Термообработка углеводородсодержащего пласта по месту залегания и повышение качества получаемых флюидов перед последующей обработкой

Термообработка углеводородсодержащего пласта по месту залегания и повышение качества получаемых флюидов перед последующей обработкой

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится главным образом к способам и системам для добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из разных углеводородсодержащих пластов. Настоящее изобретение относится главным образом к отделению индивидуальных продуктов из флюидов (текучих сред), добываемых из углеводородсодержащего пласта, перед последующей обработкой добытых флюидов.

Уровень техники

Углеводороды, получаемые из подземных (например, осадочных) пластов, часто используются в качестве энергетических ресурсов, в качестве сырья и в качестве потребительских продуктов. Беспокойство по поводу истощения имеющихся ресурсов углеводородов и снижение в целом качества добываемых углеводородов привели к развитию способов более эффективной добычи, переработки и/или применения имеющихся ресурсов углеводородов. Для извлечения углеводородных материалов из подземных пластов могут быть использованы локальные процессы. Для более легкого извлечения углеводородного материала из подземного пласта может оказаться необходимым изменить химические и/или физические свойства углеводородного материала в подземном пласте. В число химических и физических изменений могут входить реакции по месту залегания, в результате которых образуются удаляемые флюиды, изменения состава, изменения растворимости, изменения плотности, фазовые изменения и/или изменения вязкости углеводородного материала в самом пласте. Флюидом может быть (не ограничивая этим списка) газ, жидкость, эмульсия, суспензия и/или поток твердых частиц, имеющих характеристики, аналогичные характеристикам жидкого потока.

Значительные усилия были затрачены на разработку способов и систем для экономичной добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из углеводородсодержащих пластов. Однако в настоящее время все еще имеется множество углеводородсодержащих пластов, в которых содержатся углеводороды и/или другие продукты, которые обладают низкой экономической ценностью. Таким образом, существует потребность в способах повышения качества углеводородов и/или других продуктов, в результате которых образуются флюиды с более высокой экономической ценностью.

Раскрытие изобретения

В одном из вариантов углеводороды в углеводородсодержащем пласте (например, в пласте, содержащем каменный уголь, нефтяные сланцы, тяжелые углеводороды или их сочетание) могут быть переработаны по месту залегания в самом пласте с образованием смеси углеводородных продуктов достаточно высокого качества, водорода и/или других продуктов. Для нагрева части углеводородсодержащего пласта до температуры, обеспечивающей пиролиз углеводородов, могут быть использованы один или более нагревателей. Углеводороды, водород и другие пластовые флюиды могут быть извлечены из пласта через одну или более эксплуатационных скважин. В некоторых вариантах пластовые флюиды могут быть извлечены в паровой фазе. В других вариантах пластовые флюиды могут быть извлечены в жидкой и паровой фазах или в жидкой фазе. С целью повышения выхода продуктов из пласта температура и давление в, по крайней мере, части пласта в процессе пиролиза могут регулироваться.

В некоторых вариантах флюиды могут быть подвергнуты гидроочистке в нагретом пласте по месту залегания. Обработка по месту залегания может включать подвод флюида к выбранному участку пласта. Парциальное давление Н₂ можно регулировать, подводя водород к этому участку пласта. Температуру внутри этого участка пласта можно регулировать таким образом, чтобы температура оставалась в пределах от примерно 200°С до примерно 450°С. Внутри этого участка пласта гидроочистке может быть подвергнуто по крайней мере некоторое количество флюида. Смесь, включающая подвергнутые гидроочистке флюиды, может добываться из пласта. Добываемая смесь может включать менее приблизительно 1 мас.% сероводорода. Добываемая смесь может включать менее приблизительно 1 мас.% кислородсодержащих соединений. Нагрев можно регулировать таким образом, чтобы смесь добывалась в виде пара.

В одном из вариантов способ гидроочистки какого-либо соединения в нагретом пласте по месту залегания может включать регулирование парциального давления Н₂ в выбранном участке пласта таким образом, чтобы в выбранном участке пласта могло находиться достаточное для гидроочистки количество Н₂. Способ, кроме того, может включать подачу соединения для гидроочистки, по крайней мере, в выбранный участок пласта и добычу смеси из пласта, которая включает, по крайней мере, некоторое количество подвергнутого гидроочистке соединения.

