CN103717968A - 蒸汽的发生 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蒸汽发生装置（10）和一种通过使用该装置产生蒸汽的方法。所述装置包括容纳导电导热材料的流体循环管（12）和由绕所述管缠绕的导电材料制成的至少一个感应线缆（14）。本发明允许改进的蒸汽发生。

Description

蒸汽的发生

技术领域

本发明涉及蒸汽发生，并且更特别地涉及一种用于产生蒸汽的装置和方法。

背景技术

蒸汽发生能够在多种领域中应用，特别是在碳氢化合物生产的情况下应用。例如，不论是否重油，粘性油的生产可能都需要在油被抽出之前对油进行流态化（即减少油的粘度）。该流态化甚至对包含在沙子——例如沥青砂——中的重油（例如像加拿大或委内瑞拉的碳氢化合物）更有用。然而，通常通过提供热能来得到油粘度的降低。为此，通常将蒸汽注入储层中。

此时使用多种蒸汽注入技术（例如CSS、蒸汽驱动或SAGD）。蒸汽发生通常通过使用专用设备或不同类型的发生器在表层（surface）完成。然后，通过使用部分位于表层上的管将蒸汽输送入储层中。因此，这种蒸汽发生器具有使生产设施的布置复杂化的功能范围。例如，难以考虑在小型海上平台上加入蒸汽发生器。此外，表层的蒸汽发生涉及管的在表层上和在井中的部分中的热损失。在井中的热损失能够加热邻近井的且不仅是储层（通常在井的底部）的土地。如果井穿过永冻层，那么这些热损失特别成问题。这些热损失降低了蒸汽的品质。这些热损失通常需要降低目标的深度。表层发生器通常是化石能源发生器（天然气或生产的油的回收部分）。上述损失降低了蒸汽注入设施的效率。

文献WO1988/000276A1公开了一种用于油井的热发生器，该热发生器包括长形室，其中，一对非同轴的电极设置成至少部分地没于水中。在操作期间，电极被供以能量并且加热水。然而，鉴于上述缺点，该文献的发生器不是十分令人满意的。

此外，某些文献——比如文献EP0387125和文献GB427838——教示了对穿过形成电力变压器的二次电路的管的液体的加热。这些变压器通过使用封闭的铁磁芯来操作。例如，初级电路（供以电力）绕第一支路缠绕并且二次电路（由管形成）绕平行于第一支路的支路缠绕。因此，这些文献的装置的三维尺寸（高度、宽度和长度）中的两者太大以至于不能插入井中以用于生产给定流量的蒸汽。因此，这些文献的装置不是非常理想地适合于石油应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种至少部分克服上述缺点的用于产生蒸汽的改进的装置和方法。

