專利名稱：地下電熱加熱系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的披露內(nèi)容涉及地下加熱，且更特別地，本發(fā)明的披露內(nèi)容涉及地下電熱加熱系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：
加熱系統(tǒng)可用于地下環(huán)境中以便實(shí)現(xiàn)各種目的。在一種應(yīng)用中，可使用地下加熱系統(tǒng)幫助進(jìn)行產(chǎn)油。在世界的許多儲油區(qū)，由于難以提取地層中的重油，因此產(chǎn)油率已經(jīng)出現(xiàn)了下降。當(dāng)從重油的儲油層中提取油時(shí)，會面臨許多使生產(chǎn)受限的問題。例如，油的高粘性會導(dǎo)致出現(xiàn)低流動性狀況。在含石蠟較多的油中，石蠟會沉淀出來并在產(chǎn)油管道壁上形成沉積物，由此在油被泵送出來時(shí)阻塞流動。在高度氣侵(high gas-cut)油井中，隨著油被帶到表面上，會發(fā)生氣體膨脹，導(dǎo)致形成水合物，這會大大降低油溫且因此降低流動性。
對油進(jìn)行加熱是解決這些普遍存在的使生產(chǎn)受限的問題并促進(jìn)強(qiáng)化采油(EOR)的一種方式。蒸汽加熱器和電加熱器都被用作熱量源以便促進(jìn)EOR。一種被稱作伴熱(heat tracing)的技術(shù)包括使用被置于管路系統(tǒng)上的機(jī)械部件和/或電氣部件以便將該系統(tǒng)保持在預(yù)定溫度下。蒸汽可循環(huán)通過管道，或可將電氣部件置于管路上以便對油進(jìn)行加熱。
這些技術(shù)都存在某些缺陷。蒸汽噴射系統(tǒng)會受到低效率能量利用、維護(hù)問題、環(huán)境約束和無法提供準(zhǔn)確和可重復(fù)的溫度控制這些問題的困擾。盡管電加熱通常被認(rèn)為是優(yōu)于蒸汽噴射加熱的，但電加熱系統(tǒng)可導(dǎo)致在那些不需要加熱來促進(jìn)油流動的區(qū)域中產(chǎn)生不必要的加熱。該不必要的加熱可與低效率的功率利用相關(guān)且還可導(dǎo)致出現(xiàn)環(huán)境問題，例如導(dǎo)致北極區(qū)域中的永凍土出現(xiàn)不希望的解凍現(xiàn)象。
因此，需要提供一種地下電熱加熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠高效且可靠地將熱輸入輸送至地下環(huán)境中的局部區(qū)域處。



通過下面對本發(fā)明的披露內(nèi)容的典型實(shí)施例進(jìn)行的詳細(xì)描述，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將易于理解與本發(fā)明的披露內(nèi)容相一致的系統(tǒng)和方法的優(yōu)點(diǎn)，該詳細(xì)描述應(yīng)該結(jié)合附圖加以考慮，其中 圖1-圖4是與本發(fā)明的披露內(nèi)容相一致的地下電熱加熱系統(tǒng)的不同實(shí)施例的示意圖，所述不同實(shí)施例中包括加熱器電纜部分和冷端引線部分的多種布置； 圖5是與本發(fā)明的披露內(nèi)容相一致的用于進(jìn)行井下加熱的地下電熱加熱系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖； 圖6是位于圖5所示的典型的井下加熱式地下電熱加熱系統(tǒng)中的被緊固到生產(chǎn)管道上的加熱器電纜的示意性剖視圖； 圖7是在加壓井口使用的用于將冷端引線連接到位于井下加熱式地下電熱加熱系統(tǒng)中的加熱器電纜上的加壓井供通(feed-through)組件的一個(gè)實(shí)施例的示意圖； 圖8是與本發(fā)明的披露內(nèi)容相一致的被安裝在外部的井下加熱器電纜的一個(gè)實(shí)施例的示意性透視圖； 圖9是圖8所示的加熱器電纜的示意性剖視圖； 圖10是與本發(fā)明的披露內(nèi)容相一致的被安裝在外部的井下加熱器電纜的另一實(shí)施例的示意性透視圖； 圖11是圖10所示的加熱器電纜的示意性剖視圖； 圖12是與本發(fā)明的披露內(nèi)容相一致的被安裝在內(nèi)部的井下加熱器電纜的一個(gè)實(shí)施例的示意性透視圖； 圖13-圖14是被安裝在生產(chǎn)管道中的圖12所示的被安裝在內(nèi)部的井下加熱器電纜的示意性透視圖； 圖15是與本發(fā)明的披露內(nèi)容相一致的地下電熱加熱系統(tǒng)的另一實(shí)施例的示意圖； 圖16是與本發(fā)明的披露內(nèi)容相一致的被構(gòu)造以便就地產(chǎn)生蒸汽的地下電熱加熱系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖； 圖17是與本發(fā)明的披露內(nèi)容相一致的被構(gòu)造以便就地產(chǎn)生蒸汽的地下電熱加熱系統(tǒng)的另一實(shí)施例的示意圖；和 圖18是包括加熱電纜的圖17所示系統(tǒng)的一部分的細(xì)節(jié)剖視圖。

