СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ В ЖИДКОСТИ ГАЗОВ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ, СИСТЕМА ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ И СПОСОБ ДОБЫЧИ НЕФТИ
METHOD OF SEPARATING GASES IN FLUID FOR OIL PRODUCTION, OIL PRODUCTION SYSTEM AND METHOD OF OIL PRODUCTION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системам и способам для селективного поглощения одного или нескольких газов в жидкости.
Уровень техники
Повышенная нефтеотдача (ПНО) может быть использована для увеличения нефтеотдачи на месторождениях во всем мире. Существуют три основных типа ПНО: термический, закачивание химического реагента/полимера и закачивание газа, которые могут быть использованы для увеличения нефтеотдачи из пласта по сравнению с нефтеотдачей, которая может быть достигнута с использованием традиционных приемов - с возможным продлением срока эксплуатации месторождения и повышением коэффициента нефтеотдачи.
Термическое повышение нормы добычи обусловлено воздействием тепла на пласт. На практике наиболее широко применяется вытеснение нефти паром, при котором вязкость нефти снижается настолько, что она может перетекать к продуктивным скважинам. Нагнетание в пласт растворов химических реагентов повышает нефтеотдачу за счет снижения капиллярных сил, которые удерживают остаточную нефть. Нагнетание в пласт растворов полимеров улучшает эффективность вытеснения нефти введенной водой. Закачивание смешивающимся газом действует таким же образом, как и нагнетание в пласт растворов химических реагентов. Под действием закачивания флюида, который смешивается с нефтью, может быть извлечена удерживаемая остаточная нефть.
Часто нефть извлекается из нефтеносного пласта неравномерным образом. То есть большая часть нефти добывается из участков пласта с большей дренируемостью, причем относительно немного нефти приходит из участков с плохой дренируемостью. Это особенно справедливо для пластов с высокой трещиноватостью или пластов, в которых имеются участки с широкой вариацией проницаемости, где нефть остается в менее доступных частях пласта. В таких пластах обычная обработка заводнением при вторичном извлечении часто имеет ограниченное значение, поскольку введенный флюид имеет тенденцию распространяться или проходить сквозь те же самые участки пласта, которые восприимчивы к хорошей проницаемости, таким образом, участки пласта с плохой проницаемостью или шунтируются, или обрабатываются флюидом лишь в ограниченной степени.
Некоторые жидкости и газы являются желательными для обработки заводнением при вторичном извлечении, так как они обладают способностью смешиваться с нефтью в соответствующих местах и добываются из пласта в виде смеси. Другие жидкости и газы являются нежелательными для обработки заводнением при вторичном извлечении, поскольку они не смешиваются с нефтью в соответствующих местах и часто просачиваются через пласт, оставляя большую часть нефти в пласте. В определенных ситуациях существует газовый поток, содержащий как желательные, так и нежелательные газы. Существует потребность в системах и способах разделения желательных газов от нежелательных газов.
Обратимся к фиг.1, где изображена известная система 100. Система 100 включает в себя подземный пласт 102, подземный пласт 104, подземный пласт 106 и подземный пласт 108. На поверхности находятся оборудование и устройства для ведения добычи 110. Скважина 112 пересекает пласты 102 и 104 и заканчивается в пласте 106. Часть пласта 106 обозначена как 114. Нефть и/или газ, добываемые из пласта 106 с помощью скважины 112, поступают в эксплуатационный объект 110. Газ и жидкость могут быть разделены между собой, причем газ хранится в газовом резервуаре 116, а жидкость хранится в резервуаре 118 для жидкости.
