用于油砂开采的设备和方法
【专利摘要】通过使用井下设备改进了油砂开采，所述井下设备至少包括：用于容纳水管的外壳(130)，所述水管用于经由水管路接收水；至少一个蒸汽发生腔，所述蒸汽发生腔与所述水管流体连通并且具有至少一个蒸汽出口；至少一个电加热器，其热连接至所述蒸汽发生腔，所述井下设备还包括至少一个原油管道(125)，所述原油管道用于回收已经通过所述蒸汽运动的原油。
【专利说明】用于油砂开采的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于通过注蒸汽进行重油或原油的原地运动的方法和设备。
【背景技术】
[0002]也称为浙青砂的油砂包括覆盖有焦油的沙粒，所述焦油如石油原油，简称为原油。油砂中的原油粘度较高并且必须被加热或稀释以便流动。可以通过简称为SAGD的“蒸汽辅助重力泄油”实现油砂的原地开采。SAGD使用水平延伸的注蒸汽井形成蒸汽产生腔以使油砂中的原油运动。运动的原油向下倾泻并且通过第二水平延伸井回收，所述第二水平延伸井是所谓的生产井，如US2001/0278001A1中所述。
[0003]蒸汽可以通过地上的设施产生或在井下通过由美国专利4805698所建议的电加热器产生。通过水供给管线从地上供给水。电蒸汽生成器加热水以产生蒸汽。蒸汽被注入到砂中并且使原油运动，所述原油通过相邻的生产井收集。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的问题是改善原地油砂开采。
[0005]解决该问题的方案由相应独立权利要求所述的用于开采油砂储油部的井下设备和方法提供。从属权利要求涉及本发明的进一步改进。
[0006]用于油砂开采的井下设备至少包括:容纳水管的外壳，所述水管用于经由水管路接收水；和至少一个蒸汽发生腔，所述蒸汽发生腔与所述水管流体连通并且具有至少一个蒸汽出口。所述蒸汽发生腔热连接至电加热器。所述井下设备还包括至少一个原油管道，所述原油管道用于回收已经通过所述蒸汽运动的原油。这种井下设备允许将用于使原油运动的蒸汽注入到油砂中并且允许通过单个设备回收原油，并且因而仅需要单个井孔。
[0007]所述外壳可以优选地容纳所述至少一个原油管道。所述外壳例如可以是或包括多管道管，其中所述至少一个水管和所述至少一个原油管道是所述多管道中的每个。这允许所述外壳的稳定设计。
[0008]所述至少一个蒸汽发生腔优选地由所述外壳的外周表面支撑。蒸汽发生腔的这种定位允许在所述蒸汽发生腔中产生的蒸汽简单地注入到油砂中。
[0009]优选地，多个、例如5个或9个、至少两个蒸汽发生腔布置成围绕所述外壳的外周表面，限定蒸汽发生腔的束。井下设备可以具有一个或多个束。在一个实施例中，有一束蒸汽发生腔。在另一个实施例中，沿着外壳的远端长度在不同位置处布置有两个或多个束。一束或多束蒸汽发生腔允许蒸汽的均匀注入并且因而可以高效开采油砂。由于所述一束或多束蒸汽发生腔绕所述外壳布置，因而所述一束或多束蒸汽发生腔也用于保持或升高外壳的温度，这有助于(经由外壳中的原油管道)从储油部去除原油。
[0010]每个所述蒸汽发生腔优选地具有围绕加热器管的包覆舱。这一方面允许高效地加热水，并且另一方面允许在故障的情况下简单地更换电加热器筒。所述加热器管优选地容纳至少一个备用电加热筒。这允许在收回井下设备之间较长的操作间隔。[0011]所述加热器管可以是中空的并且可以具有包含无机化合物成分的内部，并且可以是纯基础种类。这种成分的示例在专利US 6132823、US 6911231、US 6916430、US 6811720和申请US2005/0056807中描述，其全部内容通过参考包含于此。这种成分用作导热材料或介质，以通过加热器管提供由加热器筒提供的热量的至少几乎完美的均匀分布。所述加热器管也可以是被抽空的，如上述参考文献所述。在优选实施例中，加热器管被抽空并且一定量的液体无机化合物，例如至少一种无机盐的溶液，插入到管中。随后，电加热器被通电。由此在上述液体无机化合物示例中溶液蒸发并且所述至少一种无机盐保持涂覆在所述电加热器和加热器管的内表面上，将电加热器与加热器管热连接。优选地，加热器管转动或枢转，同时给加热元件供电，以获得溶液在加热器管中较好的分布，并且由此获得更均匀的涂覆。插入到加热器管中的溶液的量优选地显著小于管的容积，例如小到加热器管的容积的1/10或1/50。上述参考文献中公开了优选的涂覆溶液。加热器管的涂覆优选地在将加热器管附装至井下设备之前实现。
