就地提取瀝青或特重油的方法和設備的製作方法

2023-05-16 03:44:11

專利名稱：就地提取瀝青或特重油的方法和設備的製作方法
就地提取瀝青或特重油的方法和設備本發明涉及一種按權利要求1前序部分所述從作為蓄油層的油砂礦床就地提取浙青或特重油的方法。此外，本發明還涉及一種實施所述方法的相關設備。為了藉助通過鑽孔置入的管道系統從油砂或油頁巖礦床提取特重油或浙青，必須顯著增大以固態稠度存在的原材料的可流動性。這可以通過提高蓄油層內的礦床溫度達到。若為此僅僅使用感應加熱，或將其用於支持常見的蒸汽輔助重力洩油(Steam Assisted Gravity Drainage ；縮寫SAGD)方法，則出現的問題是，同時供電的相鄰感應器彼此可有不利的影響。例如電流反向流動的相鄰感應器會減弱儲存在蓄油層內的加熱功率。在未提前公開的早期德國專利申請文件DE10200700^92. 6、DE102007036832. 3 以及DE102007040605.5中，各感應器對，亦即往返導線，按規定的幾何構型供電，使蓄油層感應加熱。在這裡，當相鄰感應器之間固定調整為180°相位時，利用電流強度調整期望的加熱功率。這種反相的供電必然源於一個包括對於發電機往返導線的感應器對的工作。在本申請人名為「就地獲得含碳物質的設備」的平行的專利申請中，主要說明在一個感應器陣列中控制加熱功率的分配，所述的控制通過相鄰感應器對電流幅值和相位的可調性達到。 迄今所有的專利申請其出發點均在於，在從數日至數月長的時間範圍內供電僅經歷小量調整以及發電機與感應器對存在固定的配置關係。由此出發本發明的目的是，建議適用的方法和創造相關的設備，用於提高從油砂或油頁巖蓄油層的提取效率。此目的在前言所述類型的方法中採取權利要求1所述措施達到。在權利要求13 中說明相關的設備。方法和相關設備的進一步發展是各項從屬權利要求的技術主題。本發明的技術主題是，在蓄油層電加熱時，使必需的發電機為此的關鍵參數可隨時間和/或隨地點改變，以及提供可能性，在浙青或特重油提取期間從蓄油層外部改變這些參數，以優化提取量。由此為感應器的供電提供最大程度的控制可能性，尤其還可以將檢測到的當地溫度用作控制參數。此外，溫度可以在蓄油層內就地分散測量，例如在各感應器處測量，但必要時也可以在蓄油層外部，確切地說在所謂的上層，亦即在蓄油層上方的巖體區內，或在下層，亦即在蓄油層下方的巖體區內測量。更詳細地說，本發明包含可供電的各個感應器與可為其配設的發電機各種各樣不同的組合可能性。尤其可採取下列措施1.按本發明建議，相鄰感應器的供電按時間順序進行，以及優選地使用空間彼此遠離的往返導線。在後面為此舉例說明按時間順序接通四個感應器對。其中起往返導線作用的感應器可通過各個轉換開關選擇。2.感應器對的供電可例如以相同的時間長度進行。在這裡基於蓄油層高的熱容量，可選擇在數小時或數日範圍內長的時間段，只要不超過感應器承熱負荷的能力。3.對各個感應器對可以選擇不同的供電時間長度，以及在蓄油層不同的開採階段可以改變。4.組合往返導線構成一個感應器對，在蓄油層不同的開採階段可以改變。
5.為了控制時間長度和為了將感應器組合為往返導線對，可以利用感應器溫度或在感應器周圍的蓄油層溫度。因此熱負荷小的感應器可優先供電，或溫度較低的蓄油層區優先加熱。6. 一個感應器對的構成可以利用於影響在上層、蓄油層和下層中的加熱功率份額。在蓄油層時間上不同的開採階段，可以在兩種供電方式之間轉換，亦即按時間順序供電或用多臺發電機同時供電。7.空間位置彼此緊鄰的導線穿過上層可以在發電機一側和/或連接裝置一側進行，以避免或減小上層不希望的加熱。8.取代往返導線的轉換開關，可以採用多臺固定連接的發電機，它們可以按時間順序或同時以相同或不同頻率運行。9.