为此，本发明提出了一种蒸汽发生装置。该装置包括包含导电导热材料的流体循环管和由导电材料制成的绕管缠绕的至少一个感应线缆。

本发明还提出了一种通过使用蒸汽发生装置产生蒸汽的方法。该方法包括使水在管中循环并且同时对感应线缆供电。

本发明还提出了一种碳氢化合物生产方法，其中，该方法包括根据蒸汽发生方法产生蒸汽。

本发明还提出了一种碳氢化合物生产设施，其中，该设施包括蒸汽发生装置。

根据优选实施方式，本发明包括下面特征中的一个或更多特征：

-管在内壁上具有至少一个突起部；

-管是圆筒形的；

-突起部是沿着管的螺旋形斜坡部；

-斜坡部是连续的或中断的；

-该装置还包括由绕感应线缆的铁磁性材料制成的壳体；

-感应线缆形成螺线管；

-感应线缆是中空的；

-管具有小于20cm优选小于15cm的直径；

-管具有小于30m优选20m和/或大于5m优选10m的长度；

-该装置还包括对线缆供电的电源；

-电源以大于500A优选地大于900A的强度输送电流，以及

-该装置包括彼此连接的多个水循环管。

附图说明

在阅读了作为示例的本发明的一个优选实施例的一下描述并且参照附图，本发明的其他特征和优点将变得明显。

图1示出了蒸汽发生方法的示例；

图2和图3示出蒸汽发生装置的示例；

图4示出了衬托器（susceptor）的示例；

图5示出了在蒸汽发生装置中的磁场线的示例。

具体实施方式

本发明提出了一种蒸汽发生装置。该装置包括包含导电导热材料的流体循环管和由导电材料制成的绕管缠绕的至少一个感应线缆（一个或更多个线缆）。这种装置改进了蒸汽发生。

水循环管允许水从管的入口朝向管的出口循环。管包含导电材料，例如钢。该管可以完全地或部分地由所述导电（即能够导电）导热（即能够有效地导热）材料制成。感应线缆由导电材料制成并且因此是线缆，例如由铜制成的线缆。感应线缆可以假设为任何形式。例如，感应线缆可以具有方形截面。线缆的截面可以大于9mm²优选36mm²和/或小于144mm²优选64mm²。

由于感应线缆缠绕，所以其具有线匝。因此，如果感应线缆被供以电力，那么感应线缆能够在所述线匝内部感生高的磁场。如果管的导电材料受到这种磁场，那么管的导电材料能够产生Foucault（傅科）电流。因而，受到这种磁场，Foucault电流通过焦耳效应加热管并且将热能传递至可能存在于管中的流体，以便潜在地产生蒸汽。感应线缆绕管缠绕并且因此允许这种磁场在感应线缆绕管缠绕的地方出现。这种布置的一个优点也是管的长度有益于这种加热。事实上，加热发生在感应线缆绕管缠绕的整个长度上并且当流体在管中循环时逐渐发生。这种装置允许良好的效率（输出），并且因此产生高品质的水蒸气（如果流体是水）。蒸汽品质是处于饱和蒸汽形式的水量与水的总量（即液体+饱和蒸汽）之间的比值。此外，装置的长形形状使其特别适于石油应用。确实，该装置易于插入井中。这种装置还能够具有直线通量和输入压力的较好保存。

感应线缆能够形成螺线管。特别是感应线缆能够形成具有比线圈直径长至少两倍的长度的线圈。这确保了在管处的强的磁场，并且因此确保了良好的焦耳效应加热。优选地，感应线缆绕管缠绕在比管的直径大50倍——优选地比管的直径大200倍——的长度上，这确保了在管的大的长度上的加热。

该装置可以包括由绕感应线缆的铁磁性材料制成的壳体。该壳体引导磁场以便优化加热。此外，如果所述装置插入套管（即结合至井壁的金属管），那么壳体保护套管不受磁通量的影响。壳体的铁磁性材料可以是软铁或具有软铁磁性材料的特征的任何其他材料。

管在内壁上可以具有至少一个突起部。术语“衬托器”在下文中将用于指示突起部，或者如果适用，术语“衬托器”将用于指示所有突起部。衬托器可以是管的朝向管的内部突出的一部分。衬托器增加了管的内表面并且产生了热点（该热点可以超过300摄氏度，例如350摄氏度至400摄氏度）。因此，衬托器改进了管中的流体的加热。衬托器还在这种流体循环中产生了湍流。该湍流形成了使流体均匀的涌流并且因而分布热以便改进加热。衬托器还引起有利于蒸汽发生的压力损失（即压力的局部损失）。

可以制造不同形式的衬托器。为了更好地加热，衬托器可以形成沿着可以是圆筒形的管的螺旋形斜坡部。该斜坡部可以是连续的或中断的。如果斜坡部是中断的，那么衬托器包括定位在在管内虚拟地引出的螺旋线上的多个突起部。

感应线缆可以是中空的。在这种情况下，感应线缆在其中央处包括空的通道。该通道允许冷却液体——例如水——在感应线缆内部循环，这能够避免损坏感应线缆。这种感应线缆的冷却还可以用来预热将被汽化的水。例如，在感应线缆中的通道可以在管的上游连接至管。在此方式下，在使用该装置的任何蒸汽发生方法中，水在到达管中和在管中已经被预热前可以在感应线缆中循环，在管中水可以更容易地汽化。

