Способ термической обработки in situ с использованием нагревательной системы с замкнутым контуром

Способ термической обработки in situ с использованием нагревательной системы с замкнутым контуром

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способам и системам для добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из различных подземных пластов, например углеводородсодержащих пластов. В частности, определенные воплощения относятся к использованию систем циркуляции с замкнутым контуром, предназначенным для нагревания части пласта при проведении процесса конверсии in situ.

Уровень техники

Углеводороды, добываемые из подземных пластов, часто используют в качестве источников энергии, в качестве исходного сырья и как потребительские товары. Проблемы истощения располагаемых источников углеводородов и проблемы ухудшения качества добываемых углеводородов привели к разработке способов, направленных на более эффективное извлечение, переработку и/или использование располагаемых источников углеводородов. Для извлечения углеводородных материалов из подземных пластов могут быть использованы технологические процессы, проводимые in situ. При этом для облегчения извлечения углеводородных материалов из подземного пласта может быть необходимым изменение химических и/или физических свойств углеводородных материалов, находящихся в подземном пласте. Изменения химических и физических свойств могут включать проводимые in situ реакции, которые вызывают образование извлекаемых флюидов, изменение состава, изменение растворимости, изменение плотности, фазовые изменения и/или изменение вязкости углеводородных материалов в пласте. Флюидом может быть (не в качестве ограничения) газ, жидкость, эмульсия, суспензия и/или поток твердых частиц, который имеет характеристики течения, подобные течению жидкости.

В патентном документе WO/2006/116096 (Fowler et al.) описаны способы и система для термической обработки участков (зон) пласта с использованием передачи теплоты от газа, циркулирующего в системе, и/или от трубопроводов, через которые протекает циркулирующий газ, за счет их резистивного нагрева. Трубопроводы могут быть выполнены из ферромагнитного материала.

Циркуляция газа через систему трубопроводов для нагревания участка пласта может потребовать использование трубопроводов большого диаметра для вмещения определенного объема, необходимого для нагревания указанного обрабатываемого участка пласта. Поэтому существует необходимость в совершенствовании систем циркуляции для нагревания обрабатываемых участков пласта.

Сущность изобретения

Описанные здесь воплощения относятся, в общем, к системам и/или способам добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из различных подземных пластов, например углеводородсодержащих пластов с использованием жидкого теплоносителя, протекающего по трубопроводам и нагревающего один или большее количество обрабатываемых участков пласта.

В одном воплощении система для тепловой обработки in situ, предназначенная для добычи углеводородов из подземного пласта, включает большое количество размещенных в пласте скважин, трубопроводы, размещенные, по меньшей мере, в двух скважинах, систему циркуляции текучей среды, подключенную к указанному трубопроводу, и источник теплоты, приспособленный для нагревания жидкого теплоносителя, циркулирующего с помощью системы циркуляции через трубопровод для повышения температуры пласта до температуры, которая позволяет добывать углеводороды из этого пласта.

В некоторых воплощениях способ нагревания подземного пласта включает нагревание жидкого теплоносителя посредством теплообмена с источником теплоты, циркуляцию жидкого теплоносителя по размещенным в пласте трубопроводам с нагреванием части пласта, чтобы обеспечить возможность извлечения углеводородов из пласта, и добычу углеводородов из пласта.

В некоторых воплощениях способ нагревания подземного пласта включает протекание жидкого теплоносителя из емкости в теплообменник, нагревание жидкого теплоносителя до первой температуры, протекание жидкого теплоносителя через часть нагревателя к приемному резервуару, при этом теплота передается от указанной части нагревателя обрабатываемому участку пласта, подъем с помощью газлифта жидкого теплоносителя к поверхности из указанного приемного резервуара, и возвращение, по меньшей мере, части жидкого теплоносителя в емкость.

В других воплощениях к конкретным раскрытым здесь воплощениям могут быть добавлены дополнительные признаки.

