JP5695282B2 - オイルサンドを開発するための機械一式および方法 - Google Patents

Description

本発明は、蒸気の注入により重油あるいは原油を現場において動かすための方法および機械一式に関する。

オイルサンドは、タールサンドに関して言及したように、石油の原油、手短に言えば原油のようなタールで覆われた砂粒を備えている。オイルサンド内の原油は粘性が高く、かつ流すには加熱あるいは希釈が必要である。オイルサンドの現場での開発は、ＳＡＧＤ法として短縮された“スチーム補助重力排出法”により達成できる。ＳＡＧＤ法は、オイルサンド内の原油を動かすための蒸気発生室を形成している、水平方向に延びている蒸気注入井戸を使用する。動かされた原油は下方へと流れ、特許文献１に開示されたように、水平方向に延びている第二の井戸、いわゆる生産井により回収される。

蒸気は特許文献２により提案されたような、電気式加熱装置により地上施設あるいは下げ孔の近くで生成される。水は給水配管により地上から供給される。電気式蒸気器は水を加熱して、蒸気を発生する。
蒸気はサンド内に注入され、原油を動かし、原油は隣接した生産井により集められる。

米国特許出願公開第２００１／０２７８００１号明細書 米国特許第４８０５６９８号明細書 米国特許第６１３２８２３号明細書 米国特許第６９１１２３１号明細書 米国特許第６９１６４３０号明細書 米国特許第６８１１７２０号明細書 米国特許出願公開第２００５／００５６８０７号明細書 米国特許第７２２０３６５号明細書

本発明により解決すべき課題は、現場においてオイルサンドの開発を改善することである。

課題の解決手段は、各独立請求項により記載されたオイルサンド埋蔵地を開発するための下げ孔内の機械一式および方法により提供される。従属請求項は本発明の更なる改善点に関する。

オイルサンド開発のための下げ孔内の機械一式は、水管を介して水を受入れるための水導管を収容するための少なくとも一つのケーシングと、少なくとも一つの蒸気発生室を備え、この蒸気発生室は前記水導管と流体連通状態にあり、かつ少なくとも一つの蒸気出口を備えている。蒸気発生室は電気加熱装置に熱的に接続している。さらに下げ孔内の機械一式は、前記蒸気により動かされる原油を回収するための少なくとも一つのオイル導管を備えている。このような下げ孔内の機械一式により、原油をオイルサンド内に動かすための蒸気を注入し、かつ単一装置により原油を回収することができ、従ってただ一つの試掘孔しか必要ない。

ケーシングは少なくとも一つの原油導管を収容するのが好ましい。ケーシングは例えば多重導管であってもよいかあるいは多重導管を備えていてもよい。これによりハウジングの設計を安定化できる。

少なくとも一つの蒸気発生室はケーシングの周面に支持されているのが好ましい。蒸気発生室のこの位置により、蒸気発生室内で発生した蒸気をオイルサンド内に容易に注入することができる。

複数の、例えば五あるいは九、少なくとも二つの蒸気発生室があるのが好ましく、これらは一束の蒸気発生室を定義しているケーシングの周面の周りに配置されている。下げ孔内の機械一式は、一つあるいはそれより多くの束を備えていてもよい。一実施形態において、一束の蒸気発生室が設けられている。別の実施形態において、ケーシングの末端長さに沿った異なる部分に配置された一つあるいはそれより多くの束が設けられている。一つあるいはそれより多くの束の蒸気発生室により、蒸気の均一な注入が可能になり、従ってオイルサンドの効率的開発が可能になる。一つあるいはそれより多くの束の蒸気発生室がケーシングの周りに配置されているので、一つあるいはそれより多くの束は、（ケーシング内の原油導管を介して）埋蔵地から原油を除去するケーシングの温度を維持するかあるいは上昇させるように働く。

蒸気発生室は各々、加熱管を取囲んでいる金属被覆をしてある隔室を備えているのが好ましい。加熱管は少なくとも一つの電気式加熱カートリッジを収容してもよい。これにより、一方では水を効率的に加熱することができ、他方では失敗した場合に、電気式加熱カートリッジを簡単に取り替えることができる。加熱管は少なくとも一つの予備の電気式加熱カートリッジを収容しているのが好ましい。これにより、下げ孔内の機械一式を格納する間の運転時隔がより長くなる。

