Индукционные нагреватели для нагревания подземных пластов

Индукционные нагреватели для нагревания подземных пластов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение, в общем, касается способов нагревания и систем нагревания, предназначенных для добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из различных подземных пластов, таких как пласты, содержащие углеводороды. Определенные варианты осуществления изобретения касаются систем нагревания, которые предназначены для нагревания подземных пластов и которые индуцируют ток в ферромагнитных материалах.

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, происходят изменения состава, изменения растворяющей способности, изменения плотности, фазовые превращения и/или изменения 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.

В пласте может быть выполнен ствол скважины. В некоторых вариантах осуществления изобретения в стволе скважины могут быть размещены или сформированы обсадные трубы или другая система труб. В некоторых вариантах осуществления изобретения в стволе скважины может быть использован расширяемый трубчатый элемент. В стволах скважины могут быть расположены нагреватели, предназначенные для нагревания пласта в ходе процесса in situ.

Применение нагрева в пластах нефтеносных сланцев описано в патентах US 2923535 (Ljungstrom) и US 4886118 (Van Meurs et al.). Нагрев может применяться к пласту нефтеносных сланцев с целью проведения пиролиза керогена в пласте нефтеносных сланцев. Также под действием тепла в пласте могут образовываться трещины, что делается с целью увеличения проницаемости пласта. Улучшенная проницаемость может позволить пластовому флюиду перемещаться к добывающей скважине, где флюид извлекается из пласта нефтеносного сланца. В некоторых процессах, описанных в патенте Ljungstrom, для начала горения в проницаемый слой вводится, например, газообразная среда, содержащая кислород, при этом предпочтительно, чтобы указанная газообразная среда была еще горячей после этапа предварительного нагревания.

Для нагревания подземного пласта может использоваться источник тепла. Для нагревания подземного пласта могут использоваться электрические нагреватели, нагревающие посредством радиационного теплообмена и/или теплопроводности. Электрический нагреватель может нагревать элемент за счет сопротивления. В патентах US 2548360 (Germain), US 4716960 (Easthmd et al.), US 4716960 (Eastlund et al.) и US 5065818 (Van Egmond) описаны электрические нагревательные элементы, расположенные в стволах скважин. В патенте US 6023554 (Vinegar et al.) описан электронагревательный элемент, который расположен в обсадной трубе. Нагревательный элемент вырабатывает излучаемую энергию, которая нагревает обсадную трубу.

В патенте US 4570715 (Van Meurs et al.) описан электронагревательный элемент. Нагревательный элемент содержит электропроводящий стержень, окружающий слой изоляционного материала и окружающую металлическую оболочку. При высоких температурах сопротивление проводящего стержня мало. При высоких температурах электрическое сопротивление, прочность при сжатии и теплопроводность изоляционного материала сравнительно высоки. Изоляционный материал может препятствовать образованию дуги между стержнем и металлической оболочкой. Нагрузка на растяжение и сопротивление ползучести металлической оболочки могут быть сравнительно высоки при высоких температурах. В патенте US 5060287 (Van Egmond) описан электронагревательный элемент со стержнем из медно-никелевого сплава.

Нагреватели могут быть выполнены из кованных нержавеющих сталей. В патенте US 7153373 (Maziasz et al.) и заявке на патент США US 2004/0191109 (Maziasz et al.) описаны модифицированные нержавеющие стали 237, в качестве листов и фольги с мелкозернистой структурой материала.

Как отмечено выше, прилагаются значительные усилия, направленные на разработку нагревателей, 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 нагревания, предназначенных для добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из различных пластов, содержащих углеводороды.

Раскрытие изобретения

Описанные варианты осуществления изобретения, в общем, относятся к системам, способам и нагревателям, предназначенным для обработки подземного пласта. Описанные варианты осуществления изобретения, в общем, относятся к нагревателям, содержащим новые компоненты. Такие нагреватели могут быть получены с использованием описанных систем и способов.

В определенных вариантах осуществления изобретения предложена одна или более систем, способов и/или нагревателей. В некоторых вариантах осуществления изобретения системы, способы и/или нагреватели используются для обработки подземного пласта.

В определенных вариантах осуществления изобретения предложена система нагревания подземного пласта, содержащая: протяженный электрический проводник, размещенный в подземном пласте, при этом электрический проводник расположен между по меньшей мере первым электрическим контактом и вторым электрическим контактом; и ферромагнитный проводник, причем ферромагнитный проводник по меньшей мере частично окружает и по меньшей мере частично проходит вдоль длины электрического проводника; при этом электрический проводник, когда в него подают изменяющийся во времени электрический ток, индуцирует электрический ток в ферромагнитном проводнике, достаточный для нагревания ферромагнитного проводника за счет сопротивления до температуры по меньшей мере примерно 300°С.