Краткое описание чертежей

Преимущества настоящего изобретения могут стать понятными для специалистов в данной области техники из полезной информации, содержащейся в нижеследующем подробном описании со ссылками на сопровождающие чертежи:

фиг.1 - иллюстрация стадий нагревания углеводородсодержащего пласта;

фиг.2 - схема воплощения части системы для осуществления конверсии in situ, предназначенной для обработки углеводородсодержащего пласта;

фиг.3 - схематическое представление системы с замкнутым контуром циркуляции для нагревания части пласта;

фиг.4 - входы скважин и выходы скважин из нагреваемого участка пласта с использованием системы с замкнутым контуром циркуляции, вид сверху;

фиг.5 - поперечное сечение трубопровода системы циркуляции с изолированным резистивным нагревателем, размещенным в указанном трубопроводе;

фиг.6 - воплощение системы нагревания пласта, в которой может быть использована система с замкнутым контуром циркуляции и/или электрическим нагревом, вид сбоку;

фиг.7 - схематичное изображение воплощения системы нагревания пласта с использованием газлифта для возвращения теплоносителя к поверхности;

фиг.8 - схематичное изображение воплощения системы тепловой обработки in situ, в которой используют ядерный реактор;

фиг.9 - система тепловой обработки in situ, использующая реакторы с засыпкой из шаровых тепловыделяющих элементов, вид в вертикальном разрезе;

фиг.10 - схематическое изображение воплощения скважинной группы окислительных элементов.

Несмотря на то, что настоящее изобретение допускает различные модификации и альтернативные формы воплощения, на чертежах в качестве примера показаны конкретные его воплощения, которые могут быть описаны здесь подробно. При этом чертежи могут быть представлены не в масштабе. Следует, однако, понимать, что чертежи и подробное описание не имеют своей целью ограничить изобретение определенной раскрытой формой воплощения; напротив, изобретение предполагает включение всех модификаций, эквивалентов и альтернатив, находящихся в пределах сущности и объема настоящего изобретения, ограничиваемых приложенными пунктами формулы изобретения.

Подробное описание

Нижеследующее описание, в общем, относится к системам и способам для обработки углеводородов, находящихся в пластах. Такие пласты могут быть обработаны для получения углеводородных продуктов, водорода и других продуктов.

Термин «переменный ток (АС)» относится к изменяющемуся по времени току, который меняет направление по существу синусоидально. АС производит в ферромагнитном проводнике электрический ток со скин-эффектом.

“Температура Кюри” представляет собой такую температуру, выше которой ферромагнитный материал теряет все свои ферромагнитные свойства. В дополнение к потере всех ферромагнитных свойств при температуре выше температуры Кюри ферромагнитный материал начинает терять свои ферромагнитные свойства в случае пропускании через него повышенного электрического тока.

“Пласт” включает в себя один или большее количество слоев, содержащих углеводороды, а также покрывающий слой и/или подстилающий слой. Покрывающий слой и/или подстилающий слой включают в себя один или большее количество видов непроницаемых материалов. Например, покрывающий слой и/или подстилающий слой могут включать породу, глинистый сланец, агриллит или влажный/плотный карбонат. В некоторых воплощениях процессов конверсии in situ покрывающий слой и/или подстилающий слой могут включать слой, содержащий углеводороды, или слои, содержащие углеводороды, которые являются относительно непроницаемыми и не подвержены воздействию температур при проведении процесса конверсии in situ, что приводит к значительным изменениям свойств слоев, содержащих углеводороды, в покрывающей породе и/или подстилающей породе. Например, подстилающий слой может содержать глинистый сланец или агриллит, но подстилающий слой не допускается нагревать до температур пиролиза во время проведения процесса конверсии in situ. В ряде случаев покрывающий слой и/или подстилающий слой могут быть, в некоторой степени, проницаемыми.

Термин «пластовые флюиды» относится к текучим средам, находящимся в пласте, и может включать флюид, полученный в результате процесса пиролиза, синтез-газ, подвижный углеводород, воду (водяной пар). Термин «подвижный углеводород» относится к текучим флюидам в пласте, содержащем углеводороды, которые способны к протеканию в результате термической обработки пласта. Термин «добываемые флюиды» относится к пластовым флюидам, извлекаемым из пласта.