加熱管は中空であり、かつ無機化合物の組成、ことによると純粋な元素種（ｐｕｒｅ ｅｌｅｍｅｎｔａｌ ｓｐｅｃｉｅｓ）の組成を含む内部構造を有していてもよい。このような組成のための実例は、特許文献３〜７に開示されており、これらはあたかもここに十分開示されているかのように、参照することにより本願に含まれる。このような組成は、加熱カートリッジにより供給される熱が加熱管によりほぼ完全な少なくとも一つの均一な分布を提供するために熱伝導材料あるいは熱伝導媒体として作用する。さらに加熱管は上述を参照して提案されるように空にされてもよい。好ましい実施形態において、加熱管は空にされ、ある量の液体無機化合物、例えば少なくとも一つの無機塩の溶液が管内に入れられる。次いで電気式加熱装置に電力が供給される。それにより、上記実例の溶液内の液体無機化合物は気化し、少なくとも一つの無機塩の残りものは加熱管の内面と電気式加熱装置を被覆し、電気式加熱装置は加熱管と熱的に接続する。加熱管は、加熱要素に電力を供給する間回転あるは旋回され、加熱管内の溶液の良好な分布を得て、それにより、より均一な被膜を得る。加熱管内に入れられた溶液の量は、加熱管の容積よりもかなり少なく、例えば加熱管の容積の１／１０よりも少ないか、あるいは１／５０よりも少ないのが好ましい。被覆溶液は上記の引用文献に開示されている。加熱管の被覆は下げ孔内の機械一式に加熱管を取付ける前に行われるのが好ましい。

加熱管は蒸気発生室の上方に延びており、例えば軸方向に延びていてもよい。従って、加熱管の少なくとも一部分は、蒸気発生室から出て試掘孔内に延びている。加熱管は蒸気発生室内部の水を蒸気になるまで加熱するだけでなく、水の注入後、埋蔵地内で冷却される蒸気あるいは水を再加熱もする。それにより開発の効率が増す。

オイルサンド埋蔵地を開発するための方法は、少なくとも下げ孔内の機械一式の蒸気発生室内で蒸気を生産する工程と、オイルサンドの埋蔵地の原油を動かすために、前記蒸気を蒸気出口を経由してオイルサンドの埋蔵地内に注入する工程を備えている。動かされた原油の少なくとも一部は、前記下げ孔内の機械一式により回収される。この方法により、ＳＡＤＧと比べて、オイルサンド開発の現場の場合の下げ孔の最小数量は減り、従ってコストも減る。

以下に、図に関する実施形態の実例について、一般的発明概念を限定することなく、例として本発明を説明する。

オイルサンド開発システムの概略図を示す。 下げ孔内の機械一式の一部の斜視図を示す。 蒸気発生室の断面図を示す。 オイルサンド開発システムのの第二の実施形態の概略図を示す。

図１のオイルサンド開発システム１００は、例えばオイルサンド開発を監視し、制御するための制御ステーション１１５のような上記地上施設を収容するための地上基地１１０を備えている。地上基地１１０は、抽出井戸に電力を供給するための電源を備えていてもよい。地上基地１１０は、抽出井戸に水（例えば真水）を供給するための貯水槽などの水源を備えていてもよい。

オイルサンド開発システム１００は試掘孔１０５に挿入された下げ孔内の機械一式を備えた抽出井戸１２０を備えている。下げ孔内の機械一式は、図１に概略的に描いたような、下げ孔内の機器、例えば保護装置１６５に電力を供給するための例えば電源ケーブル２３０のためのケーシング１３０のような多重導管および／または井戸上位部構造と井戸監視装置１４０を駆動するためのモータ１５３を備えている。抽出井戸１２０はケーシング１３０の周面に取付けられた蒸気発生器２００を備えている。蒸気発生器２００は以下に、図２及び３に関連付けてさらに詳細に説明してある。蒸気発生器２００は、この実施形態ではケーシング１３０の底部あるいは末端部分にケーシング１３０の周囲に位置決めされており、試掘孔１０５の第一の好ましくは垂直な区間に位置決めされている。蒸気発生器２００は図１に示したように蒸気をオイルサンド内に好ましくは横方向から注入する。蒸気によりオイルサンド内の原油が集まる。

