Использование саморегулирующихся ядерных реакторов при обработке подземного пласта

Использование саморегулирующихся ядерных реакторов при обработке подземного пласта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение касается способов и систем, предназначенных для добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из различных подземных пластов, таких как пласты, содержащие углеводороды.

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 (проходящие внутри пласта). 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.

Нагреватели, предназначенные для нагревания пласта при осуществлении процесса in situ, могут быть размещены в стволах скважин. Существует много различных типов нагревателей, которые могут быть использованы для нагревания пласта. Энергия, необходимая для преобразования и/или извлечения углеводородных материалов из подземного пласта, больше чем что-либо другое определяет эффективность и рентабельность добываемых углеводородных материалов. Следовательно, существует необходимость в любых системах и/или способах, которые могут привести к уменьшению потребностей в энергии и/или стоимости энергии, требуемой для добычи углеводородных материалов.

В патенте США №3170842, автор Кехлер (Kehler), описан подкритичный ядерный реактор и средство получения нейтронов, подходящие для использования в стволе скважины. Кехлер описывает каротаж буровой скважины с помощью ядерного реактора, нагревание буровой скважины с помощью ядерного реактора или пиролиз in situ нефтяных сланцев путем нагревания, использование ядерного реактора в буровой скважине в качестве источника тепла в указанном сланце. Ядерный реактор имеет заданную выходную мощность, меняющуюся в широких пределах, и скорость образования нейтронов, а также содержит средство изменения и удерживания постоянной указанной выходной мощности или скорости образования нейтронов на заданном уровне, подходящем для выбранной цели, для которой предполагается использовать ядерный реактор. Ядерный реактор имеет множество подкритичных стадий, запитываемых до уровня образования нейтронов или получения выходной мощности в зависимости от положения первичного генератора нейтронов, который может перемещаться относительно основной части ядерного реактора с помощью подходящего механического средства.

В патенте США №3237689, автор Джастейм (Justheim), описан способ и установка для перегонки in situ залежей нефтяных сланцев и других твердых углеродных материалов, при этом осуществляется более эффективная и полная перегонка и достигается значительная экономия. Ядерный реактор, расположенный рядом с рассматриваемой областью, предназначен для подвода тепла к теплообменной среде, циркулирующей через один или более теплообменников, которые подводят тепло к одному или более температурным фронтам для осуществления перегонки in situ залежей нефтяных сланцев.

В патенте США №3598182, автор Джастейм (Justheim), описан способ перегонки и гидрогенизации углеводородного содержимого углеродных материалов с использованием горячего водорода для выделения и перегонки углеводородного содержимого. Предпочтительное устройство для реализации этого способа содержит источник водорода, средство для изменения температуры водорода, подземную полость в углеродном материале и средство регулировки температуры на поверхности сланца, предназначенное для регулировки температуры водорода. Горячий водород может быть из любого источника, но предпочтительно, чтобы он был получен из ядерного реактора, использующего водород в качестве теплоносителя или в процессе коксования угля.

В патенте США №3766982, автор Джастейм (Justheim), описан способ обработки in-situ нефтяных сланцев или другого углеводородного материала с помощью горячего флюида, такого как воздух или дымовой газ, используемого в качестве теплообменной среды, для испарения керогена или другого углеводородного вещества и предпочтительно также в качестве носителя теплоты, достаточной для образования разлома и трещины в материале, чтобы он стал проницаемым для потока газа. Добыча испаренного углеводородного материала осуществляется через одну или несколько буровых скважин, отдаленных от места введения горячего газа. Нагревание воздуха или другого сравнительно недорогого теплообменного газа до нужной температуры над поверхностью земли или под землей осуществляется в ядерном реакторе, в нагревателе с галечным теплоносителем или в другом подходящем нагревательном устройстве.

В патенте США №4765406, автор Фролинг (Frohling), описан способ испытательной добычи сырой нефти путем нагнетания теплоносителя в нефтяной пласт. На способ влияет генерация тепловой энергии в месторождении сырой нефти или в месте, в котором скважина входит в это месторождение, что достигается путем осуществления каталитической реакции получения метана и передачи полученной теплоты теплоносителю, который может являться паром или инертным газом. Теплоноситель вводят в пласт сырой нефти, и он увеличивает подвижность сырой нефти. Может быть использовано множество источников энергии, в том числе уголь, нефть, газовые отопительные устройства, установки солнечной энергии и подобные, хотя предпочтительно использовать высокотемпературный ядерный реактор.

