專利名稱：利用熱流體注入生產(chǎn)資源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及資源生產(chǎn)，尤其涉及利用注入到地下區(qū)域中的熱流體所進(jìn)行 的資源生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
含烴地層(hydrocarbon formation)中的流體可經(jīng)由朝向目標(biāo)地層 (targeted formation)向下延伸進(jìn)入地下的井筒來獲取。在某些情況下，含 烴地層中的流體可能具有足夠低的粘度，從而原油可以從地層經(jīng)過生產(chǎn)油管 流向位于地面上的生產(chǎn)設(shè)備。某些含烴地層含有粘度較高的流體，這類流體 不能自由地從地層流出并經(jīng)過生產(chǎn)油管。有時(shí)將含烴地層中的這些高粘度流 體稱為"重質(zhì)油藏(heavy oil deposit)"。在過去，含烴地層中的高粘度流體 由于不能夠被經(jīng)濟(jì)地開采(recover),因而一直未被開發(fā)。近年來，隨著對 于原油需求量的增大，商業(yè)運(yùn)營已擴(kuò)展到對這種重質(zhì)油藏的開采。
在某些情形下，對含烴地層應(yīng)用加熱的處理流體(treatment fluid)(例 如蒸汽和/或溶劑)，可以減小含烴地層中流體的粘度，以便能夠?qū)⒃秃推?它液體從地層中抽出。用于將蒸汽輸送至含烴地層的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可能會受到 多種因素的影響。

發(fā)明內(nèi)容
從地下區(qū)域生產(chǎn)流體的系統(tǒng)和方法可以包括多個(gè)井下流體(downhole fluid)加熱器(包括蒸汽發(fā)生器)，這些井下流體加熱器或單獨(dú)工作，或與 諸如泵(例如電潛泵、螺桿泵等)的人工舉升系統(tǒng)、氣舉系統(tǒng)以及其他裝置協(xié)同工作。通過從(一個(gè)或多個(gè))井下流體加熱器向目標(biāo)地下區(qū)域(例如含 烴地層或含烴空穴)供給熱流體，能夠降低目標(biāo)地層中的油和/或其它流體的 粘度。 、
該系統(tǒng)被配置成，地面壓力、井筒壓力或供給(例如處理流體供給)壓 力的下降(loss)能致使位于井下流體加熱器供給管線(例如處理流體管線、 燃料管線和/或氧化劑管線)內(nèi)的控制閥關(guān)閉，這能夠降低在系統(tǒng)發(fā)生故障后 井下持續(xù)燃燒的可能性。設(shè)置在井下(而不是在地面上)的控制閥可減小流 出供給管線的流體(例如處理流體、燃料和/或氧化劑)的量。在某些情況下， 控制閥可以是朝向關(guān)閉位置偏壓并通過施加特定的壓力來開啟的被動控制 閥。例如由于井套管的故障而導(dǎo)致的壓力變化能夠致使閥不必依賴來自地面 的信號即可關(guān)閉。在某些情況下，可響應(yīng)于多個(gè)井下壓力傳感器的讀數(shù)
(reading)通過本地(例如井下)或遠(yuǎn)程(例如地面)控制系統(tǒng)來操作多個(gè) 以液壓或電動方式操作的閥。
在一個(gè)方案中，此系統(tǒng)包括并下流體加熱器，其具有處理流體入口、 氧化劑入口和燃料入口；以及井下控制閥，其與所述井下流體加熱器的處理
流體入口、氧化劑入口或燃料入口的其中之一連通，井下控制閥能夠至少基 于并筒中的壓力而作出響應(yīng)，以改變朝向入口的流動。
這種系統(tǒng)可以包括下述特征中的一個(gè)或多個(gè)特征。
在某些實(shí)施例中，此系統(tǒng)還包括設(shè)置在井下流體加熱器與控制閥之間的 密封件，該密封件適合于接觸井筒的壁，并使井筒的位于該密封件上方的部
分與井筒的位于該密封件下方的部分液體隔離(hydraulicallyisolate)。在某 些情況下，此系統(tǒng)還包括第二密封件，其關(guān)于控制閥與第一次提及的密封
件相對設(shè)置，該第二密封件適合于接觸井筒壁，并使井筒的位于該第二密封
件上方的部分與井筒的位于該第二密封件下方的部分液體隔離；以及同位于 第一次提及的密封件與第二次提及的密封件之間的空間相連通的管道，該管 道適合于向第一次提及的密封件與第二次提及的密封件之間的井筒提供壓 力。該管道可以與適合于向井下流體加熱器提供處理流體的處理流體供給源 (supply)連通。
在某些實(shí)施例中，井下控制閥還包括可動構(gòu)件，該可動構(gòu)件可至少部分 地通過朝向入口的流動與井筒中的ffi力之間的壓力差而移動，以改變朝向入口的流動。