抽出井戸１２０はオイルを集めるために設計されており、特に抽出井戸はオイルサンド内の動いた原油を集めるために設計されていてもよい。この目的を達成するために、抽出井戸１２０のケーシング１３０は、オイルがケーシングに浸入できる長さに沿って一つあるいはそれより多くの入口１３５を備えている。ケーシング１３０の内部には少なくとも一つのオイル導管１２５が配置されている。オイル導管１２５は、ケーシング１３０の底部あるいは末端部分から上述の地上基地１１０まで延びている。ケーシング１３０に浸入するオイルは、例えばオイル入口１３５を経由して、導管の末端部分でオイル導管１２５に入り、かつ好ましくはケーシング１３０の底部あるいは末端部分に配置されている例えば遠心ポンプで地表まで汲み上げられて、生産ライン１０９へ供給されてもよい。原油を上記地上基地１１０へ汲み上げる前に、水は分離器１７６により原油から分離されてもよい。さらに、ケーシング１３０の底部あるいは末端部分には、電気ケーブルクリップ１９５、通気弁１７２、一方向流弁１８５、電源ケーブル１７５、回転分離器１７６、保護装置１６５、ケーブルヘッド１６２、モータ１５２そして井戸監視装置１４０がある。それらの間には、散水孔１４５一組とさらに別のオイル入口１３５がある。散水孔１４５は蒸気発生手段、例えば蒸気発生室３７５（図３参照）の少なくとも一つと流体連通状態にあるのが好ましく、従って原油を集めるためにオイルサンド内に蒸気を注入することができる。

図２は抽出井戸１２０の蒸気発生器２００を含んだケーシング１３０の筒軸測視図の部分を示す。蒸気発生器２００は一束の加熱部材３００を備えている（図３参照）。これらの加熱部材３００はケーシング１３０の周面の周りに配置されている。ケーシング１３０は管状である。ケーシング１３０は内周面の周りに複数の隔室あるいは導管を備え、これらの導管は、（地上基地１１０から蒸気発生器２００への水のための）水導管２５０として、（オイル入口からケーシング１３０内に浸入するオイルのための）オイル導管１２５として、あるいは（ケーシング内の構成部材（例えば遠心ポンプ１８０、モータ１５２）および蒸気発生器２００に割当てられた熱カートリッジへ電力を供給するための）ケーブル導管として使用されてもよい。

蒸気発生器２００は一束の加熱部材３００を備えている（図３参照）。加熱部材３００はケーシング１３０の周面の周りに配置されており、かつ例えば一つあるいはそれより多くの溶接接合部によりケーシング１３０に互いに接続している。抽出井戸１２０のような井戸と関連した二つ以上の束を備えることが所望される場合、これらの束はケーシング１３０に沿って上下に積重ねられてもよい。図３を参照すると、各加熱部材３００は、加熱管３１０と蒸気発生室３７５を各々備えている。

加熱管３１０の（上側の）正面は、加熱管３１０に溶接で接続されていてもよい円錐形キャップ３３０により閉鎖されている。加熱管３１０の後側は端部キャップ３４０により閉鎖されていてもよく、この端部キャップは、水密である解除可能な接続、例えばネジ接続であるのが好ましい。加熱管３１０、円錐形キャップ３３０及び端部キャップ３４０は容積あるいは小室３３５を定義する。

図３に示すように、加熱部材３００の小室３３５は、金属材料（例えば鋼）などの熱伝導材料のキャップ３６０により第一の部分と第二の部分に分割されている。一実施例において、片側端部（図で見て最も近い端部）に陽端子と陰端子を備えた電気式加熱カートリッジ３５０は、（キャップ３４０に対して最も近い）小室３３５の第一の部分に位置決めされている。キャップ３６０は加熱カートリッジ３５０が小室３３５の第一の部分に配置できるのに十分な第一の端部から間隔をおいて小室３３５を分割するが、第一の部分のためのそれ以上の容積を最小限にする。図３に示すように、加熱カートリッジ３５０が小室３３５の第一の位置に配置されると、端子３５５は端部キャップ３４０の堆積内に延びていてもよい。端部キャップ３４０は、側方開口部３６５、すなわち例えば端子３５５に電気的に接続するためのネジが切られた開口部を備えているのが好ましい。導線はケーシング１３０の補助導管を通って側方開口部３６５内に供給される。電流は地上基地１１０内の上記地上電源から導線に供給できる。

各蒸気発生室３７５は、例えば溶接接合により接続された、例えば円筒シェル３２０、前壁３８０及び後壁３７０により定義されている。前壁３８０と後壁３７０は各々、そこを通って加熱管３１０が配置されている開口部を備えている。加熱管３１０は蒸気発生室３７５を通って軸方向に延びている。加熱管３１０と、前壁３８０および／または後壁３７０との接続は溶接接合であってもよい。

電気式加熱カートリッジ３５０は、加熱管３１０に熱的に接続しておりかつ例えば電源ケーブル２３０により電力線と電気的に接続している。電力（例えば電流）は、制御ステーション１１５により制御されるのが好ましく、かつ側方開口部３６５のような側方開口部を経由して導管で伝えられてもよい。ガスケットはケーブルの貫通接続をシールするために使用されてもよい。加熱管３１０に内部には、特許文献３〜５、８および７に記載されているように熱伝導材料がある。

