Способ введения индукционной петли в геологическую формацию
Группа изобретений относится к способу введения индукционной петли в геологическую формацию для нагрева нефтяного резервуара, а также к соответствующему индукционному устройству. Способ включает бурение первой индукционной буровой скважины (120) для введения первого индукционного рукава (20) и бурение первой индукционной буровой скважины (130) для введения первого индукционного рукава (30). Бурят по меньшей мере одну пересекающую буровую скважину (140) с образованием первой области (150) пересечения с первой индукционной буровой скважиной (120) и второй области (150) пересечения со второй индукционной буровой скважиной (130). Вводят первый индукционный рукав (20) в первую индукционную буровую скважину (120) и второй индукционный рукав (30) во вторую индукционную буровую скважину (130). Вводят по меньшей мере один соединительный рукав (40) в пересекающую буровую скважину (140) для проводящего электричество соединения с обоими индукционными рукавами (20, 30) в обеих областях (150) пересечения для образования индукционной петли (90). Техническим результатом является повышение эффективности использования индукционной петли в глубоких скважинах для нагрева нефтяного резервуара. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 12 ил.
Данное изобретение относится к способу введения индукционной петли в геологическую формацию для нагрева нефтяного резервуара, а также к соответствующему индукционному устройству.
Известно, что для добычи из трудных нефтяных месторождений должны применяться новые способы. При этом существуют, например нефтяные резервуары в геологических формациях, в которых нефть имеется в песке в связанном виде. Для того чтобы делать возможной добычу связанной таким образом нефти, необходимым является то, что нефть нагревается и приобретает уменьшенную вязкость. Только таким образом возможно выкачивать текучую нефть из такого нефтяного резервуара. Для того чтобы делать возможным этот нагрев, известны различные технологии. Так, например, может использоваться способ нагнетания пара, который благодаря введению горячего пара в нефтяной резервуар может его нагревать и тем самым уменьшать вязкость добываемой нефти. Далее известно, что укладываются индукционные кабели, которые благодаря генерации электромагнитных вихревых токов в нефтяном резервуаре вызывают его нагрев.
Недостатком при использовании способа нагнетания пара является то, что распределение тепла внутри нефтяного резервуара может задаваться лишь сложным образом или не может задаваться и вовсе. Относительно известного индукционного нагрева для нефтяного резервуара сложной является в частности укладка индукционных кабелей. Так для индукционного нагрева является обязательно необходимым образовывать так называемую индукционную петлю. Другими словами в нефтяной резервуар должна вводиться кольцеобразная или замкнутая другим образом форма индукционного кабеля. Это осуществляется, например, при неглубоком бурении в области приблизительно 40 м ниже поверхности геологической формации. При этом может использоваться так называемый способ "банановой петли", при котором вдоль криволинейной траектории выполняются две по существу параллельные буровые скважины. Каждая из этих буровых скважин имеет входное отверстие и выходное отверстие, так что оба выходных отверстия на поверхности геологической формации могут служить для того, чтобы соединять оба конца обоих индукционных рукавов снова друг с другом в индукционную петлю на поверхности. Однако такой способ может использоваться лишь в расположенной близко от поверхности области для нефтяного резервуара. При глубоких буровых скважинах в диапазоне до 800 м или 1000 м ниже поверхности геологической формации такой способ бурения не возможен. Это основывается в частности на том, что при бурении буровой скважины сила тяжести самой буровой штанги оказывает поддерживающее действие. Если бы теперь было необходимо, как например, при способе банановой петли, бурить это расстояние с глубины приблизительно в 1000 м снова наверх, то соответствующая буровая штанга больше не воздействовала бы вместе с давлением бурения на буровую головку, а наоборот снимала бы с нее нагрузку. В соответствии с этим соответствующее движение вперед было бы обеспечено в этом случае лишь в незначительной степени, так что трудоемкость настолько глубокой буровой скважины банановой петли с точки зрения расходов, времени и сложности была бы чрезвычайно большой. В соответствии с этим использование индукционных петель для нагрева в нефтяных резервуарах, которые имеются в более глубоких областях в геологических формациях, до сих пор не возможно.
Задача данного изобретения состоит, по меньшей мере, в частичном устранении описанных выше недостатков. В частности задача данного изобретения экономичным и простым образом делать возможным использование индукционного нагрева также для глубоких буровых скважин.
Вышеуказанная задача решается с помощью способа с признаками пункта 1 формулы изобретения, а также с помощью индукционного устройства с признаками пункта 10 формулы изобретения. Дальнейшие признаки и подробности изобретения проистекают из зависимых пунктов формулы изобретения, описания и чертежа. При этом признаки и подробности, которые описаны в связи с соответствующим изобретению способом, естественно имеют место также в связи с соответствующим изобретению индукционным устройством и соответственно наоборот, так что в отношении раскрытия отдельных аспектов изобретения всегда делается или может делаться взаимная ссылка.
Соответствующий изобретению способ служит для введения индукционной петли в геологическую формацию для нагрева нефтяного резервуара в геологической формации для добычи нефти. Для этого способ включает в себя следующие шаги:
- бурение первой индукционной буровой скважины для введения первого индукционного рукава,
- бурение второй индукционной буровой скважины для введения второго индукционного рукава,
- бурение, по меньшей мере, одной пересекающей буровой скважины с образованием первой области пересечения с первой индукционной буровой скважиной и второй области пересечения со второй индукционной буровой скважиной,
- введение первого индукционного рукава в первую индукционную буровую скважину и второго индукционного рукава во вторую индукционную буровую скважину,
- введение, по меньшей мере, одного соединительного рукава в пересекающую буровую скважину для проводящего электричество соединения с обоими индукционными рукавами в обеих областях пересечения для образования индукционной петли.
