СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОБЫЧИ ИЗ ПОДЗЕМНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДСОДЕРЖАЩЕГО ВЕЩЕСТВА СО СНИЖЕНИЕМ ЕГО ВЯЗКОСТИ
PROCEDURE AND DEVICE FOR EXTRACTING HYDROCARBON SUBSTANCE FROM UNDERGROUND DEPOSIT AND FOR REDUCING SUBSTANCE VISCOCITY

Изобретение относится к способу добычи из подземного месторождения углеводородсодержащего вещества со снижением его вязкости. Изобретение относится также к соответствующей установке, по меньшей мере, с одним устройством, содержащим, по меньшей мере, один входящий в месторождение нагнетательный трубопровод и, по меньшей мере, один выходящий из месторождения эксплуатационный трубопровод. При этом нагнетательный и эксплуатационный трубопроводы имеют проходящий частично по земле начальный участок и примыкающий к начальному участку, проходящий внутри месторождения активный участок. На этапе нагрева в нагнетательный и эксплуатационный трубопроводы подается горячий пар. На этапе эксплуатации горячий пар подается только в нагнетательный трубопровод. Такое устройство для добычи углеводородсодержащих веществ из подземного месторождения известно, например, из ID.Gates «Steam-Injection Strategy and Energetics of Steam Assisted Gravity Drainage», 2005, SPE International Thermal Operations and Heavy Oil Symposium, Calgary, Canada, 1-3 ноября 2005 г.
По актуальным оценкам, большая часть мировых запасов нефти сосредоточена в виде так называемых нефтеносных песков. Нефтеносный песок является обычно смесью глины, песка, воды и битума. Дополнительные технологические операции позволяют превратить битум в синтетическую сырую нефть. Месторождения нефтеносных песков разрабатываются в настоящее время предпочтительно открытым способом. Лежащие в более глубоких слоях земли запасы нефтеносных песков разрабатываются, напротив, подземными способами, например способом SAGD (Гравитационное дренирование при закачке пара).
В упомянутом способе имеющийся в месторождении битум нагревается горячим паром. Это снижает вязкость битума. Разжиженный таким образом битум добывается из месторождения и подается на дальнейшие этапы переработки. Из добытого из подземного месторождения битума можно получить синтетическую сырую нефть.
Для разработки запасов нефтеносных песков подземным способом обычно внутри месторождения сначала прокладываются трубопроводы. Часто внутри месторождения располагаются две, в основном, параллельные и проходящие горизонтально трубы. Такие трубы расположены обычно на расстоянии 5-10 м друг от друга в вертикальном направлении и имеют длину 500-1000 м. Перед началом добычи месторождение необходимо сначала нагреть, чтобы снизить вязкость имеющегося в нефтеносном песке битума и транспортировать его затем в разжиженном виде. Для нагрева месторождения обычно в обе проложенные внутри него трубы подается горячий пар. По окончании приблизительно 3-месячного этапа нагрева на последующем этапе эксплуатации горячий пар подается только в лежащую геодезически выше трубу. Нагнетаемый в эту трубу горячий пар вызывает, во-первых, дальнейшее разжижение имеющегося в нефтеносном песке битума, а во-вторых, избыточное давление в месторождении. За счет этого избыточного давления разжиженный битум может транспортироваться по второму трубопроводу на поверхность земли.
Применяемый в настоящее время способ SAGD связан с различными техническими проблемами. Во-первых, через имеющиеся в зоне месторождения каналы или за счет других геологических условий внутри него, например пористых слоев породы, горячий пар может улетучиваться из собственно зоны месторождения. Улетучивающийся таким образом горячий пар потерян для добычи битума. Кроме того, вводимое в месторождение посредством горячего пара количество тепла ограничено по следующим причинам. Вводимое в месторождение количество тепла в значительной степени определяется максимально допустимым давлением, с которым горячий пар может нагнетаться в месторождение. Обычно месторождения нефтеносных песков находятся на не очень больших глубинах, так что вследствие создания чрезмерного давления внутри месторождения на поверхности могут возникать выбросы земли. Кроме того, для добычи битума из месторождений нефтеносных песков способом SAGD требуются большие количества воды. Необходимое количество воды измеряется с помощью так называемого значения SOR (Steam to Oil Ratio). Жесткие экологические нормы, действующие в горнопромышленных районах, требуют как можно более низкого значения SOR, чтобы способствовать сохранению запасов грунтовых вод.