В патенте США №5167280 раскрыт способ стимулирования добычи растворителем, в котором понижающий вязкость реагент циркулирует через горизонтальную скважину с помощью эксплуатационной обсадной колонны. Указанный реагент находится в эксплуатационной обсадной колонне и поступает в межтрубное пространство, образовавшееся между указанной обсадной колонной и хвостовиком. Указанный реагент диффундирует в пласт при давлении ниже пластового давления. Когда указанный реагент диффундирует через пласт под действием концентрационного градиента, он снижает вязкость нефти и обеспечивает ее подвижность. Одновременно нефть с пониженной вязкостью мигрирует в скважину под действием перепада давления. Псевдостационарная скорость добычи достигается, когда конвективное движение нефти с пониженной вязкостью точно уравновешивается скоростью диффузии реагента, понижающего вязкость в стимулируемой радиальной зоне вдоль указанной скважины. Это вызывает движение большого объема нефти через обширную поверхностную площадь ствола скважины, таким образом, добываются увеличенные объемы флюидов из пласта. Понижающий вязкость реагент может быть выбран из соединений группы, состоящей из диоксида углерода, дымовых газов, монооксида углерода, гелия, водорода, углеводородов С1-С10, метанола, этанола, толуола, сероуглерода и их смесей. Патент США №5167280 полностью включен в настоящее изобретение как ссылка.
Доступны потоки газовых смесей, например, отходящие потоки химического производства или нагревателя, которые могут быть использованы для ПНО. Однако эти потоки газовых смесей могут содержать один или несколько газов, которые желательны для ПНО, и один или несколько газов, которые нежелательны для ПНО. Существует потребность в отделении желательных газов от нежелательных.
Кроме того, существует потребность в усовершенствованных системах и способах для повышения нефтеотдачи. Существует потребность в усовершенствованных системах и способах для повышения нефтеотдачи с использованием инжектируемых смесей. Существует потребность в усовершенствованных системах и способах для повышения нефтеотдачи с использованием усовершенствованных устройств и способов смешения инжектируемого агента.
Краткое изложение изобретения
В одном аспекте изобретение предоставляет способ поглощения газов в жидкости, который включает в себя обеспечение потока, по меньшей мере, одного желательного газа и, по меньшей мере, одного нежелательного газа, взаимодействие газового потока с жидкостью таким образом, чтобы жидкость поглощала в большей степени желательный газ, чем нежелательный газ, и выпуск смеси жидкости и газа в подземный пласт.
В другом аспекте изобретение предоставляет систему для добычи нефти и/или газа, которая включает в себя первый состав, содержащий жидкость, второй состав, содержащий, по меньшей мере, один желательный газ и, по меньшей мере, один нежелательный газ, аппарат для поглощения, по меньшей мере, части второго состава в первом составе, с целью создания третьего состава, содержащего указанную жидкость, большую часть желательного газа и меньшую часть нежелательного газа, и средство для выпуска, по меньшей мере, части третьего состава в подземный пласт.
В другом аспекте изобретение предоставляет способ для добычи нефти и/или газа, который включает в себя контактирование первого состава, содержащего сероуглерод, со вторым составом, содержащим сероводород или диоксид углерода, с целью создания третьего состава, содержащего сероуглерод и сероводород и/или диоксид углерода, и выпуск третьего состава в пласт.
Преимущества изобретения заключаются в следующем.
Усовершенствованные системы и способы обеспечивают повышенные нормы добычи углеводородов из пласта с помощью сероуглерода и состава, содержащего газ.
Усовершенствованные системы и способы обеспечивают повышение нормы добычи углеводородов из пласта с помощью флюида, содержащего сероуглерод, и состава, содержащего газ.
Усовершенствованные системы и способы обеспечивают повышение нефтеотдачи.
Усовершенствованные системы и способы обеспечивают получение сероуглерода и состава, содержащего газ.
Усовершенствованные системы и способы обеспечивают повышение нефтеотдачи с использованием соединения, которое смешивается с нефтью на месте.
Усовершенствованные системы и способы обеспечивают получение и/или использование серосодержащих реагентов для повышения нефтеотдачи.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показана система для добычи нефти и/или газа.
На фиг.2 показана система для поглощения жидкости и газа.
На фиг.3 показана система для добычи нефти и/или газа.
Фиг.4 представляет собой таблицу с данными растворимости газов.
На фиг.5 приведен график данных о растворимости газов.
Фиг.6 представляет собой таблицу с данными растворимости газов.
