选择性电磁生产工具的制作方法

专利名称：选择性电磁生产工具的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及用于回采地下沉积物中高粘度油的改进方法和装 置。 一方面，本发明涉及电阻加热地下成形物以降低所述油的粘度的方法。 另一方面，本发明涉及包括挠性生产管的加热和生产装置。另一方面，本 发明涉及通过将经浮体改进的生产管插入充液井身而完成采油井的方法。
现有技术讨论
重油是粘度非常高，往往包含例如硫的杂质的天然形成油。常规轻质
油的粘度为约0.5厘泊(cP)-约100 cP，而重油的粘度为100 cP — l，OOO，OOO cP以上。据估计重油储藏量约占世界剩余油源总量的15%。单在美国，据 估计重油资源约为300.5亿桶，并且重油生产量占国内油生产量的大部分。 例如，单在加利福尼亚，重油生产量占该州油生产总量的60%以上，随着 新的常规轻质油储藏变得更难找到，重油提取的改进方法已变得更重要。 遗憾的是重油提取通常昂贵，并且常规方法对于现存储藏的重油仅有约10 -30%的回采率。因此，开发出更具效率、有效的重油提和逸径迫切需要。 一种可以回采重油的方式是通过电磁刺激。这包括通过用电加热来降 低重油的粘度。关于电磁剌激存在若干种不同的方法，包括例如感应加热、 微波加热和电阻加热。感应加热利用孔下的加热元件，直接将电流转变为 热。微波加热使用非常高的频率能来加热储油层。电阻加热使用接地到邻 近井身或接地到表面的电极。该方法中通过储油层中共生的盐水来从电极 传导电流。电阻加热实际是加热重油周围的地下成形物，从而将所述油加 热并降低其粘度。
理论上电磁刺激是降低重油粘度的理想方式，因为电可以广泛获得， 并且它需要的地面设施最少。但是，结果却没有达到理论状态。对于电磁
刺激重油储藏已存在许多不同的设计，但没有一种完备得足以获得广泛认 可。这主要是因为现有技术没有开发出 一种用于电磁刺激的经济优异的孔 下部署系统。
在电磁刺激方法中，电阻加热似乎是最具前景的降低重油粘度的可靠 途径。其一种原因是由于电流仅流过油井的导电性盐水，所以电阻加热不
需要4壬何类型的注射。但是，作为在其它类型的电磁刺激中，仍然需^a 尚不存在广泛接受的电阻加热系统。因而，仍需要有效增加重油储料生产 量的电磁加热系统。
油井和/或天然气井往往是因各种原因从一个井头沿若干方向水平地 进4亍钻取。但是，这种完成水平井的一个问题是难以将生产管伸至井的末 端。因此，还需要一种更有效的完成水平井的方法。
本发明的目的和概要
对应于这些和其它问题，本发明目的是提供一种更具效率、有效的提 取重油的方法。
本发明的另 一 目的是提供一种装置，其提供了电阻加热地下油储料使 得能够提取重油的有效途径。
本发明的另一目的是提供一种完成水平油井和/或气井的更有效途径。
应该注意到，并非所有以上列出的目的必须通过本文所要求保护的本 发明来实现，并且本发明的其它目的和优点从下面的本发明描述和所附权 利要求看是一目了然的。
根据本发明的一种实施方案，提供了一种电阻加热地下区域的方法. 该方法包括使电通过两个或更多个隔开的电极之间的区域。这些电极耦合 到设置在该区域内的生产管。
根据本发明的另一实施方案，提供了一种电阻加热地下区域的方法。 该方法包括使电通过两个或更多个电极之间的区域。这些电极耦合到共用 长度的生产管并沿该管的长度彼此隔开。
根据本发明的另一实施方案，提供了一种配置连接到生产管的储油层
加热装置。该装置包括延长的电绝缘体和多个导电电极。该装置在其中该 装置与所述管未耦合的未组装结构和其中该装置与生产管相耦合的组装结 构之间可变化。当该装置处于组装结构时，电极沿该绝缘体的长度彼此隔 开。当该装置处于组装结构时，该绝缘体使得电极与所述管电绝缘。
根据本发明的另 一实施方案，提供了 一种电阻加热地下区域的系统。
