CN102892974B - 烃类采集的改进 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及烃类热采装置，其包括：多个蒸汽注入井管，其中各配有沿着各蒸汽注入井管的长度彼此间隔的多个注入井自动入流控制装置AICD；多个生产管，其中各配有沿着各生产管的长度彼此间隔的多个生产自动入流控制装置AICD；其中安装所述注入井AICD以将蒸汽注入地质层中从而降低该岩层中烃类的粘度；其中安装所述生产AICD以允许被加热的烃类流入用于传送至表面的所述生产管中。
Description
本发明涉及烃类热采装置及相关的方法。本发明具体地但不仅仅涉及通过注入蒸汽进行烃类热采。
在世界各处，已知地表下层的油或沥青砂中有显著的烃储量。存在于这些环境中的烃是特别稠密并且不能自然流动的沥青或重原油形式。在存在轻质烃的地质环境中，可钻井进入含烃岩层中，由于该岩层压力高于地球表面，烃类如石油和气体将很容易通过井从含烃的地质岩层流至地球表面。
粘稠的沥青和重原油更难以抽提，但是这可利用烃类热采技术实现。热采的关键原理是加热油砂以使沥青或重油变成足以流动的粘性，然后使它以加热并可流动的状态从岩层中被抽提。
用于实施此的一种技术包括钻井，然后通过井筒将蒸汽注入岩层中以加热岩层和重油。其后，通过井筒将油抽提至表面。通常要实施多个加热和抽提的循环。该方法通常使用一个井筒既用于注入蒸汽又用于将油抽提和移至表面，称为“吞吐”系统。
另一种已知的热采技术是蒸汽辅助重力泄油(SAGD)。此技术也依据将蒸汽注入岩层进行工作，但是，它利用另外的井筒；指定用于注入蒸汽的“蒸汽注入井井筒”和另一个用于将油抽提或开采至表面的“生产井井筒”。典型地，蒸汽注入井井筒与生产井井筒的水平部分彼此接近与位于生产井井筒上的蒸汽注入井井筒成对。
当将蒸汽通过注入井井筒注入岩层时，在注入井井筒之上和周围的岩层的蒸汽加热区域，称为蒸汽“室”。这使重油变热并且在重力下向在初始循环时已被加热的生产井井筒下泄。泄油使得蒸汽经过蒸汽室向其周围进一步升高，使得蒸汽室连续增长。蒸汽在释放其热能之后，冷凝并与流动油一起在重力作用下向下流至生产井筒下部。
典型地，注入井和生产井井筒包括水平部分，所述水平部分在地质层中大致平行且水平，并且与位于生产井井筒上方的注入井井筒彼此间隔数米，例如间隔约5m。
虽然就效率和采油速度而言目前的SAGD技术具有益处，但是迄今使用的SAGD技术仍有许多问题。例如，可能难以控制生产井井筒中的蒸汽突破，并且难以实现蒸汽沿着水平注入井精确“分配”蒸汽而形成最佳的蒸汽室。
为了连贯地通过生产井井筒抽提油，确保冷凝水的层、集水阱或集水槽和要抽提的烃类保持在生产井井筒周围，从而来自注入井井筒的蒸汽不能“短路”并且直接突破至生产井井筒部分。但是，若没有正确确立加热条件和蒸汽室，可发生蒸汽突破。例如，在生产井井筒周围地质层中的温度应低于用于使油下泄入生产井井筒中的蒸汽室的温度（低温冷却）。否则，蒸汽可替代在生产井处的油和冷凝水，这是不令人期望的，因为它延迟烃类生产并且对位于生产井井筒中的用于将油泵送至表面的提升泵造成损坏。于是需要采取各种步骤来纠正此情形。
为了避免发生蒸汽突破，可能需要采取各种措施。具体地，在现有SAGD技术中，可能需要限制生产速度以维持流动的烃层。这可通过例如控制在生产管道内运转的提升泵以控制管中的压降或者通过减少来自注入井井筒的蒸汽注入进行。还需要控制温度以维持围绕生产井管的流体圈闭。具体地，在围绕生产井井筒的区域中的温度必须保持低于蒸汽室温度，即“低温冷却”，以建立和维持适合的流体圈闭。
