Тепловая обработка углеводородсодержащего пласта по месту залегания с использованием естественно распределенной камеры сгорания

Тепловая обработка углеводородсодержащего пласта по месту залегания с использованием естественно распределенной камеры сгорания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в общем случае относится к способам и системам добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из различных углеводородсодержащих пластов. Определенные варианты реализации относятся к конверсии углеводородов по месту залегания для добычи углеводородов, водорода и/или потоков новых продуктов из подземных углеводородсодержащих пластов при использовании естественно распределенных камер сгорания.

Уровень техники

Углеводороды, получаемые из подземных (например, осадочных) пластов, часто используют в качестве энергетических ресурсов, исходного сырья и товаров широкого потребления. Озабоченность вопросами истощения доступных ресурсов углеводородов и ухудшения общего качества добываемых углеводородов привела к разработке способов более эффективного извлечения, обработки и/или использования доступных ресурсов углеводородов. Для удаления углеводородных материалов из подземных пластов можно использовать способы, реализуемые по месту залегания. Для того чтобы углеводородный материал можно было бы легче удалять из подземного пласта, может оказаться необходимым изменение химических и/или физических свойств углеводородного материала в подземном пласте. Химические и физические изменения могут включать реакции, проводимые по месту залегания, которые приводят к получению удаляемых флюидов, изменений в составе, изменений растворимости, изменений плотности, фазовых изменений и/или изменений вязкости углеводородного материала в пласте. Флюидом могут быть, но не ограничиваясь только нижеследующим, газ, жидкость, эмульсия, суспензия и/или поток твердых частиц, характеристики текучести которого подобны соответствующим характеристикам жидкого потока.

Примеры способов, реализуемых по месту залегания, с использованием скважинных нагревательных установок проиллюстрированы в патентах США №№2634961 автора Ljungstrom, 2732195 автора Ljungstrom, 2780450 автора Ljungstrom, 2789805 автора Ljungstrom, 2923535 автора Ljungstrom и 4886118 авторов Van Meurs et al.

Для нагревания подземного пласта можно использовать источник тепла. Электронагреватели и/или электронагревательные элементы описываются в патенте США №2548360 автора Germain, патенте США №4716960 авторов Eastlund et al., патенте США №5065818 автора Van Egmond и патенте США №4570715 авторов Van Meurs et al.

Для нагревания пласта можно использовать сжигание топлива. Сжигание топлива для нагревания пласта может оказаться более экономичным по сравнению с использованием для нагревания пласта электричества. Несколько различных типов нагревателей могут использовать сжигание топлива в качестве источника тепла, который обеспечит нагревание пласта. Сжигание может происходить в пласте, в скважине и/или вблизи поверхности. Сжигание в пласте можно проводить в варианте внутрипластового движущегося очага горения. В пласт можно подкачивать насосом окислитель. Окислитель можно воспламенить для продвижения фронта горения в направлении эксплуатационной скважины. Окислитель, подкачанный насосом в пласт, может протекать через пласт по линиям разлома в пласте. Воспламенение окислителя в результате может и не привести к равномерному продвижению фронта горения через пласт.

Раскрытие изобретения

В одном варианте реализации можно провести конверсию углеводородов углеводородсодержащего пласта (например, пласта, содержащего уголь, битуминозный сланец, тяжелые углеводороды либо их комбинацию) в пласте по месту залегания и получить смесь относительно высококачественных углеводородных продуктов, водорода и/или других продуктов. Для нагревания части углеводородсодержащего пласта до температур, которые сделают возможным пиролиз углеводородов, можно использовать один либо несколько источников тепла. Углеводороды, водород и другие пластовые флюиды можно удалять из пласта через одну либо несколько эксплуатационных скважин. В некоторых вариантах реализации пластовые флюиды можно удалять в паровой фазе. В других вариантах реализации пластовые флюиды можно удалять в жидкой и паровой фазах либо в жидкой фазе. Для получения из пласта улучшенных продуктов температуру и давление во время пиролиза можно регулировать, по меньшей мере, в части пласта.

