热能传递和石油开采装置及其方法制造方法及图纸

公开了热能传递和石油开采装置及其方法，其加热地层(132)，且其包括在钻井孔(130)中布置同轴管柱(220)；使用地表的热流体加热器(186)来加热传热流体(250)；使液体或给水(142)向下流过极热的最内侧管柱(248)，该最内侧管柱(248)位于最外侧管柱(252)和套管/环(260)的内部并与之同轴，该套管/环(260)延伸到位于钻井孔中的热封隔器(156)的下方，以及使传热流体持续循环流过热封隔器上方的最外侧管柱和套管/环，从而流经最内侧管柱的液体或给水由此被加热并注入到热封隔器下方的钻井孔中，并流出孔眼以将地层加热至允许从地层中开采碳氢化合物的温度。排放物可以和液体或给水一起被注入到地层中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开一般涉及通过使用井下热能传递和石油开采装置及其方法来从各种地层中开采碳氢化合物的方法和系统。
技术介绍
蒸汽注入被用于降低位于地下岩层中的重油或油砂的粘度，从而它流过储层并且可以通过传统方法来开采。此外，蒸汽注入被用在轻油层中，以在储层压力耗尽时增加残留石油的开采。受压蒸汽可以向轻油地下矿床施加新的压力，因为当注入蒸汽凝结成水时，水会作为驱动机制将石油经储层推送到生产井中。研究表明，蒸馏提升了薄储层中的轻油开采。蒸馏意味着蒸汽注入会使得原油的某些挥发成分进入汽相。此外，蒸汽注入可被用于甲烷水合物的开采和地下水污染的修复。
技术实现思路
本专利技术的各实施例提供了改进的井下热能或热量以及高压、优质的井下蒸汽的传递，以增加从地层中开采碳氢化合物的效率。在某些实施例中，公开了一种从地层中开采碳氢化合物的原地热处理系统，其包括地层中的钻井孔。同轴管柱位于钻井孔中，与同在钻井孔中的热封隔器在一起。无毒热传热流体闭环循环系统耦合到最外侧管柱和套管/环，使相对冷却的热传热流体回到地表以在热流体加热器中被重新加热并且重新循环到井下。作为热给水的液体供给被配置为通过同轴管柱中的热的永久最内侧管柱来提供，该最内侧管柱在最外侧管柱的内部并与之同轴。热流体加热器被配置在地表上以加热无毒热传热流体，该流体持续流过位于钻井孔中的热封隔器上方的最外侧管柱，以将在最内侧管柱中下降的液体立即转化为高压、优质的井下蒸汽，其中，永久最内侧管柱延伸到地表下，从而液体在最小化或消除热损耗的最内侧热管柱内部立即转化为高压、优质的井下蒸汽，并被注入到热封隔器下方的钻井孔中，以将地层加热至允许从地层中开采粘性碳氢化合物的温度。在某些实施例中，公开了一种加热地层的方法。该方法包括在钻井孔中布置同轴管柱；使用地表的热流体加热器来加热无毒热传热流体；以及使液体向下流过同轴管柱中的热的最内侧管柱，其位于最外侧管柱的内部并与之同轴，所述液体在一段时间内不会转化为汽相，并且延伸到位于钻井孔中的热封隔器的下方，以实现热流体在地层中的注入。该方法还可以包括使无毒热传热流体持续循环流过热封隔器上方的最外侧管柱，从而在该段时间后流经热的最内侧管柱的液体被转化为高压、优质的井下蒸汽，其被注入到热封隔器下方的钻井孔中，并流出孔眼以将地层加热至允许从地层中开采碳氢化合物的温度。在某些实施例中，公开了一种加热地层的方法。该方法包括在钻井孔中布置同轴管柱；使用地表的热流体加热器来加热无毒热传热流体；以及使液体向下流过同轴管柱中的热的最内侧管柱，其位于最外侧管柱的内部并与之同轴，所述液体在一时间段内不会转化为汽相，并且延伸到位于钻井孔中的热封隔器的下方，以实现热流体在地层中的注入。该方法还可以包括使无毒热传热流体持续循环流过热封隔器上方的最外侧管柱，从而在该时间段后流经非常热的最内侧管柱的液体被转化为高压、优质的井下蒸汽，其被注入到热封隔器下方的钻井孔中，并流出孔眼以将地层加热至一定温度，所述温度允许从地层中回收挥发或半挥发有机污染物或者通过自然衰减过程来降解。通过以下讨论的各个实施例的详细说明，本专利技术的这些和其他特征和优势对于本领域技术人员来说将变得更加明显。