使用井液電解進(jìn)行人工舉升的方法和裝置制造方法
【專利摘要】一種人工舉升裝置使用導(dǎo)電性水溶液引起存在于水平井筒系統(tǒng)中的井筒流體的人工氣舉。人工舉升裝置包括離子交換膜、具有被離子交換膜隔開的陽極和陰極的電極對、能夠檢測溶液的存在的傳感器以及能夠選擇性地允許電極對接收電力的功率繼電器。人工舉升裝置能夠由氫析出氣體形成氫析出氣體氣泡。一種使用人工舉升裝置提供人工氣舉的方法包括形成具有井導(dǎo)向部的水平井筒系統(tǒng)、將人工舉升裝置引入到井筒系統(tǒng)中、將電力引入到電極對以及操作裝置以將氫析出氣體氣泡引入到水平井筒系統(tǒng)中。
【專利說明】使用井液電解進(jìn)行人工舉升的方法和裝置
[0001]發(fā)明人:穆罕默德.納比爾.努依-梅希蒂【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明的領(lǐng)域涉及向生產(chǎn)烴類流體的井提供人工舉升。更具體地，本發(fā)明的領(lǐng)域涉及使用電化學(xué)氣舉裝置和方法提供人工舉升。
【背景技術(shù)】
[0003]在烴類流體生產(chǎn)周期開始時(shí)，在沒有額外生產(chǎn)輔助的情況下，圈閉在含烴地層中的流體壓力能夠通過預(yù)形成的井筒將烴類流體驅(qū)動到地面。井筒中存在的流體壓頭的壓力與含烴地層中的烴類流體的壓力之間的壓力差足以在未來一段時(shí)間內(nèi)(可能是幾年)從井筒穩(wěn)定和可預(yù)期地生產(chǎn)出烴類流體。
[0004]最終，含烴地層中的壓力減小并且烴類流體的產(chǎn)量下降。在某一時(shí)間點(diǎn)，含烴地層中存在的壓力不再足以以所需的烴類流體流量生產(chǎn)烴類流體。
[0005]人工舉升技術(shù)能夠有助于以所需的流量生產(chǎn)烴類流體。電潛泵(ESP)通過增大烴類液體的井下壓力將烴類液體推動到地面。地面泵降低液體壓頭的壓力并且將烴類液體拉升到地面。液壓注射系統(tǒng)可以將流體引入到井中，以通過給井下泵提供動力將烴類液體驅(qū)動到地面。液壓注射系統(tǒng)可以將化學(xué)物質(zhì)引入到井筒中來降低井下烴的粘度，從而使它們更容易地泵送到井上。氣舉系統(tǒng)將壓縮氣體注入到井的底部，以通過降低井上流體的密度幫助減小烴類流體壓頭的壓力。
[0006]現(xiàn)有的氣舉系統(tǒng)具有大的缺陷。第一，它們需要恒定的大的壓縮氣體源注入到井中，以提供有效量的井下流體舉升。由于地面與井底部之間存在壓力差，因此需要大量的地面氣體來克服壓力以實(shí)現(xiàn)所需量的底部氣舉。具有連接至可靠氣體生產(chǎn)源的管線的固定氣體注射系統(tǒng)或具有處于遠(yuǎn)程位置的存儲設(shè)施的現(xiàn)場系統(tǒng)的建設(shè)成本特別高并且可操作性不可靠。第二，壓縮氣體(被加壓以克服井下排出點(diǎn)處的流體壓頭壓力)是冷的，并且可能遠(yuǎn)低于水的凍結(jié)溫度。原始的烴類流體含有在接觸低溫表面時(shí)能夠凍結(jié)并且形成復(fù)雜的烴水合物的地層水和烴類氣體。往往會緊靠低溫表面累積包合物并且阻塞流體流動通道。分離凍結(jié)的井筒所需的關(guān)井時(shí)間和干預(yù)使成本高昂。最后，注入氣體的選擇也比較成問題。使用空氣會引入大量的氧氣和一些二氧化碳，地面氣體處理系統(tǒng)必須除去產(chǎn)生的相關(guān)氣體。這些復(fù)合物還能夠在井筒環(huán)境中形成以不期望的方式與含烴地層和非含烴地層相互作用的反應(yīng)性物質(zhì)。預(yù)精制和現(xiàn)場分離的大氣氣體處理的成本高，并且在使用之前需要專門的運(yùn)輸、存儲和預(yù)加熱設(shè)施。
[0007]電解是使電流通過電解質(zhì)并且使解離的帶電離子遷移到帶相反電荷的電極的過程。導(dǎo)電性水溶液的電解可從含有溶解的金屬鹵化物的溶液產(chǎn)生作為反應(yīng)產(chǎn)物的氫氣和鹵素氣體(即，氯、氟、溴、碘)二者，金屬齒化物包括鹽和礦物質(zhì)，例如，氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂、硫酸鈣、硫酸鈉、溴化鎂、溴化鈉和氯化鉀。如反應(yīng)式I所示，含鈉的金屬鹵化物的水溶液的電解可產(chǎn)生鹵素氣體和氫氣:[0008]2NaX (aq.) +2H20 (I) >X2 (g) +2Na0H (aq.) +H2 (g)(反應(yīng)式 I)，
[0009] 其中，X為鹵素。在陽極處形成鹵素氣體(“陽極析出氣體”)，以及在陰極處形成氫氣(“陰極析出氣體”)。另外，如反應(yīng)式2所示，在陽極處可以解離少量的氫氧離子，并且提供少量的副產(chǎn)物氧氣:
[0010]40H- (aq.)--->2H20 ⑴ +O2 (g)(反應(yīng)式 2)。
[0011]如果氫氣和鹵素氣體在任何時(shí)候重新結(jié)合，這兩種氣體可以如反應(yīng)式3所示形成氫-鹵素氣體，如果在水溶液環(huán)境下，則可以如反應(yīng)式4所示形成酸性溶液:
[0012]H2 (g) +X2 (g)--->2HX(g)(反應(yīng)式 3),以及
[0013]HX (g) +H2O ⑴--->HX (aq.) +H2O (反應(yīng)式 4)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]一種人工舉升裝置用于引起存在于水平井筒系統(tǒng)中的井筒流體的人工氣舉。人工舉升裝置使用存在于水平井筒中的導(dǎo)電性水溶液。人工舉升裝置包括離子交換膜和具有陽極和陰極的電極對。離子交換膜將陽極和陰極隔開。電極對能夠使用電力引起導(dǎo)電性水溶液中的電解，從而形成鹵素析出氣體和氫析出氣體。人工舉升裝置包括能夠檢測導(dǎo)電性水溶液在水平井筒系統(tǒng)中的存在與否的傳感器。傳感器響應(yīng)于檢測到的溶液發(fā)送相關(guān)的信號。人工舉升裝置包括能夠選擇性地允許所述電極對接收電力的功率繼電器。人工舉升裝置能夠接收來自電源的電力，以由氫析出氣體形成氫析出氣體的氣泡，并且將氫析出氣體的氣泡引入到外部流體中。人工舉升裝置的實(shí)施例能夠由鹵素析出氣體形成鹵素析出氣體的氣泡,并且將鹵素析出氣體的氣泡引入到所述外部流體中。
[0015]一種用于使用人工舉升裝置向水平井筒系統(tǒng)中的井筒流體提供人工氣舉的方法包括形成水平井筒系統(tǒng)的步驟。水平井筒系統(tǒng)具有豎直部分、水平管路和井導(dǎo)向部。井導(dǎo)向部定位在比水平管路更深的豎直深度處。井導(dǎo)向部能夠包含導(dǎo)電性水溶液。所述方法包括將具有電極對的人工舉升裝置引入到水平井筒系統(tǒng)中的步驟，使得電極對浸沒在井導(dǎo)向部所含有的導(dǎo)電性水溶液中。所述方法包括將電力引入到電極對的步驟。將電力引入到浸沒在導(dǎo)電性水溶液中的電極對產(chǎn)生氫析出氣體和鹵素析出氣體。所述方法包括操作人工舉升裝置的步驟，以將氫析出氣體的氣泡引入到水平井筒系統(tǒng)中。氫析出氣體的氣泡向包含在水平井筒系統(tǒng)中的井筒流體提供人工氣舉。所述方法的實(shí)施例包括操作人工舉升裝置，使得人工舉升裝置將鹵素析出氣體的氣泡引入到水平井筒系統(tǒng)中。
