專利名稱：用于蒸汽輔助重力泄油技術的注蒸汽裝置的制作方法
技術領域：
本發明通常涉及一種使用蒸汽輔助重力泄油(SAGD)技術的石油開采方法。
背景技術：
在世界的很多區域內，存在大量的粘性石油(viscous petroleum) 的沉積層(d印osits)，并且由于這些沉積層包含的碳氫化合物的高粘度， 所述沉積層通常被稱為"瀝青砂"(tar sand)或"重油"(heavy oil) 沉積層。這些瀝青砂會延伸很多英里并存在達到多于300英尺的厚度變化。 盡管瀝青砂沉積層可以位于地表面上或地表面附近，通常瀝青砂沉積層位 于堅固的上覆巖層(overburden)之下，所述上覆巖層可以幾千英尺厚。 位于所述深度上的瀝青砂構成一些目前已知的世界最大的石油沉積層。所 述瀝青砂包含一種通常被稱為瀝青的粘性碳氫化合物物質，在量上，所述 粘性碳氫化合物物質的重量百分比一般為5%至20%。盡管瀝青在一般的 儲層溫度下通常不移動，但是在較高溫度下瀝青通常可以流動并且瀝青在 較高溫度下通常具有比在較低溫度下低很多的粘度。
因為大多數瀝青砂沉積層位置太深以致于不能經濟地開釆(挖掘)， 所以迫切需要存在一種其中在地層中將瀝青與砂分離并且通過鉆進所述 沉積層的井開采瀝青的就地開采(in situ recovery)方法。任何就地開 采方法必須滿足兩個基本技術要求(1)必須充分降低瀝青的粘度使得瀝 青可以流向生產井；和(2)必須給流動的瀝青施加足夠的驅動力以進行 開采。通過使用SAGD可以改進在某些重油或瀝青儲層中的碳氫化合物的開 采。當使用SAGD時，將水平開采井眼和注蒸汽井眼被鉆進所述碳氫化合物 儲層地層并且將蒸汽注入到所述注蒸汽井眼中。所述開采井眼和所述注蒸 汽井眼在垂直方向上相對靠近地間隔開，并且由于在就地降低了所述碳氫 化合物的粘度，所以蒸汽注入到注蒸汽井眼中使得開采井眼中的重的碳氫 化合物可以流動。SAGD相比于傳統的二次熱采技術(thermal recovery techniques)的優點包括具有相對于所使用的井眼數量的較高生產率和現 場石油的較高最終采收率(ultimate recovery)。
美國專利No. 6988549論述了與典型SAGD方案有關的某些問題。根據專 利No. 6988549: (a)產生蒸汽的相關成本嚴重地影響了所述SAGD方案的經 濟性；(b)由于使用傳統的碳氫化合物火管鍋爐產生過飽和蒸汽成本很 高，SAGD沒有典型地使用所述過飽和蒸汽，從而導致使用了以較低效率將 熱傳遞到重油儲層的蒸汽；和(c)與從所述操作中的碳氫化合物開采相 關的產出的水典型地在付費商業操作的污水處理井中被處理。
應該相信，迄今為止用于注射蒸汽的機構不利地影響了SAGD的經濟 性，而通過提供在注蒸汽井眼中的蒸汽的均勻分布可以大幅增加所述經濟 性。使用本發明的裝置可以實現上述新穎的和有用的結果。
發明內容
根據本發明，提供了在蒸汽輔助重力泄油(SAGD)操作中在注蒸汽井眼 中使用的一種注蒸汽管柱裝置。根據本發明的注蒸汽管柱包括插入到注蒸 汽井眼中并且用于給所述井眼提供蒸汽的細長管狀結構，所述細長管狀結 構具有第一和第二端。根據本發明的注蒸汽管柱包括例如布置在所述細長 管狀結構中和沿所述細長管狀結構布置的噴嘴的多個孔。所述噴嘴的尺寸 在所述細長管狀結構的第一端與第二端之間變化，并且，在一個實施例中， 所述噴嘴的尺寸在所述細長管狀結構的第一端與第二端之間增加。在所述 細長管狀結構中的孔尺寸形成為沿所述注蒸汽井眼在每個部分上產生相 等壓力/溫度的蒸汽噴射。
根據本發明的注蒸汽管柱可以通過使用彼此螺紋連接的多個空管 (blank pipe)實現。可以使用銑削技術或通過在空管中形成螺紋孔并且將噴嘴安裝在每個螺紋孔中在空管中形成噴嘴。
可選地，根據本發明的管柱裝置可以通過將多個接頭連接在一起而形 成。在后者情況下，每個接頭根據其在所述注蒸汽管柱中的位置而具有不 同尺寸的噴嘴。
