Применение саморегулирующихся ядерных реакторов при обработке подземного пласта

Применение саморегулирующихся ядерных реакторов при обработке подземного пласта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способам и системам для добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из различных подземных пластов, таких как углеводородсодержащие пласты.

Уровень техники

Получаемые из подземных пластов углеводороды часто используют в качестве энергетических ресурсов, в качестве разного рода сырья и в качестве потребительских продуктов. Озабоченность по поводу истощения существующих углеводородных ресурсов и озабоченность по поводу снижения в целом качества добываемых углеводородов привели к разработке способов для более эффективных добычи, переработки и/или применения имеющихся углеводородных ресурсов. Для извлечения углеводородных материалов из подземных пластов могут использоваться процессы in situ. С целью обеспечения более легкого извлечения углеводородного материала из подземного пласта может потребоваться изменение химических и/или физических свойств углеводородного материала в подземном пласте. Химические и физические изменения могут включать в себя реакции in situ, результатом которых становится образование извлекаемых флюидов, изменения состава, изменения растворимости, изменения плотности, фазовые изменения и/или изменения вязкости углеводородного материала в пласте. Флюидом могут быть (но без ограничения ими) газ, жидкость, эмульсия, суспензия и/или поток твердых частиц, который имеет характеристики текучести, подобные характеристикам текучести потока жидкости.

Для нагрева пласта в процессе in situ в стволы скважин могут помещаться нагреватели. Существует множество различных типов нагревателей, которые могут быть использованы для нагрева пласта. Эффективность и выгода от добываемых углеводородных материалов, прежде всего, будет определять энергия, необходимая для превращения и/или вывода углеводородных материалов из подземного пласта. Отсюда и интерес к любым системам и/или способам, которые могут приводить к снижению потребности в энергии и/или расходов на энергию, необходимых для добычи углеводородных материалов.

В документе US 3170842 описаны субкритический ядерный реактор и нейтроногенерирующее устройство, пригодные для использования в стволе скважины. В данном документе описаны исследование ствола скважины с ядерным реактором, нагрев ствола скважины с помощью ядерного реактора или пиролиз in situ горючих сланцев с помощью нагревания с использованием ядерного реактора в стволе скважины в качестве теплового источника в указанных сланцах. При этом применяется ядерный реактор, обладающий варьируемой в широких пределах заданной выходной мощностью и выходом нейтронов и имеющий устройство для варьирования или поддержания постоянства указанной выходной мощности или выхода нейтронов на заданном уровне, соответствующем выбранной цели, для которой должен использоваться ядерный реактор. Ядерный реактор включает в себя множество субкритических состояний, возбуждаемых до уровня генерирования нейтронов или выходной мощности в зависимости от положения первичного генератора нейтронов, который может перемещаться относительно корпуса ядерного реактора с помощью механических средств.

В документе US 3237689 описаны способ и установка для перегонки залежей горючих сланцев и других твердых углеродистых материалов in situ, с помощью которых достигаются более эффективная и более полная перегонка при значительной экономии объема производимых работ. Расположенный вблизи разрабатываемого участка ядерный реактор используется для обеспечения теплом теплоносителя, циркулирующего через один или несколько теплообменников, которые подают тепло на один или несколько тепловых фронтов для проведения перегонки in situ залежей горючих сланцев.

В документе US 3598182 описан способ перегонки и дегидрогенизации углеводородного содержимого и углеродистых материалов с использованием горячего водорода для высвобождения и перегонки углеводородного содержимого. Предпочтительно установка для осуществления способа содержит источник водорода, средство для изменения температуры водорода, подземную каверну в углеродистом материале и модулирующее температуру устройство на поверхности сланцев для регулирования температуры водорода. Горячий водород может поступать из любого источника, но предпочтительно его получают из ядерного реактора, в котором водород используется в качестве охладителя, или из процесса карбонизации угля.

