一种基于地层热流体的电磁感应加热系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于地层热流体的电磁感应加热系统及方法，包括热流体加热系统，热流体加热系统分两路，一路与热流体输送金属管道的一端连接，热流体输送金属管道的另一端伸入至注热井内，注热井内的热流体输送金属管道上依次间隔设置有多个变频电源与电磁感应加热器模块，每个变频电源与电磁感应加热器模块分别连接电源及控制系统和冷却系统；另一路经油气综合分离装置与油气采集管道的一端连接，油气采集管道的另一端伸入至开采井内，注热井和开采井之间的非目标储层的上层和目标储层内设置有测量装置。本发明专利技术增强了地下地层加热系统对地下环境的适应性、安全性和对目标储层加热温度的可控性。加热温度的可控性。加热温度的可控性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于地层热流体的电磁感应加热系统及方法


[0001]本专利技术属于油气资源开发
，具体涉及一种基于地层热流体的电磁感应加热系统及方法。

技术介绍

[0002]富油煤、油页岩的原位热解是指富油煤、油页岩不经开采，通过对局部地下目标储层改造，直接在地下储层环境下借助热源(电或燃气)加热或热载体(热流体)传递热量对目标储层进行热解，所得油气产物通过采集井(开采井)导出地面再进行分离及深加工。这是一种环境友好的可持续开采转化方法，与现有常规地面热解技术相比具有占地面积小、开采费用低、产品质量好和环保等许多优点。
[0003]另外，随着常规油气资源的逐步减少，对于非常规油气资源的开发利用越来越重要；由于这些非常规油气资源往往粘度高、流动性差(稠油)，为了提高开采效率，也需要在地下(井下)储层对这些非常规油气资源进行加热。
[0004]对地下目标储层加热的主要方式有传导加热和对流加热。地下目标储层电加热的方法主要分为两种：一是让目标储层本身产生热量，发热、升温，如射频加热、微波加热和介质加热等，这属于对目标储层本身直接加热；二是采用电(阻)加热元件如电阻加热棒发热对目标储层传导加热，这属于对目标储层的间接(传导)加热。射频加热、微波加热和介质加热所需的电磁频率高，电能变换的效率低，高频率电源的造价高。富油煤、油页岩的热传导能力差，加热时间长，电阻传导加热的效率低，很难通过传导方式完全加热，如壳牌公司的地下原位转化工艺技术(ICP)；并且，仅采用传导加热，目标储层热解后油气迁移动力小，油气回收率低。/>[0005]由于地下地层空间有限，地下规模化设置加热装置困难；所以，地下地层加热规模化加热装置(热源)的设置应以地面为主，地下为辅。已有一种加热方案是：采用可控冲击波等方式对富油煤、油页岩层造缝(形成足够多和宽的裂隙)，借助于地面上提供的高温高压热载体(热流体)长时间尺度缓慢加热与地下分布式电加热对热载体保温、升温和短时间尺度强化加热，实现对富油煤、油页岩类储层强迫热对流和热传导的综合加热方法，使其达到要求的热解温度。热载体的选择有很多，如高温高压水蒸汽、二氧化碳(CO2)和氮气(N2)等。
[0006]采用热载体(热流体)对地下目标储层加热需要在地面建立对热流体加热的加热站，再将其注入到地下(井下)目标储层(如富油煤、油页岩、稠油)中，利用热载体(如高温高压水蒸汽)携带的热量实现对目标储层加热的目的。由于地面热载体加热站都固定建在某一油(矿)区，所产生的热载体需要通过专用的地面输送管道送至加热井口，再送至井下需要加热的目标储层处。
[0007]通常地面加热站与加热井间隔距离不相等，地域条件不同，不同加热井加热的目标储层深度、地质之间有较大差异；另外，热流体的温度越高，传输的距离越远，热损失越大；这就导致热流体到达各目标储层的温度不同，很难满足各目标储层加热的温度要求。这就需要在加热井中、靠近目标储层适当加热的位置设置电加热器，对热流体保温、升温，进
一步辅助加热。
[0008]现有井下对热载体(如高温高压水蒸汽、CO2和N2)电加热主要采用的是电阻加热元件如硅碳棒、电热管、加热电缆等方式，这些电加热方法的功率密度低，设置的功率有限；并且加热装置结构复杂，安全性差，可靠性低、实用性不足。