シェル３２０の後壁３７０は、水源のための入口３９５を備えており、この入口は水を蒸気発生室３７５に供給するためにさらにシェルに接続している。水は水源、例えば地上基地１１０から、ケーシング１３０の補助導管により蒸気発生室３７５へ供給される。すなわち入口３７５と流体連通状態にある。水を蒸気になるまで加熱するために、電力を電気式加熱カートリッジ３５０に供給してもよい。従って、加熱カートリッジ３５０は熱を生成し、熱は加熱管３１０を経由して蒸気発生室３７５に伝達されている。蒸気は蒸気発生室３７５の内部で発生し、かつ蒸気出口３９０を通ってオイルサンド内に流入する。一方向圧力弁が流れ出口３９０内に設けられていてもよい。それにより、砂粒などのような異物が蒸気発生室３７５内に入ることを回避することができる。さらに蒸気は加圧されてもよい。加熱管３１０が蒸気発生室にわたって延びるので、電気式加熱カートリッジ３５０により供給された熱の一部もまたオイルサンドに直接伝達される。この熱により、抽出井戸１２０に近い蒸気の濃度は減少し、従って蒸気は抽出井戸の周りのより広い領域を加熱することができ、それにより原油は上手く移動する。移動した原油はオイル入口１３５（図１と２を参照）を経由して集められ、回転分離器１７６により水から分離され、そして遠心ポンプ１８０により汲み上げられて、図１に概略的に示した生産ライン１０９内に入る。

典型的な例として、図１に関して先に説明したように、抽出井戸１２０の一つあるいはそれより多くの管束２００は、蒸気を発生させ、かつ蒸気を石油保有地へ排出し、オイルサンドの場合、ケーシング１３０と汲み上げ導管１２５を通ってオイルの抽出ができるようにオイルサンド内の原油に十分な流動性を与え、二次的にはケーシング１３０もまた加熱するために使用されてもよい。蒸気発生室３７５内で発生した蒸気の温度は、制御装置１１５で監視および／または制御されるのが好ましい。例えば、コンピュータ１１５に配信される処理プロトコルは、少なくとも一つの温度センサからの温度測定量を受信するためのコマンド（ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ）を含んでいてもよい。これらの測定量に基づいて、制御装置１１５により実行されるべき、コンピュータが解読できる形でコマンドが与えられる。従って、制御装置１１５はある範囲ｆ（例えば２５０℃〜２８０℃）の目標温度を達成するための一つあるいはそれより多くの加熱ロッド３５０への電力出力を増減するためにコマンドを実行する。制御装置１１５が加熱カートリッジ３５０の幾つかへの電力を増大させるかもしれない一方で、同時に他の加熱カートリッジへの電力を減少させるかもしれない。制御装置１１５は、一つあるいは複数の蒸気発生室３７５に供給される水流を代替え的にあるいが付加的に制御してもよい。すなわち前記水流を増やすかあるいは減らしてもよく、それにより蒸気の温度を制御する。その上さらに、制御装置１１５は、ポンプ１８０および汲み上げ導管１２５内の他の構成部材に接続され、かつ井戸から所望のスループットを得るためのプログラムコマンドに基づいてポンプおよび／または他の構成部材を制御してもよい。

図４はオイルサンド開発システムの別の実施形態を示す。この実施形態において、オイルサンド開発システム４００は、例えば制御装置４１５電源及び水源などの上記地上施設のための地上基地４１０を備えている。図１のように、上記地上基地４１０は海岸に面した基地として描かれているが、水で覆われたオイルサンドを開発するための遊泳基地であってもよい。システム４００は下げ孔内の機械一式を備えた抽出井戸４２０が挿入されている試掘孔４０５を備えている。図１において、抽出井戸は井戸の全長にわたり垂直あるいはほぼ垂直に挿入された。図４において、抽出井戸４２０は井戸の地表面では試掘孔４０５を通って垂直に延びているが、その後は井戸内で横方向に延びている。一方、抽出井戸４２０とシステム４００の構造と運転は、図１〜３に関して記載された抽出井戸１２０とシステム１００の構造と運転に似ている。下げ孔内の機械一式は、例えば図１のケーシング１３０に似て設計された多重導管ケーシングであるケーシング４３０を備えている。図４はケーシング４３０の末端部分の周りに配置されているかあるいはケーシング４３０の末端部分に接続された一束を示す。蒸気発生器５００の各蒸気発生室に供給される水は、図１〜３に関連して先に記載されたような加熱カートリッジと熱伝導材料を含んだ加熱管に供給される熱により蒸気に転換される。オイルサンド内のオイルを動かすために、蒸気発生室の蒸気出口４９０からオイルサンド埋蔵地内に蒸気が吐出される。動かされたオイルはオイル入口４３５を通ってケーシング４３０内に浸入し、井戸の表面まで汲み上がられる。