在某些實(shí)施例中，井下控制閥與燃料入口連通；并且該系統(tǒng)還包括與井 下流體加熱器的處理流體入口或氧化劑入口的其中之一連通的第二井下控 制閥。
在某些實(shí)施例中，井下控制閥與井下流體加熱器的氧化劑入口或燃料入 口的其中之一連通；并且井下控制閥能夠至少基于井筒中的壓力而作出響 應(yīng)，以改變?nèi)剂吓c氧化劑的比例。
在某些實(shí)施例中，該井下控制閥鄰近于井下流體加熱器。 在某些實(shí)施例中，該控制閥是能夠基于井筒中的壓力下降而作出響應(yīng)以 停止朝向入口的流動的控制閥。
在某些實(shí)施例中，該井下流體加熱器包括井下蒸汽發(fā)生器。 在一個(gè)方案中，此系統(tǒng)包括安裝在井筒中的井下流體加熱器；處理流 體管道、氧化劑管道和燃料管道，其分別將燃料源、氧化劑源和處理流體源 連接至井下流體加熱器；以及井下燃料控制閥，其與所述燃料管道連通，該 井下燃料控制閥配置成響應(yīng)于所述井筒的一部分中的壓力變化而改變朝向 井下流體加熱器的流動。
這種系統(tǒng)可包括下述特征中的一個(gè)或多個(gè)特征。
在某些實(shí)施例中，此系統(tǒng)還可包括設(shè)置在井下流體加熱器與燃料截止閥 之間的密封件，該密封件封堵井筒中的軸向流動，并且井下燃料控制閥配置 成響應(yīng)于密封件上方的壓力下降而改變朝向井下流體加熱器的流動。在某些 情況下，此系統(tǒng)還包括設(shè)置在燃料截止閥的井上方(uphole)處的第二密封 件，該第二密封件封堵井筒中的軸向流動，并且處理流體管道與井筒的部分 地限定在第一次提及的密封件與第二密封件之間的部分液體連接。
在某些實(shí)施例中，井下燃料截止閥包括可動構(gòu)件，該可動構(gòu)件可至少部 分地通過井筒中的壓力而移動，以改變通過燃料管道的流動。
在某些實(shí)施例中，此系統(tǒng)還包括第二井下控制閥，該第二井下控制閥與 處理流體管道或氧化劑管道連通，并且能夠?qū)ι鲜鼍驳乃霾糠种械膲毫?作出響應(yīng)。
在某些實(shí)施例中，井下流體加熱器包括井下蒸汽發(fā)生器。 在一個(gè)方案中，此方法包括在井筒中的井下流體加熱器處接收處理流
7體、氧化劑和燃料的流動；以及利用能夠?qū)驳沫h(huán)空壓力(ammlm pressure) 作出響應(yīng)的井下閥來改變處理流體、氧化劑或燃料的至少其中之一的流動。 這種方法可包括下述特征中的一個(gè)或多個(gè)特征。
在某些實(shí)施例中，改變流動包括響應(yīng)于井筒環(huán)空中的壓力下降而改變 流動。在某些情況下，改變流動包括停止流動。
在某些實(shí)施例中，此方法還包括對井筒的鄰近井下閥的部分施加壓力，
并且改變流動包括響應(yīng)于鄰近井下閥處的井筒中的壓力下降來改變流動。 在某些實(shí)施例中，改變流動包括改變氧化劑或燃料的至少其中之一的
流動，以改變供給至井下流體加熱器的氧化劑與燃料的比例。 在某些情況下，井下流體加熱器包括井下蒸汽發(fā)生器。
相對于傳統(tǒng)的基于地面的流體加熱方式，基于井下流體加熱器的系統(tǒng)和 方法通過減少在熱流體傳輸至目標(biāo)地下區(qū)域的期間內(nèi)的能量損耗或熱損耗， 能夠提高重油的開采效率。在某些情況下，這樣能夠減少產(chǎn)生熱流體所需的 燃料消耗。
在某些情況下，井下流體加熱器系統(tǒng)(例如蒸汽發(fā)生器系統(tǒng))包括多個(gè) 鄰近于井下流體加熱器設(shè)置的自動控制閥，這些自動控制閥用于控制流向井 下流體加熱器的水、燃料和氧化劑的流速(流量)。這些系統(tǒng)可配置成，地 面、井筒或供給壓力完整性的下降能致使井下安全閥關(guān)閉并且迅速中斷朝向 井下流體加熱器的燃料、處理流體和/或氧化劑的流動，以確保井下燃燒或其 它能量釋放的安全。
在附圖和下文的說明中將闡述本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)。從說 明書、附圖以及權(quán)利要求書中將顯而易見本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)。


圖1為用于處理地下區(qū)域的系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖。
圖2A和圖2B分別為在諸如圖1中的用于處理地下區(qū)域的系統(tǒng)中使用的 控制閥的實(shí)施例的剖視圖，并分別示出了處于開啟位置和關(guān)閉位置的控制 閥。 .
