專利名稱：用于原位石油改質與回收的井襯管分段以及原位改質與回收的方法
技術領域：
本發明涉及水平井襯管，并且更明確地說，涉及在從地下儲層回收期間容許烴的原位改質的井襯管分段，本發明還涉及一種制造所述井襯管分段的方法，而且涉及一種使用這些水平井分段進行原位改質和回收的工序。
背景技術：
油改質催化劑(諸如，由Akzo Chemie Nederaland bv Amsterdam制造并且鑒定為 Ketjenef ine 742-1，3AQ 的標準加氫處理 / 加氫脫硫(Hydrodesulfurization ；HDS)催化劑)已使用于具有美國專利第6，412，557號中所描述的類型的先前技術油田原位烴改質工序。具體地說，美國專利第6，412，557號描述用于通過將這種已知加氫處理催化劑放置于位于水平井眼的水平支腳的中心定位的多孔管的外部周邊周圍，以用于改質并從重油 (浙青)地層生產石油，從而在油層內改質烴的工序。具體地說，如根據美國專利第6，412，557號的原位改質工序和與原位油改質有關的先前技術的方法論可以理解的，孔是從地面向下鉆至石油地層的目標儲層油帶。使孔彎曲，從而使得其在到達目標儲層油帶時變為水平。通常在接近目標儲層帶的最低基礎部分建立水平段，并且所述水平段沿最低基礎部分橫向延伸以建立水平井，而且通常延伸數百米到達水平井的預期趾。此井的豎直段是被覆蓋的。如果儲層巖石為壓實的，那么可以使水平段敞露而并不被覆蓋，但是有時將多孔襯管安放在水平段中，以減輕細沙的產生。如果巖石不是壓實的，那么必須安放多孔襯管，以防止孔的完全滑塌。一旦完成鉆孔，便將金屬管推至孔中，通常一直推至水平井的預期趾。在水平斷中，稱此管為“襯管”。襯管將具有按尺寸制造的開口，以允許儲層流體進入襯管的內部，以流動至地面，但是排除可堵塞襯管或在地面處有石油處理設備的情況下引起操作困難的沙的進入。襯管中的開口可以為窄縫，在這種情況下，管被稱作“割縫襯管”，或所述開口可以為介于纏繞在具有相對較大孔的管周圍的一排排金屬絲之間的窄孔口，所述管被稱作“繞絲篩管”。割縫襯管和繞絲篩管在水平井的設計中均為常見的。襯管與未受干擾的儲層的間距狹小，通常基于集中襯管為在 1-2英寸的范圍內。雖然可以通過擴孔操作將鉆孔鉆得更大以在襯管與儲層之間留下更多空間，但是此為額外代價。如在先前技術并且例如美國專利第6，412，557號中所教導的，存在于未擴大的孔 (通常直徑大約為12. 25英寸)與集中襯管的外徑(通常在約9. 6英寸的范圍內)之間的 1-2英寸的環形間隙空間充滿以上所描述的類型的催化劑或類似催化劑(通過將此類催化劑向井下泵送至此間隙空間中)。催化劑容許油在進入多孔井襯管之前直接改質，以便增加水平井內產出油的流動性，從而更容易地將此類石油生產至地面。然而，不利地，在此先前技術方法下，由于所得的將流體(油)排至多孔襯管中的豎直路徑非常短，所以油在含有此類催化劑的間隙空間中的停留時間非常短，并且氣體與液體空間速度(Liquid Hourly Space Velocity ；LHSV)將非常高。舉例來說，對于具有生產100立方米/天產出石油的上述大小并具有井1英寸環形催化劑帶的井而言，LHSV大約 S^^Ohr—1，并且停留時間僅大約為11秒。雖然此短暫停留時間可以提供某些改質，但是具有為正暴露于此類改質催化劑的油提供更長停留時間的催化劑布局設計將為更加合意的。因此，存在對允許產出油暴露于改質催化劑的時間增加的襯管設計和改進的油田原位烴改質工序的真實需要，以藉此提高流動性并且增加從地下石油地層的有效回收，尤其是從浙青和浙青沙地層的回收。
發明內容
本發明既涉及允許在原位烴生產期間產出油暴露于改質催化劑的時間或暴露廣度增加的水平井襯管設計，本發明還涉及使用原位烴生產方法來生產烴的改進的方法，涵蓋在生產期間使用含有催化劑的井襯管分段以對油進行改質。具體地說，在本發明的廣泛實施例中，提供一種用于在收集期間改質烴的井襯管分段，以更好地允許從地下油氣層收集烴。此類襯管分段擁有第一和第二互相相對的末端， 并且被調適成在所述互相相對的兩個末端處以水平方式聯結至其他細長井襯管分段，以形成細長井襯管。值得注意地，各個井襯管分段都包含(i)細長的大體上空心的外襯管部件，其具有縱向軸并且至少在其周邊的上部分或下部分中擁有數個孔口，各孔口都具有足以允許可流動烴穿過其中而流動的尺寸；(ii)細長的大體上空心的內襯管部件，其沿外部件的所述縱向軸以同心方式設置在所述外部件的內部之內，以便在所述內部件與所述外部件之間形成間隙空間，其同樣地在其周邊的上部分和/或下部分中具有數個孔口，以容許部分改質的烴從所述間隙空間進入所述內部件內；其中，所述間隙空間被調適為充滿催化劑，以在所述烴穿過所述空隙通道流動并此后經由其中的所述孔口流動至所述內襯管部件內時容許改質且提高所述烴的流動性。在第一實施例中，本發明的井襯管分段被調適為容許產出油的向內徑向流動。