Подробное описание изобретения
3
3
Как видно из фигуры 2, в одном варианте осуществления изобретения поток 6 жидкого растворителя, например сероуглерода, поступает в насос 1, и таким образом, получают поток 7 жидкого растворителя, имеющий давление 35 бар (3,5 МПа) и температуру 27°С. Поток 7 жидкого растворителя и смешанный газовый поток 8, например, диоксид углерода и азот, направляется в колонну абсорбера 2. Смешанный газовый поток 8 содержит 50% диоксида углерода и 50% азота по объему при давлении 35 бар и температуре 40°С. Молярное отношение расходов газового потока 8 к жидкому потоку 7 равно 22. В колонне абсорбера 2 имеются 10 тарелок или стадий, конденсатор дистиллята 3 и донный кипятильник 4. Колонна абсорбера 2 эксплуатируется при флегмовом числе, равном 0,35. Конденсатор 3, который эксплуатируется при давлении 32 бар и температуре -37°С, охлаждается охлаждающим потоком 9. Одним из возможных источников охлаждающего потока 9 является пропановый контур. Кроме того, доступны и другие способы обеспечения охлаждения, которые известны специалистам в этой области техники. Кипятильник 4 нагревается с помощью нагревающего потока 10 и эксплуатируется в условиях давления 34 бар, при температуре -8°С. Поток дистиллятного продукта 11 содержит 57% азота и 43% диоксида углерода по объему, причем сероуглерод практически отсутствует. Поток остаточного продукта 12 содержит 73% диоксида углерода, 26% сероуглерода и 1% азота по объему. Молярное отношение расходов потока 11 дистиллятного продукта к потоку остаточного продукта 12 равно пяти. Используя насос 5, повышают давление потока 12 остаточного продукта с целью закачивания в подземный пласт. В условиях нефтяного слоя при давлении 60 бар и температуре 20°С инжектируемая однофазная смесь имеет плотность 1,015 г/см, в то время как в условиях нефтеносного слоя при 90 бар и 50°С, инжектируемая однофазная смесь имеет плотность 0,86 г/см. Для специалистов в этой области техники будет очевидно, что отношение газа к жидкости в смеси можно регулировать в соответствии с условиями нефтеносного слоя.
Сероуглерод приблизительно в 50-100 раз более эффективно поглощает диоксид углерода, чем азот в абсорбере, например, приблизительно в 75 раз более эффективен.
Сырьевые потоки абсорбера 2 и условия эксплуатации можно регулировать таким образом, чтобы поток 12 содержал приблизительно от 10% до 50% сероуглерода, приблизительно от 30% до 90% диоксида углерода и приблизительно меньше чем 10% азота по объему, например, приблизительно меньше чем 5% или приблизительно меньше чем 1%.
Поток 12 можно смешивать приблизительно с 20-80% сероводорода, например, приблизительно от 40% до 60% по объему.
Поток 6, содержащий сероуглерод, может быть неочищенным сероуглеродом, который получен с использованием систем и/или способов, описанных в патентной заявке 11/409436, поданной 19 апреля 2006, которая имеет номер досье ТН2616 (у патентного поверенного) и которая полностью включена в настоящее изобретение как ссылка.
Абсорбер 2 может эксплуатироваться под давлением приблизительно от 5 до 50 бар, например, приблизительно от 10 до 40 бар.
Абсорбер 2 эксплуатируется при температуре приблизительно от -50 до 100 градусов Цельсия, например, приблизительно от -20 до 50°С.
Поток 8, содержащий диоксид углерода и азот, может быть потоком отходов процесса сжигания газа.
Как видно из фиг.3, в некоторых вариантах осуществления газообразный поток 19, содержащий сероуглерод и один или более следующих компонентов: диоксид углерода, сероводород, метан, этан, пропан, бутан и/или пентан, поступает в насос 14, с целью достижения давления, которое необходимо для закачивания в подземный пласт. Затем инжектируемый поток 20 повышенного давления закачивают в скважину 15, в нефтеносный пласт 16. Полученный поток 21 флюида из продуктивной скважины 17 может содержать компоненты инжектируемой смеси, нефть и другие углеводороды, газы, воду, растворенные и нерастворенные компоненты, минералы и соли и другие вещества. В некоторых вариантах осуществления нагнетательная скважина 15 и продуктивная скважина 17 аналогичны скважинам процесса "Циклического нагнетания пара". Полученный поток 21 можно перерабатывать на поверхности, в производственной перерабатывающей установке 18, чтобы получить поток 22, содержащий углеводородный продукт, поток 23, содержащий компоненты инжектируемой смеси, и один или несколько потоков, представленных на фигуре как поток 24, содержащий одно или несколько других полученных веществ. Возможно, что потоки, выходящие из производственной перерабатывающей установки, будут содержать нечистые желательные компоненты, например, в потоке 23 или потоке 24 могут находиться несколько углеводородов. Затем поток 23, содержащий один или несколько компонентов инжектируемой смеси, можно рециркулировать путем смешивания с потоком 20 для закачивания в подземный пласт. В случае необходимости могут быть введены дополнительные компоненты инжектируемой смеси через поток 25 для того, чтобы получить желательную композицию для введения в подземный пласт.