Продолжительность разработки месторождения нефтеносного песка, которое эксплуатируется с использованием двух труб обычных, приведенных выше размеров, составляет обычно от 3 до 10 лет. В течение этого времени месторождение непрерывно нагревается горячим паром. За счет теплопроводности грунта введенное в месторождение тепло с течением времени уходит все дальше от места, в котором горячий пар вводится в месторождение. Область охвата эксплуатационной трубы, по которой разжиженный битум транспортируется на поверхность, пространственно ограничена. Тепло, уходящее за пределы области охвата эксплуатационной трубы, потеряно для добычи битума. Этот феномен приводит к снижению не только значения SOR, но и общего энергобаланса данного месторождения.
Задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного по сравнению с известными из уровня техники решениями способа добычи углеводородсодержащих веществ из подземного месторождения. В частности, посредством соответствующей установки должны быть повышены общий энергобаланс для добычи углеводородсодержащего вещества и возникающее при его добыче значение SOR.
Задача решена посредством способа, охарактеризованного признаками п.1 формулы изобретения. Также задача решена посредством соответствующего устройства, охарактеризованного признаками п.3 формулы изобретения. Модификации изобретения приведены в зависимых пунктах формулы.
В основе изобретения лежит идея оборудовать нагнетательный трубопровод индукционным нагревательным устройством, чтобы вводить в месторождение дополнительное тепло.
Под нагнетательным трубопроводом в этой связи следует понимать проходящий, по меньшей мере, частично внутри месторождения трубопровод, который предназначен, главным образом, для нагрева месторождения горячим паром или другими мерами. Под эксплуатационным трубопроводом следует понимать проходящий, по меньшей мере, частично внутри месторождения трубопровод, который предназначен как для нагрева месторождения, так и для транспортировки углеводородсодержащих веществ из месторождения на поверхность земли.
Согласно изобретению, предложена установка или устройство добычи из подземного месторождения углеводородсодержащего вещества со снижением его вязкости, по меньшей мере, с одним входящим в месторождение нагнетательным трубопроводом и, по меньшей мере, одним выходящим из месторождения эксплуатационным трубопроводом. Нагнетательный и эксплуатационный трубопроводы имеют проходящий частично по земле начальный участок и примыкающий к начальному участку, проходящий внутри месторождения активный участок. На этапе нагрева в нагнетательный и эксплуатационный трубопроводы подается горячий пар. На этапе эксплуатации горячий пар подается только в нагнетательный трубопровод. Кроме того, активный участок нагнетательного трубопровода должен быть выполнен дополнительно в виде индукционного нагревательного устройства для нагрева окружающего его пространства в месторождении.
Установка с предложенным устройством для подземной добычи углеводородсодержащего вещества позволяет посредством выполненного в виде индукционного нагревательного устройства нагнетательного трубопровода нагревать месторождение не только горячим паром, но и дополнительно индуктивно. Таким образом, можно достичь более быстрого нагрева месторождения. Более быстрый нагрев месторождения приводит к более высокой добыче углеводородсодержащего вещества из подземного месторождения и в то же время повышает значение SOR, поскольку помимо горячего пара для нагрева месторождения используется также электрическая энергия. Кроме того, более быстрый нагрев месторождения приводит к снижению тепловых потерь вследствие теплопроводности внутри месторождения. Долю тепловой энергии, которая поступает в области за пределами области охвата эксплуатационного трубопровода, можно таким образом уменьшить. Введенный в нагнетательный трубопровод горячий пар приводит к нагреву месторождения, в основном, в объеме, лежащем геодезически выше нагнетательного трубопровода. Если смотреть в сечении, то этот объем имеет форму гантели или дубинки. Также, если смотреть в сечении, нагретый горячим паром объем увеличивается, исходя от нагнетательного трубопровода. В верхней области объем закрыт слегка выпуклой поверхностью. Распределение мощности потерь индукционного нагревательного устройства показывает также значительную долю в описанной выше, также нагретой горячим паром области, геодезически выше нагнетательного трубопровода внутри месторождения.
Введенный в нагнетательный трубопровод горячий пар и индукционное нагревательное устройство приводят, следовательно, к нагреву месторождения на очень схожих участках. Таким образом, месторождение на этом участке наложения может быть нагрето очень быстро. Этот особенно быстрый нагрев приводит к энергетически эффективной эксплуатации, высокому эксплуатационному объему и низкому значению SOR. Дополнительно к используемому также в качестве индукторного электрода нагнетательному трубопроводу для нагрева краевых областей могут быть предусмотрены другие индукторы.