В других вариантах осуществления изобретения признаки конкретных вариантов осуществления изобретения могут быть объединены с признаками других вариантов осуществления изобретения. Например, признаки одного варианта осуществления изобретения могут быть объединены с признаками любого другого варианта осуществления изобретения.

В других вариантах осуществления изобретения обработка подземного пласта осуществляется с использованием любых описанных здесь способов, систем или нагревателей.

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

фиг.2 - вид, показывающий вариант осуществления u-образного нагревателя, содержащего трубчатый элемент, к которому энергия подводится за счет электромагнитной индукции;

фиг.3 - вид, показывающий вариант осуществления электрического проводника, расположенного по центру в трубчатом элементе;

фиг.4 - вид, показывающий вариант осуществления индукционного нагревателя с оболочкой из изолированного проводника, находящегося в электрическом контакте с трубчатым элементом;

фиг.5 - вид, показывающий вариант осуществления резистивного нагревателя с трубчатым элементом, поверхности которого содержат канавки, расположенные по радиусу;

фиг.6 - вид, показывающий вариант осуществления индукционного нагревателя с трубчатым элементом, поверхности которого содержат канавки, расположенные по радиусу;

фиг.7 - вид, показывающий вариант осуществления нагревателя, разделенного на трубчатые участки с целью обеспечения изменяющейся тепловой мощности вдоль длины нагревателя.

фиг.8 - вид, показывающий вариант осуществления трех электрических проводников, входящих в пласт через первый общий ствол скважины и выходящих из пласта через второй общий ствол скважины, при этом в слое углеводородов электрические проводники окружают три трубчатых элемента;

фиг.9 - вид, показывающий вариант осуществления трех электрических проводников и трех трубчатых элементов, расположенных в отдельных стволах скважин в пласте и соединенных с трансформатором;

фиг.10 - вид, показывающий вариант осуществления многослойного индукционного трубчатого элемента;

фиг.11 - вид, показывающий поперечное сечение варианта осуществления изолированного проводника, который используется в качестве индукционного нагревателя;

фиг.12 - вид сбоку, показывающий поперечное сечение варианта осуществления изобретения, показанного на фиг.11;

фиг.13 - вид с торца, показывающий поперечное сечение варианта осуществления изолированного проводника с двумя отрезками, который используется в качестве индукционного нагревателя;

фиг.14 - вид сбоку, показывающий поперечное сечение варианта осуществления изобретения, показанного на фиг.13;

фиг.15 - вид с торца, показывающий поперечное сечение варианта осуществления многослойного изолированного проводника, который используется в качестве индукционного нагревателя;

фиг.16 - вид с торца, показывающий вариант осуществления трех изолированных проводников, которые расположены в гибкой насосно-компрессорной трубе и которые используются в качестве индукционных нагревателей;

фиг.17 - вид, показывающий стержни изолированных проводников, концы которых соединены;

фиг.18 - вид с торца, показывающий вариант осуществления трех изолированных проводников, которые присоединены к опорному элементу и которые используются в качестве индукционных нагревателей;

фиг.19 - вид, показывающий вариант осуществления индукционного нагревателя со стрежнем и электрическим изолятором, окруженным ферромагнитным слоем;

фиг.20 - вид, показывающий вариант осуществления изолированного проводника, окруженного ферромагнитным слоем;

фиг.21 - вид, показывающий вариант осуществления индукционного нагревателя с двумя ферромагнитными слоями, которые спирально намотаны на сердцевину и электрический изолятор;

фиг.22 - вид, показывающий вариант осуществления установки ферромагнитного слоя на изолированный проводник;

фиг.23 - вид, показывающий вариант осуществления обсадной трубы с осевой ребристой поверхностью или поверхностью, содержащей канавки.

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.

«Переменным током» называется изменяющийся во времени ток, направление которого изменяется, по существу, синусоидальным образом. При протекании переменного тока в ферромагнитном проводнике возникает скин-эффект.