В документе US 3766982 описан способ обработки in situ горючего сланца или какого-либо другого углеводородистого материала с использованием в качестве транспортирующего агента горячей текучей среды, такой как воздух или дымовой газ, с целью испарения керогена или какого-либо другого углеводородистого материала и, в частности, также в качестве носителя достаточного объема тепла, чтобы расколоть и расщепить материал, сделав его насквозь проницаемым для газового потока. Добыча улетученного углеводородистого материала производится через один или несколько стволов скважин, удаленных от места ввода горячего газа. Нагрев воздуха или какого-либо другого относительно недорогого теплообменивающего газа до требуемой температуры, либо над, либо под поверхностью грунта, осуществляется в ядерном реакторе, в нагревателе с галечным теплоносителем или в каком-либо другом подходящем нагревательном устройстве.

В документе US 4765406 описан способ пробной добычи сырой нефти с помощью закачки в нефтяной пласт теплоносителя. На этот способ влияет генерирование тепловой энергии в нефтяном месторождении или в том месте, где в это месторождение входит какая-либо скважина, путем проведения реакции каталитического метанирования и переноса образующегося при этом тепла к теплоносителю, которым может быть водяной пар или инертный газ. Теплоноситель вводится в нефтяной пласт и повышает мобильность нефти. Могут использоваться различные источники энергии, включая уголь, нефть, работающие на сжигании газа нагреватели, солнечно-энергетические установки и т.п., хотя нами предпочтительно используется высокотемпературный ядерный реактор.

В документе US 4930574 описан способ третичной нефтедобычи и утилизации газа путем ввода нагретого с помощью ядерного реактора водяного пара в нефтяное месторождение и вывода, отделения и приготовления отходящей водно-нефтегазовой смеси. Способ включает в себя нагрев печи парового реформинга и генерирование водяного пара в парогенераторе с помощью тепла из высокотемпературного реактора с гелиевым охлаждением при частичной подаче производимого в парогенераторе водяного пара через какую-либо трубу в нефтяное месторождение, отделение метана и других компонентов от отходящей водно-нефтегазовой смеси, предварительный нагрев метана в подогревателе и последующую частичную подачу произведенного в парогенераторе водяного пара и метана в печь парового реформинга с целью превращения метана в водород и оксид углерода.

В документе US 20070181301 описаны система и способ извлечения углеводородных продуктов из горючесланцевого пласта. Способ включает в себя использование источников ядерной энергии для того, чтобы энергия осуществляла раскол горючесланцевых пластов и обеспечивала достаточно тепла и давления для образования жидких и газообразных углеводородных продуктов. Способ включает также этапы извлечения углеводородных продуктов из горючесланцевых пластов.

Для разработки способов и систем для экономичной добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из углеводородсодержащих пластов были приложены значительные усилия. Однако в настоящее время все еще существует много углеводородсодержащих пластов, из которых углеводороды, водород и/или другие продукты экономично добыты быть не могут. В связи с этим существует потребность в улучшенных способах и системах, которые бы снизили энергетические затраты на обработку пласта, снизили выбросы в процессе обработки, облегчили установку нагревательной системы и/или снизили потери тепла на нагрев покрывающего слоя по сравнению со способами добычи углеводородов, в которых используется наземное оборудование.

Раскрытие изобретения

Описанные здесь варианты осуществления изобретения относятся в целом к системам и способам для нагрева подземного пласта. В некоторых вариантах осуществления изобретения предлагаются одна или несколько систем и один или несколько способов для обработки подземного пласта.

В некоторых вариантах осуществления изобретения предлагается система термической обработки in situ для добычи углеводородов из подземного пласта, содержащая: множество стволов скважин в пласте; по меньшей мере один нагреватель, расположенный в по меньшей мере двух стволах скважин; и саморегулирующийся ядерный реактор, выполненный с возможностью подачи энергии к по меньшей мере одному из нагревателей для повышения температуры пласта до уровней, которые позволяют осуществлять добычу углеводородов из пласта.

В некоторых вариантах осуществления изобретения предлагается система термической обработки in situ для добычи углеводородов из подземного пласта, содержащая: множество стволов скважин в пласте; по меньшей мере один нагреватель, расположенный в по меньшей мере двух стволах скважин; и саморегулирующийся ядерный реактор, выполненный с возможностью подачи энергии к по меньшей мере одному из нагревателей для повышения температуры пласта до уровней, которые позволяют осуществлять добычу углеводородов из пласта; при этом ввод тепла в по меньшей мере часть пласта в течение времени по меньшей мере частично соотносится со скоростью затухания саморегулирующегося ядерного реактора.

