Установка и использование сменных нагревателей в содержащем углеводороды пласте

Установка и использование сменных нагревателей в содержащем углеводороды пласте

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится в целом к способам и системам для добычи углеводородов и/или других продуктов из различных содержащих углеводороды пластов. Некоторые варианты выполнения относятся к установке передислоцируемых нагревателей в содержащие углеводороды пласты и/или для использования передислоцируемых нагревателей для подачи тепла в содержащие углеводороды пласты.

Уровень техники

Углеводороды, добываемые из подземных (например, осадочных) пластов, часто используют в качестве источников энергии, сырья и продуктов потребления. Беспокойство по поводу истощения доступных углеводородных ресурсов и понижение общего качества добываемых углеводородов привело к разработке процессов для более эффективного извлечения, обработки и/или использования доступных углеводородных ресурсов. Внутрипластовые процессы можно использовать для извлечения углеводородных материалов из подземных пластов. Химические и/или физические свойства углеводородных материалов внутри подземного пласта иногда необходимо изменять для обеспечения более простого извлечения из подземных пластов. Химические и физические изменения могут включать внутрипластовые реакции, в результате которых могут образовываться удаляемые флюиды, изменения состава, изменения растворимости, изменения плотности, изменения фазы и/или изменения вязкости углеводородного материала внутри пласта. Флюид может быть, но не ограничиваясь этим, газом, жидкостью, эмульсией, суспензией и/или потоком твердых частиц, который имеет характеристики потока, аналогичные потоку жидкости.

Можно использовать источник тепла для нагревания подземного пласта. Можно использовать электрические нагреватели для нагревания подземного пласта посредством излучения и/или проводимости. Электрический нагреватель может нагревать элемент резистивно. В патенте США № 2548360, выданном Жермену, описан электрический нагревательный элемент, расположенный внутри вязкой нефти внутри скважины. Нагревательный элемент нагревает и уменьшает вязкость нефти для обеспечения выкачивания нефти из скважины. В патенте США №4716960, выданном Истлунду и др., описано электрическое нагревание насосно-компрессорной трубы нефтяной скважины за счет пропускания тока с относительно низким напряжением для предотвращения образования твердых веществ. В патенте США № 5065818, выданном Ван Эгмонду, описан электрический нагревательный элемент, который зацементирован в испытательную скважину без оболочки, окружающей нагревательный элемент.

В патенте США № 6023554, выданном Винегару и др., описан электрический нагревательный элемент, который расположен в оболочке. Нагревательный элемент создает энергию излучения, которая нагревает оболочку. Гранулированный твердый наполнительный материал может быть расположен между оболочкой и пластом. Оболочка за счет проводимости может нагревать наполнительный материал, который в свою очередь за счет проводимости нагревает пласт.

В патенте США № 4570715, выданном Ван Меурсу и др., описан электрический нагревательный элемент. Нагревательный элемент имеет электрически проводящий сердечник, окруженный слоем изоляционного материала и окружающим его металлическим кожухом. Проводящий сердечник может иметь сравнительно низкое сопротивление при высоких температурах. Изоляционный материал может иметь электрическое сопротивление, прочность на сжатие и теплопроводные свойства, которые являются относительно высокими при высоких температурах. Изоляционный материал может препятствовать образованию электрической дуги между сердечником и металлическим кожухом. Металлический кожух может иметь прочность на растяжение и сопротивление текучести, которые относительно велики при высоких температурах.

В патенте США № 5060287, выданном Ван Эгмонду, описан электрический нагревательный элемент, имеющий сердечник из сплава меди с никелем.

Можно использовать сгорание топлива для нагревания пласта. Сгорание топлива для нагревания пласта может быть более экономичным, чем использование электрической энергии для нагревания пласта. Несколько различных типов нагревателей могут использовать сгорание топлива в качестве источника тепла, которое нагревает пласт. Сгорание может осуществляться внутри пласта, в скважине и/или вблизи поверхности. Сгорание в пласте может быть внутрипластовым горением. Можно поджигать окислитель для продвижения фронта огня в направлении эксплуатационной скважины. Окислитель, закачиваемый в пласт, может протекать через пласт вдоль линий разлома в пласте. Поджигание окислителя может не приводить к образованию фронта огня, проходящего равномерно через пласт.