Под «открытым металлом» или «незащищенным металлом» понимаются металлы протяженных элементов, не содержащие слоя электрической изоляции, такой как неорганическая изоляция, которая призвана обеспечить электрическую изоляцию металла во всем диапазоне рабочих температур протяженного элемента. Под открытым металлом и незащищенным металлом также может подразумеваться металл, содержащий антикоррозионный ингибитор, такой как естественным образом образовавшийся слой оксида, нанесенный слой оксида и/или пленка. Открытый металл и незащищенный металл включают в себя металлы с полимерной или другой электрической изоляцией, которая не может сохранять электрические изолирующие свойства при типовой рабочей температуре протяженного элемента. Такой материал может быть расположен на металле и при использовании нагревателя может деградировать под воздействием температуры.

«Температура Кюри» - это температура, выше которой ферромагнитный материал теряет все свои ферромагнитные свойства. Помимо потери всех ферромагнитных свойств при температуре, превышающей температуру Кюри, ферромагнитный материал начинает терять ферромагнитные свойства тогда, когда через него пропускается увеличивающийся электрический ток.

«Давление флюида» - это давление, создаваемое флюидом в пласте. «Литостатическое давление» (иногда называемое «литостатическим напряжением») представляет собой давление в пласте, равное весу на единицу площади вышележащей 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 скальную породу, 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 слой 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 кондуктивного и/или радиационного теплообмена. Например, источник тепла может содержать электрические нагреватели, такие как изолированный проводник, протяженный 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 горелками, расположенными на поверхности, 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, предназначенный 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.

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.

«Изолированным проводником» называется любой длинномерный материал, способный проводить электрический ток и покрытый полностью или частично электроизоляционным материалом.

«Температурой фазового перехода» ферромагнитного материала называется температура или диапазон температур, в котором материал проходит фазовое изменение (например, из феррита в аустенит), в результате чего уменьшается магнитная проницаемость ферромагнитного материала. Это уменьшение магнитной проницаемости аналогично уменьшению магнитной проницаемости, происходящей из-за магнитного перехода ферромагнитного материала при температуре Кюри.

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

«Флюидами, являющимися результатом пиролиза» или «продуктами пиролиза» называются флюиды, полученные по существу во время процесса пиролиза углеводородов. Флюид, полученный в результате реакций пиролиза, может смешиваться в пласте с другими флюидами. Эта смесь будет считаться флюидом, являющимся результатом пиролиза или продуктом пиролиза. Здесь под «зоной пиролиза» понимается объем пласта (например, сравнительно проницаемого пласта, такого как пласт битуминозных песков), в котором происходит или происходила реакция, направленная на образование флюида, являющегося результатом пиролиза.

«Наложением тепла» называется подвод тепла из двух или нескольких источников тепла в выбранный участок пласта, так что источники тепла влияют на температуру пласта по меньшей мере в одном месте между источниками тепла.

Под «нагревателем с ограничением рабочих температур» в общем понимается нагреватель, в котором регулируется тепловая мощность (например, уменьшается величина тепловой мощности) выше определенной температуры, что происходит без использования внешних элементов управления, таких как регуляторы температуры, регуляторы мощности, детекторы или другие устройства. Нагреватели с ограничением рабочих температур могут быть резистивными нагревателями переменного тока или модулированного (например, «срезанного») постоянного тока.

Под «изменяющимся во времени током» понимается электрический ток, протекание которого в ферромагнитном проводнике происходит со скин-эффектом и величина которого изменяется со временем. Изменяющимся во времени током может быть как переменный ток, так и модулированный постоянный ток.

Под «показателем диапазона изменения» для нагревателя с ограничением рабочих температур, в котором ток приложен непосредственно к нагревателю, понимается отношение наибольшего сопротивления переменному току или модулированному постоянному току при температурах, меньших температуры Кюри, к наименьшему сопротивлению при температурах, превышающих температуру Кюри, для заданного тока. Показатель диапазона изменения для индукционного нагревателя представляет собой отношение наибольшей тепловой мощности при температурах, меньших температуры Кюри, к наименьшей тепловой мощности при температурах, превышающих температуру Кюри, для заданного тока, приложенного к нагревателю.

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, которая считается «u-образной», может иметь вид, напоминающий 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 Американского нефтяного института (АНИ).

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. Для обработки пласта в ходе процесса тепловой обработки in situ могут быть использованы различные этапы или процессы. В некоторых вариантах осуществления изобретения добыча из одного или нескольких участков пласта ведется с помощью растворения, что делается для извлечения из участков растворимых неорганических веществ. Добыча растворением неорганических веществ может быть осуществлена до процесса тепловой обработки in situ, во время этого процесса и/или после этого процесса. В некоторых вариантах осуществления изобретения средняя температура одного или нескольких участков, участвующих в добыче растворением, может поддерживаться на уровне, меньшем примерно 120°С.