在相鄰感應器用不同頻率供電時不發生抵消效應，以及由各感應器加熱功率 (或其分布)之和得出總加熱功率(及其分布)。10.作為次級繞組的蓄油層的有效電阻對大間距的往返導線比緊鄰的導線大得多，由此用感應器(初級繞組)內比較小的電流可以在蓄油層內加入大的加熱功率。11.在發電機以不同頻率運行時，優選地在基波和諧波時避免發電機感應耦合，要不然這種耦合會導致發電機誤工作或高負荷。12.電容補償的感應器應與各自工作頻率基本諧調地製造。若發電機可提供小部分要施加的總無效功率，或其補償可通過直接在發電機上的電容或電感線路進行，便可以使用統一的與平均工作頻率調諧的感應器設計。此外，藉助這些外部補償線路，相同的感應器可以在頻率有微小差別時工作，這足以避免抵消效應。本發明基於通過詳細研究獲得的成果，表明採取上述措施與先有技術相比獲得一些突出的優點。這些優點尤其包括第1點，蓄油層感應加熱的有效電阻顯著增大，例如大4倍。這意味著，在感應器內的電流幅值相同時，蓄油層中的加熱功率可以有比同時供電高四倍的值。在本發明的範圍內實施模型計算按「有限元」法(FEM)從這樣一種模型出發，亦即它正好含有一個感應器對，四個這種部分並列布置以及另一個沒有感應器的部分分別構成左和右邊界區。總共有利地得到一個2維FEM模型，它包括八個單個感應器以及相關的邊界區，這些感應器例如構成四個獨立的感應器對(1/ 、(2/6)、(3/7)、(4/8)。這種2維FEM模型可使用於研究不同供電時的加熱功率分布。當第一個感應器用作前進導線以及一個儘可能遠離的感應器用作返回導線時，通過計算得出一種適用的加熱功率分布。當感應器連續用規定的頻率Π、規定的幅度Il的電流供電時，總加熱功率為Pl (w/m)。在這裡優選地以頻率IOkHz為出發點，頻率在1與 500kHz之間原則上是恰當的。在給所有感應器供給相同頻率fl、相同電流幅值Il的電流時，得出另一種加熱功率分布。在這種情況下相鄰感應器的電流總是有相位移180°。但在這裡總的加熱功率仍大約為Pl (W/m)。第2點，若在第1點所列舉的例子中，例如四個單個感應器對(1/5)、(2/6)、(3/7)、 (4/8)分別用時間的四分之一(25%)供電，則為此只需要一臺發電機(變換器)，它可以提供所需要的具有4倍有效功率的列舉的電流幅值(1350A)的電流，但並不增加無效功率需求。因此通過定時裝置在蓄油層中加入與按第一點同時供電時相同的加熱功率。這意味著，取代4臺發電機，它們必須分別提供期望的加熱功率的1/4作為有效功率和除此之外取決於感應器的無效功率，僅還需要一臺有4倍有效功率的發電機，與此同時並不增加無效功率需求。第3點，現在可以根據當時的需求實現加熱功率分布的控制。因此，例如基於不均勻加熱導致溫度分布的不均勻性，可以通過有限的蒸汽噴射補償。第4點，因此如第3點那樣可以進行加熱功率分布的控制。第5點，按時間改變供電並與自由選擇往返導線均結合，可以有利地利用於保護感應器，防止除了通過蓄油層外部加熱外基於其電阻損失導致溫度過高。第6點，在上層、蓄油層和下層的加熱功率份額可以通過感應器的供電有限地影響，對此下面還會詳細說明。第7點，採用上述措施使上層內的損失最小。所有導線共同通過上層，允許具有第 3至第6點所述優點地自由組合往返導線。第8點，現在有利地有可能簡單地變換供電方式。第9點，與之不同，建議相鄰感應器同時但用不同頻率供電。例如四個感應器對的線路可以與四臺不同頻率的發電機線路接通。第10點，每臺發電機供給感應器的一個往返導線對，其中，各導線鋪設為彼此空間距離儘可能遠。第11點，在上面那些方法的情況下，參與的發電機的頻率彼此不應成整數多倍。第12點，參與的發電機的頻率可大體相同，例如彼此相差小於5%。由下面藉助附圖對實施例的說明並結合權利要求書，得出本發明的其他詳情和優