尽管粘性仍然足以流动，在生产井井筒周围要抽提的流体相对粘稠，这限制了抽提效率。因此，通常期望蒸汽室扩展尽可能地接近生产井井筒以尽可能地保持流体可流动而不造成蒸汽突破。需要保持平衡，鉴于此，为了有助于保持温度条件和“蒸汽室”稳定并且相对可预测地接近生产井井筒，现有的方法是基于蒸汽注入与生产井筒之间的间距为约4-6m。此外，可能需要调整生产或注入速度以保持温度条件。因此，利用现有的方法可能难以一致地达到重油的商业生产速度，因为即使在局部化的蒸汽突破的情况下整个井必须被阻塞。
现有的技术关注利用具有固定流道构造的入流控制装置ICD解决上述蒸汽突破的问题。统称为通道或喷嘴型ICD，这些被置于生产管或衬管上以提供在沿着管部分的特定位置上管内部与地质层之间的流体连接。在生产井管中这样的ICD在岩层与管之间强加额外的压降以阻止蒸汽突破并且维持在管周围的流体圈闭。但是，避免蒸汽突破并形成适合的围绕生产井管的低温冷阱是与现有热采技术相关的重大挑战。
还要考虑如何运行注入井。如上所述，期望能够产生适合的蒸汽室并且以受控的方式分配蒸汽。但是，能够沿着井筒的整个长度如此也是重要的。这也有助于降低蒸汽突破至生产井的风险，更关键地避免出现局部化且不平衡的蒸汽室。
对于注入井，发生井筒水力效应，这限制SAGD中可用的水平管的长度。继而这意味着典型地需要钻许多井以提供从特定区域热采重油所需的覆盖范围。典型地，对于SAGD，水平部分的最大长度为约500-1000m。这是因为进入地质层（离开井筒）的蒸汽的量以及进一步在井筒内下游延续的量显著取决于局部化的压力平衡，如图2中所示。在沿着管较前之处，通常在“heel”部分提供较高的流速（向水平井筒部分的井口端），而在依次更远离压力源之处压差和流速逐渐减小（由于管中流体体积减小）。解决这样的井筒水力学问题的常规方法是安装两个不同长度的水平注入管部分，一个在另一个之上（双管完井）。典型地，两个注入管部分在相同的注入井筒中，如图2中所示。以相对于彼此重叠的结构安置注入管部分，从而降低沿着井筒的总压力变化，由对比图2a和2b可见。可见沿着管的长度可达到适度均一的压力/流速分布，但是也可见此技术的有效性需要上部注入井末端（在井筒的“heel”，常称为短管柱）与下部注入井管末端（在井筒的“toe”，常称为长管柱）之间在一定程度上接近。这意味着仍然仅可为由两个注入井管末端之间界定的相对有限长度的管提供所需的蒸汽室条件。
已尝试利用固定流道入流控制装置ICD解决井筒水力学和蒸汽室增长不均匀的问题。这些被安装在注入井井筒中并且被安置于管或衬管上以提供在沿着管部分的特定位置各个管内部与地质层之间的流体连接。在注入井管中，ICD提供蒸汽进入岩层的出口。为了将蒸汽注入岩层，注入井管被加压至高于岩层压力的压力，由此蒸汽可被迫经过ICD。沿着管的长度提供若干ICD，使得在沿着管的特定位置注入蒸汽，在那些位置提供高蒸汽注入能力。在注入井管中使用ICD赋予在管与岩层之间额外的压降。这能够使更多的否则可能会“泄漏”入接受岩层的蒸汽沿着注入井筒传送经过井筒的水平部分。但是，与在注入井管中使用这些ICD相关的问题是蒸汽流速由压差驱动，如图1中所示。因为沿着管的长度岩层压力在某种程度上有改变，随着时间，可产生压差变化，由于流速对压差变化的敏感性，故而可能难以控制形成适合的蒸汽室所期望的蒸汽速度。
因此，在一种形式，已采用技术来利用固定流道孔板/通道和喷嘴ICD的临界流速，是已知发生在声速的可预测的恒定流速。在这些装置中，注入蒸汽速度至多为取决于压差的点，但在此临界流速下，注入蒸汽流速不能进一步增大，即使使压差更大。缺点在于，这要求在管内产生的压差是岩层压力的约2倍以产生使用常规管和ICD装置的此效果。因为压差加倍的需要还施加在最远离的toe部分，故此要求在井口显著更高的总蒸汽压。因此，以此临界流动模式注入岩层中要求不令人期望的大量能量，并且高速的流体可能对设备造成显著的侵蚀和损害。此外，离开ICD的蒸汽典型地为紊流，并且可能需要额外的扩散器来控制和引导蒸汽流按照需要进入岩层中。扩散器的使用也造成能量从蒸汽流耗散。即使这样的装置可产生可预测的流速，这些仍然是不令人期望的效果。