Теперь согласно изобретению выполняются в итоге три буровые скважины. С одной стороны для первого индукционного рукава и второго индукционного рукава в каждом случае выполняется индукционная буровая скважина. Само собой разумеется, при более сложной геометрии нефтяного резервуара могут также применяться три или более индукционных рукава. При этом решающим является то, что для каждого индукционного рукава согласно изобретению создается собственная индукционная буровая скважина. Тем не менее, возможно, что индукционные буровые скважины частично перекрывают друг друга. Другими словами может быть, что все индукционные буровые скважины создаются через общее индукционное буровое отверстие, так что на начальном участке соответствующего бурения все или некоторые из индукционных буровых скважин проходят совместно. Однако самое позднее внутри нефтяного резервуара отдельные индукционные буровые скважины расходятся и в частности проходят параллельно друг к другу, для того чтобы задавать поверхность, в которой индуктивно сгенерированные вихревые токи могут осуществлять нагрев нефтяного резервуара.
В дополнение к необходимым индукционным буровым скважинам для введения индукционных рукавов согласно изобретению предусмотрена, по меньшей мере, одна пересекающая буровая скважина. Теперь эта пересекающая буровая скважина служит для того, чтобы наталкиваться или по существу наталкиваться на концы выполненных в виде глухих отверстий индукционных буровых скважин. Под этим следует понимать то, что пересекающая буровая скважина бурится как можно ближе к концам отдельных индукционных буровых скважин. Для этого наряду с обычными буровыми механизмами может в частности использоваться средство обнаружения, для того чтобы во время бурения была также возможность обнаруживать соответствующие концы индукционных рукавов.
Для действия данного изобретения необходимым является то, что создается область пересечения между пересекающей буровой скважиной и соответствующей индукционной буровой скважиной. Под областью пересечения в рамках данного изобретения следует понимать область, которая распространяется по существу между, по меньшей мере, двумя концами индукционных буровых скважин или между введенными дистальными концами индукционных рукавов. При этом введенные в геологическую формацию индукционные рукава предпочтительно оканчиваются внутри области пересечения. Предпочтительно областью пересечения является лишь незначительный участок нагреваемого нефтяного резервуара, причем также возможно то, что область пересечения расположена за пределами нагреваемого или подогреваемого нефтяного резервуара. Предпочтительно область пересечения меньше или равна приблизительно 1 м. Это означает, что в этой области пересечения расстояние между пересекающей буровой скважиной и индукционной буровой скважиной, предпочтительно концом индукционной буровой скважины выполнено меньшим или равным приблизительно 1 м. Предпочтительно имеется даже реальное пересечение или реальное перекрещивание между пересекающей буровой скважиной и соответствующим индукционным рукавом. Однако для электрического замыкания индукционной петли соединительным рукавом достаточно, если область пересечения имеет размер, как было описано выше менее чем приблизительно 1 м.
Если описанные буровые скважины для индукционных рукавов и для соединительного рукава в виде пересекающей буровой скважины были выполнены, то может осуществляться введение отдельных рукавов. Сама пересекающая буровая скважина может быть выполнена, например, в виде круговой буровой скважины или же в виде горизонтальной буровой скважины. Следовательно, предпочтительно при помощи лишь одной единственной, проходящей, по меньшей мере, частично в вертикальном направлении пересекающей буровой скважины могут соединяться несколько распространяющихся, по меньшей мере, частично параллельно в горизонтальном направлении индукционных буровых скважин. Кроме того, следовательно, несколько распространяющихся по существу в радиальном направлении горизонтально индукционных буровых скважин могут соединяться при помощи одной единственной пересекающей буровой скважины, выполненной в виде круговой буровой скважины. Через индукционные буровые скважины вводятся индукционные рукава. Теперь они максимально возможно распространяются внутри нефтяного резервуара и до соответствующего блока управления или контрольного блока на поверхности геологической формации. В пересекающую буровую скважину теперь введен один или несколько соединительных рукавов. Так при двух индукционных рукавах требуется один соединительный рукав, а при четырех индукционных рукавах два соединительных рукава и т.д. Соединительные рукава распространяются теперь не по всей длине пересекающей буровой скважины, а лишь на частичных участках этой пересекающей буровой скважины. Таким образом, соединительные рукава имеют длину, которая соответствует длине пересекающей буровой скважины между двумя соответствующими или соотносящимися областями пересечения с обоими индукционными рукавами. Предпочтительно в соответствии с этим, по меньшей мере, один соединительный рукав распространяется между двумя индукционными рукавами, для того чтобы образовывать индукционную петлю. Введение осуществляется таким образом, что устанавливается проводящее электричество соединение между соответствующими концами или в других местах индукционных рукавов в соответствующей индукционной буровой скважине. Это может осуществляться, например, при помощи механического контактирования. Так могут вводиться устройства, которые при действительном пересечении пересекающей буровой скважины и соответствующей индукционной буровой скважины в области пересечения делают возможным механическое контактирование для проводящего электричество соединения между соединительным рукавом и концом соответствующего индукционного рукава. При этом предпочтительно больше не требуется известное из общего уровня техники наземное соединение индукционных рукавов, а также подземное непосредственное соединение индукционных рукавов.
Однако в принципе также достаточно, если используется пусть даже незначительная, имеющаяся электрическая проводимость геологической формации или нефтяного резервуара в области пересечения. Это означает, что индукционная петля образуется посредством индукционных рукавов, соединительного рукава и области пересечения в виде геологической формации и имеющейся в ней породы.