點ο其中

圖1表示部分油砂礦床，包括作為蓄油層的一些重複的單元以及各個在蓄油層內水平延伸的電導線結構；圖2示意表示四個按時間順序供電的感應器對的線路布置；圖3示意表示四個用各個單獨的可以有不同頻率的發電機同時供電的感應器對的線路布置，其中，相關的往返導線彼此在空間遠距離鋪設；以及圖4示意表示四個感應器對和各個單獨的有不同頻率的發電機的線路布置，其中相關的往返導線並排鋪設。圖1表示沿直線重複排列(陣列)的透視圖，而圖2至4分別是從上面看的俯視圖，亦即感應器平面內的水平剖面，其中覆蓋層(「上層」)處於對置的兩側。在圖中相同的構件有同樣的附圖標記。這些圖在下面有些部分共同說明。為了藉助通過鑽孔置入油礦床內的管道系統從油砂或油頁巖礦床提取特重油或浙青，必須顯著增大固體狀浙青或粘稠的特重油的可流動性。這可以通過提高礦床(蓄油層)溫度達到，溫度增高促使降低浙青或特重油的粘度。本申請人早先的專利申請，主要針對使用感應加熱支持普通的SAGD方法。其中， 共同構成感應環路的感應器往返導線，按比較大的例如50-150m間距布置。在這種情況下電流反向流動的往返導線彼此削弱很小以及可以被容忍。隨著越來越關注所謂的EMGD(電磁加熱式重力洩油)方法，其中不加入熱蒸汽而使用感應加熱作為蓄油層唯一的加熱方法，尤其帶來減少或實際上沒有水消耗量的優點。在僅僅感應加熱時，感應器必須配置在浙青輸出管附近，為的是能在蓄油層內壓力減小的同時提前開始生產。因此，往返導線同樣彼此移近。由此帶來的問題是，電流反向流動的往返導線嚴重削弱彼此的磁場，並導致減小加熱功率。儘管原則上這可以通過增大感應器的電流加以補償，然而由此顯著提高對導線載流能力的要求，並因而顯著提高其製造成本。在空間緊鄰的導線可以按時間順序，亦即不同時供電，由此不發生磁場削弱的問題。在這種情況下有利的是，可將一臺發電機(變換器)使用於多個導線環路。但此時的缺點是，感應器僅部分時間供電和僅在供電時才有助於蓄油層加熱。這在下面藉助圖2至 4說明。圖1表示感應加熱裝置結構。它可以通過一個鋪設在蓄油層100內長的，亦即幾百米至1. 5公裡的導線環路10至20構成，其中前進導線10和返回導線20按規定的間距並列地在同一深度延伸，以及在蓄油層內部或外部，在端部通過構件15互相連接成為導線環路。導線10和20在一開始垂直或以規定的角度在孔內穿過面層(「上層」)向下延伸， 並由可安裝在外部箱體內的HF(高頻)發電機60供電。尤其是，導線10和20在同樣的深度或並列或上下疊置地延伸。在這種情況下導體錯置是合理的。典型地，當導線外徑為10至50cm(0. 1至0. 5m)時，往返導線10、20之間的間距為10至60m。圖1中具有上述典型尺寸的雙重電導線10、20有單位長度的縱向電感為1.0至 2. 7 μ H/m。在上述尺寸的情況下單位長度的橫向電容僅為10至100pF/m，所以電容橫向電流起初可以忽略不計。在這裡應避免波效應。波速取決於導線結構的單位長度電容和電感。圖1中感應器結構的特徵頻率由環路長度和沿雙重導線10、20結構的波傳播速度決定。因此環路長度選擇得足夠短，使得在這裡不產生幹擾的波效應。圖2表示，可以如何在線路上布置按時間順序供電的四個感應器對。其中仍用60 表示高頻發電機，它們向配電單元61、61'輸出。配電單元61、61'各有四個不同觸頭，其中配電單元61與四個作為前進導線的感應器1、2、3、4連接，以及配電單元61'與四個作為返回導線的感應器5、6、7、8連接。轉換節拍發生器62保證為各導線1至8轉換或接通發電機電壓。相應於圖1，各感應器1至8配置在蓄油層100內。蓄油層10兩側存在區域105， 它們不應加熱和現象學上表述為「面層」，亦即上層或下層。此外，連接裝置15與感應器端部連接。