因此，存在与热采的现有技术相关的许多困难，包括例如如何均一地分配蒸汽，如何定向分配蒸汽以减小地质非均质性的影响，和/或如何为了最佳的蒸汽室增长定向分配蒸汽。另一个挑战是避免过量注入蒸汽。
在第一概括形式，本发明可通过以下段落定义。
本发明可提供烃类热采装置，其包括至少一个用于自动调整经过控流装置的流体流的控流装置，所述至少一个控流装置为井筒中定位的管配置，安装所述控流装置以流体连接地质层与管的内部，其中进一步安装所述管为了以下至少其一：将蒸汽注入地质层中以加热烃类；以及将经蒸汽加热的烃类从地质层移至表面。
所述装置可包括，第一，用于将蒸汽注入地质层中来加热烃类的注入井管，和第二，用于将经蒸汽加热的烃类从地质层移至表面的生产井管，其中所述注入井管和所述生产井管中至少其一可配有所述至少一个控流装置。所述注入井管和所述生产井管可各配有至少一个控流装置。
所述生产井管可配有至少一个控流装置，其设置用来自动允许被加热的油和水的流动但限制从岩层经过控流装置的蒸汽流。所述生产井管可沿着管的长度配置多个彼此间隔的所述控流装置。
所述注入井管可配有沿着所述注入井管的长度彼此间隔的多个所述控流装置，其中各控流装置可被设置用来允许蒸汽流以预定的流速经过所述控流装置。可安置所述控流装置，以沿着注入井管的长度产生预定的蒸汽注入能力分布。
可设置不同的控流装置以产生基本上相同的蒸汽流速。可设置所述控流装置，以允许蒸汽流以基本上恒定的流速经过其，其中蒸汽在所述注入井管被施加足够的压力。
注入井管可包括与生产井管的生产井管部分成间隔平行关系并且基本上水平安置的注入井管部分。注入井管与生产井管彼此之间的间距可以为小于5m、小于4m、小于3m、小于2m和/或小于1m。例如，它们之间的间距可以为约1-2m。
注入井管可包括安置于各个基本上水平井筒部分内的多个蒸汽注入井管部分，以及安置延伸在表面井口与地表下层位之间的连接注入井管部分，所述连接注入井管部分用于流体连接所述多个蒸汽注入井管部分的每个与表面井口。
生产井管可包括安置于各个基本上水平井筒部分内的多个生产井注入井管部分，以及安置延伸在表面井口与地表下层位之间的连接生产井管部分，所述连接生产井管部分用于流体连接所述多个生产井注入井管部分的每个与表面井口。
地质层可以是油砂并且待采的烃类可以是粘性烃类。
所述装置可以是蒸汽辅助重力泄油系统的形式。
本发明还可提供自动可调的控流装置在热采油系统中的用途，其中蒸汽被注入地质层中以加热烃类并将被蒸汽加热的烃类从地质层移至表面。
所述用途可提供区别性地限制进入采集系统的管中的蒸汽入流的效果，其中管可被安装用于将烃类从含烃岩层移至表面。所述用途可提供控制蒸汽室的形成以防蒸汽突破的效果和/或提供在蒸汽突破条件下有保证地采油的效果。
所述用途在适当之处可包括上述装置的任何特征。
本发明还可提供从地质层热采烃类的方法，所述方法包括以下步骤：
a.为管配备至少一个控流装置，安置所述控流装置以自动调整经过所述控流装置的流体流；
b.将所述管置于井筒中，通过其安置所述至少一个控流装置以流体连接所述地质层与所述管的内部；和
c.将蒸汽注入地质层中以加热所述烃类；
d.将经蒸汽加热的烃类从地质层移至表面；和
e.利用管来实施步骤c和d中的至少一步。
所述方法可以是在蒸汽突破的条件下有保证地回收或生产油的方法。因此，即使蒸汽紧靠生产井管的外表面存在，它仍然可保证生产并且防止对设备的损害。它还可以是控制蒸汽室形成的方法。
在适当之处，所述方法可利用上述装置的任何特征。
在第二形式中，本发明可通过以下编号的段落进行阐述：
1.烃类热采装置，其包括：
多个蒸汽注入井管，其中各配有沿着各蒸汽注入井管的长度彼此间隔的多个注入井自动入流控制装置AICD；