В одном из вариантов способ отделения аммиака от флюидов, добытых из углеводородсодержащего пласта по месту залегания, может включать отделение, по крайней мере, части аммиака от добытого флюида. Добытые из пласта флюиды могут в нескольких вариантах подвергаться гидроочистке с целью производства аммиака. В некоторых вариантах аммиак может превращаться в другие продукты.

Краткое описание чертежей

Преимущества настоящего изобретения могут стать очевидными для специалиста благодаря приведенному ниже детальному описанию со ссылками на прилагаемые к нему рисунки, в которых:

Фиг.1 иллюстрирует стадии нагрева углеводородсодержащего пласта.

Фиг.2 дает схематический вид варианта части по месту залегания конверсионной системы для обработки углеводородсодержащего пласта.

Фиг.3 описывает вариант обогревающих скважин, расположенных в углеводородсодержащем пласте.

Фиг.4 дает схематическое описание варианта конфигурации наземной обработки, используемой для добычи и отделения аммиака.

Фиг.5 дает схематическое описание варианта конфигурации наземной обработки, которая производит аммиак на месте.

Фиг.6 дает схематическое описание варианта конфигурации наземной обработки, используемой для синтеза мочевины.

Фиг.7 дает схематическое описание варианта конфигурации наземной обработки, при которой синтезируется сульфат аммония.

В то время как изобретение может существовать в разных вариантах и альтернативных формах, конкретные его варианты показаны в виде примера в рисунках и могут в этом случае быть описаны в деталях. В рисунках может быть не соблюден масштаб. Следует, однако, иметь в виду, что рисунки и их детальное описание не предполагают ограничения изобретения какой-либо раскрытой формой, а, наоборот, изобретение охватывает все модификации, эквиваленты и альтернативы, которые соответствуют сути и объему настоящего изобретения, которые следуют из приложенной формулы изобретения.

Осуществление изобретения

Приведенное ниже описание в основном относится к системам и способам для обработки углеводородсодержащего пласта (например, пласта, содержащего уголь, в том числе лигнит, сапропелевый уголь и т.д., нефтяные сланцы, известковые сланцы, шунгиты, кероген, битум, нефть, кероген и нефть в малопроницаемой породе, тяжелые углеводороды, твердый битум, природные минеральные воски; пластов, в которых кероген препятствует добыче других углеводородов и т.д.). Такие пласты могут обрабатываться, давая выход относительно высокого количества углеводородных продуктов, водорода и других продуктов.

"Углеводороды" обычно определяются как молекулы, образованные, прежде всего, атомами углерода и водорода. Углеводороды могут также включать другие элементы, такие как (не ограничивая этим списка) галогены, металлические элементы, азот, кислород и/или сера.

Понятие "пласт" включает один или более углеводородсодержащих слоев, один или более не содержащих углеводородов слоев, покрывающий слой и/или нижележащий слой. "Покрывающий слой" и/или "нижележащий слой" предполагают один или более непроницаемых материалов различных типов. Например, покрывающий слой и/или нижележащий слой могут включать породу, сланцы, аргиллит или влажно-плотный карбонат (т.е. непроницаемый карбонат без углеводородов). В некоторых вариантах процессов конверсии по месту залегания покрывающий слой и/или нижележащий слой могут включать углеводородсодержащий слой или углеводородсодержащие слои, которые являются относительно непроницаемыми и не испытывают температурного воздействия при конверсионной обработке по месту залегания, что приводит к значительным характеристическим изменениям углеводородсодержащих слоев покрывающего слоя и нижележащего слоя. Нижележащий слой, например, может содержать сланцы и аргиллит. В некоторых случаях покрывающий слой и/или нижележащий слой могут быть до определенной степени проницаемыми.