具體實(shí)施例方式 大體上而言，與本發(fā)明相一致的地下電熱加熱系統(tǒng)可用于將熱輸入輸送至地下環(huán)境中的一個(gè)或多個(gè)局部區(qū)域處。與本發(fā)明相一致的地下電熱加熱系統(tǒng)所應(yīng)用的場合包括，但不限于，用于強(qiáng)化采油(EOR)的儲油結(jié)構(gòu)熱輸入、地下水或土壤整治工藝、為實(shí)現(xiàn)EOR或整治目的而就地實(shí)施的產(chǎn)生蒸汽的應(yīng)用、和為了促進(jìn)油粘性的降低或含油沉積物(oil laden deposit)粘性的降低而在局部區(qū)域中進(jìn)行的就地?zé)N裂化。本文是在產(chǎn)油和EOR的背景下對地下電熱加熱系統(tǒng)的典型實(shí)施例進(jìn)行描述的。但應(yīng)該理解該典型實(shí)施例僅是為說明目的而進(jìn)行描述的，且并不旨在進(jìn)行限制。
圖1示出了地下電熱加熱系統(tǒng)的一個(gè)典型實(shí)施例10。如圖所示的典型系統(tǒng)10包括電源20，所述電源通過冷端引線電纜部分16被電聯(lián)接至加熱器電纜部分12。該冷端引線電纜部分16被設(shè)置在地下環(huán)境2的非目標(biāo)區(qū)域18中，且加熱器電纜部分12被設(shè)置在地下環(huán)境2的熱量目標(biāo)區(qū)域14中。該熱量目標(biāo)區(qū)域14可以是地下環(huán)境2中的需要熱量的任何區(qū)域，例如為了促進(jìn)油流動的區(qū)域。非目標(biāo)區(qū)域18可以是地下環(huán)境2中的任何區(qū)域，該區(qū)域并不需要熱量且因此被最小化從而例如節(jié)省功率或者避免將很多熱量施加到溫度敏感區(qū)域上，這種溫度敏感區(qū)域例如為北極地下環(huán)境中的凍土層。
加熱器電纜部分和冷端引線電纜部分的長度、構(gòu)型和數(shù)量可根據(jù)應(yīng)用場合而發(fā)生變化。在EOR應(yīng)用中，典型的冷端引線部分16的長度可為至少約700米且其長度可延伸達(dá)約1000米。此外，在冷端引線部分和加熱器電纜部分中產(chǎn)生的熱量可與這些部分的功率消耗直接相關(guān)。在一個(gè)實(shí)施例中，如果該一個(gè)或多個(gè)冷端引線部分16中消耗的功率小于在該一個(gè)或多個(gè)加熱器電纜部分12中消耗的功率的約10％的話，則是有利的。在EOR應(yīng)用中，例如，加熱器電纜部分12中的功率消耗可為約100瓦/英尺，且冷端引線部分12中的功率消耗可小于約10瓦/英尺。在另一實(shí)施例中，該一個(gè)或多個(gè)冷端引線部分可被構(gòu)造以使得該部分上的電壓降小于或等于該系統(tǒng)中的所有冷端引線部分和加熱器電纜部分上的總電壓降的15％。
所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到冷端引線部分中的功率消耗和電壓降可根據(jù)特定系統(tǒng)的電特性產(chǎn)生變化。下表1示出了，在其中的電源為480V單相電源的系統(tǒng)和其中的電源為480V三相電源的系統(tǒng)中，對于具有多種導(dǎo)線型號和700、800、900和1000米的長度的冷端引線而言的功率消耗和線路電壓降。下表2示出了，在其中的電源為600V單相電源的系統(tǒng)和其中的電源為600V三相電源的系統(tǒng)中，對于具有多種導(dǎo)線型號和700、800、900和1000米的長度的冷端引線而言的功率消耗和線路電壓降。對于表1和表2所述的典型構(gòu)型而言，該冷端引線的導(dǎo)線被制成一定型號以便不超過15％的電壓降或10瓦/英尺的井，且導(dǎo)線溫度被設(shè)定在75℃的平均溫度下。
表1

表2
可根據(jù)系統(tǒng)需求將與本發(fā)明的披露內(nèi)容相一致的一個(gè)或多個(gè)冷端引線部分和加熱器電纜部分設(shè)置成多種構(gòu)型。圖2例如示出了與本發(fā)明相一致的地下電熱加熱系統(tǒng)的另一典型實(shí)施例10a。在如圖所示的實(shí)施例中，加熱器電纜部分12和冷端引線部分16具有處在地下環(huán)境2中的大體上垂直的取向。該冷端引線部分16延伸通過地下環(huán)境2的非目標(biāo)區(qū)域18以便將位于熱量目標(biāo)區(qū)域14中的加熱器電纜部分12電連接至電源20。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到與本發(fā)明相一致的系統(tǒng)不限于任何特定取向，而是可在地下環(huán)境12內(nèi)被實(shí)施為水平、垂直或其它取向或取向的組合。給定系統(tǒng)的取向可取決于系統(tǒng)的需求和/或要受到加熱的區(qū)域的取向。