多个生产管，其中各配有沿着各生产管的长度彼此间隔的多个生产自动入流控制装置AICD；
其中安装所述注入井AICD以将蒸汽注入地质层中从而降低岩层中烃类的粘度；
其中安装所述生产AICD以允许被加热的烃类流入用于传送至表面的所述生产管中。
2.段落1所述的装置，其中配置至少一个注入井AICD，从而一旦跨越所述注入井AICD的压差超出阈值时允许蒸汽流以基本上恒定的流速经过所述注入井AICD。
3.段落2所述的装置，其中所述基本上恒定的流速随着时间的变化平均小于10%。
4.段落2或3所述的装置，其中蒸汽的温度范围为150-160℃，所述基本上恒定的流速的平均值为0.3-10m3/hr。
5.段落2、3或4所述的装置，其中蒸汽的温度范围是150-160℃，所述阈值为8kPa-12kPa。
6.在前任一段落所述的装置，其中设置至少一个生产AICD以允许被加热的烃类和冷凝水流入生产管中但限制蒸汽流入所述生产管中。
7.段落6所述的装置，其中设置所述至少一个生产AICD，从而在蒸汽从所述蒸汽注入井管到达所述生产AICD时，所述生产AICD自动关闭，使得任何通过所述生产AICD进入所述生产管的蒸汽占通过所述生产AICD进入所述生产管的总流体的小于5重量%。
8.在前任一段落所述的装置，其中至少一些所述注入井AICD包括界定通过所述AICD的流道并界定容纳可移动的阀体的凹部的部件体，该部件体的安置使沿着所述流道的流体运动造成该阀体利用伯努利效应而运动，由此控制沿着所述流道的流体流。
9.在前任一段落所述的装置，其中至少一些所述生产AICD包括界定通过该AICD的流道并界定容纳可移动的阀体的凹部的部件体，该部件体的安置使沿着所述流道的流体运动造成该阀体利用伯努利效应而运动，由此控制沿着所述流道的流体流。
10.段落8或9所述的装置，其中所述阀体是可自由移动的阀体。
11.在前任一段落所述的装置，其中设置至少一个所述蒸汽注入井管的注入井AICD以将蒸汽以基本上相同的蒸汽流速注入所述岩层中。
12.在前任一段落所述的装置，其中设置至少一个所述蒸汽注入井管的注入井AICD以将蒸汽以不同的蒸汽流速注入所述岩层中，从而可针对所述岩层的不同部分使用适合的流速。
13.在前任一段落所述的装置，其中安置所述蒸汽注入井管使其基本上水平延伸。
14.在前任一段落所述的装置，其中安置所述生产管使其基本上水平延伸。
15.在前任一段落所述的装置，其中所述地质层是油砂。
16.在前任一段落所述的装置，其中所述待采的烃类是沥青或重油。
17.在前任一段落所述的装置，其是蒸汽辅助重力泄油SAGD系统的形式。
18.从地质层热采烃类的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供在前任一段落中定义的烃类热采装置；
b)将蒸汽通过所述注入井AICD注入所述地质层中；
c)通过所述生产AICD将被加热的烃类收集在所述生产管中；和
d)通过所述生产管将所述烃类移至表面。
参考附图仅以示例形式描述本发明的实施方案：
图1是显示对于现有技术的基于固定结构喷嘴/孔板或通道的ICD压差对流速的关系的图表；
图2是现有技术的用于注入蒸汽的注入井筒与双管完井的示意图；
图3A和3B提供包含本发明的烃类热采装置的地表下层区域的透视末端图；
图4A是对于气体/蒸汽、水和油现有技术的固定结构ICD性能曲线的图表；
图4B是对于气体/蒸汽、水和油本发明实施方案中所用的AICD的性能曲线的图表；
图5A和5B是显示在生产井管附近蒸汽突破局面的横截面示意图；
图6是显示注入井管中所用的AICD的工作行为的图表；和
图7是用于从地质层热采的管道部分的排布的示意图。
首先参考图3A和3B，显示通过蒸汽辅助重力泄油(SAGD)从油砂进行烃类热采的方法。具体参考SAGD法描述本发明的实施例，但应理解本文所述的发明同样可适用于其它蒸汽辅助热采法，包括例如上述单管式循环“吞吐”法或者非循环式连续蒸汽驱动系统等。
