Способ обработки пласта битуминозных песков и транспортное топливо, изготовленное с использованием способа

Способ обработки пласта битуминозных песков и транспортное топливо, изготовленное с использованием способа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Уровень техники

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение, в общем, касается способов и систем, предназначенных для добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из различных подземных пластов, таких как пласты, содержащие углеводороды (например, пласты битуминозных песков).

Уровень техники

Углеводороды, добываемые из подземных пластов, часто используются в качестве энергетических ресурсов, сырья и потребительских товаров. Озабоченность по поводу истощения углеводородных ресурсов и ухудшения общего качества добываемых углеводородов привела к разработке способов более эффективной добычи, обработки и/или использования доступных углеводородных ресурсов. Для извлечения углеводородных материалов из подземных пластов могут быть использованы процессы in situ. Для того чтобы легче извлекать углеводородный материал из подземного пласта может потребоваться изменить химические и/или физические свойства углеводородного материала. Изменения химических и физических свойств могут включать в себя реакции in situ, в результате которых получаются извлекаемые флюиды, изменение состава, изменение растворяющей способности, изменение плотности, фазовые превращения и/или изменение вязкости углеводородного материала пласта. Флюид может представлять собой, помимо прочего, газ, жидкость, эмульсию, суспензию и/или поток твердых частиц, характеристики которого аналогичны характеристикам потока жидкости.

Крупные месторождения тяжелых углеводородов (тяжелая нефть и/или битум), содержащихся в сравнительно проницаемых пластах (например, в битуминозных песках) обнаружены в Северной Америке, Южной Америке, Африке и Азии. Битум можно добывать на поверхности и обогащать до легких углеводородов, таких как сырая нефть, лигроин, керосин и/или газойль. Процессы дробления на поверхности могут дополнительно отделять битум от песка. Отделенный битум может быть переработан в легкие углеводороды с использованием обычных способов нефтепереработки. Добыча и обогащение битуминозных песков обычно существенно дороже добычи легких углеводородов из обычных нефтеносных пластов.

Добыча in situ углеводородов из битуминозного песка может быть осуществлена посредством нагревания пласта и/или нагнетания газа в пласт. В патенте US №5211230 Остаповича (Ostapovich) и др. и патенте US №5339897 Лета (Leaute) описана горизонтальная добывающая скважина, расположенная в нефтеносном пласте. Вертикальная труба может быть использована для нагнетания окисляющего газа в пласт с целью сжигания in situ.

В патенте US №2780450 Люнгстрома (Ljungstrom) описано нагревание in situ битумных пластов горных пород, направленное на переработку или крекинг жидкого нефтеобразного вещества в нефти и газы.

В патенте US №4597441 Bea (Ware) и др. описано одновременное соприкосновение в пласте нефти, теплоты и водорода. Гидрогенизация может улучшить добычу нефти из пласта.

В патенте US №5046559 Гландта (Glandt) и патенте US №5060726 Гландта и др. описано предварительное нагревание части пласта битуминозного песка между нагнетательной скважиной и добывающей скважиной. Для добычи углеводородов из добывающей скважины через нагнетательную скважину в пласт может быть закачан пар.

Как отмечено выше, прилагаются значительные усилия, направленные на разработку способов и систем экономически целесообразной добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из пластов, содержащих углеводороды. Тем не менее в настоящий момент все еще существует большое количество пластов, содержащих углеводороды, из которых невозможно добывать углеводороды, водород и/или другие продукты экономически целесообразным способом. Таким образом, существует необходимость в улучшенных способах и системах добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из различных пластов, содержащих углеводороды.

Раскрытие изобретения

Описанные варианты реализации изобретения в целом относятся к системам, способам и нагревателям, предназначенным для обработки подземного пласта.