Можно использовать беспламенные камеры сгорания для сжигания топлива внутри пласта. В патентах США № 5255742, выданном Микусу, № 5404952, выданном Винегару и др., № 5862858, выданном Веллингтону и др., описаны беспламенные камеры сгорания. Беспламенное сгорание можно осуществлять путем предварительного нагревания топлива и воздуха до температуры выше температуры самовозгорания смеси. Топливо и воздух можно смешивать в зоне нагревания для сжигания. В зоне нагревания беспламенной камеры сгорания может быть предусмотрена каталитическая поверхность для понижения температуры самовозгорания смеси топлива и воздуха.

Тепло можно подавать в пласт из нагревателя на поверхности. Поверхностный нагреватель может производить горючие газы, которые циркулируют через скважины для нагревания пласта. В качестве альтернативного решения можно использовать поверхностные горелки для нагревания переносящей тепло жидкости, которая проходит через скважину для нагревания пласта. Примеры огневых нагревателей или поверхностных горелок, которые можно использовать для нагревания подземного пласта, показаны в патенте США № 6056057, выданном Винегару и др., и № 6079499, выданном Микусу и др.

Из указанного выше следует, что были приложены значительные усилия для разработки способов и систем для экономичной добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из содержащих углеводороды пластов. Однако в настоящее время все еще имеются содержащие углеводороды пласты, из которых нельзя экономически выгодно добывать углеводороды, водород и/или другие продукты. Таким образом, все еще имеется потребность в улучшенных способах и системах для добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из различных содержащих углеводороды пластов. В некоторых применениях может быть полезным размещать нагреватели в отверстиях в пласте, так что нагреватели можно удалять из отверстия. В некоторых случаях нагреватели можно передислоцировать в другое отверстие в пласте. Нагреватели можно также удалять для проверки и/или ремонта нагревателей. Возможность удаления, замены и/или передислоцирования нагревателя благоприятно сказывается на стоимости оборудования и/или эксплуатации внутрипластового процесса.

Раскрытие изобретения

Один или более нагревателей могут быть расположены внутри отверстия в содержащем углеводороды пласте, так что нагреватели переносят тепло в пласт. В некоторых вариантах выполнения нагреватель может быть расположен в открытой скважине в пласте. «Открытая скважина» в пласте может быть без оболочки или «не обсаженной скважиной». Тепло может переноситься от нагревателя в пласт за счет проводимости или излучения. В качестве альтернативного решения нагреватель может быть расположен внутри нагревательной скважины, которая может быть забита гравием, песком и/или цементом, или в нагревательной скважине с оболочкой.

В одном варианте выполнения нагреватель может содержать нагреватель типа проводник в канале. Проводник может быть расположен внутри канала. Проводник может обеспечивать тепло, по меньшей мере, для части пласта. С проводником может быть соединен центратор. Центратор может препятствовать перемещению проводника внутри канала. Нагреватель типа проводник в канале может быть выполнен с возможностью удаления из отверстия в пласте.

Подача электрического тока в проводник может обеспечивать тепло для части пласта. Создаваемое тепло может переноситься от проводника в часть пласта. Тепло может приводить к пиролизу некоторых углеводородов в части пласта.

В одном варианте выполнения можно собирать нагреватель типа проводник в канале, имеющий желаемую длину. Проводник может быть помещен в канал с образованием нагревателя типа проводник в канале. Два или более нагревателей типа проводник в канале можно соединять друг с другом для образования нагревателя, имеющего желаемую длину. Проводники нагревателей типа проводник в канале могут быть соединены электрически друг с другом. Дополнительно к этому каналы могут быть электрически соединены друг с другом. Желаемая длина проводника в канале может быть расположена в отверстии в содержащем углеводороды пласте. В некоторых вариантах выполнения отдельные секции нагревателя типа проводник в канале можно соединять с использованием сварки активным газом с защитой зоны сварки.

В некоторых вариантах выполнения нагреватель желаемой длины можно собирать вблизи содержащего углеводороды пласта. Затем собранный нагреватель можно сматывать в витки. Нагреватель можно помещать в содержащий углеводороды пласт посредством разматывания нагревателя в отверстие в содержащем углеводороды пласте.