與本發(fā)明相一致的系統(tǒng)還可被實(shí)施為分段構(gòu)型，例如圖3和圖4所示。圖3示出了分段的地下電熱加熱系統(tǒng)10b，所述系統(tǒng)包括多個(gè)加熱器電纜部分12和冷端引線部分16的布置。加熱器電纜部分12和冷端引線部分16基于地下環(huán)境2中的熱量目標(biāo)區(qū)域14和非目標(biāo)區(qū)域18的預(yù)定布置型式而被構(gòu)造、相互連接和定位。因此，加熱器電纜部分12和冷端引線部分16可有規(guī)劃地被設(shè)置以便將電熱能量集中于地下環(huán)境2中的多個(gè)所需區(qū)域處，同時(shí)調(diào)節(jié)熱量輸入并避免不必要的加熱。圖4示出了與本發(fā)明相一致的系統(tǒng)的另一典型實(shí)施例10c，其中加熱器電纜部分12和冷端引線部分16具有取決于相應(yīng)的熱量目標(biāo)區(qū)域14和非目標(biāo)區(qū)域18的尺寸的多種長度。盡管在典型實(shí)施例中示出了特定的布置型式、構(gòu)型和取向，但加熱器電纜部分和冷端引線部分可被布置成其它的布置型式、構(gòu)型和取向。
加熱器電纜部分12可包括任何類型的將電能轉(zhuǎn)換成熱量的加熱器電纜。這種加熱器電纜通常是所屬領(lǐng)域技術(shù)人員已公知的且可包括，但不限于，標(biāo)準(zhǔn)的三相恒瓦數(shù)電纜、礦物絕緣(MI)電纜和集膚效應(yīng)伴熱系統(tǒng)(STS)。
MI電纜的一個(gè)實(shí)例包括三(3)個(gè)等距間隔的鎳鉻合金的電力導(dǎo)線，所述導(dǎo)線在功率端處被連接至電壓源，且在端子端處進(jìn)行電聯(lián)接，從而形成恒定電流的加熱電纜。MI電纜還可包括由耐腐蝕性合金制成的外部護(hù)套，所述耐腐蝕性合金例如為可獲得的名稱為Inconel的那種合金。
在STS加熱系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例中，在鐵磁熱管的內(nèi)表面上產(chǎn)生了熱量，所述熱管被熱聯(lián)接至要受到加熱的結(jié)構(gòu)(例如被聯(lián)接至輸油管路)。進(jìn)行了電絕緣處理的耐溫導(dǎo)線被安裝在熱管內(nèi)部且在遠(yuǎn)端處被連接至該熱管。該熱管和導(dǎo)線以串聯(lián)的方式被連接至交流電壓源。熱管與導(dǎo)線之間的集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)使得電路電流的返回路徑被帶至該熱管的內(nèi)表面處。
在一個(gè)實(shí)施例中，冷端引線部分16可以是這樣的電纜，該電纜被構(gòu)造以便被電連接至加熱器電纜部分12并且將電能提供給加熱器電纜部分12，同時(shí)產(chǎn)生了比該加熱器電纜部分16更少的熱量。冷端引線部分16的設(shè)計(jì)可取決于加熱器電纜的類型以及使用加熱器電纜產(chǎn)生熱量的方式。當(dāng)加熱器電纜部分12包括導(dǎo)線或匯流線并利用電阻來產(chǎn)生熱量時(shí)，例如該冷端引線部分16可被構(gòu)造以便具有電阻更低(即剖面積更大)的導(dǎo)線或匯流線。該更低的電阻使得該冷端引線部分16可將電力傳導(dǎo)至該加熱管電纜部分12，同時(shí)使產(chǎn)生的熱量最小化或防止產(chǎn)生熱量。當(dāng)該加熱器電纜部分12是STS加熱系統(tǒng)時(shí)，該冷端引線部分16可由與熱管不同的材料制成且使得在該熱管與導(dǎo)線之間存在不同的附接方式以使產(chǎn)生的熱量最小化或防止產(chǎn)生熱量。
在EOR應(yīng)用中，與本發(fā)明的披露內(nèi)容相一致的地下電熱加熱系統(tǒng)可用來提供井下加熱或井底加熱。該系統(tǒng)可被緊固到含油結(jié)構(gòu)上以便對該結(jié)構(gòu)中的油進(jìn)行加熱，該含油結(jié)構(gòu)例如為生產(chǎn)管道或儲油結(jié)構(gòu)。在這些應(yīng)用場合中，至少一個(gè)冷端引線部分16可具有適當(dāng)?shù)拈L度以便穿過土壤到達(dá)要對油進(jìn)行加熱的位置處，例如到達(dá)生產(chǎn)管道上的所需位置處或到達(dá)儲油結(jié)構(gòu)的上表面。與本發(fā)明相一致的系統(tǒng)還可被構(gòu)造，或另一種可選方式是可被構(gòu)造，以便對結(jié)構(gòu)內(nèi)的油進(jìn)行間接加熱。例如，該系統(tǒng)可被構(gòu)造以便對注入的混相氣體或混相液體進(jìn)行加熱，該混相氣體或混相液體隨后用來對油進(jìn)行加熱以便促進(jìn)EOR。