В одном варианте реализации нагревание углеводородсодержащего пласта может обеспечить естественная распределенная камера сгорания. Естественная распределенная камера сгорания может включать нагреватель, расположенный в стволе вскрытия в пласте. Нагреватель может обеспечить нагревание, по меньшей мере, части пласта. Естественная распределенная камера сгорания может включать источник окисляющей текучей среды. Источник окисляющей текучей среды может обеспечить подачу окисляющей текучей среды в реакционную зону пласта для того, чтобы в реакционной зоне получить тепло. Часть реакционной зоны можно предварительно подвергнуть нагреванию, используя нагреватель. Естественная распределенная камера сгорания может включать первый канал, расположенный в стволе вскрытия. Первый канал может обеспечить подачу окисляющей текучей среды от источника окисляющей текучей среды в реакционную зону в пласте. Окисляющая текучая среда может окислять, по меньшей мере, часть углеводородов в реакционной зоне для получения тепла. Тепло, полученное в реакционной зоне, может передаваться от реакционной зоны в пласт.

В одном варианте реализации окисляющая текучая среда может транспортироваться через реакционную зону по существу за счет диффузии. Скорость диффузии можно регулировать, изменяя температуру реакционной зоны. В некоторых вариантах реализации возможно по существу подавление перетекания окисляющей текучей среды из реакционной зоны в окружающую часть пласта. Может оказаться так, что теплопередача от реакционной зоны к пласту будет идти по существу за счет теплопроводности. Может оказаться возможной передача тепла, полученного в результате окисления, от реакционной зоны к зоне пиролиза в пласте. Тепло, которое может быть передано в зону пиролиза, может привести к пиролизу, по меньшей мере, части углеводородов в зоне пиролиза пласта.

В некоторых вариантах реализации для регулирования температуры, по меньшей мере, на протяжении сегмента первого канала, по меньшей мере, на протяжении сегмента первого канала можно регулировать расход окисляющей текучей среды. Расход можно регулировать для регулирования скорости нагревания, по меньшей мере, в поперечном части пласта. Первый канал может включать отверстия для подачи окисляющей текучей среды в ствол вскрытия. В некоторых вариантах реализации первый канал может включать отверстия с критическим режимом потока, при помощи которых регулируют расход окисляющей текучей среды для регулирования скорости окисления в пласте.

В некоторых вариантах реализации в реакционную зону можно подавать молекулярный водород. По меньшей мере, часть поданного водорода можно получить в реакционной зоне. По меньшей мере, часть поданного молекулярного водорода можно получить в подвергнутой нагреванию части пласта. Молекулярный водород можно подавать в реакционную зону для подавления образования диоксида углерода.

В одном варианте реализации естественная распределенная камера сгорания может включать второй канал. Второй канал может обеспечить удаление из пласта продукта окисления. Второй канал может обеспечить удаление продукта окисления для поддержания в пласте по существу постоянной температуры. Второй канал может позволить регулировать концентрацию кислорода в стволе вскрытия таким образом, чтобы концентрация кислорода оставалась бы по существу постоянной. Первый канал может включать отверстия, которые направят окисляющую текучую среду в направлении, по существу противоположном направлению, в котором будут удаляться продукты окисления при помощи отверстий второго канала. Для второго канала может иметь место более значительная концентрация отверстий в области верхнего конца второго канала. Второй канал может сделать возможной теплопередачу от продукта окисления к окисляющей текучей среде в первом канале. Давление текучих сред в первом и втором каналах можно регулировать таким образом, чтобы концентрация окисляющей текучей среды по длине первого канала по существу была бы однородной.

В одном варианте реализации способ подачи тепла к углеводородсодержащему пласту по месту залегания может включать нагревание части пласта до температуры, достаточной для поддержания протекания реакции между углеводородами в данной части и окисляющей текучей средой. Окисляющую текучую среду можно подавать в реакционную зону в пласте. Для получения тепла в реакционной зоне может оказаться возможным проведение реакции окисляющей текучей среды, по меньшей мере, с частью углеводородов в реакционной зоне. Тепло, полученное в реакционной зоне, можно передавать в пласт.