该系统包括第一长度的生产管；与第一长度的生产管隔开的第二长度的生 产管；沿第一长度的生产管的长度隔开的一系列电连接的第一电极；和沿 第二长度的生产管的长度隔开的一系列电连接的第二电极。
根据本发明的另一实施方案，提供了一种完成井的方法，包括(a) 将低密度体耦合到一定长度的生产管上；和(b)将该长度的生产管插入包 含密度比所述低密度体要大的流体的孔内。
附图简述
下面参照附图，详细地描述本发明的优选实施方案，其中


图1是表示根据本发明一种实施方案的重油加热装置，特别是表示耦 合到在井身的水平段中延伸的一定长度生产管的加热装置的示意图2是图1加热装置的部分的局部放大侧视图，特别示出了加热装置 的隔开电极和绝缘体；
图3是图l加热装置的部分的放大立体图，特别示出了其中电源线、 电极和绝缘体耦合并设置在生产管周围的方式；
图4是沿图2线4-4的加热装置的截面图，进一步示出了其中电源线、 电极和绝缘体耦合并设置在生产管周围的方式；
图5是沿图4线5-5的截面图，进一步示出了电极、绝缘体和电源线;
图6是根据本发明一种实施方案的另一重油加热系统的俯视图，特别 示出了设置在3径向延伸的水平井身中的3个加热装置的截面；
图7是表示根据本发明一种实施方案设置在两平行井身内的重油加热 系统的示意图8是根据本发明一种实施方案的完成油井和/或气井的示意图，特别
示出了配有浮体的生产管伸进充有液体的水平井内。 优选实施方案的详细描述
首先看图1，所示的井身IO延伸在地下成形物12中，最邻近地下成 形物12的含油部分14。井身10包括封住段16和开放段18。井身10的封 住段16由壳体20封着，并以基本垂直的方式延伸。井身10的开放段18 没有封住。在本发明的一种实施方案中，井身10的开放段18最邻近地下 成形物12的含油部分14以基本水平的方式延伸。在本发明的另一实施方 案中，井身10的开放段18最邻i^下成形物12的含油部分14以基本垂 直的方式延伸。在本发明的另一实施方案中，井身10的开放段18最邻近 地下成形物12的含油部分14以基本倾斜的方式延伸。生产管22设置在井 身10内。优选地，生产管22是常规挠性金属管，例如盘管。可替换地， 生产管22基本由非导电性材料，例如塑料或纤维玻璃构成。在另一可替换 方案中，生产管22是常规挠性金属管，在该管的各段之间包括电绝缘体。 生产管22的未改进部分24伸进井身10的封住段16内，而生产管22的改 进部分26伸进井身10的开放段18内。生产管22的改进部分26有孔，以 允许源自地下成形物12的含油部分14并分配在井身10的开放段18中的 油ii^生产管22。
生产管22的改进部分26配有加热和生产装置28。加热和生产装置28 一般包括电绝缘体30和多个电极32。绝缘体30耦合到生产管22的改进 部分26，并沿改进部分26的长度延伸。电极32—fcl环形，耦合到绝缘 体30并环绕着它延伸。电极32由导电材料制得，优选金属，最优选不锈 钢。电极32沿生产管22的改进部分26的长度彼此隔开.如以下详细描述 的，可以使电极32带电，从而对地下成形物12的含油部分14进行电阻加 热。绝缘体30可操作，以使生产管22与电极32电绝缘。优选地，加热装 置28包括至少2个电极32，更优选至少4个电极32，最优选6 - 20个电 极32。优选地，电极32沿生产管22的长度彼此隔开约25-约500英尺， 更优选约50 -约200英尺。优选地，各个电极32的长度为约1 -约10英
尺，更优选约2-约5英尺。在本发明的优选实施方案中，绝缘体30沿生 产管22的改进部分26的大部分(优选全部)长度连续延伸。优选地，绝 缘体30沿生产管22的长度连续延伸至少约300英尺，更优选沿生产管22 的长度延伸约400英尺 一 约2000英尺。
