǔ)存裝置116中，可將液體儲(chǔ)存在液體儲(chǔ)存裝置118中。本領(lǐng)域需要用于從地下地層生產(chǎn)油和/或氣的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法。特別地，本領(lǐng)域需要例如在碳酸鹽地層中提供改進(jìn)的水驅(qū)的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種從孔隙中含原油和原生水的多孔地下碳酸鹽地層強(qiáng)化原油采收的方法，該方法包括:確定原生水的離子強(qiáng)度；和將離子強(qiáng)度低于原生水的水性置換流體注入地層。


圖1描述了現(xiàn)有技術(shù)的油和氣生產(chǎn)系統(tǒng)。圖2描述了油和氣生產(chǎn)系統(tǒng)。圖3描述了水處理系統(tǒng)。圖4描述了水處理系統(tǒng)。圖5描述了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖6描述了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D2，其中描述了在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中的系統(tǒng)200。系統(tǒng)200包括地層202、地層204、地層206和地層208?？稍诘貙?02的表面提供生產(chǎn)設(shè)備210。井212貫穿地層202和地層204，并在地層206中具有開孔。部分地層可以被壓裂和/或穿孔，如附圖標(biāo)記214所示。當(dāng)油和氣從地層206產(chǎn)出后，它進(jìn)入部分214，并通過井212上行到生產(chǎn)設(shè)備210?？蓪怏w和液體分離，和可將氣體送至氣體儲(chǔ)存裝置216中，可將液體送至液體儲(chǔ)存裝置218中，可將水送至水生產(chǎn)裝置230。生產(chǎn)設(shè)備210可以處理例如來自地層202和/或井212或其它水源的水，如海水、湖水、河流、來自污水處理廠的灰水、市政供水或其它，可在水生產(chǎn)裝置230中對(duì)水進(jìn)行處理和儲(chǔ)存?？蓪碜跃?12的水送至水生產(chǎn)裝置230?？蓪⒔?jīng)處理的水通過井232向下泵送至地層206的壓裂部分234。水穿過地層206以輔助生產(chǎn)油和氣，然后可將水、油和氣全部產(chǎn)出至井212，再到生產(chǎn)設(shè)備210。然后可將水循環(huán)，例如通過將水返回至水生產(chǎn)裝置230，水在那里經(jīng)過處理，然后再注入井232。
可以通過穿入含烴地層或儲(chǔ)層的生產(chǎn)井孔212從地球的地下地層206采收烴如油和/或氣?？梢詮纳a(chǎn)井孔206到地層部分214穿孔以利于烴從含烴地層流至生產(chǎn)井孔?？稍趬毫ο聦⑺⑷朐诘叵碌貙?06中形成的注入?yún)^(qū)234以促進(jìn)通過油田中生產(chǎn)井生產(chǎn)烴。水可以獨(dú)自或者作為混溶或不混溶置換流體的組分注入?？梢詫⒑Ｋ?對(duì)于海上油井)和產(chǎn)自相同或附近地層的鹽水(對(duì)于陸地油井)用作水源。該水可以包含一定量(濃度)的前體離子如二價(jià)硫酸根(S042_)，當(dāng)它們與存在于地層中的陽離子如Ba++、Sr++和Ca++接觸時(shí)會(huì)形成不溶性鹽。得到的鹽出&304、3604和CaSO4)在地下地層溫度和壓力下可能相對(duì)不溶。這類鹽會(huì)從溶液中沉淀出來。不溶鹽的沉淀物會(huì)積累，因而堵塞地下流體通道。堵塞效應(yīng)在接近注入井232的地層中的通道內(nèi)和生產(chǎn)井212的穿孔處最為嚴(yán)重。隨著注入水通過生產(chǎn)井212產(chǎn)出至地表，由于溫度和壓力隨著流體通過生產(chǎn)井移動(dòng)至地表而下降，不溶鹽的溶解度會(huì)進(jìn)一步降低。地下或地層流體通道可以包括地層基體內(nèi)的孔、裂縫、空隙、空穴、晶簇、通過井的穿孔和流體通道(包括套管井和未套管井)、井中的管線和其它流體路徑。沉淀物可以包括不溶鹽、結(jié)晶或污垢。堵塞可以包括流體通道和用于產(chǎn)出井流體和處理該流體的管道的孔隙率和/或滲透率減小。注入水可以包括任何含水流體，將該流體注入地下地層以利于從地下地層采收烴。注入井232的一個(gè)目的是輔助烴從儲(chǔ)層流向生產(chǎn)井212。一種方法是在壓力下將水注入到鄰近生產(chǎn)區(qū)以使蘊(yùn)藏在地層206中的烴向生產(chǎn)井212移動(dòng)。地層在一個(gè)實(shí)施方案中，地層206可以包括主要為油潤(rùn)濕的碳酸鹽巖石如石灰石和/或白云石。除油和/或氣之外，地層206可以還包括含有各種鹽和其它溶解固體的水，如總?cè)芙夤腆w(TDS)為500ppm或更多、例如TDS為I, 000-約100，OOOppm的原生水。通常提供高TDS原生水用于主要為油潤(rùn)濕的碳酸鹽巖石，而提供較低TDS注入水使碳酸鹽巖石變得更為水潤(rùn)濕和不那么油潤(rùn)濕。在一些實(shí)施方案中，可以使用TDS為約