Согласно изобретению способ обработки пласта битуминозных песков характеризуется тем, что нагревают первую часть углеводородного слоя в пласте от одного или более нагревателей, расположенных в пласте; регулируют нагрев для увеличения флюидной приемистости указанной первой части; нагнетают и/или создают рабочий флюид и/или окисляющий флюид в указанной первой части, с тем чтобы вызвать перемещение по меньшей мере некоторых углеводородов из второй части углеводородного слоя в третью часть углеводородного слоя, при этом вторая часть расположена между первой и третьей частями, причем первая, вторая и третья части расположены на расстоянии друг от друга по горизонтали; нагревают третью часть от одного или более нагревателей, расположенных в третьей части; добывают углеводороды из третьей части пласта, причем углеводороды включают в себя по меньшей мере некоторое количество углеводородов из второй части пласта; при этом до проведения тепловой обработки в пласте формируют газовую шапку для препятствия быстрому увеличению давления во время тепловой обработки до давления гидроразрыва, поддержания качества фронта вытеснения при добыче углеводородов и обеспечения возможности уменьшения мощности нагревателей в упомянутой газовой шапке.

Рабочий флюид и/или окисляющий флюид может содержать пар, воду, диоксид углерода, оксид углерода, метан, углеводороды, являющиеся результатом пиролиза, и/или воздух.

В предпочтительном варианте дополнительно подводят теплоту ко второй части, причем это количество теплоты меньше, чем тепло, подведенное к первой части, и меньше, чем тепло, подведенное к третьей части. Теплоту подводят ко второй части таким образом, что средняя температура второй части составляет, самое большее, 100°С.

В частности, подводят теплоту к третьей части таким образом, что средняя температура третьей части составляет, по меньшей мере, 270°С; к первой части подводят теплоту для образования кокса в первой части.

В некоторых вариантах подают окисляющий флюид для окисления по меньшей мере некоторых углеводородов и/или кокса в первой части и увеличения температуры в первой части, и удаляют продукты окисления из первой части.

В некоторых вариантах подают окисляющий флюид для окисления по меньшей мере некоторых углеводородов и/или кокса в первой части и увеличения температуры в первой части, и затем добавляют пар в первую часть для нагревания пара и нагнетания флюидов во вторую и третью части.

Предпочтительно пласт имеет проницаемость по горизонтали больше, чем проницаемость по вертикали, так что перемещающиеся углеводороды двигаются через пласт по существу горизонтально; объем второй части больше, чем объем первой части и/или объем третьей части.

В некоторых вариантах осуществления изобретения подводят теплоту к третьей части так, что по меньшей мере некоторые углеводороды из второй части пиролизуются в третьей части. В частности, обеспечивают перемещение по меньшей мере некоторых углеводородов из первой части во вторую часть. После нагревания пористость и/или приемистость первой части являются по существу однородными.

В некоторых вариантах осуществления изобретения после увеличения флюидной приемистости в первой части уменьшают мощность по меньшей мере некоторых нагревателей в первой части и/или выключают по меньшей мере некоторые нагреватели в первой части. Предпочтительно начальная приемистость первой части мала или отсутствует.

В частных вариантах осуществления изобретения регулируют температуру и давление в первой части и/или третьей части таким образом, что а) по меньшей мере большая часть углеводородов в первой части и/или третьей части являются результатом легкого крекинга, б) давление меньше давления гидроразрыва первой части и/или третьей части, и в) по меньшей мере некоторые углеводороды в первой части и/или третьей части образуют флюид, содержащий углеводороды, являющиеся результатом легкого крекинга, и который можно добывать через добывающую скважину.

Подвижность по меньшей мере некоторым углеводородам во второй части придают с использованием теплоты от нагревателей, расположенных во второй части, теплоты, переданной из первой части, и/или теплоты, переданной из третьей части.

В частных вариантах реализации изобретения используют добытые флюиды для получения транспортного топлива.

В других вариантах осуществления изобретения к описанным конкретным вариантам осуществления изобретения могут быть добавлены дополнительные признаки.

Краткое описание чертежей

Достоинства настоящего изобретения будут ясны специалистам в рассматриваемой области после прочтения подробного описания, содержащего ссылки на приложенные чертежи, на которых:

фиг.1 - вид, показывающий этапы нагревания пласта, содержащего углеводороды;

фиг.2 - схематический вид варианта осуществления части системы тепловой обработки in situ, предназначенной для обработки пласта, содержащего углеводороды;

фиг.3 - вид сбоку, показывающий вариант осуществления изобретения, предназначенный для добычи подвижных флюидов из пласта битуминозных песков со сравнительно тонким слоем углеводородов;