Подходящие системы и способы для закачивания сероуглеродного состава и добычи углеводородов описаны в патентной заявке 11/409436, поданной 19 апреля 2006, которая имеет номер досье ТН2616 (у патентного поверенного) и которая полностью включена в настоящее изобретение как ссылка.
Сероуглеродный состав может включать в себя сероуглерод и/или производные сероуглерода, например, тиокарбонаты, ксантогенаты и их смеси; и необязательно один или более из следующих компонентов: сероводород, сера, диоксид углерода, углеводороды и их смеси.
Сероуглеродный состав или сероуглеродный состав, смешанный с другими компонентами, может смешиваться с нефтью и/или газом в пласте 16. В некоторых вариантах осуществления сероуглеродный состав или сероуглеродный состав, смешанный с другими компонентами, может смешиваться с нефтью и/или газом в пласте 16 с образованием смешиваемой смеси, которая добывается из скважины 17.
Сероуглеродный состав или сероуглеродный состав, смешанный с другими компонентами, может не смешиваться с нефтью и/или газом в пласте 16. В некоторых вариантах осуществления сероуглеродный состав или сероуглеродный состав, смешанный с другими компонентами, может не смешиваться с нефтью и/или газом в пласте 16, так что сероуглеродный состав или сероуглеродный состав, смешанный с другими компонентами, перемещается в пласте 16 как поршень, проталкивая нефть и/или газ к скважине 17.
Некоторое количество сероуглеродного состава или сероуглеродного состава, смешанного с другими компонентами, может вводиться в скважину 15, с последующим вводом другого компонента для продвижения по всему пласту 16 сероуглеродного состава или сероуглеродного состава, смешанного с другими компонентами, например, воздуха; воды в виде пара или жидкости; воды, смешанной с одним или более компонентами группы, содержащей соли, полимеры, и/или поверхностно-активные вещества; диоксид углерода; другие газы; другие жидкости; и/или их смеси.
На фиг.4 показаны данные растворимости различных газов в сероуглероде в виде таблицы. Как можно увидеть в таблице, сероводород, диоксид углерода и метан легче растворяются в сероуглероде и/или в больших количествах, чем кислород, монооксид углерода и азот.
На фиг.5 в виде графика приведены значения давления насыщения различных газов в смеси с сероуглеродом. Как можно увидеть из графика, для данной смеси «газ - сероуглерод» с повышением давления может быть увеличено количество газа, удерживаемого в растворе. Напротив, понижение давления будет вызывать десорбцию части газа из раствора. Кроме того, при заданном давлении можно растворить в сероуглероде гораздо большее количество сероводорода, диоксида углерода и/или метана по сравнению с гораздо меньшим количеством кислорода, монооксида углерода и/или азота.
Растворитель может смешиваться с желательным газом и нежелательным газом с образованием смеси растворитель - газ. Смесь растворитель - газ содержит более высокую долю желательного газа по сравнению с нежелательным газом, что обусловлено более высокой растворимостью желательного газа в растворителе по сравнению с нежелательным газом. Более высокая доля желательного газа может быть, по меньшей мере, приблизительно в два раза больше, по меньшей мере, приблизительно в пять, по меньшей мере, приблизительно в десять раз больше или, по меньшей мере, приблизительно в двадцать раз больше.
