专利名称：注蒸汽管柱装置、将蒸汽注入到井眼中的系统及蒸汽辅助重力泄油系统的制作方法
技术领域：
本实用新型通常涉及使用蒸汽辅助重力泄油(SAGD)技术的石油开采 方法，更具体地，本实用新型涉及一种注蒸汽管柱装置，所述注蒸汽管柱 装置包括具有第一和第二端的细长管状结构；和形成在所述细长管状结 构中的多个孔。本实用新型还涉及使用该注蒸汽管柱装置的用于将蒸汽注 入到井眼中的系统和使用该注蒸汽管柱装置的蒸汽辅助重力泄油系统。
背景技术：
在世界的很多区域内，存在大量的粘性石油(viscous petroleum) 的沉积层(d印osits)，并且由于这些沉积层包含的碳氢化合物的高粘度， 所述沉积层通常被称为"沥青砂"(tar sand)或"重油"(heavy oil) 沉积层。这些沥青砂会延伸很多英里并存在达到多于300英尺的厚度变化。 尽管沥青砂沉积层可以位于地表面上或地表面附近，通常沥青砂沉积层位 于坚固的上覆岩层(overburden)之下，所述上覆岩层可以几千英尺厚。 位于所述深度上的沥青砂构成一些目前已知的世界最大的石油沉积层。所 述沥青砂包含一种通常被称为沥青的粘性碳氢化合物物质，在量上，所述 粘性碳氢化合物物质的重量百分比一般为5%至20%。尽管沥青在一般的 储层温度下通常不移动，但是在较高温度下沥青通常可以流动并且沥青在 较高温度下通常具有比在较低温度下低很多的粘度。
因为大多数沥青砂沉积层位置太深以致于不能经济地开采(挖掘)， 所以迫切需要存在一种其中在地层中将沥青与砂分离并且通过钻进所述 沉积层的井开采沥青的就地开釆(in situ recovery)方法。任何就地开 采方法必须满足两个基本技术要求(1)必须充分降低沥青的粘度使得沥 青可以流向生产井；和(2)必须给流动的沥青施加足够的驱动力以进行 开采。
通过使用SAGD可以改进在某些重油或沥青储层中的碳氢化合物的开采。当使用SAGD时，将水平开采井眼和注蒸汽井眼被钻进所述碳氢化合物 储层地层并且将蒸汽注入到所述注蒸汽井眼中。所述开采井眼和所述注蒸 汽井眼在垂直方向上相对靠近地间隔开，并且由于在就地降低了所述碳氢 化合物的粘度，所以蒸汽注入到注蒸汽井眼中使得幵釆井眼中的重的碳氢 化合物可以流动。SAGD相比于传统的二次热采技术(thermal recovery techniques )的优点包括具有相对于所使用的井眼数量的较高生产率和现 场石油的较高最终采收率(ultimate recovery)。
美国专利No. 6988549论述了与典型SAGD方案有关的某些问题。根据专 利No. 6988549: (a)产生蒸汽的相关成本严重地影响了所述SAGD方案的经 济性；(b)由于使用传统的碳氢化合物火管锅炉产生过饱和蒸汽成本很 高，SAGD没有典型地使用所述过饱和蒸汽，从而导致使用了以较低效率将 热传递到重油储层的蒸汽；和(c)与从所述操作中的碳氢化合物开采相 关的产出的水典型地在付费商业操作的污水处理井中被处理。
应该相信，迄今为止用于注射蒸汽的机构不利地影响了SAGD的经济 性，而通过提供在注蒸汽井眼中的蒸汽的均匀分布可以大幅增加所述经济 性。使用本实用新型的装置可以实现上述新颖的和有用的结果。
实用新型内容