фиг.4 - вид сбоку, показывающий вариант осуществления изобретения, предназначенный для добычи подвижных флюидов из пласта битуминозных песков, слой углеводородов в котором толще слоя углеводородов, показанного на фиг.3;

фиг.5 - вид сбоку, показывающий вариант осуществления изобретения, предназначенный для добычи подвижных флюидов из пласта битуминозных песков, слой углеводородов в котором толще слоя углеводородов, показанного на фиг.4;

фиг.6 - вид сбоку, показывающий вариант осуществления изобретения, предназначенный для добычи подвижных флюидов из пласта битуминозных песков, слой углеводородов в котором содержит глинистый пропласток;

фиг.7 - вид сверху, показывающий вариант осуществления изобретения, предназначенный для предварительного нагревания с использованием нагревателей для осуществления процесса вытеснения;

фиг.8 - вид сбоку, показывающий вариант осуществления изобретения, в котором в пласте битуминозных песков используется, по меньшей мере, три участка обработки;

фиг.9 - вид сбоку, показывающий вариант осуществления изобретения, предназначенный для предварительного нагревания с использованием нагревателей для осуществления процесса вытеснения;

фиг.10 - вид, показывающий распределение температуры в пласте после 360 дней, данные получены с использованием STARS моделирования;

фиг.11 - вид, показывающий распределение насыщения нефтью пласта после 360 дней, данные получены с использованием STARS моделирования;

фиг.12 - вид, показывающий распределение насыщения нефтью пласта после 1095 дней, данные получены с использованием STARS моделирования;

фиг.13 - вид, показывающий распределение насыщения нефтью пласта после 1470 дней, данные получены с использованием STARS моделирования;

фиг.14 - вид, показывающий распределение насыщения нефтью пласта после 1826 дней, данные получены с использованием STARS моделирования;

фиг.15 - вид, показывающий распределение температуры в пласте после 1826 дней, данные получены с использованием STARS моделирования;

фиг.16 - вид, показывающий зависимость темпа добычи нефти и темпа добычи газа от времени;

фиг.17 - вид, показывающий зависимость процента по весу природного битума в пласте (ПБП) (левая ось) и процента по объему ПБП (правая ось) от температуры (°С);

фиг.18 - вид, показывающий зависимость процента переработки битума (процента по весу ПБП) (левая ось) и процента по весу нефти, газа и кокса (как процента по весу ПБП) (правая ось) от температуры (°С);

фиг.19 - вид, показывающий зависимость плотности в градусах (°) Американского нефтяного института (АНИ) (левая ось) для добытых флюидов, флюидов, добытых при продувке, и остатка нефти в пласте, а также давления (манометрического давления в фунтах на квадратный дюйм) (правая ось) от температуры (°С);

фиг.20A-D - виды, показывающие зависимость коэффициента содержания газа в нефти (КСГН) в тысячах кубических футов на баррель (Mcf/bbl) (ось ординат) от температуры (°С) (ось абсцисс) для различных типов газа при низкотемпературной продувке (примерно 277°С) и высокотемпературной продувке (примерно 290°С);

фиг.21 - вид, показывающий зависимость выхода кокса (процент по весу) (ось ординат) от температуры (°С) (ось абсцисс);

фиг.22A-D - виды, показывающие оценки изомерных сдвигов углеводородов во флюидах, добытых из экспериментальных ячеек как функции температуры и переработки битума;

фиг.23 - вид, показывающий зависимость процента по весу (ось ординат) для насыщенных углеводородов, полученную из SARA исследования добытых флюидов, от температуры (°С) (ось абсцисс);

фиг.24 - вид, показывающий зависимость процента по весу (ось ординат) n-С₇ для добытых флюидов от температуры (°С) (ось абсцисс);

фиг.25 - вид, показывающий зависимость добычи нефти (процент по объему битума в пласте) от плотности в градусах АНИ (°), которая определяется давлением (МПа) в пласте и выявляется в ходе эксперимента;

фиг.26 - вид, показывающий зависимость эффективности (%) добычи флюидов от температуры (°С) при различных давлениях, указанная зависимость определялась экспериментально.