Предпочтительные варианты установки или устройства для подземной добычи углеводородсодержащего вещества приведены в других зависимых пунктах формулы. При этом вариант выполнения устройства, согласно независимому пункту формулы, может быть скомбинирован с признаками одного зависимого пункта, преимущественно с признаками нескольких зависимых пунктов. В соответствии с этим устройство для добычи углеводородсодержащих веществ может иметь дополнительно следующие признаки.
- Нагнетательный трубопровод может дополнительно содержать примыкающий к активному участку, проходящий частично по земле концевой участок. Проходящие по земле части начального и концевого участков нагнетательного трубопровода могут быть электрически соединены с источником тока. Если начальный и концевой участки нагнетательного трубопровода лежат на земле, то они могут электрически контактировать особенно просто.
- Нагнетательный трубопровод может иметь примыкающий к активному участку, проходящий внутри месторождения концевой участок. Концевой участок нагнетательного трубопровода может быть электрически соединен с введенным в дополнительную скважину вблизи концевого участка нагнетательного трубопровода электрическим проводником с помощью резервуара из солесодержащей жидкости. При приведении резервуара из солесодержащей жидкости в контакт с концевым участком нагнетательного трубопровода и находящимся вблизи этого концевого участка электрическим проводником можно достичь особенно простого контактирования концевого участка нагнетательного трубопровода.
- Активный участок нагнетательного трубопровода в горизонтальном направлении внутри месторождения может описывать почти замкнутую окружность. К активному участку примыкает лежащий частично на земле концевой участок. Лежащие на земле части начального и концевого участков нагнетательного трубопровода могут электрически контактировать с источником тока. Предпочтительно за счет нагнетательного трубопровода, проходящего вдоль почти замкнутой окружности внутри месторождения, можно индуктивно нагреть большую часть месторождения. В то же время начальный и концевой участки выполненного таким образом нагнетательного трубопровода лежат на земле, так что их просто контактировать между собой.
Предложенная установка для добычи из подземного месторождения углеводородсодержащего вещества со снижением его вязкости может содержать отдельные устройства с множеством нагнетательных трубопроводов. Каждый нагнетательный трубопровод содержит примыкающий к активному участку, проходящий частично по земле концевой участок. Кроме того, лежащая на земле часть концевого участка первого нагнетательного трубопровода может быть электрически соединена с лежащей под землей частью начального участка второго нагнетательного трубопровода. Согласно описанному выше варианту, может быть создано устройство, с помощью которого большая часть месторождения может нагреваться единственной системой. Например, одного отдельного источника электропитания может быть достаточно для индуктивного нагрева множества нагнетательных трубопроводов и, тем самым, большой части месторождения.
- На этапе эксплуатации в нагнетательный трубопровод может подаваться специальный горячий пар, жидкая фаза которого имеет повышенную по сравнению с водой электрическую проводимость. За счет того, что в месторождение по нагнетательному трубопроводу может нагнетаться специальный горячий пар, можно повысить электрическую проводимость месторождения. Это повышение проводимости приводит к большим потерям вихревых токов на соответствующих участках месторождения. Таким образом, соответствующие участки месторождения нагреваются сильнее, что приводит к повышению производственной мощности. Преимущественно для этой цели может использоваться горячий пар солесодержащей жидкости. Установка в этом варианте содержит, кроме того, механизм саморегулирования. Те участки месторождения, электрическая проводимость которых повышается за счет нагнетания специального горячего пара, нагреваются индуктивно сильно. Если специальный горячий пар на соответствующих участках месторождения был нагрет настолько, что проник в его более удаленные участки, то электрическая проводимость соответствующего участка месторождения снова уменьшается. Следовательно, эти участки нагреваются снова слабее.
- Индукционное нагревательное устройство может работать с частотой 5-100 кГц, преимущественно 10-100 кГц. Для его работы с частотой от 5 или 10 кГц до 100 кГц можно использовать стандартные преобразователи. Использование стандартных деталей позволяет снизить издержки на выполненное таким образом устройство.
- Активные участки нагнетательного и эксплуатационного трубопроводов могут быть частью резистивного нагревательного устройства для нагрева лежащего, в основном, между нагнетательным и эксплуатационным трубопроводами участка месторождения. Согласно описанному выше варианту, мощность потерь резистивного нагревательного устройства имеет на участке между нагнетательным и эксплуатационным трубопроводами существенную долю. На этом участке в начале добычи углеводородсодержащее вещество добывается из месторождения первым. За счет того, что посредством резистивного нагрева дополнительно нагревается именно этот участок, добыча углеводородсодержащего вещества из месторождения может осуществляться быстрее. Таким образом, месторождение может разрабатываться более эффективно.