现在看图2-5，在本发明的优选实施方案中，加热和生产装置28包 括绝缘体30、电极32、电源线34、绝缘环36、固定环38和C型夹40。 绝缘体30包括多个，优选4个独立的体段42a、 b、 c、 d。优选的4条电 源线34a、 b、 c、 d中的每一条设置在各个体段42a、 b、 c、 d之间。C型 夹40优选由柔性的电绝缘材料制得，例如塑料。每个C型夹40a、 b、 c、 d将各对体段42a、 b、 c、 d固定在一起，并将各条电源线34a、 b、 c、 d 固定在绝缘体30内。以这种方式，绝缘体30可操作，使得电源线34a、 b、 c、 d彼此电绝缘，并与生产管22，与电极32绝缘。绝缘环36可操作，使 得电极32和生产管22与电源线34绝缘。固定环38可操作，使得绝缘环 36稳固地耦合到绝缘体30。此外，固定环38帮助将各个体段42a、 b、 c、 d固定在一起。每个电极32绕各个绝缘环36延伸，并与其耦合。如图3 -5中可能是最清楚表示的，每个电极32界定出多个电极孔44，每个绝缘 环36界定出多个环孔46，绝缘体30界定出多个绝缘体孔48，生产管22 界定出多个管孔50。如图4和5中可能是最清楚表示的，优选地，电极孔 44、环孔46和绝缘体孔48基本对准以形成流道52，从而允许流体通过其 中，流入生产管22中。
再参照图4和5，加热和生产装置28还包括电连接装置，用于将每个 电极32电连接到电源线34的其中一条，在本发明的一种实施方案中，该 电连接装置由跳线螺杆54提供，该跳线螺杆54延伸通过电极32、绝缘环 36、 C型夹40，与电源线34相接触。参照图4，在本发明的另一实施方案 中，电连接装置由开关56提供。开关56包括连接到一条电源线34的第一 导电元件58和连接到电极32的第二导电元件60。控制线62可以提供用 来通过打开和关闭开关56而选择性地使电极32带电。因而，在该实施方 案中，沿生产管22的长度隔开的各个电极32可以单独地打开和关闭。在 本发明的另一实施方案中，沿生产管22的长度提供热电偶64。热电偶64 优选是纤维光缆，其可操作地测量井身10和地下成形物12的温度。
再参照图3-5，如上提到的，生产管22可以是常规生产管在制成之 后改造成包括加热和生产装置28的生产管22，或者生产管22可以可替换 地由非导电材料制成，并^t成包括加热和生产装置28。在本发明的另一 实施方案中，生产管22可以包括常规生产管，其在管的每段之间包括绝缘 体，并&造成包括加热和生产装置28。为了将生产管22 ^Lit成包括加热 和生产装置28，加热和生产装置28必须由未组装结构(其中装置28与生 产管22未耦合)改造成组装结构(其中装置28与生产管22耦合)。为了 将加热和生产装置28耦合到生产管22，电源线34a、 b、 c、 d设置在体段 42a、 b、 c、 d之间；朱险42a、 b、 c、 d设置在生产管22周围；C型夹40a、 b、 c、 d用来将体段42a、 b、 c、 d固定在生产管22上；绝缘环36设置在 绝缘体30上；固定环38设置在绝缘环36周围；电极32设置在绝缘环36 上。
再参照图l-5，为了加热地下成形物12的含油部分14，使2个或更 多个电极32带电或接地。将电极32带电使得电通过地下成形物12从带电 的电极到接地的电极32。地下成形物12所提供的电阻将地下成形物12及 其内包含的流体电阻加热。优选地，地下成形物14的含油部分12包含高 粘油。对地下成形物14的电阻加热使得高粘油变得不再粘稠，从而可以容 易地流进井身10的开放段18。 一旦在井身10中，该加热的油可以容易地 经生产管22从井身IO排出，
再参照图l-5，在本发明的一种实施方案中，电源线34a、 b、 c带有 三相电，而电源线34d接地。在该实施方案中，开关56可操作使得电极 32与电源线34a、 b、 c、 d的其中之一相连接。因而，装置28上的所有电 极32可以在期望相带电。在本发明的另一实施方案中，热电偶60用来测 量地下成形物12的温度分布。利用该温度分布，电极32可以被带电或接 地，以优化地下成形物12的含油部分14的温度分布，使得重油流进生产 管22内。