圖3為用于處理地下區(qū)域的系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖。
圖4為用于處理地下區(qū)域的系統(tǒng)的方法的實(shí)施例的流程圖。
8在各個(gè)附圖中，以相同的附圖標(biāo)記表示相同的構(gòu)件。
具體實(shí)施例方式
用于處理地下區(qū)域的系統(tǒng)和方法可以包括利用井下流體加熱器對井下 區(qū)域應(yīng)用加熱的處理流體。 一種井下流體加熱器是產(chǎn)生熱蒸汽、或蒸汽和熱 流體的井下蒸汽發(fā)生器。盡管"蒸汽"通常是指汽化的水，但井下蒸汽發(fā)生 器可用來加熱和/或汽化除了水之外的、或替代水的其它液體。通過從一個(gè)或 多個(gè)井下流體加熱器向目標(biāo)地下區(qū)域(例如一個(gè)或多個(gè)含烴地層、或者所述 含烴地層的一個(gè)或多個(gè)部分)供給加熱的處理流體，能夠降低目標(biāo)地下區(qū)域 中的油和/或其它流體的粘度。在某些情況下，井下流體加熱器系統(tǒng)包括鄰近 井下流體加熱器的自動控制閥，這些自動控制閥用于控制流向井下流體加熱 器的水、燃料和氧化物的流量(流速)。這些系統(tǒng)可配置成，地面壓力完整 性、井筒壓力完整性或供給壓力完整性的下降能致使井下安全閥關(guān)閉并且迅 速斷開朝向井下流體加熱器的燃料、水和/或氧化劑流(流動)，以確保井下 燃燒或其它能量釋放的安全。
參照圖1，用于處理地下區(qū)域110的系統(tǒng)100包括設(shè)置在井筒114中的 處理注入管柱(treatment injection string) 112。處理注入管柱112適合于使 來自地面116的流體通到地下區(qū)域110。在井筒114中還設(shè)有作為處理注入 管柱112的一部分的井下流體加熱器120，該井下流體加熱器120可用于加 熱井筒114中的處理流體(在某些情況下加熱至處理流體完全和/或部分汽化 的溫度點(diǎn))。正如在此處所使用的，"井下"裝置是指適合于設(shè)置在井筒中 并在井筒中運(yùn)行的裝置。
供給管線124a、 124b和124c將來自地面116的流體輸送至井下流體加 熱器120的相應(yīng)的入口 121a、 121b、 121c。例如，在某些實(shí)施例中，供給管 線124a、 124b和124c為處理流體供給管線124a、氧化物供給管線124b和 燃料供給管線124c。在某些實(shí)施例中，處理流體供給管線124a用于將水輸 送至井下流體加熱器120。處理流體供給管線124a也可以用于輸送替代水的 其它流體、或除了水之外的其它流體(例如合成化學(xué)溶劑或其它處理流體)。 在本實(shí)施例中，燃料、氧化劑和水在高壓下從地面被泵送至井下流體加熱器 120。供給管線124a、 124b、 124c分別具有井下控制閥126a、 126b、 126c。 在某些情況下(例如，如果井中的套管系統(tǒng)發(fā)生故障)，需要迅速斷開朝向 井下流體加熱器120的燃料、氧化劑和/或處理流體的流動。供給管線124a、 124b、 124c中的深處于井中(例如鄰近流體加熱器)的閥能夠防止供給管線 124a、 124b、 124c中殘留的燃料和/或氧化劑流到流體加熱器，防止進(jìn)一步 的燃燒/產(chǎn)生熱，并且能夠限制(例如防止)井下供給管線124a、 124b、 124c 中的反應(yīng)物排放到井筒中。井下控制閥126a、 126b、 126c分別配置成在規(guī) 定的情形下控制和/或切斷通過供給管線124a、 124b、 124c的流動。盡管這 里描述了三個(gè)井下控制閥126a、 126b、 126c，但是也可設(shè)置更少或更多的控 制閥。
在井下流體加熱器120與控制閥126a、 126b、 126c之間設(shè)有密封件122 (例如封隔器(packer))。密封件122可由處理注入管柱112支承。密封 件122可被選擇性地致動(actuable)以便大體上密封和/或密封井筒114的 壁，從而密封和/或大體上密封處于井筒114與處理注入管柱112之間的環(huán)空 (環(huán)形空間)，并使井筒114的位于密封件122的井上方處的一部分與井筒 114的位于密封件122的井下方處的一部分液體隔離。
在本實(shí)施例中，處理控制閥126a、燃料控制閥126c和氧化劑控制閥126b 設(shè)置在剛好位于封隔器122上方的輸送供給管線的底部。除非在封隔器122 上方的井筒環(huán)空上保持著最小壓力，否則控制閥126a、 126b、 126c將關(guān)閉。 處理注入管柱112與井筒114的壁(例如套管)之間的環(huán)空通常充滿有液體 (例如水或工作流體)。如下文將更詳細(xì)地描述的，閥126a、 126b、 126c 處的環(huán)空壓力(例如與液體靜壓分量相結(jié)合的表面處環(huán)空壓力)作用在控制 閥126a、 126b、 126c上并使這些閥保持在開啟位置。因此，環(huán)空壓力下降 會致使閥126a、 126b、 126c關(guān)閉?？蓪⒆钚毫x擇成允許較小的壓力波 動以防止控制閥的意外致動。