Краткое описание чертежей

Для специалиста в соответствующей области преимущества настоящего изобретения могут стать очевидными при использовании последующего подробного описания предпочтительных вариантов реализации и при обращении к сопровождающим чертежам, среди которых:

Фигура 1 представляет собой иллюстрацию стадий нагревания углеводородсодержащего пласта.

Фигура 2 представляет собой схематическое изображение варианта реализации части системы конверсии по месту залегания для обработки углеводородсодержащего пласта.

Фигура 3 иллюстрирует вариант реализации источника тепла в виде естественной распределенной камеры сгорания.

Фигура 4 иллюстрирует представление в плоскости поперечного сечения для варианта реализации естественной распределенной камеры сгорания, имеющей второй канал.

Фигура 5 иллюстрирует схематическое представление варианта реализации скважины с нагревателем, расположенной в углеводородсодержащем пласте.

Фигура 6 иллюстрирует часть покрывающей породы для пласта с источником тепла в виде естественной распределенной камеры сгорания.

Фигура 7 иллюстрирует вариант реализации источника тепла в виде естественной распределенной камеры сгорания.

Фигура 8 иллюстрирует вариант реализации источника тепла в виде естественной распределенной камеры сгорания.

Фигура 9 иллюстрирует вариант реализации системы естественной распределенной камеры сгорания для нагревания пласта.

Фигура 10 иллюстрирует вариант реализации системы естественной распределенной камеры сгорания для нагревания пласта.

Несмотря на то, что изобретение допускает различные модификации и альтернативные формы, в порядке примера на чертежах продемонстрированы его конкретные варианты реализации, и в настоящем документе они могут быть описаны подробно. Чертежи могут быть не в масштабе. Однако необходимо понимать, что чертежи и подробное описание к ним не предполагают ограничения изобретения конкретными описанными формами, но, наоборот, изобретение должно включать все модификации, эквиваленты и альтернативы, соответствующие объему и сущности настоящего изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.

Осуществление изобретения

Следующее далее описание в общем случае относится к системам и способам обработки углеводородсодержащего пласта (например, пласта, содержащего уголь (в том числе лигнит, сапропелевый уголь и тому подобное), битуминозный сланец, угленосный сланец, шунгиты, кероген, битум, нефть, кероген и нефть в матрице с низкой проницаемостью, тяжелые углеводороды, асфальтиты, природные минеральные воска, пластов, в которых кероген блокирует добычу других углеводородов и тому подобного). Такие пласты можно подвергать обработке и получать относительно высококачественные углеводородные продукты, водород и другие продукты.

"Углеводороды" в общем случае определяют как молекулы, в первую очередь образованные из атомов углерода и водорода. Углеводороды также могут включать и другие элементы, такие как, но не ограничиваясь только нижеследующим, галогены, элементы металлов, азот, кислород и/или серу.

"Пласт" включает один либо несколько углеводородсодержащих слоев, один либо несколько неуглеводородных слоев, покрывающую породу и/или подстилающую породу. "Покрывающая порода" и/или "подстилающая порода" включает один либо несколько различных типов непроницаемых минералов. Например, покрывающая порода и/или подстилающая порода могут включать скальную породу, глинистый сланец, аргиллит либо влажный/плотный карбонат (то есть, непроницаемый карбонат без углеводородов). В некоторых вариантах реализации способов конверсии по месту залегания покрывающая порода и/или подстилающая порода могут включать углеводородсодержащий слой либо углеводородсодержащие слои, которые относительно непроницаемы и которые не подвергаются воздействию температур во время обработки с прохождением конверсии по месту залегания, которая в результате приводит к значительным характеристическим изменениям углеводородсодержащих слоев покрывающей породы и/или подстилающей породы. Например, подстилающая порода может содержать глинистый сланец либо аргиллит. В некоторых случаях покрывающая порода и/или подстилающая порода могут быть в некоторой степени проницаемы.