具體地說，定位外部件和內部件中的孔口，以便容許油穿過外襯管部件中的孔口而徑向向內地行進至此油接觸催化劑的間隙空間中，并且繼續直接徑向向內或替代地沿內襯管的圓周周圍行進，且此后徑向向內穿過內襯管中的徑向對齊的孔口而行進，并且被收集在內襯管中，然后，則可以將此改質的油以適當方式泵送或轉移至地面(下文中所謂的“徑向流動” 配置)。可以數學方式看出由此水平井襯管設計引起的暴露于催化劑的時間的增加。舉例來說，在先前技術中(在如上文提及的情況下)，未擴大的水平井眼外徑的直徑通常為12. 25英寸，并且先前技術(單個管)井襯管的管直徑在9.6英寸的范圍內(考慮 1/4英寸的井襯管厚度)，油穿過水平井眼與井襯管之間的外側空間中的催化劑的有效行程僅為1.075英寸(即，[12.25-2x(0.25)-9.6]/2)，并且此空間的所得橫截面積為 [^x(ll. 752-9. 62)/4] = 36平方英寸，假設井襯管以同心方式定位于井眼中。不同的是，對于本發明的9. 6英寸直徑的圓形外井襯管分段(即，外襯管部件直徑等于9. 6英寸)和5. 0英寸的內部件外徑而言，假設1/4英寸的管厚度，油穿過外部件與中心定位于此外部件內的內部件之間的所得間隙空間中的催化劑的有效徑向行程在考慮鋼材的厚度時增加至2. 0英寸(S卩，[9. 6-2x(. 25)-5. 0]/2 = 2. 0)，并且催化劑放置于其中的間隙空間的所得橫截面積相應地增加至[η (9. 6-. 25x2)2-5. O2)/4] = 45. 4平方英寸。如果催化劑也被放置于水平井眼與外襯管部件之間的間隙空間中，那么油的有效徑向行程增加至3. 075英寸(S卩，1. 075+2. 0英寸)，如此，幾乎為油穿過催化劑而行進的徑向距離的三倍并因此類似地增加油暴露于催化劑的時間。在本發明的井襯管的同樣用來增加暴露于催化劑的量和時間或廣度的第二替代性實施例中，孔口位于相對于內襯管的外襯管中，以允許在外井襯管的一個末端處的油流動至間隙空間中，并且此后在容許油排放或流動至內襯管部件中之前使此油沿此間隙空間橫向地流動至定位于最接近井襯管分段的相對末端處的內襯管部件中的孔口中，以便藉此增加此油暴露于擠入此間隙空間中的催化劑的時間和量(下文中所謂的“橫向流動”配置)。橫向流動的效應在于極大地增加排放流體在催化劑上的停留時間。舉例來說，如果油在外襯管和內襯管的未對準的孔口之間的空隙通道中的橫向行程為15英寸，那么對于僅具有僅1. 075英寸的油穿過催化劑的有效行程的相等流體容積流率的先前技術中的徑向流動情況而言，使用本發明的橫向流動設計的停留時間將超過十倍。雖然使割縫分段較短可以看作合意的，但是為了更長的停留時間，此必須與容積流體生產率的期望減少量相平衡，因為在外襯管上存在對儲層開放的較少的縫。因此，在本發明的井襯管的此第二替代性實施例中，所述外部件中的孔口位于最接近井襯管分段的互相相對的末端的第一末端處，并且內部件中的孔口位于最接近井襯管分段的相對的第二末端處。分別在內襯管部件和外襯管部件中的這些孔口的特殊布置 (即，將孔口安置于最接近其所述第一末端處的外部件中)允許所述烴進入間隙空間，并且允許此后沿井襯管分段且在所述間隙空間內朝向所述第二末端縱向行進，同時接觸其中的所述催化劑，以便被改質，并且允許此后經由最接近所述第二末端處的所述內部件中的孔口流通至所述內部件中，以便變為得以收集在所述井襯管分段的所述內部件中。替代地，可以使用結合“橫向流動”配置與“徑向流動”配置的孔口配置。在優選實施例中，在井襯管分段的一個末端處將外襯管附著至內襯管，而在另一末端處，外襯管處于與內襯管可滑動的關系中(如以下在各種涵蓋配置中更全面地描述的)，以便允許內襯管部件相對于外襯管部件的某些縱向運動，以防止由內襯管相對于外襯管的有差異熱膨脹造成的外襯管部件或內襯管部件的扭曲或過度應力，這或者可能出現在使用本發明的井襯管分段的原位生產方法中。因此，在一個優選實施例中，通過一個末端處的圈環將內井襯管中心定位于外井襯管中，所述圈環焊接至內井襯管的外部并焊接至外井襯管的內部。在相對末端處，通過兩個同心環(焊接至外襯管的內部的第一環和安裝至內襯管外部的第二環)將內襯管以同心方式定位在外襯管內，如果在使用期間對內襯管部件和外襯管部件進行不均勻加熱，那么此同心環布置容許內襯管相對于外襯管的熱生長膨脹。圈環與兩個同心環也都是用來將催化劑維持在內襯管與外襯管之間的空隙區域內。在替代性配置中，提供用于在內襯管部件和外襯管部件中的每一個的相應末端處將內襯管部件可滑動地聯結至外襯管部件的構件，以防止內襯管部件從外襯管部件內移走，但是同時允許內襯管相對于外襯管在一個末端處的某些可滑動縱向運動。更明確地說，提供在一個末端處將所述內襯管部件可滑動地聯結至所述外襯管部件的構件，所述構件包含固定地附接至所述外襯管部件的第一環部件，所述第一環部件隨之在可滑動嚙合中進一步接觸所述內襯管部件，以便容許所述內襯管部件相對于所述外襯管部件的縱向可滑動運動。