[发明专利]加热地层中的碳氢化合物资源提供可调液体冷却剂的装置及相关方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳氢化合物资源回收领域，更特别地，涉及利用RF加热的碳氢化合物资源回收。

背景技术

全世界的能量消耗总地来说在增加，并且传统的碳氢化合物资源正在被消耗。为了试图满足需求，可能需要利用非传统资源。例如，诸如重油之类的非常黏稠的碳氢化合物资源可能陷在焦油砂中，它们的黏稠性质导致无法进行传统的油井生产。估计在这种焦油砂地层中可找到数万亿桶的油储备。

在一些实例中，目前经由露天开采来提取这些焦油砂沉积物。对更深沉积物的原地提取的另一种方法被称为蒸汽辅助重力泄油(Steam-Assisted Gravity Drainage，SAGD)。在储层温度下重油是不动的，因此油通常被加热以减小其黏度并且使油流可动。在SAGD中，注入井和生产井的对被形成为在地表中横向延伸。每对注入／生产井包括下方生产井和上方注入井。注入／生产井通常位于下盖层与上盖层之间的地层的产油层中。

上方注入井通常用于注入蒸汽，并且下方生产井收集流出地层的经加热的原油或沥青，以及来自注入蒸汽的凝结的任何水。注入的蒸汽形成在地层中垂直和水平扩张的蒸汽腔。来自蒸汽的热量减小了重原油或沥青的黏度，这使得其可以向下流入下方生产井中，在那里其被收集和回收。蒸汽和气体由于其较低的密度而上升，使得蒸汽在下方生产井处不被生产，并且疏水控制被用于实现相同的效果。诸如甲烷、二氧化碳和硫化氢之类的气体例如可倾向于在蒸汽腔中上升并且 填充油留下的空隙空间，从而限定蒸汽上方的绝缘层。油和水流通过重力驱动排泄进入下方生产井中。

在大约储层压力下操作注入和生产井可解决不利地影响高压蒸汽过程的不稳定性问题。SAGD在适当的储层中可产生可高达地质储量(OOIP)的70％到80％的平滑均匀的产量。SAGD过程可能对页岩薄层和其他垂直屏障相对敏感，因为随着岩石被加热，不均匀热膨胀引起其中的断裂，从而使得蒸汽和流体可以流过。SAGD的效率可能是较老的蒸汽吞吐(cyclic steam stimulation，CSS)过程的两倍。

世界上的许多国家具有大量油砂沉积物，包括美国、俄罗斯和中东的各个国家。油砂可代表世界总石油资源的三分之二那么多，其中例如在加拿大阿萨巴斯卡油砂中有至少1.7万亿桶。当前，只有加拿大有大规模的商业油砂产业，虽然在委内瑞拉也生产少量来自油砂的油。因为油砂产量的增加，加拿大已成为美国的石油和成品油的最大单一供应者。油砂现在是加拿大石油生产的几乎一半的来源，虽然由于2008年经济低迷，关于新项目的工作已被推迟，而委内瑞拉的产量在近年来已在下滑。在其他国家还没有大量从油砂生产石油。

Banerjee等人的美国已公布专利申请No.2010／0078163公开了一种碳氢化合物回收过程，其中提供了三个井，即用于注入水的最上方井、用于将微波引入储层中的中间井和用于生产的最下方井。微波发生器生成微波，这些微波通过一系列波导被引导到中间井上方的区域中。微波的频率处于基本上等于水的谐振频率的频率，从而水被加热。

顺着这些思路，Dreher Jr.等人的美国已公布申请No.2010／0294489公开了使用微波来提供加热。活化剂在地表下方被注入并被微波加热，并且活化剂随后对生产井中的重油加热。Wheeler等人的美国已公布申请No.2010／0294489公开了类似的方法。

Kasevich的美国专利No.7,441,597公开了使用射频发生器来向位于油／气生产井的水平部分上方的RF井的水平部分施加RF能量。油的黏度由于RF能量而减小，这使得油由于重力而排出。通过油／气生产井回收油。

不幸的是，例如由于失败的取油而引起的利用SAGD提取油的长生产时间可导致大量热量损失到邻近的土壤、蒸汽的过度消耗和回收的高成本。通常还使用大量水资源来利用SAGD回收油，这影响了环境。有限的水资源也可限制油回收。SAGD例如在永久冻土区域中也不是可用的过程。

另外，尽管存在利用RF能量来提供加热的系统，但这种系统可由于RF源、传输线和／或天线之间的阻抗失配而效率低下。这些失配随着地层加热的增大而变得尤其严重。另外，这种应用可要求高功率水平，高功率水平可导致相对较高的传输线温度，而相对较高的传输线温度可导致传输失败。这也可导致热膨胀问题，因为不同的材料可不同地膨胀，这可使得难以维持电气互连和流体互连。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于为碳氢化合物回收系统及相关方法提供增强的RF加热操作特性。