[0012]所述加热器管可以例如轴向地延伸过所述蒸汽发生腔。因而加热器管的至少一段延伸出蒸汽发生腔而到达井孔中。加热器管因而不仅将蒸汽发生腔中的水加热成蒸汽，而且还对注射之后在储油部中冷却的蒸汽或水再次加热。由此提高开采效率。
[0013]用于开采油砂储油部的方法至少包括以下步骤:在井下设备的蒸汽发生腔中产生蒸汽；将所述蒸汽经由蒸汽出口注入到所述油砂储油部中以使所述油砂储油部的原油运动。通过所述井下设备回收运动的原油的至少一部分。与SAGD相比，该方法减小了用于原地油砂开采的井孔的最小数量，并且因而降低了成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下文将参照附图通过示例性方式说明本发明的实施例，而不限制一般发明概念。
[0015]图1示出油砂开采系统的示意图。
[0016]图2示出井下设备的一部分的透视图。
[0017]图3示出蒸汽产生腔的部分。
[0018]图4示出油砂开采系统的第二实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0019]图1中的油砂开采系统100具有用于容纳地上设施的地面站110，所述地上设施例如是用于监测和控制油砂开采的控制站115。地面站110也可以包括动力源，例如给采油井提供动力。地面站110可以包括水源，例如蓄水池，以给采油井提供水(例如新鲜的水)。地面站110示出为陆上站，但也可以是用于开采水下油砂的漂浮站。
[0020]油砂开采系统100包括具有插入到井孔105中的井下装置的采油井120。所述井下装置包括多管道状的外壳130，例如用于电缆230 (参见图2)，以将电力供给至井下设备，例如保护器165，和/或用于驱动井口和井监测装置140的马达153，如图1所示。抽油井120包括蒸汽发生器200，该蒸汽发生器可以安装至外壳130的外周表面。下文参照图2和3详细说明蒸汽发生器200。蒸汽发生器200在该实施例中在外壳130的底部或远端部分处位于外壳130周围，位于采油孔105的第一优选竖直段中。蒸汽发生器200将蒸汽优选地横向地注射到油砂中，如图1所示。蒸汽使油砂中的原油运动。[0021]采油井120构造成收集油，采油井尤其可以构造成收集油砂中运动的原油。为此，采油井120的外壳130包括沿其长度的一个或多个油入口 135，该油入口允许油渗入到外壳中。外壳130内设有至少一个油管125。油管125从外壳130的底部或远端部分延伸到地上站110。渗入外壳130的油可以在油管的远端处例如经由油入口 135中的一个进入油管125，并且可以例如通过优选地布置在外壳130的底部或远端部分中的离心泵180泵送到地面并且供给至生产管线109。在将原油泵送到地上站110之前，可以通过分离器176从原油分离水。而且，在外壳130的底部或远端部分中有电缆夹195、通气阀172、单流阀185、电缆175、旋转分离器176、保护器165、电缆接头162、马达152和井监测装置140。在中间还有若干喷水孔145和其他油入口 135。喷水孔145优选地与蒸汽发生装置流体连通，例如与之前发生腔375 (参见图3)中的至少一个流体连通，从而允许将蒸汽注入到油砂中以使原油运动。
[0022]图2示出包括采油井120的蒸汽发生器200的外壳130的等距视图的一部分。蒸汽发生器200包括一束加热部件300 (参见图3)。加热部件300布置在外壳130的外周表面周围。外壳130是管状的。外壳130具有围绕内周的多个舱或管道，其可以用作水管250 (用于从地面站110到蒸汽发生器200的水)、油管125 (用于渗入外壳130中的油入口135的油)，或用作电缆管道(用于将电力提供给外壳中的部件(例如离心泵180、马达152)和与蒸汽发生器200相关联的热筒)。
[0023]蒸汽发生器200包括一束加热部件300 (参见图3)。加热部件300布置在外壳130的外周表面周围并且每个都例如通过一个或多个焊接连接部连接至外壳130。在希望使多于一束加热部件与如采油井120的井相关联的情况下，所述束可以沿着外壳130 —束叠加在另一束上。参见图3，每个加热部件300都分别包括加热器管310和蒸汽发生腔375。
[0024]加热器管310的面向前的一(上)侧由圆锥盖330封闭，该圆锥盖可以焊接至加热器管310。加热器管310的面向后的一侧可以由端盖340封闭，其可以是水密封的但可释放的连接，例如螺纹连接。加热器管310、圆锥盖330和端盖340限定容积或腔335。