在图3A和3B中，以位于深处的油砂层12显示地表下层的剖面。提供注入井14和生产井16，一个在另一个之上，包括水平注入井和生产井管部分14h、16h，以垂直间距约5m分隔开。从注入井管部分14h注入蒸汽，在井筒部分14h之上和附近的油砂层中产生蘑菇形的加热区或“蒸汽室”18。在初始加热期之后，开始对流过程，由此油砂中的沥青或重油被加热并且下泄，而蒸汽上升经过蒸汽室。当它到达蒸汽室的较冷的外部区域时，蒸汽冷凝。被加热的沥青变得可流动，并且如箭头18a所示与冷凝的水一起下泄。在底部的生产井管部分16h中，沥青或重油是可流动的，并且在岩层压力下和/或借助于生产管部分16h内部的生产提升泵（未示出）被抽吸入生产井管中，由此可流动的沥青或重油与冷凝的水一起被送返至表面生产井口19。
在本发明中，注入井管部分14h和生产井管部分16h，在管部分的壁中，均配有多个控流装置14f、16f，并且沿着各个管部分的长度彼此间隔。在此所指的管可以是衬管或砂筛管（直接接触地质层）或是位于衬管/筛管内部的内部管。这些装置提供地质层12与生产和注入管部分14h、16h内部之间的流体连接和通道。此实施例中的控流装置是所谓的自动控流装置(AICD)。这些装置包括外罩和外罩内的“浮盘”来界定流体经过阀的流道。重要的是，浮盘造成限流。但是，浮盘可在外罩内移动来改变流道限制。
AICD提供两种具体的效果，其促进烃的生产和蒸汽的注入。首先，浮盘响应于停滞压和流体的速度而运动。这意味着它自动调整它的位置和流道以节约能量，遵循伯努利方程的原理。因此，对于管的内部与地质层之间的特定压差，当在限流处遇到粘度较低的流体时，以及当由于低压浮盘运动至流道邻近时，流量可被阻塞或者完全关闭。浮盘运动起因于在一侧的高停滞压和低粘度流体较快速流动在另一侧所产生的较低的动态压。
其次，当自动阀经受单相流如蒸汽时，浮盘保持开放，同时它在外罩内的位置由在浮盘背面产生的停滞压与在浮盘正面形成的流动“动态”压来平衡。由跨越阀的较大压差引起的流速越高，在浮盘正面动态流动压变得越低。这拉动浮盘更接近它的“关闭”位置并且自动降低流速。一旦达到最大压差阈值，自动阀有效地产生“几乎”恒定的流速。
基于这些或者与WO2008/004875、WO2009/088292和WO2009/113870中所述相似的原理工作的控流装置以及那些文件公开的相关部件通过援引纳入本文。
首先参考图4A和4B可见，用于本发明SAGD系统的生产管部分16h的流量阀利用这些工作原理中的第一条。在图4B中，显示压差（井筒岩层与管中的压降之间）对生产管部分中所用的AICD的流速的图表20。图表20显示对于水20a、油20b和气体/蒸汽20c的性能图表，表示经过阀的流速行为。所有的曲线20a-20c显示压差快速增高同时流速增高。相对比在图4A中，使用固定结构喷嘴/孔板现有技术ICD的相应性能，可参见图表22的以相同比例绘制的曲线22a-22c。这些表明压差仅非常平缓地增加，特别是在气体曲线22c中。从AICD的图表20可见，由于浮盘的运动，“气体/蒸汽”流受到阻断和显著限制。
生产井管16h中的AICD 16f设置用来依据AICD的自动可调性区别性地限制蒸汽。AICD设置用来允许被加热的油或液体沥青及冷凝的水流经AICD，但是阻止蒸汽流。若有任何蒸汽突破至生产管部分，经过AICD的蒸汽流可被阻断或阻塞，因为蒸汽的粘度显著低于液体油或沥青或水，致使AICD的浮盘限制该阀中的流道。而后停滞压使阀保持“关闭”直至蒸汽被油或液体流置换。因此，大大降低蒸汽吸入生产井筒的风险。避免提升泵被蒸汽损坏，同时有足够的油和水入流经过井筒其它部分中的AICD，从而满足泵的抽吸速度。