技术实现思路

[0009]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于地层热流体的电磁感应加热系统及方法，用于解决井下利用电磁感应方法加热热流体时，高频电源与电磁感应加热器间能量无法有效传输的技术问题。
[0010]本专利技术采用以下技术方案：
[0011]本专利技术一种基于地层热流体的电磁感应加热系统，包括热流体加热系统，热流体加热系统分两路，一路与热流体输送金属管道的一端连接，热流体输送金属管道的另一端伸入至注热井内，注热井内的热流体输送金属管道上依次间隔设置有多个变频电源与电磁感应加热器模块，每个变频电源与电磁感应加热器模块分别连接电源及控制系统和冷却系统；另一路经油气综合分离装置与油气采集管道的一端连接，油气采集管道的另一端伸入至开采井内，注热井和开采井之间的非目标储层的上层和目标储层内设置有测量装置。
[0012]具体的，注热井的井套内设置有支撑装置，支撑装置与注热井口密封连接，用于固定变频电源与电磁感应加热器模块。
[0013]进一步的，支撑装置的外侧设置定中心器。
[0014]具体的，变频电源与电磁感应加热器模块包括保温结构，保温结构设置在流体输送金属管道的外侧，保温结构上设置有变频电源和电磁感应线圈，流体输送金属管道通过热电偶与变频电源连接，电磁感应线圈与变频电源逆变产生的高频电源输出连接。
[0015]进一步的，电磁感应线圈的外侧设置有绝缘块，变频电源和绝缘块分别通过支撑与固定件与注热井内的支撑装置连接。
[0016]更进一步的，电磁感应线圈和绝缘块的外侧设置有保护壳体。
[0017]进一步的，变频电源为密闭结构，分别通过冷流体注入管道和冷流体返回管道与冷却系统连接。
[0018]进一步的，变频电源分别连接有主电源输入电缆、控制电缆和信号电缆，主电源输入电缆采用工频交流电和直流电源供电；控制电缆和信号电缆用于将变频电源的运行状态传递给电源及控制系统，电源及控制系统的指令传递给变频电源。
[0019]具体的，注热井内对应开采段设置有封隔器。
[0020]第二方面，本专利技术实施例提供了一种基于地层热流体的电磁感应加热系统的工作方法，包括以下步骤：
[0021]热流体加热系统通过热流体输送金属管道向地层输送热流体；变频电源与电磁感应加热器模块依据测量装置测量得到的目标储层的温度控制变频电源的输出功率，对热流体进行加热升温和保温操作；利用油气综合分离装置进行油气综合进行分离作业。
[0022]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0023]本专利技术一种基于地层热流体的电磁感应加热系统，规模化加热的目标储层所需的电能是巨大的，仅靠井下狭小区域设置电加热器几乎是不可能实现的；本专利技术采用地上为
主、地下为辅的综合加热方案，在地面设置热流体加热系统；地面上空间大，大规模、大容量加热装置容易布置；地下空间狭小，环境恶劣，大规模、大功率电加热装置设置困难；经油气综合分离装置分离后获得的热流体可以循环回收再利用；考虑到非目标储层的上层和需要加热的目标储层的厚度可能达到几十m到上百m、甚至上千m，相应的在注热井中热流体输送金属管道在这部分传输距离也将达到几十m到上百m、甚至上千m；热流体输送金属管道需要传输高温高压的热流体，所以，热流体输送金属管道将采用一定直径和厚度的耐热、耐压金属管道；金属本身的传热效果非常好，金属也具有一定电阻率，电流在金属中流动时金属本身会发热；利用热流体输送金属管道在非目标储层的上层和目标储层的传输距离，设置多个变频电源与电磁感应加热器模块对热流体输送金属管道分段直接加热，进而对高温高压的热流体加热、保温，加热效率高，在地下有限空间容易实施；另外，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于地层热流体的电磁感应加热系统，其特征在于，包括热流体加热系统(1)，热流体加热系统(1)分两路，一路与热流体输送金属管道(4)的一端连接，热流体输送金属管道(4)的另一端伸入至注热井(13)内，注热井(13)内的热流体输送金属管道(4)上依次间隔设置有多个变频电源与电磁感应加热器模块(15)，每个变频电源与电磁感应加热器模块(15)分别连接电源及控制系统(5)和冷却系统(6)；另一路经油气综合分离装置(25)与油气采集管道(24)的一端连接，油气采集管道(24)的另一端伸入至开采井(22)内，注热井(13)和开采井(22)之间的非目标储层的上层(16)和目标储层(17)内设置有测量装置(21)。2.根据权利要求1所述的基于地层热流体的电磁感应加热系统，其特征在于，注热井(13)的井套(12)内设置有支撑装置(11)，支撑装置(11)与注热井口密封(10)连接，用于固定变频电源与电磁感应加热器模块(15)。3.根据权利要求2所述的基于地层热流体的电磁感应加热系统，其特征在于，支撑装置(11)的外侧设置定中心器(14)。4.根据权利要求1所述的基于地层热流体的电磁感应加热系统，其特征在于，变频电源与电磁感应加热器模块(15)包括保温结构(151)，保温结构(151)设置在流体输送金属管道(4)的外侧，保温结构(151)上设置有变频电源(152)和电磁感应线圈(156)，流体输送金属管道(4)通过热电偶(157)与变频电源(152)连接，电磁感应线圈(156)与变频电源(152)逆变产生的高频电源输出连接。5.根据权利要求4所述的基于地层热流体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖国春，梁得亮，焦在滨，寇鹏，邱爱慈，周宇航，
申请(专利权)人：华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：