CN102257241B - 用于原位石油改质与回收的井衬管分段以及原位改质与回收的方法 - Google Patents
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Abstract
一种在烃回收工序中使用的井衬管分段。本发明提供一种细长的、通常为圆筒形的外衬管部件和一种以同心方式定位于所述外衬管部件内的内细长衬管部件。在所述两个部件之间的间隙空间中提供烃改质催化剂。可以将所述外衬管部件可旋扭地联结在一起。在所述外衬管与所述内衬管之间提供可滑动密封件，以适应所述两个衬管之间有差异的热生长。本发明也提供一种使用具有预安装于其中的烃改质催化剂的井衬管分段的工序，作为制造井衬管分段的方法。
Description
技术领域
本发明涉及水平井衬管，并且更明确地说，涉及在从地下储层回收期间容许烃的原位改质的井衬管分段，本发明还涉及一种制造所述井衬管分段的方法，而且涉及一种使用这些水平井分段进行原位改质和回收的工序。
背景技术
油改质催化剂（诸如，由Akzo Chemie Nederaland bv Amsterdam制造并且鉴定为KetjenefineTM742-1,3AQ的标准加氢处理/加氢脱硫(Hydrodesulfurization;HDS)催化剂）已使用于具有美国专利第6,412,557号中所描述的类型的先前技术油田原位烃改质工序。
具体地说，美国专利第6,412,557号描述用于通过将这种已知加氢处理催化剂放置于位于水平井眼的水平支脚的中心定位的多孔管的外部周边周围，以用于改质并从重油（沥青）地层生产石油，从而在油层内改质烃的工序。
具体地说，如根据美国专利第6,412,557号的原位改质工序和与原位油改质有关的先前技术的方法论可以理解的，孔是从地面向下钻至石油地层的目标储层油带。使孔弯曲，从而使得其在到达目标储层油带时变为水平。通常在接近目标储层带的最低基础部分建立水平段，并且所述水平段沿最低基础部分横向延伸以建立水平井，而且通常延伸数百米到达水平井的预期趾。此井的竖直段是被覆盖的。如果储层岩石为压实的，那么可以使水平段敞露而并不被覆盖，但是有时将多孔衬管安放在水平段中，以减轻细沙的产生。如果岩石不是压实的，那么必须安放多孔衬管，以防止孔的完全滑塌。一旦完成钻孔，便将金属管推至孔中，通常一直推至水平井的预期趾。在水平断中，称此管为“衬管”。衬管将具有按尺寸制造的开口，以允许储层流体进入衬管的内部，以流动至地面，但是排除可堵塞衬管或在地面处有石油处理设备的情况下引起操作困难的沙的进入。衬管中的开口可以为窄缝，在这种情况下，管被称作“割缝衬管”，或所述开口可以为介于缠绕在具有相对较大孔的管周围的一排排金属丝之间的窄孔口，所述管被称作“绕丝筛管”。割缝衬管和绕丝筛管在水平井的设计中均为常见的。衬管与未受干扰的储层的间距狭小，通常基于集中衬管为在1-2英寸的范围内。虽然可以通过扩孔操作将钻孔钻得更大以在衬管与储层之间留下更多空间，但是此为额外代价。
如在先前技术并且例如美国专利第6,412,557号中所教导的，存在于未扩大的孔（通常直径大约为12.25英寸）与集中衬管的外径（通常在约9.6英寸的范围内）之间的1-2英寸的环形间隙空间充满以上所描述的类型的催化剂或类似催化剂（通过将此类催化剂向井下泵送至此间隙空间中）。催化剂容许油在进入多孔井衬管之前直接改质，以便增加水平井内产出油的流动性，从而更容易地将此类石油生产至地面。
然而，不利地，在此先前技术方法下，由于所得的将流体（油）排至多孔衬管中的竖直路径非常短，所以油在含有此类催化剂的间隙空间中的停留时间非常短，并且气体与液体空间速度(Liquid Hourly Space Velocity;LHSV)将非常高。举例来说，对于具有生产100立方米/天产出石油的上述大小并具有井1英寸环形催化剂带的井而言，LHSV大约为2670hr-1，并且停留时间仅大约为11秒。虽然此短暂停留时间可以提供某些改质，但是具有为正暴露于此类改质催化剂的油提供更长停留时间的催化剂布局设计将为更加合意的。
因此，存在对允许产出油暴露于改质催化剂的时间增加的衬管设计和改进的油田原位烃改质工序的真实需要，以藉此提高流动性并且增加从地下石油地层的有效回收，尤其是从沥青和沥青沙地层的回收。
发明内容
本发明既涉及允许在原位烃生产期间产出油暴露于改质催化剂的时间或暴露广度增加的水平井衬管设计，本发明还涉及使用原位烃生产方法来生产烃的改进的方法，涵盖在生产期间使用含有催化剂的井衬管分段以对油进行改质。
具体地说，在本发明的广泛实施例中，提供一种用于在收集期间改质烃的井衬管分段，以更好地允许从地下油气层收集烃。此类衬管分段拥有第一和第二互相相对的末端，并且被调适成在所述互相相对的两个末端处以水平方式联结至其他细长井衬管分段，以形成细长井衬管。
值得注意地，各个井衬管分段都包含：
(i)细长的大体上空心的外衬管部件，其具有纵向轴并且至少在其周边的上部分或下部分中拥有数个孔口，各孔口都具有足以允许可流动烃穿过其中而流动的尺寸；
(ii)细长的大体上空心的内衬管部件，其沿外衬管部件的所述纵向轴以同心方式设置在所述外衬管部件的内部之内，以便在所述内衬管部件与所述外衬管部件之间形成间隙空间，其同样地在其周边的上部分和/或下部分中具有数个孔口，以容许部分改质的烃从所述间隙空间进入所述内衬管部件内；