連接裝置15可以設在地面上或地下。採用上述結構可以分別控制蓄油層各相鄰區的加熱。這尤其可以按時間先後，亦即順序進行。轉換節拍發生器62在這裡可以由一個單獨的控制單元63控制，它尤其考慮蓄油層100內的溫度。由此可在各感應器或感應器導線處定位例如在圖2中沒有表示的溫度傳感器，以便測量那裡的當地溫度Ti並傳給控制單元63進行評估。由此可尤其考慮感應器的過熱溫度。但也可以測量蓄油層100內其他位置或在上層和/或下層內的當地溫度，並在控制發電機時加以考慮。在這方面重要的是，能改變發電機的輸出功率以及能滿足隨礦床開採時段改變的當時要求。這是特別適宜的，因為開採時段很長，例如若干年或更長。圖3與按圖2的結構其差別為，存在四臺高頻發電機60'、60〃 60"『和60〃 「， 它們分別控制成對的每兩個感應器1至8。仍存在一個地面上或地下的連接裝置15。採用這種結構尤其可以給四個感應器對同時供給頻率不同強度不同的電流。按圖3的結構可以變型為也使用不同的頻率。這在圖4中示出，其中仍在蓄油層內互相平行地排列八個感應器1至8。感應器1至8中每兩個由一個單獨的發電機60'至 60"「控制。在這種情況下選擇那些可產生不同的可預定頻率的電流的發電機。例如，發電機60'有頻率、發電機60"有頻率f2、發電機60"『有頻率f3以及發電機60"「有頻率f4。現在通過供給頻率不同的電流可以有針對性地對各區域進行不同加熱。藉助例子表示，通過感應器供給不同電流，可以在規定的限度內影響在上層(OB)、 蓄油層100和下層(UB)內的加熱份額。最後，針對研究的具體例子描述這些份額a 在例如感應器1至5供電時例如得出百分率能耗分布OB 31. 3%，蓄油層 45. 5%和 UB 23. 2% 0b 在所有感應器同時供電時則結果為OB 24. 2%，蓄油層 62. 8%和 UB 13.0%。上述含意是，在感應器實施同時供電時，大部分加熱功率儲存在蓄油層內，確切地說，在相鄰感應器之間有相位移φ=180°。因此可以有利地按照礦床開採的時間過程，尤其根據發電機期望的加熱功率分布或此時使用的發電機數量，在供電方式之間轉換。最後應當指出，在蓄油層外部布置發電機時也可以將發電機安裝在地下，這在有些情況下可能是有利的。在這種情況下，低頻的，亦即50-60ΗΖ或必要時直流電的電功率， 向下導引以及在地下進行變換頻率到kHz範圍內的變頻，從而在覆蓋層內不產生損失。總之可以肯定，規定用於蓄油層加熱的關鍵電參數可按時間和/或隨地點改變， 以及在浙青提取期間可以從蓄油層外部改變，以優化提取量。在相關的設備中存在至少一臺發電機，但優選地多臺發電機，其電參數α、 ·」φ.)是可變的。
權利要求
1.一種從作為蓄油層的油砂礦床就地提取浙青或特重油的方法，其中，向蓄油層中加入熱能以減小浙青或特重油的粘度，為此設置至少一個電/電磁加熱裝置和設置用於運出液態浙青或特重油的提取管，以及，在規定的蓄油層深度，至少兩個直線伸展的導線至少部分平行於水平方向延伸，其中，導線端在蓄油層內部或外部導電連接，並且共同構成導線環路以及在蓄油層外部與用作電源的在外面的交流發電機連接，其特徵為對於蓄油層的電 /電磁加熱的關鍵參數可隨時間和/或隨地點改變，以及在浙青或特重油提取期間從蓄油層外部改變，以優化提取量。
2.按照權利要求1所述的方法，其特徵為，對於蓄油層的感應加熱藉助導線和感應器通過加入至少一臺發電機的電功率進行，其中，所述至少一臺發電機的電功率是可變的，以及在浙青或特重油提取期間改變以適應當時的需求。
3.按照權利要求2所述的方法，其特徵為，在油砂礦床不同的開採時段改變對於感應器的供電。
4.按照權利要求2所述的方法，其特徵為，所述至少一臺發電機為感應加熱以不同的必要時可變的頻率運行。