替代地，將所述內襯管部件聯結至所述外襯管部件的構件包含固定地附接至所述內襯管部件的第一環部件，所述第一環部件隨之在可滑動嚙合中接觸所述外襯管部件，以便容許所述內襯管部件相對于所述外襯管部件的縱向可滑動運動。更進一步替代地，在優選實施例中，將所述內襯管部件聯結至所述外襯管部件的構件包含位于最接近所述井襯管分段的一個末端處的一對第一環部件和第二環部件，所述第一環部件固定地聯結至所述內襯管部件，所述第二環部件固定地聯結至所述外襯管部件，其中所述第一環部件和第二環部件中的每一個都在相互可滑動的嚙合關系中合作，以便容許相關聯的內襯管部件和外襯管部件相對于彼此的縱向運動。在本發明的另一方面中，本發明包含用于在從地下油氣層收集烴時改質所述烴的改進的原位工序。本發明的此改進的原位工序包含以下步驟(i)提供具有大體上水平支腳和連接至其處的大體上豎直生產井的至少一個生產井，其中所述大體上水平支腳具有在其連接至所述豎直生產井處附近的踵部和在所述水平支腳的相對末端處的趾部，所述生產井的所述水平支腳位于所述油氣層的下部分中；(ii)提供用于將氧化氣體注入所述油氣層中的至少一個注入井；(iii)將數個細長的井襯管分段聯結在一起，所述數個細長的井襯管分段各自流體地聯結在一起，以便在所述水平支腳內形成水平井襯管，所述井襯管部件中的每一個都包含(a)細長的大體上空心的外部件，其具有縱向軸并且在其周邊的上部分中擁有數個孔口，各孔口都具有足以允許可流動烴穿過其中而流動的尺寸；(b)細長的大體上空心的內部件，其沿外部件的所述縱向軸以同心方式設置在所述外部件的內部之內，以便在所述內部件與所述外部件之間形成間隙空間，其同樣地在其周邊的上部分中具有數個孔口，以容許部分改質的烴從所述間隙空間進入所述內部件內；(c)所述間隙空間充滿催化劑，以在所述烴流過所述間隙通道并且此后經由其中的所述孔口流動至所述內部件中時改質所述烴并提高所述烴的流動性；(iv)通過所述注入井來注入氧化氣體，以實施原位燃燒，從而產生燃燒氣體，以便使所述燃燒氣體在從所述水平支腳的所述趾部至所述踵部的方向上漸進地前進，作為大體上垂直于所述水平支腳的前沿，并且液體排放至所述水平支腳內的所述水平井襯管中且排放至充滿催化劑的所述間隙空間中，并且接觸所述催化劑，且藉此變為被改質；以及(ν)回收流動至所述水平井襯管內的所述井襯管分段中的每一個的所述內襯管部件中的所述部分改質的烴。考慮提供于間隙空間中的催化劑為包含選自包含以下催化劑的烴改質催化劑群組的烴改質催化劑⑴制成丸狀的催化劑；和/或(ii)制成粒狀的催化劑其中，此類催化劑具有足以大體上防止其穿過所述外部件或內部件中的任何所述孔口而漏出的尺寸，以便一旦所述催化劑位于所述間隙空間中，便大體上防止所述催化劑的損失。在一個優選實施例中，油改質催化劑為加氫脫硫催化劑，而在另一優選實施例中為由 Akzo Chemie Nederaland bv Amsterdam 制造并鑒定為 Ket jenefine 742-1，3AQ 的加氫處理/HDS催化劑。在本發明的另一方面中，提供一種制造具有外襯管和定位于所述外襯管內的內襯管的井襯管分段的方法，其包含以下步驟(i)將至少一個密封環焊接至最接近其一個末端處的所述內襯管部件和外襯管部件中的至少一個；(ii)將所述內襯管插入于所述外襯管內；以及(iii)將催化劑丸插入建立于所述內襯管與所述外襯管之間的間隙空間中。在優選實施例中，此方法包含以下另一額外步驟(iv)在各個相對所述密封環的末端處將環形部件插入所述內襯管與外襯管之間， 以便藉此將所述催化劑丸封裝在所述密封環與所述環形部件之間的所述間隙空間內。
根據以下結合附圖對本發明的各種非限制性實施例進行的詳細描述，更多優點和置換將顯而易見，在附圖中圖1為使用在原位石油開采應用中所采用的本發明的井襯管分段的催化石油改質系統的示意圖；圖2為本發明的井襯管分段的外部的透視圖；圖3為沿圖2的平面‘A’_ ‘A’取得的橫截面圖井，其圖示本發明的井襯管的第一實施例，即，所謂的“徑向流動，，配置的井襯管分段；圖如為圖示于圖2中的井襯管分段沿圖2的平面‘A’ - ‘A’取得的橫截面圖；圖4b為與圖4b中所示的橫截面圖相似的本發明的井襯管分段的橫截面圖，其圖示對外井襯管和內井襯管中的每一個中的孔口的對準的修改，以便提供更多的徑向流動和暴露于外井襯管與內井襯管之間的空隙區域中的催化劑；圖5為圖示于圖3中的一對流體聯結的井襯管分段的橫截面圖，其圖示此對井襯管分段互連在一起的方式，并且圖示所謂的徑向流動配置引導油穿過含于間隙空間中的催化劑的方式；圖6為本發明的井襯管的替代性實施例(即，所謂的“橫向流動”配置的井襯管分段)的橫截面圖；圖7為圖示于圖6中的一對流體聯結的井襯管分段的橫截面圖，其圖示此對井襯管分段互連在一起的方式，并且圖示所謂的橫向流動流配置引導油穿過含于間隙空間中的催化劑的方式；圖8為所謂的“徑向流動”配置的井襯管分段的橫截面圖，其中在圖示的實施例中，在內部井襯管的相對的末端處提供特殊構件，以允許將一個內部井襯管直接流體聯結