附图说明下面描述了与详细说明相关的附图，其中，相同的参考标号表示相同的部件、元件、组件等，并且其中：图1是根据实施例的用于优质井下蒸汽生成和石油开采装置的蒸汽吞吐的垂直钻井孔的示意图；图2是根据实施例的具有同时进行井下蒸汽注入和石油开采的装置的垂直钻井孔的示意图；图2A是图2的装置中提供的并且沿着剖面线2A-2A的同轴管柱的截面图；图3是根据另一实施例的具有优质井下蒸汽生成和石油开采装置的垂直钻井孔的示意图，其包括将CO2和NOx排放物注入到地层中以隔离排放物；图3A是在图2的装置中提供的并且沿着剖面线3A-3A的同轴管柱的截面图；图4是根据又一实施例的用于非热能完井的具有优质井下蒸汽生成和石油开采装置的垂直钻井孔的示意图；图4A是在图4的装置中提供的并且沿着剖面线4A-4A的同轴管柱的截面图；图5是根据又一实施例的具有被称为蒸汽驱的优质井下蒸汽生成和石油开采装置的垂直钻井孔的示意图；图5A是在图5的装置中提供的并且沿着剖面线5A-5A的同轴管柱的截面图；图6是配置为用于蒸汽辅助重力泄油(SAGD)的图5的实施例的示意图；图6A是在图6的装置中提供的并且沿着剖面线6A-6A的同轴管柱的截面图；图7是配置为用于具有有孔管道或割缝衬管的蒸汽辅助重力泄油(SAGD)的图5的实施例的示意图；图7A是在图7的装置中提供的并且沿着剖面线7A-7A的同轴管柱的截面图；图8是配置为用于具有蒸汽室的蒸汽辅助重力泄油(SAGD)的图5的实施例的示意图；图8A是在图8的装置中提供的并且沿着剖面线8A-8A的同轴管柱的截面图；图9是配置为用于蒸汽辅助重力泄油(SAGD)的图5的实施例的示意图，其具有用于优质井下蒸汽生成和石油开采装置的几个多边(multilateral)钻井孔。图9A是在图9的装置中提供的并且沿着剖面线9A-9A的同轴管柱的截面图；图10是根据实施例的具有被称为蒸汽吞吐的优质井下蒸汽生成和石油开采装置的垂直钻井孔的示意图；图10A是在图10的装置中提供的并且沿着剖面线10A-10A的同轴管柱的截面图；图11是具有同时进行井下热流体注入和石油开采的装置的垂直钻井孔的示意图；图11A是在图11的装置中提供的并且沿着剖面线11A-11A的同轴管柱的截面图；图12是配置为用于地表热交换器的热流体注入装置的示意图；并且图12A是在图12的装置中提供的并且沿着剖面线12A-12A的同轴管柱的截面图；尽管本专利技术可以有各种调整和替代形式，在附图中通过示例的方式示出了其特定实施例，并且在这里可以被详细描述。附图不是按比例的。但是，应该理解，附图及其详细描述不是要将本专利技术限制为所公开的特殊形式，相反，本专利技术会覆盖由权利要求书所限定的本专利技术的精神和范围内的所有调整、等价物和替代。具体实施方式本专利技术的实施例涉及使用地理地层中的垂直、水平和横向钻井孔从垂直位置开采石油资源的各种方法和系统。以该种方式来穿透的地理构造可以是来自包含地层构造的地层中的煤层、铀、甲烷水合物、油砂、重型和轻型碳氢化合物，以用于增加现有钻井孔的流速。所公开的实施例的其他可能应用可被用于高压优质井下蒸汽注入，以用于低渗透率地层(例如低重力重油、硅藻土、致密油、页岩油、页岩气)的蒸汽水力压裂(steamfracking)，用于从地层中虑取铀矿和硫磺，或者用于为例如蒸汽注入、加热溶剂和化学品引入水平和垂直通道，等等。本领域技术人员将理解，这里公开的各实施例可以具有在本专利技术范围内设想的其他应用。参考图1，其示出了根据本专利技术的实施例的优质井下蒸汽生成装置100的蒸汽吞吐的实施例的截面图。根据图1的装置100，通过使用垂直钻井孔130的优质井下蒸汽生成部件110，减少了导致低质蒸汽的垂直钻井孔130热损耗。参考图2和2A，示出了同时进行蒸汽注入和石油开采的装置101的实施例，其中，优质井下蒸汽生成部件110包括位于在地层132中形成的垂直钻井孔130中的同轴管柱220的装置，以从地层132中开采矿床134。