使用热管增强笼形包合物的开采制造技术

技术编号:11384706 阅读:105 留言:0更新日期:2015-05-01 11:05
提供一种用于激发从储层采出烃的方法和系统。本方法和系统使用热管。所述系统和方法使用一个或多个密封细长中空管状容器(A、B、C、D),其支撑于位于储层下方的地热热区中的地层中并由此向上延伸至储层。所述容器包括:(a)一个在储层下方地热热区中的底部(400);(b)一个在储层内的顶部(300);和(c)部分装填液体(200),所述液体在底部蒸发形成蒸气并经由蒸气对流传热到顶部,所述热量在顶部被耗散到周围储层中,同时蒸气冷凝回液体并向下流到底部。所述储层可以是天然气笼形包合物储层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】优先权本申请要求2012年8月13日提交的标题为“使用被动热力学传热设备开采烃”的美国临时专利申请号61/682,569的优先权,其全部内容通过引用并入到本文中。本申请数据2013年8月13日提交的标题为“使用热管激发笼形包合物的开采”的待审专利序列号No._____________,其全部内容通过引用并入到本文中。专利
本申请涉及使用被动热力学传热设备增强烃采出的方法和系统。具体地,本申请涉及通过使用热管增强开采包括天然气笼形包合物又称天然气水合物储层的烃储层的方法和系统。专利技术背景如果Hubbert峰值理论的支持者是正确的,世界石油产量将在某个时候达到峰值,即使现在还没有达到。无论如何,世界能源消费以一定速率持续上升,超过了新的石油发现。其结果是可能要开发替代能源,以及使油生产和油耗效率最大化的新技术。在最大化开采石油方面,正在开发深水和永冻土层钻井技术,因为它们允许开采储层中以前认为不可获取的油和天然气。深水钻井是勘探和开采深度超过500英尺的油和天然气的方法。永冻层钻井是在季节性温度冷到足以形成永冻层的地区勘探和开采油和天然气的方法。二者多年以来在经济上不可实行,但随着油价的上涨,越来越多的企业现在通常会投资于这些领域。除了常规油气的开发外,可以开发具有吸引力的替代能源。一种具有巨大潜力的替代能源是包合于所谓的笼形包合物材料中的海洋和永冻土层天然气。笼形包合物是一种化学化合物,其中一种材料(“主体”)的分子形成固体晶格包围一或多种其它材料(“客体”)的分子。笼形包合物也被称为包合物,笼形包合物的重要特征是并非所有晶胞都必须被填充(即它们是非化学计量的)和(多种)客体分子不是以化学键结合到主体晶格。当水“主体”分子和某些低分子量烃类气体“客体”分子在较高压力和较低温度的适宜条件下汇聚就形成了天然存在的天然气笼形包合物。在这些条件下,“主体”水分子会形成可将一或多种烃“客体”气体分子捕集到其内部的笼子或晶体结构。大量的烃类气体通过此机理紧密堆积在一起。例如1立方米天然气水合物包含约0.8立方米水和标准温度和压力条件下常规为164立方米的天然气。甲烷是天然存在的天然气笼形包合物中最常见的客体分子。许多其它低分子量气体也形成水合物,包括烃类气体如乙烷和丙烷以及非烃类气体如CO2和H2S。天然气水合物自然形成并在地表下约200米深处的永久冻土区广泛发现,蕴含在永久冻土层内和以下区域。天然气水合物也在中至低纬度地区水深通常大于500米(1600英尺)和在高纬度地区水深通常大于150-200米(500-650英尺)的沿大陆边缘处的沉积物中被广泛发现。水合物稳定区的厚度随温度、压力、形成水合物的气体组成和可得性、地层下的地质条件、水深、盐度和其它因素而变化。全球包合在天然气水合物中的甲烷估计量差别很大,最早的估计范围为介于100000至100000000万亿立方英尺(TCF)之间。由于在90年代中开始使用专用钻井,研究人员了解到天然气水合物在海洋沉积物孔隙空间内的百分比(称为天然气水合物饱和度)通常远低于理论最大饱和度。这导致全球包合在天然气水合物中的甲烷量向下修正为100000至5000000TCF,最常引用的估计量为700000TCF(数字不包括位于南极和高山冻土区的任何水合物)。即使是最低的估计量也是一个巨大的潜在新能源,相当于超过美国天然气消费量的4000倍或全世界已探明的天然气资源量的18倍。尽管认识到全球范围内包合的甲烷只有一小部分可被浓缩到和可获得到足以采出,并承认迄今为止从未有天然气水合物的长期开采试验,但天然气水合物显然仍有潜力成为一个世界上非常大的新能源。为从天然气水合物中采出气体,天然气水合物必须首先通过以下四种方法之一或任何组合转化回(“分解”)水(液体或冰)和可采出的游离气体分子:·加热直到天然气水合物的相稳定壳破坏·减压直到天然气水合物的相稳定壳破坏·加入水合物抑制剂如盐、甲醇等转化相稳定壳至天然气水合物的相稳定壳破坏·分子替代法,一种类型的客体分子被另一种类型的所替代虽然仅做了少量的天然气水合物开采试验,都是在非常有限的时间内,但储层模拟和实验室试验的大量工作已使本领域技术人员相信通常减压法将是天然气水合物开采的最经济形式。还有一种广泛持有的观点是可以采用主流常规和生产技术来开采天然气水合物。无论何种开采方法,天然气水合物的分解是一个吸热过程,这意味着它是受限于附近有多少可用热能的过程。