5.按照權利要求1所述的方法，其特徵為，所述至少一臺發電機的輸出電流是可變的， 以及在浙青或特重油提取期間改變以適應當時的需求。
6.按照權利要求1所述的方法，其特徵為，在使用多臺分別為一個感應環路供電的發電機時，電流的相位可彼此相對改變並適應於當時的需求。
7.按照上述任一項權利要求所述的方法，其特徵為，檢測蓄油層內部的當地溫度並應用於控制感應器按時間順序供電和/或應用於發電機的電流幅值控制。
8.按照權利要求7所述的方法，其特徵為，在感應器所在地檢測蓄油層溫度。
9.按照權利要求8所述的方法，其特徵為，使用感應器和導線連接裝置的溫度上限來控制按時間順序供電。
10.按照權利要求8所述的方法，其特徵為，使用感應器的溫度控制流過感應器的電流的幅值。
11.按照上述任一項權利要求所述的方法，其特徵為，檢測蓄油層外部，尤其蓄油層上層和/或下層內的當地溫度，並將其用於控制的目的。
12.按照上述任一項權利要求所述的方法，其特徵為，通過事後在蓄油層內置入感應器推斷油砂礦床未開採的區域。
13.—種實施按照權利要求1或權利要求2至12之一所述方法的設備，包括在蓄油層內延伸作為獨立感應器的導線以及在蓄油層外部配置的至少一臺發電機，其特徵為所述至少一臺發電機(60 ;60'、60〃、60〃 『、60〃 「)作為電源在其決定輸出功率方面的參數 (Ι、Π、Φ)是可變的。
14.按照權利要求13所述的設備，其特徵為，設有一些用於將所述至少一臺發電機 (60；60'、60〃、60〃 『、60〃丨『)各個輸出端順序接通至所述感應器(1_8)的器件。
15.按照權利要求13所述的設備，其特徵為，所述至少一臺發電機(60;60'、60"、 60〃 『、60〃 「)有用於不同頻率的各個輸出端。
16.按照權利要求13所述的設備，其特徵為，存在多臺用於不同頻率的發電機 (60 ；60'、60〃、60〃 『、60〃 「)。
17.按照權利要求13所述的設備，其特徵為，用於電磁加熱的導線在蓄油層(100)內水平延伸以及構成各個感應器(1-8)。
18.按照權利要求13至17之一所述的設備，其特徵為，用於電磁加熱的導線(1-8)有一個導線環路(15)。
19.按照權利要求13至18之一所述的設備，其特徵為，由感應器(1-8)和連接裝置 (15)組成的導線環路配備有檢測溫度(Ti)的傳感器。
20.按照權利要求13至19之一所述的設備，其特徵為，存在一些在外面的轉換裝置 (62、63)，它們將各個不同的感應器導線(1-8)連接為一個感應器環路。
21.按照權利要求13至20之一所述的設備，其特徵為，藉助在外面的轉換裝置(62、 63)通過轉換，選擇感應器導線(1-8)的距離並因而加入的加熱功率。
22.按照權利要求11所述的設備，其特徵為，設置溫度傳感器測量在蓄油層(100)內部的溫度(Ti)和/或外部的溫度，並將其用於發電機(60 ;60' ；60〃 ；60〃 『 ；60〃 「)按時間順序的控制和/或電流幅值控制。
全文摘要
為了減小瀝青或特重油的粘度，可設置電/電磁加熱裝置，其中，在規定的蓄油層深度，至少兩個直線伸展的導線沿水平方向延伸。這些導線在蓄油層內部或外部互相導電連接，共同構成導線環路並在蓄油層外部與在外面的交流發電機連接。按本發明規定，蓄油層加熱的關鍵電參數可隨時間和/或隨地點改變，以及在瀝青提取期間可以從蓄油層外部改變，以優化提取量。在相關的設備中存在至少一臺發電機(60；60′、60″、60″′、60″″)，但優選地多臺發電機，其電功率參數(I、fi、)是可變的。
文檔編號E21B43/24GK102197191SQ200980142859
公開日2011年9月21日 申請日期2009年7月17日 優先權日2008年8月29日
發明者德克·迪爾 申請人:西門子公司