"Источник тепла" представляет собой какую-либо систему, подающую тепло к по крайней мере части пласта в значительной степени путем теплопроводимости и/или радиационного теплопереноса. Например, источник тепла может включать электронагреватели, такие как изолированный провод, деталь удлиненной формы или провод, помещенные внутрь изолированного канала. Источник тепла может также включать источники тепла, которые генерируют тепло при сжигании топлива вне или внутри пласта, такие как открытые горелки, скважинные газовые горелки, беспламенные распределенные очаги горения и природные распределенные очаги горения. Кроме того, предполагается, что в некоторых вариантах подаваемое тепло или тепло, генерируемое в одном или более источниках тепла, может происходить от других источников энергии. Другие источники энергии могут непосредственно нагревать пласт или же их энергия может передаваться переносящим средам, которые непосредственно или опосредованно нагревают пласт. Следует иметь в виду, что один или более источников тепла, передающих пласту тепло, могут использовать разные источники энергии. Например, для данного пласта некоторые источники тепла могут подавать тепло от нагревателей с электросопротивлением, некоторые источники тепла могут подавать тепло за счет горения, а некоторые источники тепла могут подавать тепло от одного или более источников энергии (например, химических реакций, солнечной энергии, энергии ветра, биомассы или других источников возобновляемой энергии). В число химических реакций может входить экзотермическая реакция (например, реакция окисления). Источник энергии может включать нагреватель, который подает тепло в зону вблизи и/или окружающую нагревательный участок, такой как нагревательная скважина.

"Нагреватель" представляет собой систему генерации тепла в скважине или в околоскважинной области. Нагревателями могут быть (не ограничивая этим списка) электронагреватели, горелки, очаги горения с материалом в пласте или добытым из пласта (например, распределенные очаги горения) и/или их сочетания. "Блоком источников тепла" называют ряд источников тепла, образующих группу, которая, повторяясь, создает структуру источников тепла в пласте.

"Конденсируемыми углеводородами" являются углеводороды, которые конденсируются при 25°С и одной атмосфере абсолютного давления. В число конденсируемых углеводородов может входить смесь углеводородов с числом атомов углерода больше 4. "Неконденсируемыми углеводородами" являются углеводороды, которые не конденсируются при 25°С и одной атмосфере абсолютного давления. В число неконденсируемых углеводородов может входить смесь углеводородов с числом атомов углерода меньше 5.

"Повышение качества" относится к повышению качества углеводородов. Например, результатом повышения качества тяжелых углеводородов может быть повышение плотности тяжелых углеводородов по шкале API (шкала Американского нефтяного института).

Для получения множества различных продуктов углеводороды в пластах можно обрабатывать разными способами. В некоторых вариантах такие пласты можно обрабатывать постадийно. Фиг.1 иллюстрирует несколько стадий нагревания углеводородсодержащего пласта. На фиг.1 также показан пример зависимости добычи (в баррелях нефтяного эквивалента на 1 тонну) (ось y) пластовых флюидов из углеводородсодержащего пласта от температуры в °С (ось x) пласта.

На стадии нагревания 1 происходит десорбция метана и испарение воды. Нагревание пласта на стадии 1 может быть осуществлено по возможности быстро. Например, когда углеводородсодержащий пласт подвергается первичному нагреву, углеводороды в пласте могут десорбировать адсорбированный метан. Десорбированный метан может получать из пласта в качестве продукта. Если продолжать нагрев углеводородсодержащего пласта, может произойти испарение содержащейся в углеводородсодержащем пласте воды. В некоторых углеводородсодержащих пластах вода может заполнять от примерно 10 до примерно 50% объема пор пласта. В других пластах вода может заполнять большую или меньшую часть объема пор. Вода в пласте испаряется, как правило, при температуре от примерно 160 до примерно 285°С при значениях абсолютного давления от примерно 6 до примерно 70 бар. В некоторых вариантах абсолютное давление в пласте в процессе конверсии по месту залегания может поддерживаться в пределах от примерно 2 до примерно 70 бар. В некоторых вариантах испарившаяся вода может приводить к изменениям смачиваемости в пласте и/или к повышению давления в пласте. Изменения смачиваемости и/или повышенное давление могут оказывать влияние на реакции пиролиза или другие реакции в пласте. В некоторых вариантах испарившуюся воду можно получать из пласта в качестве продукта. В других вариантах испарившаяся вода может использоваться для экстракции с паром и/или для перегонки в пласте или вне пласта. Удаление воды из пласта и увеличение объема пор в пласте может приводить к увеличению пространства для хранения углеводородов внутри объема пор.