Хотя изобретение не исключает различные модификации и альтернативные формы, далее для примера на чертежах показаны и подробно описаны конкретные варианты осуществления изобретения. Чертежи могут быть выполнены не в масштабе. Тем не менее необходимо понимать, что чертежи и подробное описание не ограничивают изобретение конкретной описанной формой, а наоборот, изобретение подразумевает все модификации, эквиваленты и альтернативы, не выходящие за рамки объема настоящего изобретения, который определен в прилагаемой формуле изобретения.

Подробное описание изобретения

Последующее описание, в общем, относится к системам и способам обработки углеводородов в пластах. Такие пласты обрабатывают с целью добычи углеводородных продуктов, водорода и других продуктов.

Под «плотностью в градусах АНИ» понимается плотность в градусах АНИ при 15,5°С (60°F). Плотность в градусах АНИ определяют согласно способу Американского общества по испытанию материалов (ASTM) D6822 или способу ASTM D1298.

«Бромным числом» называется процент по весу олефинов в граммах на 100 грамм части добытого флюида, интервал кипения которой расположен ниже 246°С, при этом тестирование указанной части проводится с использованием способа ASTM D1159.

«Крекингом» называется процесс, включающий в себя расщепление и воссоединение молекул органических веществ с целью получения большего количества молекул, чем присутствовало изначально. При крекинге осуществляется ряд реакций, сопровождающихся перемещением атомов водорода между молекулами. Например, лигроин может подвергаться реакции термического крекинга с целью получения этана и Н₂.

«Давление флюида» - это давление, порождаемое флюидом в пласте. «Литостатическое давление» (иногда называемое «литостатическим напряжением») представляет собой давление в пласте, равное весу на единицу площади вышележащей горной породы. «Гидростатическое давление» представляет собой давление в пласте, причиной которого является столб воды.

«Пласт» включает в себя один или несколько слоев, содержащих углеводороды, один или несколько неуглеводородных слоев, покрывающий слой и/или подстилающий слой. «Углеводородными слоями» называются слои пласта, которые содержат углеводороды. Углеводородные слои могут содержать неуглеводородные материалы и углеводородные материалы. «Покрывающий слой» и/или «подстилающий слой» содержат один или несколько различных типов непроницаемых материалов. Например, покрывающий и/или подстилающий слои могут представлять собой скалу, сланцевую глину, алевритоглинистую породу или плотную карбонатную горную породу, не пропускающую влагу. В некоторых вариантах осуществления процессов тепловой обработки in situ покрывающий и/или подстилающий слои могут включать в себя содержащий углеводороды слой или содержащие углеводороды слои, которые сравнительно непроницаемы и не подвергаются воздействию температур в процессе тепловой обработки in situ, в результате которой характеристики содержащих углеводороды слоев покрывающего и/или подстилающего слоев значительно изменяются. Например, подстилающий слой может содержать сланцевую глину или алевритоглинистую породу, но при осуществлении процесса тепловой обработки in situ подстилающий слой не нагревают до температуры пиролиза. В некоторых случаях покрывающий и/или подстилающий слои могут быть до некоторой степени проницаемыми.

«Пластовыми флюидами» называются флюиды, присутствующие в пласте, и они могут содержать флюид, полученный в результате пиролиза, синтез-газ, подвижные углеводороды и воду (пар). Пластовые флюиды могут содержать углеводородные флюиды, а также неуглеводородные флюиды. Под «подвижными флюидами» понимают флюиды пласта, содержащего углеводороды, которые способны течь в результате тепловой обработки пласта. «Добытыми флюидами» называются флюиды, извлеченные из пласта.