- Нагнетательный и эксплуатационный трубопроводы могут быть, по меньшей мере, частично электрически изолированы от окружающего их пространства, преимущественно нагнетательный и эксплуатационный трубопроводы могут быть электрически изолированы от окружающего их пространства, по меньшей мере, на проходящих за пределами месторождения участках. За счет целенаправленной электрической изоляции определенных участков нагнетательного и эксплуатационного трубопроводов можно нагревать те участки, на которых оба трубопровода электрически не изолированы от окружающего их грунта. Так, например, можно целенаправленно нагревать месторождение или его определенные участки без ненужного нагрева остальных участков.
- Резистивное нагревательное устройство может работать на переменном токе с частотой 50-60 Гц. Для его работы с частотой 50-60 Гц можно использовать стандартные детали для реализации резистивного нагревательного устройства. Таким образом, снижаются издержки.
В рамках изобретения в основе заявленного способа лежит идея нагрева на этапе нагрева, по времени предшествующем этапу эксплуатации, первого участка месторождения, находящегося, в основном, между нагнетательным и эксплуатационным трубопроводами, посредством горячего пара и электрического нагревательного устройства, которое может действовать не только индуктивно, но и резистивно. На последующем этапе эксплуатации затем, в основном, посредством горячего пара и электромагнитной индукции должен быть нагрет предпочтительно другой участок месторождения, находящийся геодезически преимущественно выше нагнетательного трубопровода.
Для добычи из подземного месторождения углеводородсодержащего вещества со снижением его вязкости следует использовать описанное ниже устройство, являющееся частью всей установки с повторяющимися узлами. Предназначенное для осуществления заявленного способа устройство содержит, по меньшей мере, один входящий в месторождение нагнетательный трубопровод и, по меньшей мере, один выходящий из месторождения эксплуатационный трубопровод. Нагнетательный и эксплуатационный трубопроводы имеют проходящий частично по земле начальный участок и примыкающий к начальному участку, проходящий внутри месторождения активный участок. Активный участок нагнетательного трубопровода должен быть выполнен дополнительно в виде индукционного нагревательного устройства для нагрева окружающего его пространства в месторождении. Предложенный способ добычи из подземного месторождения углеводородсодержащего вещества со снижением его вязкости содержит этап нагрева и следующий по времени за этапом нагрева этап эксплуатации. На этапе нагрева в нагнетательный и эксплуатационный трубопроводы подается горячий пар. На этапе эксплуатации горячий пар подается только в нагнетательный трубопровод, а дополнительно окружающее активный участок нагнетательного трубопровода пространство нагревается посредством индукционного нагрева.
Под этапом нагрева в этой связи следует понимать, в основном, отрезок времени, в течение которого месторождение нагревается для снижения вязкости добываемого из него углеводородсодержащего вещества. Под этапом эксплуатации следует учитывать, в основном, отрезок времени, в течение которого углеводородсодержащее вещество с уже пониженной вязкостью транспортируется по эксплуатационному трубопроводу из подземного месторождения.
Предложенный способ имеет следующие преимущества. За счет того, что на этапе эксплуатации месторождение нагревается не только посредством горячего пара, но и дополнительно окружающее нагнетательный трубопровод пространство нагревается посредством индукционного нагрева, в месторождение можно вводить дополнительную тепловую энергию. Эта тепловая энергия, дополнительно введенная в месторождение электрическим путем, позволяет снизить значение SOR, дополнительно повысить эксплуатацию и уменьшить тепловые потери за счет теплопроводности внутри месторождения.
Предложенный способ может обладать также следующими признаками.