«Источник теплоты» представляет собой систему для обеспечения подвода теплоты, по меньшей мере, к части пласта по существу за счет передачи теплоты теплопроводностью и излучением. Например, источник теплоты может включать электрические нагреватели, такие как изолированный проводник, протяженный элемент и/или проводник, размещенный внутри трубопровода. Источник теплоты может также включать системы, которые генерируют теплоту за счет сжигания топлива, внешние по отношению к пласту или находящиеся в пласте. Эти системы могут представлять собой горелки, расположенные на поверхности, скважинные газовые горелки, беспламенные распределенные топочные агрегаты и/или распределенные топочные агрегаты, работающие на природном топливе. В некоторых воплощениях теплота, подводимая к или генерируемая в одном или более источников теплоты, может быть подведена с помощью других источников энергии. Другие источники энергии могут нагревать пласт непосредственно или же энергия может быть подведена к передающей текучей среде, которая нагревает пласт непосредственно или косвенно. Следует понимать, что один или большее количество источников теплоты, которые подводят теплоту к пласту, могут использовать различные источники энергии. Так, например, для определенного пласта некоторые источники теплоты могут подводить теплоту от резистивных нагревателей, некоторые источники теплоты могут подводить теплоту за счет сжигания, и некоторые источники теплоты могут обеспечивать теплоту от одного или более других источников энергии (например, за счет химических реакций, солнечной энергии, ветровой энергии, биомассы, или других возобновляемых источников энергии). Химическая реакция может включать экзотермическую реакцию (например, реакцию окисления). Источник теплоты может также включать нагреватель, который обеспечивает подвод теплоты в зону, ближайшую и/или окружающую место нагрева, например, в нагревательную скважину.

“Нагреватель” представляет собой какую-либо систему или источник теплоты, предназначенный для выделения теплоты в скважине или вблизи зоны нахождения ствола скважины. Нагревателями могут служить (не в качестве ограничения изобретения) электрические нагреватели, горелки, камеры сгорания, и/или их комбинации, которые взаимодействуют с материалом, содержащимся в пласте или извлеченном из пласта.

“Углеводороды” обычно определяют как молекулы, образованные, главным образом, атомами углерода и водорода. Кроме того, углеводороды могут включать и другие химические элементы, такие как галогены, металлы, азот, кислород и/или сера (указанными элементами перечень не ограничен). Углеводородами могут быть (не в качестве ограничения) кероген, битум, пиробитум, нефти, природные минеральные парафины и асфальтиты. Углеводороды могут располагаться в земле в минеральных материнских породах или вблизи них. Материнские породы могут содержать (не в качестве ограничения) осадочные горные породы, песок, силициты, карбонаты, диатомиты и другие пористые вещества. “Углеводородные пластовые флюиды” - пластовые флюиды, содержащие углеводороды. Углеводородные пластовые флюиды могут переносить сами или могут переноситься в неуглеводородных пластовых флюидах, и включать в себя, например, водород, азот, окись углерода, двуокись углерода, сульфид водорода, вода и аммиак.

Понятие “процесс конверсии in situ” относится к процессу нагревания пласта, содержащего углеводороды, с помощью источников теплоты с целью повышения температуры, по меньшей мере, части пласта выше температуры пиролиза, в результате чего в пласте получают пиролизованный пластовый флюид.

Понятие “процесс тепловой обработки in situ” относится к процессу нагревания пласта, содержащего углеводороды, с помощью источников теплоты для повышения температуры, по меньшей мере, части пласта выше температуры, которая приводит к образованию подвижных флюидов, легкому крекингу (висбрекингу) и/или пиролизу материала, включающего углеводороды так, что в пласте образуются подвижные флюиды, флюиды висбрекинга и/или флюиды процесса пиролиза.

Понятие “изолированный проводник” относится к любому протяженному материалу, который способен проводить электрический ток, и покрыт сверху, целиком или частично, электроизоляционным материалом.