[0016]人工舉升裝置將析出氣體的氣泡引入到井筒流體中。析出氣體的氣泡向含有來自含烴地層的烴類流體的井筒流體提供人工舉升。在井下生成并且引入到烴類流體中的氣泡通過膨脹提供人工舉升，從而降低井上的流體密度，并由此降低流體柱壓頭的壓力。由于地面與井下之間存在壓力差，因此與在地面進(jìn)行壓縮、注入并且泵送到底部來實(shí)現(xiàn)人工舉升所需的氣體體積相比，為實(shí)現(xiàn)相同的人工舉升而在井下生成的所需析出氣體的體積非常小。
[0017]人工舉升過程本質(zhì)上是機(jī)械性的。井下生成的析出氣體具有比含烴地層所產(chǎn)生的流體更大的浮力。井下形成的氣泡通過井筒中的流體向上朝地面移動。當(dāng)氣泡向上移動時(shí)，氣泡上的流體靜壓力降低。當(dāng)流體壓力降低時(shí)，氣泡的體積增大。膨脹的氣泡推壓井筒流體。另外，當(dāng)流體/氣體組合物接近地面時(shí)，氣泡占據(jù)井筒流體/氣泡的給定體積的較大百分比。當(dāng)井筒流體接近地面時(shí)，井筒流體的密度變小。流體密度依次下降引起壓頭的總靜壓力的降低，從而允許更大的流體流動并且提高含烴地層的烴產(chǎn)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]參考優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述、所附權(quán)利要求書和附圖能夠更清楚地理解本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，其中:
[0019]圖1示出用在水平井筒系統(tǒng)中的人工舉升裝置的實(shí)施例；以及
[0020]圖2示出用在水平井筒系統(tǒng)中的人工舉升裝置的另一實(shí)施例。
[0021]在附圖中，類似的部件或特征或這二者可以具有相同或類似的附圖標(biāo)記。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本說明書包括
【發(fā)明內(nèi)容】
、【專利附圖】

【附圖說明】以及【具體實(shí)施方式】，并且隨附的權(quán)利要求書涉及本發(fā)明的特定特征(包括工藝或方法步驟)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明包括說明書中所述的具體特征的所有可能的組合和使用。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不限于說明書給出的對實(shí)施方案的描述，或者本發(fā)明并不由說明書給出的對實(shí)施方案的描述限定。本發(fā)明的主題并不受限而僅由說明書和所附權(quán)利要求書的精神限定。
[0023]本領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)理解的是，用于描述【具體實(shí)施方式】的術(shù)語并不限制本發(fā)明的范圍或廣度。在對說明書和隨附的權(quán)利要求書的解釋中，所有術(shù)語應(yīng)當(dāng)以與各術(shù)語的上下文一致的最寬泛的可能方式來解釋。在說明書和隨附的權(quán)利要求書中，除非另有指明，所使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常所理解的含義相同的含義。
[0024]如說明書和隨附權(quán)利要求書所用的那樣，單數(shù)形式的“一個”、“一種”和“所述”包括復(fù)數(shù)形式的所指對象，除非上下文另外清楚地指明其他情況。動詞“包括”及其變化形式應(yīng)當(dāng)被解釋為以非排外的方式提及元素、組分或步驟。提到的元素、組分或步驟可以與未明確提到的其它元素、組分或步驟共存、使用或組合。動詞“結(jié)合”及其變化形式是指實(shí)現(xiàn)任何形式的所需結(jié)合，包括電學(xué)地、機(jī)械地或流體地結(jié)合，從而由兩個或更多個之前未結(jié)合的物體形成單個物體。如果第一裝置與第二裝置結(jié)合，那么連接是通過直接連接或通過常規(guī)連接件實(shí)現(xiàn)的?！翱蛇x地”及其各種形式表示隨后描述的事件或情況可能會或可能不會發(fā)生。這樣的描述包括所述事件或情形發(fā)生的情況和所述事件或情形不發(fā)生的情況?！安僮鳌奔捌涓鞣N形式表示適合于其正確的功能和用途。
[0025]空間術(shù)語描述的是對象或?qū)ο蠼M相對于另一對象或?qū)ο蠼M的相對位置?？臻g關(guān)系是沿縱軸和橫軸使用的。方位和相關(guān)詞語(包括“井上”和“井下”;“上桿柱”和“下桿柱”；“上方”和“下方”；“上”和“下”等其它類似術(shù)語)是為了便于描述，而不受限制，除非另有指明。
[0026]當(dāng)說明書或隨附的權(quán)利要求書中給出數(shù)值范圍時(shí)，那么應(yīng)當(dāng)理解的是該區(qū)間包括介于上限和下限之間的各居中值以及所述上限和所述下限。在進(jìn)行所提供的任何具體排除之后，本發(fā)明包括并界定該區(qū)間的較小范圍。
[0027]當(dāng)說明書和隨附的權(quán)利要求書提到一種方法包括兩個或更多所限定的步驟時(shí)，所限定的步驟可以按任意順序進(jìn)行或同時(shí)進(jìn)行，除非上下文排除了這種可能性。[0028]“下鉆”描述了將鉆桿柱或多段鉆桿柱移動到井筒中和移出井筒的行為?！跋氯搿敝傅氖菍@桿柱引入到井筒中?！捌鸪觥敝傅氖菍@桿柱從井筒中移除。“來回下鉆”指的是鉆桿柱從井筒中移除，然后間隔一小段時(shí)間后再次將鉆桿柱引入到井筒中。當(dāng)鉆桿柱來回下鉆時(shí)，可以通過工具或?qū)Ｓ迷O(shè)備的加減對鉆桿柱進(jìn)行改動。
[0029]井筒的“傾斜角”是從地面向下穿過井筒的視角來看的偏離真垂線的角度的度量。向下的0°角是“真垂線”。偏離真垂線90°角是“真水平”?！八焦苈贰?、“腿部”或“段”是井筒偏離真垂線的傾斜角等于或大于65° (包括高于真水平且偏離真垂線達(dá)115°的值)的井筒部分?！八骄笔侨缦碌木?對于井筒長度的一部分，井筒具有水平管路。水平井的井筒其它部分具有小于65°的角度，包括通過地面入口點(diǎn)將井筒與地面相連的豎直管路。
[0030]“井筒過渡區(qū)域”是傾斜角在井筒長度的短距離上快速變化(例如井筒從豎直管路變?yōu)樗焦苈?的井筒部分。