"Источник тепла" представляет собой любую систему обеспечения подачи тепла, по меньшей мере, в часть пласта по существу в результате теплопередачи за счет теплопроводности и/или излучения. Например, источник тепла может включать электронагреватели, такие как изолированный проводник, деталь удлиненной формы и/или проводник, расположенный внутри канала. Источник тепла также может включать источники тепла, которые позволяют получать тепло в результате сжигания топлива вне пласта либо внутри него, такие как наземные горелки, скважинные газовые горелки, беспламенные распределенные камеры сгорания и естественные распределенные камеры сгорания. В дополнение к этому предполагается, что в некоторых вариантах реализации тепло, подводимое к одному либо нескольким источникам тепла или получаемое в них, может подаваться с использованием других источников энергии. Другие источники энергии могут непосредственно подвергать пласт нагреванию либо энергия может передаваться теплоносителю, который непосредственно либо опосредованно будет подвергать пласт нагреванию. Необходимо понимать, что один либо несколько источников тепла, которые подают тепло к пласту, могут использовать различные источники энергии. Например, для данного пласта некоторые источники тепла могут обеспечивать подачу тепла от нагревателей с электросопротивлением, некоторые источники тепла могут обеспечивать подачу тепла, получаемого при сжигании, и некоторые источники тепла могут обеспечить подачу тепла от одного либо нескольких других источников энергии (например, химических реакций, солнечной энергии, энергии ветра, биомассы либо от других источников возобновляемой энергии). Химическая реакция может включать экзотермическую реакцию (например, реакцию окисления). Источник тепла может включать нагреватель, который обеспечивает подачу тепла в зону, расположенную по соседству с местом проведения нагревания и/или окружающую его, такой, как скважина с нагревателем.

"Нагреватель" представляет собой любую систему получения тепла в скважине либо в прискважинной зоне. Нагреватели могут быть, но не ограничиваясь только нижеследующим, электронагревателями, горелками, камерами сгорания, которые обеспечивают прохождение реакции с материалом, присутствующим в пласте либо полученном из него, (например, естественные распределенные камеры сгорания) и/или их комбинациями. "Модуль источников тепла" обозначает несколько источников тепла, которые составляют шаблон, который будет повторяться для создания схемы размещения источников тепла в пласте.

"Естественная распределенная камера сгорания" обозначает нагреватель, который для получения тепла использует окислитель для окисления, по меньшей мере, части углерода в пласте и где окисление происходит в области, непосредственно примыкающей к стволу скважины. Основную часть продуктов горения, полученных в естественной распределенной камере сгорания, удаляют через ствол скважины.

"Отверстия" обозначают отверстия (например, отверстия в каналах) с широким разнообразием размеров и форм поперечного сечения, включающих, но не ограничиваясь только нижеследующим, круги, овалы, квадраты, прямоугольники, треугольники, щели либо другие правильные или неправильные формы.

Углеводороды в пластах можно подвергать обработке различными способами для добычи многих разнообразных продуктов. В определенных вариантах реализации такие пласты можно подвергать обработке постадийно. Фигура 1 иллюстрирует несколько стадий нагревания углеводородсодержащего пласта. Фигура 1 также демонстрирует пример выхода (баррели нефтяного эквивалента на тонну) (ось у) для пластовых флюидов из углеводородсодержащего пласта в зависимости от температуры (°С) (ось х) пласта.

В ходе нагревания на стадии 1 происходят десорбция метана и испарение воды. Нагревание пласта на стадии 1 можно провести настолько быстро, насколько это будет возможно. Например, при первоначальном нагревании углеводородсодержащего пласта углеводороды в пласте могут десорбировать адсорбированный метан. Из пласта можно будет добывать десорбированный метан. Если углеводородсодержащий пласт подвергать нагреванию далее, в углеводородсодержащем пласте можно будет испарить воду. В некоторых углеводородсодержащих пластах вода может занимать от приблизительно 10% до приблизительно 50% объема пор в пласте. В других пластах вода может занимать большие либо меньшие доли объема пор. Обычно вода испаряется в пласте в диапазоне от приблизительно 160°С до приблизительно 285°С для давлений в диапазоне приблизительно от 6 бар абсолютного давления до 70 бар абсолютного давления. В ходе реализации способа конверсии по месту залегания в некоторых вариантах реализации давление в пласте можно выдерживать в диапазоне от приблизительно 2 бар абсолютного давления до приблизительно 70 бар абсолютного давления. В некоторых вариантах реализации испарившаяся вода может стать причиной изменений смачиваемости в пласте и/или увеличения пластового давления. Изменения смачиваемости и/или увеличенное давление могут оказать влияние на реакции пиролиза либо на другие реакции в пласте. В определенных вариантах реализации испарившуюся воду из пласта можно будет добывать. В других вариантах реализации испарившуюся воду можно использовать для экстрагирования паром и/или перегонки с водяным паром в пласте либо вне пласта. Удаление воды из объема пор и увеличение объема пор в пласте могут увеличить пространство, содержащее углеводороды в пределах объема пор.