«Источник тепла» представляет собой любую систему, подводящую теплоту, по меньшей мере, к части пласта, теплота передается в основном в результате радиационного теплообмена и/или кондуктивной передачи тепла. Например, источник тепла может содержать электрические нагреватели, такие как изолированный проводник, удлиненный элемент и/или проводник, расположенный в трубе. Также источник тепла может содержать системы, вырабатывающие теплоту в результате горения топлива вне пласта или в нем. Эти системы могут быть внешними горелками, забойными газовыми горелками, беспламенными распределенными камерами сгорания и природными распределенными камерами сгорания. В некоторых вариантах осуществления изобретения теплота, подведенная к одному или нескольким источникам тепла или выработанная в них, может подводиться от других источников энергии. Другие источники энергии могут непосредственно нагревать пласт или энергия может сообщаться передающей среде, которая непосредственно или косвенно нагревает пласт. Ясно, что один или несколько источников тепла, которые передают теплоту пласту, могут использовать различные источники энергии. Таким образом, например, для заданного пласта некоторые источники тепла могут подводить теплоту от резистивных нагревателей, некоторые источники тепла могут обеспечивать нагревание благодаря камере сгорания, а другие источники тепла могут подводить теплоту из одного или нескольких источников энергии (например, энергия от химических реакций, солнечная энергия, энергия ветра, биомасса или другие источники возобновляемой энергии). Химическая реакция может включать в себя экзотермические реакции (например, реакцию окисления). Также источник тепла может включать в себя нагреватель, который подводит теплоту в зону, расположенную рядом с нагреваемым местом, таким как нагревательная скважина, или окружающую это место.

«Нагреватель» - это любая система или источник тепла, предназначенная для выработки теплоты в скважине или рядом со стволом скважины. К нагревателям относят, помимо прочего, электрические нагреватели, горелки, камеры сгорания, в которых в реакцию вступает материал пласта или материал, добываемый в пласте, и/или их комбинации.

«Тяжелые углеводороды» представляют собой вязкие углеводородные флюиды. К тяжелым углеводородам могут относиться вязкие углеводородные флюиды, такие как тяжелая нефть, битум и/или асфальтовый битум. Тяжелые углеводороды могут содержать углерод и водород, а также еще более маленькие концентрации серы, кислорода и азота. Также в тяжелых углеводородах может присутствовать незначительное количество дополнительных элементов. Тяжелые углеводороды можно классифицировать по плотности в градусах АНИ. В общем, плотность тяжелых углеводородов в градусах АНИ составляет менее примерно 20°. Например, плотность тяжелой нефти в градусах АНИ составляет 10-20°, а плотность битума в градусах АНИ в целом составляет менее примерно 10°. Вязкость тяжелых углеводородов в целом составляет более примерно 100 сП при 15°С. Тяжелые углеводороды могут содержать ароматические и другие сложные циклические углеводороды.

Тяжелые углеводороды могут быть найдены в сравнительно проницаемых пластах. Сравнительно проницаемые пласты могут содержать тяжелые углеводороды, расположенные, например, в песке или карбонатных горных породах. По отношению к пласту или его части термин «сравнительно проницаемый» означает, что средняя проницаемость составляет от 10 мДарси или более (например, 10 или 100 мДарси). По отношению к пласту или его части термин «сравнительно мало проницаемый» означает, что средняя проницаемость составляет менее примерно 10 мДарси. 1 Дарси равен примерно 0,99 квадратного микрометра. Проницаемость непроницаемого слоя, в общем, составляет менее 0,1 мДарси.

Некоторые типы пластов, содержащих тяжелые углеводороды, также могут содержать, помимо прочего, природные минеральные воски или природные асфальтиты. Обычно «природные минеральные воски» расположены в, по существу, цилиндрических жилах, ширина которых составляет несколько метров, длина равна нескольким километрам, а глубина составляет сотни метров. К «природным асфальтитам» относятся твердые углеводороды ароматического состава и они обычно расположены в больших жилах. Добыча in situ из пластов углеводородов, таких как природные минеральные воски и природные асфальтиты, может включать в себя расплавление с целью получения жидких углеводородов и/или добычу растворением углеводородов из пластов.

Под «углеводородами» обычно понимают молекулы, образованные в основном атомами углерода и водорода. Углеводороды также могут содержать другие элементы, такие как, например, галогены, металлические элементы, азот, кислород и/или серу. Углеводородами являются, например, кероген, битум, пиробитум, масла, природные минеральные воски и асфальтиты. Углеводороды могут располагаться в природных вмещающих породах в земле или рядом с ними. Вмещающими породами, помимо прочего, являются осадочные горные породы, пески, силицилиты, карбонатные горные породы, диатомиты и другие пористые среды. «Углеводородные флюиды» - это флюиды, содержащие углеводороды. Углеводородные флюиды могут содержать, увлекать с собой или быть увлеченными неуглеводородными флюидами, такими как водород, азот, угарный газ, диоксид углерода, сероводород, вода и аммиак.

