JP6257762B2 - 重油の回収および現場での蒸気発生のための電磁支援のセラミック材料 - Google Patents

重油の回収および現場での蒸気発生のための電磁支援のセラミック材料 Download PDF

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Description

本開示は、一般に、原油の二次回収に関する。より詳細には、本開示は、重油の回収および現場での蒸気発生のための電磁支援のセラミック材料に関する。
原油の二次回収は、貯留層から追加の量の原油を回収するための技術に関する。原油の二次回収は、貯留層の重油の回収に焦点を合わせ、産出のために累層からウェルボアへの流れを高めることを目標とする。標的にした累層から重油を産出するために、累層の重油の粘性を低下させることは、大いに有益である。多くの例では、熱は、粘性を下げるために、かつ、油を流せるように、累層に導入される。高温を累層の中に導入できる方法は、蒸気注入、現場での燃焼、またはマイクロ波を含む電磁加熱である。
蒸気注入は、現在世界中で使用されている最も一般的な熱回収方法の実施である。蒸気支援の重力排出(SAGD)は、蒸気注入方法、および(上側および下側の)2つの平行な水平のウェル(井戸)が、標的にした領域に掘削される構造の形である。上側のウェルは、貯留層の温度を上げる熱エネルギーを供給するための蒸気注入に使用される。これにより、重油の粘性を低下させ、流動性を向上させ、したがって下側の水平のウェル(産出地)を介して重力効果によって産出するように、油を下方に排出し流すことができる。現場での蒸気発生のための向上したシステムは、これらのタイプの高められた油回収方法をさらに向上させるために必要とされる。
電磁波技術は、重油の回収における潜在力を有する。電磁波技術を使用することにおける従来の試みは、(ウェルボアの近くの2,3フィートのような)限定された熱浸透深さおよび商用的な産出のための十分なエネルギーを発生させることにおける低効率のために成功が限定された電磁ダウンホールの使用を標的に定めた。
1つの側面では、本開示は、累層からの重油の回収を高めるためのダウンホールツールを提供する。ダウンホールツールは、少なくとも1つのセラミック部分および少なくとも1つの中身の詰まったセラミック部分を備えるアウターコアを含む。ダウンホールツールは、さらに、アウターコアの内部に配置された少なくとも1つの電磁アンテナを含む。少なくとも1つの電磁アンテナは、網目のセラミック部分および中身の詰まったセラミック部分を加熱する働きをする電磁放射線を放射する働きをする。
本開示の別の実施形態では、累層からの重油の回収を高めるためのダウンホールツールは、流体を流せるようにする働きをするインナーコアを含む。ダウンホールツールは、さらに、少なくとも1つの網目のセラミック部分および少なくとも1つの中身の詰まったセラミック部分を有するアウターコアを含む。少なくとも1つの電磁アンテナは、インナーコアとアウターコアとの間に配置した。少なくとも1つの電磁アンテナは、少なくとも1つの網目のセラミック部分および少なくとも1つの中身の詰まったセラミック部分を加熱する働きをする電磁放射線を放射する働きをする。
別の側面では、本開示は、第1ウェルボアにダウンホールツールを配置することを含む、累層からの重油の回収を高めるための方法を提供する。ダウンホールツールは、少なくとも1つのセラミック部分およびアウターコアの内部に配置された少なくとも1つの電磁アンテナを有するアウターコアを備える。電磁放射線は、少なくとも1つのセラミック部分を加熱するために、少なくとも1つの電磁アンテナから放射される。
本開示の別の実施形態では、累層からの重油の回収を高めるための方法は、ウェルボアにダウンホールツールを配置することを含む。ダウンホールツールは、流体を流せるようにする働きをするインナーコア、少なくとも1つの網目のセラミック部分および少なくとも1つの中身の詰まったセラミック部分を有するアウターコア、およびインナーコアとアウターコアとの間に配置された少なくとも1つの電磁アンテナを備える。電磁放射線は、少なくとも1つの電磁アンテナから放射される。少なくとも1つの網目のセラミック部分および少なくとも1つの中身の詰まったセラミック部分は、流体の沸点よりも高い温度に加熱される。流体は、インナーコアの中に注入される。流体は、インナーコアから少なくとも1つの網目のセラミック部分を通って累層に流れる。流体は、少なくとも1つの網目のセラミック部分を通って流れるとき、蒸気に変換される。