至另一個內部井襯管；圖9為圖示于圖8中的一對流體聯結的井襯管分段的橫截面圖，其圖示此對井襯管分段互連在一起的方式，并且圖示所謂的徑向流動配置引導油穿過含于間隙空間中的催化劑的方式；圖10為所謂的“橫向流動”配置的井襯管分段的橫截面圖，其中在圖示的實施例中，在內部井襯管的相對的末端處提供另一個構件，以允許將一個內部井襯管直接流體聯結至另一個內部井襯管；圖11為圖示于圖10中的一對流體聯結的井襯管分段的橫截面圖，其圖示此對井襯管分段互連在一起的方式，并且圖示所謂的橫向流動配置引導油穿過含于間隙空間中的催化劑的方式；圖12為所謂的“橫向流動”井襯管的橫截面圖，但是與圖示于圖10中的實施例相比，其圖示可以通過使用密封環將內井襯管以同心方式定位于外襯管部件內的方式的變化；以及圖13為所謂的“橫向流動”井襯管的橫截面圖，但是與圖示于圖10和圖12中的實施例相比，其圖示可以通過使用密封環將內井襯管以同心方式定位于外襯管部件內的方式的另一變化。
具體實施例方式圖1圖示用于改進從含烴地層1回收烴的原位烴回收系統2的示意圖，烴回收系統2在其水平井眼3內利用本發明的數個細長井襯管分段10。此烴回收系統2經調適以引導烴(尤其為在此烴回收系統2的方法期間從烴地層 1排出的粘性油15)穿過各個井襯管分段10內的充滿催化劑的間隙空間12，以在隨后回收至地面13。圖示本發明的數個井襯管分段10，所述數個井襯管分段10各自可旋扭地聯結至鄰接的其他井襯管分段10，以便形成供原位烴回收方法使用的如圖示于圖1中的井襯管6。在操作中，通過原位燃燒法或者替代地通過蒸汽輔助重力排出法(steam assisted gravity drainage ；SAGD)加熱且從此含烴地層1流出的油15在流通至本發明的井襯管分段10中期間被改質，并且此后更容易在井襯管6內流動，且此后生產至井的地面13。參閱本文的圖1-圖13，各個井襯管分段10都包含通常具有大約9. 6英寸外徑的割縫或繞絲外襯管部件20。如圖1中所示的，此外襯管部件20與未擴大的水平井眼3的內徑接觸(尤其沿其外部周邊的底部)，后者通常具有大約12. 2英寸的直徑，使得可以在外井襯管20與水平井眼3之間形成間隙空間M。提供以同心方式定位于外襯管部件20內以形成間隙空間12的割縫或繞絲內襯管部件22，此內襯管部件22具有用于收集經改質的烴的內容積/區域80，并且允許通過泵送或其他轉移方法將其轉移至地面13。在優選實施例中，井襯管分段10的外襯管部件20和內襯管部件22中的每一個都為圓筒形細長部件，所述圓筒形細長部件被調適為如圖1中所示的那樣插入圓筒形水平井眼3中。形成于外襯管20的內徑與內井襯管部件22的外徑之間的間隙空間12相應地為環形間隙空間12，如最好地圖示于圖如和圖4b中。圖2圖示本發明的井襯管分段10的優選實施例的透視圖，井襯管分段10在其第一末端60a處具有用于螺紋聯結至鄰接的井襯管分段10的相對末端60b的在其上的凸形螺紋部61 (優選地為標準的美國國家標準管螺紋(national pipe thread ；NPT))，如在本文的圖5、圖79中所示的，此相對末端60b具有在其上的內凹形螺紋部61。在優選實施例中，如最好地圖示于圖2中的，外部件20為具有大約1/4英寸的厚度和大約10英寸的外徑的軋制鋼。外部件20中的孔口 31包含數個縫，各個縫都具有小于催化劑40的顆粒寬度的寬度，以防止此催化劑40從間隙空間12溢出，并且在寬度上足夠窄，以防止沙和諸如鉆探尾渣的其他碎屑進入外部件20中，但是寬度又足以允許可流動烴的進入。因此，這些孔口 /縫31的寬度在0.005至0.025英寸(0. 1 至0. 625mm)的范圍之內，并且長度通常為6至8英寸，其中大約50個這樣的孔口 /縫31均勻地間隔于外部件 20的周邊周圍。當然，可以使用其他間距和縫長度，所有的均以最大化烴的進入和防止(在合理限制內)沙和其他碎屑進入外部件20中為目的。在第一實施例中并且如圖2和圖如中所示，孔口 /縫31均勻地間隔于外部件22 的周邊周圍。類似地，內部部件22中的孔口 /縫41同樣均等地間隔于其全部周邊周圍。孔口 /縫41在寬度上通常比孔口 31大，因為不存在試圖從進入內部部件22的粘性油15“篩分”沙的剩余需要。如圖如中所示，粘性油15因此直接徑向向內地穿過間隙空間12中的催化劑40而流動至內部部件22中的內部區域80中。替代地，如圖4b中所示，外部件20中的孔口 /縫31可以僅位于外部件20的上部上，而內部件22中的孔口 /縫41位于其下部上。也涵蓋反之亦然的布置。在兩個替代性配置中的任何一個配置下，如圖4b中所示，將必然要求粘性油15在間隙空間12內行進一個圓周的距離，藉此提供暴露于間隙空間12內的催化劑40更長的時間，進而改進此粘性油 15的改質。圖3圖示穿過本發明的井襯管分段10、沿圖2的平面A-A取得的橫截面，其圖示井襯管分段10的第一實施例，即，所謂的“徑向流動”配置。