CN105683679A - 使用聚光太阳能发电(csp)进行热气井去液化的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于防止液体在井筒中的积蓄的聚光太阳能发电(CSP)去液化***包括CSP加热子***和注入再循环子***。入井液被CSP加热子***加热，并被注入再循环子***向井下输送到井筒中。热量从入井液传递到井筒内的采出液，这有助于在井筒中将采出液保持为气态或汽相。
Description
发明人：拉斐尔·阿道弗·拉斯特拉
阿布贝克尔·赛义德
技术领域
本发明涉及与烃的生产相关联的井筒中的操作。更具体而言，本发明涉及一种用于减少或防止在天然气井筒中出现积液的***和方法。
背景技术
通常，当在井筒内生产天然气时，随着天然气在井筒内膨胀并在传送至地面的过程中冷却，发生液体的冷凝。随着天然气的生产，地质储层中的诸如油和水等自由液体也可能进入井筒。最初，天然气流在被传送至地面的过程中可能通过粘滞力将这些液体运送至井上。然而，随着在到期井筒中储层压力下降，气流的速度往往减小到低于将液体运送至地面所需的“临界速度”。因此，在临界速度以下，液体开始在井筒中积蓄，该现象称为“积液”。井筒中的积液可能抑制从井筒生产天然气。例如，液体的积蓄会增大井底流动压力，这可能导致生产的停止。另外，积蓄的液体可能与生产油管的内衬相互作用，从而产生腐蚀和结垢。
可以采用去液化和排液技术从井筒中移除积蓄的液体。例如，可以在井筒内安装潜油泵送***，或者也可以采用如柱塞提升等技术，其中经由井筒的油管提升柱塞，以将液体清扫至地面而被除去。通常，试图除去已经积蓄在井筒内的液体的这些过程涉及相对较高的操作成本，并且通常需要暂时关闭井筒或使井筒轮转。
发明内容
本文描述了用于减少或防止液体在井筒中的积蓄的***和方法。太阳能被集中以对将在封闭的流体管道中向井下输送到井筒中的入井液进行加热。热量从入井液传递到井筒内的采出液，以将采出液保持为气态或汽相。采出液保持为汽相能够避免与积液相关联的冷凝，并且能够降低采出液对生产油管的腐蚀作用。本文所述的***和方法可以完全由太阳能驱动，这能够实现相对较低的维护成本，并且可以显著提高生产率且延长油井的开采期。
根据本发明的一个方面，一种用于对井筒进行去液化(deliquification)的***包括：聚光太阳能发电(CSP)加热子***，其通过将在相对较大场域上收集到的太阳能引导到相对较小区域中；以及注入再循环子***，其与CSP加热子***流体连通。注入再循环子***可操作地进行以下操作：(a)从CSP加热子***接纳处于第一温度的入井液；(b)将入井液向井下输送到产生采出液的井筒中，并且在封闭的流体管道中使入井液向井上回流；(c)使热量从入井液经由井筒内的封闭的流体管道传递至采出液，使得入井液处于比第一温度低的第二温度；以及(d)将处于第二温度的入井液传送至CSP加热子***进行额外的加热。
封闭的流体管道可以包括连续油管结构件，连续油管结构件包括以大致平行方式布置且被粘合剂材料包封的第一通道和第二通道。回流设备可以联接在连续油管结构件的下端处，以提供第一通道与第二通道之间的流体连通，并且回流设备可以包括U形管接头。连续油管结构件可以设置在井筒的生产油管内，采出液经由生产油管被向井上输送。粘合剂材料的外表面上可以限定有至少一个通道，以便于经由连续油管结构件的热传递。连续油管结构件可以在井筒内延伸到穿孔所在的深度，穿孔被设置用于允许采出液进入到井筒中。
井筒的生产油管和套管中的至少一者可以配备有绝热材料层。***还可以包括流体储存子***，流体储存子***联接在CSP加热子***与注入再循环子***之间。流体储存子***可以包括：高压储罐，其具有用于接纳来自CSP加热子***的入井液的输入部；以及低压储罐，其具有用于接纳来自注入再循环子***的入井液的输入部。在高压储罐与低压储罐之间可以保持压差，该压差足以驱动入井液穿过注入再循环子***。在高压储罐与井筒之间还可以联接歧管，并且歧管可以可操作地控制入井液穿过注入再循环子***的流速。***还可以包括设置在井筒内的传感器封装件。传感器封装件可以包括用于检测井筒中的入井液或采出液的参数的温度传感器、流速传感器和水分传感器中的至少一者。传感器封装件可以与歧管连通。
