[发明专利]使用金属硅化物提高原油采收

说明书

相关申请交叉引用

本申请根据35 USC§119 要求对2011年6月14日提交的美国临时申请61/496 881的优先权；通过引用将其整个公开结合到本文中。

技术领域

本发明涉及用于增加可从油田提取的原油的量的系统和技术。本发明还涉及使用碱金属硅化物改进地下烃和沥青物质和沉积物的采收的系统和方法。

背景技术

在烃和沥青物质沉积物（如油和天然气沉积物）中，烃资源的重要部分即使在初级天然压力枯竭生产，次级注水，或保压操作，和甚至在第三级增强的技术之后仍然不可回收。现有采收技术仅提取小部分的已知的重质原油储备，而余量仍困在地下。对于10-20级别API（美国石油学会）类别的较重质原油和沥青来说尤其如此，其中沉积物的粘度可以达到几个泊。沉积物也可能具有不利的润湿性和/或毛细作用力防止有效地采收工作。 例如，具有较高粘度的重质原油使得难以用水基流体将它们驱向生产井。较重质原油倾向于年龄更小并包含可观的酸性组分，如通过用氢氧化钾（KOH）滴定测量的总酸值（TAN）所测定的。此外，许多这些原油可能被归类为“脱气”原油，因为几乎没有（如果有的话）与它们相关的气体提供天然能量来协助采收工作。

往往利用的化学增强的采收方法包括碱驱技术（美国专利 2,288,857，Subkow，7/42），来与原油的酸性组分发生反应而原位生成表面活性剂并由此使部分原油乳化，导致更低的粘度和润湿性改变。多年来，碱性硅酸盐（美国专利 2,920,041，Meadors，1/60）已经被广泛研究并应用于这些目的。碱金属可以与添加的表面活性剂和聚合物（美国专利6,022,834，Hsu等人，2/00）结合以改进性能并将适用性扩展到较轻原油。

热增强的采收技术也已被用来降低粘度，以致可以迫使更大部分的原油在锥进或水突破发生之前进入生产井。这些技术主要包括蒸汽驱（美国专利5,626,193，Nzekwu等人，6/97）以及，和在较小程度上，原位燃烧技术（美国专利3,566,967，Shelton等人，3/71）。这些技术为储层提供足够的热以降低原油的粘度，因此其可以被更容易地驱到生产井。蒸汽通常限于较浅的储层（小于3000英尺），其中向井筒及围岩的热损失是可管理的。蒸汽可以以吞吐模式施加（注入和从同一井中生产）或者连续地施加以将原油驱到专用的生产井。

水平钻井技术允许与储层的更大横截面接触，使得通过吞吐的蒸汽浸泡是有效的。已经提出在水平井中结合蒸汽和碱金属（美国专利4,892,146，Shen，1/90）。原位燃烧不受深度限制，而是通过注入氧燃烧一部分可回收储备以生成热和二氧化碳，其与原油可混溶而膨胀并降低粘度。

混相技术主要包括注入二氧化碳气体（美国专利2,875,830，James W. Martin，1959年3月3日），（美国专利4,589,486，Alfred Brown等人，1986年5月20日）来使石油膨胀并降低粘度，但可以包括其它气体，如氢气。氢气被认为是不太有效的膨胀剂，因为其在原油中的溶解度平均小约15倍。然而，如果储层温度可升高到超过425℃（800℉），存在发生一些原位裂解/加氢反应（美国专利2,857,002，E.F. Pevere等人，10/58）的可能性，其将提高原油的流动性。这可以通过注入适合的催化剂来进一步提高。

临氢减粘（美国专利6,328,104，Dennis J. Graue，2001年12月11日）是在高压和高温下将氢气施加到重质原油或沥青中，其导致重质石油或沥青的粘度降低至具有降低的粘度的轻质美国石油学会（API）重力材料。所述临氢减粘工艺使用安装在注射井中的燃烧装置来燃烧工业级氢气与工业级氧气。这允许将高质量蒸汽和热氢气注入含烃地层以产生促进原位临氢减粘所需的条件。这种涉及重质原油或沥青的加氢的热裂解工艺通常在炼油厂进行以将重质原油或沥青加工成可销售的产品。Herron（Experimental Verification of In Situ Upgrading of Heavy Oil, E. Hunter Herron, Oct. 2003）和其他人已经表明，通过施加氢气和热可以在很大程度上原位进行加氢反应。所需的条件是345℃（650℉）或更高的温度以及高达8.7兆帕（MPa），或1275psia （88 bar）的氢分压。在这些条件下，据发现在几天内，随着5至10度的重力增大粘度降低可以高达99%。