После стадии нагрева 1 нагревание пласта может быть продолжено таким образом, чтобы температура внутри пласта достигала (по крайней мере) температуры начала пиролиза (например, температуры нижнего температурного предела на стадии 2). На стадии 2 может осуществляться пиролиз углеводородов внутри пласта. Пределы температуры пиролиза могут меняться в зависимости от типов углеводородов в пласте. Пределы температуры пиролиза могут включать температуры от примерно 250 до примерно 400°С. Пределы температуры пиролиза для производства желаемых продуктов могут составлять только часть полного интервала температур пиролиза. В некоторых вариантах пределы температуры пиролиза для производства желаемых продуктов могут включать температуры от примерно 250 до примерно 400°С. Если температура углеводородов в плате медленно растет примерно от 250°С до 400°С, то производство продуктов пиролиза может в существенной степени завершаться при приближении к температуре 400°С. Нагревание углеводородсодержащего пласта несколькими источниками тепла может привести к установлению тепловых градиентов вокруг источников тепла, которые медленно повышают температуру углеводородов в пласте в пределах температур пиролиза.

В некоторых вариантах конверсии по месту залегания температура подвергаемых пиролизу углеводородов не может медленно повышаться в пределах температур от примерно 250 до примерно 400°С. Углеводороды в пласте могут быть нагреты до заданной температуры (например, примерно до 325°С). В качестве заданной температуры могут быть выбраны и другие температуры. Заданная температура в пласте может быть установлена относительно быстро и эффективно за счет тепла от источников тепла. Поступление энергии в пласт от источников тепла может быть отрегулировано таким образом, чтобы температура в пласте поддерживалась существенно на уровне заданного значения. Температуру углеводородов можно поддерживать существенно на уровне заданного значения до тех пор, пока пиролиз не уменьшится до такой степени, что добыча желаемых пластовых флюидов перестанет быть экономичной.

Система источников тепла может включать множество блоков источников тепла. Могут существовать много нагреваемых частей, а также много выбранных участков внутри систем источников тепла. В некоторых вариантах большое пространство может обеспечить относительно медленный нагрев углеводородного материала. Медленный нагрев обеспечит пиролиз углеводородного материала с минимальным коксообразованием или отсутствием коксообразования в пласте вне участков вблизи источников тепла. Нагрев от источников тепла позволяет достичь в выбранном участке таких температур пиролиза, при которых все углеводороды в выбранном участке смогут принять участие в реакциях пиролиза. В некоторых вариантах переработки по месту залегания основная часть пиролизных флюидов образуется тогда, когда выбранный участок находится в пределах от 0 до 25 м от источника тепла.

Расстояния между источниками тепла могут варьировать в зависимости от ряда факторов. В число этих факторов входят (но не ограничивают их число) тип углеводородсодержащего пласта, выбранная скорость нагрева и/или выбранная средняя температура, достигаемая в нагреваемом участке. В некоторых вариантах системы размещения скважин расстояние между источниками тепла может быть в пределах от примерно 5 до примерно 25 м. В некоторых вариантах системы размещения скважин расстояние между источниками тепла может быть в пределах от примерно 8 до примерно 15 м.

Тепло может генерироваться нагревателем, расположенным на открытом стволе скважины. Генерируемое тепло может нагревать часть примыкающего к нагревателю углеводородсодержащего пласта путем радиации. Использование открытого оборудования скважины может снизить расходы на крепление и герметизацию скважины, связанные с заполнением пустот материалом с целью обеспечения теплопереноса между изолированным проводником и пластом путем теплопроводности. Кроме того, радиационный перенос тепла может быть более эффективен в пласте по сравнению с переносом тепла путем теплопроводности, вследствие чего нагреватели при использовании радиационного теплопереноса могут эксплуатироваться при более низкой температуре. Эксплуатация при более низкой температуре может продлить срок службы источника тепла и/или снизить себестоимость материала, необходимого для выполнения источника тепла.