如图5A和5B中所示，显示AICD的流体区别和关闭功能。在图5A中，显示在部分14h的壁中配有AICD 14f的生产管部分14h。从蒸汽室18排出的熔化液态沥青和水层18t沿着和围绕生产管部分14h的外表面铺展，并被传送至AICD。正如所示，允许流经AICD并流入生产井管中到达井口。在图5B中，显示蒸汽突破的局面，并且AICD由于它对低粘度蒸汽的敏感性和区别性限制已阻断蒸汽。生产井管的剩余部分，也配有AICD，将继续无阻碍地产生沥青和水直至它们因渐渐渗入的蒸汽而被“关闭”。优选地，AICD确保进入生产管的任何蒸汽占进入生产管的总流体的小于5重量%。
因此，蒸汽被抽吸接近但不经过生产管，从而在“零-低温”下有效地工作。这改进了整个热采工艺，首先，因为可更“强劲地”实行注入蒸汽而无需担心蒸汽短路进入下部的生产井。更多热能可用来促进蒸汽室增长并且加速采油。其次，因为蒸汽室延伸至生产井管的附近而不是被保持较冷（低温）的位于上方的液体圈闭屏蔽，故而在此接近井筒的临界区域中较热并且更有效地进行泄油。无论井轨迹的标高，就生产井的整个“水平”部分而言，自动区别性地限制蒸汽流也是有益的。例如，当生产井管部存在于不同的标高时，在较高标高处的部分，蒸汽可被首先吸入其中，此时AICD立刻并且暂时关闭直至水和熔化的油又增多，它们再开放。同时，在其它标高的部分可遵循不同的开放-关闭循环，并且AICD可响应于蒸汽在不同时机被抽吸入那些其它部分中而开放和关闭。
现参考图6考虑注入管，图表30显示AICD的特征性能曲线32，表明对应于压差的增高，流速快速增大。但是，高于较低的差值阈值34a，流速不再显著变化，意即假定压差高于该阈值某值时，则达到进入岩层的稳定流速。因此，在实践中，选择恒定的蒸汽流速并且在压力下施用于注入管中以确保跨越AICD的压差高于阈值34a。以固定的输出水平向管施加注入压力，充分高于阈值34a以负责并降低可能影响压差的对岩层中可能的压力变化的敏感性。理想地，阈值34a表示在最远离井口处的AICD所需的最低压差。因此，存在压差的特定工作区36，确保以最大并且“接近恒定”的流速流经AICD。这可针对特定的烃储量情况根据期望的压差变化来决定。这还可根据在单管或“多管”结构中注入管的总长度来决定。通常，可根据它在系统内的位置不同地设置各AICD。工作区延伸至压差上阈值34b。可能产生差值显著较大的压力，高于上阈值34b，但是典型地不需要以此方式设计注入蒸汽系统，因为通过在工作区36中在固定水平下工作，可达到恒定的最大流速。
优选地，各AICD的蒸汽流速随着时间的变化平均小于10%。蒸汽的物理性质，例如密度，随着温度改变。对于在150-160℃温度范围内的蒸汽，典型的平均蒸汽流速可以是0.3-10m3/hr，或者0.7-0.9m3/hr，并且阈值34a可以为8-12kPa。对于蒸汽，在此提到的范围值是约155℃的平均温度，对于相同的AICD，这些范围值是不同的，例如，230℃。在本领域中，选择适当的蒸汽温度。
此外，存在我们需要在不同水平的位置上“针对性”的蒸汽分布的情况。各AICD具有“接近恒定”的流速，但是，一个位置可能需要例如2至10倍于另一位置的蒸汽。
期望尽可能高地升高注入井管内的注入压力。注入压力越高，同时对井筒14heel附近的注入速度产生可忽略的影响，允许更多的蒸汽向前推进，而且进一步向下游井筒的toe推进。这意味着可安装单个较小的注入管，和/或可安装较长的注入井，和/或可构建多个水平支管，从而显著节省资本成本。升高注入压力将影响蒸汽温度（更高）。这可影响在heel附近注入温度较高的蒸汽室的均一性。但是，可通过适当调整AICD的尺寸和修改沿着井筒的这样的装置的数量来补偿对岩层的不均匀热量输入。