管可以具有小于20cm优选地小于15cm的（外）直径。钻孔的套管具有约30cm的直径。管的内径可以小于16cm，优选地小于10cm。在此方式，管的尺寸能够提供使感应线缆绕管缠绕的空间。因此，该装置非常适合通常使用的钻孔直径，即23cm至25cm之间的直径。

管可以具有小于13m优选10m和/或大于5m优选8m的长度，优选地管可以具有等于至少约9m的长度。这些尺寸表现了安装的容易性与有效开采长度之间的良好折衷。事实上，管越长，在大的长度上进行加热越多。然而，长度受限于更好的适应标准钻孔的钻机（即钻孔设备）。

该装置还可以包括对感应线缆供电的电源。电源可以位于表层（surface）上并且借助于一个或更多的传输线缆将电能传递至绕管（多个管）缠绕的感应线缆（多个感应线缆）（在井中的储层处）。这种发生器可以不基于化石能源。这种发生器在的任何情况下都不能以过于局部性的方式产生温室气体。因此，这种发生器更清洁并且具有良好的效率，这是因为电流能够在低频率下容易地输送并且在传输期间具有较低的损失。由于不再有任何热损失，因此这种装置改进了输出。事实上，蒸汽在比井口更接近岩层（formation）的距离处在井中直接产生，并且不从表层被传送出来。

供应至线缆的电力可以是大于500A优选大于900A的电流。为了实现在这种强度下的较低的损失，该装置优选地包括多个传输线缆。那么，电源适于提供适当的电压。适当的电压可以包括介于5kV至10kV之间（的电压）。

所述管还可以构成局部封闭的外壳，管内的压力基本不受岩层的压力的影响。这能够控制当流体被加热时流体受到的压力。在此方式，能够容易知道所产生的蒸汽的特征（如果流体是水的话是这样）并且能够更好地控制随着时间的推移的蒸汽发生。本发明定尺寸为岩层的特征的函数；特别是通过根据本发明的系统所传递的蒸汽压力大于欲开采的岩层的压力。

该装置可以包括彼此连接的多个水循环管。管可以通过使用机械连接装置以流体连通的方式连接以用于此后的水在所有管的内部的循环。绕管缠绕的线缆通过电连接装置连接。例如能够将三个管彼此连接。

该装置可以被包括在碳氢化合物生产设施中。特别地，该装置可以位于井中，使得蒸汽直接在储层处产生在井中。因此，这种设施是紧凑的并且因所产生的蒸汽的品质、所产生的蒸汽的特性的控制和设备的紧凑性而允许所有高粘性的碳氢化合物储层的开采，特别地允许海上开采。

生产设施可以包括钻孔钻机。然后，该装置的布置可以包括：

将管定位在钻机中，其中，至少一个线缆绕管缠绕，

将管降入井中，管的顶部保持可从钻机接近，

将新管定位在钻机中，

将至少一个线缆绕其缠绕的新管与先前的管组装，该组装包括将新管的线缆电连接至先前管的线缆，

重复上述步骤，例如直到三个管连接为止。

参照图1，该装置可以用于蒸汽发生方法，该方法包括使水在管中循环（S1)以及同时对线缆供电（S2)。线缆的电源包括磁场、管的导电材料的加热以及在供电同时加热至在管中循环的水的汽化点。因此，这种装置允许水的高效率的汽化并且产生良好品质的蒸汽。

如上所述，可以提前加热水。为此，所述方法可以包括使水在线缆中提前循环，以对其进行冷却。

所述方法可以被包括在碳氢化合物生产方法中。蒸汽可以在储层处直接产生并且因此可以在没有热损失的情况下直接注入储层中。然后，碳氢化合物可以更容易地被抽出，这在粘性油或重油的情况下特别有利。

在这种方法中，蒸汽可以以每天100吨至300吨，优选每天200吨的流量产生。碳氢化合物生产方法可以通过H&P（Huff&Puff，即该方法包括在储层中循环注入蒸汽）或通过蒸汽驱动（即该方法包括用蒸汽来持续清扫储层）来完成。相同的装置可以提供这些不同的注入形式。因此，所述装置是多功能的。