«Модулированный постоянный ток (DC)» относится к любому по существу не синусоидальному переменному по времени току, который производит в ферромагнитном проводнике электрический ток со скин-эффектом.

«Пиролиз» представляет собой разрыв химических связей вследствие применения нагрева. Например, пиролиз может включать превращение некоторого химического соединения в одно или большее количество других веществ только с помощью нагревания. Теплота может быть подведена к части пласта и может вызывать пиролиз. В некоторых пластах части этого пласта и/или другие материалы в пласте могут способствовать пиролизу посредством каталитической активности.

«Флюиды процесса пиролиза» или «продукты пиролиза» относятся к флюиду, произведенному, главным образом, при проведении пиролиза углеводородов. Флюид, произведенный посредством реакций пиролиза, может перемешиваться с другими флюидами, находящимися в пласте. Эта смесь может рассматриваться как флюид процесса пиролиза или продукт пиролиза. Используемый здесь термин «зона пиролиза» относится к объему пласта (например, относительно проницаемый пласт, например, пласт битуминозных песков), который подвергают реакции или который реагирует с образованием флюида процесса пиролиза.

«Суперпозиция теплоты» относится к подводу теплоты к выбранному участку пласта от двух или большего количества источников теплоты так, что температура пласта, по меньшей мере, в одном месте между источниками теплоты определяется воздействием этих источников теплоты.

«Синтез-газ» представляет собой смесь, содержащую водород и монооксид углерода. Дополнительные компоненты синтез-газа могут включать воду, двуокись углерода, азот, метан и другие газы. Синтетез-газ может быть генерирован с помощью ряда технологических процессов и видов исходного сырья. Синтез-газ может быть использован для синтеза широкого диапазона соединений.

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

«Теплопроводность» представляет собой свойство материала, которое определяет скорость переноса теплоты в установившемся режиме между двумя поверхностями материала при определенной разности температур, созданной между этими двумя поверхностями.

Понятие «теплопроводный флюид» включает в себя флюид, который имеет более высокую теплопроводность, чем воздух, при стандартных значениях температуры и давления (STP) (0°C и 101,325 кПа).

Понятие “изменяющийся во времени ток” относится к электрическом току, который создает в ферромагнитном проводнике электрический скин-эффект и имеет переменную по времени величину. Изменяющийся во времени ток включает в себя как переменный ток (АС), так и модулированный постоянный ток (DC).

Термин “ствол скважины” относится к выработке в пласте, образованной путем бурения или внедрения в пласт трубы. Ствол скважины может иметь по существу круговое поперечное сечение или поперечное сечение другой формы. Используемые здесь термины “скважина” и “отверстие”, когда они относятся к образованному в пласте отверстию, могут быть использованы взаимозаменяемым образом с термином “ствол скважины”. «Ствол скважины u-образной формы» относится к стволу скважины, который проходит от первого отверстия в пласте через, по меньшей мере, часть пласта и выходит через второе отверстие в пласте. В этом контексте ствол скважины может только приближенно иметь форму буквы «v» или «u». При этом следует понимать, что для того чтобы ствол скважины считался «u-образным», нет необходимости в том, чтобы «ножки», образующие букву «u», были параллельными друг другу или перпендикулярными нижнему основанию буквы.

Углеводороды, находящиеся в пластах, могут быть обработаны различными способами с получением многих различных продуктов. В определенных воплощениях углеводороды в пластах обрабатывают постадийно. На фиг.1 отображены стадии нагревания пласта, содержащего углеводороды. Фиг.1 иллюстрирует также пример добычи (“Y”) из пласта эквивалента нефти в баррелях на тонну (ось y) пластовых флюидов в зависимости от температуры (“Т”) нагретого пласта в градусах Цельсия (ось x).