本開示の一実施形態にかかる電磁ダウンホールツールである。 本開示の一実施形態にかかる電磁ダウンホールツールである。
本開示の一実施形態にかかる、図1Aおよび図1Bの電磁ダウンホールツールが入れられたウェルボアである。
本開示の実施形態にかかる装置が入れられたウェルボア(井戸穴)である。 本開示の実施形態にかかる装置が入れられたウェルボアである。 本開示の実施形態にかかる装置が入れられたウェルボアである。
以下の詳細な説明は、図示するために、多くの特徴的な詳細な記述を含むが、以下の詳細な記述に関する多くの例、変形形態、および変更形態が本開示の範囲および精神の範囲内であるということを当業者であれば分かるだろうということが理解される。したがって、ここで説明され添付図で提供された本開示の例示の実施形態により、本開示の請求された実施形態について、普遍性を損ねることなく、かつ、制限を課すことなく説明される。
1つの側面では、本開示は、累層からの重油の回収を高めるためのダウンホールツールを提供する。ダウンホールツールは、少なくとも1つのセラミック部分を有するアウターコアを有する。ダウンホールツールは、さらに、アウターコアの内部に配置された少なくとも1つの電磁アンテナを含む。少なくとも1つの電磁アンテナは、セラミック材料を加熱する働きをする電磁放射線を放射する働きをする。
別の側面では、本開示は、第1ウェルボアにダウンホールツールを配置することを含む累層からの重油の回収を高めるための方法を提供する。ダウンホールツールは、少なくとも1つのセラミック部分およびアウターコアの内部に配置された少なくとも1つの電磁アンテナを有するアウターコアを備える。電磁放射線は、少なくとも1つのセラミック部分を加熱するために、少なくとも1つの電磁アンテナから放射される。
図1Aから図1Cは、本開示の一実施形態を示す。示されるように、ダウンホールツール100は、流体を流せるようにする働きをするインナーコア105を有する。ダウンホールツール100は、少なくとも1つの網目のセラミック部分115および少なくとも1つの中身の詰まったセラミック部分120を有するアウターコア110も含む。ダウンホールツール100は、さらに、インナーコア105とアウターコア110との間に配置された少なくとも1つの電磁アンテナ125を含む。
別の側面では、本開示は、ダウンホールツール100を使用する方法を提供する。本方法は、図1Cおよび図2Aに示すように、累層130のウェルボアにダウンホールツール100を配置することを含む。図1Cの実施形態では、ダウンホールツール100は、中身の詰まったセラミック部分120および網目のセラミック部分115の両方を有するが、代替の実施形態では、ダウンホールツール100は、中身の詰まったセラミック部分120のみを有することもできるし、網目のセラミック部分115のみを有することもできる。ダウンホールツール100は、ダウンホールツール100をボアホール200の中に取り出し可能に下げることができるように、ダウンホールツール100を紐134に取り付けるための連結部132を有する。ボアホール220は、垂直のボアホールまたは水平のボアホールのいずれかで存在することができる。ダウンホールツール100は、ワイヤ線、コイル管、またはドリルストリングのような従来の手段によってボアホール200の中に下げることができる。図2Aの実施形態では、ダウンホールツール100は、代わりに、ウェル構造の一部分として一体的に形成されている。
電磁放射線は、少なくとも1つの電磁アンテナ125から放射される。セラミック部分は、流体の沸点よりも高い温度に加熱される。このように、ダウンホールツール100は、熱源として使用することができる。例えば、熱源は、重油の粘性を下げ、重油をより容易に産出することができるように、累層の温度を上げることにおいて有益にすることができる。セラミック部分が中身の詰まったセラミック部分120のみを含むある実施形態では、熱は、ダウンホールツール100から放射状に広がる。ツール100が少なくとも1つの網目のセラミック部分115を有する他の実施形態では、流体は、ボア170を通してインナーコア105の中に注入することができる。流体は、インナーコア105から少なくとも1つの網目のセラミック部分115を通って累層130に流すことができる。流体は、少なくとも1つの網目のセラミック部分115を通って流れるとき、蒸気に変換される。