- Активные участки нагнетательного и эксплуатационного трубопроводов могут быть частью резистивного нагревательного устройства. На этапе нагрева окружающее активные участки нагнетательного и эксплуатационного трубопроводов пространство может нагреваться посредством резистивного нагрева. Таким образом, первый участок месторождения может нагреваться предпочтительно не только посредством горячего пара, но и дополнительно посредством резистивного нагрева. Дополнительно нагретый таким образом участок месторождения находится, в основном, между нагнетательным и эксплуатационным трубопроводами. Посредством резистивного нагрева на этом участке может быть введена дополнительная тепловая энергия. Таким образом, данный участок может быть нагрет особенно быстро. Этот быстрый нагрев приводит к быстрому разжижению имеющегося в месторождении углеводородсодержащего вещества, благодаря чему оно может быстро транспортироваться. На этапе эксплуатации, т.е. когда из подземного месторождения уже транспортируется углеводородсодержащее вещество, второй участок месторождения, находящийся, в основном, геодезически выше нагнетательного трубопровода, нагревается не только посредством горячего пара, но и дополнительно посредством индукционного нагрева. Этот дополнительный нагрев месторождения позволяет повысить объем добычи, снизить значение SOR и, поскольку может быть сокращено время эксплуатации, уменьшить тепловые потери за счет теплопроводности грунта.
Другие предпочтительные варианты выполнения устройства и способа следуют из формулы изобретения и, в частности, из поясняемого ниже описания.
Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:
- фиг.1: устройство для добычи углеводородсодержащего вещества из подземного месторождения, образованное, по меньшей мере, одной скважинной парой;
- фиг.2: сечение разрабатываемого участка месторождения;
- фиг.3, 4: устройство для добычи углеводородсодержащего вещества из подземного месторождения на этапе нагрева и этапе эксплуатации соответственно;
- фиг.5, 6: устройство для добычи углеводородсодержащего вещества из подземного месторождения, причем нагнетательный трубопровод выполнен в виде индукционного нагревательного устройства;
- фиг.7, 8: устройство для добычи углеводородсодержащего вещества из подземного месторождения, причем месторождение нагревается на большой площади;
- фиг.9, 10: устройство для добычи углеводородсодержащего вещества из подземного месторождения, причем нагнетательный и эксплуатационный трубопроводы являются частью резистивного нагревательного устройства;
- фиг.11: распределение мощности потерь индукционного нагревательного устройства;
- фиг.12: распределение мощности потерь резистивного нагревательного устройства;
- фиг.13: разрез перпендикулярно скважинной паре, образованной из нагнетательной и транспортирующей труб по фиг.1.
Соответствующие друг другу на чертеже части обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Более подробно не раскрытые части являются общеизвестным уровнем техники.
На фиг.1 схематично представлено устройство для добычи из подземного месторождения углеводородсодержащего вещества со снижением его вязкости. В случае такого устройства речь может идти, например, об устройстве для добычи битума из месторождения нефтеносного песка. Подобные устройства известны, например, из I.D.Gates «Steam-Injection Strategy and Energetics of Steam Assisted Gravity Drainage», 2005, SPE International Thermal Operations and Heavy Oil Symposium, Calgary, Canada, 1-3 ноября 2005 г. Такое устройство 100 содержит нагнетательный 101 и эксплуатационный 102 трубопроводы. Возможны также устройства 100 для добычи битума из подземного месторождения 103, располагающие несколькими нагнетательными трубопроводами 101, называемыми обычно «нагнетательная скважина», и также несколькими эксплуатационными трубопроводами 102, называемыми обычно «эксплуатационная скважина». Ниже для ясности речь идет о добыче битума из месторождения 103 нефтеносного песка, однако рассуждения относятся также вообще к добыче углеводородсодержащего вещества из подземного месторождения. Так, в случае месторождения 103 помимо месторождения нефтеносного песка речь может идти также о месторождении горючего сланца или других подземных месторождениях, из которых могут добываться нефть, тяжелая нефть или вообще углеводородсодержащие вещества.
Для добычи битума из месторождения 103 оно обычно нагревается горячим паром, нагнетаемым в нагнетательный трубопровод 101. Введенная таким образом в месторождение 103 тепловая энергия приводит к уменьшению вязкости растворенного в нем битума. Разжиженный таким образом битум транспортируется по эксплуатационному трубопроводу 102 на поверхность земли за счет присутствующего в месторождении 103 избыточного давления. На поверхности земли битум направляется на дальнейшую переработку, в результате которой можно получить так называемую синтетическую сырую нефть.
На фиг.2 показано сечение месторождения, например месторождения 103 нефтеносного песка, а также проходящие внутри него нагнетательный 101 и эксплуатационный 102 трубопроводы. Нагнетаемый в нагнетательный трубопровод 101 горячий пар приводит к нагреву участка 201 месторождения 103. Сечение месторождения 103 расширяется вверх и имеет плоское или слегка изогнутое завершение. Внутри этого нагретого участка 201 горячий пар поднимается в месторождении 103 вверх по стрелкам 202. Тепловая энергия, введенная таким образом в месторождение 103 или в его нагреваемый участок 201, приводит к разжижению имеющегося в месторождении 103 битума. За счет силы тяжести разжиженный битум течет в направлении эксплуатационного трубопровода 102. Направление течения разжиженного битума обозначено стрелками 203.
