用于油砂開采的設備和方法
【專利摘要】通過使用井下設備改進了油砂開采，所述井下設備至少包括：用于容納水管的外殼(130)，所述水管用于經由水管路接收水；至少一個蒸汽發(fā)生腔，所述蒸汽發(fā)生腔與所述水管流體連通并且具有至少一個蒸汽出口；至少一個電加熱器，其熱連接至所述蒸汽發(fā)生腔，所述井下設備還包括至少一個原油管道(125)，所述原油管道用于回收已經通過所述蒸汽運動的原油。
【專利說明】用于油砂開采的設備和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于通過注蒸汽進行重油或原油的原地運動的方法和設備。
【背景技術】
[0002]也稱為浙青砂的油砂包括覆蓋有焦油的沙粒，所述焦油如石油原油，簡稱為原油。油砂中的原油粘度較高并且必須被加熱或稀釋以便流動?？梢酝ㄟ^簡稱為SAGD的“蒸汽輔助重力泄油”實現(xiàn)油砂的原地開采。SAGD使用水平延伸的注蒸汽井形成蒸汽產生腔以使油砂中的原油運動。運動的原油向下傾瀉并且通過第二水平延伸井回收，所述第二水平延伸井是所謂的生產井，如US2001/0278001A1中所述。
[0003]蒸汽可以通過地上的設施產生或在井下通過由美國專利4805698所建議的電加熱器產生。通過水供給管線從地上供給水。電蒸汽生成器加熱水以產生蒸汽。蒸汽被注入到砂中并且使原油運動，所述原油通過相鄰的生產井收集。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明所要解決的問題是改善原地油砂開采。
[0005]解決該問題的方案由相應獨立權利要求所述的用于開采油砂儲油部的井下設備和方法提供。從屬權利要求涉及本發(fā)明的進一步改進。
[0006]用于油砂開采的井下設備至少包括:容納水管的外殼，所述水管用于經由水管路接收水；和至少一個蒸汽發(fā)生腔，所述蒸汽發(fā)生腔與所述水管流體連通并且具有至少一個蒸汽出口。所述蒸汽發(fā)生腔熱連接至電加熱器。所述井下設備還包括至少一個原油管道，所述原油管道用于回收已經通過所述蒸汽運動的原油。這種井下設備允許將用于使原油運動的蒸汽注入到油砂中并且允許通過單個設備回收原油，并且因而僅需要單個井孔。
[0007]所述外殼可以優(yōu)選地容納所述至少一個原油管道。所述外殼例如可以是或包括多管道管，其中所述至少一個水管和所述至少一個原油管道是所述多管道中的每個。這允許所述外殼的穩(wěn)定設計。
[0008]所述至少一個蒸汽發(fā)生腔優(yōu)選地由所述外殼的外周表面支撐。蒸汽發(fā)生腔的這種定位允許在所述蒸汽發(fā)生腔中產生的蒸汽簡單地注入到油砂中。
[0009]優(yōu)選地，多個、例如5個或9個、至少兩個蒸汽發(fā)生腔布置成圍繞所述外殼的外周表面，限定蒸汽發(fā)生腔的束。井下設備可以具有一個或多個束。在一個實施例中，有一束蒸汽發(fā)生腔。在另一個實施例中，沿著外殼的遠端長度在不同位置處布置有兩個或多個束。一束或多束蒸汽發(fā)生腔允許蒸汽的均勻注入并且因而可以高效開采油砂。由于所述一束或多束蒸汽發(fā)生腔繞所述外殼布置，因而所述一束或多束蒸汽發(fā)生腔也用于保持或升高外殼的溫度，這有助于(經由外殼中的原油管道)從儲油部去除原油。