В одном варианте выполнения тепло может обеспечиваться одним или более нагревателями для части пласта. Обеспечиваемое тепло может переноситься в выбранную секцию пласта. Из пласта можно добывать смесь. Смесь может содержать, по меньшей мере, некоторые пиролизованные углеводороды. В некоторых вариантах выполнения нагреватель можно удалять из отверстия в пласте и повторно размещать, по меньшей мере, в одном альтернативном отверстии в пласте.

Краткое описание чертежей

Преимущества данного изобретения следуют для специалистов в данной области техники из последующего подробного описания вариантов выполнения со ссылками на чертежи, на которых изображено:

фиг.1 - стадии нагревания содержащего углеводороды пласта;

фиг.2 - схема варианта выполнения части внутрипластовой системы конверсии для обработки содержащего углеводороды пласта;

фиг.3 - вариант выполнения источника тепла в виде природной распределенной топки;

фиг.4 - вариант выполнения источника тепла в виде изолированного проводника;

фиг.5 - вариант выполнения нагревателей с тремя изолированными проводниками, размещенными внутри канала;

фиг.6 - вариант выполнения источника тепла типа проводник в канале в пласте;

фиг.7 - разрез варианта выполнения сменного источника тепла типа проводник в канале;

фиг.8 - вариант выполнения устья скважины с источником тепла типа проводник в канале;

фиг.9 - схема варианта выполнения нагревателя типа проводник в канале, в котором часть нагревателя расположена по существу горизонтально внутри пласта;

фиг.10 - вариант выполнения соединения нагревателя типа проводник в канале в увеличенном масштабе;

фиг.11 - схема варианта выполнения нагревателя типа проводник в канале, в котором часть нагревателя расположена по существу горизонтально в пласте;

фиг.12 - схема варианта выполнения нагревателя типа проводник в канале, в котором часть нагревателя расположена по существу горизонтально в пласте;

фиг.13 - схема варианта выполнения нагревателя типа проводник в канале, в котором часть нагревателя расположена по существу горизонтально в пласте;

фиг.14 - вариант выполнения центратора;

фиг.15 - вариант выполнения центратора;

фиг.16 - вариант выполнения сборки источника тепла типа проводник в канале и установки источника тепла в пласт;

фиг.17 - вариант выполнения источника тепла типа проводник в канале для установки в пласте;

фиг.18 - вариант выполнения источника тепла в пласте.

Хотя возможны различные модификации и альтернативные варианты выполнения, на чертежах показаны специальные варианты выполнения в качестве примеров, описание которых приводится ниже. Чертежи могут не соответствовать масштабу. Однако следует отметить, что чертежи и их подробное описание не должны ограничивать данное изобретение раскрытыми частными вариантами выполнения, а наоборот, изобретение охватывает все модификации, эквиваленты и альтернативы, входящие в идею и объем данного изобретения, заданный прилагаемой формулой изобретения.

Осуществление изобретения

Последующее описание относится в целом к системам и способам для обработки содержащего углеводороды пласта (например, пласта, содержащего уголь (включая лигнит, сапропелит и т.д.), нефтеносный сланец, углистый сланец, шунгиты, кероген, битумы, нефть, кероген и нефть в матрице с низкой проницаемостью, тяжелые углеводороды, асфальтиты, природные минеральные воски, пласты, в которых кероген блокирует добычу других углеводородов и т.д.). Такие пласты можно обрабатывать для получения углеводородных продуктов относительно высокого качества, водорода и других продуктов.

«Углеводороды» обозначают в целом молекулы, образованные первично с помощью атомов углерода и водорода. Углеводороды могут содержать также другие элементы, такие как, но не ограничиваясь этим, галогены, металлические элементы, азот, кислород и/или сера. Углеводороды могут быть, но не ограничиваясь этим, керогеном, битумом, пиробитумом, нефтью, природными минеральными восками и асфальтитами. Углеводороды могут быть расположены внутри или смежно с минеральными матрицами внутри земли. Матрицы могут включать, но не ограничиваясь этим, осадочную породу, пески, силицилиты, карбонаты, диатомиты и другие пористые среды. «Углеводородные жидкости» являются жидкостями, которые содержат углеводороды. Углеводородные жидкости могут включать, увлекать или быть увлеченными не углеводородными флюидами (например, водородом (Н₂), азотом (N₂), моноксидом углерода, диоксидом углерода, сероводородом, водой и аммиаком).