В некоторых вариантах осуществления изобретения предлагается система термической обработки in situ для добычи углеводородов из подземного пласта, содержащая: множество стволов скважин в пласте; по меньшей мере один нагреватель, расположенный в по меньшей мере двух стволах скважин; и саморегулирующийся ядерный реактор, выполненный с возможностью подачи энергии к по меньшей мере одному из нагревателей для повышения температуры пласта до уровней, которые позволяют осуществлять добычу углеводородов из пласта; при этом расстояние между по меньшей мере частью множества стволов скважин в пласте по меньшей мере частично соотносится со скоростью затухания саморегулирующегося ядерного реактора.

В некоторых вариантах осуществления изобретения предлагается система термической обработки in situ для добычи углеводородов из подземного пласта, содержащая: множество стволов скважин в пласте; по меньшей мере один нагреватель, расположенный в по меньшей мере двух стволах скважин; и саморегулирующийся ядерный реактор, выполненный с возможностью подачи энергии к по меньшей мере одному из нагревателей для повышения температуры пласта до уровней, которые позволяют осуществлять добычу углеводородов из пласта; при этом саморегулирующийся ядерный реактор затухает со скоростью приблизительно 1/Е.

В некоторых вариантах осуществления изобретения способ добычи углеводородов из подземного пласта может осуществляться с помощью описанной здесь системы. В дополнительных вариантах осуществления изобретения признаки из отдельных вариантов осуществления изобретения могут объединяться с признаками из других вариантов осуществления изобретения. Например, признаки из одного варианта осуществления изобретения могут быть объединены с признаками из каких-либо других вариантов осуществления изобретения. В дополнительных вариантах осуществления изобретения обработка подземного пласта проводится с помощью любых из описанных в заявке систем и способов. В дополнительных вариантах осуществления изобретения к конкретным описанным в заявке вариантам осуществления изобретения могут быть добавлены дополнительные признаки.

Краткое описание чертежей

Преимущества настоящего изобретения могут стать очевидными специалистам благодаря приведенному ниже подробному описанию со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 схематически показан один из вариантов выполнения одной из частей системы термической обработки in situ для обработки углеводородсодержащего пласта;

на фиг.2 - один из вариантов выполнения системы термической обработки in situ, в которой использован ядерный реактор;

на фиг.3 - один из вариантов выполнения системы термической обработки in situ, в которой использованы реакторы с галечным слоем, вид в вертикальном разрезе;

на фиг.4 - один из вариантов выполнения саморегулирующегося ядерного реактора;

на фиг.5 - один из вариантов выполнения системы термической обработки in situ с u-образными стволами скважин с использованием саморегулирующихся ядерных реакторов;

на фиг.6 - зависимость мощности (Вт/м) (ось y) от времени (годы) (ось х), относящаяся к потребностям во вводе энергии для термической обработки in situ;

на фиг.7 - зависимость мощности (Вт/м) (ось y) от времени (дни) (ось х), относящаяся к потребностям во вводе энергии для термической обработки in situ для разных расстояний между стволами скважин;

на фиг.8 - зависимость средней температуры (°С) (ось y) коллектора от времени (дни) (ось х) при термической обработке in situ для разных расстояний между стволами скважин.

Хотя изобретение может иметь различные модификации и альтернативные формы, с помощью приведенного с использованием чертежей примера показаны конкретные варианты его осуществления, которые подробно описаны далее. Чертежи не обязательно масштабированы. Следует, однако, иметь в виду, что чертежи и их подробное описание не рассчитаны на то, чтобы ограничить ими изобретение до конкретной раскрытой формы, а, наоборот, ставилась цель охватить все модификации, эквиваленты и альтернативы, относящиеся к сути и объему настоящего изобретения, определенным в прилагаемой формуле изобретения.