其中，所述间隙空间被调适为充满催化剂，以在所述烃穿过所述空隙通道流动并此后经由其中的所述孔口流动至所述内衬管部件内时容许改质且提高所述烃的流动性。
在第一实施例中，本发明的井衬管分段被调适为容许产出油的向内径向流动。具体地说，定位外衬管部件和内衬管部件中的孔口，以便容许油穿过外衬管部件中的孔口而径向向内地行进至此油接触催化剂的间隙空间中，并且继续直接径向向内或替代地沿内衬管的圆周周围行进，且此后径向向内穿过内衬管中的径向对齐的孔口而行进，并且被收集在内衬管中，然后，则可以将此改质的油以适当方式泵送或转移至地面（下文中所谓的“径向流动”配置）。
可以数学方式看出由此水平井衬管设计引起的暴露于催化剂的时间的增加。举例来说，在先前技术中（在如上文提及的情况下），未扩大的水平井眼外径的直径通常为12.25英寸，并且先前技术（单个管）井衬管的管直径在9.6英寸的范围内（考虑1/4英寸的井衬管厚度），油穿过水平井眼与井衬管之间的外侧空间中的催化剂的有效行程仅为1.075英寸（即，[12.25-2x(0.25)-9.6]/2），并且此空间的所得横截面积为[πx(11.752-9.62)/4]=36平方英寸，假设井衬管以同心方式定位于井眼中。
不同的是，对于本发明的9.6英寸直径的圆形外井衬管分段（即，外衬管部件直径等于9.6英寸）和5.0英寸的内衬管部件外径而言，假设1/4英寸的管厚度，油穿过外衬管部件与中心定位于此外衬管部件内的内衬管部件之间的所得间隙空间中的催化剂的有效径向行程在考虑钢材的厚度时增加至2.0英寸（即，[9.6-2x(.25)-5.0]/2=2.0），并且催化剂放置于其中的间隙空间的所得横截面积相应地增加至[π(9.6-.25x2)2-5.02)/4]=45.4平方英寸。如果催化剂也被放置于水平井眼与外衬管部件之间的间隙空间中，那么油的有效径向行程增加至3.075英寸（即，1.075+2.0英寸），如此，几乎为油穿过催化剂而行进的径向距离的三倍并因此类似地增加油暴露于催化剂的时间。
在本发明的井衬管的同样用来增加暴露于催化剂的量和时间或广度的第二替代性实施例中，孔口位于相对于内衬管的外衬管中，以允许在外井衬管的一个末端处的油流动至间隙空间中，并且此后在容许油排放或流动至内衬管部件中之前使此油沿此间隙空间横向地流动至定位于最接近井衬管分段的相对末端处的内衬管部件中的孔口中，以便藉此增加此油暴露于挤入此间隙空间中的催化剂的时间和量（下文中所谓的“横向流动”配置）。横向流动的效应在于极大地增加排放流体在催化剂上的停留时间。举例来说，如果油在外衬管和内衬管的未对准的孔口之间的空隙通道中的横向行程为15英寸，那么对于仅具有仅1.075英寸的油穿过催化剂的有效行程的相等流体容积流率的先前技术中的径向流动情况而言，使用本发明的横向流动设计的停留时间将超过十倍。虽然使割缝分段较短可以看作合意的，但是为了更长的停留时间，此必须与容积流体生产率的期望减少量相平衡，因为在外衬管上存在对储层开放的较少的缝。
因此，在本发明的井衬管的此第二替代性实施例中，所述外衬管部件中的孔口位于最接近井衬管分段的互相相对的末端的第一末端处，并且内衬管部件中的孔口位于最接近井衬管分段的相对的第二末端处。分别在内衬管部件和外衬管部件中的这些孔口的特殊布置（即，将孔口安置于最接近其所述第一末端处的外衬管部件中）允许所述烃进入间隙空间，并且允许此后沿井衬管分段且在所述间隙空间内朝向所述第二末端纵向行进，同时接触其中的所述催化剂，以便被改质，并且允许此后经由最接近所述第二末端处的所述内衬管部件中的孔口流通至所述内衬管部件中，以便变为得以收集在所述井衬管分段的所述内衬管部件中。
替代地，可以使用结合“横向流动”配置与“径向流动”配置的孔口配置。
在优选实施例中，在井衬管分段的一个末端处将外衬管附着至内衬管，而在另一末端处，外衬管处于与内衬管可滑动的关系中（如以下在各种涵盖配置中更全面地描述的），以便允许内衬管部件相对于外衬管部件的某些纵向运动，以防止由内衬管相对于外衬管的有差异热膨胀造成的外衬管部件或内衬管部件的扭曲或过度应力，这或者可能出现在使用本发明的井衬管分段的原位生产方法中。
因此，在一个优选实施例中，通过一个末端处的圈环将内井衬管中心定位于外井衬管中，所述圈环焊接至内井衬管的外部并焊接至外井衬管的内部。在相对末端处，通过两个同心环（焊接至外衬管的内部的第一环和安装至内衬管外部的第二环）将内衬管以同心方式定位在外衬管内，如果在使用期间对内衬管部件和外衬管部件进行不均匀加热，那么此同心环布置容许内衬管相对于外衬管的热生长膨胀。圈环与两个同心环也都是用来将催化剂维持在内衬管与外衬管之间的空隙区域内。
在替代性配置中，提供用于在内衬管部件和外衬管部件中的每一个的相应末端处将内衬管部件可滑动地联结至外衬管部件的构件，以防止内衬管部件从外衬管部件内移走，但是同时允许内衬管相对于外衬管在一个末端处的某些可滑动纵向运动。更明确地说，提供在一个末端处将所述内衬管部件可滑动地联结至所述外衬管部件的构件，所述构件包含固定地附接至所述外衬管部件的第一环部件，所述第一环部件随之在可滑动啮合中进一步接触所述内衬管部件，以便容许所述内衬管部件相对于所述外衬管部件的纵向可滑动运动。替代地，将所述内衬管部件联结至所述外衬管部件的构件包含固定地附接至所述内衬管部件的第一环部件，所述第一环部件随之在可滑动啮合中接触所述外衬管部件，以便容许所述内衬管部件相对于所述外衬管部件的纵向可滑动运动。