另外，可以使用砂篩部件實現根據本發明的注蒸汽管柱裝置，其中，
噴嘴布置成平行于所述井眼引導注入的蒸汽扼流(choked flow)。通過使
用所述砂篩裝置，蒸汽流在離開注蒸汽管柱時稍微分散從而不會侵蝕井 眼。換言之，使用砂篩裝置將蒸汽注入到注蒸汽井眼中減少了對井眼的侵 蝕。
根據本發明，提供了一種將蒸汽注入到井眼內的系統。所述系統包括 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細長管狀 結構，其中所述第一端操作性地連接到所述蒸汽源上，并且其中所述注蒸 汽管柱包括多個孔，所述孔的尺寸在所述細長管狀結構的第一端與第二端 之間增加。所述細長管狀結構包括彼此螺紋連接的多個空管或彼此螺紋連 接的多個接頭，在所述每個接頭中具有不同尺寸的孔。所述孔可以例如包 括噴嘴，所述噴嘴可以使用銑削技術形成在所述細長管狀部件中或安裝在 形成在所述細長管狀部件中的螺紋孔中。所述孔也可以包括砂篩裝置。
根據本發明，提供了一種包括水平開采井眼和與所述開采井眼垂直間 隔開并且接近的水平注蒸汽井眼的蒸汽輔助重力泄油系統。設置了連接到 注蒸汽管的一端上的蒸汽源，所述注蒸汽管由細長的管狀結構和多個在所 述管狀結構中的孔組成。當所述孔與連接到蒸汽的管狀結構的一端的距離 增加時孔的尺寸增加。
在附圖中-
圖l是圖示包含根據本發明的裝置的一個實施例的開采井眼和注蒸汽
井眼的局部橫截面的正視圖2是圖1中的注蒸汽井眼和開采井眼的橫截面的正視圖； 圖3是包含使用砂篩裝置實施的注蒸汽管柱裝置的注蒸汽井眼的橫截
面.，
6選構造的橫截面圖6是使用多個接頭實施的注蒸汽管柱裝置的另一個實施例的局部橫 截面圖的透視圖7是可以在圖4和5中的流入控制裝置中使用的金屬至金屬密封件的 一個實施例的局部橫截面的正視圖；和
圖8是可以由本發明使用的砂篩裝置和流入控制裝置的組合的一個實 施例的局部橫截面圖。
具體實施例方式
應該理解的是，本發明可以呈現很多形式和實施例。在下面的描述中， 描述了本發明的一些實施例并且陳述了用于理解本發明的許多細節。然 而，本領域普通技術人員應該理解的是，在不偏離由權利要求限定的本發 明的原理和精神的情況下，可以對所描述的實施例做出很多變型和修改。 由此以下描述試圖解釋本發明但并不限制本發明。
首先參照圖l，圖示了包括位于地表面上的蒸汽源20的系統。所述蒸 汽源20連接到根據本發明的注蒸汽管柱裝置10的一端上。如圖示的，注蒸 汽管柱裝置10是細長管狀結構并且位于注蒸汽井眼12內。在SAGD操作中， 典型地注蒸汽井眼12沒有設套管并且在垂直方向上與開采井眼12a間距很 小。
注蒸汽管柱10包括沿注蒸汽管柱10的長度以分開的間隔布置的多個 孔14至19。孔14是在注蒸汽管柱10中距離蒸汽源20最近的孔，而孔19是距 離蒸汽源20最遠的孔。
根據本發明，在注蒸汽管柱10中孔14至19的尺寸形成為沿注蒸汽井眼 12的長度產生相等的壓力/溫度。因此，當孔與蒸汽源20之間的距離增加 時，在注蒸汽管柱10內的孔的尺寸增加。在圖l中所圖示的示范性實施例 中，孔14是在尺寸上是注蒸汽管裝置10中最小的孔，并且孔15至19的尺寸 增加且孔19的尺寸在圖1中所圖示的示范性實施例中最大。
在一些情況下，根據相關區的例如滲透性的井眼參數，孔14至19的尺 寸可以在注蒸汽管柱10的長度上改變。此外，注蒸汽管柱10內的噴嘴14至 19可以具有可變節流孔，其中在所述節流孔中的開口可以根據控制線(沒
7有示出)或基于注蒸汽管柱io內的溫度變化。例如，可變節流孔中的開口
在較高溫度下比在較低溫度下被限制或阻塞得更多。
可以用很多方法實施根據本發明的注蒸汽管裝置。仍然參照圖l，注 蒸汽管柱裝置10可以使用多個空管實施，所述多個空管螺紋連接并且具有 形成在其中的、根據上述的孔尺寸形成標準的孔。所述孔可以包括噴嘴并
且可以使用標準的和眾所周知的銑削技術(milling technique)形成在 空管中。可選地，可以在空管內形成螺紋孔并且可以在每個螺紋孔中安裝 噴嘴。