Осуществление изобретения

Следующее ниже описание в целом относится к системам и способам обработки углеводородов в пластах. Такие пласты могут подвергаться обработке с целью получения углеводородных продуктов, водорода и других продуктов.

«АНИ-плотность» обозначает плотность в градусах Американского нефтяного института при 15,5°С (60°F), определяемую согласно методу ASTM Method D6822 или ASTM Method D1298.

«Давление флюида» - это давление, создаваемое каким-либо флюидом в пласте. «Литостатическим давлением» (иногда называемым «литостатическим напряжением») является давление в пласте, равное весу на единицу площади вышележащей массы породы. «Гидростатическим давлением» является давление в пласте, создаваемое столбом воды.

«Пласт» включает в себя один или несколько углеводородсодержащих слоев, один или несколько неуглеводородных слоев, покрывающий слой и/или подстилающий слой. Выражение «углеводородные слои» относится к слоям в пласте, которые содержат углеводороды. Углеводородные слои могут содержать неуглеводородный материал и углеводородный материал. «Покрывающий слой» и/или «подстилающий слой» содержат один или несколько различных непроницаемых материалов. Например, покрывающий слой и/или подстилающий слой могут содержать скальную породу, сланец, аргиллит или влажный/плотный карбонат. В некоторых вариантах осуществления операций термической обработки in situ покрывающий слой и/или подстилающий слой могут включать в себя углеводородсодержащий слой или углеводородсодержащие слои, которые относительно непроницаемы и не подвергаются действию температур во время проведения термической обработки in situ, результатом которой являются значительные изменения характеристик углеводородсодержащих слоев покрывающего слоя и/или подстилающего слоя. Например, подстилающий слой может содержать сланец или аргиллит, но подстилающий слой нельзя нагревать до температур пиролиза в процессе термической обработки in situ. В отдельных случаях покрывающий слой и/или подстилающий слой могут быть до некоторой степени проницаемыми.

Под "пластовыми флюидами" подразумеваются флюиды, которые присутствуют в пласте и могут включать в себя пиролизный флюид, синтез-газ, подвижные углеводороды и воду (водяной пар). Пластовые флюиды могут включать в себя как углеводородные флюиды, так и неуглеводородные флюиды. Выражение "подвижный флюид" относится к флюидам в углеводородсодержащем пласте, которые в результате термической обработки пласта приобрели текучесть. Под "добытыми флюидами" подразумеваются флюиды, извлеченные из пласта.

"Источником тепла" является любая система для подачи тепла в по поменьше мере какую-либо часть пласта в основном путем посредством теплопроводности и/или излучения. Источником тепла могут быть, например, электропроводящие материалы и/или электронагреватели типа изолированного проводника, удлиненного элемента и/или проводника, расположенного в кабелепроводе. Нагревателем могут также быть системы, вырабатывающие тепло за счет сжигания топлива вне пласта или в пласте. Этими системами могут быть наземные горелки, скважинные газовые горелки, беспламенные рассредоточенные камеры сгорания и природные рассредоточенные камеры сгорания. В некоторых вариантах осуществления изобретения тепло, подаваемое в один или несколько источников тепла или произведенное в них, может быть получено от других источников энергии. Другие источники энергии могут нагревать пласт непосредственно, или их энергия может передаваться теплоносителю, который непосредственно или опосредованно нагревает пласт. Следует иметь в виду, что в одном или нескольких источниках тепла, которые доставляют тепло в пласт, могут использоваться различные источники энергии. Так, например, для данного пласта некоторые источники тепла могут подавать тепло от электропроводящих материалов, от электронагревателей сопротивления, некоторые источники тепла могут подавать тепло сгорания, а некоторые источники тепла могут подавать тепло от одного или нескольких других источников энергии (например, химических реакций, солнечной энергии, энергии ветра, биомассы, или других источников возобновляемой энергии). Химической реакцией может быть экзотермическая реакция (например, реакция окисления). Источник тепла может также включать в себя электропроводящий материал или нагреватель, который подает тепло в зону, расположенную вблизи места нагрева, и/или окружающую это место нагрева, такое как нагревательную скважину.