После нагревания на стадии 1 нагревание пласта можно проводить дальше так, чтобы температура в пласте достигла бы (по меньшей мере) начальной температуры пиролиза (например, температуры на нижнем краю температурного диапазона, показанного в виде стадии 2). Углеводороды в пласте можно подвергать пиролизу в ходе стадии 2. Диапазон температур пиролиза может варьироваться в зависимости от типов углеводородов в пласте. Диапазон температур пиролиза может включать температуры в пределах от приблизительно 250°С до приблизительно 900°С. Диапазон температур пиролиза для получения желательных продуктов может включать только часть полного диапазона температур пиролиза. В некоторых вариантах реализации диапазон температур пиролиза для получения желательных продуктов может включать температуры в пределах от приблизительно 250°С до приблизительно 400°С. Если температура углеводородов в пласте будет медленно увеличиваться по температурному диапазону от приблизительно 250°С до приблизительно 400°С, получение продуктов пиролиза может быть по существу завершено тогда, когда температура приблизится к 400°С. Нагревание углеводородсодержащего пласта при использовании нескольких источников тепла может привести к установлению температурных градиентов в окрестности источников тепла, которые обеспечат медленное увеличение температуры углеводородов в пласте по температурному диапазону пиролиза.

В некоторых вариантах реализации переработки по месту залегания температура углеводородов, подвергаемых пиролизу, может и не претерпевать медленного увеличения по температурному диапазону в пределах от приблизительно 250°С до приблизительно 400°С. Нагревание углеводородов в пласте можно провести до достижения желательной температуры (например, приблизительно 325°С). В качестве желательной температуры можно выбрать и другие температуры. Подвод энергии к пласту от источников тепла можно регулировать, выдерживая температуру в пласте по существу на уровне желательной температуры. Углеводороды можно выдерживать по существу при желательной температуре до тех пор, пока эффективность пиролиза не начнет понижаться таким образом, что добыча желательных пластовых флюидов из пласта станет нерентабельной.

В одном варианте реализации способа конверсии по месту залегания скорость нагревания можно регулировать для сведения к минимуму затрат, сопутствующих нагреванию выбранной области. Затраты могут включать, например, затраты на подводимую энергию и затраты на оборудование. В определенных вариантах реализации затраты, сопутствующие нагреванию выбранного поперечного сечения, можно свести к минимуму в результате уменьшения скорости нагревания, когда затраты, сопутствующие нагреванию, относительно велики, и увеличения скорости нагревания, когда затраты, сопутствующие нагреванию, относительно малы. Например, скорость нагревания, приблизительно равную 330 Ватт/м, можно использовать, когда сопутствующие затраты относительно велики, и скорость нагревания, приблизительно равную 1640 Вт/м, можно использовать, когда сопутствующие затраты относительно малы. В определенных вариантах реализации скорости нагревания могут варьироваться в диапазоне от приблизительно 300 Вт/м до приблизительно 800 Вт/м, когда сопутствующие затраты относительно велики, и в диапазоне от приблизительно 1000 Вт/м до 1800 Вт/м, когда сопутствующие затраты относительно малы. Затраты, сопутствующие нагреванию, могут быть относительно велики в периоды пикового потребления энергии, такие как в течение дневного времени. Например, потребление энергии может быть велико в теплом климате в течение дневного времени летом вследствие потребления энергии на кондиционирование воздуха. Периоды малого потребления энергии могут быть, например, в ночное время либо в течение выходных дней в конце недели, когда появляется тенденция к уменьшению потребности в энергии. В одном варианте реализации скорость нагревания может варьироваться от более высокой скорости нагревания в течение периодов малого потребления энергии, таких как в течение ночного времени, до более низкой скорости нагревания в течение периодов высокого потребления энергии, таких как в течение дневного времени.