圖5-圖7示出了與本發(fā)明相一致的井下地下電熱加熱系統(tǒng)30的一個(gè)實(shí)施例。該典型的井下地下電熱加熱系統(tǒng)30包括被緊固到生產(chǎn)管道34上的加熱器電纜部分32和將該加熱器電纜部分32連接至電源設(shè)備38的冷端引線部分36，所述電源設(shè)備例如為電源板和變壓器。電力連接器40將該冷端引線部分36電連接至加熱器電纜部分32且加熱器電纜部分32終止于末端端接件42處。
冷端引線部分36延伸通過井口35并順著該生產(chǎn)管道34的一部分向下延伸至沿生產(chǎn)管道34存在的需要進(jìn)行加熱的位置處。順著生產(chǎn)管道34向下延伸的冷端引線部分36的長度可取決于沿生產(chǎn)管道34存在的需要進(jìn)行加熱的位置以便促進(jìn)油的流動，且可由所屬領(lǐng)域技術(shù)人員來確定。順著生產(chǎn)管道34向下延伸的冷端引線部分36的長度還可取決于該冷端引線部分36所延伸通過的任何非目標(biāo)區(qū)域(例如凍土層區(qū)域)的深度。在一個(gè)實(shí)例中，該冷端引線部分36延伸達(dá)約700米且加熱器電纜部分32順著油井向下延伸的距離處在約700至1500米的范圍內(nèi)。盡管該典型實(shí)施例中示出了一個(gè)加熱器電纜部分32和一個(gè)冷端引線部分36，但本發(fā)明還預(yù)想了多個(gè)加熱器電纜部分32和冷端引線部分36的其它組合，從而例如沿生產(chǎn)管道34形成分段構(gòu)型。
加熱電纜部分32的一個(gè)實(shí)例是帶有含氟聚合物護(hù)套的鎧裝3相恒瓦數(shù)電纜，該電纜具有三根帶護(hù)套的導(dǎo)線，且該冷端引線部分36的一個(gè)實(shí)例是3絲的10平方毫米的鎧裝電纜。電力連接器40可包括具有含氟聚合物絕緣體的銑削鋼殼體以便提供機(jī)械保護(hù)以及電連接。還可通過將電力連接器40密封在中空的圓柱形鋼質(zhì)組件中而對該電力連接器進(jìn)行機(jī)械保護(hù)和熱保護(hù)，該密封是通過使用一系列扣環(huán)并通過用硅酮基化合物進(jìn)行灌封的方式來實(shí)現(xiàn)的。末端端接件42可包括熔融的含氟聚合物絕緣體以便提供機(jī)械保護(hù)并且使加熱器電纜部分32中的導(dǎo)線形成Y型電端接。
如圖6所示，可使用通道44，如剛性的鋼質(zhì)通道，和沿該通道44間隔設(shè)置的緊固帶(例如每隔4英尺設(shè)置一根緊固帶)46將加熱器電纜部分32緊固到生產(chǎn)管道34上。該通道44保護(hù)了加熱器電纜部分32免受磨損且不會被壓碎并且確保了從加熱電纜部分32向生產(chǎn)管道34中的流體進(jìn)行的熱傳遞是一致的。通道44的一個(gè)實(shí)例是16號鋼質(zhì)通道且緊固帶46的一個(gè)實(shí)例是寬1/2英寸的20號不銹鋼。
在使用過程中，隨著管道34被降低進(jìn)入井內(nèi)，該加熱器電纜部分32可從線軸上被退繞下來并被緊固到該生產(chǎn)管道34上。在使生產(chǎn)管道34的最后一部分降低進(jìn)入井內(nèi)之前，該加熱器電纜部分32可被切割并被拼接到冷端引線部分36上。冷端引線部分36可被供給通過井口并被連接至電源設(shè)備38。對于非加壓井口而言，該冷端引線部分36可通過電力連接器40被直接拼接到加熱器電纜部分32上。
對于加壓井口而言，可使用例如圖7所示的電力供通心軸組件(power feed through mandrel assembly)50穿透井口。如圖所示的典型的電力供通心軸組件50包括穿過加壓井口的心軸52。表面插塞連接器54被電聯(lián)接至電源且被連接至心軸52的上部連接器51。下部插塞連接器56被聯(lián)接至其中一種系統(tǒng)電纜53(即加熱器電纜部分或冷端引線部分)并且被連接至心軸52的下部連接器55。
同樣地，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將易于認(rèn)識到可在與本發(fā)明相一致的系統(tǒng)中用作加熱器電纜的多種電纜構(gòu)造。圖8-圖9示出了在非加壓井中使用的被安裝在外部的井下加熱器電纜部分32的一個(gè)典型實(shí)施例。該典型的加熱器電纜部分32提供了三相功率而產(chǎn)生了11至14瓦/英尺的功率消耗且可以如上所述的方式在通道內(nèi)被安裝在生產(chǎn)管道外部上。
圖10-圖11示出了在加壓井中使用的被安裝在外部的井下加熱器電纜部分的另一實(shí)施例32a。該典型的電纜部分32a提供了三相功率而產(chǎn)生了14至18瓦/英尺的功率消耗，且可以如上所述的方式在通道內(nèi)并通過供通心軸而被安裝在生產(chǎn)管道的外部上。
井下地下電熱加熱系統(tǒng)60的另一實(shí)施例包括在加壓或非加壓井中使用的被安裝在內(nèi)部的井下加熱器電纜部分62和冷端引線部分66，如圖12-圖14所示。該典型的被安裝在內(nèi)部的加熱器電纜部分62提供了三相功率且產(chǎn)生了8至10瓦/英尺的功率消耗。該被安裝在內(nèi)部的加熱器電纜部分62可具有小直徑(例如約1/4英寸)且可被設(shè)置成長度為約700米的無拼接的連續(xù)電纜。該被安裝在內(nèi)部的加熱器電纜部分62還可具有耐腐蝕鞘套，該耐腐蝕鞘套例如由Incoloy 825制成。該被安裝在內(nèi)部的加熱器電纜部分62可在不必拉動生產(chǎn)管道的情況下以相對簡便易行的方式被安裝。