[0010]每個所述蒸汽發(fā)生腔優(yōu)選地具有圍繞加熱器管的包覆艙。這一方面允許高效地加熱水，并且另一方面允許在故障的情況下簡單地更換電加熱器筒。所述加熱器管優(yōu)選地容納至少一個備用電加熱筒。這允許在收回井下設備之間較長的操作間隔。[0011]所述加熱器管可以是中空的并且可以具有包含無機化合物成分的內部，并且可以是純基礎種類。這種成分的示例在專利US 6132823、US 6911231、US 6916430、US 6811720和申請US2005/0056807中描述，其全部內容通過參考包含于此。這種成分用作導熱材料或介質，以通過加熱器管提供由加熱器筒提供的熱量的至少幾乎完美的均勻分布。所述加熱器管也可以是被抽空的，如上述參考文獻所述。在優(yōu)選實施例中，加熱器管被抽空并且一定量的液體無機化合物，例如至少一種無機鹽的溶液，插入到管中。隨后，電加熱器被通電。由此在上述液體無機化合物示例中溶液蒸發(fā)并且所述至少一種無機鹽保持涂覆在所述電加熱器和加熱器管的內表面上，將電加熱器與加熱器管熱連接。優(yōu)選地，加熱器管轉動或樞轉，同時給加熱元件供電，以獲得溶液在加熱器管中較好的分布，并且由此獲得更均勻的涂覆。插入到加熱器管中的溶液的量優(yōu)選地顯著小于管的容積，例如小到加熱器管的容積的1/10或1/50。上述參考文獻中公開了優(yōu)選的涂覆溶液。加熱器管的涂覆優(yōu)選地在將加熱器管附裝至井下設備之前實現(xiàn)。
[0012]所述加熱器管可以例如軸向地延伸過所述蒸汽發(fā)生腔。因而加熱器管的至少一段延伸出蒸汽發(fā)生腔而到達井孔中。加熱器管因而不僅將蒸汽發(fā)生腔中的水加熱成蒸汽，而且還對注射之后在儲油部中冷卻的蒸汽或水再次加熱。由此提高開采效率。
[0013]用于開采油砂儲油部的方法至少包括以下步驟:在井下設備的蒸汽發(fā)生腔中產生蒸汽；將所述蒸汽經由蒸汽出口注入到所述油砂儲油部中以使所述油砂儲油部的原油運動。通過所述井下設備回收運動的原油的至少一部分。與SAGD相比，該方法減小了用于原地油砂開采的井孔的最小數(shù)量，并且因而降低了成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下文將參照附圖通過示例性方式說明本發(fā)明的實施例，而不限制一般發(fā)明概念。
[0015]圖1示出油砂開采系統(tǒng)的示意圖。
[0016]圖2示出井下設備的一部分的透視圖。
[0017]圖3示出蒸汽產生腔的部分。
[0018]圖4示出油砂開采系統(tǒng)的第二實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0019]圖1中的油砂開采系統(tǒng)100具有用于容納地上設施的地面站110，所述地上設施例如是用于監(jiān)測和控制油砂開采的控制站115。地面站110也可以包括動力源，例如給采油井提供動力。地面站110可以包括水源，例如蓄水池，以給采油井提供水(例如新鮮的水)。地面站110示出為陸上站，但也可以是用于開采水下油砂的漂浮站。
[0020]油砂開采系統(tǒng)100包括具有插入到井孔105中的井下裝置的采油井120。所述井下裝置包括多管道狀的外殼130，例如用于電纜230 (參見圖2)，以將電力供給至井下設備，例如保護器165，和/或用于驅動井口和井監(jiān)測裝置140的馬達153，如圖1所示。抽油井120包括蒸汽發(fā)生器200，該蒸汽發(fā)生器可以安裝至外殼130的外周表面。下文參照圖2和3詳細說明蒸汽發(fā)生器200。蒸汽發(fā)生器200在該實施例中在外殼130的底部或遠端部分處位于外殼130周圍，位于采油孔105的第一優(yōu)選豎直段中。蒸汽發(fā)生器200將蒸汽優(yōu)選地橫向地注射到油砂中，如圖1所示。蒸汽使油砂中的原油運動。[0021]采油井120構造成收集油，采油井尤其可以構造成收集油砂中運動的原油。為此，采油井120的外殼130包括沿其長度的一個或多個油入口 135，該油入口允許油滲入到外殼中。外殼130內設有至少一個油管125。油管125從外殼130的底部或遠端部分延伸到地上站110。