На фиг.6 в виде таблицы приведены данные о растворимости газообразного диоксида углерода в различных растворителях. Как видно из таблицы, для растворения диоксида углерода могут быть использованы многочисленные растворители.
6
15
Растворитель для растворения одного или нескольких желательных газов может быть выбран из тех, что приведены на фиг.6. В качестве альтернативы растворитель может быть выбран из сероуглерода, бензола, толуола, ксилола, хлорированных углеводородов, например, четыреххлористого углерода или метиленхлорида, углеводородов C-C, таких как бензин или дизельное топливо, минеральные масла, другие нафтеновые или парафиновые углеводороды и/или их смеси.
Желательный газ может быть одним или несколькими газами из сероводорода, диоксида углерода, метана, этана, пропана, бутана, пентана и/или их смесей.
Нежелательный газ может включать один или несколько газов из кислорода, монооксида углерода, азота и/или их смесей.
Смесь из растворителя, большей части одного или нескольких желательных газов и меньшей части одного или нескольких нежелательных газов может быть введена в подземный пласт.
Смесь из растворителя, большей части одного или нескольких желательных газов и меньшей части одного или нескольких нежелательных газов может быть введена в подземный пласт для использования с целью повышения нефтеотдачи углеводородов из подземного пласта.
В одном примере растворитель - сероуглерод смешивается, по меньшей мере, с одним компонентом из следующей группы: сероводород, диоксид углерода, метан, этан, пропан, бутан, пентан и, по меньшей мере, с одним из следующей группы: кислород, монооксид углерода и азот, с образованием смеси. Затем эта смесь может быть введена в подземный пласт. Эта смесь может содержать приблизительно 20-50% сероуглерода, около 20-50% сероводорода и приблизительно меньше чем по 10% каждого из кислорода и азота. Эта смесь может содержать приблизительно 20-50% сероуглерода, около 20-50% диоксида углерода и приблизительно меньше чем по 10% каждого из кислорода и азота. Смесь может содержать приблизительно 20-50% сероуглерода, около 15-40% диоксида углерода, приблизительно 15-40% сероводорода и приблизительно меньше чем 10% каждого из кислорода и азота.
6
15
В одном из вариантов осуществления изобретения раскрыт способ поглощения газов в жидкости, который включает в себя обеспечение потока, по меньшей мере, одного желательного газа и, по меньшей мере, одного нежелательного газа, взаимодействие газового потока с жидкостью, так чтобы жидкость поглощала в большей степени желательный газ, чем нежелательный газ, и выпуск смеси жидкости с газом в подземный пласт. В некоторых вариантах осуществления способ также включает в себя добычу углеводородов из подземного пласта, после выпуска смеси жидкости с газом. В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, один желательный газ содержит сероводород и/или диоксид углерода. В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, один желательный газ содержит диоксид углерода. В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, один нежелательный газ содержит азот и/или кислород. В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, один нежелательный газ содержит азот. В некоторых вариантах осуществления жидкость содержит, по меньшей мере, один компонент из группы: сероуглерод, бензол, толуол, ксилол, хлорированные углеводороды, например, четыреххлористый углерод или метиленхлорид, углеводороды C-C, такие как бензин или дизельное топливо, минеральные масла, другие нафтеновые или парафиновые углеводороды и/или их смеси.
В некоторых вариантах осуществления жидкость содержит сероуглерод. В некоторых вариантах осуществления эта жидкость поглощает, по меньшей мере, в два раза больше желательного газа, чем нежелательного газа, например, в расчете на моль. В некоторых вариантах осуществления жидкость поглощает, по меньшей мере, в пять раз больше желательного газа, чем нежелательного газа, например, в расчете на моль. В некоторых вариантах осуществления жидкость поглощает, по меньшей мере, в десять раз больше желательного газа, чем нежелательного газа, например, в расчете на моль.