На стадии 1 нагревания происходит десорбция метана и испарение воды. Нагревание пласта на стадии 1 может осуществляться по возможности очень быстро. При начальном нагревании пласта, содержащего углеводороды, эти углеводороды пласта десорбируют адсорбированный метан. Десорбированный метан может добываться из пласта. При дальнейшем нагревании пласта происходит испарение воды, содержащейся в углеводородсодержащем пласте. В некоторых пластах, содержащих углеводороды, на долю воды может приходиться от 10% до 50% объема пор, имеющихся в пласте. В других пластах вода занимает большие или меньшие части пористого объема. Обычно находящаяся в пласте вода испаряется при температуре от 160°C до 285°C и абсолютном давлении в интервале от 600 кПа до 7000 кПа. В некоторых воплощениях испаренная вода способствует изменению смачиваемости в пласте и/или повышению пластового давления. Эти изменения смачиваемости и/или повышенное давление могут инициировать в пласте реакции пиролиза или другие реакции. В определенных воплощениях из пласта добывают испаренную воду. В других воплощениях испаренную воду используют для проведения паровой экстракции и/или паровой дистилляции в самом пласте или вне пласта. Удаление воды из объема пор и увеличение этого объема в пласте приводит к увеличению пространства для содержания углеводородов в пористом объеме.

В определенных воплощениях после стадии 1 нагревания производят дальнейший прогрев пласта так, что пластовая температура достигает (по меньшей мере) температуры начала пиролиза (температуры в нижнем конце температурного интервала, показанного как характеризующего стадию 2). Углеводороды, находящиеся в пласте, могут быть пиролизованы при продолжении стадии 2. Интервал температур процесса пиролиза изменяется в зависимости от видов углеводородов, содержащихся в пласте. При этом интервал температур пиролиза может включать температуры от 250°C до 900°C. Для производства желательных продуктов интервал температур пиролиза может включать только некоторую часть всего интервала температур пиролиза. В некоторых воплощениях интервал температур пиролиза для получения желательных продуктов может включать температуры от 250°C до 400°C или температуры от 270°C до 350°C. Если температуру углеводородов в пласте медленно повышают в пределах интервала температур от 250°C до 400°C, производство продуктов пиролиза может быть по существу завершено при достижении температуры 400°С. Для получения желательных продуктов среднюю температуру углеводородов в интервале температур пиролиза можно повышать со скоростью менее 5°С в день, менее чем 2°C в день, менее 1°C в день или менее 0,5°C в день. В результате прогрева пласта, содержащего углеводороды, с помощью большого количества источников теплоты вокруг этих источников теплоты могут создаваться температурные градиенты, за счет которых температура углеводородов в пласте медленно повышается, находясь в пределах интервала температур пиролиза.

Скорость повышения температуры в интервале температур пиролиза для желательных продуктов может оказывать влияние на качество и количество пластовых флюидов, получаемых из углеводородсодержащего пласта. За счет медленного подъема температуры в пределах интервала температур пиролиза желательных продуктов можно сдерживать подвижность в пласте молекул с большими цепями. Медленно повышая температуру в пределах интервала температур пиролиза желательных продуктов, можно ограничивать реакции между подвижными углеводородами с получением нежелательных продуктов. Медленный подъем температуры в пределах интервала температур пиролиза желательных продуктов позволяет добывать из пласта продукты высокого качества, с высокой плотностью в градусах Американского нефтяного института. Кроме того, медленный подъем температуры пласта в пределах интервала температур пиролиза желательных продуктов позволяет извлекать в качестве углеводородного продукта большое количество находящихся в пласте углеводородов.

В некоторых воплощениях конверсии in situ часть пласта прогревают до желательной температуры вместо медленного повышения температуры в некотором интервале температур. В некоторых воплощениях желательная температура составляет 300°C, 325°C или 350°C. В качестве желательных могут быть выбраны и другие температуры. Суперпозиция теплоты, получаемой пластом от тепловых источников, позволяет относительно быстро и эффективно установить желательную пластовую температуру. Для поддержания пластовой температуры в основном на уровне желательной температуры можно регулировать подвод энергии в пласт от источников теплоты. Нагретую часть пласта поддерживают по существу при желательной температуре до тех пор, пока интенсивность процесса пиролиза не уменьшится до такой степени, что добыча желательных пластовых флюидов из пласта станет экономически невыгодной. Участки пласта, которые подвергаются пиролизу, могут включать в себя зоны, нагретые до температур, находящихся в пределах интервала температур пиролиза, за счет передачи теплоты только от одного теплового источника.