Под «процессом переработки in situ» понимается процесс нагревания пласта, содержащего углеводород, от источников тепла, при этом указанный процесс направлен на повышение температуры, по меньшей мере, части пласта, выше температуры пиролиза, с целью получения в пласте флюида, являющегося результатом пиролиза.

Под «процессом тепловой обработки in situ» понимается процесс нагревания пласта, содержащего углеводороды, с помощью источников тепла, направленный на повышение температуры, по меньшей мере, части пласта выше температуры, в результате которой получается подвижный флюид, происходит легкий крекинг и/или пиролиз материала, содержащего углеводороды, так что в пласте вырабатываются подвижные флюиды, флюиды, являющиеся результатом легкого крекинга, и/или флюиды, являющиеся результатом пиролиза.

«Карст» - это лежащие под поверхностью породы, сформированные растворением растворимого слоя или слоев коренной породы, обычно карбонатной горной породы, такой как известняк или доломит. Растворение может быть вызвано водой атмосферного происхождения или кислой водой. Примером карста (или «карстовой») карбонатной горной породы является пласт Grosmont в Канаде, провинция Альберта.

«П (пептизация) значением» или «П-значением» называется числовое значение, которое отражает тенденцию асфальтенов в пластовом флюиде к флокуляции. П-значение определяют способом ASTM D7060.

«Пиролизом» называется разрушение химических связей, происходящее из-за применения теплоты. Например, пиролиз может включать в себя превращение химического соединения в одно или несколько других веществ с помощью только тепла. Чтобы вызвать пиролиз теплота может передаваться участку пласта.

«Наложением теплоты» называется передача теплоты из двух или нескольких источников теплоты выбранному участку пласта, так что источники тепла влияют на температуру пласта, по меньшей мере, в одном месте между источниками тепла.

«Битум» - это вязкий углеводород, вязкость которого обычно больше примерно 10000 сП при температуре 15°С. Относительная плотность битума обычно превышает 1,000. Плотность битума в градусах АНИ может быть меньше 10°.

«Пласт битуминозных песков» - это пласт, в котором углеводороды преимущественно являются тяжелыми углеводородами и/или битумом, захваченными в минеральной зернистой структуре или другой вмещающей породе (например, песке или карбонатной горной породе). Примерами пластов битуминозных песков являются пласт Athabasca, пласт Grosmont и пласт Peace River, все три указанных пласта находятся в Канаде, провинция Альберта, и пласт Faja, который находится в поясе Ориноко в Венесуэле.

Понятие «нагреватель с ограничением температуры», как правило, относится к нагревателю, который регулирует тепловую мощность (например, уменьшает величину тепловой мощности) при температурах, превышающих заданную, без использования внешнего регулирования, осуществляемого, например, с помощью регуляторов температуры, регуляторов мощности, выпрямителей или других устройств. Нагревателями с ограничением температуры могут служить резистивные электрические нагреватели, которые питаются энергией переменного тока (АС) или модулированного (например, прерывистого) постоянного тока (DC).

«Толщиной» слоев называется толщина поперечного разреза слоя, при этом плоскость сечения перпендикулярна поверхности слоя.

Под «u-образным стволом скважины» понимают ствол скважины, который начинается от первого отверстия в пласте, проходит, по меньшей мере, часть пласта и заканчивается вторым отверстием в пласте. В этом случае форма ствола скважины, который считается «u-образным», может иметь вид буквы «v» или «u», при этом ясно, что «ножки» буквы «u» не обязательно параллельны друг другу или перпендикулярны «нижней части» буквы «u».

Под «обогащением» понимают улучшение качества углеводородов. Например, обогащение тяжелых углеводородов может приводить к увеличению плотности тяжелых углеводородов в градусах АНИ.

Под «легким крекингом» понимают распутывание молекул при тепловой обработке и/или разрушение больших молекул на более мелкие молекулы при тепловой обработке, что приводит к уменьшению вязкости флюида.

Если не оговорено другое, то под «вязкостью» понимают кинематическую вязкость при 40°С. Вязкость определяют согласно способу ASTM D445.

Под «каверной» понимается полость, пустота или большая пора в породе, которая обычно расположена в линию с минеральными осадками.