Тем не менее, в зависимости от породы может быть, что электрическая проводимость не достаточна. Так в случае, если не происходит действительное пересечение между пересекающей буровой скважиной и индукционным рукавом, электрическая проводимость области пересечения может повышаться умышленно. Это может осуществляться, например, посредством использования проводящей электричество жидкости или вещества. При этом эта жидкость может вводиться в область пересекающей буровой скважины и распространяться внутри пересекающей буровой скважины таким образом, что она устанавливает соединение между первой областью пересечения и второй областью пересечения и, следовательно, между первым индукционным рукавом и вторым индукционным рукавом. Предпочтительно введение соединительного рукава в пересекающую буровую скважину заменено введением проводящей электричество жидкости, для того чтобы образовывать индукционную петлю. Тем не менее, помимо этого также возможно, что проводящая электричество жидкость вводится, по меньшей мере, в область пересечения внутри пересекающей буровой скважины в дополнение к соединительному рукаву, для того чтобы предпочтительно делать возможным соединение между первым индукционным рукавом, вторым индукционным рукавом и соединительным рукавом для образования индукционной петли. При этом предпочтительно предотвращается или выравнивается возможное неверное контактирование соединительного рукава с одним из индукционных рукавов. Дальнейшие детальные возможности по введению или использованию проводящей электричество жидкости разъясняются в последующем еще более подробно.
Согласно изобретению теперь возможно простое бурение для каждой индукционной буровой скважины и пересекающей буровой скважины. При этом решающим является то, что все эти буровые скважины направлены исключительно вниз (то есть в вертикальном направлении) или горизонтально внутри нефтяного резервуара. В отличие от известного способа банановой петли теперь не должно больше осуществляться бурение снизу вверх, так что могут использоваться простые, экономичные и, прежде всего, реализуемые за относительно короткое время технологии бурения. Это приводит к тому, что только посредством соответствующего изобретению способа теперь имеется в распоряжении возможность индукционного нагрева нефтяного резервуара также на любой глубине в пределах геологической формации. В частности, таким образом, индукционным нагревом посредством индукционной петли могут обеспечиваться нефтяные резервуары, которые расположены также в областях глубинного бурения приблизительно в 1000 м или больше ниже поверхности геологической формации.
Может быть предпочтительным, если при соответствующем изобретению способе первая индукционная буровая скважина и вторая индукционная буровая скважина бурятся через одно общее индукционное буровое отверстие. Как это было уже обозначено, достаточно, если отдельные индукционные буровые скважины проходят отдельно друг от друга внутри нефтяного резервуара. Тем самым они задают индукционное поле или нагревающее поле в нефтяном резервуаре. Выполнение общего индукционного бурового отверстия, так что вслед за этим индукционным буровым отверстием индукционные буровые скважины проходят совместно вдоль общей индукционной буровой оси, приводит к уменьшению расходов на бурение. Благодаря общим участкам индукционных буровых скважин они предпочтительно имеют увеличенное поперечное сечение бурения, для того чтобы была также возможность принимать общее количество всех проводимых через эту общую индукционную буровую скважину индукционных рукавов. Дальнейшим преимуществом является то, что в этом варианте осуществления происходит минимально возможная теплоотдача в пределах вертикального направления бурения индукционных буровых скважин. Теплоотдача зависит от расстояния между отдельными индукционными рукавами. Чем больше расстояние между индукционными рукавами, тем также больше теплоотдача. Если индукционные рукава своими вертикальными участками проводятся максимально близко друг к другу, например в одной общей вертикальной индукционной буровой скважине, то это приводит к незначительной или очень незначительной теплоотдаче на этих участках. Только после разведения по изолированным отдельным индукционным буровым скважинам индукционные рукава получают расстояние между собой, так что теперь теплоотдача предоставляется в распоряжение в увеличенном виде и точно в необходимом месте внутри нефтяного резервуара. Разветвление для разделения отдельных индукционных буровых скважин друг от друга может осуществляться, например, на различные высоты внутри геологической формации. Разделение отдельных индукционных буровых скважин друг от друга также возможно на различные положения на одной высоте или даже в различных радиальных направлениях.
Дальнейшее преимущество достигается в том случае, если при соответствующем изобретению способе индукционные буровые скважины имеют, по меньшей мере, одно место поворота, в частности ровно одно место поворота. Другими словами индукционные буровые скважины выполнены по существу с одним вертикальным и с одним по существу горизонтальным или наклонным участком. Вертикальные участки приводят к тому, что индукционные рукава могут вводиться в геологическую формацию наиболее отвесно. Вертикальные буровые скважины можно выполнять наиболее экономично, быстро и просто. Использование, по меньшей мере, одного места поворота приводит к тому, что теперь может предусматриваться горизонтальный или наклонный участок для соответствующей индукционной буровой скважины. Эти горизонтальные или наклонные участки индукционных буровых скважин распространяются теперь предпочтительно вовнутрь нефтяного резервуара. При этом фактическая ориентация соответствующего места поворота предпочтительно зависит от соответствующей геометрической формы нефтяного резервуара внутри геологической формации. При этом это изменение направления предпочтительно выполнено таким образом, что осуществляется поворот на горизонтальную линию или под углом вниз от горизонтальной линии. Тем самым предотвращается то, что стало бы необходимым бурение снизу вверх с уже описанными недостатками.
Далее предпочтительно, если при соответствующем изобретению способе пересекающая буровая скважина имеет, по меньшей мере, одно место поворота, в частности бурится частично вдоль криволинейной траектории. Место поворота для пересекающей буровой скважины влечет за собой те же преимущества, которые уже были разъяснены в отношении места поворота для индукционных буровых скважин. Криволинейная траектория, то есть место "постоянного" поворота предпочтительно в наклонной или горизонтальной плоскости приводит к тому, что при помощи одной единственной пересекающей буровой скважины может достигаться разделенная в виде лучей звезды сеть индукционных рукавов или индукционных буровых скважин. Это приводит к тому, что при помощи лишь небольшого количества буровых скважин соответствующим изобретению образом становится возможным наиболее однородный нагрев сформировавшегося по существу в радиальных направлениях нефтяного резервуара.
