[发明专利]通过对地下岩层现场电磁加热而提取碳氢化合物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过对地下岩层的现场电磁加热提取碳氢化合物的方法，以及能实施该方法的一种设备。

背景技术

某些(重油)矿床中所存在的碳氢化合物的较大粘度提出了相当大的提取问题。在这种情况下，通常需要降低重油的粘度(使之流体化)，从而使其更具流动性且因此能够把其提取出来。这对含沥青的沙岩或页岩的开采尤为关键。

为此，已经提出多种技术，尤其是“SAGD”(蒸汽辅助重力泄油)，其在于把蒸汽注射矿床中，通过(例如使用电阻)热传导进行加热；或者是在现场燃烧，其在于通过注射井把通常为空气的氧化剂注射矿床，并在矿床内部引发燃烧，从而从空气注射井开始，且在生产井的方向上发展燃烧面。

另一项已经提出的技术是储层的现场电磁加热。

第一种类型的储层现场电磁加热是借助设在储层内的天线，通过电磁辐射(即射频或微波)进行加热。文献WO 2007/147053描述了所述系统的示例：射频发生器被设置在地表面；所生成的能量通过定位在特定的水平或垂直井中的射频天线被辐射。其中一部分为水平的生产井处于射频天线下方。

第二种类型的储层现场电磁加热是感应加热。

例如，文献WO 2008/098850在一特殊的实施方式中描述了一注射井的几何形状，该注射井穿过储层并使储层内所感应的电流形成循环。注射井的功能还在于注射蒸汽。高频发电机提供感应所必需的电力供给。发电机的两接线柱被连接在注射井的两端，由此通过感应对储层加热。注射井因此重新上升至地表面，注射井的两端因此被连接至发电机。注射井因而呈特殊的几何形状，属于U型井。在其他情况下，电流一方面由(连接在发电机一接线柱上的)注射井，另一方面由设置在咸水袋中(连接在发电机另一接线柱上的)电极形成。在另外的其他情况下，储层加热为电阻式，在两远程井之间建立的电路位于待加热的矿床的任一侧区域。

对于所述两种建筑类型，通过感应实施加热所需钻探的几何形状实施起来将非常复杂。此外，在所述两种建筑中，注射管通过感应对储层的全部长度进行加热，因此也包括其竖直部分。在覆盖层内将在导体边缘产生相当大的能量损失。

文献WO2009/027273描述了一种在储层注水的方法，通过在储层电加热，水被汽化。例如，注水井和生产井可以用作为电极。

文献WO 2009/027262描述了使用至少一个补充井，所述至少一个补充井被电连至注射井，从而以感应方式加热位于补充管和注射井之间的区域。

文献WO 2009/027305描述了一种用于加热碳氢化合物储层的设备，其包括用于为导电电路供电的提供电能的外部交流发电机。磁场在储层内感应电流，且因此引起加热。Litz电缆型的特殊导体被用于进行现场感应加热。该Litz电缆包括多个排齐的导体，从而能便于电流通过。在高频下由此生成的较强阻抗被引入的串联电容抵消，从而避免超电压。电缆在储层内回环，其两端被连接在地表面的发电机上。该系统的缺点在于仅在唯一确定的电频率下起作用，因此提出了问题，因为理想地是，频率适应储层的性质以及储层的变化。换言之，该系统在生产开始和结束时都效率低，且意味着预热缓慢，并且从开始就需要对储层有极好的认识。

此外，在主要的实施方式中，导体被设置在储层的相同深度，以一定的距离相互并列。因此，由导体发射的磁辐射会被另一导体抵消。即便所述几何形状能避免在覆盖层中的能量损失，其依然需要导体在储层水平上相互间隔，以允许发射电磁能量并保证对储层的良好加热。这种钻探的几何形状的实施极为复杂。

所有以上描述的系统的缺点在于沉重且实施过于复杂。此外，所述系统仅适用于非常特殊的电磁加热类型--通过(最高频率的)辐射，或者通过(最低频率的)感应而实现，甚至仅适用于十分精确的某一频率。

因此需要一种实施更简单且灵活的地下岩层电磁加热系统。特别地，需要可在较大的频率范围下，既可通过辐射，也可通过电容电流感应而起作用的地下岩层电磁加热系统，该系统可方便地适应不同类型的地下岩层。

发明内容

本发明首先涉及一种提取地下岩层所含的碳氢化合物的提取设备，其包括：

-碳氢化合物采集装置；

-至少一个发电机；

-在地下岩层中的至少一个电磁加热井，所述电磁加热井包括连接至发电机的电磁加热装置；

在所述电磁加热装置中，包括辐射型同轴电缆。

按照一种实施方式，上述设备包括在地下岩层中的至少一个生产井，优选地为多个生产井，所述生产井包括碳氢化合物采集装置的至少一部分。