Под термином «ствол скважины» понимается отверстие в пласте, изготовленное бурением или введением трубы в пласт. Поперечное сечение ствола скважины может быть, по существу, круглым или каким-либо другим. Здесь термины «скважина» и «отверстие», когда говорится об отверстии в пласте, могут быть заменены термином «ствол скважины».

С целью добычи многих различных продуктов, углеводороды в пласте могут быть обработаны разными способами. В определенных вариантах осуществления изобретения углеводороды в пластах обрабатывают поэтапно. На фиг.1 изображены этапы нагревания пласта, содержащего углеводороды. На фиг.1 также показан пример зависимости количества («Y») нефтяного эквивалента в баррелях на тонну (ось у) пластовых флюидов, добытых из пласта, от температуры («Т») нагретого пласта в градусах Цельсия (ось х).

При проведении этапа 1 нагревания происходит десорбция метана и испарение воды. Нагревание пласта на этапе 1 может быть выполнено настолько быстро, насколько возможно. Например, когда пласт, содержащий углеводороды, изначально нагрет, углеводороды в пласте десорбируют адсорбированный метан. Десорбированный метан можно добывать из пласта. Если далее нагревать пласт, содержащий углеводороды, то вода из пласта, содержащего углеводороды, испарится. В некоторых содержащих углеводороды пластах вода может занимать от 10% до 50% порового объема пласта. В других пластах вода занимает большую или меньшую часть порового объема. Обычно вода в пласте испаряется при температуре от 160°С до 285°С при абсолютных давлениях от 600 кПа до 7000 кПа. В некоторых вариантах осуществления изобретения выпаренная вода изменяет смачиваемость пласта и/или увеличивает давление в пласте. Изменения смачиваемости и/или увеличенное давление могут влиять на протекание реакций пиролиза или других реакций в пласте. В определенных вариантах осуществления изобретения выпаренную воду добывают из пласта. В других вариантах осуществления изобретения выпаренную воду используют для извлечения пара и/или дистилляции в пласте или вне пласта. Извлечение воды из пласта и увеличение порового объема пласта увеличивает пространство для хранения углеводородов в поровом объеме.

В определенных вариантах осуществления изобретения после этапа 1 нагревания, проводят дальнейшее нагревание пласта, так что температура в пласте достигает (по меньшей мере) температуры начала пиролиза (такой, как температура на нижнем крае температурного диапазона этапа 2). На протяжении этапа 2 углеводороды в пласте могут подвергаться пиролизу. Диапазон температур пиролиза изменяется в зависимости от типа углеводородов в пласте. Диапазон температур пиролиза может составлять от 250°С до 900°С. Диапазон температур пиролиза для получения нужных продуктов может составлять только часть всего диапазона температур пиролиза. В некоторых вариантах осуществления изобретения диапазон температур пиролиза для получения нужных продуктов может составлять от 250°С до 400°С или от 270°С до 350°С. Если температура углеводородов в пласте растет медленно в диапазоне от 250°С до 400°С, то получение продуктов пиролиза может, по существу, завершиться при приближении значения температуры к 400°С.Средняя температура углеводородов может расти со скоростью меньше 5°С в день, меньше 2°С в день, меньше 1°С в день, или меньше 0,5°С в день, находясь в диапазоне температур пиролиза, необходимых для получения нужных продуктов. Нагревание пласта, содержащего углеводород, несколькими источниками тепла может установить перепады температур вокруг источников тепла, благодаря которым температура углеводородов в пласте медленно поднимается в диапазоне температур пиролиза.

Скорость увеличения температуры в диапазоне температур пиролиза для получения нужных продуктов может влиять на качество и количество пластовых флюидов, добываемых из содержащего углеводороды пласта. Медленное увеличение температуры в диапазоне температур пиролиза с целью получения нужных продуктов может препятствовать подвижности в пласте молекул с большими цепями. Медленное увеличение температуры в диапазоне температур с целью получения нужных продуктов может ограничить реакции между подвижными углеводородами, в результате которых могут получаться нежелательные продукты. Медленное увеличение температуры пласта в диапазоне температур пиролиза с целью получения нужных продуктов может позволить добывать из пласта высококачественные углеводороды с высокой плотностью, измеряемой в градусах АНИ. Медленное увеличение температуры пласта в диапазоне температур пиролиза с целью получения нужных продуктов может позволить извлекать большое количество углеводородов, присутствующих в пласте, в качестве углеводородного продукта.