В некоторых вариантах осуществления изобретения один или несколько участков пласта нагревают с целью извлечения из участков воды и/или метана и других летучих углеводородов. В некоторых вариантах осуществления изобретения при извлечении воды и летучих углеводородов средняя температура может быть повышена от температуры окружающей среды до температур, меньших примерно 220°С.

В некоторых вариантах осуществления изобретения один или несколько участков пласта нагревают до температур придания подвижности и/или легкого крекинга углеводородов в пласте. В некоторых вариантах осуществления изобретения среднюю температуру одного или нескольких участков пласта поднимают до температур придания углеводородам подвижности в пласте (например, до температур, находящихся в диапазоне от 100°С до 250°С, от 120°С до 240°С или от 150°С до 230°С).

В некоторых вариантах осуществления изобретения один или несколько участков пласта нагревают до температур проведения в пласте реакций пиролиза. В некоторых вариантах осуществления изобретения средняя температура одного или нескольких участков пласта может быть поднята до температур проведения пиролиза углеводородов в пласте (например, до температур, находящихся в диапазоне от 230°С до 900°С, от 240°С до 400°С или от 250°С до 350°С).

Нагревание пласта, содержащего углеводороды, несколькими источниками тепла может установить температурные перепады вокруг источников тепла, которые повышают температуру углеводородов в пласте до желательных температур с желательными скоростями нагревания. Скорость повышения температуры в диапазоне температур придания подвижности и/или диапазоне температур проведения пиролиза для нужных продуктов может влиять на количество и качество пластовых флюидов, которые добывают из пласта, содержащего углеводороды. Медленное увеличение температуры пласта в диапазоне температур придания подвижности и/или диапазоне температур проведения пиролиза может позволить добывать из пласта высококачественные углеводороды, с высокой плотностью, измеряемой в градусах АНИ. Медленное увеличение температуры пласта в диапазоне температур придания подвижности и/или диапазоне температур проведения пиролиза 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 некотором 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 может быть выбрано другое значение температуры.

Наложение тепла от источников тепла позволяет сравнительно быстро и эффективно установить в пласте нужную температуру. Можно регулировать подвод энергии в пласт от источников тепла с целью поддержания, по существу, нужного значения температуры в пласте.

Продукты, полученные в результате придания подвижности и/или проведения пиролиза, могут быть добыты из пласта через добывающие скважины. В некоторых вариантах осуществления изобретения средняя температура одного или нескольких участков пласта может быть поднята до температур придания углеводородам подвижности и углеводороды добывают через добывающие скважины. Средняя температура одного или нескольких участков пласта может быть повышена до температур осуществления пиролиза после того, как добыча, осуществляемая благодаря приданию углеводородам подвижности, уменьшится ниже заданного значения. В некоторых вариантах осуществления изобретения средняя температура одного или нескольких участков пласта может быть поднята до температур осуществления пиролиза без проведения существенной добычи углеводородов до достижения температур осуществления пиролиза. Пластовые флюиды, в том числе продукты пиролиза, могут быть добыты через добывающие скважины.

В некоторых вариантах осуществления изобретения после придания подвижности и/или осуществления пиролиза средняя температура одного или нескольких участков пласта может быть поднята до температур, достаточных для получения синтез-газа. В некоторых вариантах осуществления изобретения температура углеводородов может быть поднята до значений, достаточных для получения синтез-газа, без проведения существенной добычи углеводородов до достижения температур, достаточных для получения синтез-газа. Например, синтез-газ может быть получен 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. Флюид для получения синтез-газа (например, пар и/или вода) может быть введен в участки с целью получения синтез-газа. Синтез-газ может добываться из пласта через добывающие скважины.

Добыча растворением, извлечение летучих углеводородов и воды, придание подвижности углеводородам, проведение пиролиза углеводородов, получение синтез-газа и/или другие процессы могут быть осуществления в ходе процесса тепловой обработки in situ. В некоторых вариантах осуществления изобретения некоторые процессы могут быть осуществлены после процесса тепловой обработки in situ. Такие процессы, помимо прочего, включают в себя рекуперирование тепла из обработанных участков, хранение флюидов (например, воды и/или углеводородов) в ранее обработанных участках и/или изолирование углекислого газа в ранее обработанных участках.

На фиг.1 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 200. 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 200 представляют собой водопонижающие скважины. Водопонижающие скважины могут удалять жидкую воду и/или препятствовать проникновению жидкой воды в часть пласта, которую будут нагревать, или в нагреваемый пласт. В варианте осуществление изобретения с фиг.1, показаны барьерные скважины 200, расположенные только вдоль одной стороны источников 202 тепла, но барьерные скважины могут окружать все источники 202 тепла, используемые или планируемые к использованию для нагревания области обработки пласта.