В определенных воплощениях из пласта добывают пластовые флюиды, включающие в себя пластовые флюиды процесса пиролиза. По мере увеличения температуры пласта количество конденсируемых углеводородов, содержащихся в добываемых пластовых флюидах, может уменьшаться. При высоких температурах пласт может производить, главным образом, метан и/или водород. Если углеводородсодержащий пласт прогревают с прохождением всего интервала температур пиролиза, при приближении к верхнему пределу интервала температур пиролиза пласт может выделять лишь небольшое количество водорода. В конце концов, количество доступного водорода уменьшается, при этом, как правило, количество получаемых из пласта флюидов будет минимальным.

По окончании процесса пиролиза углеводородов в пласте еще может находиться большое количество углерода и некоторое количество водорода. Значительная часть углерода, остающегося в пласте, может быть добыта из пласта в виде синтез-газа. Образование синтез-газа может происходить на стадии 3 нагревания, отображенной на фиг.1. Стадия 3 может включать нагревание пласта, содержащего углеводороды, до температуры достаточной для образования синтез-газа. Например, синтез-газ может быть получен в интервалах температур от 400°C до 1200°C, от 500°C до 1100°C или от 550°C до 1000°C. При этом состав синтез-газа, произведенного в пласте, определяется температурой нагреваемой части пласта при вводе в пласт текучей среды, необходимой для образования синтез-газа. Образовавшийся синтез-газ может быть извлечен из пласта через эксплуатационную скважину или эксплуатационные скважины.

Общее энергосодержание флюидов, добываемых из углеводородсодержащего пласта, может оставаться относительно постоянным в течение всего процесса пиролиза и генерирования синтез-газа. В процессе пиролиза при относительно низких температурах пласта значительная часть полученных флюидов может представлять собой конденсируемые углеводороды, которые имеют высокое энергосодержание. Однако при более высоких температурах пиролиза меньшая часть пластового флюида может содержать конденсируемые углеводороды. Из пласта может быть извлечено больше неконденсируемых пластовых флюидов. При этом во время образования преобладающе неконденсируемых пластовых флюидов энергосодержание на единицу объема полученных флюидов может слегка уменьшиться. В процессе генерирования синтез-газа энергосодержание полученного синтез-газа на единицу объема значительно снижается по сравнению с энергосодержанием флюида, образованного в процессе пиролиза. Однако объем произведенного синтез-газа во многих случаях будет значительно увеличиваться, что тем самым компенсирует уменьшение энергосодержания.

На фиг.2 схематически представлено воплощение части системы для проведения тепловой обработки in situ пласта, содержащего углеводороды. Указанная система для проведения тепловой обработки in situ включает в себя барьерные скважины 200. Эти барьерные скважины 200 используют для образования барьера вокруг зоны обработки. Барьер препятствует прохождению потока флюидов в зону и/или из зоны обработки. Барьерные скважины включают в себя (но не в качестве ограничения) водопонижающие скважины, скважины для вакуумирования, скважины для улавливания, нагнетательные скважины, скважины для цементирования, скважины для замораживания или их комбинации. В некоторых воплощениях барьерные скважины 200 представляют собой водопонижающие скважины. Водопонижающие скважины могут обеспечивать удаление жидкой фазы воды и/или предотвращение поступления жидкой фазы воды в некоторую часть нагреваемого пласта или к нагреваемому пласту.

Скважины для замораживания могут быть использованы для установления зоны низкой температуры по всему обрабатываемому участку пласта или в некоторой его части. Хладагент циркулирует через скважины для замораживания с образованием зон низкой температуры вокруг каждой скважины для замораживания. Скважины для замораживания размещают в пласте так, чтобы зоны с низкой температурой перекрывались и формировали зону с низкой температурой вокруг обрабатываемого участка пласта. Низкотемпературную зону, которая формируется с помощью скважин для замораживания, поддерживают ниже температуры замерзания флюида на водной основе в пласте. Флюид на водной основе, поступающий в зону с низкой температурой, замерзает и образует замороженный барьер.