Равным образом предпочтительно, если при соответствующем изобретению способе на конце, по меньшей мере, одной из индукционных буровых скважин располагается средство обнаружения для обнаружения этого конца скважины при бурении пересекающей буровой скважины. Так такое средство обнаружения может испускать, например, излучение в виде радиоактивного излучения или электромагнитного излучения. Также подача акустического сигнала, например, в виде ультразвука может предусматриваться для средства обнаружения. Также возможно магнитное исполнение средства обнаружения. Решающим является то, что форма сигналов, которые испускаются средством обнаружения, может передаваться через породу. Таким образом, становится возможным при бурении пересекающей буровой скважины замечать, например, при помощи устройства детектирования фактическое место соответствующего средства обнаружения. Тем самым управление или выравнивание буровой головки для пересекающей буровой скважины может ориентироваться на этот конец скважины, так что область пересечения достигается с более высокой вероятностью. В частности, таким образом, становится возможным достигать с высокой вероятностью фактическое пересечение между пересекающей буровой скважиной и соответствующим индукционным рукавом.
Равным образом предпочтительно, если при соответствующем изобретению способе пересекающая буровая скважина в месте прилегания, по меньшей мере, к одному соединительному рукаву закрывается, в частности заливается. Предпочтительно это происходит в том случае, если элементы в области пересечения снабжаются проводящими электричество жидкостями или текучими веществами. Благодаря закрытию и тем самым уплотнению соединительного рукава обеспечено то, что такое проводящее электричество текучее вещество также остается в желаемом месте в области пересечения. Сверх этого, благодаря закрытию и заливке, например при помощи бетонного материала, может на длительное время задаваться позиционирование соединительного рукава внутри пересекающей буровой скважины. Таким образом, нежелательное смещение или сползание, которое возможно сопровождалось бы потерей проводящего электричество соединения с индукционным рукавом, эффективно предотвращается.
Дальнейшее преимущество может достигаться, если при соответствующем изобретению способе индукционные буровые скважины бурятся в пределах нефтяного резервуара с равномерным или по существу равномерным промежутком, равным в частности более чем приблизительно 50 м. При этом речь идет в частности о горизонтальных или наклонных участках индукционных буровых скважин в пределах нефтяного резервуара. Промежуток, который выполнен равномерным, приводит к равномерной теплоотдаче внутри нефтяного резервуара. Таким образом, предотвращаются нежелательные "острова" тепла в частичных областях нефтяного резервуара. Промежутки приблизительно в 50 м и более приводят к наиболее предпочтительной и сильной теплоотдаче для достаточного уменьшения вязкости нефти в нефтяном резервуаре.
Сверх этого, предпочтительно, если при соответствующем изобретению способе, по меньшей мере, в одну из областей пересечения вводится проводящее электричество текучее вещество для проводящего электричество соединения соединительного рукава и прилегающего индукционного рукава. Как уже было разъяснено, является достаточным, если области пересечения включают в себя достаточную близкую зону между пересекающей буровой скважиной и соответствующей индукционной буровой скважиной. При этом области пересечения предпочтительно имеют расстояние от пересекающей буровой скважины до соответствующей индукционной буровой скважины, которое меньше или равно приблизительно 1 м. Если теперь в геологической формации имеется порода, которая имеет высокое электрическое сопротивление или низкую электрическую проводимость, то это может улучшаться в том отношении, что теперь в эту область пересечения вводится проводящее электричество текучее вещество. Ввод осуществляется, например, посредством давления, которое нагнетает текучее вещество в область пересечения. В качестве проводящего электричество текучего вещества может использоваться, например водная или жидкая суспензия проводящих электричество частиц. Порошком твердого вещества в такой суспензии может быть, например, графит, оксид хрома или аналогичный материал. В качестве проводящих электричество текучих веществ могут также использоваться ионные жидкости или соляные растворы. В частности, говоря о проводящем электричество текучем веществе, речь идет о проводящей электричество жидкости. Таким образом, в сумме область пересечения, а также проводящее электричество текучее вещество становятся частью индукционного устройства, так как проводящее электричество текучее вещество образует часть индукционной петли в электрической цепи между индукционным рукавом, проводящим электричество текучим веществом, соединительным рукавом, проводящим электричество текучим веществом и вторым индукционным рукавом.
Способ согласно изложенному выше абзацу может усовершенствоваться в том отношении, что в область пересечения пересекающей буровой скважины вводится, по меньшей мере, одна поперечная буровая скважина для введения проводящего электричество текучего вещества. Для того чтобы была возможность осуществлять распределение проводящего электричество текучего вещества еще более целенаправленно, буровые скважины могут проводиться поперек, в частности перпендикулярно к оси бурения пересекающей буровой скважины, для того чтобы предоставлять в распоряжение отверстие в область пересечения. Предпочтительно даже возможно предоставлять в распоряжение сквозную поперечную буровую скважину для пересечения и тем самым для прохода между пересекающей буровой скважиной и прилегающей индукционной буровой скважиной. Эта область наполняется проводящим электричество текучим веществом, и соответственно окружающая порода пропитывается проводящим электричество текучим веществом. Таким образом, устанавливается уже описанное, проводящее электричество соединение между соединительным рукавом и индукционным рукавом.