为了实现在注蒸汽井眼中的蒸汽的均匀分布提出本实用新型。 根据本实用新型，提供了在蒸汽辅助重力泄油(SAGD)操作中在注蒸汽 井眼中使用的一种注蒸汽管柱装置。所述注蒸汽管柱装置，包括具有第 一和第二端的细长管状结构；和形成在所述细长管状结构中的多个孔，其 中，所述多个孔的尺寸在所述细长管状结构的第一端与第二端之间变化。 具体地，根据本实用新型的注蒸汽管柱包括插入到注蒸汽井眼中并且用于 给所述井眼提供蒸汽的细长管状结构，所述细长管状结构具有第一和第二 端。根据本实用新型的注蒸汽管柱包括例如布置在所述细长管状结构中和 沿所述细长管状结构布置的喷嘴的多个孔。所述喷嘴的尺寸在所述细长管 状结构的第一端与第二端之间变化，并且，在一个实施例中，所述喷嘴的 尺寸在所述细长管状结构的第一端与第二端之间增加。在所述细长管状结 构中的孔尺寸形成为沿所述注蒸汽井眼在每个部分上产生相等压力/温度的蒸汽喷射。
根据本实用新型的注蒸汽管柱可以通过使用彼此螺纹连接的多个空
管(blank pipe)实现。可以使用铣削技术或通过在空管中形成螺纹孔并 且将喷嘴安装在每个螺纹孔中在空管中形成喷嘴。
可选地，根据本实用新型的管柱装置可以通过将多个接头连接在一起 而形成。在后者情况下，每个接头根据其在所述注蒸汽管柱中的位置而具 有不同尺寸的喷嘴。
另外，可以使用砂筛部件实现根据本实用新型的注蒸汽管柱装置，其 中，喷嘴布置成平行于所述井眼引导注入的蒸汽扼流(choked flow)。通 过使用所述砂筛装置，蒸汽流在离开注蒸汽管柱时稍微分散从而不会侵蚀 井眼。换言之，使用砂筛装置将蒸汽注入到注蒸汽井眼中减少了对井眼的 侵蚀。
根据本实用新型，提供了一种将蒸汽注入到井眼内的系统。所述系统 包括蒸汽源和注蒸汽管柱，所述注蒸汽管柱包括具有第一和第二端的细长 管状结构，其中所述第一端操作性地连接到所述蒸汽源上，并且其中所述 注蒸汽管柱包括多个孔，所述多个孔的尺寸在所述细长管状结构的第一端 与第二端之间变化。可选地，所述孔的尺寸在所述细长管状结构的第一端 与第二端之间增加。所述细长管状结构包括彼此螺纹连接的多个空管或彼 此螺纹连接的多个接头，在所述每个接头中具有不同尺寸的孔。所述孔可 以例如包括喷嘴，所述喷嘴可以使用铣削技术形成在所述细长管状部件中 或安装在形成在所述细长管状部件中的螺纹孔中。所述孔也可以包括砂筛 装置。
根据本实用新型，提供了一种蒸汽辅助重力泄油系统，其包括水平开 采井眼；与所述开采井眼垂直间隔开并且接近的水平注蒸汽井眼；蒸汽源; 注蒸汽管柱装置，所述注蒸汽管柱装置包括具有第一和第二端的细长管状 结构，其中所述第一端操作性地连接到所述蒸汽源，并且其中所述注蒸汽 管柱包括多个孔，所述多个孔的尺寸在所述细长管状结构的第一端与第二 端之间变化。可选地，所述多个孔的尺寸在所述细长管状结构的第一端与 第二端之间增加。
相较于现有技术中用于注射蒸汽的机构不利地影响了SAGD的经济性，本实用新型通过提供在注蒸汽井眼中的蒸汽的均匀分布可以大幅增加经 济性。
在附图中
图l是图示包含根据本实用新型的装置的一个实施例的开采井眼和注 蒸汽井眼的局部横截面的正视图2是图1中的注蒸汽井眼和开采井眼的横截面的正视图； 图3是包含使用砂筛装置实施的注蒸汽管柱装置的注蒸汽井眼的横截
面；
图4和5是图示流入控制装置的可选构造的横截面图； 图6是使用多个接头实施的注蒸汽管柱装置的另一个实施例的局部横 截面图的透视图7是可以在图4和5中的流入控制装置中使用的金属至金属密封件的 一个实施例的局部横截面的正视图；和
图8是可以由本实用新型使用的砂筛装置和流入控制装置的组合的一