«Пласт» включает один или более содержащих углеводород слоев, один или более не углеводородных слоев, покрывающий слой и/или подстилающий слой. «Покрывающий слой» и/или «подстилающий слой» включают один или более типов непроницаемых материалов. Например, покрывающий слой и/или подстилающий слой могут включать скальную породу, сланец, аргиллит или влажный/плотный карбонат (т.е. непроницаемый карбонат без углеводородов). В некоторых вариантах выполнения процесса внутрипластовой конверсии покрывающий слой и/или подстилающий слой могут включать содержащий углеводороды слой или содержащие углеводороды слои, которые являются относительно непроницаемыми и не подвергаются воздействию температуры во время процесса конверсии, что приводит к значительному изменению характеристик содержащих углеводороды слоев покрывающего слоя и/или подстилающего слоя. Например, подстилающий слой может содержать сланец или аргиллит. В некоторых случаях покрывающий слой и подстилающий слой могут быть в некоторой степени проницаемыми.

Понятия «флюиды пласта» или «добываемые флюиды» относятся к флюидам, удаляемым из содержащего углеводороды пласта, и могут включать флюид пиролиза, синтез-газ, подвижный углеводород и воду (пар). Понятие «подвижный флюид» относится к флюидам внутри пласта, которые способны течь в результате тепловой обработки пласта. Флюиды пласта могут включать углеводородные флюиды, а также не углеводородные флюиды.

«Источником тепла» является любая система для обеспечения нагревания, по меньшей мере, части пласта по существу посредством переноса тепла с помощью проводимости и/или излучения. Например, источник тепла может включать электрические нагреватели, такие как изолированный проводник, удлиненный элемент и/или проводник, размещенный внутри канала. Источник тепла может также включать источники тепла, которые генерируют тепло посредством сжигания топлива снаружи или внутри пласта, такие как поверхностные горелки, забойные газовые горелки, беспламенные распределенные топки и природные распределенные топки. Дополнительно к этому предусмотрено, что в некоторых вариантах выполнения тепло, создаваемое или генерируемое в одном или более источниках тепла, может подаваться с помощью других источников энергии. Другие источники тепла могут непосредственно нагревать пласт или же энергия может подаваться в среду переноса тепла, которая непосредственно или опосредованно нагревает пласт. Следует отметить, что один или более источников тепла, которые подают тепло в пласт, могут использовать различные источники энергии. Например, при заданном пласте некоторые источники тепла могут подавать тепло из электрических резистивных нагревателей, некоторые источники тепла могут подавать тепло за счет сгорания, а некоторые источники тепла могут создавать тепло из одного или более других источников энергии (например, химических реакций, солнечной энергии, ветровой энергии, биомассы или других источников возобновляемой энергии). Химическая реакция может включать экзотермическую реакцию (например, реакцию окисления). Источник тепла может содержать нагреватель, который обеспечивает тепло для зоны, близкой и/или окружающей место нагревания, такого как нагревательная скважина.

«Нагреватель» является любой системой для генерирования тепла в скважине или в зоне вблизи скважины. Нагреватели могут быть, но не ограничиваясь этим, электрическими нагревателями, горелками, камерами сгорания, которые вступают в реакцию с материалом внутри пласта или же добываемым из пласта (например, природные распределенные топки), и/или их комбинациями. «Блок источников тепла» обозначает несколько источников тепла, которые образуют группу, которая повторяется для создания схемы источников тепла внутри пласта.

Понятие «скважина» относится к отверстию в пласте, выполненному посредством бурения или ввода канала в пласт. Скважина может иметь по существу круговое поперечное сечение или другие формы поперечного сечения (например, круговые, овальные, прямоугольные, треугольные, щелевые или другие регулярные или нерегулярные формы). В данном описании понятия «колодец» и «отверстие», когда они относятся к отверстию в пласте, могут использоваться с заменой на понятие «скважина».