ダウンホールツール100の網目のセラミック部分115および中身の詰まったセラミック部分120は、同一のまたは異なる材料からできていてもよい。一般に、網目の部分115および中身の詰まった部分120の両方に使用されるセラミック材料は、独特の特性を有する。具体的には、選択されたセラミック材料は、電磁放射線にさらされるとき、加熱する働きをするということが決定的に重要な意味を持つ。いくつかの実施形態では、セラミック材料は急速に熱くなる。いくつかの実施形態では、セラミック材料は数分以内に熱くなる。いくつかの実施形態では、セラミック材料は約5分未満で熱くなる。いくつかの実施形態では、セラミック材料は約3分未満で熱くなる。いくつかの実施形態では、セラミック材料は、CAPS、B−CAPS、C−CAS、およびD−CAPSの製品のようなアドバンストセラミックテクノロジーズ(Advanced Ceramic Technologies)から得られる加熱セラミック材料を含む。これらの製品は、一般に、シリカ、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、カリウム、三酸化鉄、酸化カルシウム、酸化ナトリウム、および酸化チタンを含む天然の粘土である。いくつかの実施形態では、セラミック材料は、少なくとも1つの電磁アンテナ125からの電磁放射線にさらされるとき、少なくとも約1000℃に加熱することができる。加えて、いくつかの実施形態では、セラミック材料は、ダウンホールでの使用に必要とされるいかなる形および大きさにも鋳造でき形成できる。一般に、セラミック材料は電磁放射線にさらされた状態で熱くなり、したがって、累層130に隣接する領域を加熱する。熱浸透深さは、累層130の中により広くなっていき、より深くなっていく。エネルギー効率も向上する。
少なくとも1つの網目のセラミック部分115は、インナーコア105から累層130に流体を流せるようにする働きをする。いくつかの実施形態では、中身の詰まったセラミック部分120は、流体を流せるようにするために、中身の詰まった多孔質のセラミック部分として製造することができる。加熱されたとき、網目のセラミック部分115および中身の詰まった多孔質のセラミック部分120は、流体がインナーコア105から累層130に通り抜けるとき、流体を蒸気に変換する働きをする。そのとき、蒸気は、周囲の累層130の重質原油および/または瀝青を加熱し、重質原油および/または瀝青の粘性を低下させ、産出のためにそれを流すことができる。
網目のセラミック部分115および中身の詰まった多孔質のセラミック部分120は、累層130からインナーコア105に粘性が低下した重油を流すことができるように使用することができ、同一のウェルボアを通して産出することができる。したがって、ツール100は、刺激および産出の両方に使用することができる。中身の詰まったセラミック部分120は、熱が必要とされるいかなる利用、例えば重油を加熱すること、したがって重油の粘性を低下させることを支援すること、およびそれを流し、産出できるようにすることのための熱源の機能も果たす。
本開示の実施形態で使用される流体は、セラミック部分によって蒸気に変換することができセラミック部分の近くの累層130の粘性を低下させるために使用することができるいかなる流体であってもよい。いくつかの実施形態では、流体は水である。
少なくとも1つの電磁アンテナ125は、ダウンホールでの使用のために構成され少なくとも1つの網目のセラミック部分115および少なくとも1つの中身の詰まったセラミック部分120を加熱する電磁放射線周波数範囲を放射する働きをするいかなるアンテナであってもよい。いくつかの実施形態では、電磁放射線の周波数は、300MHzから300GHzまでである。いくつかの実施形態では、少なくとも1つの電磁アンテナ125は、表面からの信号に基づいて励起される。いくつかの実施形態では、少なくとも1つの電磁アンテナ125は無線で励起される。いくつかの実施形態では、少なくとも1つの電磁アンテナ125は、配線で接続されている。いくつかの実施形態では、少なくとも1つの電磁アンテナ125は、放射線を連続的に放射する。いくつかの実施形態では、少なくとも1つの電磁アンテナ125は、断続的なやり方で放射線を放射する。別の実施形態では、放射線は、360度全ての方向に放射される。本開示の実施形態で使用するアンテナは、Communications & Power Industries Corporate Headquarters,Palo Alto,California、およびStanford Linear Accelerator Center(SLAC)National Accelerator Laboratory,Palo Alto,Californiaから入手することができる。これらの事業体の両方は、周波数が0.5GHzから30GHzまでであり、出力が0.5kWから1200kWまでであるクライストロン(Klystron)と称されるマイクロ波システムを製造する。加えて、両方の事業体は、連続波またはパルス波の生成物を作り出すモデルを製造する。