在各个实施例中，优质井下蒸汽生成部件110的深度将根据地层132的深度而变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于通过钻井孔从地表以下的地层中开采碳氢化合物的系统，该钻井孔从地表延伸到地层中，所述系统包括：位于钻井孔中的同轴管柱；位于钻井孔中的热封隔器；与最外侧管柱和套管/环耦合的热传热流体循环系统，用于使返回的被冷却的传热流体回到地表以在热流体加热器中被重新加热并且在井下重新循环；液体供给，其被配置为通过同轴管柱中的热的永久最内侧管柱来提供液体或热给水，该最内侧管柱位于最外侧管柱和套管/环的内部并与之同轴；以及热流体加热器，其被配置为加热持续循环流过位于钻井孔中的热封隔器上方的最外侧管柱的传热流体，以将在最内侧管柱中下降的液体或热给水立即转化为优质井下蒸汽，其中，所述永久最内侧管柱延伸到地表下，从而液体或热给水在能最小化热损耗的最内侧热管柱的内部立即转化为优质井下蒸汽，并被注入到热封隔器下方的蒸汽注入钻井孔中，以将地层加热至允许从地层中开采粘性碳氢化合物的温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.01 US 61/973,5981.一种用于通过钻井孔从地表以下的地层中开采碳氢化合物的系统，该钻井孔从地表延伸到地层中，所述系统包括：位于钻井孔中的同轴管柱；位于钻井孔中的热封隔器；与最外侧管柱和套管/环耦合的热传热流体循环系统，用于使返回的被冷却的传热流体回到地表以在热流体加热器中被重新加热并且在井下重新循环；液体供给，其被配置为通过同轴管柱中的热的永久最内侧管柱来提供液体或热给水，该最内侧管柱位于最外侧管柱和套管/环的内部并与之同轴；以及热流体加热器，其被配置为加热持续循环流过位于钻井孔中的热封隔器上方的最外侧管柱的传热流体，以将在最内侧管柱中下降的液体或热给水立即转化为优质井下蒸汽，其中，所述永久最内侧管柱延伸到地表下，从而液体或热给水在能最小化热损耗的最内侧热管柱的内部立即转化为优质井下蒸汽，并被注入到热封隔器下方的蒸汽注入钻井孔中，以将地层加热至允许从地层中开采粘性碳氢化合物的温度。2.如权利要求1所述的系统，还包括：潜油电泵(ESP)或者抽油杆和泵中的至少一个，其被配置为开采位于孔眼上方的垂直钻井孔底部附近的液化碳氢化合物。3.如权利要求2所述的系统，还包括：作为同轴管柱中的最内侧管柱的另一永久管柱，其中，在该最内侧管柱中至少永久提供潜油电泵(ESP)或抽油杆和泵，从而允许后续的蒸汽循环和碳氢化合物开采，而不用移除ESP或抽油杆和泵。4.如权利要求1所述的系统，其中，所述钻井孔被连接到一个或多个水平钻井孔，其被配置为将优质井下蒸汽注入到水平钻井孔中。5.如权利要求4所述的系统，其中，所述钻井孔中的所述最内侧管柱通过有孔管道或割缝衬管连接到一个或多个水平钻井孔，以将优质井下蒸汽经过衬管孔眼释放，或者通过蒸汽室连接到一个或多个水平钻井孔，以将优质井下蒸汽经过蒸汽室孔眼释放，并直接进入水平钻井孔附近的地层中。6.如权利要求1所述的系统，还包括：一个或多个水平钻井孔，其被配置为采集液化碳氢化合物，其可通过重力泄油来采集碳氢化合物；垂直钻井孔，其连接到一个或多个水平钻井孔；以及垂直钻井孔中的采油线，其被配置为将液化碳氢化合物从一个或多个水平钻井孔开采到地表。7.如权利要求6所述的系统，其中，所述潜油电泵(ESP)或抽油杆在垂直钻井孔中延伸到地表。8.如权利要求6所述的系统，还包括一个或多个钻井孔系统，其中，被配置为从甲烷水合物矿床中采集甲烷的一个或多个水平钻井孔位于被配置为将优质井下蒸汽注入到地层的一个或多个水平钻井孔的上方，其中，从甲烷水合物中释放的甲烷将上升进入到被配置为采集甲烷的水平钻井孔中。9.如权利要求6所述的系统，还包括：一个或多个水平钻井孔中的流控系统；其中；所述流控系统包括一系列流控设备和高温封隔器。10.如权利要求1所述的系统，其中，所述热传热流体包括下列一项或多项：导热油、柴油、瓦斯油、熔融钠和合成无毒传热流体。11.如权利要求1所述的系统，还包括：将排放物从热流体加热器引入到液体或热给水中，然后将排放物和液体或热给水一起注入到地层中。12.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：肯特·B·海特肯，
申请(专利权)人：未来E蒸汽有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US