一种利用上述***来对井筒进行去液化的方法可以包括：(i)通过CSP加热子***加热入井液；(ii)将入井液向井下输送到井筒中，并且通过注入再循环子***使入井液回流到CSP加热子***；(iii)监测井筒，以判断在采出液中是否存在液体；以及(iv)调节入井液穿过井筒的流速，以允许足够的热量从入井液传递到采出液，从而在井筒内将采出液保持为水汽形式。
根据本发明的另一方面，一种阻止液体在井筒中积蓄的方法包括：(i)从集热场域收集太阳能；(ii)将太阳能集中到比集热场域小的相对较小区域；(iii)通过所集中的太阳能将入井液加热到第一温度；(iv)将处于第一温度的入井液输送到所述井筒中；(v)通过允许热量从入井液传递到采出液来在井筒内将入井液冷却到第二温度；以及(vi)将处于第二温度的入井液输送到井筒外部。
该方法还可以包括将入井液保持在井筒中的封闭管道内，并且将处于第一温度的入井液输送到井筒中的步骤可以包括以足以在井筒内将采出液保持为水汽形式的流速输送入井液。该方法还可以包括：监测井筒内的采出液，以判断是否存在液体；以及调节入井液进入井筒的流速，以增加从入井液传递到采出液的热量，从而减少液体在采出液中的存在。
附图说明
为了实现以及能够具体理解本发明的上述特征、方案和优点以及变得显然的其他特征、方案和优点，下面参考在附图中图示说明的本发明的实施例对上文简要概述的本发明做更具体的描述，附图构成本说明书的一部分。然而，值得注意的是，附图仅图示了本发明的优选实施例，因此，不应视为是对本发明范围的限制，因为本发明可容许有其他同等有效的实施例。
图1是根据本发明的CSP去液化***的示例性实施例的示意图，该CSP去液化***包括CSP加热子***、流体储存子***和注入再循环子***。
图2A是安装在井筒中的图1的注入再循环子***的局部剖视图。
图2B是安装在图2A的井筒中的注入再循环子***的沿着线2B-2B截取的剖视图。
图3是安装在图2B的井筒中的注入再循环子***的可选实施例的剖视图。
图4是示出根据本发明的操作过程的示例性实施例的流程图。
具体实施方式
在图1中以侧剖视图示出的是聚光太阳能发电(CSP)去液化***10的一个示例性实施例。CSP去液化***10由包括CSP加热子***12、流体储存子***14、注入再循环子***16的三个主要子***构成。
CSP加热子***12通常捕获来自较宽广集热场域18的太阳能并将太阳能集中到相对较小区域20。移动穿过较小区域20的入井液22将被CSP加热子***12加热。入井液22可以包括诸如油、水、蒸汽、熔盐等各种物质，并且将流入到高压储罐26，高压储罐26是流体储存子***14的一个组件。
流体储存子***14通常设置有容器，随着太阳能条件和需求的变化，入井液22可以积蓄在该容器中。当太阳能相对丰富时，高压储罐26积蓄入井液22，并将入井液22保持在适当高的温度和压力下以备注入再循环子***16使用。当太阳能相对稀缺时，低压储罐28积蓄注入再循环子***16用过的入井液22。从而，流体储存子***14确保足够量的入井液22可被用于CSP加热子***12和注入再循环子***16这两者。
注入再循环子***16与流体储存子***的高压储罐26和低压储罐28联接。注入再循环子***16接纳来自高压储罐26的入井液22并将入井液22分配到一个或多个井筒30、32。入井液22经由相应的注入管线38向井下流入到井筒30、32中，并且经由相应的回流管线40返回到地面。注入管线38和回流管线40是导热的，使得从入井液22传导而来的热量可以穿过注入管线38和回流管线40进入到正从井筒30、32产生的采出液42中。采出液42从而被加热成足以在被传送至地面的过程期间保持为汽相。入井液22在注入再循环子***16中被冷却，并积蓄到低压储罐26中，从而可被CSP加热子***12再加热。
CSP加热子***12包括布置在较宽广集热场域18上的多个太阳能集热器48和接收器50。在图1的示例性实施例中，各个太阳能集热器48包括一组光学器件，该组光学器件引导直接入射的阳光以形成光束54，并朝向接收器50上的相对较小区域20引导光束54。在一个示例性实施例中，太阳能集热器48包括诸如平板反射镜和线性菲涅耳反射器(LFR)等反射表面，以朝向接收器50引导光束54。在另一示例性实施例中，太阳能集热器48包括诸如透镜和抛物面反射镜等会聚或发散光学器件，以成形和引导光束54。在一些实施例中，太阳能集热器48可以是固定不动的，而在其他实施例中，太阳能集热器48可以构造成移动，以随着太阳在白天移动掠过天空而跟踪太阳“S”。在其他实施例中(未示出)，太阳能集热器可以设置为包括热导管或内部具有传热介质的真空管。通常，这样的集热器包括位于真空管内部的液体，该液体在被加热时沸腾，并且将被引导成以水汽形式移动到真空管的低压部。在用于加热入井液22的更为理想位置处，从传热介质提取热量。