0.001-約20%、例如約0.01-約10%或約0.1-約5%的原生水作為注入水。圖3參照?qǐng)D3，其中描述了本發(fā)明一些實(shí)施方案中用于水生產(chǎn)裝置330的系統(tǒng)300。用來處理水的方法和系統(tǒng)(例如通過降低水的TDS)并不重要。下面參照?qǐng)D3和4描述適合的方法。水生產(chǎn)裝置330具有未處理水例如來自水體、海、湖、河流、水井、原生水、城市供水或其它水供給的水的進(jìn)口。在334處，可從原水302中除去一些陽離子例如多價(jià)陽離子如二價(jià)或三價(jià)陽離子。在340處，可從原水302中除去單價(jià)陽離子。然后經(jīng)處理的水303從水生產(chǎn)裝置330產(chǎn)出。圖4參照?qǐng)D4，其中描述了本發(fā)明一些實(shí)施方案中用于水生產(chǎn)裝置430的系統(tǒng)400。水生產(chǎn)裝置430具有未處理水402例如來自井水、海水、城市供水或其它水供給的水的進(jìn)口。在432處，進(jìn)行初級(jí)過濾以從水中除去固體。在433處，可以除去硫酸根(S042_)。在434處，可以除去一些二價(jià)陽離子，例如除去約60-約99%存在的二價(jià)陽離子。可以除去的二價(jià)陽離子包括鎂(Mg)、鈣(Ca)、鐵(Fe)和/或鍶(Sr)。在一些實(shí)施方案中，433和/或434可以用納米過濾膜系統(tǒng)來進(jìn)行。在436處，可以除去一些單價(jià)離子，例如除去約60-約99%存在的陽離子如鈉(Na)和/或鉀(K)，以及相關(guān)陰離子例如氯、氟和/或溴。經(jīng)處理的水403可通過水生產(chǎn)裝置430產(chǎn)出。在一些實(shí)施方案中，水生產(chǎn)裝置330和/或430可以使用基于膜的系統(tǒng)，例如反滲透(RO)和/或納米過濾(NF)技術(shù)，如用于海水脫鹽、過濾和/或純化，當(dāng)然也可以使用其它水處理系統(tǒng)。在一些實(shí)施方案中，系統(tǒng)400可以包括未處理水402，它來自水性進(jìn)料源如來自海洋的海水或含有一些二價(jià)和單價(jià)離子的鹽水源如來自井的產(chǎn)出水。作為例子，原海水可以從海上井或開放入口取自海洋，并先經(jīng)過使用大顆粒粗濾器(未示出)和/或多介質(zhì)過濾器(通?？梢允巧白雍?或無煙煤)的初級(jí)過濾432，任選地再經(jīng)過濾筒過濾。在一些實(shí)施方案中，在將水注入到井孔和/或加入試劑440之前，可以在地表使用機(jī)械方法如使未處理的水402流經(jīng)納米過濾膜以從水中除去離子。海水可能包含約2700-約2800ppm的二價(jià)SO42'納米過濾膜處理433可將該濃度減小至約20-約150ppm。將硫酸根含量降低99%是可行的。在一些實(shí)施方案中，處理334、433和/或434可以使用NF裝置如膜。在一些實(shí)施方案中，處理334和/或436可以使用RO裝置如膜。在本發(fā)明的一些實(shí) 施方案中，經(jīng)處理的水303和/或403可與一種或多種水溶性溶劑例如二甲醚組合，然后注入地層中用于強(qiáng)化采油。共同待審的美國臨時(shí)申請(qǐng)61/332,085(代理卷號(hào)為TH3960)中公開了合適的水溶性溶劑。另外，可將經(jīng)處理的水與用于增加粘度的試劑例如水溶性聚合物的混合物注入地層。另外，可將經(jīng)處理的水與用于減小油與水的界面張力的試劑例如表面活性劑的混合物注入地層。效果至少兩種機(jī)理可以解釋這些效果，水化學(xué)可以改變巖石表面上的電荷和影響巖石潤(rùn)濕性，和/或水化學(xué)的變化可以溶解巖石礦物和影響巖石潤(rùn)濕性。加入低鹽度水可以使油潤(rùn)濕的儲(chǔ)層變成更水潤(rùn)濕的儲(chǔ)層并釋放油。低鹽度水可以增加儲(chǔ)層的采油率。低鹽度水可以增加高鹽度儲(chǔ)層的采油率。通常可將水獨(dú)自或者作為混溶或不混溶置換流體的組分注入地下含烴地層以從中采收烴?？