В воплощении, представленном на фиг.2, барьерные скважины 200 показаны проходящими только с одной стороны от тепловых источников 202, но обычно барьерные скважины окружают все используемые тепловые источники 202 или те, которые предполагается использовать для прогрева обрабатываемого участка пласта.

Тепловые источники 202 размещают, по меньшей мере, в части пласта. Эти тепловые источники 202 могут включать в себя нагреватели, например электроизолированные нагреватели, нагреватели типа “проводник в трубе”, поверхностные камеры сгорания, беспламенные распределенные топочные агрегаты и/или распределенные топочные агрегаты, работающие на природном топливе. Тепловыми источниками 202 могут быть и другие типы нагревателей. Тепловые источники 202 обеспечивают подвод теплоты, по меньшей мере, к части пласта для нагревания содержащихся в пласте углеводородов. Энергию к тепловым источникам 202 можно подводить с помощью подводящих трубопроводных линий 204. Подводящие трубопроводные линии 204 могут конструктивно отличаться друг от друга в зависимости от типа теплового источника или тепловых источников, используемых для нагревания пласта. Подводящие трубопроводные линии 204 для тепловых источников могут передавать электрическую энергию электрическим нагревателям, могут транспортировать топливо для камер сгорания или могут транспортировать теплоноситель, который циркулирует с прохождением через пласт. В некоторых воплощениях электрическая энергия для процесса тепловой обработки in situ может быть обеспечена с помощью ядерной энергетической установки или ядерных энергетических установок. Использование ядерной энергии может уменьшить или исключить выбросы двуокиси углерода, образующиеся в результате проведения процесса тепловой обработки in situ.

Для извлечения пластовых флюидов из пласта используют эксплуатационные скважины 206. В некоторых воплощениях эксплуатационные скважины 206 могут быть снабжены тепловым источником. Тепловой источник, размещенный в эксплуатационной скважине, может нагревать один или более, чем один, участок пласта вблизи эксплуатационной скважины или может осуществлять нагревание в самой эксплуатационной скважине. В некоторых воплощениях процесса обработки in situ количество теплоты, подводимой к пласту из эксплуатационной скважины на метр длины эксплуатационной скважины, меньше, чем количество теплоты, подводимой к пласту от источника теплоты, который нагревает пласт, на метр длины источника теплоты. Теплота, подводимая к пласту от эксплуатационной скважины, может увеличить проницаемость пласта вблизи эксплуатационной скважины за счет испарения и удаления жидкой фазы флюида вблизи эксплуатационной скважины и/или за счет повышения проницаемости пласта вблизи эксплуатационной скважины за счет формирования макро- и/или микротрещин. Тепловой источник, размещенный в эксплуатационной скважине, может предотвращать конденсацию и отток пластового флюида, подлежащего извлечению из пласта.

В некоторых воплощениях источник теплоты, размещенный в эксплуатационной скважине 206, обеспечивает удаление паровой фазы из извлекаемых из пласта пластовых флюидов. Обеспечение нагревания в эксплуатационной скважине или через эксплуатационную скважину может: (1) предотвратить конденсацию или обратное стекание добываемого флюида при его протекании в эксплуатационной скважине вблизи покрывающей породы, (2) увеличение подвода теплоты в пласт, (3) увеличение нефтеотдачи эксплуатационной скважины по сравнению со случаем отсутствия источника теплоты, (4) предотвращение конденсации соединений с высоким углеродным числом (С₆ и выше) в эксплуатационной скважине, и/или (5) увеличение проницаемости пласта в месте расположения эксплуатационной скважины или вблизи нее.

Подземное пластовое давление может соответствовать давлению флюидов, создаваемому в этом пласте. По мере повышения температуры на нагреваемом участке пласта давление на нагреваемом участке может увеличиваться в результате увеличенной добычи флюидов и испарения воды. Интенсивность регулирования извлечения флюидов из пласта может обеспечить регулирование пластового давления. Пластовое давление может быть определено в ряде различных точек, например вблизи эксплуатационной скважины или в самой скважине, вблизи источников теплоты или в самом источнике теплоты, или в контрольных скважинах.