Как продемонстрировано на фигуре 2, в дополнение к источникам тепла 100 в части углеводородсодержащего пласта обычно будут размещать одну либо несколько эксплуатационных скважин 106. Пластовые флюиды можно добывать через эксплуатационную скважину 106. В некоторых вариантах реализации эксплуатационная скважина 106 может включать источник тепла. Источник тепла может подвергать нагреванию части пласта по месту расположения эксплуатационной скважины либо поблизости от него, и он может сделать возможным удаление пластовых флюидов в виде паровой фазы. Необходимость откачки жидкостей из эксплуатационной скважины при помощи высокотемпературного насоса может быть уменьшена либо устранена. Устранение либо ограничение откачки жидкостей при помощи высокотемпературного насоса могут значительно уменьшить производственные затраты. Проведение нагревания по месту расположения эксплуатационной скважины либо через нее может: (1) подавить конденсацию и/или дефлегмацию флюида эксплуатационной скважины тогда, когда такой флюид эксплуатационной скважины будет перемещаться в эксплуатационной скважине вблизи покрывающей породы, (2) увеличить подвод тепла в пласт и/или (3) увеличить проницаемость пласта по месту расположения эксплуатационной скважины либо поблизости от него. В некоторых вариантах реализации способа конверсии по месту залегания количество тепла, подаваемое в эксплуатационные скважины, значительно меньше количества тепла, подаваемого на источники тепла, которые обеспечивают нагревание пласта.

Поскольку в подвергнутом нагреванию пласте проницаемость и/или пористость увеличиваются, полученные пары могут перетекать на значительные расстояния по пласту при относительно небольшом перепаде давления. Увеличение проницаемости может возникать в результате уменьшения массы части, подвергнутой нагреванию за счет испарения воды, в результате удаления углеводородов и/или создания разломов. Флюиды смогут легче перетекать через часть, подвергнутую нагреванию. В некоторых вариантах реализации эксплуатационные скважины могут иметься в верхних частях углеводородных слоев.

Флюид, полученный в углеводородсодержащем пласте, может в виде пара перемещаться на значительное расстояние через углеводородсодержащий пласт. Значительное расстояние может превышать 1000 м в зависимости от различных факторов (например, проницаемости пласта, свойств флюида, температуры пласта и градиента давлений, делающего возможным перемещение флюида). Вследствие увеличения проницаемости в пластах, претерпевающих конверсию по месту залегания и удаление пластовых флюидов, необходимым может оказаться оборудование эксплуатационных скважин только каждым вторым модулем источников тепла либо каждым третьим, четвертым, пятым или шестым модулем источников тепла.

В ходе реализации способа по месту залегания эксплуатационные скважины могут функционировать таким образом, чтобы давление в эксплуатационных скважинах было бы меньше давления в других частях пласта. В некоторых вариантах реализации в эксплуатационных скважинах можно создавать вакуум. Выдерживание эксплуатационных скважин при меньших давлениях может подавить миграцию флюидов в пласте за пределы зоны обработки по месту залегания.

Определенные варианты реализации могут включать регулирование величины тепла, подводимого, по меньшей мере, к части пласта, таким образом, чтобы в части по существу подавлялось бы получение менее желательных продуктов. Регулирование величины тепла, подводимого, по меньшей мере, к части пласта, также может увеличить и однородность проницаемости в пласте. Например, регулирование нагревания пласта для подавления получения менее желательных продуктов в некоторых вариантах реализации может включать регулирование скорости нагревания с выдерживанием ее на уровне, меньшем выбранной величины (например, 10°С, 5°С, 3°С, 1°С, 0,5°С либо 0,1°С) в день.