Предметом данного изобретения также является индукционное устройство для нагрева нефтяного резервуара в геологической формации для добычи нефти. Это индукционное устройство выполнено в частности посредством соответствующего изобретению способа и включает в себя первый индукционный рукав в первой индукционной буровой скважине и второй индукционный рукав во второй индукционной буровой скважине. Соответствующее изобретению индукционное устройство отличается тем, что, по меньшей мере, один соединительный рукав расположен в пересекающей буровой скважине, которая с обеими индукционными буровыми скважинами образует области пересечения. При этом соединительный рукав соединяет оба индукционных рукава друг с другом с возможностью проведения электричества. Благодаря соответствующему изобретению исполнению индукционного устройства, в частности при помощи соответствующего изобретению способа соответствующее изобретению индукционное устройство влечет за собой те же преимущества, которые были подробно разъяснены со ссылкой на соответствующий изобретению способ.
Предпочтительно при соответствующем изобретению способе может предусматриваться частотный генератор, который питает индукционную петлю с частотой между 1 кГц и 500 кГц.
Индукционная петля в частности в виде электрического проводника может быть выполнена в виде индукционной линии, чтобы она могла переносить высокочастотный ток, эксплуатируясь с малыми потерями в виде резонансного контура. Так как предпочтительно оба конца подключаются к частотному генератору, индукционная линия образует индукционную петлю. Техническая реализация электрической линии выполняется в виде резонансного контура.
Частотный генератор может выполняться в виде частотного преобразователя, который преобразовывает напряжение с частотой 50 Гц или 60 Гц из сети в напряжение с частотой в диапазоне от 1 кГц до 500 кГц. Частотный преобразователь может быть установлен на поверхности земли.
Далее в нагретую индукционной петлей зону месторождения, то есть в нефтяной резервуар, может предпочтительно буриться, по меньшей мере, одна добывающая буровая скважина.
После укладки индукционной петли, по меньшей мере, в двух буровых скважинах и подключения индукционной петли к частотному генератору начинается подача напряжения на проводник и таким образом индукционный нагрев подстилающей породы и нефтяного резервуара с последующим образованием зоны нагрева, которая характеризуется повышенной температурой.
Проводник индукционной петли может иметь погонную индуктивность от 1,0 до 2,7 мкГн/м (микрогенри на метр длины). Погонная емкость находится, например, в диапазоне от 10 до 100 пФ/м (пикофарад на метр длины). Характеристическая частота расположения обусловлена длиной и формой петли и погонной емкостью вдоль индуктивной петли.
Далее кратко разъяснено описание электротехнических параметров установки индуктивного нагрева, основанной на индуктивной петле:
Индуктивная петля действует во время эксплуатации в качестве индукционного нагрева, для того чтобы вводить в месторождение дополнительное тепло. Активная область индукционной петли может описывать в более значимом горизонтальном направлении в пределах месторождения почти замкнутую петлю (то есть овал). К активной области может подключаться - расположенная возможно на поверхности земли - конечная область. Расположенные на поверхности земли части начальной и конечной области индукционной петли могут вступать в электрический контакт с источником тока - частотным генератором. Предпочтительно предусмотрено выравнивать индуктивность линии индукционной петли частично за счет выполненных прерывисто или непрерывно последовательных емкостей. При этом для индукционной петли с интегрированным выравниванием может быть предусмотрено то, что частота частотного генератора настраивается на резонансную частоту индукционной петли. Емкость в индукционной петле может быть образована цилиндрическими конденсаторами между трубообразным наружным электродом первого отрезка кабеля и трубообразным внутренним электродом второго отрезка кабеля, между которыми находится диэлектрик. Полностью соответствующим образом образуется соседний конденсатор между следующими отрезками кабеля. При этом диэлектрик конденсатора выбирается таким образом, что он соответствует высокой электрической прочности и высокой термостойкости.
Кроме того, возможно предусматривать вложение друг в друга нескольких коаксиальных электродов. Также другие обычные конструктивные исполнения конденсаторов могут интегрироваться в линию индукционной петли.
Кроме того, весь электрод уже может быть окружен изоляцией. Изолирование от окружающей почвы предпочтительно, для того чтобы предотвращать резистивные токи через почву между соседними отрезками кабеля в частности в области конденсаторов. Кроме того, изоляция предотвращает резистивное прохождение тока между прямым и обратным проводником.
Несколько трубообразных электродов могут соединяться параллельно. Предпочтительно параллельное соединение конденсаторов может использоваться для повышения емкости или для повышения их электрической прочности.
Кроме того, выравнивание последовательной индуктивности может осуществляться при помощи преимущественно концентрированных параллельных емкостей. Вместо того чтобы устанавливать в линию более или менее короткие конденсаторы в качестве концентрированных элементов, для выравнивания последовательных индуктивностей может также использоваться погонная емкость, которую и без того по всей ее длине обеспечивает двухпроводная линия, как например коаксиальная линия или многопроводные линии. Для этого внутренний и внешний проводник попеременно разрываются на одинаковых промежутках, и таким образом вынуждается прохождение тока через разделенные параллельные емкости.
Конструктивное исполнение индукционной петли может осуществляться в виде кабеля или сплошного (одножильного) проводника. Тем не менее, конструктивное исполнение не имеет значения для описанного ранее электрического принципа работы.
Дальнейшие данные об исполнении проводников, которые могут также использоваться для данного предмета изобретения, находятся в DE 10 2004 009 896 A1 и WO 2009/027305 A2.
Частотный генератор для управления электрическим проводником индукционной петли предпочтительно выполнен в виде высокочастотного генератора. Частотный генератор может быть выполнен трехфазным и предпочтительно иметь трансформаторную связь и силовой полупроводник в качестве конструктивных элементов. В частности схема может включать в себя прикладывающий напряжение инвертор. В таком генераторе для использования по назначению может требоваться эксплуатация при условиях резонанса, для того чтобы достигать компенсации реактивной мощности. При необходимости во время эксплуатации следует соответствующим образом регулировать частоту управляющего воздействия.