На фиг.3 показана часть устройства 100 для добычи битума из месторождения, например месторождения 103 нефтеносного песка, на этапе нагрева. На этом этапе в нагнетательный 101 и эксплуатационный 102 трубопроводы подается горячий пар. Таким образом, месторождение 103 нагревается, в результате чего вязкость имеющегося в месторождении 103 битума снижается.
На фиг.4 показано устройство для добычи битума из месторождения 103 на этапе эксплуатации. На этом этапе горячий пар подается только в нагнетательный трубопровод 101. Таким образом, месторождение 103 продолжает нагреваться. В то же время в грунте, в частности в месторождении 103, создается избыточное давление. За счет имеющегося в месторождении 103 избыточного давления разжиженный битум транспортируется по эксплуатационному трубопроводу 102 на поверхность земли. Транспортированный на поверхность земли битум может быть направлен на дальнейшую переработку.
На фиг.5 показано устройство 100 для добычи углеводородсодержащего вещества, например битума, из месторождения 103, например месторождения 103 нефтеносного песка. Ниже принцип работы устройства 100 описан на этапе эксплуатации.
Устройство 100 содержит входящий в месторождение 103 нагнетательный трубопровод 101 и выходящий из месторождения 103 эксплуатационный трубопровод 102. Оба трубопровода имеют проходящие частично по земле начальные участки 501, 502. К начальным участкам 501, 502 примыкают активные участки 503, 504 нагнетательного трубопровода 101 и эксплуатационного трубопровода 102 соответственно. Нагнетательный трубопровод 101 может иметь также примыкающий к активному участку 503 концевой участок 505, проходящий также частично по земле. Начальный 501 и концевой 505 участки нагнетательного трубопровода 101 своими проходящими по земле отрезками соединены с источником 506 тока. В случае источника 506 тока речь может идти преимущественно об источнике переменного тока с частотой 10-100 кГц. Индукционное нагревательное устройство может быть образовано частями нагнетательного трубопровода 101. Преимущественно только активный участок 503 нагнетательного трубопровода 101 выполнен в виде индукционного нагревательного устройства. В качестве электропроводящей части индукционного нагревательного устройства может использоваться материал активной части 503 самого нагнетательного трубопровода 101. Индукционное нагревательное устройство может быть выполнено далее таким образом, что начальный 501 и концевой 505 участки нагнетательного трубопровода 101 теплоизолированы от окружающего грунта или месторождения 103, благодаря чему в месторождение 103 тепловая энергия может индуктивно целенаправленно вводиться только на теплонеизолированном участке, например на активном участке 503 нагнетательного трубопровода 101. В последний может подаваться также горячий пар. Таким образом, внутри месторождения 103 можно создать необходимое для добычи битума избыточное давление.
На фиг.6 изображено устройство для добычи битума из месторождения 103 нефтеносного песка в другом предпочтительном варианте. Здесь нагнетательный трубопровод 101 своим лежащим внутри месторождения 103 концевым участком 505' электрически контактирует с резервуаром 601 из солесодержащей жидкости. Резервуар 601 из солесодержащей или иной проводящей жидкости может быть размещен через вспомогательную скважину 602 вблизи концевого участка 505' нагнетательного трубопровода 101. Через вспомогательную скважину 602 в резервуар 601 может быть введен также электрический проводник 603. Этот проводник 603 и начальный участок 501 нагнетательного трубопровода 101 электрически соединяются с источником 506 тока. Контактирование концевого участка 505' нагнетательного трубопровода 101 может осуществляться, например, с помощью захвата или других подходящих мер. Такой захват может быть размещен на конце проводника 603.