圖15示出了地下電熱加熱系統(tǒng)70的另一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，STS加熱器電纜部分72被緊固到在地下環(huán)境中以大體上水平的方式延伸的儲存結(jié)構(gòu)或管道74上，該STS加熱器電纜部分上聯(lián)接有冷端引線部分76。盡管圖中示出了一個(gè)STS加熱器電纜部分72和一個(gè)冷端引線部分76，但本發(fā)明還預(yù)想了多個(gè)STS加熱器電纜部分72和冷端引線部分76的其它組合，從而例如沿該儲存結(jié)構(gòu)或管道74形成分段構(gòu)型。
如上面所述，本文所述的地下電熱加熱系統(tǒng)可用來就地產(chǎn)生蒸汽，從而例如促進(jìn)EOR。圖16大體上示出了可用來就地產(chǎn)生蒸汽的地下電熱加熱系統(tǒng)100的另一實(shí)施例。系統(tǒng)100通?？砂ū宦?lián)接至冷端引線電纜部分104的電源112，所述聯(lián)接例如是電聯(lián)接和/或機(jī)械聯(lián)接。該冷端引線電纜部分104可包括一個(gè)或多個(gè)電纜部段，該一個(gè)或多個(gè)電纜部段借助于一個(gè)或多個(gè)冷/冷電纜拼接件106而彼此相聯(lián)。該冷端引線電纜部分104可例如借助于一個(gè)或多個(gè)熱/冷電纜拼接件108被聯(lián)接至加熱器電纜部分110。該加熱器電纜部分110可產(chǎn)生比該冷端引線電纜部分的熱輸出更大的熱輸出。
如圖所示，在一個(gè)實(shí)施例中，該加熱器電纜部分110可被設(shè)置在產(chǎn)油管道102的外表面上或被設(shè)置在與所述外表面相鄰的位置處。在如圖所示的典型實(shí)施例中，該加熱器電纜部分100大體上沿生產(chǎn)管道的第一側(cè)延伸且隨后穿過該生產(chǎn)管道并沿該管道的第二側(cè)延伸。然而，應(yīng)該理解該加熱器電纜部分可相對于該生產(chǎn)管道被定位成任何構(gòu)型。例如，該加熱器電纜部分可僅沿該管道的第一側(cè)進(jìn)行延伸、可卷繞在該管道周圍、可在與該管道成一定角度的情況下在該管道的一個(gè)或多個(gè)側(cè)部上進(jìn)行延伸、等等。此外，可在與本發(fā)明的披露內(nèi)容相一致的系統(tǒng)中設(shè)置任何數(shù)量的冷端引線電纜部分和加熱器電纜部分。
加熱器電纜部分110的至少一部分可被熱聯(lián)接至處于近井筒區(qū)域中，即處于井筒和/或生產(chǎn)管道102周圍和/或與井筒和/或生產(chǎn)管道鄰近的區(qū)域中，的流體114。例如，該加熱器電纜部分110可被至少部分地設(shè)置在流體114中，或者被至少部分地設(shè)置在與該流體相鄰的位置處，以便將加熱器電纜的熱輸出施加到流體114上。如圖所示，加熱器電纜部分110的至少一部分可被浸沒在流體114中。
處于近井筒區(qū)域中的流體114可受到加熱器電纜部分110的加熱，例如受到加熱器電纜熱輸出的加熱，以便就地產(chǎn)生蒸汽。在一個(gè)實(shí)施例中，流體114可僅包括水或者可包括與其它流體、液體和/或固體相結(jié)合的水。該加熱器電纜部分110可對水進(jìn)行加熱從而使水氣化并在近井口區(qū)域中產(chǎn)生蒸汽116。在相關(guān)實(shí)施例中，該流體可包括氣態(tài)流體或除水以外的液體。流體114可與水進(jìn)行熱接觸，從而使得當(dāng)流體受到加熱器電纜部分110的加熱時(shí)，該流體114可對水進(jìn)行加熱以便就地產(chǎn)生蒸汽。
在一個(gè)典型實(shí)施例中，流體114通常可受到加熱器電纜熱輸出的加熱從而將溫度保持在介于約200°F至約250°F之間或者更高的范圍內(nèi)。前述范圍中的溫度通?？勺阋詫⑻幱诮矃^(qū)域附近的水轉(zhuǎn)換成氣體，即轉(zhuǎn)換成蒸汽。將水轉(zhuǎn)換成蒸汽所需的流體溫度可根據(jù)流體的組分、流體的深度且由此根據(jù)流體的環(huán)境壓力、流體與水之間的熱接觸程度等而產(chǎn)生變化。因此，應(yīng)該意識到可適當(dāng)?shù)厥褂酶哂诤?或低于前述溫度范圍的溫度。
根據(jù)一個(gè)方面，處于近井筒區(qū)域中的蒸汽可加速油的遷移，且因此使油加速地流入生產(chǎn)管道內(nèi)并通過該生產(chǎn)管道。處于近井筒區(qū)域中的蒸汽可將位于生產(chǎn)管道底部附近，或者位于近井筒區(qū)域中，的油118加熱至大于或等于200°F的溫度。在一個(gè)實(shí)施例中，蒸汽可將附近的處于生產(chǎn)管道中的油，例如處于生產(chǎn)管道入口處的油，加熱至大于或等于215°F的溫度。對油進(jìn)行的加熱降低了油的粘性，從而使得可有更多的來自地下環(huán)境、儲油結(jié)構(gòu)等的油流入生產(chǎn)管道102內(nèi)并流動通過該生產(chǎn)管道。