[0031]圖1
[0032]圖1示出用在水平井筒系統(tǒng)中的人工舉升裝置的實(shí)施例。圖1及其描述有助于更好地理解人工舉升裝置及其使用方法。圖1絲毫不限制或限定本發(fā)明的范圍。圖1是出于便于描述目的的簡單視圖。
[0033]井筒系統(tǒng)100穿過含烴地層102和非含烴地層104 二者。水平井筒系統(tǒng)106形成了地面(未示出)與含烴地層102之間的流體通道。水平井筒系統(tǒng)106具有幾個部分，包括豎直部分108、井導(dǎo)向部(wellbootUlO、井跟部112、水平腿部114和井趾部116。井導(dǎo)向部110是豎直部分108的延伸部或延續(xù)部。井導(dǎo)向部深度118為井跟部112和井導(dǎo)向部底部120之間的豎直距離。在井導(dǎo)向部底部120處存在有碎石122。井導(dǎo)向部110中的大部分穿過非含烴地層104 ;但是井導(dǎo)向部110中的一小部分位于含烴地層102中。
[0034]井筒流體124充滿了水平井筒系統(tǒng)106中的大部分。在水平腿部114的一部分和井導(dǎo)向部Iio中存在有不能與烴類流體混合的地層水126。在地層水126與井筒流體124接觸的地方存在有油-水界面128。來自含烴地層102的井筒流體124順著水平腿部114沿從井趾部116朝井跟部112的方向(箭頭130)流動、向上流動到井導(dǎo)向部110上方的豎直部分108中并且朝地面流動。
[0035]圖1示出了人工舉升裝置140在井導(dǎo)向部110的非含烴部分104中的位置。人工舉升裝置140包括外部主體142和電極144(其示出在內(nèi)部)。井導(dǎo)向部110中的地層水126完全浸沒人工舉升裝置140，包括電極144在內(nèi)。電源管道146與人工舉升裝置140相連，并且能夠?qū)㈦娏牡孛嫣幍耐獠侩娫?未示出)輸送至人工舉升裝置140。電源管道146還將人工舉升裝置130懸掛在井導(dǎo)向部110中，并且能夠?qū)⑷斯づe升裝置140引入到水平井筒系統(tǒng)106中以及從水平井筒系統(tǒng)106抽出人工舉升裝置140。人工舉升裝置140還包括能夠檢測導(dǎo)電性水溶液的水傳感器148。水位傳感器148位于電極144的豎直上方的位置。
[0036]圖1示出了人工舉升裝置140向位于豎直部分108中的井筒流體124提供人工氣舉。人工舉升裝置140所產(chǎn)生的析出氣體氣泡150沿著大致豎直向上的方向(箭頭152)行進(jìn)穿過地層水126、經(jīng)過油-水界面128、以及進(jìn)入到豎直部分108的井筒流體124中。析出氣體氣泡150融入到井筒流體流中(箭頭130)并且在這二者朝地面向井上前進(jìn)時(shí)提供
人工舉升。[0037]圖 2
[0038]圖2示出用在水平井筒系統(tǒng)中的人工舉升裝置的另一實(shí)施例。圖2及其描述有助于更好地理解人工舉升裝置及其使用方法。圖2絲毫不限制或限定本發(fā)明的范圍。圖2是出于便于描述目的的簡單視圖。
[0039]在圖2中，井導(dǎo)向部210穿過含烴部分202和非含烴部分204。井導(dǎo)向部210含有包括烴的井筒流體224和地層水226。油-水界面228將這兩種流體分開。
[0040]電源管道246將人工舉升 裝置240懸掛為使得人工舉升裝置240的上部存在于井筒流體224中，而下部存在于井導(dǎo)向部210的地層水226中。人工舉升裝置240含有與電源管道246相連的兩個分離的電極對244(其示出在內(nèi)部)。每個電極對244均具有陽極260和陰極262。圖2示出了具有離子交換膜264(其示出在內(nèi)部)的人工舉升裝置240，離子交換膜264定位為將每個陽極260與每個陰極262分開。
[0041]人工舉升裝置240包括具有泡罩272的雙支起泡裝置270。分離器274 (其示出在內(nèi)部)將雙支起泡裝置270劃分成陽極使用側(cè)276和陰極使用側(cè)278。陽極氣體管道284將雙支起泡裝置270的陽極使用側(cè)276與每個陽極260相連。陽極氣體管道284能夠?qū)碜悦總€陽極260的陽極析出氣體輸送到雙支起泡裝置270。陰極氣體管道286將雙支起泡裝置270的陰極使用側(cè)278與每個陰極262相連。陰極氣體管道286能夠?qū)碜悦總€陰極260的能漂浮的陰極析出氣體產(chǎn)物輸送到雙支起泡裝置270。雙支起泡裝置270使用泡罩272分別但同時(shí)地將鹵素析出氣體氣泡280和氫析出氣體氣泡282 二者直接散布在井筒流體224中。
[0042]人工舉升裝置240包括上水位傳感器290和下水位傳感器292。傳感器290、292彼此處于相對豎直關(guān)系。圖2示出了跨過油-水界面228的人工舉升裝置240。雙支起泡裝置270位于與井筒流體224流體接觸的油-水界面228的井上位置。兩個電極對244均位于油-水界面228的井下位置并且與地層水226流體接觸。井筒流體224浸沒上水位傳感器290，而地層水226與下水位傳感器292接觸。油-水界面228的位置在傳感器290與292之間。
[0043]人工舉升裝置
[0044]人工舉升裝置能夠引起導(dǎo)電性水溶液(包括地層水)的電解，以向含有烴類流體的井筒流體提供人工氣舉。導(dǎo)電性水溶液的電解產(chǎn)生用于引入到井筒中的至少一種類型的析出氣體氣泡。析出氣體由反應(yīng)式1、2的還原-氧化(“氧化還原”)反應(yīng)形成。
[0045]使用電解池使導(dǎo)電性水溶液中溶解的鹽和礦物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)。電解池包括與電源相連的電極對。電源引入足以在電解質(zhì)中產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)的電壓差。電極對之間的間隔為:在引起導(dǎo)電性水溶液的電解之前，電流不會從一個電極傳到另一個電極。
[0046]析出氣體往往聚集在相關(guān)電極的周圍并且形成析出氣體氣泡。升力和表面張力最終導(dǎo)致氣泡分離并且朝地面移動。析出氣體氣泡穿過水平井筒系統(tǒng)中的所有液體向上移動。
[0047]電極對
[0048]人工舉升裝置包括電極對。電極對具有陽極和陰極。電極與位于人工舉升裝置內(nèi)部或外部的電源相連并且接收來自電源的電力。當(dāng)每個電極對接收到足夠的電力時(shí)，它們能夠引起與電極流體連通的導(dǎo)電性水溶液中的電解并且從導(dǎo)電性水溶液中產(chǎn)生氣體。人工舉升裝置的實(shí)施例具有多個電極對，包括電極陣列。
[0049]電極對的位置可以位于人工舉升裝置上或人工舉升裝置內(nèi)的任何位置。人工舉升裝置的實(shí)施例包括將電極對容納在內(nèi)部的構(gòu)造。將電極對容納在內(nèi)部能夠直接保護(hù)電極對免于遭受井筒的惡劣的物理和化學(xué)環(huán)境。在引入和傳送穿過井筒的過程中，將電極對容納在內(nèi)部還能夠保護(hù)電極免于與烴進(jìn)行流體接觸。
