蒸汽的發(fā)生的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種蒸汽發(fā)生裝置（10）和一種通過使用該裝置產(chǎn)生蒸汽的方法。所述裝置包括容納導(dǎo)電導(dǎo)熱材料的流體循環(huán)管（12）和由繞所述管纏繞的導(dǎo)電材料制成的至少一個(gè)感應(yīng)線纜（14）。本發(fā)明允許改進(jìn)的蒸汽發(fā)生。
【專利說明】蒸汽的發(fā)生
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及蒸汽發(fā)生，并且更特別地涉及一種用于產(chǎn)生蒸汽的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]蒸汽發(fā)生能夠在多種領(lǐng)域中應(yīng)用，特別是在碳?xì)浠衔锷a(chǎn)的情況下應(yīng)用。例如，不論是否重油，粘性油的生產(chǎn)可能都需要在油被抽出之前對(duì)油進(jìn)行流態(tài)化(即減少油的粘度)。該流態(tài)化甚至對(duì)包含在沙子——例如浙青砂——中的重油(例如像加拿大或委內(nèi)瑞拉的碳?xì)浠衔?更有用。然而，通常通過提供熱能來得到油粘度的降低。為此，通常將蒸汽注入儲(chǔ)層中。
[0003]此時(shí)使用多種蒸汽注入技術(shù)(例如CSS、蒸汽驅(qū)動(dòng)或SAGD)。蒸汽發(fā)生通常通過使用專用設(shè)備或不同類型的發(fā)生器在表層(surface)完成。然后，通過使用部分位于表層上的管將蒸汽輸送入儲(chǔ)層中。因此，這種蒸汽發(fā)生器具有使生產(chǎn)設(shè)施的布置復(fù)雜化的功能范圍。例如，難以考慮在小型海上平臺(tái)上加入蒸汽發(fā)生器。此外，表層的蒸汽發(fā)生涉及管的在表層上和在井中的部分中的熱損失。在井中的熱損失能夠加熱鄰近井的且不僅是儲(chǔ)層(通常在井的底部)的土地。如果井穿過永凍層，那么這些熱損失特別成問題。這些熱損失降低了蒸汽的品質(zhì)。這些熱損失通常需要降低目標(biāo)的深度。表層發(fā)生器通常是化石能源發(fā)生器(天然氣或生產(chǎn)的油的回收部分)。上述損失降低了蒸汽注入設(shè)施的效率。
[0004]文獻(xiàn)W01988/000276A1公開了 一種用于油井的熱發(fā)生器，該熱發(fā)生器包括長形室，其中，一對(duì)非同軸的電極設(shè)置成至少部分地沒于水中。在操作期間，電極被供以能量并且加熱水。然而，鑒于上述缺點(diǎn)，該文獻(xiàn)的發(fā)生器不是十分令人滿意的。
[0005]此外，某些文獻(xiàn)——比如文獻(xiàn)EP0387125和文獻(xiàn)GB427838——教示了對(duì)穿過形成電力變壓器的二次電路的管的液體的加熱。這些變壓器通過使用封閉的鐵磁芯來操作。例如，初級(jí)電路(供以電力)繞第一支路纏繞并且二次電路(由管形成)繞平行于第一支路的支路纏繞。因此，這些文獻(xiàn)的裝置的三維尺寸(高度、寬度和長度)中的兩者太大以至于不能插入井中以用于生產(chǎn)給定流量的蒸汽。因此，這些文獻(xiàn)的裝置不是非常理想地適合于石油應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種至少部分克服上述缺點(diǎn)的用于產(chǎn)生蒸汽的改進(jìn)的裝置和方法。
[0007]為此，本發(fā)明提出了一種蒸汽發(fā)生裝置。該裝置包括包含導(dǎo)電導(dǎo)熱材料的流體循環(huán)管和由導(dǎo)電材料制成的繞管纏繞的至少一個(gè)感應(yīng)線纜。
[0008]本發(fā)明還提出了一種通過使用蒸汽發(fā)生裝置產(chǎn)生蒸汽的方法。該方法包括使水在管中循環(huán)并且同時(shí)對(duì)感應(yīng)線纜供電。
[0009]本發(fā)明還提出了一種碳?xì)浠衔锷a(chǎn)方法，其中，該方法包括根據(jù)蒸汽發(fā)生方法產(chǎn)生蒸汽。[0010]本發(fā)明還提出了一種碳?xì)浠衔锷a(chǎn)設(shè)施，其中，該設(shè)施包括蒸汽發(fā)生裝置。
[0011]根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明包括下面特征中的一個(gè)或更多特征:
[0012]-管在內(nèi)壁上具有至少一個(gè)突起部；