參照圖1和2，注蒸汽管柱裝置10可以布置在注蒸汽井眼12中從而蒸汽 不會引入到注蒸汽井眼12與開采井眼12a之間的地殼(earth's crust)中。 更合理地，如圖2中所示，注蒸汽管柱裝置10布置在注蒸汽井眼12內從而 所注入的蒸汽被引導朝向注蒸汽井眼12的頂部。以圖2中所圖示的方式引 導注入的蒸汽有助于防止侵蝕所述兩個井眼(注蒸汽井眼12與開采井眼 12a)之間的地殼部分。
參照圖6，圖示了包括蒸汽源20和注蒸汽管柱裝置45的系統。注蒸汽 管裝置45布置在在垂直方向上與開采井眼46a靠近地間隔開的注蒸汽井眼 46中。注蒸汽管裝置45包括多個接頭32至37，其中每個接頭井眼具有與裝 置45中的其它接頭不同尺寸的孔。例如，接頭32包括在注蒸汽管柱45中最 小的孔38。根據上述的孔尺寸形成標準在接頭33至37中的孔39至43在尺寸 上分別增加。例如，可以使用螺紋連接件(沒有示出)將孔32至37連接在 一起。
參照圖3，使用包括多個部分26的砂篩裝置可以實施圖1中的注蒸汽管 裝置IO，其中每個部分26包括多個孔26 (i)，并且其中所述孔的尺寸如上 述形成。在圖2中圖示的砂篩裝置的部分中，孔26 (i)包括布置用于引導 蒸汽在平行于井眼的方向上流出砂篩裝置的噴嘴。在圖2中的布置中，蒸 汽流當離開注蒸汽管柱時在開口30處稍微分散從而不會侵蝕井眼31的側 面。認為特別適于使用在注蒸汽管柱中的砂篩裝置的類型是在美國專利申 請公開No.US2006/0048942中描述的流入流量控制裝置，所述專利申請在 此通過引用并入。
參照圖4和5，圖示了流入控制裝置的可選構造。在圖4中，包括外殼61a的流入控制裝置61形成在管60上，所述管60位于根據本發明的注蒸汽 管柱裝置內。可以引導蒸汽通過在管狀部件60內的開口62，然后通過孔63 進入注蒸汽井眼中。例如，孔63可以包括噴嘴。
在圖5中，流入控制裝置71形成在管70上并且包括外殼71a。如圖所示， 也可以包括噴嘴的孔73安裝在形成在管70內的孔中。保護層74施加到外殼 71a的底部以便防止蒸汽直接接觸流入控制裝置71的外殼71a。例如，保護 層74可以包括覆蓋流入控制裝置71的外殼71a的全部或部分的、且暴露于 蒸汽的陶瓷涂層或碳化鎢涂層。
圖4和5中所圖示的流入控制裝置使用用附圖標記64和74示意表示的 密封。現在參照圖7，圖示了此密封的金屬至金屬的實施例。在圖7中，密 封80包括壓向含有噴嘴86的環82中的環81。這形成朝向基管83的收縮配合 (shrink fit)密封80。開口85形成在基管83中以便允許蒸汽從基管流經 噴嘴86然后流人到注蒸汽井眼中。
參照圖8，圖示了使用砂篩裝置91實施的流入控制裝置90。開口92形 成在基管93中以便允許蒸汽流經噴嘴94然后通過砂篩裝置91流入到注蒸 汽井眼中。圖8中的流入控制裝置90使用了多個C形金屬密封95。
根據本發明，根據本發明的注蒸汽管柱裝置可以進一步包括分布式感 溫(DST)裝置，所述分布式感溫(DST)裝置可以從本申請的申請人處獲 得。所述DST裝置有利地使用含有傳感器的光纜以便傳感沿注蒸汽裝置的
長度的溫度變化，并且可以例如提供用于制備井的溫度分布的信息。
以上著重描述了在SAGD操作中注蒸汽井眼中的流入控制裝置的使用。 本領域的普通技術人員應該理解的是，也可以在開采井眼中使用所述流入 控制裝置。
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權利要求
1、一種注蒸汽管柱裝置，包括具有第一和第二端的細長管狀結構；和形成在所述細長管狀結構中的多個孔，其中所述多個孔的尺寸在所述細長管狀結構的第一端與第二端之間變化。
2、 根據權利要求1中所述的注蒸汽管裝置，其中所述多個孔的尺寸在所述細長管狀結構的第一端與第二端之間增加。
