[发明专利]井下蒸汽发生器及其使用方法

说明书

技术领域

本发明实施例涉及井下蒸汽发生器。

背景技术

在全世界有广泛的稠烃油藏。这些油藏包含很稠的烃，通常称为“沥青”、“焦油”、“重油”或者“超重油”(此处总称为“重油”)，其通常具有从100到超过1,000,000厘泊的范围的粘度。高粘度使得难以并昂贵地开采烃。

每个油藏是独特的，并不同地对应于采用来开采其中的烃的各种方法。通常地，已经采用就地加热重油来降低粘度。通常，用诸如循环蒸汽激励(CSS)、蒸汽驱动(Drive)和蒸汽辅助重力泄油(SAGD)的方法产生和这些一样稠的油藏，其中，蒸汽从表面注入到油藏中以加热油，并降低粘性以够生产。然而，这些稠烃油藏中的一些位于可延伸1800英寸之深的冷冻层或者永久冻土层下。蒸汽不能通过这些层注入，因为热能潜在地使永久冻土层膨胀，造成钻井稳定性的问题和融化永久冻土层带来的重要的环境问题。

此外，当前生产重油油藏的方法面临其他限制。一个这样的问题是蒸汽的钻井热损失，因为蒸汽从表面行进到油藏。这问题随着油藏的深度增大而恶化。类似地，可用于注入油藏的蒸汽的量也随着深度的增大而减小，并且在注入点处井下可用的蒸汽量比在表面处产生的要低很多。此情形降低了采油处理的能量效率。

为了解决将蒸汽从表面注入的不足，已经使用了井下蒸汽产生器(DHSG)的使用。DHSG提供了在注入油藏之前加热井下蒸汽的能力。然而，DHSG还提供许多挑战，包括过度的温度、腐蚀问题和燃料不稳定性。这些挑战经常造成材料失效、热不稳定性和效率不足。

因而，持续地需要新的和改进的井下蒸汽产生系统和使用井下蒸汽产生开采重油的方法。

发明内容

本发明的实施例涉及井下蒸汽产生器系统。在一个实施例中，井下蒸汽产生器(DHSG)包括燃烧器头部、燃烧套管、汽化套管和支撑/保护套管。燃烧器头部可以具有一个或者多个喷射器的突然膨胀区域。燃烧套管可以是具有一个或者多个水喷射配置的水冷衬里。DHSG可以构造成将引导到DHSG的各种流体流声学地隔离。DHSG的各个部件可以优化以辅助从不同类型的油藏开采烃。

附图说明

图1图示井下蒸汽产生系统。

图2图示井下蒸汽产生器系统的横截面视图。

图3图示系统的燃烧器头部组件。

图4、5和6图示燃烧器头部组件的横截面视图。

图7图示用于系统的点火器。

图8图示系统线性组件的横截面视图。

图9-13图示流体喷射支柱和流体喷射系统的横截面视图。

图14A和14B图示用于系统的流体管路组件。

图15-43图示系统和它们的部件的实施例的各种工作特性的图表、曲线图和/或示例。

具体实施方式

图1和图2图示井下蒸汽产生系统1000。尽管此处描述为“蒸汽”产生系统，但是该系统1000可以用来产生任何类型的加热液体、气体或者液体气体混合物。该系统1000包括燃烧器头部组件100，线性组件200、汽化套管300和支撑套管400。燃烧器头部组件100耦合到线性组件200的上端，并且汽化套管300耦合到线性组件200的下端。支撑套管400耦合到汽化套管300，并可以可操作地将系统1000支撑和降低到工作管柱上的钻井。部件可以通过螺栓和凸缘连接、螺纹连接、焊接连接或者现有技术中公知的其他连接机构而一起耦合。一个或者多个燃料、氧化剂、冷却剂、稀释剂、溶剂和其组合可以供应到系统1000以产生用于注入一个或者多个含烃油藏。系统1000可以用来从轻油、重油、部分衰竭、完全衰竭、未开采的和沥青砂型油藏中开采烃。

图3和图4图示燃烧器头部组件(燃烧室)100。燃烧器头部组件100可以以“附着的火焰”构造、“升腾的火焰”构造或者这两个构造的某种结合来工作。附着的火焰构造一般造成从对流和辐射进行硬件加热，通常包括轴对称突然膨胀、v-沟、驻涡凹腔和其他几何布置，并耐受高流体速度造成的吹灭。附着火焰构造可以优选地在系统1000要求大范围的工作参数时、忽视或者期望从热气体到硬件的热损失时以及当冷却流体可用时使用。升腾的火焰构造通常造成通过辐射进行硬件加热，并且通常包括涡旋式喷嘴、杯子、偶极子/三联体和其他几何布置。在燃料喷射速度能通过多个歧管或者可变几何来控制的情况下，在高温气体是主要对象的情况下，并且/或者在冷却流体是不可用或者受限制的情况下，升腾的火焰构造可以优选地在要求横跨工作包络线的离散设计点时使用。