[0013]-管是圓筒形的；
[0014]-突起部是沿著管的螺旋形斜坡部；
[0015]-斜坡部是連續(xù)的或中斷的；
[0016]-該裝置還包括由繞感應(yīng)線纜的鐵磁性材料制成的殼體；
[0017]-感應(yīng)線纜形成螺線管；
[0018]-感應(yīng)線纜是中空的；
[0019]-管具有小于20cm優(yōu)選小于15cm的直徑；
[0020]-管具有小于30m優(yōu)選20m和/或大于5m優(yōu)選IOm的長度；
[0021]-該裝置還包括對(duì)線纜供電的電源；
[0022]-電源以大于500A優(yōu)選地大于900A的強(qiáng)度輸送電流，以及
[0023]-該裝置包括彼此連接的多個(gè)水循環(huán)管。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]在閱讀了作為示例的本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的一下描述并且參照附圖，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。
[0025]圖1示出了蒸汽發(fā)生方法的示例；
[0026]圖2和圖3示出蒸汽發(fā)生裝置的示例；
[0027]圖4示出了襯托器(susceptor)的示例；
[0028]圖5示出了在蒸汽發(fā)生裝置中的磁場(chǎng)線的示例。
【具體實(shí)施方式】
[0029]本發(fā)明提出了一種蒸汽發(fā)生裝置。該裝置包括包含導(dǎo)電導(dǎo)熱材料的流體循環(huán)管和由導(dǎo)電材料制成的繞管纏繞的至少一個(gè)感應(yīng)線纜(一個(gè)或更多個(gè)線纜)。這種裝置改進(jìn)了蒸汽發(fā)生。
[0030]水循環(huán)管允許水從管的入口朝向管的出口循環(huán)。管包含導(dǎo)電材料，例如鋼。該管可以完全地或部分地由所述導(dǎo)電(即能夠?qū)щ?導(dǎo)熱(即能夠有效地導(dǎo)熱)材料制成。感應(yīng)線纜由導(dǎo)電材料制成并且因此是線纜，例如由銅制成的線纜。感應(yīng)線纜可以假設(shè)為任何形式。例如，感應(yīng)線纜可以具有方形截面。線纜的截面可以大于9_2優(yōu)選36_2和/或小于144mm2 優(yōu)選 64mm2。
[0031]由于感應(yīng)線纜纏繞，所以其具有線匝。因此，如果感應(yīng)線纜被供以電力，那么感應(yīng)線纜能夠在所述線匝內(nèi)部感生高的磁場(chǎng)。如果管的導(dǎo)電材料受到這種磁場(chǎng)，那么管的導(dǎo)電材料能夠產(chǎn)生Foucault (傅科)電流。因而，受到這種磁場(chǎng)，F(xiàn)oucault電流通過焦耳效應(yīng)加熱管并且將熱能傳遞至可能存在于管中的流體，以便潛在地產(chǎn)生蒸汽。感應(yīng)線纜繞管纏繞并且因此允許這種磁場(chǎng)在感應(yīng)線纜繞管纏繞的地方出現(xiàn)。這種布置的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)也是管的長度有益于這種加熱。事實(shí)上，加熱發(fā)生在感應(yīng)線纜繞管纏繞的整個(gè)長度上并且當(dāng)流體在管中循環(huán)時(shí)逐漸發(fā)生。這種裝置允許良好的效率(輸出)，并且因此產(chǎn)生高品質(zhì)的水蒸氣(如果流體是水)。蒸汽品質(zhì)是處于飽和蒸汽形式的水量與水的總量(即液體+飽和蒸汽)之間的比值。此外，裝置的長形形狀使其特別適于石油應(yīng)用。確實(shí)，該裝置易于插入井中。這種裝置還能夠具有直線通量和輸入壓力的較好保存。
[0032]感應(yīng)線纜能夠形成螺線管。特別是感應(yīng)線纜能夠形成具有比線圈直徑長至少兩倍的長度的線圈。這確保了在管處的強(qiáng)的磁場(chǎng)，并且因此確保了良好的焦耳效應(yīng)加熱。優(yōu)選地，感應(yīng)線纜繞管纏繞在比管的直徑大50倍——優(yōu)選地比管的直徑大200倍——的長度上，這確保了在管的大的長度上的加熱。
[0033]該裝置可以包括由繞感應(yīng)線纜的鐵磁性材料制成的殼體。該殼體引導(dǎo)磁場(chǎng)以便優(yōu)化加熱。此外，如果所述裝置插入套管(即結(jié)合至井壁的金屬管)，那么殼體保護(hù)套管不受磁通量的影響。殼體的鐵磁性材料可以是軟鐵或具有軟鐵磁性材料的特征的任何其他材料。