优选分别设置注入井管14h中的AICD，从而每个AICD按照蒸汽室增长的需要输出特定（相同或不同）的流速。这可通过调整AICD的敏感性实现，从而在不同的AICD中不同的压差产生各自的最大流速。在沿着注入井管的每个AICD产生特定的“几乎恒定”的最大流速是指可使蒸汽沿着水平井更准确地定向，例如，对于均一的砂，沿着井筒部分的长度均匀地产生相对平滑的注入能力分布，或者特定地分布，从而补偿在具有其它岩性的储层中的异质性。任一种方式，可通过针对不同的位置确定具体的AICD设计优化蒸汽室的增长。针对注入井管的AICD设计考虑到蒸汽注入井管中的压力在上游端较高，并且未进入一个AICD的流体流至下游连续的AICD，在管中产生降低的压力，由此产生减小的跨越每个AICD的压差。因此，设计AICD具有流速行为，从而可对应于沿着管的特定AICD的期望的压差产生最大并且“几乎恒定”的流速。可选择尺寸、量度和/或材料以提供期望的流动行为，并且这也可适用于生产井管。例如，为了在经受压差时产生不同的流速反应，在沿着管的不同位置AICD的尺寸和量度或规模可以不同。与以前所用的依赖于达到临界流量的流量装置相比，在相对低的压差下实现此恒定的流速行为。
在本文所述的系统中，在注入井和生产井中使用AICD，为了控制蒸汽室并且避免蒸汽突破至生产管，在注入井管部分与生产井管部分之间提供精确的间距（目前5m）的重要性较小。因此，使用例如2-3m的间距是可行的。此外，控制来自注入井管的蒸汽的分布得以显著改进，并且对沿着其长度岩层压力变化不再敏感。提供蒸汽的预定速度所需的压力远远小于利用现存的方法的岩层压力的2倍，注入能力取决于在注入井管内蒸汽的输送能力而不是储层中的变化。因此，不需要双重“toe”和“heel”注入井管，并且大大解除对水平管部分长度的限制。这赋予用于从油砂抽提重油的SAGD或相似系统的设计显著更大的自由度。管部分可进一步延伸，并且可利用图7中所示的管构造以产生改进的并且成本更有效的范围。可将恒定的注入蒸汽速度应用于整个长度并且在可产生异常蒸汽室如“狗骨“形之处没有过度注入的风险。在生产井管部分中，大大降低蒸汽突破和蒸汽流入生产管中的可能性。
在图7中，显示用于从大地理区域热采烃类的系统，其中生产井和注入井管部分配有AICD。图7概括地显示SAGD排布40，其具有在相反方向延伸远离连接管部分40j的多个水平注入管部分40s，该连接管部分也是连接水平部分40s的水平管部分。然后连接管部分40j通过单个垂直部分40v被连接至在地球表面的井口。
排布40还包括以相似的方式排列并且通过单个垂直部分40w连接至表面井口的多个水平生产井管部分40p。注入蒸汽部分40s位于生产部分40p之上以提供所需的蒸汽辅助的泄油。
此排布是对现存的井的显著改进，其中生产泵和蒸汽供给所需的封闭控制决定每个水平部分伴有通向相关井口的垂直部分。因此，本发明有助于降低基础设施成本和从油砂的总回收率。可通过利用大大减小的井口和相关设备的数量最小化表面覆盖区来大大改进对环境的影响。
本说明书已概括地涉及生产井管部分和注入井管部分，并且可理解为在使用时将这些管置于生产和注入井的生产和注入井筒中。应理解，生产井和/或注入井管可采用井筒衬管或砂筛等的形式，并且AICD可被配备至衬管和/或砂筛。还应理解，生产井管和/或注入井管在使用时可采用位于配有衬管和/或砂筛等的井筒内的单独的生产管和/或注入井的形式，并且AICD可被配备至单独的生产井管和/或注入井管。在变型中，AICD本身可配有网等或者被安装用来排除和防止来自岩层的砂或其它颗粒的流入。
在本发明所述的范围内可进行各种修改和改进。
Claims (16)
1.烃类热采装置，其包括：
多个蒸汽注入井管，其中各配有沿着各蒸汽注入井管的长度彼此间隔的多个注入井自动入流控制装置AICD；
多个生产管，其中各配有沿着各生产管的长度彼此间隔的多个生产自动入流控制装置AICD，至少一些所述生产AICD包括界定通过该AICD的流道并界定容纳可移动的阀体的凹部的部件体，该部件体的安置使沿着所述流道的流体运动造成该阀体利用伯努利效应而运动，由此控制沿着所述流道的流体流；