在图1的示例性实施例中，接收器50将相对较小目标区域20支撑在各个光束54会聚的位置。来自光束54的太阳能被吸收到相对较小目标区域20内的吸收介质中，以将太阳能转换为热量。在图1的示例性实施例中，吸收介质可以包括入井液22，因为入井液22经过相对较小目标区域20。在其他实施例中，热量可以从设置在相对较小目标区域20内的单独的吸收介质(未示出)中提取，并且可以被转移到处于接收器50内的离散位置处的入井液22。
流体储存子***14将来自CSP加热子***12的已被加热的入井液接纳在高压储罐26中。尽管在图1中示出了单个储罐26，但流体储存子***14可以包括任意数量和布置的相互连接的储存容器。在一些实施例(未示出)中，可以设置诸如泵、文丘里机构或其他工具等驱动元件，以辅助入井液22流动至高压储罐26。在其他实施例中，高压储罐26可以定位并布置为这样：CSP加热子***12赋予入井液22足够的能量，以将入井液22驱动到高压储罐26中；以及不需要额外的能量(即，除太阳能以外的能量)来驱动CSP去液化***10。
高压储罐26保持供应处于足够的第一温度和压力的入井液22。例如，入井液22包括蒸汽，在约250°F-750°F的范围内的温度和大约850psi的压力可能是足够的。所需的温度和压力在很大程度上取决于特定的应用，但优选的是，保持最小压力，以克服移动穿过CSP去液化***10的各种管道的入井液22的摩擦损失。在高压储罐26的出口处设置有歧管56，以控制入井液22在一个或多个井筒30、32之间的分配。歧管56可以是可调节的，以允许入井液22只流过单个井筒30或32，或处于适当的组合，以在最小化热损失的同时向井筒30、32供应足够的热量。歧管56还可以是可调节的，以增大或减小入井液22的流速。
现在参考图2A和图2B，注入再循环子***16将入井液22接纳在井筒30中。井筒30延伸穿过地下地层“F”，并设置有套管60。其他实施例(未示出)设想用于例如无套管的井筒。穿孔“P”延伸穿过套管60并进入地层“F”，使得采出液42可以从周围地层“F”进入井筒30。设置有生产油管62，采出液42经由生产油管62可以向井上被输送到地面。套管60和生产油管62分别配备有绝热材料层66、68，以限制热量从井筒30损失到周围地层“F”中。绝热材料层66、68可以包括诸如二氧化硅凝胶或泡沫、耐腐蚀的聚合物等材料或本领域中公知的其他合适的材料。如图2A和图2B所示，绝热材料层66、68均设置在限定于套管60与生产油管62之间的环形空间中。然而，本领域技术人员将理解的是，绝热材料层66、68可以设置在其他位置，例如设置在生产油管62内或设置在套管60与地层“F”之间。
注入管线38和回流管线40以大致平行的方式布置在延伸到生产油管62内的连续油管结构件70中。连续油管结构件70可以是市售制品，例如从CJS生产技术公司(CJSProductionTechnologies)或者从其他制造商获得的FlatPakTM管线***。连续油管结构件70包括柔性粘合剂材料72，柔性粘合剂材料72包封以大致平行的方式布置且形成注入管线38和回流管线40的第一通道和第二通道。优选地，粘合剂材料72表现出相对高的导热率，使得热量可以容易地从入井液22经由粘合剂材料72传递到采出液42。在连续油管结构件70的下端处安装有回流设备76，以便能够提供注入管线38与回流管线40之间的流体连通。
如图2A所示，回流设备76是U形管接头。注入管线38、回流管线40和回流设备76一起限定封闭的流体管道78，入井液22经由流体管道78可以基本上毫无阻碍地流动。入井液22保持在封闭的流体管道78内，并且不释放到井筒30中。除与流体管道78的壁部相关联的摩擦损失以外，入井液22被诸如井筒30内的流体膨胀器或发动机等动力提取机构驱动而基本上毫无阻力地流动。