В патенте США №4930574, автор Джейгер (Jager), описан способ добычи нефти третичным методами и использования газа путем введения пара, нагретого ядерным реактором, в месторождение нефти и удаления, сепарации и подготовки выделяющейся смести нефти, газа и воды. Способ включает в себя нагрев устройства преобразования пара и получение пара в генераторе пара с помощью теплоты от высокотемпературного охлаждаемого гелием реактора, частичную подачу пара, полученного в генераторе пара, в месторождение нефти через трубу, отделение метана и других компонентов из выделяющейся смести нефти, газа и воды, предварительное нагреванием метана в устройстве предварительного подогрева и последующую частичную подачу пара, полученного в генераторе пара, и метана в устройство преобразования пара для разделения метана на водород и оксид углерода.

В заявке на патент США №20070181301, автор О'Брайен (O'Brien) описана система и способ извлечения углеводородных продуктов из используемого нефтеносного сланца. Способ включает в себя использование источников ядерной энергии для подачи энергии в пласты нефтеносных сланцев для образования трещин, и обеспечения достаточного количества теплоты и давления для добычи жидких и газообразных углеводородных продуктов. Этот способ также включает в себя этапы, направленные на извлечение углеводородных продуктов из пластов нефтеносных сланцев.

Прилагались значительные усилия для разработки способов и систем экономной добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из содержащих углеводороды пластов. Тем не менее, в настоящий момент существует еще много содержащих углеводороды пластов, из которых нельзя экономно добыть углеводороды, водород и/или другие продукты. Таким образом, существует необходимость в улучшенных способах и системах, которые уменьшают затраты энергии на обработку пласта, уменьшают выбросы от процесса обработки, облегчают установку системы нагревания и/или уменьшают потери теплоты в покрывающий слой по сравнению с процессами добычи углеводородов, при которых используется расположенное на поверхности оборудование.

Раскрытие изобретения

Описанные здесь варианты осуществления изобретения, в общем, касаются систем и способов обработки подземного пласта. В конкретных вариантах осуществления изобретения предложена одна или несколько систем и один или несколько способов обработки подземного пласта.

В некоторых вариантах осуществления изобретения система тепловой обработки внутри пласта, предназначенная для добычи углеводородов из подземного пласта, содержит: множество стволов скважин в пласте; по меньшей мере один нагреватель, расположенный по меньшей мере в двух стволах скважин; и саморегулирующийся ядерный реактор, предназначенный для подачи энергии по меньшей мере к одному нагревателю для увеличения температуры пласта до температуры, позволяющей добывать углеводороды из пласта.

В некоторых вариантах осуществления изобретения система тепловой обработки внутри пласта, предназначенная для добычи углеводородов из подземного пласта, содержит: множество стволов скважин в пласте; по меньшей мере один нагреватель, расположенный по меньшей мере в двух стволах скважин; и саморегулирующийся ядерный реактор, предназначенный для подачи энергии по меньшей мере к одному нагревателю для увеличения температуры пласта до температуры, позволяющей добывать углеводороды из пласта; при этом температура саморегулирующегося ядерного реактора регулируется путем регулирования давления водорода, подаваемого к саморегулирующемуся ядерному реактору, и при этом давление регулируют на основе пластовых условий.

В некоторых вариантах осуществления изобретения способ добычи углеводородов из подземного пласта может содержать описанную здесь систему. 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 обработку подземного пласта осуществляют с использованием описанных здесь систем и способов. В других вариантах осуществления изобретения к описанным здесь конкретным вариантам осуществления изобретения могут быть добавлены дополнительные признаки.

Краткое описание чертежей

Преимущества 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 внутри пласта, предназначенной для обработки пласта, содержащего углеводороды;

фиг.2 - схематический вид варианта осуществления части системы тепловой обработки внутри пласта, в которой используется ядерный реактор;

фиг.3 - вертикальный разрез варианта осуществления части системы тепловой обработки внутри пласта, в которой используется ядерный реактор с засыпкой из шаровых тепловыделяющих элементов;

фиг.4 - схематический вид варианта осуществления саморегулирующегося ядерного реактора;

фиг.5 - схематический вид варианта осуществления части системы тепловой обработки внутри пласта с U-образными стволами скважины, в которой используются саморегулирующиеся ядерные реакторы;

фиг.6 - вид, показывающий график зависимости мощности (Ватт/фут) (ось y) от времени (года) (ось х) для потребностей по подаче энергии при тепловой обработке внутри пласта;

фиг.7 - вид, показывающий график зависимости мощности (Ватт/фут) (ось y) от времени (дни) (ось х) для потребностей по подаче энергии при тепловой обработке внутри пласта для различных расстояний между стволами скважин;

фиг.8 - вид, показывающий график зависимости средней температуры (°С) (ось y) от времени (дни) (ось х) при тепловой обработке внутри пласта для различных расстояний между стволами скважин.