Как показано на фиг.2, в дополнение к источникам тепла 100 в части углеводородсодержащего пласта могут, как правило, помещаться одна или более эксплуатационных скважин 102. Пластовые флюиды могут добываться через эксплуатационные скважины 102. В некоторых вариантах эксплуатационные скважины 102 могут включать источник тепла. Источник тепла может нагревать части пласта на эксплуатационной скважине или вблизи нее и создавать возможность для извлечения паровой фазы из пластовых флюидов. Необходимость высокотемпературной перекачки жидкостей из эксплуатационной скважины может быть уменьшена или устранена. Устранение или ограничение высокотемпературной перекачки жидкостей может значительно снизить себестоимость продукции. Обеспечение нагрева на эксплуатационной скважине или через нее может: (1) препятствовать конденсации и/или возврату в скважину добываемого флюида в том случае, когда такой добываемый флюид перемещается в эксплуатационной скважине вблизи покрывающего слоя; (2) увеличивать подвод тепла к пласту; и/или (3) повышать проницаемость пласта на эксплуатационной скважине или вблизи нее. В некоторых вариантах процесса переработки по месту залегания количество тепла, подводимого к эксплуатационным скважинам, значительно меньше количества тепла, подводимого к источникам тепла, которые нагревают пласт.

Поскольку проницаемость и/или пористость в нагретом пласте повышается, добываемые пары могут протекать на значительные расстояния через пласт при относительно низкой разнице в давлении. Повышение проницаемости может быть следствием уменьшения массы нагретой части из-за испарения воды, извлечения углеводородов и/или образования разломов. Флюиды могут легче протекать через нагретую часть. В некоторых вариантах эксплуатационные скважины могут создаваться в верхних частях углеводородных слоев.

Фиг.3 иллюстрирует вариант углеводородсодержащего слоя 104, который может быть расположен под углом, близким к горизонтали по отношению к верхней поверхности грунта 106. Угол углеводородсодержащего слоя 104, однако, может варьироваться. Например, углеводородсодержащий слой 104 может падать или быть слегка наклонным. Как показано на фиг.3, эксплуатационные скважины 102 могут проникать в углеводородсодержащий пласт вблизи верха нагретой части 108, нагреваемой с помощью нагревательной скважины 110. Эксплуатационные скважины, значительно заглубленные в нагреваемый углеводородный слой, могут оказаться необязательными.

Флюид, производимый в углеводородсодержащем пласте, может перемещаться на значительное расстояние через углеводородсодержащий пласт в виде пара. Значительное расстояние может превосходить 1000 м в зависимости от разных факторов (например, от проницаемости пласта, свойств флюида, температуры пласта и градиента давления, обеспечивающего перемещение флюида). Благодаря увеличенной проницаемости в пласте, подвергаемом переработке по месту залегания и извлечении пластового флюида, для эксплуатационных скважин может оказаться достаточным наличие лишь каждого второго из блоков источников тепла или же по одному из трех, четырех, пяти или шести блоков источников тепла.

В процессе по месту залегания эксплуатационные скважины могут эксплуатироваться таким образом, чтобы давление в эксплуатационных скважинах было ниже давления в других участках пласта. В некоторых вариантах в эксплуатационных скважинах может создаваться вакуум. Поддерживание в эксплуатационных скважинах более низкого давления может препятствовать флюидам в пласте мигрировать за пределы зоны обработки внутри пласта.

Некоторые варианты могут включать регулирование тепла, подводимого к, по крайней мере, части пласта таким образом, чтобы добыча менее ценных продуктов в этой части пласта могла бы быть в значительной степени ограничена. Регулирование тепла, подводимого к, по крайней мере, части пласта, может также повысить однородность проницаемости в пласте. Например, регулирование нагрева пласта для ограничения добычи менее ценных продуктов может в некоторых вариантах включать регулирование скорости нагрева до суточного выхода меньшего выбранного выхода (например, 10°С, 5°С, 3°С, 1°С, 0,5°С или 0,1°С).

