用于重油開采和原位蒸汽發生的電磁輔助式陶瓷材料的制作方法
【專利說明】
[0001]發明人:薩米?伊薩?巴塔爾賽
技術領域
[0002]本發明總體上涉及提高原油采收率。更具體而言，本發明涉及用于重油開采和原位蒸汽發生的電磁輔助式陶瓷材料。
【背景技術】
[0003]提高原油采收率涉及從儲層開采額外量的原油的技術。提高原油采收率的重點在于重油儲層的開采，并且旨在提高從地層到井筒生產流量。為從目標地層生產重油，非常有利的是，降低地層中的重油的粘度。在許多情況下，熱量被引入到地層中，以降低粘度并使油流動。其中，可以被引入到地層中的溫度提高的方法是注蒸汽、原位燃燒或包括微波在內的電磁加熱。
[0004]注蒸汽是目前全球范圍內使用的最常見的熱開采方法。蒸汽輔助重力泄油(SAGD)是注蒸汽方法和兩個平行的水平井(上井和下井)鉆到目標區域的構造的形式。上井用于注入蒸汽，以遞送能夠提高儲層溫度的熱能。這降低了重油的粘度并提高了流動性，從而允許油因重力效應而排出并且向下流動，以經由下部水平井(產油油井)產出。需要改進的原位蒸汽發生系統，以進一步改善這些類型的提高原油采收率的方法。
[0005]電磁波技術在重油開采中具有潛力。使用電磁波技術的現有嘗試主要針對電磁式井下工具的使用，但因為熱穿透深度(例如，井筒附近的幾英尺)有限以及在產生足夠的能量用于商業生產方面的效率較低，因此現有嘗試取得的成功非常有限。
【發明內容】
[0006]在一個方面中，本發明提供了一種改進從地層開采重油的井下工具。井下工具包括外芯部，該外芯部包括至少一個陶瓷部和至少一個實心陶瓷部。井下工具還包括位于外芯部內的至少一個電磁天線。至少一個電磁天線可操作地發出電磁輻射，該電磁輻射可操作地加熱網狀陶瓷部和實心陶瓷部。
[0007]在本發明的另一實施例中，改進從地層開采重油的井下工具包括內芯部，該內芯部可操作地允許流體的流動。井下工具還包括外芯部，該外芯部具有至少一個網狀陶瓷部和至少一個實心陶瓷部。至少一個電磁天線設置在內芯部與外芯部之間。至少一個電磁天線可操作地發出電磁輻射，該電磁輻射可操作地加熱至少一個網狀陶瓷部和至少一個實心陶瓷部。
[0008]在另一方面中，本發明提供了一種改進從地層開采重油的方法，該方法包括將井下工具放置在第一井筒中。井下工具包括具有至少一個陶瓷部的外芯部和位于外芯部內的至少一個電磁天線。從至少一個電磁天線發出電磁輻射，以加熱至少一個陶瓷部。
[0009]在本發明另一實施例中，改進從地層開采重油的方法包括將井下工具放置在井筒中。井下工具具有:內芯部，其可操作地允許流體的流動;外芯部，其包括至少一個網狀陶瓷部和至少一個實心陶瓷部；以及至少一個電磁天線，其設置在內芯部與外芯部之間。從至少一個電磁天線發出電磁輻射。至少一個網狀陶瓷部和至少一個實心陶瓷部被加熱到比流體的沸點高的溫度。將流體注入到內芯部中。使流體從內芯部流動穿過至少一個網狀陶瓷部到達地層。流體在流動穿過至少一個網狀陶瓷部時被轉變為蒸汽。
【附圖說明】
[0010]圖1A和圖1B示出了根據本發明實施例的電磁式井下工具。
[0011]圖1C示出了具有根據本發明實施例的圖1A和圖1B的電磁式井下工具的井筒。
[0012]圖2A、圖2B和圖2C示出了具有根據本發明實施例的裝置的井筒。
【具體實施方式】
[0013]雖然出于說明的目的以下詳細說明包含許多具體細節，但應當理解的是，本領域普通技術人員將認識到，以下細節的許多實例、變化和改變都在本發明的范圍和精神內。因此，在不失一般性的情況下和在沒有對所要求保護的本發明的實施例強加限制的情況下，闡述了本文所述和附圖所示的本發明的各示例性實施例。
[0014]在一個方面中，本發明提供了一種改進從地層開采重油的井下工具。井下工具具有包括至少一個陶瓷部的外芯部。井下工具還包括設置在外芯部內的至少一個電磁天線。至少一個電磁天線可操作地發出電磁輻射，該電磁輻射可操作地加熱陶瓷材料。
[0015]在另一方面中，本發明提供了一種改進從地層開采重油的方法，該方法包括將井下工具放置在第一井筒中。井下工具包括具有至少一個陶瓷部的外芯部和位于外芯部內的至少一個電磁天線。從至少一個電磁天線發出電磁輻射，以加熱至少一個陶瓷部。
[0016]圖1A至圖1C示出了本發明的實施例。如圖所示，井下工具100具有內芯部105，內芯部105可操作地允許流體流動。井下工具100還包括外芯部110，外芯部110包括至少一個網狀陶瓷部115和至少一個實心陶瓷部120。井下工具100還包括至少一個電磁天線125，電磁天線125設置在內芯部105與外芯部110之間。