[0034]管在內(nèi)壁上可以具有至少一個(gè)突起部。術(shù)語“襯托器”在下文中將用于指示突起部，或者如果適用，術(shù)語“襯托器”將用于指示所有突起部。襯托器可以是管的朝向管的內(nèi)部突出的一部分。襯托器增加了管的內(nèi)表面并且產(chǎn)生了熱點(diǎn)(該熱點(diǎn)可以超過300攝氏度，例如350攝氏度至400攝氏度)。因此，襯托器改進(jìn)了管中的流體的加熱。襯托器還在這種流體循環(huán)中產(chǎn)生了湍流。該湍流形成了使流體均勻的涌流并且因而分布熱以便改進(jìn)加熱。襯托器還引起有利于蒸汽發(fā)生的壓力損失(即壓力的局部損失)。
[0035]可以制造不同形式的襯托器。為了更好地加熱，襯托器可以形成沿著可以是圓筒形的管的螺旋形斜坡部。該斜坡部可以是連續(xù)的或中斷的。如果斜坡部是中斷的，那么襯托器包括定位在在管內(nèi)虛擬地引出的螺旋線上的多個(gè)突起部。
[0036]感應(yīng)線纜可以是中空的。在這種情況下，感應(yīng)線纜在其中央處包括空的通道。該通道允許冷卻液體一例如水一在感應(yīng)線纜內(nèi)部循環(huán)，這能夠避免損壞感應(yīng)線纜。這種感應(yīng)線纜的冷卻還可以用來預(yù)熱將被汽化的水。例如，在感應(yīng)線纜中的通道可以在管的上游連接至管。在此方式下，在使用該裝置的任何蒸汽發(fā)生方法中，水在到達(dá)管中和在管中已經(jīng)被預(yù)熱前可以在感應(yīng)線纜中循環(huán)，在管中水可以更容易地汽化。
[0037]管可以具有小于20cm優(yōu)選地小于15cm的(外)直徑。鉆孔的套管具有約30cm的直徑。管的內(nèi)徑可以小于16cm，優(yōu)選地小于10cm。在此方式，管的尺寸能夠提供使感應(yīng)線纜繞管纏繞的空間。因此，該裝置非常適合通常使用的鉆孔直徑，即23cm至25cm之間的直徑。
[0038]管可以具有小于13m優(yōu)選IOm和/或大于5m優(yōu)選Sm的長度，優(yōu)選地管可以具有等于至少約9m的長度。這些尺寸表現(xiàn)了安裝的容易性與有效開采長度之間的良好折衷。事實(shí)上，管越長，在大的長度上進(jìn)行加熱越多。然而，長度受限于更好的適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)鉆孔的鉆機(jī)(即鉆孔設(shè)備)。
[0039]該裝置還可以包括對(duì)感應(yīng)線纜供電的電源。電源可以位于表層(surface)上并且借助于一個(gè)或更多的傳輸線纜將電能傳遞至繞管(多個(gè)管)纏繞的感應(yīng)線纜(多個(gè)感應(yīng)線纜)(在井中的儲(chǔ)層處)。這種發(fā)生器可以不基于化石能源。這種發(fā)生器在的任何情況下都不能以過于局部性的方式產(chǎn)生溫室氣體。因此，這種發(fā)生器更清潔并且具有良好的效率，這是因?yàn)殡娏髂軌蛟诘皖l率下容易地輸送并且在傳輸期間具有較低的損失。由于不再有任何熱損失，因此這種裝置改進(jìn)了輸出。事實(shí)上，蒸汽在比井口更接近巖層(formation)的距離處在井中直接產(chǎn)生，并且不從表層被傳送出來。[0040]供應(yīng)至線纜的電力可以是大于500A優(yōu)選大于900A的電流。為了實(shí)現(xiàn)在這種強(qiáng)度下的較低的損失，該裝置優(yōu)選地包括多個(gè)傳輸線纜。那么，電源適于提供適當(dāng)?shù)碾妷骸＿m當(dāng)?shù)碾妷嚎梢园ń橛?kV至IOkV之間(的電壓)。
[0041]所述管還可以構(gòu)成局部封閉的外殼，管內(nèi)的壓力基本不受巖層的壓力的影響。這能夠控制當(dāng)流體被加熱時(shí)流體受到的壓力。在此方式，能夠容易知道所產(chǎn)生的蒸汽的特征(如果流體是水的話是這樣)并且能夠更好地控制隨著時(shí)間的推移的蒸汽發(fā)生。本發(fā)明定尺寸為巖層的特征的函數(shù)；特別是通過根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)所傳遞的蒸汽壓力大于欲開采的巖層的壓力。
[0042]該裝置可以包括彼此連接的多個(gè)水循環(huán)管。管可以通過使用機(jī)械連接裝置以流體連通的方式連接以用于此后的水在所有管的內(nèi)部的循環(huán)。繞管纏繞的線纜通過電連接裝置連接。例如能夠?qū)⑷齻€(gè)管彼此連接。