滲入外殼130的油可以在油管的遠端處例如經由油入口 135中的一個進入油管125，并且可以例如通過優(yōu)選地布置在外殼130的底部或遠端部分中的離心泵180泵送到地面并且供給至生產管線109。在將原油泵送到地上站110之前，可以通過分離器176從原油分離水。而且，在外殼130的底部或遠端部分中有電纜夾195、通氣閥172、單流閥185、電纜175、旋轉分離器176、保護器165、電纜接頭162、馬達152和井監(jiān)測裝置140。在中間還有若干噴水孔145和其他油入口 135。噴水孔145優(yōu)選地與蒸汽發(fā)生裝置流體連通，例如與之前發(fā)生腔375 (參見圖3)中的至少一個流體連通，從而允許將蒸汽注入到油砂中以使原油運動。
[0022]圖2示出包括采油井120的蒸汽發(fā)生器200的外殼130的等距視圖的一部分。蒸汽發(fā)生器200包括一束加熱部件300 (參見圖3)。加熱部件300布置在外殼130的外周表面周圍。外殼130是管狀的。外殼130具有圍繞內周的多個艙或管道，其可以用作水管250 (用于從地面站110到蒸汽發(fā)生器200的水)、油管125 (用于滲入外殼130中的油入口135的油)，或用作電纜管道(用于將電力提供給外殼中的部件(例如離心泵180、馬達152)和與蒸汽發(fā)生器200相關聯(lián)的熱筒)。
[0023]蒸汽發(fā)生器200包括一束加熱部件300 (參見圖3)。加熱部件300布置在外殼130的外周表面周圍并且每個都例如通過一個或多個焊接連接部連接至外殼130。在希望使多于一束加熱部件與如采油井120的井相關聯(lián)的情況下，所述束可以沿著外殼130 —束疊加在另一束上。參見圖3，每個加熱部件300都分別包括加熱器管310和蒸汽發(fā)生腔375。
[0024]加熱器管310的面向前的一(上)側由圓錐蓋330封閉，該圓錐蓋可以焊接至加熱器管310。加熱器管310的面向后的一側可以由端蓋340封閉，其可以是水密封的但可釋放的連接，例如螺紋連接。加熱器管310、圓錐蓋330和端蓋340限定容積或腔335。
[0025]如圖3所示，加熱部件300的腔335通過諸如金屬材料(例如鋼)的導熱材料的蓋360分成第一部分和第二部分。在一個實施例中，電加熱器筒350的正極和負極端子位于單個端部(如圖所示的近端)處，該電加熱器筒位于腔335的第一部分中(靠近蓋340)。蓋360可以在距第一端的一距離處劃分腔335，以足以允許加熱器筒350布置在腔335的第一部分中，而使用于第一部分的任何額外容積最小化。如圖3所示，當加熱器筒350布置在腔335的第一部分中時，端子355可以延伸到端蓋340的容積中。端蓋340優(yōu)選地包括橫向開口 365，其例如是螺紋開口，用于到端子355的電力連接。導體通過外殼130的周邊管道供給到橫向開口 365中。電流可以從地面站110中的地上電源供給至所述導體。
[0026]每個蒸汽發(fā)生腔375都例如由圓筒形殼體320以及例如通過焊接連接的前壁380和后壁370限定。前壁380和后壁370每個都具有開口，通過該開口布置加熱器管310。加熱器管310軸向地延伸通過蒸汽發(fā)生腔375。加熱器管310和前壁380和/或后壁370的連接可以是焊接。
[0027]電加熱器筒350熱連接至加熱器管310并且例如通過電纜230與電力線路電連接。電力(例如電流)優(yōu)選地通過控制站115控制并且可以經由橫向開口狀的橫向開口365傳導。加熱器管310內是導熱材料，如美國專利6132823、6911231、6916430、7220365和美國專利公布N0.2005/0056807中所述。