いくつかの実施形態では、セラミック粒子を含む支持材は、インナーコア105の中に注入することもできる。図2Bに示すように、セラミック粒子を含む支持材は、ファインセラミック支持材を使用する非従来型の破砕法で使用することができるか、または、図2Cに示すように、セラミック粒子を含む支持材は、セラミック支持材を使用する従来型の破砕法で使用することができる。セラミック粒子を含む支持材は、インナーコア105から少なくとも1つの網目のセラミック部分115を通って累層130の内部の裂け目140の中に流すことができる。電磁放射線は、少なくとも1つの電磁アンテナ125から放射され、したがって、支持材のセラミック粒子を加熱する。セラミック粒子は、網目のセラミック部分115および中身の詰まったセラミック部分120に使用できるようないずれかの同一材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、セラミック粒子を含む支持材は、累層130の破砕法を支援するために使用することができる。
いくつかの実施形態では、流体キャリアのセラミック粒子は、インナーコア105の中に注入することもできる。セラミック粒子を含む流体キャリアは、インナーコア105から少なくとも1つの網目のセラミック部分115を通って累層130の中に流すことができる。電磁放射線は、少なくとも1つの電磁アンテナ125から放射され、したがって流体キャリアのセラミック粒子を加熱する。セラミック粒子は、網目のセラミック部分115および中身の詰まったセラミック部分120に使用できるようないずれかの同一材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、流体キャリアのセラミック粒子は、累層130の破砕法を支援するために使用することができる。
ウェルボアからさらに移動する電磁放射線によって加熱されるセラミック粒子のような、支持材または流体キャリアとともに注入されるセラミック粒子は、従来の貯留層の破砕法での貯留層における熱浸透およびエネルギー効率を向上させる。
粒子は、大きさが数マイクロメータから数ミリメータである。一般に、粒子は、2マイクロメータ未満から約2500マイクロメータまでである。いくつかの実施形態では、セラミック粒子は、大きさが約106マイクロメータから2.36ミリメータまでである。例えばファインセラミック粒子のためのいくつかの実施形態では、セラミック粒子は、2マイクロメータ未満である。いくつかの実施形態では、粒子は、均一な大きさである。他の実施形態では、粒子は、均一な大きさではない。セラミック粒子の注入は、詰まった累層での特定の使用である。
図2に示すように、いくつかの実施形態では、産出管305は、ダウンホールツール100を含むウェルボア200より下の第2ウェルボア300に配置される。流体が網目のセラミック部分115を通って流れるときに生成される蒸気は、粘性が低下した重油を産出するために、累層130に配置された重油の粘性を低下させるために使用される。粘性が低下した重油は、第2ウェルボア300を含む領域に、重力によって排出する。粘性が低下した重油は、第2ウェルボア300の産出管に入り、累層130から産出される。
重油およびタールサンドは、ここで説明された現場で発生させる蒸気回収プロセスの主な焦点である。重油は、一般に、容易に流れないいかなるタイプの原油であってもよい。米国石油協会は、重油をAPI<22と規定する。重油は、5000よりも高い粘性を有し、API<29の他のものと規定することができる。重油を加熱することにより、粘性を低下させ、粘性が低下した重油を産出できる。同様に、タールサンドまたは瀝青サンドは、瀝青を含むオイルサンドである。瀝青も、高い粘性を有し、加熱されない場合、または化学的手段によって希釈されない場合、通常、良好に流れない。一般に、本開示の実施形態は、累層130での粘性が減少した油によって回収努力が高められるいかなる累層130でも使用することができる。