[0025]如图3所示，加热部件300的腔335通过诸如金属材料(例如钢)的导热材料的盖360分成第一部分和第二部分。在一个实施例中，电加热器筒350的正极和负极端子位于单个端部(如图所示的近端)处，该电加热器筒位于腔335的第一部分中(靠近盖340)。盖360可以在距第一端的一距离处划分腔335，以足以允许加热器筒350布置在腔335的第一部分中，而使用于第一部分的任何额外容积最小化。如图3所示，当加热器筒350布置在腔335的第一部分中时，端子355可以延伸到端盖340的容积中。端盖340优选地包括横向开口 365，其例如是螺纹开口，用于到端子355的电力连接。导体通过外壳130的周边管道供给到横向开口 365中。电流可以从地面站110中的地上电源供给至所述导体。
[0026]每个蒸汽发生腔375都例如由圆筒形壳体320以及例如通过焊接连接的前壁380和后壁370限定。前壁380和后壁370每个都具有开口，通过该开口布置加热器管310。加热器管310轴向地延伸通过蒸汽发生腔375。加热器管310和前壁380和/或后壁370的连接可以是焊接。
[0027]电加热器筒350热连接至加热器管310并且例如通过电缆230与电力线路电连接。电力(例如电流)优选地通过控制站115控制并且可以经由横向开口状的横向开口365传导。加热器管310内是导热材料，如美国专利6132823、6911231、6916430、7220365和美国专利公布N0.2005/0056807中所述。
[0028]壳体320的后壁370包括入口 395，以使水源连接至该入口，以给蒸汽发生腔375提供水。通过与入口 395流体连通的外壳130的周边导管将水从例如地面站110的水源提供给蒸汽发生腔375。为了将水加热成蒸汽，可以将电力供给至电加热器筒350。加热器筒350因而产生热量，经由加热器管310传递至蒸汽发生腔375。蒸汽在蒸汽发生腔375内产生并且通过蒸汽出口 390排出到油砂中。在蒸汽出口 390中可以设有单个流体压力阀。由此可以避免诸如沙粒和类似物的外界物质进入蒸汽发生腔375。而且，蒸汽可以被加压。由于加热器管310延伸过蒸汽发生腔，因此由电加热器筒350提供的热量的一部分也直接传递至油砂。该热量减少了靠近采油井120的蒸汽的冷凝，并且因而允许蒸汽加热采油井周围更大的区域，并且由此使原油更好地运动。运动的原油可以经由油入口 135(参见图1和2)收集，通过旋转分离器176与水分离，并且通过离心泵180泵送到生产管线109中，如图1所示。
[0029]典型地如上文参照图1所述，采油井120的一个或多个管束200可以用于产生和排出蒸汽到石油储蓄部中，以在油砂的情况下给油砂中的原油提供足够的流动性，以可以通过外壳130和泵送管路125抽取，并且还用于加热外壳130。优选地，在蒸汽发生腔375中产生的蒸汽的温度被监测和/或通过控制器115控制。例如，提供给控制计算机115的处理协议可以包括用于从至少一个温度传感器接收温度测量的指令。基于这些测量，以机器可读的形式提供指令以通过控制器115执行。因此，控制器115执行所述指令以增大或减小到一个或多个加热棒350的电力输出，以实现范围f (例如250°C至280°C )内的目标温度。应理解，控制器115可以增大到某些加热筒350的电力而同时减小到其他加热筒350的电力。控制器115可以替代地或额外地控制，即增大或减小供给给蒸汽发生腔375的水流，以由此控制蒸汽温度。而且，控制器115可以连接至泵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，以获得从井的希望的生产量。
[0030]图4示出油砂开采系统的另一个实施例。在该实施例中，油砂开采系统400包括用于容纳地上设施的地面站410，所述地上设施例如是控制器415、电源和水源。与图1类似，地上站410示出为陆上站，但也可以是用于开采水下油砂的漂浮站。系统400包括井孔405，具有井下装置的采油井420插入到所述井孔中。在图1中，采油井竖直地或基本竖直地插入井的全部长度。在图4中，采油井420竖直地延伸通过在井的地面处的井孔405，但继而横向地延伸到井中。在其他方面，采油井420和系统400的构造和操作与参照图1-3所述的采油井120和系统100的构造和操作相同。井下装置包括外壳430，该外壳例如是构造成与图1中的外壳130相同的多管道外壳，并且一束或多束蒸汽发生器500构造成与蒸汽发生器200类似。图4示出绕外壳430的远端部分布置并且与其相连的单束。提供给蒸汽发生器500的每个蒸汽发生腔的水通过热量转化成蒸汽，所述热量通过容纳加热器筒和如参照图1-3所述的导热材料的加热器管提供给蒸汽发生腔。蒸汽从蒸汽发生腔的蒸汽出口 490分配到油砂中，以使油砂中的油运动。运动的油通过油入口 435渗入外壳430并且被泵送至井的地面。