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.

Осуществление изобретения

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

Под «плотностью в градусах АНИ» понимается плотность в градусах Американского нефтяного института (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.

«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, сланцы, алевритоглинистую породу или плотную карбонатную горную породу, не пропускающую влагу. В некоторых вариантах осуществления процессов тепловой обработки внутри пласта, 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 внутри пласта, в результате которой характеристики содержащих углеводороды слоев покрывающего и/или подстилающего слоев значительно изменяются. Например, подстилающий слой может содержать сланцы или алевритоглинистую породу, но при осуществлении процесса тепловой обработки внутри пласта 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 электропроводящие материалы и/или 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 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 электропроводящих материалов, 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 электропроводящий материал и/или 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 примерно 10-20°, а плотность битума в градусах АНИ в целом составляет менее примерно 10°. Вязкость тяжелых углеводородов в целом составляет более примерно 0,1 Па·с 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 малопроницаемый» 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, по существу, в 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 внутри пласта» понимается процесс нагревания пласта, содержащего углеводороды, 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 внутри пласта» 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 удлиненный материал, который способен проводить электричество и который покрыт, полностью или частично, электроизоляционным материалом.

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

«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 теплоты» называется подвод теплоты 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.

«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 PeaceRiver, все три указанных пласта находятся в Канаде, провинция Альберта, и пласт Faja, который находится в поясе Ориноко в Венесуэле.

«Толщиной» слоя 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 «и» 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.

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, пласт может быть обработан разными способами. Для обработки пласта в ходе процесса тепловой обработки внутри пласта могут быть использованы различные этапы или процессы. В некоторых вариантах осуществления изобретения для одного или нескольких участков пласта используется добыча растворением с целью извлечения из участков растворимых минеральных веществ. Добыча минеральных веществ с помощью растворения может быть осуществлена до, во время и/или после процесса тепловой обработки внутри пласта. В некоторых вариантах осуществления изобретения средняя температура одного или нескольких участков, из которых добывают с помощью растворения, может поддерживаться на уровне ниже 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 среднюю температуру пласта поднимают от температуры окружающей среды до температур, меньших примерно 220°С.

В некоторых вариантах осуществления изобретения один или несколько участков пласта нагревают до температур, при которых углеводороды в пласте могут перемещаться и/или может происходить легкий крекинг углеводородов в пласте. В некоторых вариантах осуществления изобретения среднюю температуру одного или несколько участков пласта поднимают до температур придания подвижности углеводородам в участках (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, при которых происходят реакции пиролиза в пласте. В некоторых вариантах осуществления изобретения средняя температура одной или нескольких участков пласта может быть увеличена до температур пиролиза углеводородов в участках (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 перепады температур вокруг источников тепла, благодаря которым температура углеводородов в пласте поднимется до нужных температур с нужной скоростью нагревания. Скорость увеличения температуры в диапазоне температур придания подвижности и/или 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 придания подвижности и/или температур пиролиза может позволить добывать из пласта углеводороды высокого качества, с большой плотностью в градусах АНИ. Медленное увеличение температуры в диапазоне температур придания подвижности и/или температур пиролиза может позволить добывать в качестве углеводородного продукта большое количество углеводородов, присутствующих в пласте.

В некоторых вариантах осуществления тепловой обработки внутри пласта, 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.

Продукты, полученные в результате придания подвижности и/или пиролиза, могут быть добыты из пласта через добывающие скважины. В некоторых вариантах осуществления изобретения средняя температура одного или несколько участков пласта поднята до температур придания подвижности и углеводороды добывают из добывающих скважин. Средняя температура одного или нескольких участков может быть поднята до температур пиролиза после того, как добыча, возможная благодаря приданию подвижности, уменьшится ниже выбранного значения. В некоторых вариантах осуществления изобретения средняя температура одного или несколько участков пласта может быть поднята до температур пиролиза, при этом до достижения указанных температур не происходит добычи значительных количеств углеводородов. Через добывающие скважины могут быть добыты пластовые флюиды, в том числе продукты пиролиза.