В некоторых вариантах реализации суперпозиция (например, перекрывание) тепла от одного либо нескольких источников тепла в результате может привести по существу к однородному нагреванию части углеводородсодержащего пласта. Поскольку пласты в ходе нагревания обычно будут характеризоваться наличием проходящих по ним температурных профилей, в контексте данного патента "по существу однородное" нагревание обозначает нагревание, такое что температуры в большей части поперечного сечения не отличались бы больше, чем на 100°С от оценочной средней температуры в большей части выбранного поперечного сечения (объема), подвергнутого обработке.

По существу однородное нагревание углеводородсодержащего пласта в результате может привести к получению по существу однородного увеличения проницаемости. Например, однородное нагревание может привести к образованию серии по существу однородных разломов внутри подвергнутой нагреванию части вследствие возникновения в пласте термических напряжений. По существу однородное нагревание может привести к образованию получаемых при пиролизе флюидов в данной части по существу однородным образом. Удаление воды вследствие испарения и добычи в результате может привести к увеличению проницаемости для части, подвергнутой нагреванию. В дополнение к образованию разломов вследствие действия термических напряжений разломы также могут возникать и вследствие увеличения давления флюидов. Поскольку флюиды получаются внутри части, подвергнутой нагреванию, давление флюидов внутри части, подвергнутой нагреванию, также может увеличиться. Тогда, когда давление флюидов приблизится к литостатическому давлению части, подвергнутой нагреванию, могут образоваться разломы. По существу однородное нагревание и однородное образование флюидов могут привести к получению по существу однородных разломов внутри части, подвергнутой нагреванию. В некоторых вариантах реализации проницаемость повергнутого нагреванию поперечного сечения углеводородсодержащего пласта может не различаться больше, чем на величину множителя, приблизительно равного 10.

Из пласта можно добывать пластовые флюиды, в том числе и флюиды, получаемые при пиролизе. Флюиды, получаемые при пиролизе, могут включать, но не ограничиваясь только нижеследующим, углеводороды, водород, диоксид углерода, монооксид углерода, сульфид водорода, аммиак, азот, воду и их смеси. По мере того как температура пласта будет увеличиваться, для количества конденсируемых углеводородов в добытом пластовом флюиде будет наблюдаться тенденция к уменьшению. При высоких температурах из пласта можно добывать главным образом метан и/или водород. Если углеводородсодержащий пласт подвергать нагреванию, проходя полный диапазон пиролиза, то из пласта можно будет добывать только небольшие количества водорода в области верхнего предела диапазона пиролиза. После исчерпания всего доступного водорода обычно будет иметь место минимальная величина добычи флюидов из пласта.

Определенные варианты реализации обработки тяжелых углеводородов в пласте с относительно низкой проницаемостью могут включать обеспечение подачи тепла от одного либо нескольких источников тепла для проведения пиролиза некоторого количества тяжелых углеводородов и после этого испарения части тяжелых углеводородов. Источники тепла могут приводить к пиролизу, по меньшей части, некоторого количества тяжелых углеводородов в выбранной части пласта и могут приводить к повышению давления, по меньшей мере, в меньшей части выбранной части пласта. В ходе нагревания давление в пласте может значительно увеличиться. Давление в пласте можно регулировать таким образом, чтобы давление в пласте можно было бы выдерживать на уровне, обеспечивающем добычу флюида желательного состава. Флюид, получаемый при пиролизе, можно удалить из пласта в виде пара через одну либо несколько скважин для нагревателей при использовании противодавления, созданного в результате нагревания пласта.

После пиролиза углеводородов в пласте может все еще находиться большое количество углерода и определенное количество водорода. Значительную часть остающегося в пласте углерода можно добывать из пласта в виде синтез-газа. Получение синтез-газа может происходить в ходе нагревания на стадии 3, изображенной на фигуре 1. Стадия 3 может включать нагревание углеводородсодержащего пласта до температуры, достаточной для того, чтобы стало возможным получение синтез-газа. Например, синтез-газ можно получать в пределах температурного диапазона от приблизительно 400°С до приблизительно 1200°С. Температура пласта при введении в пласт текучей среды, приводящей к получению синтез-газа, может определять состав синтез-газа, полученного в пласте. Если текучую среду, приводящую к получению синтез-газа, вводить в пласт при температуре, достаточной для того, чтобы стало возможным получение синтез-газа, в пласте можно будет получать синтез-газ. Полученный синтез-газ можно удалить из пласта через эксплуатационную скважину либо эксплуатационные скважины. В ходе образования синтез-газа можно получить синтез-газ в больших объемах.