[0050]電極可以采用本領(lǐng)域通常已知的形狀和構(gòu)造，包括棒、桿、片材和膜。形狀和組成能夠?qū)Υ箅娏髅芏?> lA/cm2)提供支持。復(fù)雜的三維幾何形狀能夠增大電流接觸表面面積。大電流密度的形式的實(shí)例包括細(xì)桿組或螺旋件組；網(wǎng)格；微纖維束和織線束；與網(wǎng)狀玻璃碳(RVC)同類的開孔結(jié)構(gòu)；單壁和多壁的管和柱狀物(包括與碳納米管一起采用的管和柱狀物)的陣列；流體連通容器內(nèi)部的球狀體；以及大表面面積的多孔微粒、顆粒和粉末(包括石墨化的介孔碳(GMC))。
[0051 ] 多種已知的組成可作為電極組成的材料，包括金屬、金屬氧化物、碳、導(dǎo)電聚合物、半導(dǎo)體和陶瓷。實(shí)例金屬包括鈦、鐵、銅、鉬(具有銥或銣以增加強(qiáng)度)、鎳、鋅、錫和不銹鋼。金屬電極可以加入混合金屬氧化物(MMO)，以提高選擇性和使用壽命。碳基電極的實(shí)例包括顆粒碳、經(jīng)預(yù)處理的天然存在的石墨和人造的石墨(例如，焦化的石油焦、石油或煤焦油浙青)。電極對的實(shí)施例的構(gòu)造材料能夠支撐大電流密度(> IA/cm2)而不顯著劣化。
[0052]雖然不希望被理論所束縛，但應(yīng)注意的是，電解的過程能夠產(chǎn)生電極周圍的對流性流體流動。借浮力向上移動的析出氣體氣泡從電極上分離并且遠(yuǎn)離電極移動，從而產(chǎn)生使導(dǎo)電性水溶液朝電極的表面移動的拉力。析出氣體的產(chǎn)生引起在吸入新鮮導(dǎo)電性水溶液的電極表面附近產(chǎn)生流動。貧化的導(dǎo)電性水溶液(與新鮮的導(dǎo)電性水溶液相比具有較少的鹽和溶解的礦物質(zhì))在析出氣體氣泡的運(yùn)動下流走并且擴(kuò)散到新鮮的導(dǎo)電性水溶液中。人工舉升裝置的實(shí)施例包括流體驅(qū)動器(包括葉輪)，該流體驅(qū)動器將新鮮的導(dǎo)電性水溶液提供到電極表面并且使析出氣體氣泡脫離電極表面。
[0053]離子交換膜
[0054]人工舉升裝置包括離子交換膜。離子交換膜的位置在每個電極對的陽極與陰極之間。離子交換膜能夠只允許離子通過膜并且在電極對之間進(jìn)行傳遞。離子交換膜防止包括水、溶解的鹽和礦物質(zhì)在內(nèi)的非離子擴(kuò)散通過膜。防止自由的流體流動不允許在人工舉升裝置中經(jīng)由反應(yīng)式3、4形成酸性水溶液。
[0055]人工舉升裝置的實(shí)施例包括定位在電極對之間的陽離子交換膜。陽離子交換膜是一種這樣的離子交換膜:其僅允許在陽極與陰極之間進(jìn)行陽離子的單向離子交流。陰離子不能通過陽離子交換膜。陽離子交換膜的實(shí)例包括NAFION全氟材料(E.1 du Pont deNemours and C0.;Wilmington, DE(特拉華州威爾明頓的杜邦公司))。
[0056]析出氣體管道
[0057]人工舉升裝置的實(shí)施例包括析出氣體管道。用于每種析出氣體類型的析出氣體管道防止在人工舉升裝置形成析出氣體氣泡并且將它們引入到水平井筒系統(tǒng)中之前不同的析出氣體的混合。析出氣體管道的位置可以位于內(nèi)部或外部。
[0058]析出氣體管道的構(gòu)造能夠允許從多個電極收集和輸送析出氣體。在具有多個電極對的人工舉升裝置的實(shí)施例中，陽極氣體管道與所有陽極相連并且輸送陽極氣體，而陰極氣體管道與所有陰極相連并且輸送陰極氣體。析出氣體管道能夠服務(wù)于陽極析出氣體(即，鹵素氣體)、陰極析出氣體(即，氫氣)或這二者。析出氣體管道的構(gòu)造材料耐得住鹵素以用于陽極氣體服務(wù)并且耐得住氫氣以用于陰極氣體服務(wù)。
[0059]分開的陽極析出氣體管道和陰極析出氣體管道在將不同的析出氣體類型輸送到不同的目的地時(shí)是有用的。人工舉升裝置的實(shí)施例包括與人工舉升裝置的外部分別流體相連的陽極析出氣體管道和陰極析出氣體管道。分開的析出氣體管道能夠?qū)⑽龀鰵怏w排出到人工舉升裝置的外部作為析出氣體氣泡。在外部流體中形成析出氣泡——陽極析出氣泡和陰極析出氣泡二者。在具有起泡裝置的人工舉升裝置的實(shí)施例中，析出氣體管道將析出氣體傳送到用于聚集析出氣體、形成析出氣體氣泡并且將氣泡散布到外部流體中的起泡裝置中。人工舉升裝置的實(shí)施例包括以下情況:析出氣體管道連接至與地面流體地相連的外部管道上。這種外部管道的實(shí)例是能夠?qū)Ⅺu素析出氣體直接輸送到地面的地面鹵素管道。
[0060]起泡裝置
[0061]人工舉升系統(tǒng)的實(shí)施例包括起泡裝置。起泡裝置能夠接收析出氣體、形成析出氣體氣泡并且將析出氣體氣泡引入到起泡裝置外部的流體中。在具有析出氣體管道的人工舉升系統(tǒng)的實(shí)施例中，析出氣體管道與起泡裝置相連并且將析出氣體傳送到起泡裝置中。
[0062]起泡裝置能夠?qū)⑽龀鰵怏w的氣泡散布到人工舉升系統(tǒng)外部的流體中。起泡裝置使用具有孔的罩或蓋，該孔還將起泡裝置的內(nèi)部與人工舉升系統(tǒng)外部的流體流體地且限制性地相連。該孔能夠在析出氣體氣泡達(dá)到預(yù)定尺寸、體積或直徑時(shí)促進(jìn)在外部流體中形成氣泡并且引起氣泡從罩或蓋中釋放出來。包括起泡裝置的人工舉升系統(tǒng)的實(shí)施例能夠?qū)⑽龀鰵怏w氣泡散布到井筒流體中。包括起泡裝置的人工舉升系統(tǒng)的實(shí)施例能夠?qū)⑽龀鰵怏w氣泡散布到導(dǎo)電性水溶液中。
[0063]使用起泡裝置的人工舉升系統(tǒng)能夠使用僅處理單一氣體類型或同時(shí)處理多種氣體類型的起泡裝置。包括陽極氣體起泡裝置的人工舉升系統(tǒng)的實(shí)施例能夠?qū)Ⅺu素析出氣體氣泡散布到外部流體中。包括陰極氣體起泡裝置的人工舉升系統(tǒng)的實(shí)施例能夠?qū)湮龀鰵怏w氣泡散布到外部流體中。人工舉升系統(tǒng)可以具有陽極氣體起泡裝置和陰極氣體起泡裝置二者。包括內(nèi)部雙支起泡裝置的人工舉升系統(tǒng)的實(shí)施例能夠同時(shí)分別將鹵素析出氣體氣泡和氫析出氣體氣泡散布到外部流體中。在該實(shí)施例中，人工舉升裝置的陽極與雙支起泡裝置的陽極側(cè)相連，并且陰極與雙支起泡裝置的陰極側(cè)相連，以保持不同析出氣體類型的分開。內(nèi)部雙支起泡裝置具有接收和保持彼此分開的不同類型的析出氣體的單獨(dú)內(nèi)部部分。
[0064]人工舉升裝置的傳感器
[0065]人工舉升裝置包括能夠檢測井筒條件并且發(fā)送與所檢測的井筒條件相關(guān)的信號的傳感器。有用的傳感器和數(shù)據(jù)采集工具的實(shí)例包括電阻率/電導(dǎo)率、電容、超聲波、PH值、溫度和壓力指示器。傳感器能夠響應(yīng)于所檢測到的井筒條件發(fā)送信號。傳感器能夠提供與一系列可檢測的井筒條件值相關(guān)并且經(jīng)過校準(zhǔn)的“二進(jìn)制”類型(即，開/關(guān)或真/假)信號或模擬或數(shù)字標(biāo)量信號。