如果所需的表面壓力(surface pressure)被有意或無意地消除，控制閥 126a、 126b、 126c會自動關(guān)閉，同時(shí)切斷井下的反應(yīng)物和水的流動。在緊急 關(guān)閉的情況下，能夠有意地?cái)嚅_地面環(huán)空壓力源以中斷流向井下的反應(yīng)物的 流動。這一特定的實(shí)施例不需要為了關(guān)閉井下閥而設(shè)置與這些井下閥相連接 的額外的通信、電源等。此外，如果失去流體靜壓力，控制閥126a、 126b、 126c會關(guān)閉，由此 中斷流向井下的反應(yīng)物的流動。由套管、供給管或封隔器的泄漏引起的工作 流體(working fluid)從環(huán)空損失時(shí)，可導(dǎo)致這種情況的發(fā)生。
鄰近地面116可設(shè)置井口裝置117。井口裝置117可與套管115聯(lián)接， 該套管115從地面116附近朝向地下區(qū)域110 (例如正在被處理的地下區(qū)段
(subterraneaninterval))延伸井筒114的大部分長度。地下區(qū)域110可以包 括一個(gè)地層的一部分、 一個(gè)地層或多個(gè)地層。在某些情況下，套管115可在 地下區(qū)域110處或地下區(qū)域110的上方終止，余下的無套管井筒114穿過地 下區(qū)域110(即裸井)。在其它情況下，套管115可延伸穿過該地下區(qū)域，并 且可包括在安裝套管115之前已形成的或者通過在井下打孔而形成的孔口 119，以實(shí)現(xiàn)井筒114內(nèi)部與地下區(qū)域之間的流體連通?？梢允共糠痔坠?15 或全部套管115或者不使套管115通過水泥夾套(cement jacket)或類似物 貼附到相鄰的地面材料。在某些情況下，密封件122或相關(guān)聯(lián)的裝置能夠夾 持井下流體加熱器120并在支承井下流體加熱器120的情況下操作。在其它 情況下，可設(shè)置附加的定位裝置或封隔裝置例如襯管懸掛器(liner hanger)
(未示出)來支承井下流體加熱器120。在每種情況下，井下流體加熱器120 均將熱流體輸出到地下區(qū)域110中。
在所示的實(shí)施例中，井筒114為從地面116延伸至地下區(qū)域110的基本 豎直的井筒。然而，在此描述的系統(tǒng)和方法也可以用于其它井筒結(jié)構(gòu)(例如， 傾斜井筒、水平井筒、分支井筒等其他結(jié)構(gòu))。
井下流體加熱器120設(shè)置在密封件122下方的井筒114中。井下流體加 熱器120可以為適合于接收并加熱處理流體的裝置。在一種情況下，處理流 體包括水，其可以被加熱以產(chǎn)生蒸汽。開采流體(recovery fluid)可包括除 了水之外的或替代水的其它不同的流體，并且不必將處理流體加熱至100% 汽化狀態(tài)(例如蒸汽)或甚至形成蒸汽。井下流體加熱器120包括用于接收 處理流體和其它流體(例如空氣、或諸如天然氣的燃料、或這兩者)的多個(gè) 入口，并且井下流體加熱器120可以具有用于將加熱的處理流體輸送至地下 區(qū)域110的多種結(jié)構(gòu)中的一種結(jié)構(gòu)。井下流體加熱器120可以利用諸如空氣 和天然氣的流體通過燃燒或催化過程加熱應(yīng)用到地下區(qū)域110的處理流體
(例如將水加熱成蒸汽)。在某些情況下，地下區(qū)域110可能包括高粘度流體，例如重質(zhì)油藏。井下流體加熱器120可以將蒸汽或其它加熱的處理流體
供給至地下區(qū)域110，該處理流體可以滲入地下區(qū)域110，例如滲透穿過地 下區(qū)域110中的裂縫和/或其它孔隙。將加熱的處理流體應(yīng)用于地下區(qū)域110
旨在降低地下區(qū)域110中的流體的粘度并便于將其開采至地面116。
在本實(shí)施例中，井下流體加熱器是蒸汽發(fā)生器120。供給管線124a、124b、 124c將氣體、水和空氣輸送到蒸汽發(fā)生器120。在某些實(shí)施例中，供給管線 124a、 i24b、 124c延伸穿過密封件122。在圖1的實(shí)施例中，地面泵(surface based pump) 142a將水從供給源(例如供水箱)泵送至與井口裝置117和水 管線124a連接的管146。類似地，從地面源142b、 142c供給氧化劑和燃料。 供給管線124a、 124b、 124c可具有各種不同的實(shí)施形式。
在某些情況下，可用于朝向地面116舉升流體的井下流體舉升系統(tǒng)(未 示出)至少部分地設(shè)置在井筒114中，并且可以整合入或聯(lián)接至生產(chǎn)管柱(未 示出)、或與該生產(chǎn)管柱相關(guān)聯(lián)。為了實(shí)現(xiàn)人工舉升系統(tǒng)與井下流體加熱器 的結(jié)合過程，可以設(shè)置井下冷卻系統(tǒng)來冷卻人工舉升系統(tǒng)和完井系統(tǒng)的其它 組件。這種系統(tǒng)在例如公開號為2008/0083536的美國專利申請中有更詳細(xì)的 論述。