除了提高了處于近井筒區(qū)域中的油和/或處于井底附近或生產(chǎn)管道底部附近的油118的遷移率，且由此提高了產(chǎn)率以外，與本發(fā)明的披露內(nèi)容相一致的地下電熱加熱系統(tǒng)還可借助于就地產(chǎn)生蒸汽從而釋放水和/或氣體的方式而減少或消除在生產(chǎn)出的油中所包含的水和氣體。被轉(zhuǎn)化成蒸汽的水可從油中被釋放出來，且不會經(jīng)由生產(chǎn)管道102被提取出來。通過僅回收油或至少回收高含量的油的方式，使得可提高產(chǎn)油率，這例如是因?yàn)榻档土苏扯惹蚁驕p少了產(chǎn)生的水。
除了就地產(chǎn)生蒸汽，即加熱的水蒸汽，以外，可通過加熱器電纜部分110使存在于近井筒區(qū)域中的多種其它流體氣化，從而在該近井筒區(qū)域中提供受熱的氣體。該受熱的氣體可提高該近井筒區(qū)域中的油的遷移率且還可降低井內(nèi)的油的粘性。在某種程度上，油粘性的降低可提高近井筒區(qū)域中的油的遷移率且因此促進(jìn)該油的流入。此外，油粘性的降低可增加經(jīng)由生產(chǎn)管道從井中提取出的油。此外，被加熱且被轉(zhuǎn)換成氣體的任何液體可從油中被釋放出來。因此，從井中提取出來的油中包含的污染物和混雜材料的量會減少，由此提高了該井的產(chǎn)油率。
參見圖17和圖18，圖中示出了地下電熱加熱系統(tǒng)200的另一實(shí)施例。與前述實(shí)施例相似地，該系統(tǒng)200可大體上包括被聯(lián)接，即被電聯(lián)接和/或機(jī)械聯(lián)接，至冷端引線電纜部分204的電源212，所述冷端引線電纜部分可進(jìn)一步被聯(lián)接至加熱器電纜部分210。在如圖所示的實(shí)施例中，生產(chǎn)管道202、冷端引線電纜部分204和加熱器電纜部分210可被設(shè)置在井的套管201內(nèi)，且冷端引線電纜部分204和加熱器電纜部分210被設(shè)置在生產(chǎn)管道202的外部。電力電纜214可將電源212聯(lián)接至延伸通過井口203的上部電連接器205。電力穿透器207可從上部電連接器205延伸出來且可被聯(lián)接至冷端引線電纜部分204。與前面的描述相一致地，該電力穿透器207和上部電連接器205可使得冷端引線電纜部分204在外部被附接到電源212上。
此外，參見圖18，加熱器電纜部分210的至少一部分可通過通道211被緊固到生產(chǎn)管道202上。在如圖所示的實(shí)施例中，通道211可以是被設(shè)置在生產(chǎn)管道202和加熱器電纜部分210的至少一部分的周圍的大體上呈圓柱形的套筒，所述加熱器電纜部分可位于該生產(chǎn)管道202的外部上。通道211可保護(hù)加熱器電纜部分210免受磨損且不會被壓碎。通道211可以是任何適當(dāng)?shù)哪湍ズ?或耐擠壓的結(jié)構(gòu)，如板材鋼圓柱體。該加熱器電纜部分210可在通道211與生產(chǎn)管道202之間被設(shè)置在生產(chǎn)管道202的周部周圍，這例如是借助于使該加熱器電纜部分形成環(huán)而通過通道211的方式實(shí)現(xiàn)的，如圖所示。
因此，根據(jù)本發(fā)明的披露內(nèi)容的一個(gè)方面，提供了一種地下電熱加熱系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括被設(shè)置在與地下環(huán)境中的產(chǎn)油管道相鄰的位置處且位于所述產(chǎn)油管道外部的至少一個(gè)加熱器電纜部分，所述加熱器電纜部分被構(gòu)造以便提供加熱器電纜熱輸出，從而使與所述產(chǎn)油管道相鄰的流體氣化；和至少一個(gè)冷端引線部分，所述至少一個(gè)冷端引線部分被電聯(lián)接至所述加熱器電纜部分并延伸通過所述地下環(huán)境的至少一個(gè)非目標(biāo)區(qū)域從而將電能輸送至所述加熱器電纜部分，所述冷端引線部分被構(gòu)造以便產(chǎn)生小于所述加熱器電纜熱輸出的冷端引線熱輸出。
根據(jù)本發(fā)明的披露內(nèi)容的另一方面，提供了一種地下電熱加熱系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括被設(shè)置在與地下環(huán)境中的包含流體的結(jié)構(gòu)相鄰的位置處且位于所述包含流體的結(jié)構(gòu)外部的至少一個(gè)加熱器電纜部分，所述加熱器電纜部分被構(gòu)造以便提供加熱器電纜熱輸出，從而將所述包含流體的結(jié)構(gòu)內(nèi)的流體加熱至大于或等于215°F的溫度；和至少一個(gè)冷端引線部分，所述至少一個(gè)冷端引線部分被電聯(lián)接至所述加熱器電纜部分并延伸通過所述地下環(huán)境的至少一個(gè)非目標(biāo)區(qū)域從而將電能輸送至所述加熱器電纜部分，所述冷端引線部分被構(gòu)造以便產(chǎn)生小于所述加熱器電纜熱輸出的冷端引線熱輸出。
