[发明专利]用于快速并均匀的SAGD启动的增强方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于通过地质力学的扩张刺激地下岩层(formations)以启动蒸汽辅助重力泄油SAGD(steam-assisted gravity drain)井生产的方法。

背景技术

从地下岩层提取石油化学产品是一个重要的全球工业。然而，在北美和世界的许多地方，石油化学产品被以重的、黏性的形式发现，例如沥青，这些是非常难以提取的。加拿大，委内瑞拉，加利福尼亚，中国和世界其他地方的沥青饱和油砂储层只是一些这样的地下岩层的例子。在这些岩层中，是不可能简单地钻井和抽出石油的。相反，储层可以被加热或者施以其他刺激以降低粘稠度和促进提取。

刺激油砂储层的两个最常见的商业上可行的方法是(a)蒸汽吞吐(cyclic steam stimulation(CSS))和(b)蒸汽辅助重力泄油技术(SAGD)。在这两个例子中，蒸汽被注入到储层，以加热沥青。这些过程的一些变形可以包括注入溶剂以辅助粘稠度减少或者使用电加热以替换蒸汽的角色。

通常情况下，注入到储层的初始注入量是相对小的，即每单位时间内多少量的刺激物可以被注入到储层而不引起岩层的断裂。储层的刺激是希望提供通道，刺激物可以通过通道接近并接触储层。这些通道不仅增加注入量，而且增加刺激物在储层内的接触区域。

在SAGD过程中，在生产可以开始之前，SAGD井对之间的相互流通必须建立，从而沥青可以从上部注入井向下流入下部生产井。通常，蒸汽独立地通过两个井循环，直至井间区域被加热，且沥青浓度被显著降低，从而沥青可以流到生产井，且材料的流通被建立。这个过程，通常花费6个月的时间才能完成。在一些情况下，可能需要更多的时间，例如，当被钻的井眼轨迹偏离了理想的垂直排列在5米距离的情况时。

水力压裂工艺作为用于碳氢化合物资源恢复的刺激方法已经实际应用了很长一段时间了。通常，这个方法在高压下注入液体进入钻井，该井被通过将被刺激的岩层钻出。高压引起从注入井的一个断裂，并延伸(propagate)足够的距离进入岩层。随后，断裂被充满支撑剂，断裂形成后，支撑剂从表面被注入。相似的方法被应用在垂直和水平的井和任何斜度的井内。然而，现有的水力压裂工艺受到两个主要的限制：

-水力压裂不能主动控制断裂形成的方向。断裂沿着垂直于最小阻力的平面，即垂直于原始原位的最小应力，S_min0。如果一个水平井沿着最小应力S_min0的方向或者基本上倾斜朝向最小应力S_min0被钻出，通过传统的水力压裂形成的断裂可以垂直或者基本垂直水平井。这样的断裂没有对在SAGD井间的沿着他们长度的均匀流通做出贡献。

-在垂直于原始原位的最大应力S_max0的平面中的水力驱动的断裂的可选择位置已经在过去被实践。然而，这些典型地需要一个牺牲性的井，这增加了SAGD井对的钻井和完成的费用。再者，形成在这个过程中的牺牲性的断裂将复杂化蒸汽的一致性，且因此使得SAGD井对之间的井间流通变得困难。

作为标准，很多局部的不均匀性存在在原位的条件下和沿着SAGD井的长度的操作井内。鉴于这些不均匀性，无论是沿着井的长度的人工引导还是预先存在，在常规水力压裂下形成的断裂很难均匀地或者连续地沿着水平井的长度方向扩散且跨度超过800米，除非水平井的长度被分段，以可以在不同的时间被处理。

常规的水力压裂刺激的目的是为了形成断裂，特别地，是为了形成一个开口断裂，表示地质力学的薄的线性的或者面状的缺陷。它往往是拉伸机械性质，且由两个之间具有开口孔的平行板建模。通过这种开孔断裂的压力或流体传导性往往是非常高的。如果开孔断裂在沿着井的长度SAGD井之间局部地形成，那么大体上无压力降低沿断裂发生。因此，它能导致沿着它的线性的或者平面路径的连续的扩散，且它并不促使断裂的横向扩散，即沿着SAGD井长度均匀扩散。

在控制断裂的方向方面已经做过一些工作。例如，由康罗斯曼(Closmann(1971))提出的美国专利3,613,785教导通过从第二井垂直断裂岩层来从第一层建立水平断裂，而后注入热流体以加热岩层。通过垂直断裂加热改变原始原位的应力，从而垂直应力变得比水平应力小，因此，有利于水平断裂的建立。这一方法需要形成第一牺牲性的垂直断裂并使用昂贵的蒸汽以加热岩层。

由Braunlich和毕晓普(Bishop)(1971)提出的美国专利3,709,295通过利用至少三个井和一个自然断裂系统来控制水力断裂的方向。这个方法只有在岩层已经存在断裂的情况下是可行的。