Существенно равномерный нагрев углеводородсодержащего пласта может привести к существенно равномерному увеличению проницаемости. Например, равномерный нагрев может привести к образованию в нагретой части ряда существенно равномерных разломов из-за возникающих в пласте тепловых напряжений. Существенно равномерный нагрев может привести к существенно равномерному пиролизу флюидов из нагретой части. Удаление воды в процессе испарения и добычи сможет привести к увеличению проницаемости в нагретой породе. В дополнение к образованию разломов в результате термических стрессов разломы могут также возникать в результате повышения давления флюидов. Поскольку флюиды образуются в пределах нагретого участка, внутри нагретого участка может также повышаться давление флюидов. Поскольку давление флюидов приближается к литостатическому давлению нагретого участка, возможно образование разломов. Следствием существенно равномерного нагрева и равномерного образования флюидов может быть образование существенно равномерных разломов в пределах нагретого участка. В некоторых вариантах изменения проницаемости нагретого участка углеводородсодержащего пласта могут быть не более чем приблизительно десятикратными.

Некоторые варианты обработки тяжелых углеводородов в пласте с относительно низкой проницаемостью могут включать подвод тепла от одного или более источников тепла для пиролиза некоторых тяжелых углеводородов. Источники тепла могут пиролизовать, по крайней мере, некоторые тяжелые углеводороды в выбранном участке пласта и могут создавать давление в, по крайней мере, части выбранного участка. В процессе нагревания давление внутри пласта может значительно повышаться. Давление в пласте можно регулировать таким образом, чтобы поддерживать в пласте давление, необходимое для образования флюида желаемого состава. Образовавшийся в результате пиролиза флюид может быть извлечен из пласта в виде пара из одной или более нагревательных скважин с использованием создаваемого при нагреве пласта противодавления.

После пиролиза углеводородов в пласте может оставаться большое количество углерода и некоторое количество водорода. Значительная часть остающегося в пласте углерода может добываться из пласта в виде синтез-газа. Генерация синтез-газа может иметь место на стадии нагрева 3, которая изображена на фиг.1. Стадия 3 может включать нагрев углеводородсодержащего пласта до температуры, достаточной для обеспечения возможности генерации синтез-газа. Например, синтез-газ может производиться в пределах температур от примерно 400 до примерно 1200°С.

Фиг.2 дает схематическое изображение варианта части системы переработки по месту залегания для обработки углеводородсодержащего пласта. Источники тепла 100 могут быть размещены в пределах, по крайней мере, части углеводородсодержащего пласта. Источники тепла 100 могут включать, например, электронагреватели, такие как изолированные провода, нагреватели типа проводников в изолированной трубке, открытые горелки, беспламенные распределенные очаги горения и/или природные распределенные очаги горения. Источники тепла 100 могут также включать другие типы нагревателей. Источники тепла 100 обеспечивают тепло для, по крайней мере, части углеводородсодержащего пласта. Источники тепла 100 могут получать энергию через подводящие линии 112. Подводящие линии 112 могут структурно различаться в зависимости от источника тепла или источников тепла, используемых для нагрева пласта. Подводящие линии для источников тепла могут передавать электрический ток для электронагревателей, могут транспортировать топливо для очагов горения или же могут транспортировать циркулирующую в пласте теплообменную жидкость.

Эксплуатационные скважины 102 могут использоваться для извлечения пластового флюида из пласта. Пластовый флюид, добываемый из эксплуатационных скважин 102, может транспортироваться через сборную систему трубопроводов 114 к обрабатывающим устройствам 116. Пластовые флюиды могут также добываться из источников тепла 100. Например, флюид может добываться из источников тепла 100 с целью регулирования давления внутри пласта, расположенного рядом с источниками тепла. Флюид, добываемый из источников тепла 100, может транспортироваться через трубопроводы или систему трубопроводов к сборной системе трубопроводов 114 или же добываемый флюид может транспортироваться через трубопроводы или систему трубопроводов непосредственно к обрабатывающим устройствам 116. В число обрабатывающих устройств 116 могут входить разделительные установки, реакционные установки, установки повышения качества, топливные элементы, турбины, емкости для хранения и другие системы или установки для переработки добываемых пластовых флюидов.