В некоторых вариантах осуществления тепловой обработки in situ, вместо того чтобы медленно нагревать в нужном диапазоне температур, до нужной температуры нагревают часть пласта. В некоторых вариантах осуществления изобретения нужная температура составляет 300°С, 325°С или 350°С. В качестве нужной температуры могут быть выбраны другие значения температуры. Наложение теплоты от источников тепла позволяет сравнительно быстро и эффективно установить в пласте нужную температуру. Можно регулировать подведение энергии в пласт из источников тепла с целью поддержания, по существу, нужного значения температуры в пласте. По существу, нужное значение температуры нагретой части пласта поддерживают до тех пор, пока реакция пиролиза не ослабнет так, что добыча нужных пластовых флюидов из пласта не станет экономически невыгодной. Части пласта, подвергаемые реакции пиролиза, могут включать в себя области, температура которых находится в диапазоне температур пиролиза благодаря теплопередаче только от одного источника тепла.

В определенных вариантах осуществления изобретения из пласта добывают пластовые флюиды, включая флюиды, полученные в результате пиролиза. По мере увеличения температуры пласта может уменьшаться количество конденсирующихся углеводородов в добытых пластовых флюидах. При высоких температурах из пласта может добываться в основном метан и/или водород. При нагревании содержащего углеводороды пласта по всему диапазону температур пиролиза, при приближении к верхнему пределу диапазона температур пиролиза из пласта могут добываться только небольшие количества водорода. После исчерпания всего доступного водорода обычно из пласта может добываться минимальное количество флюидов.

После пиролиза углеводородов в пласте все еще может присутствовать большое количество углерода и некоторое количество водорода. Значительная часть углерода, остающегося в пласте, может быть добыта из пласта в виде синтез-газа. Получение синтез-газа может происходить во время этапа 3 нагревания, изображенного на фиг.1. Этап 3 может включать в себя нагревание содержащего углеводороды пласта до температуры, достаточной для получения синтез-газа. Например, синтез-газ может вырабатываться в диапазоне температур примерно от 400°С до примерно 1200°С; примерно от 500°С до примерно 1100°С или примерно от 550°С до примерно 1000°С. Когда флюид для получения синтез-газа вводят в пласт, температура нагретой части пласта определяет состав синтез-газа, получаемого в пласте. Полученный синтез-газ можно извлекать из пласта через добывающую скважину или добывающие скважины.

Полная энергоемкость флюидов, добываемых из содержащего углеводороды пласта, может оставаться сравнительно постоянной на всем протяжении процесса пиролиза и получения синтез-газа. При протекании пиролиза при сравнительно низких температурах значительная часть добываемого флюида может представлять собой конденсирующиеся углеводороды, которые отличаются высокой энергоемкостью. Тем не менее при более высоких температурах пиролиза меньшая часть пластового флюида может представлять собой конденсирующиеся углеводороды. Из пласта может добываться больше неконденсирующихся пластовых флюидов. Энергоемкость на единицу объема добываемого флюида может немного уменьшаться при получении преимущественно неконденсирующихся пластовых флюидов. При получении синтез-газа энергоемкость на единицу объема для полученного синтез-газа значительно уменьшается по сравнению с энергоемкостью флюида, полученного в результате пиролиза. Тем не менее объем полученного синтез-газа во многих примерах значительно увеличивается, компенсируя тем самым уменьшенную энергоемкость.

На фиг.2 показан схематический вид варианта осуществления части системы тепловой обработки in situ, предназначенной для обработки содержащего углеводороды пласта. Система тепловой обработки in situ может содержать барьерные скважины 100. Барьерные скважины используют для образования барьера вокруг области обработки. Барьер препятствует течению флюида в область обработки и/или из нее. Барьерные скважины включают в себя, помимо прочего, водопонижающие скважины, скважины создания разряжения, коллекторные скважины, нагнетательные скважины, скважины для заливки раствора, замораживающие скважины или их комбинации. В некоторых вариантах осуществления изобретения барьерные скважины 100