"Нагреватель" представляет собой любую систему или источник тепла, генерирующие тепло в скважине или в области, примыкающей к стволу скважины. Нагревателями могут быть (но не ограничиваясь ими) электронагреватели, горелки, камеры сгорания, которые реагируют с материалом в пласте или материалом, полученным из пласта, и/или их комбинации.

«Тяжелые углеводороды» представляют собой вязкие углеводородные флюиды. Тяжелые углеводороды могут включать в себя высоковязкие углеводородные флюиды, как тяжелая нефть, битум и/или асфальтовый битум. Тяжелые углеводороды могут включать в себя как углерод и водород, так и в меньших концентрациях серу, кислород и азот. В малых количествах в тяжелых углеводородах могут присутствовать и другие элементы. Тяжелые углеводороды могут быть расклассифицированы по АНИ-плотности. Как правило, тяжелые углеводороды имеют АНИ-плотность ниже примерно 20°. Тяжелая нефть, например, обычно имеет АНИ-плотность, равную примерно 10-20°, в то время как битум обычно имеет АНИ-плотность ниже примерно 10°. Как правило, вязкость тяжелых углеводородов выше примерно 100 сПз при 15°С. Тяжелые углеводороды могут включать в себя ароматические и другие сложные циклические углеводороды.

Тяжелые углеводороды могут находиться в относительно проницаемых пластах. Относительно проницаемый пласт может содержать тяжелые углеводороды, увлеченные, например, в песок или в карбонат. «Относительно проницаемым» по отношению к пластам или их частям является пласт, средняя проницаемость которого равна или превышает 10 миллидарси (например, 10 или 100 миллидарси). «Относительно низкая проницаемость» по отношению к пластам или их частям определяется как средняя проницаемость, меньшая примерно 10 миллидарси. Один Дарси равен приблизительно 0,99 мкм². Непроницаемый слой обычно имеет проницаемость меньшую примерно 0,1 миллидарси.

Некоторые типы пластов, которые содержат тяжелые углеводороды, могут также содержать (но не ограничиваясь ими) природные минеральные воски или природные асфальтиты. «Природные минеральные воски» встречаются, как правило, в по существу трубчатых жилах, которые могут иметь несколько метров в ширину, несколько километров в длину и сотни метров в глубину. «Природные асфальтиты» включают в себя твердые углеводороды ароматического состава и обычно встречаются в больших жилах. Извлечение из пластов in situ углеводородов, таких как минеральные воски и природные асфальтиты, может включать плавление с образованием жидких углеводородов и/или растворную добычу углеводородов из пластов.

«Углеводороды» определяются в общем случае как молекулы, образованные преимущественно атомами углерода и водорода. Углеводороды могут также включать в себя и другие элементы, например (но не ограничиваясь ими) галогены, металлические элементы, азот, кислород и/или серу. Углеводородами могут быть (но не ограничиваясь ими) кероген, битум, пиробитум, нефти, природные минеральные воски и асфальтиты. Углеводороды могут находится внутри минеральных матриц в земле или непосредственно вблизи них. Матрицами могут быть (но не ограничиваясь ими) осадочная порода, пески, силицилиты, карбонаты, диатомиты и другие пористые среды. "Углеводородные флюиды" представляют собой флюиды, которые содержат углеводороды. Углеводородные флюиды могут включать, захватывать или быть захваченными неуглеводородными флюидами, например водородом, азотом, оксидом углерода, диоксидом углерода, сероводородом, водой и аммиаком.

«Процесс переработки in situ» представляет собой процесс нагрева углеводородсодержащего пласта от источников тепла с целью повышения температуры по меньшей мере части пласта выше температуры пиролиза, в результате чего в пласте образуется пиролизный флюид.

«Процесс термической обработки in situ» представляет собой процесс нагрева углеводородсодержащего пласта источниками тепла с целью повышения температуры по меньшей мере части пласта выше некоторой температуры, в результате чего образуется подвижный флюид и происходит легкий крекинг и/или пиролиз углеводородсодержащего материала, приводящие к образованию в пласте подвижных флюидов, флюидов, являющихся результатом легкого крекинга, и/или флюидов, являющихся результатом пиролиза.