Система переработки по месту залегания для обработки углеводородов может включать защитные емкости 118. В некоторых вариантах могут быть использованы барьеры для ограничения миграции флюидов (например, производимых флюидов и/или грунтовых вод) в и/или из части пласта, подвергаемого процессу переработки по месту залегания. В число барьеров могут входить (и не ограничиваясь этим) природные образования (например, покрывающий слой или нижележащий слой), морозильные скважины, замороженные барьерные зоны, низкотемпературные барьерные зоны, цементированные стенки, сернистые скважины, водопонижающие скважины, нагнетательные скважины, барьер, образованный образующимся в пласте гелем, барьер, образованный осаждающимися в пласте солями, барьер, образованный в результате реакций полимеризации в пласте, вовлекаемые в пласт пластовые залежи или сочетания перечисленных выше барьеров.

Процесс переработки по месту залегания для углеводородов может включать подвод тепла к части углеводородсодержащего пласта и регулирования температуры, скорости подъема температуры и/или давления в нагреваемой части пласта. Повышение температуры и/или скорости повышения температуры нагреваемого участка можно регулировать путем изменения энергии, подводимой к источникам тепла в пласте.

В некоторых вариантах с целью удаления флюидов и/или регулирования давления могут быть предусмотрены один или более трубопроводов для подвода дополнительных компонентов (например, азота, двуокиси углерода, восстанавливающих агентов, таких как водородсодержащий газ и т.п.). Давление в пласте имеет тенденцию быть максимальным вблизи источников нагрева. Может оказаться полезным применение оборудования, контролирующего давление. В некоторых вариантах добавление восстанавливающего агента вблизи источника нагрева способствует созданию более благоприятных условий пиролиза (например, более высокого парциального давления водорода). Поскольку проницаемость и пористость имеют тенденцию к быстрому увеличению вблизи источника нагрева, часто бывает целесообразно производить добавление восстанавливающего агента вблизи источника нагрева, благодаря чему восстанавливающий агент сможет легче перемещаться в пласт.

Пластовые флюиды, включая флюиды, образующиеся при пиролизе, могут добываться из пласта. Флюиды, образующиеся при пиролизе, могут включать (не ограничиваясь этим) углеводороды, водород, двуокись углерода, окись углерода, сероводород, аммиак, азот, воду и их смеси. По мере повышения температуры пласта количество конденсируемых углеводородов в добываемом пластовом флюиде стремится к понижению. При высокой температуре пласт может в основном производить метан и/или водород. Если углеводородсодержащий пласт нагревать в течение всего интервала пиролиза, к моменту высшего предела интервала пиролиза пласт может производить лишь небольшие количества водорода. После истощения всего имеющегося водорода добыча флюидов из пласта обычно минимальна.

В одном из вариантов процесса конверсии по месту залегания для повышения качества материалов может использоваться нагретый пласт. Материалы, качество которых предстоит повысить, могут либо добываться из той же самой части пласта и направляться на рециркуляцию, либо добываться из других пластов или из других частей того же пласта.

Повышение качества может включать (не ограничиваясь этим) изменение состава продукта, температуры кипения или температуры замерзания. Примеры материалов, качество которых может быть повышено, включают (не ограничиваясь этим) тяжелые углеводороды, смолу, эмульсии (например, эмульсии, образующиеся при поверхностном отделении смолы от песка), лигроин, асфальтены и/или сырую нефть. В некоторых вариантах в пласт с целью повышения качества может быть закачена добытая открытым способом смола. С целью повышения качества такой добываемой открытым способом смолы эта смола перед ее вводом в пласт может быть частично обработана, нагрета или переведена в эмульсию. Материал, качество которого предстоит повысить, может быть введен в нагретую часть пласта. Качество материала может быть в пласте повышено. Например, повышение качества может включать ввод тяжелых углеводородов с плотностью по шкале API ниже 20, 15, 10 или 5° в нагретую часть пласта. Тяжелые углеводороды могут быть подвергнуты в нагретой части пласта крекингу или дистилляции. Тяжелые углеводороды повышенного качества могут иметь плотность по шкале API выше примерно 20° (или выше примерно 25° или выше 30°). Тяжелые углеводороды повышенного качества могут также иметь пониженное количество серы и/или азота. Для определения относительного повышения качества углеводородов может измеряться какое-либо свойство углеводородов повышенного качества (например, плотность API или содержание серы).