供給管線124a、 124b、 124c可以是生產(chǎn)管柱(未示出)的組成部分、 可以被附連至生產(chǎn)管柱、或者可以是延伸穿過井筒環(huán)空128的單獨(dú)的管線。 盡管描述為設(shè)置有三個(gè)單獨(dú)的、并聯(lián)的流動管線，但供給管線124a、 124b、 124c中的一個(gè)或多個(gè)管線也可以同心地設(shè)置在其它供給管線中，并且/或者 可以設(shè)置少于或多于三個(gè)的供給管線。 一個(gè)用于將流體輸送至井下流體加熱 器的示例性管系統(tǒng)包括限定了至少兩個(gè)環(huán)形通道的多個(gè)同心的管，所述環(huán)形 通道與管的內(nèi)孔協(xié)同工作，以將空氣、燃料和處理流體輸送至井下熱流體發(fā) 生器。
參照圖2A和圖2B，其示出了處于開啟位置(見圖2A)和關(guān)閉位置(見 圖2B)的示例性控制(即截止)閥300。閥300具有限定了中心孔312的大 致圓柱形的閥體310。閥體310包括具有螺紋內(nèi)表面的端部，所述端部容置 并接合于井上方連接件314和井下方連接件316。在閥體310內(nèi)壁上的肩部 322與閥體310的并下方端部之間的中心孔312中設(shè)置有可動構(gòu)件318和彈 性構(gòu)件320 (例如，彈簧、碟形墊片(Bellville washer)、氣彈簧和/或其它構(gòu)件一圖中所示的是螺旋彈簧)。
可動構(gòu)件318包括井上方部分324、井下方部分326和中央部分328， 中央部分328的最大尺寸(例如直徑)大于井上方部分324或井下方部分326。 可動構(gòu)件318的井上方部分324被容置在閥體310的從肩部322朝向井上方 延伸的狹窄部分的內(nèi)表面內(nèi)并密封該內(nèi)表面。可動構(gòu)件318的井下方部分326 被容置在井下方連接件316的內(nèi)側(cè)面的內(nèi)表面中并且密封該內(nèi)表面。可動構(gòu) 件318與閥體310共同限定出位于可動構(gòu)件318的中央部分328的井上方側(cè) 的環(huán)形第一空穴330和位于可動構(gòu)件318的中央部分328的井下方側(cè)的環(huán)形 第二空穴332。
延伸穿過可動構(gòu)件318的孔口 334提供可動構(gòu)件318的內(nèi)孔336與第二 空穴332之間的液體連接。延伸穿過閥體310的孔口 338提供第一空穴330 與該閥體外部的區(qū)域(例如在其內(nèi)設(shè)置閥300的井筒)之間的液體連接 (hydraulic connection)。
當(dāng)閥300處于其開啟位置時(shí)，延伸穿過可動構(gòu)件318的井上方部分324 的孔口 335提供可動構(gòu)件318的內(nèi)孔336與閥體的內(nèi)孔312之間的液體連接。 在使用時(shí)，這種液體連接允許流體流過閥300。當(dāng)閥處于其關(guān)閉位置時(shí)，孔 口 335與閥體的壁部分對齊，并且穿過孔口 335的流動基本上被封堵。多個(gè) 密封構(gòu)件340 (例如O形環(huán))被容置在可動構(gòu)件318的外表面中的凹槽內(nèi)， 以密封地接合閥體310的內(nèi)表面。閥300的關(guān)閉基本上限制了穿過閥300的 朝向井上方的流動和朝向井下方的流動。例如，閥300響應(yīng)于套管破裂而進(jìn) 行關(guān)閉能夠限制(例如防止)井下方供給管線124a、 124b、 124c中的反應(yīng) 物排出到井筒中。在另一示例中，閥300的關(guān)閉能夠限制(例如防止)井筒 壓力，以便防止當(dāng)環(huán)空壓力不存在時(shí)流體沿供給管線向上流動。
第一空穴330中的井筒環(huán)空壓力的軸向凈壓力沿朝向井下方的方向(即 朝向開啟位置)偏壓可動構(gòu)件318，第二空穴中的內(nèi)孔中的凈壓力沿朝向井 上方的方向(即朝向關(guān)閉位置)偏壓可動構(gòu)件318。彈性構(gòu)件320沿朝向井 上方的方向(即朝向關(guān)閉位置)偏壓可動構(gòu)件318。對井筒環(huán)空壓力作用于 可動構(gòu)件318上的第一空穴330中的區(qū)域、內(nèi)孔壓力作用于可動構(gòu)件318上 的第二空穴332中的區(qū)域、以及由彈性構(gòu)件320施加在可動構(gòu)件318上的力 加以選擇，以便在井筒環(huán)空壓力與內(nèi)孔壓力之間具有特定壓力差的情況下沿
13朝向井下方的方向(即朝向開啟位置)偏壓可動構(gòu)件318。在某些情況下，
可基于井系統(tǒng)和井下流體加熱器120的正常操作條件選擇特定的壓力差，使
得如果井筒環(huán)空壓力下降到正常操作條件以下(即井筒壓力下降)則通常關(guān)
閉控制閥300。