更进一步替代地，在优选实施例中，将所述内衬管部件联结至所述外衬管部件的构件包含位于最接近所述井衬管分段的一个末端处的一对第一环部件和第二环部件，所述第一环部件固定地联结至所述内衬管部件，所述第二环部件固定地联结至所述外衬管部件，其中所述第一环部件和第二环部件中的每一个都在相互可滑动的啮合关系中合作，以便容许相关联的内衬管部件和外衬管部件相对于彼此的纵向运动。
在本发明的另一方面中，本发明包含用于在从地下油气层收集烃时改质所述烃的改进的原位工序。
本发明的此改进的原位工序包含以下步骤：
(i)提供具有大体上水平支脚和连接至其处的大体上竖直生产井的至少一个生产井，其中所述大体上水平支脚具有在其连接至所述竖直生产井处附近的踵部和在所述水平支脚的相对末端处的趾部，所述生产井的所述水平支脚位于所述油气层的下部分中；
(ii)提供用于将氧化气体注入所述油气层中的至少一个注入井；
(iii)将数个细长的井衬管分段联结在一起，所述数个细长的井衬管分段各自流体地联结在一起，以便在所述水平支脚内形成水平井衬管，所述井衬管部件中的每一个都包含：
(a)细长的大体上空心的外衬管部件，其具有纵向轴并且在其周边的上部分中拥有数个孔口，各孔口都具有足以允许可流动烃穿过其中而流动的尺寸；
(b)细长的大体上空心的内衬管部件，其沿外衬管部件的所述纵向轴以同心方式设置在所述外衬管部件的内部之内，以便在所述内衬管部件与所述外衬管部件之间形成间隙空间，其同样地在其周边的上部分中具有数个孔口，以容许部分改质的烃从所述间隙空间进入所述内衬管部件内；
(c)所述间隙空间充满催化剂，以在所述烃流过所述间隙通道并且此后经由其中的所述孔口流动至所述内衬管部件中时改质所述烃并提高所述烃的流动性；
(iv)通过所述注入井来注入氧化气体，以实施原位燃烧，从而产生燃烧气体，以便使所述燃烧气体在从所述水平支脚的所述趾部至所述踵部的方向上渐进地前进，作为大体上垂直于所述水平支脚的前沿，并且液体排放至所述水平支脚内的所述水平井衬管中且排放至充满催化剂的所述间隙空间中，并且接触所述催化剂，且藉此变为被改质；以及
(v)回收流动至所述水平井衬管内的所述井衬管分段中的每一个的所述内衬管部件中的所述部分改质的烃。
考虑提供于间隙空间中的催化剂为包含选自包含以下催化剂的烃改质催化剂群组的烃改质催化剂：
(i)制成丸状的催化剂；和/或
(ii)制成粒状的催化剂
其中，此类催化剂具有足以大体上防止其穿过所述外衬管部件或内衬管部件中的任何所述孔口而漏出的尺寸，以便一旦所述催化剂位于所述间隙空间中，便大体上防止所述催化剂的损失。
在一个优选实施例中，油改质催化剂为加氢脱硫催化剂，而在另一优选实施例中为由Akzo Chemie Nederaland bv Amsterdam制造并鉴定为KetjenefineTM742-1,3AQ的加氢处理/HDS催化剂。
在本发明的另一方面中，提供一种制造具有外衬管和定位于所述外衬管内的内衬管的井衬管分段的方法，其包含以下步骤：
(i)将至少一个密封环焊接至最接近其一个末端处的所述内衬管部件和外衬管部件中的至少一个；
(ii)将所述内衬管插入于所述外衬管内；以及
(iii)将催化剂丸插入建立于所述内衬管与所述外衬管之间的间隙空间中。
在优选实施例中，此方法包含以下另一额外步骤：
(iv)在各个相对所述密封环的末端处将环形部件插入所述内衬管与外衬管之间，以便藉此将所述催化剂丸封装在所述密封环与所述环形部件之间的所述间隙空间内。
附图说明
根据以下结合附图对本发明的各种非限制性实施例进行的详细描述，更多优点和置换将显而易见，在附图中：
图1为使用在原位石油开采应用中所采用的本发明的井衬管分段的催化石油改质系统的示意图；
图2为本发明的井衬管分段的外部的透视图；
图3为沿图2的平面‘A’-‘A’取得的横截面图井，其图示本发明的井衬管的第一实施例，即，所谓的“径向流动”配置的井衬管分段；
图4a为图示于图2中的井衬管分段沿图2的平面‘A’-‘A’取得的横截面图；
图4b为与图4a中所示的横截面图相似的本发明的井衬管分段的横截面图，其图示对外井衬管和内井衬管中的每一个中的孔口的对准的修改，以便提供更多的径向流动和暴露于外井衬管与内井衬管之间的空隙区域中的催化剂；
图5为图示于图3中的一对流体联结的井衬管分段的横截面图，其图示此对井衬管分段互连在一起的方式，并且图示所谓的径向流动配置引导油穿过含于间隙空间中的催化剂的方式；
图6为本发明的井衬管的替代性实施例（即，所谓的“横向流动”配置的井衬管分段）的横截面图；
图7为图示于图6中的一对流体联结的井衬管分段的横截面图，其图示此对井衬管分段互连在一起的方式，并且图示所谓的横向流动流配置引导油穿过含于间隙空间中的催化剂的方式；
图8为所谓的“径向流动”配置的井衬管分段的横截面图，其中在图示的实施例中，在内部井衬管的相对的末端处提供特殊构件，以允许将一个内部井衬管直接流体联结至另一个内部井衬管；
图9为图示于图8中的一对流体联结的井衬管分段的横截面图，其图示此对井衬管分段互连在一起的方式，并且图示所谓的径向流动配置引导油穿过含于间隙空间中的催化剂的方式；