现在转向图6，在本发明的另一实施方案中，加热和生产装置100具 有第一生产腿102、第二生产腿104和第三生产腿106。第一生产腿102 包括绕生产管延伸的第一绝缘体108和第一组电极110;第二生产腿104 包括绕生产管延伸的第二绝缘体112和第二組电极114;第三生产腿106 包括绕生产管延伸的第三绝缘体116和第三组电极118。每个生产腿可以 以与上述图1-5中加热和生产装置28基;M目同的方式组装。第一生产腿 102设置在第一井身120中；第二生产腿104设置在第二井身122中；第 三生产腿106设置在第三井身124中。第一生产腿102、第二生产腿104 和第三生产腿106以上述图2-5中的方式组装和运行。第一、第二和第三 组电极可以以使得第一、第二和第三组电极每个在不同相带电的方式充以 三相电。第一端电极126、第二端电极128和第三端电极130优选连接到 接地电源线，以使每个端电极都被中和。当带电时，这些电极使得电穿过 其中设置有井身120、 122和124的地下区域。电流过导电性盐水，加热该 区域中的重油，由此降低其粘度并使它能够流进装置100的生产管内。
现在转向图7，本发明的另一实施方案包拾没置在井身202中的两段 长度的生产管。井身202包括单个垂直段204、笫一水平段206和第二水 平段208。井身202延伸通过含油的地下区域210。井身202的垂直段204 由壳体212封住。井身202的第一水平段206和第二水平段208则开放。 第一加热和生产装置214设置在井身202的第一水平段206内。第一加热 和生产装置214包括笫一生产管216、笫一电绝缘体218和第一组电极220。 笫二加热和生产装置222设置在井身202的第二水平段208内。第二加热 和生产装置222包括第二生产管224、第二电绝缘体226和第二组电极228。 在加热和生产装置214和222中，绝缘体218和226、两组电极220和228、 生产管216和224都带孔，用于流体流进各个生产管。第一加热装置214 和第二加热装置222可以以与上述参照图1-6的基^M目同方式组装和运 行。
转向图8，本发明的另一实施方案包括油和/气井300的完成。在该实 施方案中，加热和生产装置302包括生产管304、电绝缘体306和多个电
极308。绝缘体306由比重小于约1、优选小于约0.75的低密材料组成。 绝缘体306的低密度使得装置302能够浮在井身312中的液体310上。因 为装置302浮在液体310上，它更容易将装置302移到井身312的端部。
本发明的上述优选形式仅用来说明，不应用来限制地解释本发明的范 围。本领域技术人员在不脱离本发明精神下，能够容易地对上述示例性实 施方案进行明显的改进。
本发明人在此阐明他们的意向当涉及没有实质性脱离但在本发明下 面权利要求所述的字面范围以外的任何装置时，根据等同原则，确定和评 价本发明合理公平的范围，
权利要求
1.一种电阻加热地下区域的方法，所述方法包括使电通过两个或更多个隔开电极之间的区域，所述电极耦合到设置在所述区域内的生产管。
2. 如权利要求l所述的方法，所述电极设置在开放的井身中。
3. 如权利要求2所述的方法，所述井身基本水平定向。
4. 如权利要求l所述的方法，所述电极g在两个或更多个开放的井 身中。
5. 如权利要求4所述的方法，所述井身彼此基本平行。
6. 如权利要求5所述的方法，所述电在井身之间传递。
7. 如权利要求l所述的方法，所述地下区域包含高粘油，所述油被通 过所述区域的电电阻加热，由此使所述油变得不再粘稠。
8. 如权利要求l所述的方法，所述电极设置在两个或更多个基本水平 且基本共面的开放井身内，所述电在所述井身之间传递.