«Природная распределенная топка» относится к нагревателю, который использует окислитель для окисления, по меньшей мере, части углерода в пласте с целью генерирования тепла, и при этом окисление происходит вблизи скважины. Большинство продуктов сгорания, создаваемых в природной распределенной топке, удаляются через скважину.

«Отверстия» относятся к раскрывам (например, раскрывам в каналах), имеющим широкий спектр размеров и форм поперечного сечения, включающих, но не ограничиваясь этим, круговые, овальные, квадратные, прямоугольные, треугольные, щелевые или другие регулярные или не регулярные формы.

«Зона реакции» относится к объему содержащего углеводороды пласта, который подвергается химической реакции, такой как реакция окисления.

«Изолированный проводник» относится к любому удлиненному материалу, который способен проводить электричество и который покрыт, частично или полностью, электрически изоляционным материалом. Понятие «самоуправление» относится к управлению выходом нагревателя без внешнего управления любого типа.

«Флюиды пиролизации» или «продукты пиролиза» относятся к флюидам, добываемым по существу во время пиролиза углеводородов. Флюиды, добываемые за счет реакций пиролиза, могут смешиваться с другими флюидами в пласте. Смесь считается флюидом пиролизации или продуктом пиролиза. В данном описании «зона пиролиза» относится к объему пласта (например, относительно проницаемого пласта, такого как пласт битуминозных песков), который вовлекается в реакцию или вступает в реакцию с образованием флюида пиролизации.

«Конденсируемые углеводороды» являются углеводородами, которые конденсируются при 25°С и абсолютном давлении в одну атмосферу. Конденсируемые углеводороды могут включать смесь углеводородов, имеющих число атомов углерода более 4. «Не конденсируемые углеводороды» являются углеводородами, которые не конденсируются при 25°С и абсолютном давлении менее одной атмосферы. Не конденсируемые углеводороды могут включать смесь углеводородов, имеющих число атомов углерода менее 5.

Углеводороды в пластах можно обрабатывать различными способами для получения многих различных продуктов. В некоторых вариантах выполнения такие пласты можно обрабатывать несколькими стадиями. На фиг.1 показаны несколько стадий нагревания содержащего углеводороды пласта. На фиг.1 показан пример добычи (в баррелях нефтяного эквивалента на тонну) (по оси у) флюидов пласта из содержащего углеводороды пласта в зависимости от температуры (в °С) (по оси х) пласта (при нагревании пласта с относительно низкой скоростью).

Десорбция метана и испарение воды происходит во время стадии 1 нагревания. Нагревание пласта на стадии 1 можно осуществлять как можно быстрее. Например, при первоначальном нагревании содержащего углеводороды пласта углеводороды в пласте могут десорбировать адсорбированный метан. Десорбированный метан можно добывать из пласта. Если нагревать далее содержащий углеводороды пласт, то может испаряться вода, содержащаяся внутри содержащего углеводороды пласта. Вода может занимать в некоторых содержащих углеводороды пластах между около 10% и около 50% объема пор в пласте. В других пластах вода может занимать большие или меньшие части объема пор. Вода обычно испаряется в пласте при температурах между около 160°С и около 285°С и при давлениях от около 6 бар (абсолютное значение) до около 70 бар (абсолютное значение). В некоторых вариантах выполнения испаряемая вода может вызывать изменение смачиваемости в пласте и/или повышение давления пласта. Изменения смачиваемости или повышенное давление могут влиять на реакции пиролиза или другие реакции в пласте. В некоторых вариантах выполнения испаренную воду можно добывать из пласта. В других вариантах выполнения испаренную воду можно использовать для выделения и/или дистилляции пара в скважине или вне скважины. Удаление воды и увеличение объема пор в пласте может увеличивать пространство для хранения углеводородов внутри объема пор.