На поверхности для управления проводником индукционной петли могут иметься следующие компоненты: исходя из трехфазного сетевого источника переменного напряжения, например 50 Гц или 60 Гц, включается например трехфазный выпрямитель, к которому через промежуточный контур с конденсатором подключен трехфазный инвертор, который генерирует периодические сигналы прямоугольной формы подходящей частоты. Через согласующий четырехполюсник из индуктивностей и конденсаторов в качестве выхода включаются индукторы. Тем не менее, отказ от согласующего четырехполюсника возможен, если индуктор выполнен в виде индукционной петли, которая благодаря своей индуктивности и погонной емкости делает возможной регулировку необходимой резонансной частоты.
Описанные частотные генераторы в принципе можно использовать в качестве прикладывающего напряжение выпрямителя переменного тока или соответственно в качестве прикладывающего ток выпрямителя переменного тока.
Температура в зоне нагрева зависит от введенной электромагнитной мощности, которая складывается из геологических и физических (например, электрическая проводимость) параметров месторождения, а также из технических параметров электрического расположения, состоящего в частности из проводника индукционной петли и высокочастотного генератора. Эта температура может достигать 300° C и может регулироваться изменением силы тока посредством индукционной петли. Регулировка осуществляется при помощи частотного генератора. Электрическая проводимость месторождения может повышаться посредством дополнительного впрыска воды или другого текучего вещества, например электролита.
Например, включение проводника индукционной петли может осуществляться в течение промежутка времени, причем в начале отвод нагретого текучего вещества еще не произошел. Развитие температуры сначала происходит благодаря индукции вихревых токов в проводящих электричество областях подстилающей породы. Во время нагрева возникают температурные градиенты, то есть места с более высокой температурой, чем изначальная температура нефтяного резервуара. Места с более высокой температурой возникают там, где возбуждаются вихревые токи. Следовательно, исходной точкой для тепла является не индукционная петля или электрический проводник, а вихревые токи, которые возбуждены электромагнитным полем в проводящем электричество слое. Благодаря возникающим с течением времени температурным градиентам доходит в зависимости от тепловых параметров, как например теплопроводность, также до передачи тепла, вследствие чего кривая распределения температуры выравнивается. На большем расстоянии от проводника индукционной петли уменьшается сила переменного поля, так что там создаются условия всего лишь для более незначительного нагрева.
Если же отвод текучих веществ или проводящих электричество жидкостей, сделанных текучими, происходит сразу, как только они были сделаны текучими, то на отработанных местах осуществляется тем меньший нагрев электрическими вихревыми токами, чем больше почва со своей электрической проводимостью была отведена. Хотя электромагнитное поле все еще существует, тем не менее, вихревые токи могут образовываться только там, где еще имеется электрическая проводимость. При этом отток одной жидкости может являться причиной того, что поступает другая жидкость.
Следовательно, структура электрического расположения предпочтительно выбирается таким образом, что глубина проникновения электромагнитного поля, как правило, соответствует половине расстояния между проведенными горизонтально индукционными рукавами. Тем самым достигается то, что с одной стороны электромагнитное поле прямой и обратной линии проводника не компенсируется, а с другой стороны количество буровых скважин в сравнении с толщиной резервуара может оставаться оптимально незначительным. В случае немедленного отвода сделанных текучими, проводящих электричество жидкостей электромагнитное поле достигает более удаленные от индукционного рукава, проводящие электричество слои и возбуждает там вихревые токи. Преимущество заключается в том, что имеет место самопроникающий эффект, это значит, что введенная в абсолютном выражении мощность в резервуар может сохраняться всегда постоянной, например в диапазоне от нескольких сотен киловатт до нескольких мегаватт, например на уровне 1 МВт. В начале имеет место самая высокая удельная плотность мощности рядом с индукционным рукавом, тем не менее, как только текучие вещества отведены, на расположенном дальше снаружи радиусе имеет место хотя и более незначительная удельная плотность мощности, но плотность мощности, имеющаяся в большем объеме, что приводит к тому, что введенная в абсолютном выражении мощность остается как раз неизменной, например, на уровне 1 МВт.
Это не может достигаться посредством других электрических способов. Например, при использовании нагревательного стержня (по конструкции аналогичного погружному нагревателю) введенная в окружающую среду мощность всегда зависит от температурного градиента, а также от изменяющейся выше определенной температуры теплопроводности, так как нагревательный стержень является исходной точкой для температуры.
Количество укладываемых индукционных рукавов - которые могут эксплуатироваться одновременно или по очереди - зависит от размеров месторождения нефтяного резервуара, а количество находящихся одновременно в эксплуатации индукционных рукавов зависит, например от имеющейся в распоряжении электрической мощности.
Во время эксплуатации проводника индукционной петли нефть благодаря уменьшенной вязкости поступает в добывающие скважины и соответственно в установленную в каждом случае в них напорную трубу.
Дальнейшие признаки, преимущества и детали изобретения проистекают из последующего описания, в котором со ссылкой на чертеж в подробностях описаны примеры осуществления изобретения. При этом указанные в пунктах формулы изобретения и в описании признаки в каждом случае могут быть существенны для изобретения по отдельности или в произвольной комбинации. На чертеже схематично показаны:
фиг. 1 - первый шаг соответствующего изобретению способа;
фиг. 2 - второй шаг соответствующего изобретению способа;
фиг. 3 - третий шаг соответствующего изобретению способа;
фиг. 4 - дальнейший вариант осуществления соответствующего изобретению индукционного устройства;
фиг. 5 - изображение действия средства обнаружения;
фиг. 6 - вариант области пересечения;
фиг. 7 - дальнейший вариант области пересечения;
фиг. 8 - вариант использования проводящего электричество текучего вещества;
фиг. 9 - геометрическое расположение отдельных буровых скважин;
фиг. 10 - дальнейший вариант расположения отдельных буровых скважин;
фиг. 11 - дальнейший вариант расположения отдельных буровых скважин; и
фиг. 12 - дальнейший вариант расположения отдельных буровых скважин.