[0066]包括無線系統(tǒng)在內(nèi)的為人熟知的通信系統(tǒng)能夠?qū)鞲衅餍盘柊l(fā)送到地面或發(fā)送到用于信息、過程控制動作和數(shù)據(jù)保存的本地控制系統(tǒng)。人工舉升裝置的實(shí)施例包括能夠接收來自傳感器的信號、使用預(yù)加載到計(jì)算機(jī)存儲器中的一組邏輯指令解釋信號以及發(fā)送引起動作的應(yīng)答指令信號的機(jī)載計(jì)算機(jī)。引起的動作的實(shí)例為選擇性地操控功率繼電器的位置。[0067]傳感器能夠提供在將人工舉升裝置定位在井導(dǎo)向部方面有用的信號。人工舉升裝置的實(shí)施例包括能夠檢測導(dǎo)電性水溶液的存在與否并且響應(yīng)于所檢測的溶液發(fā)送相關(guān)信號的傳感器。具有定位在人工舉升裝置上的傳感器(其位于電極對的井上)對指示電極在導(dǎo)電性水溶液中的完全浸沒是有用的。多個傳感器例如相對于彼此在豎直方向上的相對間隔和構(gòu)造能夠允許人工舉升裝置定位為:人工舉升裝置的上部存在于井筒流體中，而剩余的下部存在于導(dǎo)電性水溶液中。彼此相鄰的兩種流體類型的檢測能夠允許井導(dǎo)向部中的油-水界面的推導(dǎo)和可能的直接檢測。
[0068]人工舉升裝置的構(gòu)造材料
[0069]人工舉升裝置足夠強(qiáng)大并且能夠抗震，以應(yīng)對上下移動和來回移動水平井筒系統(tǒng)，以及經(jīng)受受熱烴類、鹽水流體、含硫氣體、撞擊巖層和井下的堿性/酸性條件。提供充足溫度服務(wù)的材料的實(shí)例(其耐化學(xué)腐蝕并且具有足以經(jīng)受反復(fù)物理運(yùn)動的恢復(fù)能力)包括像 HASTELLOY(Haynes Int，I ；Kokomo, Indiana(印第安納州的科科莫))、MONEL 和INCONEL (Special Metals Corp.；New Hartford, NewYork)那樣的高性能金屬合金；諸如聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基聚合物(PFA)、聚醚醚酮(PEEK)聚合物、氟化乙烯丙烯聚合物(FEP)、聚醚酰亞胺(PEI)和乙烯四氟乙烯(ETFE)聚合物等含氟聚合物；涂覆或包覆有含氟聚合物的碳鋼、不銹鋼和低合金鋼；氟化或氯化合成橡膠、硅酮、以及聚合物墊圈環(huán)和密封劑；鈦合金；鎳合金；以及像聚酰亞胺、聚碳酸酯和環(huán)氧樹脂那樣的某些類的熱固性聚合物。
[0070]有用的是在電極附近設(shè)置將不僅耐酸性/堿性水性環(huán)境和自由基鹵素的腐蝕而且還是非導(dǎo)電的聚合物、碳纖維和陶瓷材料。這些類型的材料在作為用于將導(dǎo)電性水溶液從電極輸送過來或輸送至電極的流體網(wǎng)或保護(hù)網(wǎng)和管道等方面也是有用的。
[0071 ] 電源、電源管道和功率繼電器
[0072]人工舉升裝置使用電能進(jìn)行電解。提供電流的電源可以設(shè)置在水平井筒系統(tǒng)的外部。外部電源包括太陽能電池、烴驅(qū)動發(fā)電機(jī)和分布式電源線。電源可以設(shè)置在人工舉升裝置的內(nèi)部。電池系統(tǒng)可以作為本地電源。盡管電源可以提供交流電并且通過相連的變壓器轉(zhuǎn)換成直流電以用于井下傳輸，但優(yōu)選地，電能的形式為直流電。
[0073]電源管道(包括屏蔽和絕緣電力電纜和電線)能夠?qū)㈦娏牡孛孑斔偷饺斯づe升裝置。電源管道還可以用于將人工舉升裝置引入、定位、保持在水平井筒中以及從水平井筒中移除。
[0074]用于引起導(dǎo)電性水溶液中的電解的電力量足以形成氫析出氣體和鹵素析出氣體?？梢愿鶕?jù)包括改變烴類流體產(chǎn)出率、析出氣體氣泡產(chǎn)生率、電極的期望使用壽命和油-水界面相對于電極對的位置在內(nèi)的許多過程相關(guān)因素改變所用的電力量。
[0075]人工舉升裝置包括功率繼電器。功率繼電器能夠選擇性地允許或斷開通向電極的電力。當(dāng)功率繼電器打開時(shí)，電極不能接收電力并因此不能進(jìn)行電解；當(dāng)功率繼電器斷開時(shí)，電極能夠引起導(dǎo)電性水溶液中的電解。功率繼電器能夠防止在電極浸沒在導(dǎo)電性水溶液中之前意外將電力引入到電極，從而防止對電極造成損壞或破壞。
[0076]功率繼電器的選擇位置可以基于手動控制進(jìn)行改變或基于加載在存儲器中的指令利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制進(jìn)行改變。人工舉升裝置的實(shí)施例包括功率繼電器系統(tǒng)，其中功率繼電器能夠接收來自傳感器的信號并且基于所接收的相關(guān)信號選擇性地允許電力在電源與電極對之間的輸送。在該實(shí)施例中的傳感器相對于電極的位置是有用的，當(dāng)傳感器檢測到導(dǎo)電性水溶液時(shí)，表明電極已浸沒在溶液中。沒有接收到相關(guān)信號或接收到來自傳感器的不同信號使功率繼電器保持在打開位置。
[0077]其它地面管道
[0078]可選的地面鹵素管道沿著水平井筒系統(tǒng)的豎直部分從地面向下延伸到人工舉升裝置在井導(dǎo)向部中的位置附近的點(diǎn)。地面鹵素管道能夠?qū)⑷斯づe升裝置所形成的鹵素析出氣體直接傳送到地面，而不將氣體或氣體所形成的氣泡引入到水平井筒系統(tǒng)的任何流體中。用于地面鹵素管道和將管道與人工舉升裝置相連的連接器的構(gòu)造材料的合適實(shí)例包括青銅、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、碳-石墨、碳化鎢和特種耐鹵素不銹鋼。經(jīng)由可選的地面鹵素管道選擇性地將析出的鹵素氣體直接轉(zhuǎn)移到地面的系統(tǒng)能夠防止因發(fā)生由反應(yīng)式3、4給出的析出氣體的意外結(jié)合而在水平井筒中無意地形成酸溶液。地面鹵素管道可以與人工舉升裝置相連并且與人工舉升裝置一起引入。
[0079]可選的地面導(dǎo)電性水溶液供應(yīng)管道能夠?qū)?dǎo)電性水溶液(包括人造鹽水和預(yù)先產(chǎn)生的地層水)供應(yīng)到水平井筒系統(tǒng)中，以回收流體并且支持正在進(jìn)行的操作。
[0080]導(dǎo)電性水溶液