После стадии 1 нагревания пласт можно нагревать далее, так что температура внутри пласта достигает, (по меньшей мере), начальной температуры пиролиза (например, температуры на нижнем конце диапазона температур, показанного на фиг.2). В течение стадии 2 может происходить пиролиз углеводородов внутри пласта. Диапазон температур пиролиза может изменяться в зависимости от типа углеводородов внутри пласта. Диапазон температур пиролиза может включать температуры между около 250°С и около 900°С. Диапазон температур пиролиза для добычи желаемых продуктов может простираться лишь в части полного диапазона температур пиролиза. В некоторых вариантах выполнения диапазон температур пиролиза для добычи желаемых продуктов может включать температуры между около 250°С и около 400°С. Если температуру углеводородов в пласте медленно повышать в диапазоне температур от около 250°С до около 400°С, то создание продуктов пиролиза может быть по существу завершено, когда температура приближается к 400°С. Нагревание содержащего углеводороды пласта с помощью нескольких источников тепла может создавать температурные градиенты вокруг источников тепла, которые медленно повышают температуру углеводородов в пласте в диапазоне температур пиролиза.

В некоторых вариантах выполнения внутрипластовой конверсии температуру углеводородов, подлежащих пиролизу, можно не повышать медленно в диапазоне температур пиролиза от около 250°С до около 400°С. Углеводороды в пласте можно нагревать до желаемой температуры (например, около 325°С). В качестве желаемых температур можно выбирать другие температуры. Наложение тепла из источников тепла может обеспечивать достижение желаемой температуры относительно быстро и эффективно в пласте. Ввод тепла в пласт из источников тепла можно регулировать для поддержания температуры в пласте по существу на желаемой температуре. Углеводороды можно поддерживать по существу на желаемой температуре, пока пиролиз не спадет, так что добыча желаемых флюидов из пласта становится не экономичной.

Флюиды пласта, включающие флюиды пиролиза, можно добывать из пласта. Флюиды пиролиза могут включать, но не ограничиваясь этим, углеводороды, водород, диоксид углерода, моноксид углерода, сероводород, аммиак, азот, воду и их смеси. При повышении температуры пласта количество конденсируемых углеводородов в добываемых флюидах пласта имеет тенденцию к понижению. При высоких температурах из пласта можно добывать в основном метан и/или водород. Если содержащий углеводороды пласт нагревать во всем диапазоне пиролиза, то из пласта можно добывать лишь небольшие количества водорода вблизи верхнего предела диапазона пиролиза. После истощения всего доступного водорода обычно происходит добыча минимального количества флюида из пласта.

После пиролиза углеводородов большое количество углерода и некоторое количество водорода все еще присутствуют в пласте. Значительную часть остающегося углерода в пласте можно добывать из пласта в виде синтез-газа. Генерирование синтез-газа может происходить во время стадии 3, показанной на фиг.1. Стадия 3 может включать нагревание содержащего углеводороды пласта до температуры, достаточной для обеспечения генерирования синтез-газа. Например, синтез-газ можно добывать внутри диапазона температур от около 400°С до около 1200°С. Температура пласта, когда генерирующий синтез-газ флюид вводится в пласт, может определять состав синтез-газа, добываемого из пласта. Если генерирующий синтез-газ флюид вводится в пласт при температуре, достаточной для обеспечения генерирования синтез-газа, то внутри пласта может генерироваться синтез-газ. Генерированный синтез-газ можно удалять из пласта через эксплуатационную скважину или эксплуатационные скважины. Во время генерирования синтез-газа можно добывать большой объем генерированного синтез-газа.

На фиг.2 показана схема варианта выполнения части внутрипластовой системы конверсии для обработки содержащего углеводороды пласта. Источники 100 тепла могут быть расположены внутри, по меньшей мере, части содержащего углеводороды пласта. Источники 100 тепла могут включать, например, электрические нагреватели, такие как изолированные проводники, нагреватели типа проводник в канале, поверхностные горелки, беспламенные распределенные топки и/или природные распределенные топки. Источники 100 тепла могут включать также другие типы нагревателей. Источники 100 тепла могут обеспечивать нагревание, по меньшей мере, части содержащего углеводороды пласта. Энергия может подаваться к источникам 100 тепла по питающим линиям 102. Питающие линии могут иметь различную структуру в зависимости от типа источника тепла или источников тепла, используемых для нагревания пласта. Питающие линии для источников тепла могут передавать электрическую энергию для электрических нагревателей, могут транспортировать топливо для топок или же могут транспортировать теплообменную жидкость, которая циркулирует внутри пласта.