«Изолированным проводником» называется любой удлиненный материал, который способен проводить электричество и целиком или частично покрыт электроизоляционным материалом.

«Пиролиз» представляет собой разрыв химических связей в результате воздействия теплом. Например, пиролиз может включать в себя превращение какого-либо соединения в одно или несколько других веществ только за счет тепла. Чтобы вызвать пиролиз, тепло может подаваться в какой-либо участок пласта.

Выражение «пиролизные флюиды» или «продукты пиролиза» относится к флюиду, образующемуся главным образом в процессе пиролиза углеводородов. Образующийся в результате пиролизных реакций флюид может смешиваться с другими флюидами в пласте. Такую смесь следует рассматривать как пиролизный флюид или пиролизный продукт. Выражение «зона пиролиза» относится к объему пласта (например, относительно проницаемого пласта такого как пласт битуминозных песков), в котором проведена или проходит реакция с образованием пиролизного флюида.

"Наложение тепла" подразумевает доставку тепла от двух или более источников тепла к выбранному участку пласта таким образом, чтобы источники тепла влияли на температуру пласта в по меньшей мере одном месте между тепловыми источниками.

«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). Примеры пластов битуминозных песков включают такие пласты как пласты в Атабаске, Гросмонте и на Пис-ривер (все три в штате Альберта, Канада) и пласт Фаха в поясе Ориноко, Венесуэла.

Выражение «толщина» слоя относится к толщине поперечного сечения слоя, которое перпендикулярно лицевой 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 только примерно напоминать буквы «v» или «u», при этом ясно, что «ножки» буквы «u» не обязательно параллельны друг другу или перпендикулярны «нижней части» буквы «u».

«Облагораживание» подразумевает повышение качества углеводородов. Например, облагораживание тяжелых углеводородов может привести к повышению АНИ-плотности тяжелых углеводородов.

Выражение «легкий крекинг» относится к распутыванию молекул во флюиде в процессе термической обработки и/или к разрыву больших молекул на меньшие молекулы при термической обработке, что приводит к снижению вязкости флюида.

Выражение «ствол скважины» относится к отверстию в пласте, выполненному бурением или внедрением в пласт трубопровода. Ствол скважины может иметь в существенной степени круглое поперечное сечение или поперечное сечение какой-либо иной формы. В данном описании выражения «скважина» или «отверстие», относящиеся к отверстию в пласте, могут использоваться взаимозаменяемым образом по отношению к выражению «ствол скважины».

С целью получения множества разных продуктов пласт может обрабатываться различными способами. Для обработки пласта в процессе его термической обработки in situ могут быть использованы разные стадии или операции. В некоторых вариантах осуществления изобретения один или несколько участков пласта разрабатывают с использованием раствора, удаляя из этих участков растворимые минералы. Извлечение минералов в виде раствора может проводиться до, во время и/или после проведения операции термической обработки in situ. В некоторых вариантах осуществления изобретения средняя температура одного или нескольких участков, в которых осуществляют разработку с использованием раствора, может поддерживаться ниже примерно 120°С.

В некоторых вариантах осуществления изобретения один или несколько участков пласта нагревают с целью удаления из них воды и/или для удаления из этих участков метана и других летучих углеводородов. В некоторых вариантах осуществления изобретения во время удаления воды и летучих углеводородов средняя температура может быть повышена от температуры окружающей среды до температуры ниже примерно 220°С.

В некоторых вариантах осуществления изобретения один или несколько участков пласта нагревают до температур, которые обеспечивают движение и/или легкий крекинг углеводородов в пласте. В некоторых вариантах осуществления изобретения среднюю температуру одного или нескольких участков пласта повышают до температур подвижности углеводородов в участках (например, до температуры в пределах от 100 до 250°С, от 120 до 240°С или от 150 до 230°С).