На фиг.7 устройство 100 для добычи битума из месторождения 103 нефтеносного песка изображено на виде сверху. В этом примере активный участок 503 нагнетательного трубопровода 101 описывает почти полную окружность. Активный участок 503 нагнетательного трубопровода 101 проходит в плоскости внутри месторождения 103, преимущественно, если оно в горизонтальном направлении простирается дальше, чем в вертикальном направлении, по в основном кругообразной, горизонтально лежащей дуге. Начальный 501 и концевой 505 участки нагнетательного трубопровода 101 могут лежать, по меньшей мере, частично на поверхности земли. Лежащие на поверхности земли части начального 501 и концевого 505 участков могут контактировать с источником 506 электрического тока. С помощью почти кругообразно выполненной активной части 503 нагнетательного трубопровода 101 индуктивно или посредством пара может нагреваться большой участок месторождения 103. Не показанный на фиг.7 эксплуатационный трубопровод также почти кругообразной формы может простираться внутри месторождения 103 на несколько метров ниже, т.е. геодезически глубже, чем нагнетательный трубопровод 101.
На фиг.8 на виде сверху показано устройство 800, содержащее несколько нагнетательных трубопроводов 801-804. В этом примере концевой участок 505 первого нагнетательного трубопровода 801 соединен с начальным участком 501 второго нагнетательного трубопровода 802. Это электрическое соединение 805 может осуществляться преимущественно на лежащих на земле частях начальных 501 и концевых 505 участков нагнетательных трубопроводов 101. Концевой участок 505 второго нагнетательного трубопровода 802 посредством электрического соединения 805 также может быть соединен с начальным участком 501 третьего нагнетательного трубопровода 803. Описанным выше образом между собой электрически может быть соединено любое число нагнетательных трубопроводов, так что месторождение 103 может индуктивно нагреваться на большой площади. Начальный участок 501 первого нагнетательного трубопровода 801 и концевой участок 505 дополнительного, например четвертого, нагнетательного трубопровода 804 также могут быть соединены с источником 506 тока. В примере на фиг.8 подводящие провода 806 между источником 506 тока и контактируемыми начальными 501 и концевыми 505 участками нагнетательных трубопроводов 801, 804 могут поддерживаться максимально короткими.
На фиг.9 и 10 изображены другие примеры устройств 100 для добычи битума из месторождения 103 нефтеносного песка. По меньшей мере, активный участок 503 нагнетательного трубопровода 101 и активный участок 504 эксплуатационного трубопровода 102 могут быть выполнены в виде резистивных нагревательных устройств. Нагнетательный 101 и эксплуатационный 102 трубопроводы могут быть электрически соединены с источником 506 тока. Электрически проводящая часть резистивного нагревательного устройства может быть образована материалом нагнетательного 101 и эксплуатационного 102 трубопроводов, однако, по меньшей мере, материалом активных частей 503, 504 самих трубопроводов 101, 102.
Приложенный к трубопроводам 101, 102 электрический ток течет через участок 901 месторождения 103, лежащий, в основном, между ними. Следовательно, на этом участке 901 возникает большая часть мощности потерь резистивного нагревательного устройства. Следовательно, этот участок 901 месторождения 103 нагревается особенно сильно.
Нагнетательный трубопровод 101 и/или эксплуатационный трубопровод 102 могут, по меньшей мере, частично иметь электрическую изоляцию 1001. Она может быть размещена, прежде всего, на участках нагнетательного трубопровода 101 и/или эксплуатационного трубопровода 102, лежащих за пределами месторождения.
Резистивное нагревательное устройство может работать, в частности, на переменном токе, преимущественно с частотой 50 и 60 Гц. При использовании переменного тока с частотой 50 и 60 Гц, которая, в основном, соответствует частоте сети, источник 506 тока может быть построен с помощью стандартных деталей.
Предложенным способом устройство 100, 800, в частности устройство, показанное на фиг.5-10, может эксплуатироваться таким образом, что на этапе эксплуатации, следующем по времени за этапом нагрева, в нагнетательный трубопровод не только подается горячий пар, но и дополнительно окружающее его пространство нагревается посредством индукционного нагревательного устройства. В качестве индукционного нагревательного устройства может действовать, в частности, по меньшей мере, активный участок 503 нагнетательного трубопровода 101. С помощью индукционного нагревательного устройства можно нагревать окружающий нагнетательный трубопровод 101 участок месторождения.
На фиг.2 показано сечение участка 201 месторождения 103, нагреваемого горячим паром, идущим от нагнетательного трубопровода 101.
На фиг.11 в сечении изображены нагнетательный 101 и эксплуатационный 102 трубопроводы. Схематично показано также распределение 1101 мощности потерь внутри месторождения 103, если нагнетательный трубопровод 101 или его активный участок 503 эксплуатируется в качестве индукционного нагревательного устройства. Подробные имитационные расчеты показывают, что распределение 1101 мощности потерь имеет существенную долю на участке месторождения 103, лежащем, в основном, над нагнетательным трубопроводом 101 (геодезически выше). По сравнению с участком на фиг.2, который нагревается преимущественно горячим паром, идущим от нагнетательного трубопровода 101, следует констатировать, что распределение 1101 мощности потерь и нагретый горячим паром участок 201 заметно совпадают. Нагретый горячим паром участок 201 также показан на фиг.11.