[0081]對在水平井筒系統(tǒng)中進(jìn)行反應(yīng)式1、2的電解反應(yīng)而言有用的電解質(zhì)是導(dǎo)電性水溶液。導(dǎo)電性水溶液的實(shí)例包括淡水、咸水、海水、礦泉水、鹽水和地層水。烴類流體(包括石油、液體凝析油、天然氣和相關(guān)氣體)具有高的介電值并且不適合引起用于人工氣舉的大規(guī)模電解。導(dǎo)電性水溶液可以源自地面。人工生產(chǎn)的導(dǎo)電性水溶液包括使用鹽丘鹽或處理殘留物、海水和從預(yù)先產(chǎn)生的井筒流體回收的地層水的人造鹽水。單獨(dú)的流體管道可以將人工產(chǎn)生導(dǎo)電性水溶液引入到水平井筒系統(tǒng)中。
[0082]導(dǎo)電性水溶液包括地層水，地層水是含烴地層與烴類流體共同產(chǎn)生的水。地層水是具有高濃度溶解鹽和溶解礦物質(zhì)的鹽水溶液。與水平井筒系統(tǒng)接觸的非含烴地層也能夠使地層水通過。地層水因?yàn)椴慌c井筒流體中的烴混溶而幾乎立即開始與產(chǎn)生的井筒流體分離。分離的地層水因?yàn)楸染擦黧w更致密而往往下沉到烴井筒系統(tǒng)的下部(包括水圈閉部和井導(dǎo)向部)。
[0083]在水層與烴層接觸的位置形成油-水界面。如果不能確定油-水界面的位置，則可以使用能夠區(qū)分烴和水流體的物理或化學(xué)特性差異的傳感器進(jìn)行推斷。例如，電導(dǎo)率傳感器可以檢測導(dǎo)電性水溶液與井筒流體之間的傳導(dǎo)率差異。
[0084]進(jìn)行人工舉升的方法
[0085]一種用于向井筒流體提供人工氣舉的方法用在水平井筒系統(tǒng)中。水平井筒系統(tǒng)從地面向下通過豎直部分中的非含烴地層延伸。在比含烴地層更淺的分叉點(diǎn)處，水平井筒系統(tǒng)在井筒過渡區(qū)域中從大致豎直方向過渡到大致水平方向。在井筒過渡區(qū)域中，水平井筒系統(tǒng)穿入并且橫穿含烴地層，在此處該系統(tǒng)沿著含烴地層大致在水平方向上延伸為腿部或管路或段。多個水平側(cè)部可以從豎直部分或從水平腿部或這兩者延伸。
[0086]豎直部分的位于水平腿部下方的延伸部是井導(dǎo)向部。井導(dǎo)向部位于比所服務(wù)的水平腿部更深的豎直深度處。井導(dǎo)向部能夠收集和保留導(dǎo)電性水溶液。與井筒流體分離的地層水聚集在井筒壁上并且向下流動到井導(dǎo)向部中，或者從水平腿部流出的井筒流體將地層水推動到井導(dǎo)向部中。聚集的導(dǎo)電性水溶液對人工舉升氣體的產(chǎn)生是有用的。[0087]井導(dǎo)向部地層與豎直部分之間的關(guān)系能夠允許更容易地將人工舉升裝置從地面引入到井導(dǎo)向部中，以及防止人工舉升裝置意外轉(zhuǎn)入到水平腿部中。方法的實(shí)施例包括形成水平井筒系統(tǒng)，水平井筒系統(tǒng)具有與豎直部分豎直對準(zhǔn)的井導(dǎo)向部。方法的實(shí)施例包括形成水平井筒系統(tǒng)，水平井筒系統(tǒng)具有與豎直部分同心的井導(dǎo)向部。方法的實(shí)施例包括形成水平井筒系統(tǒng)，水平井筒系統(tǒng)具有與豎直部分類似的孔徑的井導(dǎo)向部。
[0088]將井導(dǎo)向部定位在非含烴地層(例如在下伏巖層)中能夠防止烴類流體擾亂人工氣舉氣泡的產(chǎn)生。在人工舉升裝置附近產(chǎn)生井筒流體可能會無意地涂覆電極對，從而使它們不太有效地進(jìn)行電解。一些電解反應(yīng)副產(chǎn)物形成可能會以不希望的或不可預(yù)測的方式與含烴地層相互作用的堿性物質(zhì)。非含烴地層還可以是地層水的方便來源。方法的實(shí)施例包括形成水平井筒系統(tǒng)，水平井筒系統(tǒng)具有至少部分地位于非含烴地層中的井導(dǎo)向部。
[0089]井導(dǎo)向部足夠深，以允許將人工舉升裝置引入到井導(dǎo)向部中并且收集到足夠的導(dǎo)電性水溶液來產(chǎn)生析出氣體氣泡。方法的實(shí)施例包括形成水平井筒系統(tǒng)，水平井筒系統(tǒng)具有豎直深度在人工舉升裝置的豎直長度的大約三倍到五倍的范圍內(nèi)的井導(dǎo)向部。人工舉升裝置的豎直長度可以確定為從裝置的最井上點(diǎn)到裝置的最井下點(diǎn)的長度。
[0090]使用人工舉升裝置向水平井筒系統(tǒng)中的井筒流體提供人工氣舉的方法包括如下步驟:將具有電極對的人工舉升裝置引入到水平井筒系統(tǒng)中，使得電極對浸沒在井導(dǎo)向部所含有的導(dǎo)電性水溶液中?？梢酝ㄟ^將人工舉升裝置與套管或生產(chǎn)管或鉆桿的端部相連并且將管固定為使得人工舉升裝置位于井導(dǎo)向部中來實(shí)現(xiàn)人工舉升裝置的永久引入。電源管道和其它可選的管道可以沿著安裝管的內(nèi)部延伸。臨時(shí)引入包括將人工舉升裝置與電線、電源管道或卷繞桿柱的端部相連并且將人工舉升裝置懸掛在管道或電纜的表面。
[0091]一些人工舉升裝置具有能夠檢測導(dǎo)電性水溶液的存在的傳感器。方法的實(shí)施例包括引入人工舉升裝置，使得傳感器檢測井導(dǎo)向部中存在的導(dǎo)電性水溶液。方法的另一實(shí)施例包括:上述引入使功率繼電器關(guān)閉，從而允許將電力引入到電極。
[0092]方法的實(shí)施例包括引入人工舉升裝置，使得人工舉升裝置的一部分與井筒流體流體接觸，而人工舉升裝置的其余部分與存在于井導(dǎo)向部中的導(dǎo)電性水溶液流體接觸。在該位置中，人工舉升裝置跨過井導(dǎo)向部中的油-水界面。方法的實(shí)施例包括引入人工舉升裝置，使得存在于井導(dǎo)向部中的導(dǎo)電性水流體完全浸沒人工舉升裝置。
[0093]方法的實(shí)施例包括引入人工舉升裝置，使得人工舉升裝置直接將析出氣體氣泡引入到井筒流體中。方法的實(shí)施例包括引入人工舉升裝置，使得人工舉升裝置直接將析出氣體氣泡引入到導(dǎo)電性水流體中。
[0094]一些人工氣舉裝置包括起泡裝置。方法的實(shí)施例包括引入人工舉升裝置，使得起泡裝置流體地接觸井筒流體并且直接將析出氣體氣泡引入到井筒流體中。方法的實(shí)施例包括引入人工舉升裝置，使得起泡裝置流體地接觸導(dǎo)電性水溶液并且直接將析出氣體氣泡引入到導(dǎo)電性水溶液中。
[0095]使用人工舉升裝置向在水平井筒系統(tǒng)中的井筒流體提供人工氣舉的方法包括如下步驟:將電力引入到浸沒在導(dǎo)電性水溶液中的電極對，以產(chǎn)生氫析出氣體和鹵素析出氣體。電解在陽極產(chǎn)生鹵素析出氣體并且在陰極產(chǎn)生氫析出氣體。使用人工舉升裝置的方法的實(shí)施例包括在電極對之間引起約2伏到約15伏的電壓差，這是在工作過程中在電極之間測得的。[0096]使用人工舉升裝置向水平井筒系統(tǒng)中的井筒流體提供人工氣舉的方法包括如下步驟:操作人工舉升裝置，使得人工舉升裝置將氫析出氣體氣泡引入到水平井筒系統(tǒng)中。氫析出氣體氣泡向井筒流體提供人工氣舉。方法的實(shí)施例包括操作人工舉升裝置，使得人工舉升裝置將鹵素析出氣體氣泡引入到水平井筒系統(tǒng)中。