[0043]該裝置可以被包括在碳?xì)浠衔锷a(chǎn)設(shè)施中。特別地，該裝置可以位于井中，使得蒸汽直接在儲(chǔ)層處產(chǎn)生在井中。因此，這種設(shè)施是緊湊的并且因所產(chǎn)生的蒸汽的品質(zhì)、所產(chǎn)生的蒸汽的特性的控制和設(shè)備的緊湊性而允許所有高粘性的碳?xì)浠衔飪?chǔ)層的開采，特別地允許海上開采。
[0044]生產(chǎn)設(shè)施可以包括鉆孔鉆機(jī)。然后，該裝置的布置可以包括:
[0045]將管定位在鉆機(jī)中，其中，至少一個(gè)線纜繞管纏繞，
[0046]將管降入井中，管的頂部保持可從鉆機(jī)接近，
[0047]將新管定位在鉆機(jī)中，
[0048]將至少一個(gè)線纜繞其纏繞的新管與先前的管組裝，該組裝包括將新管的線纜電連接至先前管的線纜，
[0049]重復(fù)上述步驟，例如直到三個(gè)管連接為止。
[0050]參照?qǐng)D1，該裝置可以用于蒸汽發(fā)生方法，該方法包括使水在管中循環(huán)(SI)以及同時(shí)對(duì)線纜供電(S2)。線纜的電源包括磁場(chǎng)、管的導(dǎo)電材料的加熱以及在供電同時(shí)加熱至在管中循環(huán)的水的汽化點(diǎn)。因此，這種裝置允許水的高效率的汽化并且產(chǎn)生良好品質(zhì)的蒸汽。
[0051]如上所述，可以提前加熱水。為此，所述方法可以包括使水在線纜中提前循環(huán)，以對(duì)其進(jìn)行冷卻。
[0052]所述方法可以被包括在碳?xì)浠衔锷a(chǎn)方法中。蒸汽可以在儲(chǔ)層處直接產(chǎn)生并且因此可以在沒有熱損失的情況下直接注入儲(chǔ)層中。然后，碳?xì)浠衔锟梢愿菀椎乇怀槌?，這在粘性油或重油的情況下特別有利。
[0053]在這種方法中，蒸汽可以以每天100噸至300噸，優(yōu)選每天200噸的流量產(chǎn)生。碳?xì)浠衔锷a(chǎn)方法可以通過H&P (Huff&Puff,即該方法包括在儲(chǔ)層中循環(huán)注入蒸汽)或通過蒸汽驅(qū)動(dòng)(即該方法包括用蒸汽來持續(xù)清掃儲(chǔ)層)來完成。相同的裝置可以提供這些不同的注入形式。因此，所述裝置是多功能的。
[0054]現(xiàn)在將參照?qǐng)D2至圖5描述所述裝置的示例。
[0055]圖2以縱向橫截面圖示出了蒸汽發(fā)生裝置10的一個(gè)示例。在圖2中，裝置10示出為具有其流體循環(huán)管12和感應(yīng)線纜14，其中，流體循環(huán)管12包含導(dǎo)電導(dǎo)熱材料，感應(yīng)線纜14由繞管12纏繞的導(dǎo)電材料制成。圖3相對(duì)于裝置10的縱向中心軸22橫向地示出了圖2的裝置10的截面圖，并且圖中包括管12的感應(yīng)線纜14繞其纏繞的部分29。
[0056]如圖中所示，液態(tài)水16能夠透過管12、在管12中循環(huán)以及將其留下為蒸汽形式(根據(jù)得到的品質(zhì)可能包含液體)。事實(shí)上，線纜14由電源19電力地供以電壓，并且由于在纏繞的整個(gè)長度上感生的磁場(chǎng)而加熱管12。在該示例中，裝置10包括將電力傳輸至線纜14的傳輸線纜24和在管12的內(nèi)壁上的襯托器20 (朝向管12的內(nèi)部，因而朝向軸線22定向的突起部)。因此，得到了良好的熱效率。這導(dǎo)致水16的汽化。附圖示出了裝置10是緊湊的并且呈縱向形式。裝置10的長度是其寬度的至少兩倍大。因而，體積不是很大的裝置10適于插入鉆孔井中。
[0057]此外，所述裝置可以包括通過連接裝置彼此連接的多個(gè)(三個(gè))管以形成線纜14繞其纏繞的總長度29例如27m，線纜14繞其纏繞的每個(gè)管12具有9m的長度。還示出了當(dāng)安裝在井內(nèi)部時(shí)的裝置10。附圖特別示出了被結(jié)合劑13圍繞的井的套管23。在線纜14處，地質(zhì)地層包括碳?xì)浠衔锊⑶乙蚨鴺?gòu)成儲(chǔ)層25。從而將線纜14繞其纏繞的管12定位在儲(chǔ)層處能夠避免熱損失。以此方式，下層土的最接近表層15的不包含碳?xì)浠衔锏牟糠?6不需要加熱。附圖還示出了保護(hù)套管23免受過高溫度的殼體27。