На участке 1102, который нагревается посредством как горячего пара, так и индукционного нагрева, месторождение 103 нагревается сильнее, чем на остальных участках. Этот нагрев ведет к более высокой добыче углеводородсодержащего вещества, например битума, из данного месторождения. Кроме того, за счет более быстрого нагрева можно избежать слишком большой диссипации тепла на участке вне области охвата эксплуатационного трубопровода 102.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения предложен способ добычи углеводородсодержащего вещества, например битума, из месторождения 103, причем активные участки 503, 504 нагнетательного 101 и эксплуатационного 102 трубопроводов выполнены в виде резистивных нагревательных устройств, и на этапе нагрева окружающее, по меньшей мере, активные участки обоих трубопроводов пространство нагревается посредством резистивного нагрева.
На фиг.12 показаны сечения находящихся внутри месторождения 103 нагнетательного 101 и эксплуатационного 102 трубопроводов. Показано также распределение 1201 мощности потерь в случае, если оба трубопровода эксплуатируются в качестве резистивных нагревательных устройств. Как видно непосредственно из фиг.12, существенная доля мощности потерь наблюдается на участке 1202 месторождения 103, находящемся, в основном, между нагнетательным 101 и эксплуатационным 102 трубопроводами. Следовательно, этот участок 1202 на этапе нагрева нагревается не только посредством горячего пара, но и дополнительно посредством резистивного нагрева. Поскольку данный участок 1202 нагревается особенно быстро, из него в течение короткого времени по эксплуатационному трубопроводу 102 уже может транспортироваться битум. Это приводит к ускорению начала добычи.
Кроме того, как описано в связи с фиг.12, на этапе нагрева месторождение 103 может нагреваться не только посредством горячего пара, но и дополнительно посредством резистивного нагрева. На этапе эксплуатации, как это описано в связи с фиг.11, месторождение 103 может дополнительно нагреваться посредством индукционного нагрева.
В нагнетательный трубопровод 101, в частности на этапе нагрева, может подаваться специально подготовленный горячий пар. В случае такого специфического горячего пара речь может идти, в частности, о паре солесодержащей жидкости. За счет нагнетания такого пара в месторождение 103 или, по меньшей мере, в его участки, можно повысить электрическую проводимость данных участков месторождения 103 и, тем самым, электромагнитную индукцию.
На фиг.13 в разрезе показана пара горизонтальных труб 101, 102 (скважинная пара) согласно фиг.1, причем верхняя из обеих труб, т.е. нагнетательный трубопровод 101, образует в этом случае первый электрод. Имеется дополнительная горизонтальная труба 106, выполненная специально в качестве второго электрода. Перпендикулярная направлению скважинной пары плоскость 100 показывает распределение тепла по истечении определенного времени эксплуатации установки с нагретым нагнетательным трубопроводом 101 и дополнительным индукционным нагревом между действующими в качестве электродов трубами 101 и 106 или 106'.
На соседних с участком 100 участках имеются соответствующие электроды или провода 106', 106''… (не показаны), в результате чего возникает регулярно повторяющаяся структура.
В изображенном устройстве индуктивный нагрев происходит, следовательно, за счет электрического соединения на концах дополнительного электрода 106 и нагнетательного трубопровода 101, так что возникает замкнутая петля.
Расстояние по горизонтали от электрода 106 до транспортирующей трубы составляет w/h; расстояние по вертикали от электрода 106, 106''… до скважинной пары, в частности до нагнетательной трубы 101, составляет например от 0,1 м до приблизительно 0,9 h. При этом на практике расстояния составляют, например, 0,1 и 50 м. Из этого следует соответствующая частота повторения в месторождении с протяженностью по площади в несколько сотен метров.
На фиг.13 показано также, что за счет скважинной пары с трубами 101, 102 нагревается такой участок, распределение тепла на котором в определенный момент времени обведен приблизительно линией А. За счет дополнительного индуктивного нагрева между трубами 101, 106 предпочтительно в краевой области возникает соответствующее распределение тепла на обведенном линией В участке. На фиг.13 обведенный линией В участок может быть асимметричным.