3、 根據權利要求1中所述的注蒸汽管柱裝置，其中所述細長管狀結 構包括彼此螺紋連接的并且具有形成在其中的多個孔的多個空管。
4、 根據權利要求3中所述的注蒸汽管柱裝置，其中所述孔包括噴嘴。
5、 根據權利要求4中所述的注蒸汽管柱裝置，其中使用銑削技術將 所述噴嘴形成在細長管狀結構中。
6、 根據權利要求4中所述的注蒸汽管柱裝置，其中所述注蒸汽管柱 裝置包括形成在所述細長管狀結構中的多個螺紋孔和安裝在每個螺紋孔 中的噴嘴。
7、 根據權利要求6中所述的注蒸汽管柱裝置，其中所述孔包括流量 控制裝置。
8、 根據權利要求1中所述的注蒸汽管柱裝置，其中所述細長管狀結 構包括多個接頭，在所述接頭內具有形成不同尺寸的孔。
9、 根據權利要求8中所述的注蒸汽管柱裝置，其中所述孔是噴嘴。
10、 根據權利要求9中所述的注蒸汽管柱裝置，其中使用銑削技術將所述噴嘴形成在細長管狀結構中。
11、 根據權利要求9中所述的注蒸汽管柱裝置，其中所述注蒸汽管柱裝置包括形成其中的多個螺紋孔，且噴嘴安裝在每個螺紋孔中。
12、 根據權利要求11中所述的注蒸汽管柱裝置，其中所述孔包括流 量控制裝置。
13、 一種用于將蒸汽注入到井眼中的系統，所述系統包括 蒸汽源；和包括具有第一和第二端的細長管狀結構的注蒸汽管柱，其中所述第一端操作性地連接到所述蒸汽源，并且其中所述注蒸汽管柱包括多個孔，所 述多個孔的尺寸在所述細長管狀結構的第一端與第二端之間變化。
14、 根據權利要求13中所述的系統，其中所述多個孔的尺寸在所述 細長管狀結構的第一端與第二端之間增加。
15、 根據權利要求13中所述的系統，其中所述細長的管狀結構包括 彼此螺紋連接的并且具有形成在其中的多個孔的多個空管。
16、 根據權利要求15中所述的系統，其中所述孔包括噴嘴。
17、 根據權利要求16中所述的系統，其中使用銑削技術將所述噴嘴 形成在細長管狀結構中。
18、 根據權利要求16中所述的系統，其中所述細長管狀結構包括形 成在其中的多個螺紋孔和安裝在每個螺紋孔中的噴嘴。
19、 根據權利要求18中所述的系統，其中所述孔包括流量控制裝置。
20、 根據權利要求13中所述的系統，其中所述細長管狀結構包括多 個接頭，在所述接頭內具有形成不同尺寸的孔。
21、 根據權利要求20中所述的系統，其中所述孔包括噴嘴。
22、 根據權利要求21中所述的系統，其中使用銑削技術將所述噴嘴 形成在細長管狀結構中。
23、 根據權利要求21中所述的系統，其中所述注蒸汽管柱裝置包括 形成其中的多個螺紋孔，且噴嘴安裝在每個螺紋孔中。
24、 根據權利要求23中所述的系統，其中所述孔包括流量控制裝置。
25、 一種蒸汽輔助重力泄油系統，包括 水平開采井眼；與所述開采井眼垂直間隔開并且接近的水平注蒸汽井眼； 蒸汽源；且注蒸汽井眼包括具有第一和第二端的細長管狀結構，其中所述第一端 操作性地連接到所述蒸汽源，并且其中所述注蒸汽管柱包括多個孔，所述 多個孔的尺寸在所述細長管狀結構的第一端與第二端之間變化。
26、 根據權利要求25中所述的系統，其中所述多個孔的尺寸在所述 細長管狀結構的第一端與第二端之間增加。
全文摘要
本發明披露了一種注蒸汽管柱裝置，其包括具有第一和第二端的細長管狀結構和形成在所述細長管狀結構上的多個孔。所述多個孔的尺寸從所述細長管狀結構的一端到另一端變化，并且，在一個實施例中，所述多個孔的尺寸從所述細長管狀結構的一端到另一端增加。所述細長管狀結構包括彼此螺紋連接的多個空管或在其中具有不同尺寸的孔的多個接頭。使用銑削技術或通過在所述細長管狀結構中的螺紋孔中插入噴嘴從而將所述孔形成在所述細長管狀結構中。使用所述注蒸汽管柱裝置的系統尤其適于用在蒸汽輔助重力泄油系統中。
文檔編號E21B43/16GK101446190SQ20081009089
公開日2009年6月3日 申請日期2008年4月9日 優先權日2007年4月11日
發明者凱文·J·福布斯, 尼哈特·奧武特門 申請人:普拉德研究及開發股份有限公司