9. 如权利要求l所述的方法，所述电^合在生产管外部的周围。
10. 如权利要求9所述的方法，所述电极的其中每一个完全在生产管 周围延伸。
11. 如权利要求1所述的方法，所述电极通it^合到生产管的电绝缘 体而与所述管电绝缘，
12. 如权利要求ll所述的方法，所述绝缘体完全在生产管周围延伸。
13. 如权利要求12所述的方法，所述绝缘体沿生产管长度的至少300 英尺连续延伸。
14. 如权利要求11所述的方法，所迷电极耦合在绝缘体的周围。
15. 如权利要求14所述的方法，所述绝缘体、所述电极和所述生产管 都带孔，以允许流体流过其中并沿所述管的大部分长度流进所述管内。
16. 如权利要求11所述的方法，所述电极的其中每一个电耦合到沿生 产管延伸的多个电导体的其中一个。
17. 如权利要求16所述的方法，所述导体通过绝缘体与生产管电绝缘。
18. 如权利要求17所述的方法，所述绝缘体使得所述电极的其中每一 个与所述导体的其中至少一个电绝缘。
19. 一种电阻加热地下区域的方法，所述方法包括使电通过第 一组两个或更多个电极之间的区域，所述第 一组电极耦合 到第一生产管的共用长度上，并沿第一生产管的长度彼此隔开。
20. 如权利要求19所述的方法，还包括使电通过所述第一组电极和第二组电极之间的区域，所述第二组电极 耦合到第二生产管的共用长度上，并沿第二生产管的长度彼此隔开，所述 第二生产管与第一生产管隔开，并与其基本平行^1伸。
21. 如权利要求20所述的方法，所述第一和第二生产管设置在两个隔 开、基本水平、基本平行的开放井身中。
22. 如权利要求20所述的方法，所述笫一生产管具有耦合到其上的第 一电绝缘体，所述第二生产管具有耦合到其上的第二电绝缘体。
23. 如权利要求22所述的方法，所述第一和第二生产管、所述电极和 所述绝缘体都带孔，以允许流体流过其中并流进各个生产管内。
24. 如权利要求22所述的方法，所述第一和第二绝缘体的其中每一个 嵌有至少4条电源线，所述电源线的其中3条配置成携三相电，所述电源 线的第4条配置成接地。
25. 如权利要求24所述的方法，所述电极包括电源线通过其中的金属 环，所述电极的其中每一个通过接触装置与所迷电源线的其中至少一条连 接，由此使电极带电或接地。
26. 如权利要求25所述的方法，还包括使用沿第一生产管的长度耦合的多个隔开的热电偶，以建立所述地下 区域的温度分布。
27. 如权利要求26所述的方法，还包括 选择性地使电极带电或接地，以优化温度分布。
28. 如权利要求19所述的方法，所述电极彼此隔开至少25英尺。
29. 如权利要求28所述的方法，所述电极隔开约50英尺-约200英尺。
30. 如权利要求28所述的方法，所述第一组电极包括至少4个独立的 电极。
31. —种配置连接到生产管的储油层加热装置，所述装置包括 加长的电绝缘体；和多个导电的电极，所述装置在其中该装置与所述管未耦合的未组装结构和其中该装置与 生产管相耦合的组装结构之间可变化；当该装置处于组装结构时，所述电极沿所述绝缘体的长度彼此隔开；和当该装置处于组装结构时，所述绝缘体使得电极与所述管电绝缘。
32. 如权利要求31所述的储油层加热装置，所述生产管和所述绝缘体 带孔，以允许流体流i^M装结构的生产管内。
33. 如权利要求31所述的储油层加热装置，当该装置处于组装结构时， 所述电极隔开至少25英尺。
34. 如权利要求31所述的储油层加热装置，当该装置处于组装结构时， 所述电极隔开约50英尺-约200英尺。
35. 如权利要求31所述的储油层加热装置，还包括 当该装置处于组装结构时，至少部分设置在绝缘体中并沿生产管延伸的多条独立的电源线。