圖5圖示具有“徑向流動”配置的數個這種井襯管分段10，其中外部件20各自在相對的末端60a、60b處可旋扭地聯結在一起，以形成水平井襯管6。如可以從圖4a、圖4b和圖5最好地看出的，在“徑向流動”配置中，烴地層1內的粘性油15徑向向內地流過外部件20中的孔口 /縫31，徑向向內地流過擠入間隙空間12中的催化劑40，在間隙空間12中，此粘性油15至少部分被改質，并且粘性油 15徑向向內地流過內部部件22中的孔口 41而進一步前進至內部區域80中，隨后，將此經改質的油轉移至地面13。圖示于圖3和圖5中的具有“徑向流動”配置的井襯管分段10被調適為容許油15 在垂直于此井襯管10的縱向軸30的徑向方向上流動，如根據圖3中的箭頭方向所圖示。如從圖3、圖如和圖5看出的，在外襯管部件20的上部25中提供孔口 31，以允許油15流動至間隙空間12中。在此井襯管分段10的制造期間，通常將間隙空間12擠滿烴改質催化劑40。適用于本發明的一個這種烴改質催化劑40為由Akzo Chemie Nederaland bv Amsterdam制造的且鑒定為Ket jenefine 742_1，3AQ的標準加氫處理/HDS催化劑。優選地，烴改質催化劑40在此井襯管分段10的制造期間被安置于此間隙空間12 中時具有制成丸狀或制成粒狀的形狀，并具有名義上大于孔口 31的尺寸的尺寸，以防止催化劑經由孔口 31從間隙空間12損失。
圖6圖示本發明的井襯管分段10的替代性配置，其被調適為容許油15在間隙空間12內的橫向流動，以便增加油15接觸改質催化劑40的廣度和持續時間。在下文中將此替代性井襯管分段配置稱為“橫向流動”配置。圖7圖示具有“橫向流動”配置的數個井襯管分段10，所述數個井襯管分段10在互相相對的末端60a、60b處可旋扭地聯結在一起，以形成井襯管6。如從圖示于圖1和圖7上的箭頭最好地看出的，在烴回收方法(諸如，如在美國專利第6，412，557號或公開于2008年3月20日且類似地轉讓給共有人的美國公開案第20080066907號中描述的原位燃燒工序)期間，來自地層1的粘性油15從地層1排出， 流動至最接近其末端60a的外部件20上的孔口 /縫31中，并流動至間隙空間12中。此后，油15在此間隙空間12內沿圖示的箭頭方向橫向流動，直至在井襯管分段10的相對末端60b處到達內井襯管22中的孔口 41為止，其中油15流動至內部件22的內部80，并且此后轉移(通常以泵送的方式)至地面13。當數個井襯管分段10插入水平井眼3中時，此工序被調適成在本發明的各個井襯管分段中重復。在本發明的井襯管10的“徑向流動”和“橫向流動”實施例中，并且如分別最好地圖示于圖3和圖5與圖6和圖7中的，可以經由錐形環部件68將內部部件20以同心方式定位在外部件20內的一個末端60b處，并附著于外部件20的一個末端60b處，錐形環部件 68是經由圓周焊縫72附著于外部件20和內部部件22中的每一個。如以下進一步解釋的， 錐形環部件68不僅用來將內部部件22以同心方式定位并附著于外部件20的一個末端處， 此錐形環部件68還用來使催化劑40保持在間隙空間12內。同樣地，在本發明的井襯管分段10的相對末端60a處，在其“徑向流動”和“橫向流動”實施例中，并且如分別在圖3和圖5與圖6和圖7中最好地看出的，滑動密封件52優選地是提供于此相對末端60a處。滑動密封件52的用途在于顧及內部件22與外部件20 之間有差異的熱生長。此滑動密封件52可以具有許多形狀和配置，如現在對所屬領域的技術人員將必然為顯而易見的那樣。在第一實施例中，如圖3和圖5-圖11中所示，此滑動密封件52包含經由圓周焊縫72固定地固設至外部件20的第一(外)環部件50和同樣地經由圓周焊縫固設至內部件22的第二(內)環部件M，所述環部件50、環部件討一起用以將內襯管部件22以同心方式定位于外部件20內。在第二實施例中(其第一版本圖示于圖12中)，滑動密封件52僅包含固定地固設至所述外部件20的單個(外)環部件50 (如圖12中所示)，以不僅允許所述內襯管部件 22相對所述外襯管部件20的縱向膨脹，而且提供某些間隙55，以容許由徑向方向上的熱膨脹造成的某些徑向生長。在第二版本中(圖示于圖13中)，滑動密封件52僅包含經由圓周焊縫72固定地固設至內襯管部件22的單個(內)環部件54，以不僅允許所述內襯管部件 22相對于所述外襯管部件20的縱向膨脹/收縮，而且還提供某些徑向間隙55，以容許某些徑向生長。重要地，在所有配置中，滑動密封件52不僅將內襯管部件22以同心方式定位于外襯管部件20內，而且還同時允許內襯管22相對于外襯管部件20的可滑動縱向運動，以適應外襯管20相對內襯管部件22的有差異的熱膨脹，所述有差異的熱膨脹發生在使用在收集來自具有本文涵蓋的類型(包括使用于原位烴開采回收方法中)的油氣層的油的過程中的熱量的方法期間。在圖3和圖5-圖7中所示的實施例中，并且如上所述，可以經由圓周焊縫72將錐形環部件68附著于外部件20和內部部件22中的每一個，以用同心方式將內部部件22定位并附著于外部件20，并且進一步使催化劑40保持在間隙空間12內。