Фиг. с 1 по 3 описывают соответствующий изобретению способ. Так в данном случае по отдельности вводятся через два индукционных буровых отверстия 160 две индукционные буровые скважины 120 и 130. После первого вертикального прохождения обе индукционные буровые скважины 120 и 130 через место 170 поворота поворачивают в горизонтальную плоскость на разной высоте в нефтяной резервуар 110 в геологической формации 100. При этом, говоря об обеих индукционных буровых скважинах 120 и 130, речь идет о глухих отверстиях, которые в каждом случае имеют конец 122 и 132 скважины. Промежуток A внутри нефтяного резервуара 110 выполнен предпочтительно неизменным и большим чем приблизительно 50 м.
В данном случае после бурения индукционных буровых скважин 120 и 130 проводится, по меньшей мере, одна, в этом варианте осуществления ровно одна пересекающая буровая скважина 140. В данном случае это происходит строго вертикально, так как обе индукционные буровые скважины 120 и 130 расположены на различных высотах в ориентированной вертикально плоскости. При этом пересекающая буровая скважина 140 создает области 150 пересечения в области соответствующего конца 122 и 132 скважины.
После того, как все буровые скважины 120, 130 и 140 были созданы, оба индукционных рукава 20 и 30 вводятся в обе индукционные буровые скважины 120 и 130. Теперь на соответствующем конце 122 и 132 скважины расположен соединительный рукав 40, который замыкает индукционную петлю 90 и тем самым образует индукционное устройство 10. При этом на верхней поверхности геологической формации 100, само собой разумеется, может еще быть выполнен контрольный блок, который предоставляет в распоряжение соответствующую подачу напряжения для процесса нагрева для индукционной петли 90.
Фиг. 4 показывает вариант примера осуществления фиг. с 1 по 3, при котором оба индукционных рукава 20 и 30 проходят не на различных высотах, а, будучи расположены на расстоянии друг от друга в боковом направлении, проходят на одной высоте внутри нефтяного резервуара 110. Это делает необходимым то, что теперь также пересекающая буровая скважина 140 изменяет направление в месте 170 поворота. Дальнейшие признаки этого варианта осуществления соответствуют варианту осуществления фиг. с 1 по 3.
На фиг. 5 изображен процесс бурения для пересекающей буровой скважины 140. В этом варианте осуществления на конце 122 этой первой индукционной буровой скважины 120 находится средство 50 обнаружения, которое испускает сигналы, например в магнитной или радиационно-лучевой форме. Буровая головка 200, которая создает пересекающую буровую скважину 140, имеет устройство 210 детектирования для приема этих сигналов. Благодаря так называемому процессу "трассировки" с высокой вероятностью достигается положение, которое показано на фиг. 6. В данном случае область 150 пересечения между пересекающей буровой скважиной 140 и индукционной буровой скважиной 120 выполнена в виде перекрывающей области 150 пересечения. В этом случае теперь может осуществляться механический контакт для проводящего электричество соединения между соединительным рукавом 40 и соответствующим индукционным рукавом 20 и 30.
Фиг. 7 и 8 показывают положение, которое может достигаться, например, без средства 50 обнаружения. В данном случае область 150 пересечения выполнена в виде сближения или в виде минимального расстояния между пересекающей буровой скважиной 140 и индукционной буровой скважиной 120. Это минимальное расстояние предпочтительно меньше или равно приблизительно 1 м. Таким образом, в этой области 150 пересечения теперь сама геологическая формация 100 может образовывать проводящее электричество соединение. Для того чтобы улучшать электрическую проводимость в плохо проводящих электричество типах породы, например при помощи поперечных буровых скважин 142 может вводиться проводящее электричество текучее вещество 60. При этом речь может идти, например о проводящей электричество жидкости, в частности в виде суспензии проводящих электричество частиц.
На фиг. с 9 по 12 изображены различные геометрии для расположения отдельных буровых скважин 120, 130 и 140. Фиг. 9 показывает вариант с радиальным распределением в итоге трех первых индукционных рукавов 120 и трех вторых индукционных рукавов 130. Для того чтобы замыкать соответствующие рукава 120 и 130 в соответствующую индукционную петлю 90, в данном случае предусмотрена пересекающая буровая скважина 140, которая после места 170 поворота проходит по круговой траектории 152. На фиг. 10 изображен вариант, который имеет радиальное расхождение двух индукционных рукавов 120 и 130 после места 170 поворота. При этом аналогично, как и на фиг. 4, становится возможным распределение по одной общей горизонтальной плоскости. Тем не менее, в данном случае, точно также как на фиг. 9 и 11, использовалось одно общее индукционное буровое отверстие 160, так что индукционные рукава 120 и 130 проходят на вертикальном участке через общую буровую скважину.
Что касается снова фиг. 9, круговая траектория 152 проходит через все концы нескольких индукционных рукавов 120 и 130. Тем не менее, в круговую траекторию предпочтительно вводятся несколько соединительных рукавов, так что всегда лишь два соседних рукава из индукционных рукавов 120 и 130 соединяются друг с другом. Остальные участки круговой траектории 152 не содержат электропроводных участков. Таким образом, соответствующим соединительным рукавом является лишь круговой сегмент, согласно примеру осуществления с фиг. 9 например круговой сегмент с углом приблизительно в 60°. Согласно примеру с фиг. 9 на круговой траектории 152 предпочтительно расположены три электропроводных участка. Между электропроводными участками буровая скважина круговой траектории 152 может оставаться пустой или может быть заполнена непроводящим участком.