[0031]附图标记列表
[0032]100 系统
[0033]105 井孔[0034]108 井口
[0035]109生产管线
[0036]111 阀
[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井监测装置
[0044]150 马达
[0045]162电缆接头
[0046]165保护器
[0047]170旋转分离器
[0048]172通气阀
[0049]175 电缆
[0050]176旋转分离器
[0051]180离心泵
[0052]185单流阀
[0053]I9O通气阀
[0054]195电缆夹
[0055]200管束/蒸汽发生器
[0056]230 电缆
[0057]250 水管
[0058]300加热部件
[0059]310加热器管
[0060]320 壳体
[0061]330圆锥盖
[0062]335 腔
[0063]340 端盖
[0064]350电加热器筒
[0065]360加热器筒的端盖
[0066]365 横向开口
[0067]370后壁(面向下)
[0068]375蒸汽发生腔
[0069]380前壁(面相上)
[0070]390 蒸汽出口
[0071]395 水入口
[0072]400 系统[0073]405 井孔
[0074]410地上站
[0075]415控制器
[0076]420采油井
[0077]430 外壳
[0078]435 油入口
[0079]490 蒸汽出口
[0080]500蒸汽发生腔
【权利要求】
1.用于油砂开采的井下设备，其至少包括: -用于容纳水管(250)的外壳(130)，所述水管用于经由水管路接收水； -至少一个蒸汽发生腔(375)，所述蒸汽发生腔与所述水管(250)流体连通并且具有至少一个蒸汽出口(390)； -至少一个电加热器(350)，其热连接至所述蒸汽发生腔(375)， 其特征在于， 所述井下设备还包括至少一个原油管道(135)，所述原油管道用于回收已经通过所述蒸汽运动的原油。
2.根据权利要求1所述的井下设备，其特征在于，所述外壳(130)容纳所述至少一个原油管道(135)。
3.根据上述权利要求中的任意一项所述的井下设备，其特征在于，所述外壳(130)是多管道管，其中所述至少一个水管(250)和所述至少一个原油管道(125)是所述多管道中的每个。
4.根据上述权利要求中的任意一项所述的井下设备，其特征在于，所述至少一个蒸汽发生腔(375)由所述外壳(130)的外周表面支撑。
5.根据上述权利要求中的任意一项所述的井下设备，其特征在于，至少两个蒸汽发生腔(375)布置成围绕所述外壳(130)的外周表面布置的束。
6.根据上述权利要求中的任意一项所述的井下设备，其特征在于: -所述蒸汽发生腔(130)具有围绕加热器管(310)的包覆舱； -所述加热器管(310)容纳至少一个电加热筒(350)。
7.根据权利要求6所述的井下设备，其特征在于，所述加热器管(310)是中空的并且具有内表面，该内表面涂覆有无机盐。
8.根据权利要求7所述的井下设备，其特征在于，所述加热器管(310)是被抽空的。
9.根据权利要求6至8中的任意一项所述的井下设备，其特征在于，所述加热器管(310)轴向地延伸过所述蒸汽发生腔(375)。
10.一种用于开采油砂储油部的方法，其至少包括以下步骤: -在井下设备的蒸汽发生腔(375)中产生蒸汽； -将所述蒸汽经由蒸汽出口(390)注入到所述油砂储油部中以使所述油砂储油部的原油运动， 其特征在于， 通过所述井下设备回收运动的原油的至少一部分。
【文档编号】E21B43/24GK104024568SQ201280065331
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年6月15日 优先权日:2012年1月3日
【发明者】渠玉芝, 陈奇 申请人:量子技术(德国)有限公司