[0097]方法的實(shí)施例包括操作人工舉升裝置，使得人工舉升裝置選擇性地直接將鹵素析出氣體產(chǎn)生到地面。電解反應(yīng)產(chǎn)生的析出鹵素氣體高度純化為溶解鹽和礦物質(zhì)的電解產(chǎn)物。這對額外提煉成用于商品化學(xué)處理的純鹵素材料是有用的。將鹵素析出氣體直接產(chǎn)生到地面還允許在水平井筒系統(tǒng)中更大程度地使用易于被鹵素化學(xué)腐蝕的材料(包括不銹鋼)。導(dǎo)流還能夠避免為了選擇性地從產(chǎn)生的井筒流體中除去鹵素析出氣體和酸而使用地面處理系統(tǒng)及其產(chǎn)生的費(fèi)用。顯著缺點(diǎn)是不使用鹵素析出氣體進(jìn)行人工氣舉使得只剩下由析出氫氣形成氣泡并進(jìn)行氣舉。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以解決是否使用鹵素析出氣體來進(jìn)行人工氣舉或解決將材料轉(zhuǎn)移到地面的各種技術(shù)和經(jīng)濟(jì)考慮。
[0098]方法的實(shí)施例包括將地面導(dǎo)電性水溶液供應(yīng)管道引入到水平井筒系統(tǒng)中。地面導(dǎo)電性水溶液供應(yīng)管道能夠從地面提供導(dǎo)電性水溶液，包括回收的地層水。方法的實(shí)施例包括將導(dǎo)電性水溶液從地面弓I入到水平井筒系統(tǒng)中。地面導(dǎo)電性水溶液供應(yīng)管道能夠?qū)?dǎo)電性水溶液提供到水平井筒系統(tǒng)中的任何地方。如果不直接提供到井導(dǎo)向部中，則導(dǎo)電性水溶液向井下移動到井導(dǎo)向部。向水平井筒系統(tǒng)提供導(dǎo)電性水溶液確保井導(dǎo)向部存在充分的溶液供應(yīng)以產(chǎn)生析出氣體。這也是處置分離區(qū)域所產(chǎn)生的地層水的有效手段，因?yàn)槌丝赡艿乃嶂泻椭鉄o需額外的處理。如果人工氣舉超過在井下與井筒流體分離的地層水量，則使用預(yù)先產(chǎn)生的地層水使需要的補(bǔ)充量或淡水量最少。
【權(quán)利要求】
1.一種人工舉升裝置，其用于使用導(dǎo)電性水溶液引起存在于水平井筒系統(tǒng)中的井筒流體的人工氣舉，所述人工舉升裝置包括: 離子交換膜； 電極對，其具有陽極和陰極，所述陽極和所述陰極被所述離子交換膜隔開并且能夠使用電力引起所述導(dǎo)電性水溶液的電解，從而形成鹵素析出氣體和氫析出氣體； 傳感器，其能夠檢測所述導(dǎo)電性水溶液的存在并且響應(yīng)于所檢測的導(dǎo)電性水溶液發(fā)送相關(guān)信號；以及 功率繼電器，其能夠選擇性地允許所述電極對接收電力； 其中，所述人工舉升裝置能夠接收來自電源的電力，以由氫析出氣體形成氫析出氣體氣泡，并且將氫析出氣體氣泡引入到外部流體中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工舉升裝置，其中，所述人工舉升裝置能夠由鹵素析出氣體形成鹵素析出氣體氣泡，并且將鹵素析出氣體氣泡引入到所述外部流體中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工舉升裝置，其中，所述人工舉升裝置能夠通過地面鹵素管道將鹵素析出氣體傳送到地面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的人工舉升裝置，其中，所述人工舉升裝置能夠選擇性地將鹵素析出氣體傳送到所述地面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的人工舉升裝置，其中，所述離子交換膜是陽離子交換膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的人工舉升裝置，其中，所述功率繼電器能夠接收來自所述傳感器的相關(guān)信號并且在接收到所述相關(guān)信號后選擇性地允許所述電極對接收電力。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的人工舉升裝置，還包括鹵素析出氣體管道，所述鹵素析出氣體管道與所述陽極相連并且能夠傳送所述鹵素析出氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的人工舉升裝置，其中，所述鹵素析出氣體管道能夠?qū)Ⅺu素析出氣體傳送到所述外部流體中作為鹵素析出氣體氣泡。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的人工舉升裝置，還包括氫析出氣體管道，所述氫析出氣體管道與所述陰極相連并且能夠傳送所述氫析出氣體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的人工舉升裝置，其中，所述氫析出氣體管道能夠?qū)湮龀鰵怏w傳送到所述外部流體中作為氫析出氣體氣泡。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的人工舉升裝置，其中，所述人工舉升裝置包括起泡裝置，所述起泡裝置能夠接收析出氣體、由所述析出氣體形成析出氣體氣泡以及將所述析出氣體氣泡引入到所述外部流體中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的人工舉升裝置，其中，所述析出氣體是氫析出氣體并且所述析出氣體氣泡是氫析出氣體氣泡。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的人工舉升裝置，其中，所述析出氣體是鹵素析出氣體并且所述析出氣體氣泡是鹵素析出氣體氣泡。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的人工舉升裝置，其中，所述起泡裝置能夠分開地接收氫析出氣體和鹵素析出氣體，以由所述鹵素析出氣體形成鹵素析出氣體氣泡、由所述氫析出氣體形成氫析出氣體氣泡以及分開地并同時(shí)地將所述鹵素析出氣體氣泡和所述氫析出氣體氣泡引入到所述外部流體中。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的人工舉升裝置，其中，所述外部流體是井筒流體。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的人工舉升裝置，其中，所述外部流體是導(dǎo)電性水溶液。