个实施例的局部横截面图。
具体实施方式
应该理解的是，本实用新型可以呈现很多形式和实施例。在下面的描 述中，描述了本实用新型的一些实施例并且陈述了用于理解本实用新型的 许多细节。然而，本领域普通技术人员应该理解的是，在不偏离由权利要 求限定的本实用新型的原理和精神的情况下，可以对所描述的实施例做出 很多变型和修改。由此以下描述试图解释本实用新型但并不限制本实用新 型。
首先参照图l，图示了包括位于地表面上的蒸汽源20的系统。所述蒸 汽源20连接到根据本实用新型的注蒸汽管柱装置10的一端上。如图示的， 注蒸汽管柱装置10是细长管状结构并且位于注蒸汽井眼12内。在SAGD操作 中，典型地注蒸汽井眼12没有设套管并且在垂直方向上与开釆井眼12a间 距很小。注蒸汽管柱装置10包括沿注蒸汽管柱装置10的长度以分开的间隔布 置的多个孔14至19。孔14是在注蒸汽管柱装置10中距离蒸汽源20最近的 孔，而孔19是距离蒸汽源20最远的孔。
根据本实用新型，在注蒸汽管柱装置10中孔14至19的尺寸形成为沿注 蒸汽井眼12的长度产生相等的压力/温度。因此，当孔与蒸汽源20之间的 距离增加时，在注蒸汽管柱装置10内的孔的尺寸增加。在图l中所图示的 示范性实施例中，孔14是在尺寸上是注蒸汽管柱装置10中最小的孔，并且 孔15至19的尺寸增加且孔19的尺寸在图1中所图示的示范性实施例中最 大。
在一些情况下，根据相关区的例如渗透性的井眼参数，孔14至19的尺 寸可以在注蒸汽管柱装置10的长度上改变。此外，注蒸汽管柱装置10内的 喷嘴14至19可以具有可变节流孔，其中在所述节流孔中的开口可以根据控 制线(没有示出)或基于注蒸汽管柱装置10内的温度变化。例如，可变节 流孔中的开口在较高温度下比在较低温度下被限制或阻塞得更多。
可以用很多方法实施根据本实用新型的注蒸汽管柱装置。仍然参照图 1，注蒸汽管柱装置10可以使用多个空管实施，所述多个空管螺纹连接并 且具有形成在其中的、根据上述的孔尺寸形成标准的孔。所述孔可以包括 喷嘴并且可以使用标准的和众所周知的铣削技术(milling technique) 形成在空管中。可选地，可以在空管内形成螺纹孔并且可以在每个螺纹孔 中安装喷嘴。
参照图1和2，注蒸汽管柱装置10可以布置在注蒸汽井眼12中从而蒸汽 不会引入到注蒸汽井眼12与开采井眼12a之间的地壳(earth's crust)中。 更合理地，如图2中所示，注蒸汽管柱装置10布置在注蒸汽井眼12内从而 所注入的蒸汽被引导朝向注蒸汽井眼12的顶部。以图2中所图示的方式引 导注入的蒸汽有助于防止侵蚀所述两个井眼(注蒸汽井眼12与开采井眼 12a)之间的地壳部分。
参照图6，图示了包括蒸汽源20和注蒸汽管柱装置45的系统。注蒸汽 管柱装置45布置在在垂直方向上与开采井眼46a靠近地间隔开的注蒸汽井 眼46中。注蒸汽管柱装置45包括多个接头32至37，其中每个接头井眼具有 与装置45中的其它接头不同尺寸的孔。例如，接头32包括在注蒸汽管柱装置45中最小的孔38。根据上述的孔尺寸形成标准在接头33至37中的孔39至 43在尺寸上分别增加。例如，可以使用螺纹连接件(没有示出)将孔32至 37连接在一起。