參照圖3，地下區(qū)域處理系統(tǒng)的另一示例性實(shí)施例包括鄰近井下流體加 熱器的多個(gè)自動控制閥，所述自動控制閥響應(yīng)于供水壓力的下降而關(guān)閉。期 望的是，當(dāng)反應(yīng)物(燃料和氧化劑)流向流體加熱器時(shí)，使水流向井下流體 加熱器/蒸汽發(fā)生器120。即使是發(fā)生短暫時(shí)間的燃燒，但如果水流已被中斷， 則會由于過熱而導(dǎo)致流體加熱器、套管或其它井下組件的嚴(yán)重受損或完全失 效。
雖然本實(shí)施例大體上與上述參照圖1所論述的實(shí)施例相似，但是本實(shí)施 例包括密封件122和上部密封件122'。地面泵或其它壓力供給裝置142a通 過供給管線124a、控制閥126a將處理流體供給至流體加熱器120 (例如蒸 汽發(fā)生器)。從供給管線124a分出的分支被導(dǎo)引穿過上部封隔器或密封裝 置122'進(jìn)入密封件122與上部密封件122'之間的上部環(huán)空145中。在示 出的實(shí)施例中，密封裝置122'為封隔器。在某些情況下，上部密封裝置122 '可以是作為油管懸掛器(tubing hanger)的一部分的密封裝置，所述油管 懸掛器在井口裝置凸緣處被固定及封閉。通過設(shè)置密封件122與密封件122 '之間的密封間隔，井筒中的環(huán)空壓力無需僅為環(huán)空145中的流體的靜壓力， 而是還可以包括由壓力供給裝置142a供給的流體的壓力。如果由于地面泵 或壓力供給裝置142a出于某種原因無法提供足夠的壓力而使上部環(huán)空145 中的壓力下降到臨界值(例如一特定的壓力)以下，則控制閥126a、 126b、 126c會自動關(guān)閉。本實(shí)施例能夠降低當(dāng)供給管線124a中沒有足夠的處理流 體存在時(shí)反應(yīng)物被引入流體加熱器中的可能性。
參照圖4，在操作中，井筒114鉆入地下區(qū)域110，并且井筒114可視 情況加套管或進(jìn)行完井操作。在井筒114進(jìn)行完井操作之后，處理注入管柱 112、井下流體加熱器120和密封件122可被安裝在井筒114中，該井筒114 具有處理流體管道124a、氧化劑管道124b和燃料管道124c，其將處理流體 源142a、氧化劑源142b和燃料源142c與井下流體加熱器120連接(步驟 200)。隨后，密封件122被致動而徑向延伸為壓靠并密封或基本上密封套管115，以便將井筒114的包含井下流體加熱器120的部分隔離。通過對井筒 的處于密封件122上方的部分內(nèi)的工作流體施加壓力來保持處理流體管道 124a、氧化劑管道124b和燃料管道124c上的控制閥126a、 126b、 126c開啟 (步驟210)。在某些情況下，該壓力以工作流體的流體靜壓力的形式被施加。 在某些情況下，第二密封件122'被致動而徑向延伸為壓靠并密封和/或基本 上密封套管115，并將井筒114的在密封件122與密封件122'之間的部分 隔離。從處理流體管道124a分出的分支與井筒114在第一封隔器122與第 二封隔器122'之間的部分液體連接，用以在密封件122之上施加壓力。
可啟動井下流體加熱器120，同時(shí)接收處理流體、氧化劑和燃料，以便 燃燒氧化劑和燃料并由此加熱井筒中的處理流體(例如蒸汽)(步驟220)。 熱流體可通過增高已存在于目標(biāo)地下區(qū)域110中的流體的溫度和/或通過用 作溶劑來降低這種流體的粘度。在粘度充分降低之后，通過生產(chǎn)管柱(未示 出)從地下區(qū)域110向地面116生產(chǎn)流體(例如石油)。在某些情況下，例 如由于系統(tǒng)故障而使得地面、井筒或供給壓力完整性下降，或井筒壓力發(fā)生 變化而改變了處理流體、氧化劑和/或燃料的流動(例如改變了氧化劑和燃料 的比例)。地面壓力完整性、井筒壓力完整性或供給壓力完整性下降使得井 下安全閥關(guān)閉并且迅速斷開朝向井下流體加熱器的燃料、處理流體和/或氧化 劑的流動，以確保井下燃燒或其它能量釋放的安全。
以上描述了本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例。然而，應(yīng)理解的是，在不脫離本發(fā)明 的精神和保護(hù)范圍的情況下可以作出多種變型。
例如，本發(fā)明的系統(tǒng)可以實(shí)施有可變化流量的處理流體控制閥、可變化 的氧化物燃料控制閥和/或可變化流量的燃料控制閥作為供給控制閥126a、 126b、 126c?？勺兓髁康目刂崎y是配置成響應(yīng)于井筒環(huán)空中特定的壓力條 件而改變經(jīng)過其內(nèi)孔的節(jié)流量的閥。例如，可變化流量的控制閥可對井筒環(huán) 空中的壓力上升和回落或下降和回升的循環(huán)、對閥的內(nèi)孔與井筒環(huán)空之間的 特定壓力差、和/或?qū)ζ渌奶囟▔毫l件作出響應(yīng)。在某些示例中，可變化 流量的控制閥可具有完全開啟位置(內(nèi)部節(jié)流程度最小)、完全關(guān)閉位置(使 流動停止或基本上停止)以及一個(gè)或多個(gè)節(jié)流程度不同的中間位置，從而能 夠響應(yīng)于特定的壓力條件而進(jìn)行循環(huán)。
在某些情況下，上述可變化流量的控制閥被遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)為響應(yīng)于井筒環(huán)空