图10为所谓的“横向流动”配置的井衬管分段的横截面图，其中在图示的实施例中，在内部井衬管的相对的末端处提供另一个构件，以允许将一个内部井衬管直接流体联结至另一个内部井衬管；
图11为图示于图10中的一对流体联结的井衬管分段的横截面图，其图示此对井衬管分段互连在一起的方式，并且图示所谓的横向流动配置引导油穿过含于间隙空间中的催化剂的方式；
图12为所谓的“横向流动”井衬管的横截面图，但是与图示于图10中的实施例相比，其图示可以通过使用密封环将内井衬管以同心方式定位于外衬管部件内的方式的变化；以及
图13为所谓的“横向流动”井衬管的横截面图，但是与图示于图10和图12中的实施例相比，其图示可以通过使用密封环将内井衬管以同心方式定位于外衬管部件内的方式的另一变化。
具体实施方式
图1图示用于改进从含烃地层1回收烃的原位烃回收系统2的示意图，烃回收系统2在其水平井眼3内利用本发明的数个细长井衬管分段10。
此烃回收系统2经调适以引导烃（尤其为在此烃回收系统2的方法期间从烃地层1排出的粘性油15）穿过各个井衬管分段10内的充满催化剂的间隙空间12，以在随后回收至地面13。
图示本发明的数个井衬管分段10，所述数个井衬管分段10各自可旋扭地联结至邻接的其他井衬管分段10，以便形成供原位烃回收方法使用的如图示于图1中的井衬管6。
在操作中，通过原位燃烧法或者替代地通过蒸汽辅助重力排出法(steam assistedgravity drainage;SAGD)加热且从此含烃地层1流出的油15在流通至本发明的井衬管分段10中期间被改质，并且此后更容易在井衬管6内流动，且此后生产至井的地面13。
参阅本文的图1-图13，各个井衬管分段10都包含通常具有大约9.6英寸外径的割缝或绕丝外衬管部件20。如图1中所示的，此外衬管部件20与未扩大的水平井眼3的内径接触（尤其沿其外部周边的底部），后者通常具有大约12.2英寸的直径，使得可以在外井衬管20与水平井眼3之间形成柱状间隙24。
提供以同心方式定位于外衬管部件20内以形成间隙空间12的割缝或绕丝内衬管部件22，此内衬管部件22具有用于收集经改质的烃的内容积/区域80，并且允许通过泵送或其他转移方法将其转移至地面13。
在优选实施例中，井衬管分段10的外衬管部件20和内衬管部件22中的每一个都为圆筒形细长部件，所述圆筒形细长部件被调适为如图1中所示的那样插入圆筒形水平井眼3中。形成于外衬管20的内径与内井衬管部件22的外径之间的间隙空间12相应地为环形间隙空间12，如最好地图示于图4a和图4b中。
图2图示本发明的井衬管分段10的优选实施例的透视图，井衬管分段10在其第一末端60a处具有用于螺纹联结至邻接的井衬管分段10的相对末端60b的在其上的凸形螺纹部61（优选地为标准的美国国家标准管螺纹(national pipe thread;NPT)），如在本文的图5、图79中所示的，此相对末端60b具有在其上的内凹形螺纹部61。
在优选实施例中，如最好地图示于图2中的，外衬管部件20为具有大约1/4英寸的厚度和大约10英寸的外径的轧制钢。外衬管部件20中的孔口31包含数个缝，各个缝都具有小于催化剂40的颗粒宽度的宽度，以防止此催化剂40从间隙空间12溢出，并且在宽度上足够窄，以防止沙和诸如钻探尾渣的其他碎屑进入外衬管部件20中，但是宽度又足以允许可流动烃的进入。因此，这些孔口/缝31的宽度在0.005至0.025英寸（0.128至0.625mm）的范围之内，并且长度通常为6至8英寸，其中大约50个这样的孔口/缝31均匀地间隔于外衬管部件20的周边周围。当然，可以使用其他间距和缝长度，所有的均以最大化烃的进入和防止（在合理限制内）沙和其他碎屑进入外衬管部件20中为目的。
在第一实施例中并且如图2和图4a中所示，孔口/缝31均匀地间隔于外衬管部件20的周边周围。类似地，内部部件22中的孔口/缝41同样均等地间隔于其全部周边周围。孔口/缝41在宽度上通常比孔口31大，因为不存在试图从进入内部部件22的粘性油15“筛分”沙的剩余需要。如图4a中所示，粘性油15因此直接径向向内地穿过间隙空间12中的催化剂40而流动至内部部件22中的内部区域80中。
替代地，如图4b中所示，外衬管部件20中的孔口/缝31可以仅位于外衬管部件20的上部上，而内衬管部件22中的孔口/缝41位于其下部上。也涵盖反之亦然的布置。在两个替代性配置中的任何一个配置下，如图4b中所示，将必然要求粘性油15在间隙空间12内行进一个圆周的距离，藉此提供暴露于间隙空间12内的催化剂40更长的时间，进而改进此粘性油15的改质。
图3图示穿过本发明的井衬管分段10、沿图2的平面A-A取得的横截面，其图示井衬管分段10的第一实施例，即，所谓的“径向流动”配置。图5图示具有“径向流动”配置的数个这种井衬管分段10，其中外衬管部件20各自在相对的末端60a、60b处可旋扭地联结在一起，以形成水平井衬管6。如可以从图4a、图4b和图5最好地看出的，在“径向流动”配置中，烃地层1内的粘性油15径向向内地流过外衬管部件20中的孔口/缝31，径向向内地流过挤入间隙空间12中的催化剂40，在间隙空间12中，此粘性油15至少部分被改质，并且粘性油15径向向内地流过内部部件22中的孔口41而进一步前进至内部区域80中，随后，将此经改质的油转移至地面13。