其中安装所述注入井AICD以将蒸汽注入地质层中从而降低该地质层中烃类的粘度，至少一些所述注入井AICD包括界定通过所述AICD的流道并界定容纳可移动的阀体的凹部的部件体，该部件体的安置使沿着所述流道的流体运动造成该阀体利用伯努利效应而运动，由此控制沿着所述流道的流体流；以及
其中安装所述生产AICD以允许被加热的烃类流入用于传送至表面的所述生产管中，
其中，至少一个所述生产管具有被设置为利用伯努利效应的至少一个所述生产AICD以允许被加热的烃类和冷凝的水流入生产管中但限制蒸汽流入所述生产管中，以及
其中，设置至少一个所述蒸汽注入井管的至少一个所述注入井AICD以相对于所述蒸汽注入井管的其它注入井AICD具有不同的性能，所述性能包括尺寸、量度、材料或规模中的至少一个，其中注入井AICD的不同性能决定了所述AICD的各自不同的最大蒸汽注入流速。
2.权利要求1所述的装置，其中至少一个所述蒸汽注入井管具有至少一个注入井AICD，该注入井AICD被设置为一旦跨越所述注入井AICD的压差超出阈值时允许蒸汽流以基本上恒定的流速经过所述注入井AICD。
3.权利要求2所述的装置，其中所述基本上恒定的流速随着时间的变化平均小于10％。
4.权利要求2所述的装置，其中蒸汽的温度范围为150-160℃，所述基本上恒定的流速的平均值为0.3-10m3/hr。
5.权利要求2所述的装置，其中蒸汽的温度范围是150-160℃，所述阈值为8kPa-12kPa。
6.权利要求1所述的装置，其中至少一个所述生产管具有至少一个生产AICD，该生产AICD被设置为在蒸汽从所述蒸汽注入井管到达所述生产AICD时，所述生产AICD自动关闭，使得任何通过所述生产AICD进入所述生产管的蒸汽占通过所述生产AICD进入所述生产管的总流体的小于5重量％。
7.权利要求1所述的装置，其中所述阀体是可自由移动的阀体。
8.权利要求1所述的装置，其中至少一个所述蒸汽注入井管具有多个所述注入井AICD，这些注入井AICD都被设置为将蒸汽以基本上相同的蒸汽流速注入所述地质层中。
9.权利要求1所述的装置，其中至少一个所述蒸汽注入井管具有多个所述注入井AICD，这些注入井AICD都被设置为将蒸汽以不同的蒸汽流速注入所述地质层中，从而可针对所述地质层的不同部分使用适合的流速。
10.权利要求1所述的装置，其中安置所述蒸汽注入井管使其基本上水平延伸。
11.权利要求1所述的装置，其中安置所述生产管使其基本上水平延伸。
12.权利要求1所述的装置，其中所述地质层是油砂。
13.权利要求1所述的装置，其中待采的所述烃类是沥青或重油。
14.权利要求1所述的装置，其是蒸汽辅助重力泄油SAGD系统的形式。
15.权利要求1所述的装置，其中至少一个所述注入井AICD沿着所述蒸汽注入井管具有一个位置，并且根据该位置，相对于沿着所述蒸汽注入井管在另一个位置的另一个注入井AICD，被设置为具有至少一个不同的性能，所述至少一个不同的性能包括尺寸、量度、材料或规模中的至少一个，其中所述蒸汽注入井管的注入井AICD的不同性能决定了所述蒸汽注入井管的所述AICD各自不同的几乎恒定的最大蒸汽注入流速，其中合适的蒸汽注入流速可用于所述地质层的不同部分。
16.从地质层热采烃类的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供权利要求1或权利要求15所述的烃类热采装置；
b)将蒸汽通过所述注入井AICD注入所述地质层中；
c)通过所述生产AICD将加热的烃类收集在所述生产管中；和
d)通过所述生产管将所述烃类移至表面。
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