参照图3，使用包括多个部分26的砂筛装置可以实施图1中的注蒸汽管 柱装置IO，其中每个部分26包括多个孔26 (i)，并且其中所述孔的尺寸如 上述形成。在图2中图示的砂筛装置的部分中，？L26 (i)包括布置用于引 导蒸汽在平行于井眼的方向上流出砂筛装置的喷嘴。在图2中的布置中， 蒸汽流当离开注蒸汽管柱装置时在开口30处稍微分散从而不会侵蚀井眼 31的侧面。认为特别适于使用在注蒸汽管柱装置中的砂筛装置的类型是在 美国专利申请公开No. US2006/0048942中描述的流入流量控制装置，所述 专利申请在此通过引用并入。
参照图4和5，图示了流入控制装置的可选构造。在图4中，包括外壳 61a的流入控制装置61形成在管60上，所述管60位于根据本实用新型的注 蒸汽管柱装置内。可以引导蒸汽通过在管状部件60内的开口62，然后通过 孔63进入注蒸汽井眼中。例如，孔63可以包括喷嘴。
在图5中，流入控制装置71形成在管70上并且包括外壳71a。如图所示， 也可以包括喷嘴的孔73安装在形成在管70内的孔中。保护层74施加到外壳 71a的底部以便防止蒸汽直接接触流入控制装置71的外壳71a。例如，保护 层74可以包括覆盖流入控制装置71的外壳71a的全部或部分的、且暴露于
蒸汽的陶瓷涂层或碳化鸨涂层。
图4和5中所图示的流入控制装置使用用附图标记64和74示意表示的 密封。现在参照图7，图示了此密封的金属至金属的实施例。在图7中，密 封80包括压向含有喷嘴86的环82中的环81 。这形成朝向基管83的收縮配合 (shrink fit)密封80。开口85形成在基管83中以便允许蒸汽从基管流经 喷嘴86然后流人到注蒸汽井眼中。
参照图8，图示了使用砂筛装置91实施的流入控制装置90。开口92形 成在基管93中以便允许蒸汽流经喷嘴94然后通过砂筛装置91流入到注蒸 汽井眼中。图8中的流入控制装置90使用了多个C形金属密封95。
根据本实用新型，根据本实用新型的注蒸汽管柱装置可以进一步包括 分布式感温(DST)装置，所述分布式感温(DST)装置可以从本申请的申请人处获得。所述DST装置有利地使用含有传感器的光缆以便传感沿注蒸 汽装置的长度的温度变化，并且可以例如提供用于制备井的温度分布的信息。
以上着重描述了在SAGD操作中注蒸汽井眼中的流入控制装置的使用。 本领域的普通技术人员应该理解的是，也可以在开釆井眼中使用所述流入
控制装置。
权利要求1、一种注蒸汽管柱装置，包括具有第一和第二端的细长管状结构；和形成在所述细长管状结构中的多个孔，其特征在于，所述多个孔的尺寸在所述细长管状结构的第一端与第二端之间变化。
2、 根据权利要求1中所述的注蒸汽管柱装置，其中所述多个孔的尺 寸在所述细长管状结构的第一端与第二端之间增加。
3、 根据权利要求1中所述的注蒸汽管柱装置，其中所述细长管状结 构包括彼此螺纹连接的并且具有形成在其中的多个孔的多个空管。
4、 根据权利要求3中所述的注蒸汽管柱装置，其中所述孔包括喷嘴。
5、 根据权利要求4中所述的注蒸汽管柱装置，其中使用铣削技术将 所述喷嘴形成在细长管状结构中。
6、 根据权利要求4中所述的注蒸汽管柱装置，其中所述注蒸汽管柱 装置包括形成在所述细长管状结构中的多个螺纹孔和安装在每个螺纹孔 中的喷嘴。
7、 根据权利要求6中所述的注蒸汽管柱装置，其中所述孔包括流量 控制装置。
8、 根据权利要求1中所述的注蒸汽管柱装置，其中所述细长管状结 构包括多个接头，在所述接头内具有形成不同尺寸的孔。
9、 根据权利要求8中所述的注蒸汽管柱装置，其中所述孔是喷嘴。