由于进行了吸热分解过程并从相邻沉积物中吸取热能,这导致它们冷却。冷天然气水合物分解的自然结果是储层相邻部分可能冻结。储层相邻部分的冻结事实上会堵塞油井,因为冻结储层到自然解冻需要很长的时间跨度。施加局部热量来解冻冻结储层也将是一种可能的解决方案,但需要施加如此多的热量所带来的经济问题将使该方法望而却步。压力和/或温度处于水合物相稳定性区域内的天然气水合物储层(即极冷和/或极高压力下的储层)将需要大幅度降压和/或加热以激发分解反应且有可能在环绕天然气水合物的上方和下方沉积物中具有受限的环境热能以支持经济速率地采气。因此,最理想的天然气水合物储层是温暖和处于或接近相稳定壳的储层。不幸的是,给定的天然气储层是否满足这种理想特性在地质上是一个碰运气的事。迄今大部分对天然气水合物的研究都集中在基础研究以及水合物储层的勘探和表征方面。商业上可行且环境上可接受的开采方法仍然处于初期开发阶段。在这些额外的烃源变为商业可行能源之前必须要进一步开发新技术。专利技术概述如本文所述,提供了用于增强烃采出的方法和系统。在一个实施方案中,提供了用于增强开采一或多个储层的系统。所述系统包括一个或多个位于套管井中的密封细长中空管状容器,且采出井安装在所述容器之上的套管井中。该容器包括:(a)在储层下方地热热区中的底部;(b)在储层内的顶部和(c)部分装填液体,所述液体在底部蒸发形成蒸气并经由蒸气对流传热到顶部,热量在顶部被耗散到周围储层中同时蒸气冷凝回液体并向下流到底部。在一个实施例中储层是一个天然气水合物储层。在另一个实施方案中,提供了增强从储层采出烃的方法。该方法包括:a)定位储层和b)将一个或多个密封细长中空管状容器插入在储层下方地热热区的地层中并由此向上延伸至所述储层。该容器包括:(i)在储层下方地热热区中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于增强开采一或多个储层的系统,包括(i)一个或多个密封细长中空管状容器,其被放置在套管井在并支撑于位于所述储层下方的地热热区中的地层中并由此沿容器长以任何角度‑包括和介于水平和垂直之间的角度或任何这样的角度组合‑向上延伸至储层和(ii)安装在容器之上的套管井中的采出井,其中所述容器包括(a)在所述储层下方的所述地热热区中的底部;(b)在所述储层内的顶部;和(c)部分装填有液体,所述液体在所述底部蒸发形成蒸气并经由蒸气对流传热到所述顶部,所述热量在顶部被耗散到周围储层中同时蒸气冷凝回液体并向下流到所述底部,其中所述容器形成一个竖向的用于液体和蒸气循环的封闭环路,使得能够从所述地热热区向所述储层内进行被动热交换。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.08.13 US 61/682,5691.用于增强开采一或多个储层的系统,包括(i)一个或多个密
封细长中空管状容器,其被放置在套管井在并支撑于位于所述储层下方
的地热热区中的地层中并由此沿容器长以任何角度-包括和介于水平和
垂直之间的角度或任何这样的角度组合-向上延伸至储层和(ii)安装
在容器之上的套管井中的采出井,
其中所述容器包括(a)在所述储层下方的所述地热热区中的底部;
(b)在所述储层内的顶部;和(c)部分装填有液体,所述液体在所述
底部蒸发形成蒸气并经由蒸气对流传热到所述顶部,所述热量在顶部被
耗散到周围储层中同时蒸气冷凝回液体并向下流到所述底部,其中所述
容器形成一个竖向的用于液体和蒸气循环的封闭环路,使得能够从所述
地热热区向所述储层内进行被动热交换。
2.权利要求1的系统,其中所述液体选自丙烷、丁烷、戊烷、
己烷、庚烷、辛烷、二甲醚、乙酸甲酯、氟苯、2-庚烯、二氧化碳、
氨和它们的混合物。
3.权利要求1的系统,其中所述容器选自装填液体并在压力下
密封的一或多个接头的新或旧钻井管,装填液体并在压力下密封的一或
多个接头的新或旧钻井套管,和装填液体并在压力下密封的一或多个一
定长度的管。
4.权利要求3的系统,其中所述容器放置在套管钻井中或裸眼
井中,且其中所述钻井用钻井泥浆或混凝土进行密封。
5.权利要求3的系统,其中所述容器放置在套管钻井中或裸眼
井中,且所述容器用可拆卸式封隔器或可拆卸式密封件进行密封。
6.权利要求1的系统,其中所述容器在其内表面和/或外表面用
保护材料进行处理,所述保护材料是耐腐蚀或绝热的。
7.权利要求1的系统,其中所述容器在底部之上和顶部之下进
一步包括一或多个内或外绝热部分。
8.权利要求1的系统,其中所述容器进一步包括在一或多个另
外储层内的上部,并且所述容器在各储层间的容器区域包括绝热。
9.权利要求1的系统,其中所述容器进一步包括内挡片或板。
10.权利要求1的系统,其中所述容器在顶部和/或底部进一步包
括外翅片或板。
11.增强从储层开采烃的方法,包括:
a)定位储层;
b)将...

【专利技术属性】
技术研发人员:J·T·巴尔泽乌斯基
申请(专利权)人:雪佛龙美国公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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