图示于图3和图5中的具有“径向流动”配置的井衬管分段10被调适为容许油15在垂直于此井衬管10的纵向轴30的径向方向上流动，如根据图3中的箭头方向所图示。如从图3、图4a和图5看出的，在外衬管部件20的上部25中提供孔口31，以允许油15流动至间隙空间12中。
在此井衬管分段10的制造期间，通常将间隙空间12挤满烃改质催化剂40。适用于本发明的一个这种烃改质催化剂40为由Akzo Chemie Nederaland bv Amsterdam制造的且鉴定为KetjenefineTM742-1,3AQ的标准加氢处理/HDS催化剂。
优选地，烃改质催化剂40在此井衬管分段10的制造期间被安置于此间隙空间12中时具有制成丸状或制成粒状的形状，并具有名义上大于孔口31的尺寸的尺寸，以防止催化剂经由孔口31从间隙空间12损失。
图6图示本发明的井衬管分段10的替代性配置，其被调适为容许油15在间隙空间12内的横向流动，以便增加油15接触改质催化剂40的广度和持续时间。在下文中将此替代性井衬管分段配置称为“横向流动”配置。图7图示具有“横向流动”配置的数个井衬管分段10，所述数个井衬管分段10在互相相对的末端60a、60b处可旋扭地联结在一起，以形成井衬管6。如从图示于图1和图7上的箭头最好地看出的，在烃回收方法（诸如，如在美国专利第6,412,557号或公开于2008年3月20日且类似地转让给共有人的美国公开案第20080066907号中描述的原位燃烧工序）期间，来自地层1的粘性油15从地层1排出，流动至最接近其末端60a的外衬管部件20上的孔口/缝31中，并流动至间隙空间12中。此后，油15在此间隙空间12内沿图示的箭头方向横向流动，直至在井衬管分段10的相对末端60b处到达内井衬管22中的孔口41为止，其中油15流动至内衬管部件22的内部80，并且此后转移（通常以泵送的方式）至地面13。当数个井衬管分段10插入水平井眼3中时，此工序被调适成在本发明的各个井衬管分段中重复。
在本发明的井衬管10的“径向流动”和“横向流动”实施例中，并且如分别最好地图示于图3和图5与图6和图7中的，可以经由锥形环部件68将内部部件22以同心方式定位在外衬管部件20内的一个末端60b处，并附着于外衬管部件20的一个末端60b处，锥形环部件68是经由圆周焊缝72分别地附着于外衬管部件20和内部部件22中的每一个。如以下进一步解释的，锥形环部件68不仅用来将内部部件22以同心方式定位并附着于外衬管部件20的一个末端处，此锥形环部件68还用来使催化剂40保持在间隙空间12内。
同样地，在本发明的井衬管分段10的相对末端60a处，在其“径向流动”和“横向流动”实施例中，并且如分别在图3和图5与图6和图7中最好地看出的，滑动密封件52优选地是提供于此相对末端60a处。滑动密封件52的用途在于顾及内衬管部件22与外衬管部件20之间有差异的热生长。此滑动密封件52可以具有许多形状和配置，如现在对所属领域的技术人员将必然为显而易见的那样。
在第一实施例中，如图3和图5-图11中所示，此滑动密封件52包含经由圆周焊缝72固定地固设至外衬管部件20的第一（外）环部件50和同样地经由圆周焊缝固设至内衬管部件22的第二（内）环部件54，所述环部件50、环部件54一起用以将内衬管部件22以同心方式定位于外衬管部件20内。
在第二实施例中（其第一版本图示于图12中），滑动密封件52仅包含固定地固设至所述外衬管部件20的单个（外）环部件50（如图12中所示），以不仅允许所述内衬管部件22相对所述外衬管部件20的纵向膨胀，而且提供某些间隙55，以容许由径向方向上的热膨胀造成的某些径向生长。在第二版本中（图示于图13中），滑动密封件52仅包含经由圆周焊缝72固定地固设至内衬管部件22的单个（内）环部件54，以不仅允许所述内衬管部件22相对于所述外衬管部件20的纵向膨胀/收缩，而且还提供某些径向间隙55，以容许某些径向生长。重要地，在所有配置中，滑动密封件52不仅将内衬管部件22以同心方式定位于外衬管部件20内，而且还同时允许内衬管22相对于外衬管部件20的可滑动纵向运动，以适应外衬管20相对内衬管部件22的有差异的热膨胀，所述有差异的热膨胀发生在使用在收集来自具有本文涵盖的类型（包括使用于原位烃开采回收方法中）的油气层的油的过程中的热量的方法期间。
在图3和图5-图7中所示的实施例中，并且如上所述，可以经由圆周焊缝72将锥形环部件68分别地附着于外衬管部件20和内部部件22中的每一个，以用同心方式将内部部件22定位并附着于外衬管部件20，并且进一步使催化剂40保持在间隙空间12内。替代地，并且如于图8-图11中最好地看出的，可以替代地在内衬管部件22上提供环形固位器部件59，环形固位器部件59被调适成邻接外衬管部件20上的环形台肩92。可以进一步提供锁紧环57，以便固设并且保持固位器部件59和外衬管部件20内的相关联内衬管22。锁紧环57拥有外螺纹69，以允许其可旋扭地收纳于外衬管部件20的末端60b上（以内旋扭的方式），如于图8中最好地看出的。替代地，可以省去锁紧环57，并且当另一个井衬管分段10可旋扭地固设在一起时，通过外衬管部件20的末端60b中的一个将内衬管部件22固设在外衬管部件20内，如图11中所示。然而，在这个实施例中，此外旋扭式的锁紧环57的使用为优选的，因为这样有助于防止在个别井衬管分段10的装运或运输期间此内衬管部件22从所述外衬管部件20的不慎移除。