１００ システム
１０５ 試掘孔
１０８ 井戸上部構造
１０９ 生産ライン
１１１ 弁
１１０ 地上基地
１１５ 制御ステーション
１２０ 抽出井戸
１２５ オイル導管
１３０ 抽出管
１３５ オイル入口
１４０ 井戸監視装置
１５０ モータ
１６２ ケーブルヘッド
１６５ 保護装置
１７０ 回転分離器
１７２ 通気弁
１７５ 電源ケーブル
１７６ 回転分離器
１８０ 遠心ポンプ
１８５ 一方向流弁
１９０ 通気弁
１９５ 電気ケーブルクリップ
２００ 管束／蒸気発生器
２３０ 電源ケーブル
２５０ 水導管
３００ 加熱部材
３１０ 加熱管
３２０ シェル
３３０ 円錐形キャップ
３３５ 小室
３４０ 端部キャップ
３５０ 電気式加熱カートリッジ
３６０ 加熱カートリッジの端部キャップ
３６５ 横方向開口部
３７０ 後壁（下向き）
３７５ 蒸気発生室
３８０ 前壁（上向き）
３９０ 蒸気出口
３９５ 蒸気入口
４００ システム
４０５ 試掘孔
４１０ 上記地上基地
４１５ 制御装置
４２０ 抽出井戸
４３０ ケーシング
４３５ オイル入口
４９０ オイル出口
５００ 蒸気発生器

Claims (9)

1. オイルサンドを開発するための下げ孔内の機械一式であって、この機械一式が少なくとも以下のもの、
   −水管を介して水を受入れるための水導管（２５０）を収容するための少なくとも一つのケーシング（１３０）と、
   −少なくとも一つの蒸気発生室であって、この蒸気発生室が前記水導管（２５０）と流体連通状態にあり、かつ少なくとも一つの蒸気出口（３９０）を備えている蒸気発生室（３７５）と、
   −少なくとも一つの電気式加熱装置であって、この電気式加熱装置が前記蒸気発生室（３７５）に熱的に接続している電気式加熱装置（３５０）を備え、
   −ケーシングがさらに、前記蒸気により動かされた原油を回収するための少なくとも一つの原油導管（１３５）を備えている下げ孔内の機械一式において、
   少なくとも一つの蒸気発生室（３７５）が、ケーシング（１３０）の周面により支持されていることを特徴とする下げ孔内の機械一式。
2. ケーシング（１３０）が少なくとも一つの原油導管（１３５）を収容することを特徴とする請求項１記載の下げ孔内の機械一式。
3. ケーシング（１３０）が多重導管であり、少なくとも一つの水導管（２５０）と少なくとも一つの原油導管（１２５）が多重導管の内の一つ一つであることを特徴とする請求項１または２に記載の下げ孔内の機械一式。
4. 少なくとも二つの蒸気発生室（３７５）が、ケーシング（１３０）の周面の周りに束の状態で配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の下げ孔内の機械一式。
5. −蒸気発生室（１３０）が加熱管（３１０）の周囲に金属被覆をしてある隔室を備えており、
   −加熱管（３１０）が少なくとも一つの電気式加熱カートリッジ（３５０）を収容することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の下げ孔内の機械一式。
6. 加熱管（３１０）が中空であり、かつ内表面を備えており、この内表面が無機塩で被覆されていることを特徴とする請求項５に記載の下げ孔内の機械一式。
7. 加熱管（３１０）が空にされていることを特徴とする請求項６に記載の下げ孔内の機械一式。
8. 加熱管（３１０）が蒸気発生室（３７５）の上方で軸方向に延びていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一つに記載の下げ孔内の機械一式。
9. オイルサンドの埋蔵場所を開発するための方法であって、この方法が少なくとも以下の工程、すなわち
   −請求項１に記載の下げ孔内の機械一式内で蒸気を生産する工程と、
   −オイルサンドの埋蔵場所の原油を動かすために、前記蒸気を蒸気出口（３９０）を経由してオイルサンドの埋蔵場所内に注入する工程と、
   −前記下げ孔内の機械一式の少なくとも一つの原油導管により、動かされた原油の少なくとも一部を回収することを特徴とする方法。

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