现在将参照图2至图5描述所述装置的示例。

图2以纵向横截面图示出了蒸汽发生装置10的一个示例。在图2中，装置10示出为具有其流体循环管12和感应线缆14，其中，流体循环管12包含导电导热材料，感应线缆14由绕管12缠绕的导电材料制成。图3相对于装置10的纵向中心轴22横向地示出了图2的装置10的截面图，并且图中包括管12的感应线缆14绕其缠绕的部分29。

如图中所示，液态水16能够透过管12、在管12中循环以及将其留下为蒸汽形式（根据得到的品质可能包含液体）。事实上，线缆14由电源19电力地供以电压，并且由于在缠绕的整个长度上感生的磁场而加热管12。在该示例中，装置10包括将电力传输至线缆14的传输线缆24和在管12的内壁上的衬托器20（朝向管12的内部，因而朝向轴线22定向的突起部）。因此，得到了良好的热效率。这导致水16的汽化。附图示出了装置10是紧凑的并且呈纵向形式。装置10的长度是其宽度的至少两倍大。因而，体积不是很大的装置10适于插入钻孔井中。

此外，所述装置可以包括通过连接装置彼此连接的多个（三个）管以形成线缆14绕其缠绕的总长度29例如27m，线缆14绕其缠绕的每个管12具有9m的长度。还示出了当安装在井内部时的装置10。附图特别示出了被结合剂13围绕的井的套管23。在线缆14处，地质地层包括碳氢化合物并且因而构成储层25。从而将线缆14绕其缠绕的管12定位在储层处能够避免热损失。以此方式，下层土的最接近表层15的不包含碳氢化合物的部分26不需要加热。附图还示出了保护套管23免受过高温度的壳体27。

图4示出在管12中呈螺旋形斜坡部形式的衬托器50，该衬托器50可以用于图2和图3中的装置10中。图4示出管12的横截面图，衬托器50在截面的平面内采用规则地间隔开的突起部的形式。衬托器50可以由导热导电材料制成，因而增加了与流体的热交换表面，如附图中所示。

图5示意性地示出在蒸汽发生装置10的一个示例中的磁场线40的一个示例。通过使用有限元计算软件得到了磁场线40。所述装置以纵向横截面图部分地示出。仅示出了所述装置的一半。该示例的装置是根据图2和图3的装置，并且特别包括围绕线缆14的壳体27。附图示出了壳体27能够使磁场集中在管12处并且保护轻微暴露于磁场的套管23。以此方式，装置10允许在对套管23损坏较小的情况下以良好的焦耳效应加热管12。

当然，本发明不限于所描述和说明的示例，而是开放至本领域技术人员能够得到的各种替代方案。

Claims (14)

1.一种用于生产碳氢化合物的蒸汽发生装置（10），其中，所述装置包括：

流体循环管（12），所述流体循环管（12）包含导电导热材料，以及

围绕所述管缠绕的至少一个感应线缆（14），所述至少一个感应线缆（14）由导电材料制成。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述管在内壁上具有至少一个突起部（50）。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述管是圆筒形的，并且所述突起部是沿着所述管的螺旋形斜坡部。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述斜坡部是连续的或断开的。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的装置，其中，所述装置还包括围绕所述感应线缆的壳体（27），所述壳体（27）由铁磁性材料制成。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的装置，其中，所述感应线缆形成螺线管。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的装置，其中，所述感应线缆是中空的。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的装置，其中，所述管具有小于20cm、优选小于15cm的直径。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的装置，其中，所述管具有小于30m、优选20m和/或大于5m、优选10m的长度。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的装置，其中，所述装置还包括对所述线缆供电的电源（19）。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述电源输送电流强度大于500A、优选大于900A的电流。

12.根据权利要求1至11中的任一项所述的装置，其中，所述装置包括彼此连接的多个水循环管。

13.一种碳氢化合物生产设施，其中，所述设施包括根据权利要求1至12中的任一项所述的蒸汽发生装置。

14.一种碳氢化合物生产方法，其中，所述方法包括：使用根据权利要求1至12中的任一项所述的装置根据蒸汽发生方法产生蒸汽，其中，所述蒸汽发生方法包括：

使水在所述管中循环（S1）；以及，同时，

对所述线缆供电（S2）。

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