[0028]殼體320的后壁370包括入口 395，以使水源連接至該入口，以給蒸汽發(fā)生腔375提供水。通過與入口 395流體連通的外殼130的周邊導管將水從例如地面站110的水源提供給蒸汽發(fā)生腔375。為了將水加熱成蒸汽，可以將電力供給至電加熱器筒350。加熱器筒350因而產生熱量，經由加熱器管310傳遞至蒸汽發(fā)生腔375。蒸汽在蒸汽發(fā)生腔375內產生并且通過蒸汽出口 390排出到油砂中。在蒸汽出口 390中可以設有單個流體壓力閥。由此可以避免諸如沙粒和類似物的外界物質進入蒸汽發(fā)生腔375。而且，蒸汽可以被加壓。由于加熱器管310延伸過蒸汽發(fā)生腔，因此由電加熱器筒350提供的熱量的一部分也直接傳遞至油砂。該熱量減少了靠近采油井120的蒸汽的冷凝，并且因而允許蒸汽加熱采油井周圍更大的區(qū)域，并且由此使原油更好地運動。運動的原油可以經由油入口 135(參見圖1和2)收集，通過旋轉分離器176與水分離，并且通過離心泵180泵送到生產管線109中，如圖1所示。
[0029]典型地如上文參照圖1所述，采油井120的一個或多個管束200可以用于產生和排出蒸汽到石油儲蓄部中，以在油砂的情況下給油砂中的原油提供足夠的流動性，以可以通過外殼130和泵送管路125抽取，并且還用于加熱外殼130。優(yōu)選地，在蒸汽發(fā)生腔375中產生的蒸汽的溫度被監(jiān)測和/或通過控制器115控制。例如，提供給控制計算機115的處理協(xié)議可以包括用于從至少一個溫度傳感器接收溫度測量的指令?；谶@些測量，以機器可讀的形式提供指令以通過控制器115執(zhí)行。因此，控制器115執(zhí)行所述指令以增大或減小到一個或多個加熱棒350的電力輸出，以實現(xiàn)范圍f (例如250°C至280°C )內的目標溫度。應理解，控制器115可以增大到某些加熱筒350的電力而同時減小到其他加熱筒350的電力。控制器115可以替代地或額外地控制，即增大或減小供給給蒸汽發(fā)生腔375的水流，以由此控制蒸汽溫度。而且，控制器115可以連接至泵180和泵送管道125中的其他部件，并且基于程序指令控制泵和/或其他部件，以獲得從井的希望的生產量。
[0030]圖4示出油砂開采系統(tǒng)的另一個實施例。在該實施例中，油砂開采系統(tǒng)400包括用于容納地上設施的地面站410，所述地上設施例如是控制器415、電源和水源。與圖1類似，地上站410示出為陸上站，但也可以是用于開采水下油砂的漂浮站。系統(tǒng)400包括井孔405，具有井下裝置的采油井420插入到所述井孔中。在圖1中，采油井豎直地或基本豎直地插入井的全部長度。在圖4中，采油井420豎直地延伸通過在井的地面處的井孔405，但繼而橫向地延伸到井中。在其他方面，采油井420和系統(tǒng)400的構造和操作與參照圖1-3所述的采油井120和系統(tǒng)100的構造和操作相同。井下裝置包括外殼430，該外殼例如是構造成與圖1中的外殼130相同的多管道外殼，并且一束或多束蒸汽發(fā)生器500構造成與蒸汽發(fā)生器200類似。圖4示出繞外殼430的遠端部分布置并且與其相連的單束。提供給蒸汽發(fā)生器500的每個蒸汽發(fā)生腔的水通過熱量轉化成蒸汽，所述熱量通過容納加熱器筒和如參照圖1-3所述的導熱材料的加熱器管提供給蒸汽發(fā)生腔。蒸汽從蒸汽發(fā)生腔的蒸汽出口 490分配到油砂中，以使油砂中的油運動。運動的油通過油入口 435滲入外殼430并且被泵送至井的地面。
[0031]附圖標記列表
[0032]100 系統(tǒng)
[0033]105 井孔[0034]108 井口
[0035]109生產管線
[0036]111 閥
[0037]110地面站
[0038]115控制站
[0039]120采油井
[0040]125 油管
[0041]130采油管