蓮亩喾N來源獲得未處理的水302和/或402，包括產(chǎn)自相同地層的鹽水、產(chǎn)自遠(yuǎn)處地層的鹽水或海水。所有這些水的離子含量均高于淡水。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，可以使用低離子強(qiáng)度水作為經(jīng)處理的水或經(jīng)處理的水混合物303和/或403，例如來自含水層、小溪、湖泊、河流、城市供水或來自污水處理廠的灰水或者本領(lǐng)域已知的其它來源的低離子強(qiáng)度水。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，可將經(jīng)處理的水或經(jīng)處理的水混合物303和/或403注入地層206，從地層206產(chǎn)出，然后例如通過離心或重力分離器從油和氣中回收，然后在水生產(chǎn)裝置230處處理水，和然后可將經(jīng)處理的水或經(jīng)處理的水混合物303和/或304再注入地層206。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，可將經(jīng)處理的水或經(jīng)處理的水混合物303和/或403注入含油地層206，任選預(yù)先或之后如用海水、表面活性劑溶液、烴流體、鹽水溶液或淡水進(jìn)行沖洗。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，可使用經(jīng)處理的水或經(jīng)處理的水混合物303和/或403促進(jìn)采油?？衫媒?jīng)處理的水或經(jīng)處理的水混合物303和/或403以將目前含油的水驅(qū)驅(qū)出或推出儲(chǔ)層，由此將原油“清”出儲(chǔ)層。隨著經(jīng)處理的水或經(jīng)處理的水混合物303和/或403將油推出地層206中的孔并推入生產(chǎn)井212，可在與注入井232隔開的生產(chǎn)井212采出油。一旦油/驅(qū)動(dòng)流體到達(dá)地表，可將它置于接收槽218中，允許油通過自然重力與水分離?？蓪⒉捎土孔鳛樵荚偷刭|(zhì)儲(chǔ)量(OOIC)的函數(shù)進(jìn)行測(cè)量。采油量可高于原始原油地質(zhì)儲(chǔ)量的約5wt%，例如10wt%或更高，或者15%或更高。本方法和系統(tǒng)可有助于從含油地層置換采收石油。該采收包括通過置換流體或氣體的作用將油從含油地層移出的方法。通過本發(fā)明的方法和系統(tǒng)制備的經(jīng)處理的水或經(jīng)處理的水混合物303和/或403的其它用途包括近井注入處理，和沿管線內(nèi)表面注入以促進(jìn)高粘度原油的管線輸送。也可將經(jīng)處理的水或經(jīng)處理的水混合物303和/或403用作水力壓裂流體添加劑、流體分流化學(xué)品和循環(huán)損失添加劑，僅舉幾例。示例性實(shí)施方案在一個(gè)實(shí)施方案中，公開了一種從孔隙中含原油和原生水的多孔地下碳酸鹽地層強(qiáng)化采收原油的方法，該方法包括:確定原生水的離子強(qiáng)度；和將離子強(qiáng)度低于原生水的水性置換流體注入地層。在一些實(shí)施方案中，水性置換流體的離子強(qiáng)度(1)低于原生水離子強(qiáng)度的約10%。在一些實(shí)施方案中，水性置換流體的離子強(qiáng)度(1)低于原生水離子強(qiáng)度的約0.5%。在一些實(shí)施方案中，該方法進(jìn)一步包括:確定原生水的總多價(jià)陽離子水平(mol/vol);和注入總多價(jià)陽離子水平(mol/vol)低于原生水的水性置換流體。在一些實(shí)施方案中，水性置換流體包含至少一種選自表面活性劑、發(fā)泡劑、水溶性聚合物和水溶性溶劑如二甲醚的添加劑。在一些實(shí)施方案中，水性置換流體包括得自含水層、河流、湖泊、海洋、經(jīng)處理的排污水或大洋的蒸汽和/或水。在一些實(shí)施方案中，地層是含礦物碳酸鹽地層。在一些實(shí)施方案中，水性置換流體包括增粘聚合物。在一些實(shí)施方案中，水性置換流體的粘度水平為ImPa.s以上和包含至少200ppm(質(zhì)量)的增粘聚合物。在一些實(shí)施方案中，增粘聚合物包括水解的聚丙烯酰胺。在一些實(shí)施方案中，對(duì)水進(jìn)行處理以使它轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子強(qiáng)度低于原生水離子強(qiáng)度的約5%的水性置換流體。在一些實(shí)施方案中，對(duì)水進(jìn)行處理以使它轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子強(qiáng)度為原生水離子強(qiáng)度的約0.1-約20%的水性置換流體。在一些實(shí)施方案中，對(duì)水進(jìn)行處理以使它轉(zhuǎn)變?yōu)榭側(cè)芙夤腆w水平為原生水總?cè)芙夤腆w水平的約0.1-約20%的水性置換流體。定義在本申請(qǐng)中，術(shù)語定義如下:離子強(qiáng)度(1)-溶液中存在的全部離子的濃度的函數(shù)，單位為(mol/L)，其中