10、 根据权利要求9中所述的注蒸汽管柱装置，其中使用铣削技术将 所述喷嘴形成在细长管状结构中。
11、 根据权利要求9中所述的注蒸汽管柱装置，其中所述注蒸汽管柱 装置包括形成其中的多个螺纹孔，且喷嘴安装在每个螺纹孔中。
12、 根据权利要求11中所述的注蒸汽管柱装置，其中所述孔包括流 量控制装置。
13、 一种用于将蒸汽注入到井眼中的系统，所述系统包括蒸汽源；和包括具有第一和第二端的细长管状结构的注蒸汽管柱，其中所述第一 端操作性地连接到所述蒸汽源，并且其中所述注蒸汽管柱包括多个孔，其特征在于，所述多个孔的尺寸在所述细长管状结构的第一端与第二 端之间变化。
14、 根据权利要求13中所述的系统，其中所述多个孔的尺寸在所述 细长管状结构的第一端与第二端之间增加。
15、 根据权利要求13中所述的系统，其中所述细长的管状结构包括 彼此螺纹连接的并且具有形成在其中的多个孔的多个空管。
16、 根据权利要求15中所述的系统，其中所述孔包括喷嘴。
17、 根据权利要求16中所述的系统，其中使用铣削技术将所述喷嘴 形成在细长管状结构中。
18、 根据权利要求16中所述的系统，其中所述细长管状结构包括形 成在其中的多个螺纹孔和安装在每个螺纹孔中的喷嘴。
19、 根据权利要求18中所述的系统，其中所述孔包括流量控制装置。
20、 根据权利要求13中所述的系统，其中所述细长管状结构包括多 个接头，在所述接头内具有形成不同尺寸的孔。
21、 根据权利要求20中所述的系统，其中所述孔包括喷嘴。
22、 根据权利要求21中所述的系统，其中使用铣削技术将所述喷嘴 形成在细长管状结构中。
23、 根据权利要求21中所述的系统，其中所述注蒸汽管柱装置包括 形成其中的多个螺纹孔，且喷嘴安装在每个螺纹孔中。
24、 根据权利要求23中所述的系统，其中所述孔包括流量控制装置。
25、 一种蒸汽辅助重力泄油系统，包括-水平开采井眼；与所述开采井眼垂直间隔开并且接近的水平注蒸汽井眼； 蒸汽源；和注蒸汽管柱，所述注蒸汽管柱包括具有第一和第二端的细长管状结 构，其中所述第一端操作性地连接到所述蒸汽源，并且其中所述注蒸汽管 柱包括多个孔，其特征在于，所述多个孔的尺寸在所述细长管状结构的第一端与第二 端之间变化。
26、根据权利要求25中所述的系统，其中所述多个孔的尺寸在所述 细长管状结构的第一端与第二端之间增加。
专利摘要为实现在注蒸汽井眼中的蒸汽的均匀分布，本实用新型提出了一种注蒸汽管柱装置，其包括具有第一和第二端的细长管状结构和形成在细长管状结构上的多个孔。多个孔的尺寸从细长管状结构的一端到另一端变化。还提出了一种用于将蒸汽注入到井眼中的系统，其包括蒸汽源和上述注蒸汽管柱装置。也提出了一种蒸汽辅助重力泄油系统，其包括水平开采井眼；与开采井眼垂直间隔开并且接近的水平注蒸汽井眼；蒸汽源；和注蒸汽管柱，其包括具有第一和第二端的细长管状结构，其中第一端操作性地连接到蒸汽源，注蒸汽管柱包括多个孔，多个孔的尺寸在细长管状结构的第一端与第二端之间变化。使用本实用新型可以均匀分布注蒸汽井眼中的蒸汽从而大幅增加经济性。
文档编号E21B43/24GK201246152SQ200820007550
公开日2009年5月27日 申请日期2008年4月9日 优先权日2007年4月11日
发明者凯文·J·福布斯, 尼哈特·奥武特门 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司