[0042]135 油入口
[0043]140井監(jiān)測裝置
[0044]150 馬達
[0045]162電纜接頭
[0046]165保護器
[0047]170旋轉分離器
[0048]172通氣閥
[0049]175 電纜
[0050]176旋轉分離器
[0051]180離心泵
[0052]185單流閥
[0053]I9O通氣閥
[0054]195電纜夾
[0055]200管束/蒸汽發(fā)生器
[0056]230 電纜
[0057]250 水管
[0058]300加熱部件
[0059]310加熱器管
[0060]320 殼體
[0061]330圓錐蓋
[0062]335 腔
[0063]340 端蓋
[0064]350電加熱器筒
[0065]360加熱器筒的端蓋
[0066]365 橫向開口
[0067]370后壁(面向下)
[0068]375蒸汽發(fā)生腔
[0069]380前壁(面相上)
[0070]390 蒸汽出口
[0071]395 水入口
[0072]400 系統(tǒng)[0073]405 井孔
[0074]410地上站
[0075]415控制器
[0076]420采油井
[0077]430 外殼
[0078]435 油入口
[0079]490 蒸汽出口
[0080]500蒸汽發(fā)生腔
【權利要求】
1.用于油砂開采的井下設備，其至少包括: -用于容納水管(250)的外殼(130)，所述水管用于經由水管路接收水； -至少一個蒸汽發(fā)生腔(375)，所述蒸汽發(fā)生腔與所述水管(250)流體連通并且具有至少一個蒸汽出口(390)； -至少一個電加熱器(350)，其熱連接至所述蒸汽發(fā)生腔(375)， 其特征在于， 所述井下設備還包括至少一個原油管道(135)，所述原油管道用于回收已經通過所述蒸汽運動的原油。
2.根據權利要求1所述的井下設備，其特征在于，所述外殼(130)容納所述至少一個原油管道(135)。
3.根據上述權利要求中的任意一項所述的井下設備，其特征在于，所述外殼(130)是多管道管，其中所述至少一個水管(250)和所述至少一個原油管道(125)是所述多管道中的每個。
4.根據上述權利要求中的任意一項所述的井下設備，其特征在于，所述至少一個蒸汽發(fā)生腔(375)由所述外殼(130)的外周表面支撐。
5.根據上述權利要求中的任意一項所述的井下設備，其特征在于，至少兩個蒸汽發(fā)生腔(375)布置成圍繞所述外殼(130)的外周表面布置的束。
6.根據上述權利要求中的任意一項所述的井下設備，其特征在于: -所述蒸汽發(fā)生腔(130)具有圍繞加熱器管(310)的包覆艙； -所述加熱器管(310)容納至少一個電加熱筒(350)。
7.根據權利要求6所述的井下設備，其特征在于，所述加熱器管(310)是中空的并且具有內表面，該內表面涂覆有無機鹽。
8.根據權利要求7所述的井下設備，其特征在于，所述加熱器管(310)是被抽空的。
9.根據權利要求6至8中的任意一項所述的井下設備，其特征在于，所述加熱器管(310)軸向地延伸過所述蒸汽發(fā)生腔(375)。
10.一種用于開采油砂儲油部的方法，其至少包括以下步驟: -在井下設備的蒸汽發(fā)生腔(375)中產生蒸汽； -將所述蒸汽經由蒸汽出口(390)注入到所述油砂儲油部中以使所述油砂儲油部的原油運動， 其特征在于， 通過所述井下設備回收運動的原油的至少一部分。
【文檔編號】E21B43/24GK104024568SQ201280065331
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年6月15日 優(yōu)先權日:2012年1月3日
【發(fā)明者】渠玉芝, 陳奇 申請人:量子技術(德國)有限公司