根據(jù)本發(fā)明的披露內(nèi)容的又一方面，提供了一種提高由產(chǎn)油管道生產(chǎn)的油產(chǎn)量的方法，所述方法包括使至少一個(gè)冷端引線電纜部分與至少一個(gè)加熱器電纜部分實(shí)現(xiàn)電聯(lián)接，所述冷端引線部分被構(gòu)造以便產(chǎn)生比所述加熱器電纜熱輸出更小的冷端引線熱輸出；將所述冷端引線電纜部分和所述加熱器電纜部分定位在所述產(chǎn)油管道外部；并且通過所述冷端引線電纜部分將電能輸送至所述加熱器電纜部分以使與所述產(chǎn)油管道相鄰的流體氣化且由此對所述產(chǎn)油管道中的油進(jìn)行加熱。
盡管本文已經(jīng)對本發(fā)明的原理進(jìn)行了描述，但應(yīng)該理解該描述僅是示例性的且并未限制本發(fā)明的范圍。除了如圖所示和文中所述的典型實(shí)施例以外，在本發(fā)明的披露內(nèi)容的范圍內(nèi)還預(yù)想了其它實(shí)施例。此外，本文所述的任何實(shí)施例的特征和方面可與本文所述的任何其它實(shí)施例的特征和方面相結(jié)合。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員做出的變型和替代被認(rèn)為處在本發(fā)明的披露內(nèi)容的范圍內(nèi)，該范圍僅受到以下權(quán)利要求書的限制。
權(quán)利要求
1、一種地下電熱加熱系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括
被設(shè)置在與地下環(huán)境中的產(chǎn)油管道相鄰的位置處且位于所述產(chǎn)油管道外部的至少一個(gè)加熱器電纜部分，所述加熱器電纜部分被構(gòu)造以便提供加熱器電纜熱輸出，從而使與所述產(chǎn)油管道相鄰的流體氣化；和
至少一個(gè)冷端引線部分，所述至少一個(gè)冷端引線部分被電聯(lián)接至所述加熱器電纜部分并延伸通過所述地下環(huán)境的至少一個(gè)非目標(biāo)區(qū)域從而將電能輸送至所述加熱器電纜部分，所述冷端引線部分被構(gòu)造以便產(chǎn)生小于所述加熱器電纜熱輸出的冷端引線熱輸出。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述加熱器電纜部分被定位以便施加所述加熱器電纜熱輸出從而使所述流體氣化且由此將所述產(chǎn)油管道內(nèi)的油加熱至大于或等于200°F的溫度。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述流體包括水且其中所述加熱器電纜部分被定位以便施加所述加熱器電纜熱輸出從而使所述水氣化且由此對所述產(chǎn)油管道內(nèi)的油進(jìn)行加熱。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述加熱器電纜部分被至少部分地設(shè)置在所述流體中。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述加熱器電纜部分通過大體上呈圓柱形的套筒被聯(lián)接至所述產(chǎn)油管道，所述大體上呈圓柱形的套筒被設(shè)置在所述產(chǎn)油管道的至少一部分的周圍。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)所述冷端引線部分具有大于或等于700米的長度。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)冷端引線部分被構(gòu)造以使其消耗的功率小于或等于所述至少一個(gè)加熱器電纜部分所消耗功率的10％。
8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)冷端引線部分被構(gòu)造以使得所述冷端引線部分上的電壓降小于或等于所述至少一個(gè)冷端引線部分和所述至少一個(gè)加熱器電纜部分上的總電壓降的15％。
9、一種地下電熱加熱系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括
被設(shè)置在與地下環(huán)境中的包含流體的結(jié)構(gòu)相鄰的位置處且位于所述包含流體的結(jié)構(gòu)外部的至少一個(gè)加熱器電纜部分，所述加熱器電纜部分被構(gòu)造以便提供加熱器電纜熱輸出，從而將所述包含流體的結(jié)構(gòu)內(nèi)的流體加熱至大于或等于215°F的溫度；和