优选地，在本发明的井衬管10的所有实施例中，外井衬管20的互相相对的末端60a、60b中的每一个都分别拥有凸形外螺纹末端61和凹形（内）螺纹末端62，以容许将分离的井衬管分段10的各自末端60a和60b可旋扭地连接在一起（如图3、图5、图7、图9和图11中所示），以便形成在其中将油15生产至地面13的连续井衬管6。
在本发明的另一实施例中，可以提供待联结在一起的内衬管部件22，如图8-图11中所示。在这个替代性实施例的第一版本中，如图8和图9中所示，内衬管部件22中的每一个上的互相相对的末端70a、70b中的每一个都可以分别拥有凸形无螺纹末端71a和凹形无螺纹末端71b，所述凸形无螺纹末端71a和凹形无螺纹末端71b可能像图9中所示的那样一个可插入另一个内，以在各个外衬管部件20上的互相相对的末端60a和60b可旋扭地联结在一起时允许内衬管部件流体联结在一起。
在另一改进品中，并且如图10和图11中所示，各个内衬管部件22上的互相相对的末端70a、70b中的每一个都可以分别拥有凸形螺纹末端71a和凹形螺纹末端71b，所述凸形螺纹末端71a和凹形螺纹末端71b在各个外衬管20上的互相相对的末端60a、60可旋扭地连接时容许互相相对的末端70a、70b的可旋扭连接。这些螺纹相对的末端60a、60b和相对的末端70a、70b各自通常为具有常用于油工业中的螺纹管的类型的美国国家标准管螺纹(national pipe thread;NPT)配置。
将井衬管部件10流体地联结在一起的其他构件对于所属领域的技术人员而言现将明显地为显而易见的，并且像使井衬管分段10流体地联结在一起的其他同样可行的替代性构件那样进一步涵盖于本发明的范围内。
对于414米的水平井衬管10而言，需要69个各自具有6米长度的连接的井衬管分段10。对于1.5英寸的环形间隙空间而言，各个井衬管分段10将含有大约300磅催化剂40。
以下为对于在原位烃回收系统2中，如何能够使用本发明的井衬管分段10收集并改质油15并且此后将其泵送至地面13的描述。
具体地说，在如可从图1看出的原位烃回收工序2中，使用广为人知的并用于水平钻进的先前技术中的水平和/或定向钻进技术钻出至少一个生产井100，其具有大体上水平支脚101和连接至其的大体上竖直生产井102。大体上水平支脚101具有在其连接至竖直生产井102处附近的踵部103和在水平支脚101的相对末端处的趾部104，所述生产井100的所述水平支脚101位于油气层1的下部105中。提供注入井107，以用于将氧化气体注入至储层1的上部中。
经由在外井衬管20的各别末端60a、60b上包含外部凸形61螺纹部和凹形螺纹部的联结构件将数个细长井衬管分段10联结在一起，并且将其插入水平井眼3，以便在所述水平支脚101内形成水平井衬管6，如图3、图5、图7和图9中所示。所述井衬管分段10中的每一个都包含：
(a)细长的大体上空心的外衬管部件20，其具有纵向轴30且在至少其周边的上部中拥有数个孔口31，各孔口31都具有足以允许可流动烃穿过其中而流动至所述外衬管部件的内部中的尺寸；
(b)细长的大体上空心的内衬管部件22，其沿所述外衬管部件20的所述轴30以同心方式设置在所述外衬管部件20的内部之内，以便在所述内衬管部件22与所述外衬管部件20之间形成间隙空间12，其同样地在其周边的一部分上具有数个孔口41，以容许部分改质的烃2从所述间隙空间12进入所述内衬管部件22内；
(c)所述间隙空间12充满催化剂40，以在所述烃流过所述间隙通道12并且此后经由其中的所述孔口41流动至所述内衬管部件22中时改质所述烃并提高所述烃的流动性。
在利用本发明的井衬管分段的如图1中所示的原位开采工序中，氧化气体（诸如，气体或氧气）通过注入井107而注入并且通过井107中的射孔108而进入地层。提供引燃源（未图示）以引起原位燃烧。替代地，在对接近注入井107处的油加热之后，引燃可以为自发的。在引燃油之后，产生燃烧气体，所述燃烧气体在从水平支脚101的趾部104至踵部105的方向上渐进地前进，作为大体上垂直于水平支脚101的燃烧前沿109，并且流体排至所述水平支脚101内的水平井衬管6中，并进入充满催化剂40的所述间隙空间12中，且接触所述催化剂40，并且藉此变为改质的。通过重力与压力差将改质的且受加热的石油排至水平支脚101中，即，间隙空间12中，在间隙空间12中，通过接触到催化剂40来改质所述油15，并且此后所述油15进入内衬管部件22，且尤其进入其内容积区域80，在内容积区域80中，此后将所述油泵送至地面13。
以下陈述用于制造本发明的井衬管分段10的方法。
对于图3、图5和图6-图7中所示的井衬管分段10的实施例而言，首先将密封环50和密封环54沿圆周分别焊接至外井衬管部件20和内井衬管部件22。此后，将内井衬管22插入外井衬管20内，通常在竖直位置中各自对齐，使得如图3、图5和图6-图7中所示的那样安置密封环50、密封环54。可以将临时间隔物构件（未图示）临时安置在内衬管部件22的周边周围的其末端70b处，以便将内衬管部件22以同心方式定位于外衬管部件20内。此后，使催化剂丸40落入间隙空间12中，以便使此空间12充满催化剂40。此后，移除临时间隔物，并且插入圆锥形环部件68并将其沿圆周焊接在位点72处，以便将内衬管部件22以同心方式保持在外衬管部件20内，并使催化剂40保持在间隙空间12内。