替代地，并且如于圖8-圖11中最好地看出的，可以替代地在內襯管部件22上提供環形固位器部件59，環形固位器部件59被調適成鄰接外襯管部件20上的環形臺肩92。可以進一步提供鎖緊環57， 以便固設并且保持固位器部件59和外襯管部件20內的相關聯內襯管22。鎖緊環57擁有外螺紋69，以允許其可旋扭地收納于外部件20的末端60b上(以內旋扭的方式)，如于圖8 中最好地看出的。替代地，可以省去鎖緊環57，并且當另一個井襯管分段10可旋扭地固設在一起時，通過外襯管部件20的末端60b中的一個將內襯管部件22固設在外襯管部件20 內，如圖11中所示。然而，在這個實施例中，此外旋扭式的鎖緊環57的使用為優選的，因為這樣有助于防止在個別井襯管分段10的裝運或運輸期間此內襯管部件22從所述外襯管部件20的不慎移除。優選地，在本發明的井襯管10的所有實施例中，外井襯管20的互相相對的末端 60a、60b中的每一個都分別擁有凸形外螺紋末端61和凹形(內)螺紋末端62，以容許將分離的井襯管分段10的各自末端60a和60b可旋扭地連接在一起(如圖3、圖5、圖7、圖9和圖11中所示)，以便形成在其中將油15生產至地面13的連續井襯管6。在本發明的另一實施例中，可以提供待聯結在一起的內襯管部件22，如圖8-圖11 中所示。在這個替代性實施例的第一版本中，如圖8和圖9中所示，內襯管部件22中的每一個上的互相相對的末端70a、70b中的每一個都可以分別擁有凸形無螺紋末端71a和凹形無螺紋末端71b，所述凸形無螺紋末端71a和凹形無螺紋末端71b可能像圖9中所示的那樣一個可插入另一個內，以在各個外部件20上的互相相對的末端60a和60b可旋扭地聯結在一起時允許內襯管部件流體聯結在一起。在另一改進品中，并且如圖10和圖11中所示，各個內襯管部件22上的互相相對的末端70a、70b中的每一個都可以分別擁有凸形螺紋末端71a和凹形螺紋末端71b，所述凸形螺紋末端71a和凹形螺紋末端71b在各個外襯管20上的互相相對的末端60a、60可旋扭地連接時容許互相相對的末端70a、70b的可旋扭連接。這些螺紋相對的末端60a、60b和相對的末端70a、70b各自通常為具有常用于油工業中的螺紋管的類型的美國國家標準管螺紋(national pipe thread ；NPT) SSg0將井襯管部件10流體地聯結在一起的其他構件對于所屬領域的技術人員而言現將明顯地為顯而易見的，并且像使井襯管分段10流體地聯結在一起的其他同樣可行的替代性構件那樣進一步涵蓋于本發明的范圍內。對于414米的水平井襯管10而言，需要69個各自具有6米長度的連接的井襯管分段10。對于1. 5英寸的環形間隙空間而言，各個井襯管分段10將含有大約300磅催化劑40。以下為對于在原位烴回收系統2中，如何能夠使用本發明的井襯管分段10收集并改質油15并且此后將其泵送至地面13的描述。具體地說，在如可從圖1看出的原位烴回收工序2中，使用廣為人知的并用于水平鉆進的先前技術中的水平和/或定向鉆進技術鉆出至少一個生產井100，其具有大體上水平支腳101和連接至其的大體上豎直生產井102。大體上水平支腳101具有在其連接至豎直生產井102處附近的踵部103和在水平支腳101的相對末端處的趾部104，所述生產井100的所述水平支腳101位于油氣層1的下部105中。提供注入井107，以用于將氧化氣體注入至儲層1的上部中。經由在外井襯管20的各別末端60a、60b上包含外部凸形61螺紋部和凹形螺紋部的聯結構件將數個細長井襯管分段10聯結在一起，并且將其插入水平井眼3，以便在所述水平支腳101內形成水平井襯管6，如圖3、圖5、圖7和圖9中所示。所述井襯管分段10中的每一個都包含(a)細長的大體上空心的外部件20，其具有縱向軸30且在至少其周邊的上部中擁有數個孔口 31，各孔口 31都具有足以允許可流動烴穿過其中而流動至所述外部件的內部中的尺寸；(b)細長的大體上空心的內部件22，其沿所述外部件20的所述軸30以同心方式設置在所述外部件20的內部之內，以便在所述內部件22與所述外部件20之間形成間隙空間12，其同樣地在其周邊的一部分上具有數個孔口 41，以容許部分改質的烴2從所述間隙空間12進入所述內部件22內；(c)所述間隙空間12充滿催化劑40，以在所述烴流過所述間隙通道12并且此后經由其中的所述孔口 41流動至所述內部件22中時改質所述烴并提高所述烴的流動性。在利用本發明的井襯管分段的如圖1中所示的原位開采工序中，氧化氣體(諸如， 氣體或氧氣)通過注入井107而注入并且通過井107中的射孔108而進入地層。提供引燃源(未圖示)以引起原位燃燒。替代地，在對接近注入井107處的油加熱之后，引燃可以為自發的。