セラミック材料を電磁放射線技術と組み合わせることにより、向上した熱分配、現場での蒸気発生、および費用効率の高い回収方法を実現できる。本開示の実施形態は、粘性のある重油の高めた回収、現場での蒸気発生、蒸気管のような蒸気表面設備の排除、蒸気輸送および設備の取り扱い、現場での蒸気発生によるコスト低減を提供し、高温の蒸気にさらされる表面がないので、向上した安全性を提供し、累層130の中への熱浸透深さを向上させることによって向上した回収効率、および注入と産出のための単一のウェルの使用を提供する。
本開示は、詳細に説明されたが、本開示の原理および範囲から逸脱することなく、様々な変形形態、置換形態、および変更形態を形成することができる点が理解されるべきである。したがって、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれらの適切な法的等価物によって決定されるべきである。
文脈が別の方法で明らかに述べられていない場合、単数形の「1つの(『a』、『an』)」、および「該(the)」は、複数形の指示対象を含む。
「場合による(Optional)」または「場合により(Optionally)」は、後で説明される事象または環境が生じてもよいし、または生じなくてもよいということを意味する。その記述は、事象または環境が生じる例、および生じない例を含む。
範囲は、およそ1つの特定の値から、かつ/またはおよそ別の特定の値までのようにここで示してもよい。前記範囲が示されるとき、前記範囲は、前記範囲内の全ての組み合わせに沿って、別の実施形態が1つの特定の値から、かつ/または他の特定の値までであるということが理解される。
ここで、かつ添付の特許請求の範囲で使用されるように、「備える(comprise)」、「有する(has)」、および「含む(include)」という用語、およびそれの全ての文法的なバリエーションは、それぞれ、追加の要素またはステップを排除しない、オープンであり非限定的な意味を有することが意図されている。

Claims (18)

  1. ダウンホールツールを第1ウェルボアに配置することであり、
    前記ダウンホールツールは、少なくとも1つのセラミック部分を有するアウターコア(outer core)と、前記アウターコア(outer core)の内部に配置された少なくとも1つの電磁アンテナと、を備え、
    前記少なくとも1つのセラミック部分は少なくとも1つの網目のセラミック部分および少なくとも1つの中身の詰まったセラミック部分を備える、ダウンホールツールを第1ウェルボアに配置することと、
    前記少なくとも1つのセラミック部分を加熱するために、前記少なくとも1つの電磁アンテナから電磁放射線を放射することと、
    を含む、累層からの重油の回収を高めるための方法。
  2. 前記ダウンホールツールは、インナーコア(inner core)をさらに備える方法であって、前記方法は、流体を前記インナーコアの中に注入することと、前記流体を前記インナーコアから前記少なくとも1つの網目のセラミック部分を通って前記累層に流すこととをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記流体が前記少なくとも1つの網目のセラミック部分を通って流れるとき、前記流体を液体から蒸気に変換することをさらに含む、請求項2に記載の方法。
  4. 前記流体は水である、請求項2に記載の方法。
  5. 前記少なくとも1つのセラミック部分を加熱するステップは、前記少なくとも1つのセラミック部分を少なくとも約1000℃に加熱することを含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記電磁放射線を放射するステップは、前記電磁放射線を300MHzから300GHzまでの周波数範囲で放射することを含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記ダウンホールツールは、インナーコアをさらに備え、前記少なくとも1つのセラミック部分は、少なくとも1つの網目のセラミック部分を備える方法であって、前記方法は、セラミック粒子を備える支持材を前記インナーコアの中に注入することと、前記支持材が前記インナーコアから少なくとも1つの網目のセラミック部分を通って前記累層に流れるとき、前記少なくとも1つの電磁アンテナから前記電磁放射線によって前記支持材のセラミック粒子を加熱することとをさらに含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記セラミック粒子は、大きさが約106マイクロメータから約2.36ミリメータまでである、請求項7に記載の方法。