回流设备76位于与延伸到地下地层“F”中的穿孔“P”相距距离“D”的位置。通常，距离“D”将为零或负的，也就是说，连续油管结构件70将在井筒内延伸到生产区域附近或下方的深度，使得采出液42在其到达地面的整个通道中可以被入井液22加热。在一些实施例中，距离“D”将为正的。例如，在生产的某些阶段中，采出液42在从地层“F”排出时可以含有足够的热量而在到达地面的整个通道的主要部分中保持为汽相，因而可以仅需要在井筒30的上部由入井液22提供额外的热量。
传感器封装件80可以设置在如图所示的回流设备76处或回流设备76附近，设置在沿着连续油管结构件70的单个位置或多个其他不同位置处，或者设置在大致井筒30内的其他位置处。传感器封装件80可以包括温度传感器、压力传感器、水分传感器和/或流速传感器，以检测入井液22和采出液42这两者的参数。从传感器封装件80获得的信息可以经由包封在连续油管结构件70中的电缆(未示出)或通过本领域中公知的其他手段被传输到井上。该信息可以用于控制或自动操作CSP去液化***10的各部分。例如，传感器封装件80可以与歧管56(图1)连通，使得如果检测到的采出液42的温度或流速下降到低于预定值时，歧管56可以自动增大入井液22的流速。调节入井液22的流速将相应地调节可以从入井液传递到井筒30内的采出液42的热量。
现在参考图3，示出了位于井筒30内的注入再循环子***84的可选布置。在生产油管62内设置有多个连续油管结构件86，以及在位于生产油管62与套管60之间的环形空间中设置有多个连续油管结构件86。在连续油管结构件86的粘合剂材料90的外表面中形成有通道88。通道88增加了所设置的连续油管结构件86与它们周围环境之间的热传递可用的表面区域，并基本上减少了连续油管结构件86的热阻。
现在参考图4，对使用CSP去液化***10的操作过程100进行描述。首先，确定合适的井筒位置来安装CSP去液化***10(步骤102)。候选井筒位置可以包括已经观察到积液的井筒或在缺少介入操作的情况下预计可能会积液的位置。接下来，评估所选择的井筒30的需热量(步骤104)，以确定将所选择的井筒30的采出液42保持为水汽形式所需的热量。可以考虑采出液42的分析结果和在井筒30内的各种深度处的采出液42的流动特性。安装CSP去液化***10(步骤106)，以满足需热量。
在安装好CSP去液化***10后，操作CSP去液化***10，以对井筒30进行热处理。通过CSP加热子***加热入井液22(步骤108)，并将入井液22输送到高压储罐26(步骤110)。在具有足够的量、压力和温度的入井液22已被供应到高压储罐26后，入井液22被适当地释放到井筒30中(步骤112)，例如经由歧管56(图1)适当地释放到井筒30中。入井液22因高压储罐26与低压储罐28之间保持的压差而经由注入再循环子***16(图1)被输送到井筒30中。随着入井液在井筒30内流动，热量从入井液22传递到采出液22(步骤114)。入井液22从井筒30行进到低压储罐28(步骤116)，入井液22储存在低压储罐28中，直到入井液22可以被输送到CSP加热子***12进行重新加热(步骤118)。
在井筒30内，可以监测来自采出液42的液体的析出或冷凝(步骤120)，例如通过传感器封装件80(图2A)进行监测。如果在采出液42中检测出液体，则可以进行调节，以在井筒30内将采出液保持为水汽形式(步骤122)。例如，入井液22穿过井筒30的流速可以被增大，以允许从入井液22向井筒30内的采出液42传递更大量的热量。可以连续地重复或根据需要重复步骤108、110、112、114、116、118、120和122，以防止或减少井筒30中的积液。
因此，本文所描述的本发明非常适合于实现上述目标以及实现所提及的目的、优点以及本发明所具有的其他目标。虽然出于公开的目的给出了本发明的当前优选的实施例，但为了实现期望结果，步骤细节上可以存在多方面改变。这些以及其他相似的变型对于本领域技术人员而言是显而易见的，并且应被包含在本文披露的本发明的主旨和随附权利要求书的范围之内。
Claims (18)
1.一种用于对井筒进行去液化的***，所述***包括：
聚光太阳能发电(CSP)加热子***，其通过将在相对较大场域上收集到的太阳能引导到相对较小区域中来可操作地加热入井液；以及
注入再循环子***，其与所述CSP加热子***流体连通，所述注入再循环子***可操作地进行以下操作：
(a)从所述CSP加热子***接纳处于第一温度的所述入井液；