[0058]圖4示出在管12中呈螺旋形斜坡部形式的襯托器50，該襯托器50可以用于圖2和圖3中的裝置10中。圖4示出管12的橫截面圖，襯托器50在截面的平面內(nèi)采用規(guī)則地間隔開的突起部的形式。襯托器50可以由導(dǎo)熱導(dǎo)電材料制成，因而增加了與流體的熱交換表面，如附圖中所示。
[0059]圖5示意性地示出在蒸汽發(fā)生裝置10的一個(gè)示例中的磁場(chǎng)線40的一個(gè)示例。通過使用有限元計(jì)算軟件得到了磁場(chǎng)線40。所述裝置以縱向橫截面圖部分地示出。僅示出了所述裝置的一半。該示例的裝置是根據(jù)圖2和圖3的裝置，并且特別包括圍繞線纜14的殼體27。附圖示出了殼體27能夠使磁場(chǎng)集中在管12處并且保護(hù)輕微暴露于磁場(chǎng)的套管23。以此方式，裝置10允許在對(duì)套管23損壞較小的情況下以良好的焦耳效應(yīng)加熱管12。
[0060]當(dāng)然，本發(fā)明不限于所描述和說明的示例，而是開放至本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠得到的各種替代方案。
【權(quán)利要求】
1.一種用于生產(chǎn)碳?xì)浠衔锏恼羝l(fā)生裝置(10)，其中，所述裝置包括: 流體循環(huán)管(12)，所述流體循環(huán)管(12)包含導(dǎo)電導(dǎo)熱材料，以及 圍繞所述管纏繞的至少一個(gè)感應(yīng)線纜(14)，所述至少一個(gè)感應(yīng)線纜(14)由導(dǎo)電材料制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述管在內(nèi)壁上具有至少一個(gè)突起部(50)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述管是圓筒形的，并且所述突起部是沿著所述管的螺旋形斜坡部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述斜坡部是連續(xù)的或斷開的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述裝置還包括圍繞所述感應(yīng)線纜的殼體(27 )，所述殼體(27 )由鐵磁性材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述感應(yīng)線纜形成螺線管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述感應(yīng)線纜是中空的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述管具有小于20cm、優(yōu)選小于15cm的直徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述管具有小于30m、優(yōu)選20m和/或大于5m、優(yōu)選IOm的長度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述裝置還包括對(duì)所述線纜供電的電源(19)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述電源輸送電流強(qiáng)度大于500A、優(yōu)選大于900A的電流。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中的任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述裝置包括彼此連接的多個(gè)水循環(huán)管。
13.一種碳?xì)浠衔锷a(chǎn)設(shè)施，其中，所述設(shè)施包括根據(jù)權(quán)利要求1至12中的任一項(xiàng)所述的蒸汽發(fā)生裝置。
14.一種碳?xì)浠衔锷a(chǎn)方法，其中，所述方法包括:使用根據(jù)權(quán)利要求1至12中的任一項(xiàng)所述的裝置根據(jù)蒸汽發(fā)生方法產(chǎn)生蒸汽，其中，所述蒸汽發(fā)生方法包括: 使水在所述管中循環(huán)(SI);以及，同時(shí)， 對(duì)所述線纜供電(S2)。
【文檔編號(hào)】E21B36/00GK103717968SQ201280037166
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月25日
【發(fā)明者】貝納德·科爾 申請(qǐng)人:道達(dá)爾公司