对于具有图12和图13中所示的配置的井衬管部件10的制造而言，除仅将一个密封环50和密封环54分别焊接至内衬管22或外衬管20（视情况而定）之外，工序为类似的。
对于图8-图11中所示的井衬管分段10的实施例而言，首先将密封环50和密封环54沿圆周分别焊接至外井衬管部件20和内井衬管部件22。此后，将内井衬管22插入外井衬管20内，通常在竖直位置中各自对齐，使得如图8-图11中所示的那样安置密封环50、密封环54。此后，如图8-图11中所示的那样插入锁紧环57，以在此位点处将内衬管部件22固设至外衬管部件20。此后，经由环形固位器环59中的孔口99使催化剂丸40落入间隙空间12中，以便使此空间12充满催化剂40。如果需要，那么此后可以通过将插塞（未图示）插入其中来密封孔口99。
尽管本揭示内容描述并说明本发明的优选实施例，但是应理解，本发明不限于这些特殊实施例。所属领域的技术人员现将想到许多变化和修改。关于本发明的完整定义和其预期范围，将参阅与本文的揭示内容和图式一起阅读并仔细考虑的发明内容和随附权利要求书。
Claims (16)
1.一种用于在从地下油气层收集烃期间改质烃的细长井衬管分段(10)，所述井衬管分段(10)具有互相相对的第一(60a)末端和第二(60b)末端，并且被调适成在两个所述互相相对的末端处都以水平方式联结至另一细长井衬管分段(10)，以形成细长井衬管，各个井衬管分段(10)都包含：
细长的大体上空心的外衬管部件(20)，其具有纵向轴并且在至少其周边的一部分中拥有数个孔口(31)，各孔口(31)都具有足以允许可流动烃穿过其中而流动的尺寸；
细长的大体上空心的内衬管部件(22)，其沿所述外衬管部件(20)的所述纵向轴以同心方式设置在所述外衬管部件(20)的内部之内，以便在所述内衬管部件(22)与所述外衬管部件(20)之间形成间隙空间(12)，其同样地具有设置在其周边周围的数个孔口(41)，以容许部分改质的烃从所述间隙空间(12)进入所述内衬管部件(22)内；
所述间隙空间(12)被调适成充满催化剂，以在所述烃流过所述间隙通道并且此后经由其中的所述孔口(41)流动至所述内衬管部件(22)中时改质所述烃并提高所述烃的流动性；
所述井衬管分段(10)具有将所述内衬管部件联结至所述外衬管部件的联结构件；以及并且
其中将所述内衬管部件(22)联结至所述外衬管部件(20)的所述联结构件包括：用于允许所述内衬管部件(22)相对于所述外衬管部件(20)的纵向可滑动运动以便适应所述内衬管部件(22)和所述外衬管部件(20)之间有差异的热膨胀的构件，并且所述联结构件进一步将所述催化剂(40)维持于所述间隙空间(12)中。
2.根据权利要求1所述的细长井衬管分段(10)，其中所述联结构件部分地包括：
(i)至少一个环部件(50)焊接至所述内衬管部件(22)和所述外衬管部件(20)之中至少一个。
3.根据权利要求1所述的细长井衬管分段(10)，其中所述联结构件进一步包括：
(i)环部件(54)，焊接至所述内衬管部件(22)，以及环部件(50)，焊接至所述外衬管部件(20)，其中所述环部件(50,54)中的每一个位于最接近所述井衬管分段(10)的末端处(60a)；
(ii)锥形环部件(68)，位于所述内衬管部件(22)和所述外衬管部件(20)之间，且位于所述井衬管分段(10)的一端(60b)并位于所述内衬管部件(22)和所述外衬管部件(20)之间的所述环部件(50,54)的相反侧，所述锥形环部件(68)附着于所述内衬管部件(22)和所述外衬管部件(20)的每一个，以藉此将所述催化剂(40)封装于所述内衬管部件(22)、所述外衬管部件(20)、所述环部件(50,54)和所述锥形环部件(68)所包围的所述间隙空间(12)中。
4.根据权利要求1所述的井衬管分段(10)，其中将所述内衬管部件(22)联结至所述外衬管部件(20)的所述构件包含：固定地附接至所述外衬管部件(20)并且在可滑动啮合中接触所述内衬管部件(22)的第二环部件(50)。
5.根据权利要求1所述的井衬管分段(10)，其中将所述内衬管部件(22)联结至所述外衬管部件(20)的所述构件包含：固定地附接至所述内衬管部件(22)并且在可滑动啮合中接触所述外衬管部件(20)的第一环部件(54)。
6.根据权利要求1所述的井衬管分段(10)，其中所述联结构件将所述内衬管部件(22)联结至所述外衬管部件(20)包含：第一环部件(54)和第二环部件(50)，邻近于所述井衬管分段(10)的一端，所述第一环部件(54)固定地附接至所述内衬管部件(22)，所述第二环部件(50)固定地附接至所述外衬管部件(20)，其中所述第一环部件(54)和第二环部件(50)中的每一个都在相互可滑动的啮合关系中合作，以允许所述内衬管部件(22)相对所述外衬管部件(20)的纵向膨胀，并且，所述环部件(50,54)进一步使催化剂(40)保持在间隙空间(12)内。
7.根据权利要求1所述的细长井衬管分段(10)，其中所述催化剂是选自由以下组成的催化剂群组的催化剂：
(i)制成丸状的催化剂；和/或
(ii)制成粒状的催化剂