Фигура 2 демонстрирует схематическое представление варианта реализации части системы конверсии по месту залегания для обработки углеводородсодержащего пласта. Источники тепла 100 можно разместить внутри, по меньшей мере, части углеводородсодержащего пласта. Источники тепла 100 могут включать, например, электронагреватели, такие как изолированные проводники, нагреватели с проводником, расположенным в канале, наземные горелки, беспламенные распределенные камеры сгорания и/или естественные распределенные камеры сгорания. Источники тепла 100 также могут включать и другие типы нагревателей. Источники тепла 100 могут обеспечивать подачу тепла, по меньшей мере, в часть углеводородсодержащего пласта. Энергию можно подавать на источники тепла 100 через питающие магистрали 116. Питающие магистрали могут быть структурно различными в зависимости от типа источника тепла либо источников тепла, используемых для нагревания пласта. Питающие магистрали для источников тепла могут осуществлять передачу электричества для электронагревателей, могут осуществлять транспортирование топлива для камер сгорания либо могут осуществлять транспортирование текучего теплоносителя, который циркулирует внутри пласта.

Эксплуатационные скважины 106 можно использовать для удаления из пласта пластового флюида. Пластовый флюид, добытый из эксплутационных скважин 106, можно транспортировать через сборную трубу 118 на установки по переработке 120. Пластовые флюиды также можно извлекать и из источников тепла 100. Например, флюид можно извлекать из источников тепла 100 для регулирования давления внутри пласта по соседству с источниками тепла. Флюид, извлеченный из источников тепла 100, можно транспортировать через систему трубопроводов или трубопроводную обвязку до сборной трубы 118 либо извлеченный флюид можно транспортировать через систему трубопроводов либо трубопроводную обвязку непосредственно на установки по переработке 120. Установки по переработке 120 могут включать сепарационные установки, реакционные установки, установки по облагораживанию, топливные элементы, турбины, емкости для хранения и другие системы и устройства для переработки добытых пластовых флюидов.

Система конверсии по месту залегания для обработки углеводородов может включать барьерные скважины 122. В некоторых вариантах реализации барьеры можно использовать для подавления миграции флюидов (например, полученных флюидов и/или грунтовых вод) в часть пласта и/или из части пласта, подвергнутого воздействию способа конверсии по месту залегания. Барьеры могут включать, но не ограничиваясь только нижеследующим, естественно встречающиеся части (например, покрывающая порода и/или подстилающая порода), замораживающие скважины, замороженные барьерные зоны, низкотемпературные барьерные зоны, цементированные стенки, серные скважины, водопонижающие скважины, нагнетательные скважины, барьер, образованный гелем, полученным в пласте, барьер, образованный в результате выпадения в пласте солей в осадок, барьер, образованный в результате протекания в пласте реакции полимеризации, прослойки, вдвинутые в пласт, либо их комбинации.

Пластовые флюиды, добытые из углеводородсодержащего пласта в ходе обработки, могут содержать смесь различных компонентов. Для увеличения экономической ценности продуктов, полученных из пласта, пластовый флюид можно подвергать обработке, используя широкий ассортимент способов обработки. Способы, используемые для обработки пластового флюида, могут включать перегонку (например, перегонку при атмосферном давлении, фракционированную перегонку и/или вакуумную перегонку), конденсацию (например, фракционированную), крекинг (например, термический крекинг, каталитический крекинг, крекинг с псевдоожиженным катализатором, гидрокрекинг, гидрокрекинг мазута и/или парофазный крекинг), риформинг (например, термический риформинг, каталитический риформинг и/или парофазный гидрориформинг), гидрирование, коксование, экстрагирование растворителями, депар