В некоторых пластах, содержащих углеводороды, добычу углеводородов из пласта сдерживают до тех пор, пока, по меньшей мере, некоторая часть углеводородов в пласте не будет пиролизована. Пластовый флюид может быть добыт из пласта, когда этот пластовый флюид имеет предварительно выбранное качество. В некоторых воплощениях выбранное качество включает плотность в градусах Американского нефтяного института (API), равную, по меньшей мере, 20°, 30° или 40°. Сдерживание добычи до тех пор, пока, по меньшей мере, некоторые углеводороды не будут пиролизованы, может увеличить конверсию тяжелых углеводородов в легкие углеводороды. Сдерживание начальной добычи может минимизировать добычу тяжелых углеводородов из пласта. Добыча существенных количеств тяжелых углеводородов может потребовать использование дорогостоящего оборудования и/или уменьшить срок службы эксплуатационного оборудования.

После того как температуры достигают температур пиролиза, и добыча из пласта становится возможной, пластовое давление можно регулировать с целью изменения и/или регулирования состава добываемых пластовых флюидов с тем, чтобы контролировать процентное содержание конденсируемого флюида по отношению к неконденсируемому флюиду в пластовом флюиде и/или контролировать плотность в градусах API добываемого пластового флюида. Например, снижение давления может привести к получению большего количества конденсируемой компоненты флюидов. Указанная конденсируемая компонента флюидов может характеризоваться большим процентным содержанием олефинов.

В некоторых воплощениях способа тепловой обработки in situ пластовое давление может поддерживаться достаточно высоким, чтобы способствовать добыче пластового флюида с плотностью в градусах API более 20°. Поддерживание повышенного давления в пласте может предотвратить оседание породы при проведении тепловой обработки пласта in situ. Поддерживание повышенного давления может облегчить образование паровой фазы флюидов, извлекаемых из пласта. Образование паровой фазы может обеспечить уменьшение размера коллекторных трубопроводов, используемых для транспортирования добываемых производимых флюидов из пласта. Поддерживание повышенного давления может уменьшить или исключить необходимость сжатия пластовых флюидов на поверхности для транспортирования флюидов в коллекторных трубопроводах в направлении технологического оборудования для обработки флюидов.

Поддерживание повышенного давления на нагреваемом участке пласта, как ни удивительно, может обеспечить добычу больших количеств углеводородов с повышенным качеством и относительно низким молекулярным весом. Давление может поддерживаться таким образом, чтобы добываемый пластовый флюид имел минимальное содержание соединений с углеродным числом, превышающим предварительно заданное. Предварительно заданное углеродное число может быть равным не более 25, не более 20, не более 12 или не более 8. Некоторые соединения с высоким углеродным числом могут уноситься в виде пара и могут быть извлечены из пласта вместе с паром. Поддерживание повышенного давления в пласте может предотвратить унос соединений с высоким углеродным числом и/или полициклических углеводородных соединений, находящихся в паровой фазе. Указанные соединения с высоким углеродным числом и/или полициклические углеводородные соединения могут оставаться в жидкой фазе в пласте в течение продолжительных периодов времени. Такие продолжительные периоды времени могут быть достаточными для осуществления процесса пиролиза указанных соединения с образованием соединений с низким углеродным числом.

Добытый пластовый флюид из эксплуатационных скважин 206 может быть транспортирован через коллекторный трубопровод 208 к технологическому оборудованию 210 для обработки. Пластовые флюиды могут быть также добыты из источников 202 теплоты. Например, флюид может быть извлечен из источников 202 теплоты с целью контроля пластового давления вблизи этих источников теплоты. Флюид, добытый из источников 202 теплоты, может быть транспортирован через систему трубопроводов или трубопровод к коллекторному трубопроводу 208, или же флюид, добытый из источников 202 теплоты, может быть транспортирован