Эксплуатационные скважины 104 можно использовать для удаления флюида из пласта. Флюид пласта, добываемый из эксплуатационных скважин 104, можно транспортировать через коллекторный трубопровод 106 к установкам 108 для обработки. Флюиды пласта можно добывать также из источников 100 тепла. Например, можно добывать флюид из источников 100 тепла для управления давлением внутри пласта вблизи источников тепла. Флюид, добываемый из источников 100 тепла, можно транспортировать через трубы или трубопроводы к коллекторному трубопроводу 106, или же добываемый флюид можно транспортировать через трубы или трубопровод непосредственно к установкам 108 обработки. Установки 108 обработки могут содержать разделительные блоки, блоки реакций, блоки повышения качества, топливные элементы, турбины, баки для хранения и другие системы и блоки для обработки добытых флюидов пласта.

Система внутрипластовой конверсии для обработки углеводородов может содержать барьерные скважины 110. В некоторых вариантах выполнения барьеры можно использовать для воспрещения миграции флюидов (например, генерированных флюидов и/или подземных вод) в и/или из части пласта, в которой выполняется процесс внутрипластовой конверсии. Барьеры могут включать, но не ограничиваясь этим, естественно присутствующие части (например, покрывающий слой и/или подстилающий слой), замораживающие скважины, замороженные барьерные зоны, низкотемпературные барьерные зоны, цементированные стенки, серные скважины, водопонижающие скважины, нагнетательные скважины, барьер, образованный гелем, созданным в пласте, барьер, образованный посредством осаждения солей в пласте, барьер, образованный посредством реакции полимеризации в пласте, листов, введенных в пласт, или их комбинации.

Как показано на фиг.2, дополнительно к источникам 100 тепла обычно одна или более эксплуатационных скважин 104 могут быть расположены внутри части содержащего углеводороды пласта. Флюиды пласта можно добывать из эксплуатационных скважин 104. В некоторых вариантах выполнения эксплуатационная скважина 104 может содержать источник тепла. Источник тепла может нагревать части пласта у или вблизи эксплуатационной скважины и обеспечивает удаления паровой фазы флюидов пласта. Необходимость выкачивания жидкостей с высокой температурой из эксплуатационной скважины можно уменьшить или исключить. Исключение или ограничение выкачивания жидкостей с высокой температурой может существенно снизить стоимость добычи. Обеспечение нагревания у или через эксплуатационную скважину может: (1) подавлять конденсацию и/или дефлегмацию добытого флюида, когда такой добытый флюид перемещается в эксплуатационной скважине вблизи покрывающего слоя, (2) увеличивать ввод тепла в пласт и/или (3) увеличивать проницаемость пласта у или вблизи эксплуатационной скважины. В некоторых вариантах выполнения процесса внутрипластовой конверсии количество тепла, подаваемого в эксплуатационные скважины, значительно меньше, чем количество тепла, подводимого к источникам тепла, которые нагревают пласт.

В одном варианте выполнения содержащий углеводороды пласт можно нагревать с помощью системы природных распределенных топок, расположенных в пласте. Генерированному теплу можно позволять переноситься в выбранную секцию пласта.

Температура, достаточная для поддержания окисления, может составлять, по меньшей мере, около 200°С или 250°С. Температура, достаточная для окисления, может изменяться в зависимости от многих факторов (например, состава углеводородов в содержащем углеводороды пласте, содержания воды в пласте и/или типа и количества окислителя). Некоторое количество воды можно удалять из пласта перед нагреванием. Например, воду можно выкачивать из пласта с помощью водопонижающих скважин. Нагреваемая часть пласта может быть вблизи или по существу смежной отверстию в содержащем углеводороды пласте. Отверстие в пласте может быть нагревательной скважиной, образованной в пласте. Нагреваемая часть содержащего углеводороды пласта может проходить радиально от отверстия на ширину от около 0,3 м до около 1,2 м. Однако ширина может быть также менее 0,9 м. Ширина нагреваемой части может изменяться со временем. В некоторых вариантах выполнения изменение зависит от факторов, включающих ширину пласта, необходимую для генерирования достаточного количества тепла во время окисления углерода для поддерживания реакции окисления без подачи тепла от дополнительного источника тепла.