在引燃油之后，產生燃燒氣體，所述燃燒氣體在從水平支腳101的趾部104至踵部 105的方向上漸進地前進，作為大體上垂直于水平支腳101的燃燒前沿109，并且流體排至所述水平支腳101內的水平井襯管6中，并進入充滿催化劑40的所述間隙空間12中，且接觸所述催化劑40，并且藉此變為改質的。通過重力與壓力差將改質的且受加熱的石油排至水平支腳101中，即，間隙空間12中，在間隙空間12中，通過接觸到催化劑40來改質所述油15，并且此后所述油15進入內襯管部件22，且尤其進入其內容積區域80，在內容積區域 80中，此后將所述油泵送至地面13。以下陳述用于制造本發明的井襯管分段10的方法。對于圖3、圖5和圖6-圖7中所示的井襯管分段10的實施例而言，首先將密封環 50和密封環M沿圓周分別焊接至外井襯管部件20和內井襯管部件22。此后，將內井襯管 22插入外井襯管20內，通常在豎直位置中各自對齊，使得如圖3、圖5和圖6-圖7中所示的那樣安置密封環50、密封環54。可以將臨時間隔物構件(未圖示)臨時安置在內部件22 的周邊周圍的其末端70b處，以便將內部件22以同心方式定位于外部件20內。此后，使催化劑丸40落入間隙空間12中，以便使此空間12充滿催化劑40。此后，移除臨時間隔物，并且插入圓錐形環部件68并將其沿圓周焊接在位點72處，以便將內部件22以同心方式保持在外部件20內，并使催化劑40保持在間隙空間12內。對于具有圖12和圖13中所示的配置的井襯管部件10的制造而言，除僅將一個密封環50和密封環M分別焊接至內襯管22或外襯管20 (視情況而定)之外，工序為類似的。對于圖8-圖11中所示的井襯管分段10的實施例而言，首先將密封環50和密封環M沿圓周分別焊接至外井襯管部件20和內井襯管部件22。此后，將內井襯管22插入外井襯管20內，通常在豎直位置中各自對齊，使得如圖8-圖11中所示的那樣安置密封環50、密封環M。此后，如圖8-圖11中所示的那樣插入鎖緊環57，以在此位點處將內部件22固設至外部件22。此后，經由環形固位器環59中的孔口 99使催化劑丸40落入間隙空間12 中，以便使此空間12充滿催化劑40。如果需要，那么此后可以通過將插塞(未圖示)插入其中來密封孔口 99。 盡管本揭示內容描述并說明本發明的優選實施例，但是應理解，本發明不限于這些特殊實施例。所屬領域的技術人員現將想到許多變化和修改。關于本發明的完整定義和其預期范圍，將參閱與本文的揭示內容和圖式一起閱讀并仔細考慮的發明內容和隨附權利要求書。
權利要求
1.一種用于在從地下油氣層收集烴期間改質烴的細長井襯管分段，所述襯管分段具有第一和第二互相相對的末端，并且被調適成在兩個所述互相相對的末端處都以水平方式聯結至另一細長井襯管分段，以形成細長井襯管，各個井襯管分段都包含細長的大體上空心的外襯管部件，其具有縱向軸并且在至少其周邊的一部分中擁有數個孔口，各孔口都具有足以允許可流動烴穿過其中而流動的尺寸；細長的大體上空心的內襯管部件，其沿所述外部件的所述縱向軸以同心方式設置在所述外部件的內部之內，以便在所述內部件與所述外部件之間形成間隙空間，其同樣地具有設置在其周邊周圍的數個孔口，以容許部分改質的烴從所述間隙空間進入所述內部件內；所述間隙空間被調適成充滿催化劑，以在所述烴流過所述間隙通道并且此后經由其中的所述孔口流動至所述內部件中時改質所述烴并提高所述烴的流動性。
2.根據權利要求1所述的細長井襯管分段，其中所述催化劑是選自包含以下催化劑的催化劑群組的催化劑⑴制成丸狀的催化劑；和/或( )制成粒狀的催化劑其中此催化劑具有足以大體上防止其穿過所述外部件或內部件中的任何所述孔口而漏出的尺寸，以便一旦所述催化劑位于所述間隙空間中時，便大體上防止所述催化劑的損失。
3.根據權利要求2所述的細長井襯管分段，其中所述催化劑包含烴改質催化劑。
4.根據權利要求3所述的細長井襯管分段，其中所述烴改質催化劑為 Ketjenefine 742-1,3A0
5.根據權利要求1、2或3所述的細長井襯管分段，其中所述外部件中的所述孔口位于最接近所述互相相對的末端的所述第一末端處；以及所述內部件中的所述孔口位于最接近所述相對的第二末端處；以及其中經由在最接近所述第一末端處的所述外部件中的所述孔口將所述細長井襯管調適成允許所述烴進入所述間隙空間，并且允許此后沿所述井襯管分段并在所述間隙空間內朝向所述第二末端縱向行進，同時接觸其中的所述催化劑，以便被改質，并且允許此后經由在最接近所述第二末端處的所述內部件中的孔口流通至所述內部件中，以便變為收集在所述井襯管分段的所述內部件中。
6.根據權利要求1、2或3所述的細長井襯管分段，其中經由所述外部件中的所述孔口將所述細長井襯管分段調適成允許所述烴進入所述間隙空間，并且允許此后在所述間隙空間內朝向所述內部件徑向向內地行進，同時接觸其中的所述催化劑，以便被改質，并且允許此后經由所述內部件中的孔口流通至所述內部件中，以便變為收集在所述井襯管分段的所述內部件中。
7.根據權利要求1所述的細長井襯管分段，所述外部件中的每一個都具有第一和第二互相相對的末端，其中所述外部件的所述第一末端被調適成聯結至另一井襯管分段的另一外部件的所述第二末端。