  9. 前記セラミック粒子は2マイクロメータ未満である、請求項7に記載の方法。
  10. 前記ダウンホールツールは、インナーコアをさらに備え、前記少なくとも1つのセラミック部分は、少なくとも1つの網目のセラミック部分を備え、
    前記方法は、
    流体を前記インナーコアの中に注入することと、
    前記流体が前記少なくとも1つの網目のセラミック部分を通って流れるとき、前記流体を液体から蒸気に変換することと、
    前記第1ウェルボアより下の第2ウェルボアに産出管を配置することと、
    粘性が低下した重油を産出するために、前記蒸気によって、前記累層に配置された前記重油の粘性を低下させることと、
    前記第2ウェルボアを含む領域に前記粘性が低下した重油を排出することと、
    前記粘性が低下した重油を、前記累層から産出されるように前記産出管の中に流すことと、
    をさらに備える、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 流体を流せるようにする働きをするインナーコア、少なくとも1つの網目のセラミック部分および少なくとも1つの中身の詰まったセラミック部分を有するアウターコア、および前記インナーコアと前記アウターコアとの間に配置された少なくとも1つの電磁アンテナを備えるダウンホールツールをウェルボアに配置することと、
    前記少なくとも1つの網目のセラミック部分および前記少なくとも1つの中身の詰まったセラミック部分を、前記流体の沸点よりも高い温度に加熱するために、少なくとも1つの電磁アンテナから電磁放射線を放射することと、
    前記流体を前記インナーコアの中に注入することと、
    前記流体を前記インナーコアから前記少なくとも1つの網目のセラミック部分を通って累層に流すことと、
    前記流体が前記少なくとも1つの網目のセラミック部分を通って流れるとき、前記流体を蒸気に変換することと
    を含む、累層からの重油の回収を高めるための方法。
  12. 前記流体は水である、請求項11に記載の方法。
  13. 前記少なくとも1つの網目のセラミック部分および前記少なくとも1つの中身の詰まったセラミック部分を加熱するステップは、前記少なくとも1つの網目のセラミック部分および前記少なくとも1つの中身の詰まったセラミック部分を少なくとも約1000℃に加熱することを含む、請求項11から12のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記電磁放射線を放射するステップは、前記電磁放射線を300MHzから300GHzまでの周波数範囲で放射することを含む、請求項11から13のいずれか一項に記載の方法。
  15. セラミック粒子を備える支持材を前記インナーコアの中に注入することと、
    前記支持材が前記インナーコアから前記少なくとも1つの網目のセラミック部分を通って前記累層に流れるとき、前記少なくとも1つの電磁アンテナから前記電磁放射線によって前記支持材のセラミック粒子を加熱することと
    をさらに含む、請求項11から14のいずれか一項に記載の方法。
  16. 前記セラミック粒子は、大きさが約106マイクロメータから約2.36ミリメータまでである、請求項15に記載の方法。
  17. 前記セラミック粒子は2マイクロメータ未満である、請求項15に記載の方法。
  18. 第1ウェルボアより下の第2ウェルボアに産出管を配置することと、
    粘性が低下した重油を産出するために、前記蒸気によって、前記累層に配置された前記重油の粘性を低下させることと、
    前記第2ウェルボアを含む領域に前記粘性が低下した重油を排出することと、
    前記粘性が低下した重油を、前記累層から産出されるように前記産出管の中に流すことと
    をさらに含む、請求項11から17のいずれか一項に記載の方法。
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