После достижения частью пласта температуры, достаточной для поддержания окисления, можно подавать окислительный флюид в отверстие для окисления части углеводородов в зоне реакции или в зоне источника тепла внутри пласта. Окисление углеводородов генерирует тепло в зоне реакции. Генерированное тепло в большинстве вариантов выполнения передается из зоны реакции в зону пиролиза в пласте. В некоторых вариантах выполнения генерированное тепло передается со скоростью между около 650 Вт на метр и между около 1650 Вт на метр при измерении вдоль глубины зоны реакции. После окисления, по меньшей мере, некоторых углеводородов в пласте энергию, подаваемую в нагреватель для первоначального нагревания пласта до температуры, достаточной для поддержания окисления, можно уменьшить или отключить. Стоимость ввода энергии можно значительно понизить при использовании природных распределенных топок, что обеспечивает значительно более эффективную систему для нагревания пласта.

В одном варианте выполнения в отверстии может быть размещен канал для подачи окислительного флюида в отверстие. Канал может иметь отверстия для потока или другие механизмы управления потоком (например, прорези, расходомеры Вентури, клапаны и т.д.) для обеспечения прохода флюида в отверстие. Понятие «отверстия» включает раскрывы, имеющие различную форму поперечного сечения, включая, но не ограничиваясь этим, круговые, овальные, квадратные, прямоугольные, треугольные, щелевые или другие регулярные или не регулярные формы. Отверстия для потока могут быть в некоторых вариантах выполнения критическими отверстиями потока. Отверстия для потока могут обеспечивать по существу постоянный поток окислительного флюида в отверстие, независимо от давления в отверстии.

Потоком окислительного флюида в отверстие можно управлять так, что скорость окисления в зоне реакции является управляемой. Перенос тепла между входящим окислителем и выходящими продуктами окисления может нагревать окислительный флюид. Перенос тепла может также удерживать канал ниже рабочей температуры канала.

На фиг.3 показан вариант выполнения природной распределенной топки, которая может нагревать содержащий углеводороды пласт. Канал 112 может быть расположен в отверстии 114 в углеводородном пласте 116. Канал 112 может быть внутренним каналом 118. Источник 120 окислительного флюида может подавать окислительный флюид 122 во внутренний канал 118. Внутренний канал 118 может иметь отверстия 124 критического потока вдоль своей длины. Отверстия 124 критического потока могут быть расположены по спирали (или по любой другой схеме) вдоль длины внутреннего канала 118 в отверстии 114. Например, отверстия 118 критического потока могут быть расположены по спирали с расстоянием от около 1 м до около 2,5 м между смежными отверстиями. Внутренний канал 118 может быть герметизирован на дне. Окислительный флюид 122 может подаваться в отверстие 114 через отверстия 124 критического потока внутреннего канала 118.

Отверстия 124 критического потока могут быть выполнены так, что обеспечивается по существу одинаковая скорость потока окислительного флюида 122 через каждое отверстие критического потока. Отверстия 124 критического потока могут также обеспечивать по существу равномерный поток окислительного флюида 122 вдоль длины внутреннего канала 118. Такой поток может обеспечивать по существу равномерное нагревание углеводородного слоя 116 вдоль длины внутреннего канала 118.

Упаковочный материал 126 может окружать канал 112 в покрывающем слое 128 пласта. Упаковочный материал 126 может воспрещать поток флюидов из отверстия 114 к поверхности 130. Упаковочный материал 126 может включать любой материал, который воспрещает поток флюидов к поверхности 130, такой как цемент, уплотненный песок или гравий. Канал или отверстие через упаковочный материал может создавать путь для достижения продуктами окисления поверхности.

Продукты 132 окисления обычно входят в канал 112 из отверстия 114. Продукты 132 окисления могут включать диоксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, моноксид углерода и/или другие продукты, являющиеся результатом реакции кислорода с углеводородами и/или углеродом. Продукты 132 окисления можно удалять через канал 112 на поверхность 130. Продукты 132 окисления могут протекать по поверхности зоны 134 реакции в отверстие 114 почти до верхнего конца отверстия 11