Фиг. 11 показывает вариант, при котором индукционные рукава 120 и 130 распределяются через места 170 поворота на различные высоты внутри геологической формации 100. Здесь также может снова использоваться одно общее индукционное буровое отверстие 160. В данном случае даже достаточно проводить простую вертикальную буровую скважину в качестве пересекающей буровой скважины 140. При наиболее широком нефтяном резервуаре 110 может также использоваться вариант осуществления согласно фиг. 12, который для каждой индукционной буровой скважины 120 и 130 предусматривает собственное индукционное буровое отверстие 160, причем общая пересекающая буровая скважина 140 предоставляет в распоряжение необходимое соединение для электрической проводимости для замыкания индукционной петли 90.
В отношении фиг. 11 и 12 следует отметить, что в каждом случае два соседних индукционных рукава 120 и 130 соединяются друг с другом с возможностью проведения электричества. Для этого в пересекающую буровую скважину 140 предпочтительно могут вводиться несколько соединительных рукавов, так что всегда лишь два соседних рукава из индукционных рукавов 120 и 130 соединяются друг с другом. Остальные участки пересекающей буровой скважины 140 не содержат электропроводных участков. Таким образом, соответствующим соединительным рукавом является лишь трубообразный проводник ограниченной длины. Согласно примеру с фиг. 11 в пересекающей буровой скважине 140 расположены два электропроводных участка. На фиг. 12 в пересекающей буровой скважине 140 расположены три электропроводных участка, в каждом случае между парой 120, 130 двух индукционных рукавов. Между электропроводными участками пересекающая буровая скважина 140 может оставаться пустой или может быть заполнена непроводящим участком.
Преимуществом изобретения является в частности то, что индукционная петля, которая во время эксплуатации может приводиться в действие частотным преобразователем, может замыкаться простым образом. При этом индукционные рукава 120, 130 имеют средства, которые во время эксплуатации генерируют электромагнитное поле, которое распространяется в нефтяной резервуар, и которое в свою очередь индуктивно воздействует на нефть или углеводороды в нефтяном резервуаре. Электрически замкнутая часть индукционной петли, состоящая из проводящего электричество соединительного рукава в пересекающей буровой скважине, не обязательно включает в себя средства, которые особым образом создают выраженное электромагнитное поле. Также не является необходимым, так как по существу для этого предусмотрен соединительный рукав, дополнять индукционную петлю. Таким образом, получается взаимосвязанная индукционная петля, состоящая из двух индукционных рукавов 120, 130 и соединительного рукава для соединения этих двух индукционных рукавов 120, 130.
Вышеизложенное разъяснение вариантов осуществления описывает данное изобретение исключительно в рамках примеров. Само собой разумеется, отдельные признаки вариантов осуществления могут, если это технически целесообразно, свободно комбинироваться друг с другом, не выходя при этом за рамки данного изобретения.
1. Способ введения индукционной петли (90) в геологическую формацию (100) для нагрева нефтяного резервуара (110) в геологической формации (100) для добычи нефти, включающий в себя следующие шаги:
- бурение первой индукционной буровой скважины (120) для введения первого индукционного рукава (20),
- бурение второй индукционной буровой скважины (130) для введения второго индукционного рукава (30),
- бурение, по меньшей мере, одной пересекающей буровой скважины (140) с образованием первой области (150) пересечения с первой индукционной буровой скважиной (120) и второй области (150) пересечения со второй индукционной буровой скважиной (130),
- введение первого индукционного рукава (20) в первую индукционную буровую скважину (120) и второго индукционного рукава (30) во вторую индукционную буровую скважину (130),
- введение, по меньшей мере, одного соединительного рукава (40) в пересекающую буровую скважину (140) для проводящего электричество соединения с обоими индукционными рукавами (20, 30) в обеих областях (150) пересечения для образования индукционной петли (90).
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что первая индукционная буровая скважина (120) и вторая индукционная буровая скважина (130) бурятся через одно общее индукционное буровое отверстие (160).
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что индукционные буровые скважины (120, 130) имеют, по меньшей мере, одно место (170) поворота, в частности ровно одно место (170) поворота.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что пересекающая буровая скважина (140) имеет, по меньшей мере, одно место (170) поворота, в частности бурится частично вдоль криволинейной траектории (152).
5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что на конце (122, 132), по меньшей мере, одной из индукционных буровых скважин (120, 130) располагается средство (50) обнаружения для обнаружения этого конца (122, 132) скважины при бурении пересекающей буровой скважины (140).
6. Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что пересекающая буровая скважина (140) в месте прилегания, по меньшей мере, к одному соединительному рукаву (40) закрывается, в частности заливается.
7. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что индукционные буровые скважины (120, 130) бурятся в пределах нефтяного резервуара (110) с равномерным или по существу равномерным промежутком (A), равным в частности более чем приблизительно 50 м.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, в одну из областей (150) пересечения вводится проводящее электричество текучее вещество (60) для проводящего электричество соединения соединительного рукава (40) и прилегающего индукционного рукава (20, 30).
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что в область (150) пересечения пересекающей буровой скважины (140) вводится, по меньшей мере, одна поперечная буровая скважина (142) для введения проводящего электричество текучего вещества (60).
10. Индукционное устройство (10) для нагрева нефтяного резервуара (110) в геологической формации (100) для добычи нефти, выполненное для реализации способа с признаками любого из пп.1-9, включающее в себя первый индукционный рукав (20) в первой индукционной буровой скважине (120) и второй индукционный рукав (30) во второй индукционной буровой скважине (130),
отличающееся тем, что, по меньшей мере, один соединительный рукав (40) расположен в пересекающей буровой скважине (140), которая с обеими индукционными буровыми скважинами (120, 130) образует области (150) пересечения, причем соединительный рукав (40) соединяет оба индукционных рукава (20, 30) друг с другом с возможностью проведения электричества.