В одном из вариантов осуществления изобретения раскрыта система для добычи нефти и/или газа, содержащая первый состав, содержащий жидкость, второй состав, содержащий, по меньшей мере, один желательный газ и, по меньшей мере, один нежелательный газ, средство для поглощения, по меньшей мере, части второго состава в первом составе, с целью создания третьего состава, содержащего жидкость, большую часть желательного газа и меньшую часть нежелательного газа, и средство для выпуска, по меньшей мере, части третьего состава в подземный пласт. В некоторых вариантах осуществления система также включает средство для извлечения жидкости и/или газа из пласта, причем это средство для извлечения включает в себя скважину в подземном пласте и добывающее оборудование на верху скважины. В некоторых вариантах осуществления средство для выпуска третьего состава включает в себя скважину в подземном пласте для выпуска третьего состава в пласт. В некоторых вариантах осуществления подземный пласт находится ниже массы воды. В некоторых вариантах осуществления система также включает средство для закачивания воды, причем это средство выполнено с возможностью закачивания воды в пласт после выпуска третьего состава в пласт. В некоторых вариантах осуществления средство для поглощения включает в себя колонну абсорбера. В некоторых вариантах осуществления первый состав содержит, по меньшей мере, 50% сероуглерода по объему. В некоторых вариантах осуществления второй состав содержит, по меньшей мере, 40% диоксида углерода в мольных долях. В некоторых вариантах осуществления второй состав содержит, по меньшей мере, 20% диоксида углерода в мольных долях и, по меньшей мере, 20% сероводорода в мольных долях. В некоторых вариантах осуществления третий состав содержит, по меньшей мере, 40% диоксида углерода и, по меньшей мере, 10% сероуглерода в мольных долях. В некоторых вариантах осуществления третий состав содержит, по меньшей мере, 60% диоксида углерода и, по меньшей мере, 20% сероуглерода. В некоторых вариантах осуществления третий состав содержит, по меньшей мере, 20% диоксида углерода, по меньшей мере, 20% сероводорода и, по меньшей мере, 20% сероуглерода в мольных долях. В некоторых вариантах осуществления средство для выпуска включает в себя нагнетательную скважину, причем средство для извлечения включает в себя множество продуктивных скважин вблизи нагнетательной скважины. В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, одна из множества продуктивных скважин выполнена с возможностью перекрытия, когда третий состав из нагнетательной скважины достигает продуктивной скважины.
В одном из вариантов осуществления изобретения раскрыт способ добычи нефти и/или газа, включающий обеспечение контактирования первого состава, содержащего сероуглерод, со вторым составом, содержащим сероводород и/или диоксид углерода, для получения третьего состава, содержащего сероуглерод и сероводород и/или диоксид углерода, и выпуск третьего состава в пласт. В некоторых вариантах осуществления способ также включает извлечение жидкости и/или газа из пласта. В некоторых вариантах осуществления способ также включает извлечение, по меньшей мере, части третьего состава из пласта, с последующим выпуском, по меньшей мере, части извлеченного третьего состава в пласт. В некоторых вариантах осуществления выпуск заключается в закачивании, по меньшей мере, части третьего состава в пласт в смеси с одним или более компонентами из группы: углеводороды; вода в виде жидкости и/или пара; сернистые соединения, отличающиеся от сероуглерода; монооксид углерода; или их смеси. В некоторых вариантах осуществления способ также включает нагревание третьего состава до выпуска третьего состава в пласт или когда он находится в пласте. В некоторых вариантах осуществления другой материал выпускается в пласт после введения третьего состава, например, этот другой материал выбирают из группы, состоящей из воздуха, воды в виде жидкости и/или пара, диоксида углерода и/или их смеси. В некоторых вариантах осуществления третий состав вводят под давлением от 0 до 37000 кПа выше исходного давления нефтеносного слоя, измеренного до начала процесса закачивания. В некоторых вариантах осуществления способ также включает переработку части извлеченной жидкости и/или газа в материал, который выбирают из группы, состоящей из моторных топлив, таких как бензин и дизельное топливо, печное топливо, смазочные масла, химикалии и/или полимеры.
Специалисты в этой области техники могут признать, что возможны многие модификации и вариации, исходя из раскрытых вариантов осуществления изобретения, конфигураций, материалов и способов, не выходя за рамки сущности и объема изобретения. Соответственно, объем прилагаемых ниже притязаний и их функциональных эквивалентов не должен быть ограничен конкретными вариантами осуществления, которые описаны и показаны в описании, так как эти варианты приведены в качестве примера.