(b)将所述入井液向井下输送到产生采出液的井筒中，并且在封闭的流体管道中使所述入井液向井上回流；
(c)使热量从所述入井液经由所述井筒内的所述封闭的流体管道传递至所述采出液，使得所述入井液处于比所述第一温度低的第二温度；以及
(d)将处于所述第二温度的所述入井液传送至所述CSP加热子***进行额外的加热。
2.根据权利要求1所述的***，其中，所述封闭的流体管道包括连续油管结构件，所述连续油管结构件包括以大致平行方式布置的第一通道和第二通道，并且所述第一通道和所述第二通道被粘合剂材料包封。
3.根据权利要求1或2所述的***，还包括回流设备，所述回流设备联接在所述连续油管结构件的下端处，以提供所述第一通道与所述第二通道之间的流体连通。
4.根据前述权利要求1至3中任一项所述的***，其中，所述回流设备包括U形管接头。
5.根据权利要求2所述的***，其中，所述连续油管结构件设置在所述井筒的生产油管内，所述采出液经由所述生产油管被向井上输送。
6.根据权利要求2所述的***，其中，在所述粘合剂材料的外表面上限定有至少一个通道。
7.根据权利要求2所述的***，其中，所述连续油管结构件在所述井筒内延伸到穿孔所在的深度，所述穿孔延伸到周围地层中，以允许所述采出液进入到所述井筒中。
8.根据前述权利要求1至7中任一项所述的***，其中，所述井筒的生产油管和套管中的至少一者配备有绝热材料层。
9.根据前述权利要求1至8中任一项所述的***，还包括流体储存子***，所述流体储存子***联接在所述CSP加热子***与所述注入再循环子***之间，所述流体储存子***包括：高压储罐，其具有用于接纳来自所述CSP加热子***的所述入井液的输入部；以及低压储罐，其具有用于接纳来自所述注入再循环子***的所述入井液的输入部。
10.根据权利要求9所述的***，其中，在所述高压储罐与所述低压储罐之间保持压差，所述压差足以驱动所述入井液穿过所述注入再循环子***。
11.根据权利要求9所述的***，还包括歧管，所述歧管联接在所述高压储罐与所述井筒之间，所述歧管可操作地控制所述入井液穿过所述注入再循环子***的流速。
12.根据前述权利要求1至11中任一项所述的***，还包括设置在所述井筒内的传感器封装件，所述传感器封装件包括用于检测所述入井液或所述采出液的参数的温度传感器、流速传感器和水分传感器中的至少一者。
13.根据权利要求12所述的***，还包括歧管，所述歧管可操作地控制所述入井液穿过所述注入再循环子***的流速，并且所述传感器封装件与所述歧管连通。
14.一种利用权利要求1所述的***来对所述井筒进行去液化的方法，所述方法包括：
通过所述CSP加热子***加热所述入井液；
将所述入井液向井下输送到所述井筒中，并且通过所述注入再循环子***使所述入井液回流到所述CSP加热子***；
监测所述井筒，以判断在所述采出液中是否存在液体；以及
调节所述入井液穿过所述井筒的流速，以允许足够的热量从所述入井液传递到所述采出液，从而将所述采出液保持为水汽形式。
15.一种阻止液体在井筒中积蓄的方法，所述方法包括：
(i)从集热场域收集太阳能；
(ii)将所述太阳能集中到比所述集热场域小的相对较小区域；
(iii)通过所集中的太阳能将所述入井液加热到第一温度；
(iv)将处于所述第一温度的所述入井液输送到所述井筒中；
(v)通过允许热量从所述入井液传递到采出液来在所述井筒内将所述入井液冷却到第二温度；以及
(vi)将处于所述第二温度的所述入井液输送到所述井筒外部。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括将所述入井液保持在所述井筒中的封闭管道内。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其中，将处于所述第一温度的所述入井液输送到所述井筒中的步骤包括以足以在所述井筒内将所述采出液保持为水汽形式的流速输送所述入井液。
18.根据前述权利要求1至17中任一项所述的方法，还包括：
监测所述井筒内的所述采出液，以判断是否存在液体；以及
调节所述入井液进入所述井筒的流速，以增加从所述入井液传递到所述采出液的热量，从而减少液体在所述采出液中的存在。
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