В некоторых вариантах осуществления изобретения средняя температура одного или несколько участков пласта может быть поднята выше температур, достаточных для получения синтез-газа, что делается после придания подвижности и/или пиролиза. В некоторых вариантах осуществления изобретения при повышении температуры углеводородов до значений, достаточных для получения синтез-газа, до достижения температур, достаточных для получения синтез-газа, не происходит добычи значительных количеств углеводородов. Например, синтез-газ может быть получен в диапазоне температур, составляющем 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 быть добыт через добывающие скважины.

В ходе выполнения процесса тепловой обработки внутри пласта может быть осуществлена добыча с помощью растворения, извлечение летучих углеводородов и воды, придание углеводородам подвижности, пиролиз углеводородов, получение синтез-газа и/или другие процессы. В некоторых вариантах осуществления изобретения некоторые процессы могут быть осуществлены после процесса тепловой обработки внутри пласта. Такими процессами могут быть, помимо прочего, рекуперирование теплоты из обработанных участков, сохранение флюидов (например, воды и/или углеводородов) в ранее обработанных участках и/или блокирование углекислого газа в ранее обработанных участках.

На фиг.1 показан схематический вид варианта осуществления части системы тепловой обработки внутри пласта, предназначенной для обработки содержащего углеводороды пласта. Система тепловой обработки внутри пласта 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 разрежения, коллекторные скважины, нагнетательные скважины, скважины для заливки раствора, замораживающие скважины или их комбинации. В некоторых вариантах осуществления изобретения барьерные скважины 100 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 осуществления изобретения с фиг.1, показаны барьерные скважины 100, расположенные только вдоль одной стороны источников 102 тепла, но барьерные скважины могут окружать все источники 102 тепла, используемые или планируемые к использованию для нагревания области обработки пласта.

Источники 102 тепла расположены, по меньшей мере, в части пласта. Источники 102 тепла могут содержать электропроводящий материал. В некоторых вариантах осуществления изобретения источники тепла содержат 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 102 тепла могут также представлять собой нагреватели других типов. Источники 102 тепла подводят теплоту, по меньшей мере, в часть пласта с целью нагревания углеводородов в пласте. Энергия может подаваться к источнику 102 тепла по линиям 104 питания. Линии 104 питания могут конструктивно различаться в зависимости от типа источника тепла или источников тепла, используемых для нагревания пласта. Линии 104 питания для источников тепла могут передавать электричество для электропроводящего материала или электрических нагревателей, могут транспортировать топливо для камер сгорания или могут перемещать теплообменную среду, циркулирующую в пласте. В некоторых вариантах осуществления изобретения электричество для процесса тепловой обработки внутри пласта может поставляться атомной электростанцией или атомными электростанциями. Использование атомной энергии может позволить уменьшить или полностью исключить выбросы диоксида углерода в ходе процесса тепловой обработки внутри пласта.

Нагревание пласта может привести к увеличению проницаемости и/или пористости пласта. Увеличение проницаемости и/или пористости может привести к уменьшению массы в пласте из-за испарения и извлечения воды, извлечения углеводородов и/или создания трещин. Благодаря увеличенной проницаемости и/или пористости пласта в нагретой части пласта флюид может течь легче. Благодаря увеличенной проницаемости и/или пористости флюид в нагретой части пласта может перемещаться в пласте на значительные расстояния. Значительное расстояние может превышать 1000 м в зависимости от различных факторов, таких как проницаемость пласта, свойства флюида, температура пласта и перепад давлений, которые дают возможность флюиду перемещаться. Способностью флюида к перемещению в пласте на значительные расстояния позволяет размещать добывающие скважины 106 на сравнительно больших расстояниях друг от друга.

Добывающие скважины 106 используются для извлечения пластового флюида из пласта. В некоторых вариантах осуществления изобретения добывающая скважина 106 содержит источник тепла. Источник тепла в добывающей скважине может нагревать одну или несколько частей пласта у добывающей скважины или рядом с ней. В некоторых вариантах осуществления процесса тепловой обработки внутри пласта 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. Теплота, подаваемая в пласт от добывающей скважины, может увеличивать проницаемость пласта рядом с добывающей скважиной благодаря испарению и извлечению флюида, находящегося в жидкой фазе, рядом с добывающей скважиной и/или благодаря увеличению проницаемости пласта рядом с добывающей скважиной, вследствие образования макро- и/или микротрещин.

В некоторых вариантах осуществления изобретения источник тепла в добывающей скважине 106 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