Источники 202 тепла расположены, по меньшей мере, в части пласта. Источники 202 тепла могут представлять собой нагреватели, такие как изолированные проводники, нагревательные устройства с проводником в трубе, горелки, расположенные на поверхности, беспламенные распределенные камеры сгорания и/или природные распределенные камеры сгорания. Источники 202 тепла могут также представлять собой нагреватели других типов. Источники 202 тепла подводят теплоту, по меньшей мере, в часть пласта с целью нагревания углеводородов в пласте. Энергия может подаваться к источнику 202 тепла по линиям 204 питания. Линии 204 питания могут конструктивно различаться в зависимости от типа источника тепла или источников тепла, используемых для нагревания пласта. Линии 204 питания для источников тепла могут передавать электричество для электрических нагревателей, могут транспортировать топливо для камер сгорания или могут перемещать жидкий теплоноситель, циркулирующий в пласте. В некоторых вариантах осуществления изобретения электричество для процесса тепловой обработки in situ может поставляться атомной электростанцией или атомными электростанциями. Использование атомной энергии может позволить уменьшить или полностью исключить выбросы диоксида углерода в ходе процесса тепловой обработки in situ.

Добывающие скважины 206 используются для извлечения пластового флюида из пласта. В некоторых вариантах осуществления изобретения добывающая скважина 206 может содержать источник тепла. Источник тепла, расположенный в добывающей скважине, может нагревать одну или несколько частей пласта у добывающей скважины или рядом с ней. В некоторых вариантах осуществления процесса тепловой обработки in situ количество теплоты, подводимое в пласт от добывающей скважины, на метр добывающей скважины меньше количества теплоты, подводимого в пласт от источника тепла, который нагревает пласт, на метр источника тепла.

В некоторых вариантах осуществления изобретения источник тепла в добывающей скважине 206 позволяет извлекать из пласта паровую фазу пластовых флюидов. Подвод теплоты к добывающей скважине или через добывающую скважину может: (1) препятствовать конденсации и/или обратному потоку добываемого флюида, когда такой добываемый флюид перемещается по направлению к добывающей скважине близко к покрывающему слою, (2) увеличить подвод теплоты в пласт, (3) увеличить темп добычи для добывающей скважины по сравнению с добывающей скважиной без источника тепла, (4) препятствовать конденсации соединений с большим количеством атомов углерода (С6 и больше) в добывающей скважине и/или (5) увеличить проницаемость пласта у добывающей скважины или рядом с ней.

Подземное давление в пласте может соответствовать давлению флюида в пласте. Когда температура в нагретой части пласта увеличивается, то давление в нагретой части может увеличиваться в результате теплового расширения флюидов, увеличенного получения флюидов и испарения воды. Управление скоростью извлечения флюидов из пласта может позволить управлять давлением в пласте. Давление в пласте может быть определено в нескольких различных местах, например, рядом с добывающими скважинами или у них, рядом с источниками тепла или у них или у контрольных скважин.

В некоторых содержащих углеводороды пластах добыча углеводородов из пласта сдерживается до тех пор, пока, по меньшей мере, некоторое количество углеводородов пласта не стало подвижным и/или не подверглось пиролизу. Пластовый флюид можно добывать из пласта тогда, когда качество пластового флюида соответствует выбранному уровню. В некоторых вариантах осуществления изобретения выбранный уровень качества представляет собой плотность в градусах АНИ, которая составляет, по меньшей мере, примерно 15°, 20°, 25°, 30° или 40°. Запрет на добычу до тех пор, пока, по меньшей мере, часть углеводородов не стала подвижной и/или не подверглась пиролизу, может увеличить переработку тяжелых углеводородов в легкие углеводороды. Запрет на добычу в начале может минимизировать добычу тяжелых углеводородов из пласта. Добыча значительных объемов тяжелых углеводородов может потребовать дорогого оборудования и/или уменьшения срока эксплуатации производственного оборудования.

После достижения температур придания подвижности или температур осуществления пиролиза и разрешения добычи из пласта, давление в пласте можно изменять с целью изменения и/или управления составом добываемых пластовых флюидов с целью регулирования процента конденсирующегося флюида относительно неконденсирующегося флюида в пластовом флюиде и/или с целью регулирования плотности в градусах АНИ добываемого пластового флюида. Например, уменьшение давления может приве