至少一個(gè)冷端引線部分，所述至少一個(gè)冷端引線部分被電聯(lián)接至所述加熱器電纜部分并延伸通過所述地下環(huán)境的至少一個(gè)非目標(biāo)區(qū)域從而將電能輸送至所述加熱器電纜部分，所述冷端引線部分被構(gòu)造以便產(chǎn)生小于所述加熱器電纜熱輸出的冷端引線熱輸出。
10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述包含流體的結(jié)構(gòu)包括產(chǎn)油管道，且其中所述包含流體的結(jié)構(gòu)內(nèi)的所述流體包括油。
11、根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述加熱器電纜部分被定位以便施加所述加熱器電纜熱輸出從而使與所述包含流體的結(jié)構(gòu)相鄰的第二流體氣化。
12、根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述加熱器電纜部分被至少部分地設(shè)置在所述第二流體中。
13、根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述加熱器電纜部分通過大體上呈圓柱形的套筒被聯(lián)接至所述產(chǎn)油管道，所述大體上呈圓柱形的套筒被設(shè)置在所述產(chǎn)油管道的至少一部分的周圍。
14、根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)所述冷端引線部分具有大于或等于700米的長度。
15、根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)冷端引線部分被構(gòu)造以使其消耗的功率小于或等于所述至少一個(gè)加熱器電纜部分所消耗功率的10％。
16、根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)冷端引線部分被構(gòu)造以使得所述冷端引線部分上的電壓降小于或等于所述至少一個(gè)冷端引線部分和所述至少一個(gè)加熱器電纜部分上的總電壓降的15％。
17、一種提高由產(chǎn)油管道生產(chǎn)的油產(chǎn)量的方法，所述方法包括
使至少一個(gè)冷端引線電纜部分與至少一個(gè)加熱器電纜部分實(shí)現(xiàn)電聯(lián)接，所述冷端引線部分被構(gòu)造以便產(chǎn)生比所述加熱器電纜熱輸出更小的冷端引線熱輸出；
將所述冷端引線電纜部分和所述加熱器電纜部分定位在所述產(chǎn)油管道外部；并且
通過所述冷端引線電纜部分將電能輸送至所述加熱器電纜部分以使與所述產(chǎn)油管道相鄰的流體氣化且由此對所述產(chǎn)油管道中的油進(jìn)行加熱。
18、根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述輸送電能的步驟包括通過所述冷端引線電纜部分將電能輸送至所述加熱器電纜部分以使與所述產(chǎn)油管道相鄰的所述流體氣化且由此將所述產(chǎn)油管道中的油加熱至大于或等于200°F的溫度。
19、根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述至少一個(gè)冷端引線部分被構(gòu)造以使其消耗的功率小于或等于所述至少一個(gè)加熱器電纜部分所消耗功率的10％。
20、根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述至少一個(gè)冷端引線部分被構(gòu)造以使得所述冷端引線部分上的電壓降小于或等于所述至少一個(gè)冷端引線部分和所述至少一個(gè)加熱器電纜部分上的總電壓降的15％。
全文摘要
一種地下電熱加熱系統(tǒng)包括延伸通過地下環(huán)境中的一個(gè)或多個(gè)熱量目標(biāo)區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)加熱器電纜部分和被聯(lián)接至所述一個(gè)或多個(gè)加熱器電纜部分并延伸通過所述地下環(huán)境中的一個(gè)或多個(gè)非目標(biāo)區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)冷端引線部分。冷端引線部分將電功率輸送至加熱器電纜部分，但產(chǎn)生了比所述加熱器電纜部分更少的熱量。所述一個(gè)或多個(gè)加熱器電纜部分被布置以便將熱輸入輸送至所述地下環(huán)境中的一個(gè)或多個(gè)局部區(qū)域處從而使液體如水產(chǎn)生氣化。
文檔編號E21B43/24GK101605965SQ200880002030
公開日2009年12月16日 申請日期2008年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月12日
發(fā)明者E·E·D·圣雷米, D·帕曼 申請人:泰科熱控制有限公司