17.一種使用人工舉升裝置向水平井筒系統(tǒng)中的井筒流體提供人工氣舉的方法，所述提供人工氣舉的方法包括如下步驟: 形成具有豎直部分、水平管路和井導(dǎo)向部的水平井筒系統(tǒng)，使得所述井導(dǎo)向部定位在比所述水平管路更深的豎直深度處并且能夠含有導(dǎo)電性水溶液； 將具有電極對的所述人工舉升裝置引入到所述水平井筒系統(tǒng)中，使得所述電極對浸沒在所述井導(dǎo)向部所含有的所述導(dǎo)電性水溶液中； 將電力弓丨入到電極對，使得從所述導(dǎo)電性水溶液中產(chǎn)生氫析出氣體和鹵素析出氣體；以及 操作所述人工舉升裝置，從而將氫析出氣體氣泡引入到所述水平井筒系統(tǒng)中； 其中，所述水平井筒 系統(tǒng)含有所述井筒流體和導(dǎo)電性水溶液二者，并且 所述氫析出氣體氣泡向包含在所述水平井筒系統(tǒng)中的所述井筒流體提供人工氣舉。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述形成步驟還包括形成與所述豎直部分豎直對準(zhǔn)的所述井導(dǎo)向部。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法，其中，所述形成步驟還包括將所述井導(dǎo)向部形成為與所述豎直部分同心。
20.根據(jù)權(quán)利要求17至19中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述形成步驟還包括將所述井導(dǎo)向部形成為具有與所述豎直部分相近的孔徑。
21.根據(jù)權(quán)利要求17至20中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述形成步驟還包括將所述井導(dǎo)向部形成為至少部分地位于非含烴地層中。
22.根據(jù)權(quán)利要求17至21中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述形成步驟還包括將所述井導(dǎo)向部形成為具有在所述人工舉升裝置的豎直長度的三倍到五倍的范圍內(nèi)的豎直深度。
23.根據(jù)權(quán)利要求17至22中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述引入人工舉升裝置的步驟還包括引入所述人工舉升裝置，所述人工舉升裝置具有能夠檢測所述導(dǎo)電性水溶液的傳感器，以使所述傳感器檢測所述井導(dǎo)向部中的導(dǎo)電性水溶液。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述引入人工舉升裝置的步驟還包括引入所述人工舉升裝置，而所述人工舉升裝置具有能夠選擇性地允許將電力引入到所述電極對的功率繼電器和能夠在檢測到所述導(dǎo)電性水溶液后發(fā)送信號的傳感器，以使所述傳感器發(fā)送與所述導(dǎo)電性水溶液的檢測相關(guān)的信號，并且使所述功率繼電器選擇性地允許將電力引入到所述電極。
25.根據(jù)權(quán)利要求17至24中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述引入人工舉升裝置的步驟還包括引入所述人工舉升裝置，使得所述人工舉升裝置的一部分與井筒流體流體接觸，而所述人工舉升裝置的其余部分與存在于所述井導(dǎo)向部中的所述導(dǎo)電性水溶液流體接觸。
26.根據(jù)權(quán)利要求17至25中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述引入人工舉升裝置的步驟還包括引入所述人工舉升裝置，使得所述人工舉升裝置完全浸沒在存在于所述井導(dǎo)向部中的所述導(dǎo)電性水溶液中。
27.根據(jù)權(quán)利要求17至26中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述引入人工舉升裝置的步驟還包括引入所述人工舉升裝置，使得所述人工舉升裝置將析出氣體氣泡直接引入到所述井筒流體中。
28.根據(jù)權(quán)利要求17至27中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述引入人工舉升裝置的步驟還包括引入所述人工舉升裝置，使得所述人工舉升裝置將析出氣體氣泡直接引入到導(dǎo)電性水流體中。
29.根據(jù)權(quán)利要求17至28中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述引入人工舉升裝置的步驟還包括引入所述人工舉升裝置，而所述人工舉升裝置具有能夠?qū)⑽龀鰵怏w氣泡引入到所述井筒流體中的起泡裝置，使得所述起泡裝置與所述井筒流體流體地接觸。
30.根據(jù)權(quán)利要求17至29中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述引入人工舉升裝置的步驟還包括引入所述人工舉升裝置，所述人工舉升裝置具有能夠?qū)⑽龀鰵怏w氣泡引入到所述導(dǎo)電性水溶液中的起泡裝置，使得所述起泡裝置與所述導(dǎo)電性水溶液流體地接觸。
31.根據(jù)權(quán)利要求17至30中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述引入電力的步驟還包括引入電力，使得電極對之間存在的電壓差的值在2伏到15伏的范圍內(nèi)。
32.根據(jù)權(quán)利要求17至31中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述操作步驟還包括操作所述人工舉升裝置，使得所述人工舉升裝置將鹵素析出氣體氣泡引入到所述水平井筒系統(tǒng)中。
33.根據(jù)權(quán)利要求17至32中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述操作步驟還包括操作所述人工舉升裝置，使得所述人工舉升裝置選擇性地直接將所述鹵素析出氣體產(chǎn)生到所述地面。
34.根據(jù)權(quán)利要求17至33中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述操作步驟還包括操作所述人工舉升裝置，使得所述人工舉升裝置將所述鹵素析出氣體氣泡引入到所述水平井筒系統(tǒng)中。
35.根據(jù)權(quán)利要求17至34中任一項(xiàng)所述的方法，還包括將地面導(dǎo)電性水溶液供應(yīng)管道引入到所述水平井筒系統(tǒng)中的步驟，所述地面導(dǎo)電性水溶液供應(yīng)管道能夠從所述地面提供導(dǎo)電性水溶液。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，還包括將所述導(dǎo)電性水溶液從所述地面引入到所述水平井筒系統(tǒng)中的步驟。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中，從所述地面引入的所述導(dǎo)電性水溶液包括預(yù)先產(chǎn)生的地層水。
【文檔編號】E21B43/18GK103946479SQ201280054070
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月2日
【發(fā)明者】穆罕默德·納比爾·努依-梅希蒂 申請人:沙特阿拉伯石油公司