權(quán)利要求
1.一種從孔隙中含原油和原生水的多孔地下碳酸鹽地層強(qiáng)化采收原油的方法，所述方法包括: 確定所述原生水的離子強(qiáng)度；和 將離子強(qiáng)度低于所述原生水的水性置換流體注入所述地層。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述水性置換流體的離子強(qiáng)度(I)低于所述原生水離子強(qiáng)度的約10%。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其中所述水性置換流體的離子強(qiáng)度(I)低于所述原生水離子強(qiáng)度的約0.5%。
4.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括: 確定所述原生水的總多價(jià)陽離子水平(mol/vol);和 注入總多價(jià)陽離子水平(mol/vol)低于所述原生水的水性置換流體。
5.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的方法，其中所述水性置換流體包含至少一種選自表面活性齊U、發(fā)泡劑、水溶性聚合物和水溶性溶劑的添加劑，所述水溶性溶劑在水中的摩爾溶解度為至少1%和辛醇-水分配系數(shù)為至少1，和所述水溶性溶劑選自醇、胺、批唆、醚、羧酸、醛、酮、磷酸酯、奎寧和它們的混合物。
6.權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的方法，其中所述水性置換流體包括得自含水層、河流、湖泊、海洋、經(jīng)處理的排污水或大洋的蒸汽和/或水。
7.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的方法，其中所述地層是含礦物碳酸鹽地層。
8.權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)的方法，其中所述水性置換流體包含增粘聚合物。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述水性置換流體的粘度水平為ImPa.s以上和包含至少200ppmw的增粘聚合物。
10.權(quán)利要求8或9的方法，其中所述增粘聚合物包括水解的聚丙烯酰胺。
11.權(quán)利要求ι- ο任一項(xiàng)的方法，其中對(duì)所述水進(jìn)行處理以提供離子強(qiáng)度低于所述原生水離子強(qiáng)度的約5%的水性置換流體。
12.權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)的方法，其中對(duì)所述水進(jìn)行處理以提供離子強(qiáng)度為所述原生水離子強(qiáng)度的約0.1-約20%的水性置換流體。
13.權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)的方法，其中對(duì)所述水進(jìn)行處理以提供總?cè)芙夤腆w水平為所述原生水總?cè)芙夤腆w水平的約0.1-約20%的水性置換流體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種從孔隙中含原油和原生水的多孔地下碳酸鹽地層強(qiáng)化原油采收的方法，所述方法包括確定原生水的離子強(qiáng)度；和將離子強(qiáng)度低于原生水的水性置換流體注入地層。
文檔編號(hào)C09K8/58GK103180405SQ201180049628
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2011年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者D·J·利格特爾姆, J·羅馬努卡, B·M·J·M·蘇伊捷凱爾布伊捷克 申請(qǐng)人:國際殼牌研究有限公司