36. 如权利要求35所述的储油层加热装置，还包括 当该装置处于组装结构时，与每个电极相关并可操作地将所述电极与电源线的其中一条相电耦合的电连接器。
37. 如权利要求36所述的储油层加热装置，所述电连接器包括跳线螺杆。
38. 如权利要求36所述的储油层加热装置，所述电连接器包括开关。
39. 如权利要求38所述的储油层加热装置，还包括 当该装置处于组装结构时，^没置在绝缘体中并连接到所述开关的其中 每一个的控制线，所述控制线能够控制每个独立的开关，以使电源线与每个电极之间的 电连接可以选择性地打开和关闭。
40. 如权利要求35所述的储油层加热装置，当该装置处于组装结构时， 所述电极的其中每一个包括在绝缘体和电源线周围的导电环。
41. 如权利要求40所述的储油层加热装置，所述电极长约1 -约10英尺。
42. 如权利要求31所述的储油层加热装置，所述装置包括一个或多个 连接到所述绝缘体上的热电偶。
43. 如权利要求42所述的储油层加热装置，所述热电偶包括设置在绝 缘体内的纤维光缆。
44. 一种电阻加热地下区域的系统，所述系统包括 第一长度的生产管；与第一长度的生产管隔开的第二长度的生产管； 沿第一长度的生产管的长度隔开的一系列电连接的第一电极；和 沿第二长度的生产管的长度隔开的一系列电连接的第二电极。
45. 如权利要求44所述的系统，所述第一长度和第二长度的生产管的 至少部分M水平地定向。
46. 如权利要求44所述的系统，还包括耦合到第 一长度的生产管的第 一电绝缘体；和耦合到第二长度的生产管的第二绝缘体。
47. 如权利要求46所述的系统，所述笫一和第二绝缘体分别使第一电 极与第一长度的生产管，第二电极与笫二长度的生产管绝缘。
48. 如权利要求46所述的系统，所述第一和第二绝缘体的比重小于约1
49. 如权利要求48所述的系统，所述第一和第二绝缘体的比重小于约 0.75。
50. 如权利要求44所述的系统，还包括第一组两条或更多条独立的电源线，其耦合到第一长度的生产管并沿 其延伸；和第二组两条或更多条独立的电源线，其耦合到第二长度的生产管并沿 其延伸。
51. 如权利要求50所述的系统，所述第一和第二电极分别包括第一和 第二组电源线分别穿过其中的金属环。
52. 如权利要求50所述的系统，还包括与每个电极相关并可操作地将每个电极与电源线的其中 一条相连接的 电连接器。
53. 如权利要求52所述的系统，所述电连接器包括跳线螺杆。
54. 如权利要求52所述的系统，所述电连接器包括开关。
55. —种完成井的方法，所述方法包括(a)将低密体耦合到一定长度的生产管；以及 (b )将所述长度的生产管插入包含具有比所述低密体更大密度的流体 的井身内。
56. 如权利要求55所述的方法，所述低密体由电绝缘材料形成。
57. 如权利要求55所述的方法，所述井身是开放的。
58. 如权利要求55所述的方法，所述低密体的比重小于约l。
59. 如权利要求55所述的方法，所述低密体的比重小于约0.75。
60. 如权利要求55所述的方法，还包括(c) 沿所述生产管的长度设置多个导体，所述低密体使生产管与导体绝缘。
61. 如权利要求60所述的方法，还包括(d) 绕生产管i殳置多个导电环，所述低密体使生产管与所述环绝缘。
62. 如权利要求61所述的方法，所述环间隔约25英尺-约500英尺。
全文摘要
一种通过使用耦合到至少2个改造成三相流的电极(32)和电绝缘体(30)的生产管(22)而电阻加热地下区域(12)以降低重油粘度的方法。
文档编号E21B36/00GK101107421SQ200680002800
公开日2008年1月16日 申请日期2006年1月26日 优先权日2006年1月26日
发明者C·T·蒙特戈梅利, D·R·马龙尼 申请人:科诺科菲利浦公司