[发明专利]用于蒸汽辅助重力泄油技术的注蒸汽装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年4月11日提交的美国临时专利申请No.60/911 156的优先权。

技术领域

本发明通常涉及一种使用蒸汽辅助重力泄油(SAGD)技术的石油开采方法。

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(deposits)，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采(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开采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 recoverytechniques)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。使用本发明的装置可以实现上述新颖的和有用的结果。

发明内容

根据本发明，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。根据本发明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。根据本发明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。

根据本发明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，根据本发明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发明的注蒸汽管柱装置，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。