其中，此催化剂具有足以大体上防止其穿过所述外衬管部件(20)或内衬管部件(22)中的任何所述孔口(31、41)而漏出的尺寸，以便一旦所述催化剂位于所述间隙空间中时，便大体上防止所述催化剂的损失。
8.根据权利要求7所述的细长井衬管分段(10)，其中所述井衬管分段含有催化剂，并且所述催化剂包含烃改质催化剂。
9.根据权利要求8所述的细长井衬管分段(10)，其中所述烃改质催化剂为加氢脱硫催化剂。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的细长井衬管分段(10)，其中：
所述外衬管部件(20)中的所述孔口(31)位于最接近所述互相相对的末端(60a,60b)的所述第一末端处(60a)；以及
所述内衬管部件(22)中的所述孔口(41)位于最接近所述相对的第二末端处；以及
其中经由在最接近所述第一末端处的所述外衬管部件(20)中的所述孔口(31)将所述细长井衬管调适成允许所述烃进入所述间隙空间，并且允许此后沿所述井衬管分段并在所述间隙空间(12)内朝向所述第二末端(60b)纵向行进，同时接触其中的所述催化剂(40)，以便被改质，并且允许此后经由在最接近所述第二末端(60b)处的所述内衬管部件(22)中的孔口(41)流通至所述内衬管部件(22)中，以便变为收集在所述井衬管分段(10)的所述内衬管部件(22)中。
11.根据权利要求1至6中任一项所述的细长井衬管分段(10)，其中经由所述外衬管部件(20)中的所述孔口(31)将所述细长井衬管分段(10)调适成允许所述烃进入所述间隙空间(12)，并且允许此后在所述间隙空间(12)内朝向所述内衬管部件(22)径向向内地行进，同时接触其中的所述催化剂(40)，以便被改质，并且允许此后经由所述内衬管部件(22)中的孔口(41)流通至所述内衬管部件(22)中，以便变为收集在所述井衬管分段(10)的所述内衬管部件(22)中。
12.根据权利要求1所述的细长井衬管分段(10)，所述外衬管部件(20)中的每一个都具有第一和第二互相相对的末端，其中所述外衬管部件(20)的所述第一末端联结至另一井衬管分段的另一外衬管部件的所述第二末端。
13.根据权利要求1所述的细长井衬管分段(10)，所述内衬管部件(22)中的每一个都具有第一和第二互相相对的末端，其中所述内衬管部件(22)的所述第一末端联结至另一井衬管分段的另一内衬管部件的所述第二末端。
14.根据权利要求1所述的细长井衬管分段(10)，其中所述内衬管部件(22)的至少一个互相相对末端与另一井衬管分段的内衬管部件的末端联结，并且所述外衬管部件(20)的至少一个互相相对末端与另一井衬管分段的外衬管部件的末端联结。
15.一种用于在从地下油气层(1)收集烃时改质所述烃的原位工序，所述工序包括以下步骤：
(i)钻出具有大体上水平支脚(101)和连接至其处的大体上竖直生产井(102)的至少一个生产井(100)，其中所述大体上水平支脚(101)具有在其连接至所述竖直生产井处附近的踵部(103)和在所述水平支脚(102)的相对末端处的趾部(104)，所述生产井(100)的所述水平支脚(101)位于所述油气层(1)的下部分中；
(ii)将数个细长井衬管分段(10)联结在一起，所述数个细长井衬管分段各自流体地联结在一起，以便形成水平井衬管，所述井衬管部件(10)中的每一个都包含：
(a)细长的大体上空心的外衬管部件(20)，其具有纵向轴并且在其周边的至少一部分中拥有数个孔口(31)，各孔口(31)都具有足以允许可流动烃穿过其中而流动的尺寸；
(b)细长的大体上空心的内衬管部件(22)，其沿所述外衬管部件(20)的所述纵向轴以同心方式设置在所述外衬管部件(20)的内部之内，以便在所述内衬管部件(22)与所述外衬管部件(20)之间形成间隙空间(12)，其同样地具有在其周边的至少一部分中的数个孔口(41)，以容许部分改质的烃从所述间隙空间(12)进入所述内衬管部件(22)内；
(c)所述间隙空间(12)充满催化剂(40)，以在所述烃流过所述间隙通道并且此后经由其中的所述孔口(41)流动至所述内衬管部件(22)中时改质所述烃并提高所述烃的流动性；
(d)所述井衬管分段(10)具有将所述内衬管部件(22)联结至所述外衬管部件(20)的联结构件；以及
(e)其中将所述内衬管部件联结至所述外衬管部件的所述联结构件包括：用于允许所述内衬管部件相对于所述外衬管部件的纵向可滑动运动以便适应有差异的热膨胀的构件；
(iii)将所述联结在一起的井衬管分段(10)插入所述水平井眼(3)中；
(iv)加热所述地下油气层(1)；以及
(v)回收流动至所述水平井衬管内的所述内衬管部件(22)中的经改质的烃。
16.根据权利要求15所述的工序，其进一步包含以下步骤：
(i)钻出用于将氧化气体注入至最接近所述油气层(1)的上部地带的所述油气层的至少一个注入井；以及
(ii)通过所述注入井而注入氧化气体；以及
(iii)权利要求15的加热所述含烃地层的所述步骤(iv)，其包含：在所述含烃地层中引燃原位燃烧，使得燃烧气体渐进地前进，作为大体上垂直于所述水平支脚的穿过所述地层的前沿，并且液化烃流体排至所述水平支脚(101)内的所述水平井衬管中，并排至充满催化剂的所述间隙空间(12)中，且接触所述催化剂(40)，并且藉此变为改质的。
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