[0017]在另一方面中，本發明提供了使用井下工具100的方法。該方法包括如圖1C和圖2A所示那樣將井下工具100放置在地層130中的井筒內。在圖1C的實施例中，井下工具100具有實心陶瓷部120和網狀陶瓷部115這兩者，但是在替代實施例中，井下工具100可以僅具有實心陶瓷部120，或者可以僅具有網狀陶瓷部115。井下工具100具有用于將井下工具100附接在鉆柱134上的連接器132，使得井下工具100能夠被可拆卸地下放到鉆孔200中。鉆孔200可以是豎直鉆孔或水平鉆孔。井下工具100可以通過常規方法下放到鉆孔200中，例如在測井電纜、連續油管或鉆柱上。在圖2A的實施例中，井下工具100被代替成一體地形成為井結構的一部分。
[0018]從至少一個電磁天線125發出電磁輻射。陶瓷部被加熱到比流體的沸點高的溫度。井下工具100可以以這種方式被用作熱源。例如，熱源可以在以下方面比較有用:提高地層的溫度以降低重油的粘度，并且允許更容易地產出重油。在陶瓷部僅包括實心陶瓷部120的某些實施例中，從井下工具100輻射熱量。在工具100具有至少一個網狀陶瓷部115的其他實施例中，流體可以經由孔170被注入到內芯部105中。流體被允許從內芯部105流動穿過至少一個網狀陶瓷部115到達地層130。流體在流動穿過至少一個網狀陶瓷部115時被轉變為蒸汽。
[0019]井下工具100的網狀陶瓷部115和實心陶瓷部120可以由相同或不同的材料制成。在一般情況下，用于網狀陶瓷部115和實心陶瓷部120這兩者的陶瓷材料具有獨特的特性。具體而言，至關重要的是，所選擇的陶瓷材料當暴露于電磁輻射時可操作地升溫。在一些實施例中，陶瓷材料快速發熱。在一些實施例中，陶瓷材料在幾分鐘內發熱。在一些實施例中，陶瓷材料在小于約5分鐘內發熱。在一些實施例中，陶瓷材料在小于約3分鐘內發熱。在一些實施例中，陶瓷材料包括來自先進陶瓷技術(Advanced Ceramic Technologies)的升溫陶瓷材料，例如CAPS、B-CAPS、C-CAS和D-CAPS產品。這些產品通常是天然粘土，包括二氧化硅、氧化鋁、氧化鎂、鉀、三氧化二鐵、氧化鈣、氧化鈉和氧化鈦。在一些實施例中，陶瓷材料當暴露于來自至少一個電磁天線125的電磁輻射時可以被加熱到至少約1000°C。另外，在一些實施例中，陶瓷材料也可模制，并且可以形成為井下使用所需的任何形狀和尺寸。在一般情況下，陶瓷材料在暴露于電磁輻射時發熱，從而加熱附近的地層130的區域。熱穿透深度在地層130中將更寬和更深。能量效率也將得到改善。
[0020]至少一個網狀陶瓷部115可操作地允許流體從內芯部105流動到地層130。在一些實施例中，實心陶瓷部120可以被制造為實心多孔陶瓷部，以允許流體的流動。當加熱時，隨著流體從內芯部105到地層130穿過網狀陶瓷部115和實心多孔陶瓷部120，網狀陶瓷部115和實心多孔陶瓷部120可操作地將流體轉變為蒸汽。然后蒸汽加熱周圍地層130中的重質原油和/或瀝青，從而降低重質原油和/或瀝青的粘度，使得它們流動來用于生產。
[0021]網狀陶瓷部115和實心多孔陶瓷部120可被用于允許粘度降低的重油從地層130流動穿過網狀陶瓷部115和實心多孔陶瓷部120到達內芯部105，并且通過相同的井筒進行生產。因此，工具100可用于增產處理和生產這兩者。對于需要熱量的任何應用而言，實心陶瓷部120將用作熱源，例如用于加熱重油，從而協助降低重油的粘度，并允許重油流動并產出。
[0022]本發明實施例中所使用的流體可以是能夠被陶瓷部轉變為蒸汽并用于降低陶瓷部附近的地層130中的粘度的任何流體。在一些實施例中，流體是水。
[0023]至少一個電磁天線125可以是構造為用于井下使用并且可操作地發出將加熱至少一個網狀陶瓷部115和至少一個實心陶瓷部120的電磁輻射頻率范圍的任何天線。在一些實施例中，電磁輻射頻率范圍為從300MHz到300GHz。在一些實施例中，至少一個電磁天線125將基于來自地面的信號被激勵。在一些實施例中，至少一個電磁天線125將被無線地激勵。在一些實施例中，至少一個電磁天線125將是硬接線的。在一些實施例中，至少一個電磁天線125連續發出輻射。在一些實施例中，至少一個電磁天線125以間歇方式發出輻射。在另一實施例中，沿所有方向360度地發出輻射。在本發明實施例中使用的天線可以從加利福尼亞州的帕洛阿爾托的通信和電力工業公司總部(Communicat 1ns&Power IndustriesCorporate Headquarters ,Palo Alto ,California)和加利福尼亞州的帕洛阿爾托的斯坦福線性加速器中心(SLAC)國家加速器實驗室(Stanford Linear Accelerator Center(SLAC