В одном из вариантов процесса переработки по месту залегания из нагретого пласта могут добываться тяжелые углеводороды. С целью повышения качества тяжелые углеводороды они могут возвращаться назад в тот же самый пласт. В другом варианте тяжелый углеводород может быть добыт из одного пласта и повышен в качестве в другом пласте при другой температуре. Для получения желаемого продукта можно регулировать продолжительность обработки и температуру пласта. Например, часть флюида, вначале добытого из подвергаемого процессу переработки по месту залегания битуминозно-песчаного пласта, может представлять собой тяжелые углеводороды, особенно когда углеводороды добываются с относительно большой глубины углеводородсодержащего слоя битуминозно-песчаного пласта. Для того чтобы облегчить повышение качества добытых таким образом тяжелых углеводородов, они могут быть вновь введены в пласт через или вблизи источника тепла.

В одном из вариантов процесса переработки по месту залегания качество нефти, добываемой из пласта традиционными способами, может быть повышено в нагретом пласте системы процесса переработки. Для повышения качества нефть может подаваться к нагретой части пласта. В некоторых вариантах в нагретый пласт может вводиться только тяжелая фракция нефти. Нагретая часть пласта может повысить качество введенной части нефти и/или удалить нежелательные компоненты из введенной части нефти (например, серу и/или азот).

В некоторых вариантах к тяжелым углеводородам, закаченным в нагретый пласт, может добавляться водород или какой-либо другой отдающий водород флюид. Водород или отдающий водород флюид может усилить крекинг и повышение качества тяжелых углеводородов в нагретом пласте. В некоторых вариантах для повышения и/или регулирования давления в нагретом пласте тяжелые углеводороды могут закачиваться вместе с газом (например, водородом или двуокисью углерода).

Содержание водорода в углеводородсодержащем пласте может оказывать значительное влияние на состав добываемых из пласта углеводородных флюидов. Пиролиз углеводородов в нагретых частях пласта может производить углеводородные флюиды, включающие двойную связь или радикал. Водород внутри пласта может восстанавливать двойную связь до одинарной связи. Взаимодействие образующихся углеводородных флюидов друг с другом и/или с дополнительными компонентами в пласте может быть ограничено. Например, восстановление двойной связи образующихся углеводородных флюидов до одинарной связи может уменьшить полимеризацию образующихся углеводородов. Такая полимеризация может снижать количество образующихся флюидов и ухудшать качество добытого из пласта флюида.

Водород внутри пласта способен нейтрализовывать радикалы в образующихся углеводородных флюидах. Присутствующий в пласте водород может замедлять реакцию фрагментов углеводородов путем превращения фрагментов углеводородов в углеводородные флюиды с относительно короткими цепями. Углеводородные флюиды могут переходить в паровую фазу. Парофазные углеводороды могут относительно легко перемещаться через пласт к эксплуатационным скважинам. Увеличение углеводородных флюидов в паровой фазе может значительно понизить потенциал добычи менее желательных продуктов в пределах выбранной части пласта.

Отсутствие связанного и свободного водорода в пласте может отрицательно влиять на количество и качество флюидов, которые могут быть добыты из пласта. Если наличие природного водорода слишком мало, в пласт могут вводиться водород или другие восстанавливающие флюиды.

В одном из вариантов процесса внутрипластовой переработки по месту залегания в качестве зоны гидроочистки может быть использована нагретая часть пласта. Температура и давление в какой-либо части пласта могут регулироваться таким образом, чтобы в зоне гидроочистки присутствовал молекулярный водород. Например, какой-либо источник тепла или выбранные источники тепла могут работать при высокой температуре для производства водорода и кокса. Водород, производимый источником тепла или выбранными источниками тепла, может диффундировать или перемещаться за счет градиента давления, созд