15中特定的壓力條件而改變反應(yīng)物(燃料和氧化劑)的混合物。例如，可利用 井筒環(huán)空壓力循環(huán)、閥內(nèi)孔與井筒環(huán)空壓力之間的壓力差、以及/或其它特定 的壓力條件來調(diào)節(jié)可變化流量的控制閥，從而遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)燃料入口和/或氧化劑 入口的節(jié)流程度。在利用井筒環(huán)空壓力循環(huán)的實(shí)施例中，每當(dāng)以特定的方式 (例如通過將井筒環(huán)空壓力瞬間升高或降低至特定的壓力)循環(huán)時(shí)，調(diào)節(jié)可 變化流量的控制閥以改變?nèi)剂吓c氧化劑的比例。在最后的環(huán)空壓力循環(huán)結(jié)束
之后，該比例將保持在特殊的設(shè)定值。設(shè)于閥內(nèi)部的棘輪機(jī)構(gòu)(ratchet)致 使對于每個(gè)棘輪機(jī)構(gòu)位置的燃料與氧化劑的比例(燃料/氧化劑)以遞增的方 式變化，并且最終的棘輪機(jī)構(gòu)位置允許該比例返回至初始比例。例如，初始 比例可對應(yīng)于最小的燃料/氧化劑比例，井筒環(huán)空壓力循環(huán)致使閥以遞增的方 式改變棘輪機(jī)構(gòu)位置并以一個(gè)或多個(gè)增量來增大燃料/氧化劑比例，并且最終 的棘輪機(jī)構(gòu)位置使得該比例從最大燃料/氧化劑比例返回至最小燃料/氧化劑 比例。接著，環(huán)空壓力循環(huán)的應(yīng)用將以遞增的方式改變?nèi)剂?氧化劑比例直至 再次到達(dá)最大比例，隨后回復(fù)到最小比例。以此方式，可以將該比例重復(fù)地 設(shè)定為任何期望的程度。在美國第4,429，748號專利中描述了上述的棘輪機(jī) 構(gòu)技術(shù)。通過設(shè)置可變化流量的燃料控制閥作為閥126c，以及/或設(shè)置可變 化流量的氧化劑控制閥作為閥126b，能夠?qū)崿F(xiàn)對燃料/氧化劑比例的調(diào)節(jié)。 類似的對處理流體的控制可通過設(shè)置可變化流量的處理流體控制閥作為閥 126a來實(shí)現(xiàn)。
在某些實(shí)施例中，燃料、氧化劑和處理流體供給管線可以同時(shí)具有截止 控制閥和可變化流量的控制閥，或者將可變化流量的位置和截止位置以及控 制的功能結(jié)合在同一個(gè)閥中。利用上文所述及附圖所示的多個(gè)示例性實(shí)施例 的特征的結(jié)合，主閥和輔閥的操作確保了在多種多樣可能的井下及地面條件 下的井下燃燒和蒸汽發(fā)生器的安全和有效的操作。
相應(yīng)地，其它多個(gè)實(shí)施例也包涵在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于安裝在井筒中的系統(tǒng)，包括井下流體加熱器，其具有處理流體入口、氧化劑入口和燃料入口；以及井下控制閥，其與所述井下流體加熱器的處理流體入口、氧化劑入口或燃料入口連通，所述井下控制閥能至少基于所述井筒中的壓力而作出響應(yīng)，以改變朝向所述入口的流動。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括設(shè)置在所述井下流體加熱器與所 述井下控制閥之間的密封件，所述密封件適合于接觸所述井筒的壁并使所述 井筒位于所述密封件上方的部分與所述井筒位于所述密封件下方的部分液 體隔離。
3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，還包括第二密封件，其關(guān)于所述井下控制閥與第一次提及的密封件相對設(shè)置， 所述第二密封件適合于接觸所述井筒的壁并使所述井筒位于所述第二密封件上方的部分與所述井筒位于所述第二密封件下方的部分液體隔離；以及管道，其和位于第一次提及的密封件與所述第二密封件之間的空間連 通，并適合于向位于第一次提及的密封件與所述第二密封件之間的井筒提供 壓力。
4. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述管道與適合于向所述井下流體 加熱器提供處理流體的處理流體供給源連通。
5. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述井下控制閥還包括 可動構(gòu)件，所述可動構(gòu)件能夠至少部分地通過朝向所述入口的流動與所述井 筒中的壓力之間的壓力差而移動，以改變朝向所述入口的流動。
6. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述井下控制閥與所述 燃料入口連通；并且所述系統(tǒng)還包括與所述井下流體加熱器的處理流體入口或氧化劑入口 連通的第二井下控制閥。
7，如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述井下控制閥與所述井下流體加 熱器的氧化劑入口或燃料入口連通；并且所述井下控制閥能至少基于所述井筒中的壓力而作出響應(yīng)，以改變?nèi)剂吓c氧化劑的比例。
8. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述井下控制閥鄰近所 述井下流體加熱器。
9. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述控制閥是基于所述 井筒中的壓力下降而作出響應(yīng)以停止朝向所述入口的流動的控制閥。
10. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述井下流體加熱器包括井下蒸汽發(fā)生器。
11. 一種用于處理地下區(qū)域的系統(tǒng)，包括 安裝在井筒中的井下流體加熱器；處理流體管道、氧化劑管道和燃料管道，其分別將處理流體源、氧化劑源和燃料源連接至所述井下流體加熱器；以及井下燃料控制閥，其與所述燃料管道連通，所述井下燃料控制閥配置成 響應(yīng)于所述井筒的一部分中的壓力變化而改變朝向所述井下流體加熱器的 流動。
12. 如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，還包括設(shè)置在所述井下流體加熱器與 燃料截止閥之間的密封件，所述密封件封堵所述井筒中的軸向流動，并且所 述井下燃料控制閥配置成響應(yīng)于所述密封件上方的壓力下降而改變朝向所 述井下流體加熱器的流動。
13. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，還包括設(shè)置在所述燃料截止閥的井上 方處的第二密封件，所述第二密封件封堵所述井筒中的軸向流動，并且所述 處理流體管道與所述井筒的部分地限定在第一次提及的密封件與所述第二 密封件之間的部分液體連接。
14. 如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述井下燃料截止閥包括可動構(gòu) 件，所述可動構(gòu)件能至少部分地通過所述井筒中的壓力而移動，以改變通過 所述燃料管道的流動。
15. 如權(quán)利要求11-14中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括第二井下控制閥， 所述第二井下控制閥與所述處理流體管道或氧化劑管道連通，并且能對所述 井筒的該部分中的壓力作出響應(yīng)。
16. 如權(quán)利要求11-15中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述井下流體加熱器 包括井下蒸汽發(fā)生器。
17. —種處理地下區(qū)域的方法，包括在井筒中的井下流體加熱器處接收處理流體流、氧化劑流和燃料流；以及利用能對井筒環(huán)空壓力作出響應(yīng)的井下閥來改變處理流體、氧化劑或燃 料至少其中之一的流動。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中改變處理流體、氧化劑或燃料至 少其中之一的流動包括響應(yīng)于所述井筒環(huán)空中的壓力下降來改變流動。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中改變處理流體、氧化劑或燃料至少其中之一的流動包括停止流動。
20. 如權(quán)利要求17所述的方法，還包括對所述井筒鄰近所述井下閥的部分施加壓力，并且改變處理流體、氧化劑或燃料至少其中之一的流動包括響應(yīng)于鄰近所述井下閥處的井筒中的壓力下降來改變流動。
21. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中改變處理流體、氧化劑或燃料至少其中之一的流動包括改變氧化劑或燃料至少其中之一的流動，以改變供給至所述井下流體加熱器的氧化劑與燃料的比例。
22. 如權(quán)利要求18-21中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述井下流體加熱器 包括井下蒸汽發(fā)生器。
全文摘要
一種用于處理地下區(qū)域(110)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括安裝在井筒(114)內(nèi)的井下流體加熱器(120)。處理流體管道、氧化劑管道和燃料管道(124a，124b，124c)將燃料源、氧化劑源和處理流體源(142a，142b，142c)與井下流體加熱器(120)連接。井下燃料控制閥(126c)與燃料管道(124c)連通，并且被配置成響應(yīng)于井筒的一部分中的壓力變化來改變朝向井下流體加熱器(120)的流動。
文檔編號E21B34/08GK101688441SQ200880023608
公開日2010年3月31日 申請日期2008年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月6日
發(fā)明者特拉維斯·W·卡萬德, 羅杰·L·舒爾茨 申請人:哈利伯頓能源服務(wù)公司