8.根據權利要求1所述的細長井襯管分段，所述內部件中的每一個都具有第一和第二互相相對的末端，其中所述內部件的所述第一末端被調適成聯結至另一井襯管分段的另一內部件的所述第二末端。
9.根據權利要求1所述的井襯管分段，其中所述內部件的至少一個互相相對末端被調適成與另一井襯管分段的內部件的末端聯結，并且所述外部件的至少一個互相相對末端被調適成與另一井襯管分段的外部件的末端聯結。
10.根據權利要求1所述的井襯管分段，所述襯管分段具有將所述內襯管部件聯結至所述外襯管部件的聯結構件。
11.根據權利要求10所述的井襯管分段，其中將所述內襯管部件聯結至所述外襯管部件的所述構件包括用于允許所述內襯管部件相對于所述外襯管部件的縱向可滑動運動以便適應有差異的熱膨脹的構件。
12.根據權利要求11所述的井襯管分段，其中將所述內襯管部件聯結至所述外襯管部件的所述構件包含固定地附接至所述外襯管部件并且在可滑動嚙合中接觸所述內襯管部件的第一環部件。
13.根據權利要求11所述的井襯管分段，其中將所述內襯管部件聯結至所述外襯管部件的所述構件包含固定地附接至所述內襯管部件并且在可滑動嚙合中接觸所述外襯管部件的第一環部件。
14.根據權利要求11所述的井襯管分段，其中將所述內襯管部件聯結至所述外襯管部件的所述構件包含位于最接近所述井襯管分段的一個末端處的一對第一和第二環部件，所述第一環部件固定地聯結至所述內襯管部件，所述第二環部件固定地聯結至所述外襯管部件，其中所述第一環部件和第二環部件中的每一個都在相互可滑動的嚙合關系中合作，以便容許相關聯內襯管部件和外襯管部件相對于彼此的縱向運動。
15.一種用于在從地下油氣層收集烴時改質所述烴的改進的原位工序，所述工序包括以下步驟(i)鉆出具有大體上水平支腳和連接至其處的大體上豎直生產井的至少一個生產井， 其中所述大體上水平支腳具有在其連接至所述豎直生產井處附近的踵部和在所述水平支腳的相對末端處的趾部，所述生產井的所述水平支腳位于所述油氣層的下部分中；( )將數個細長井襯管分段聯結在一起，所述數個細長井襯管分段各自流體地聯結在一起，以便形成水平井襯管，所述井襯管部件中的每一個都包含(a)細長的大體上空心的外部件，其具有縱向軸并且在其周邊的至少一部分中擁有數個孔口，各孔口都具有足以允許可流動烴穿過其中而流動的尺寸；(b)細長的大體上空心的內部件，其沿所述外部件的所述縱向軸以同心方式設置在所述外部件的內部之內，以便在所述內部件與所述外部件之間形成間隙空間，其同樣地具有在其周邊的至少一部分中的數個孔口，以容許部分改質的烴從所述間隙空間進入所述內部件內；(c)所述間隙空間充滿催化劑，以在所述烴流過所述間隙通道并且此后經由其中的所述孔口流動至所述內部件中時改質所述烴并提高所述烴的流動性；(iii)將所述井襯管分段聯結在一起并且將其插入所述水平井眼中；(iv)加熱所述烴地層；以及(ν)回收流動至所述水平井襯管內的所述內襯管部件中的經改質的烴。
16.根據權利要求15所述的工序，其進一步包含以下步驟(i)鉆出用于將氧化氣體注入至最接近所述油氣層的上部地帶的所述油氣層的至少一個注入井；以及(ii)通過所述注入井而注入氧化氣體以及引燃原位燃燒，使得燃燒氣體在從所述水平支腳的所述趾部到所述踵部的方向上漸進地前進，作為大體上垂直于所述水平支腳的穿過地層的前沿，并且液化烴流體排至所述水平支腳內的所述水平井襯管中，并排至充滿催化劑的所述間隙空間中，且接觸所述催化劑，并且藉此變為改質的。所述水平井襯管內的部件。
17.—種制造具有外襯管和定位于所述外襯管內的內襯管的井襯管分段的方法，其包含以下步驟(i)將至少一個密封環焊接至最接近其一個末端的所述內襯管部件和外襯管部件中的至少一個；( )將所述內襯管插入所述外襯管內；以及(iii)將催化劑丸插入建立于所述內襯管與所述外襯管之間的間隙空間中。
18.根據權利要求17所述的制造井襯管分段的方法，其進一步包含以下額外步驟(iv)在各相對所述密封環的末端處將環形部件插入所述內襯管與外襯管之間，以便藉此將所述催化劑丸封裝在所述密封環與所述環形部件之間的所述間隙空間內。
全文摘要
一種在烴回收工序中使用的井襯管分段。本發明提供一種細長的、通常為圓筒形的外襯管部件和一種以同心方式定位于所述外襯管部件內的內細長襯管部件。在所述兩個部件之間的間隙空間中提供烴改質催化劑。可以將所述外襯管部件可旋扭地聯結在一起。在所述外襯管與所述內襯管之間提供可滑動密封件，以適應所述兩個襯管之間有差異的熱生長。本發明也提供一種使用具有預安裝于其中的烴改質催化劑的井襯管分段的工序，作為制造井襯管分段的方法。
文檔編號E21B43/08GK102257241SQ200980150556
公開日2011年11月23日 申請日期2009年10月14日 優先權日2008年10月17日
發明者康芮·愛亞沙 申請人:亞康科技股份有限公司