В некоторых вариантах осуществления изобретения один или несколько участков пласта нагревают до температур, которые обеспечивают протекание в пласте пиролизных реакций. В некоторых вариантах осуществления изобретения средняя температура одного или нескольких участков пласта может быть повышена до температур пиролиза углеводородов в этих участках (например, до температур в пределах от 230 до 900°С, от 240 до 400°С или от 250 до 350°С).

Нагрев углеводородсодержащего пласта с помощью множества источников тепла может привести к установлению вокруг источников тепла тепловых градиентов, которые повышают температуру углеводородов в пласте до заданных значений при заданных скоростях нагрева. Скорость повышения температуры в диапазоне температур подвижности и/или в диапазоне температур пиролиза для целевых продуктов может повлиять на качество и количество пластовых флюидов, добываемых из углеводородсодержащего пласта. Медленное повышение температуры пласта в диапазоне температур подвижности и/или в диапазоне температур пиролиза может обеспечить добычу из пласта высококачественных, обладающих высокой АНИ-плотностью углеводородов. Медленное повышение температуры пласта в диапазоне температур подвижности и/или в диапазоне температур пиролиза может обеспечить извлечение в качестве углеводородного продукта большого количества находящихся в пласте углеводородов.

В некоторых вариантах осуществления термической обработки in situ вместо медленного повышения температуры в каком-либо температурном диапазоне одну из частей пласта нагревают до какой-либо заданной температуры. В некоторых вариантах осуществления изобретения заданная температура равна 300, 325 или 350°С. В качестве заданной температуры могут быть выбраны и другие температуры.

Наложение тепла от источников тепла позволяет относительно быстро и эффективно устанавливать в пласте заданную температуру. Чтобы поддерживать температуру в пласте на близком к заданному уровне можно осуществлять корректировку поступления в пласт энергии от источников тепла.

Продукты подвижности и/или пиролиза могут добываться из пласта через добывающие скважины. В некоторых вариантах осуществления изобретения среднюю температуру одного или нескольких участков поднимают до температур подвижности и добывают углеводороды через добывающие скважины. После того как обусловленная подвижностью добыча снизится ниже установленного значения, средняя температура одного или нескольких участков может быть повышена до температур пиролиза. В некоторых вариантах осуществления изобретения температуру одного или нескольких участков повышают до температур пиролиза без проведения при этом добычи в значительном объеме до тех пор, пока не будут достигнуты температуры пиролиза. Пластовые флюиды, включая продукты пиролиза, могут добываться через добывающие скважины.

В некоторых вариантах осуществления изобретения средняя температура одного или нескольких участков может быть повышена до температур, достаточных для того, чтобы обеспечить добычу синтез-газа после придания подвижности и/или осуществления пиролиза. В некоторых вариантах осуществления изобретения температура углеводородов может быть повышена в достаточной степени для того, чтобы обеспечить образование синтез-газа без проведения при этом добычи в значительном объеме до тех пор, пока не будут достигнуты температуры, достаточные для обеспечения образования синтез-газа. Например, синтез-газ может образовываться в пределах температур от примерно 400 до примерно 1200°С, от примерно 500 до примерно 1100°С или от примерно 550 до примерно 1000°С. Образующий синтез-газ флюид (например, водяной пар и/или воду) можно вводить в участки пласта для генерирования там синтез-газа. Добыча синтез-газа может осуществляться через добывающие скважины.

Добыча с помощью раствора, извлечение летучих углеводородов и воды, придание подвижности углеводородам, пиролиз углеводородов, генерирование синтез-газа и/или другие операции могут проводиться во время процесса термической обработки in situ. В некоторых вариантах осуществления изобретения некоторые операции могут проводиться после процесса термической обработки in situ. В число таких операций могут входить (но не ограничиваясь ими) рекуперация тепла из обработанных участках, хранение флюидов (например, воды и/или углеводородов) в предварительно обработанных участках и/или связывание диоксида углерода в предварительно обработанных участках.

На фиг.1 приведен схематический вид одного из вариантов выполнения части системы термической обработки in situ для обработки углеводородсодержащего пласта. Система термической обработки in situ может включать в себя барьерные скважины 100. Барьерные скважины используются для создания барьера вокруг обрабатываемого участка. Барьер препятствует потоку флюидов к обрабатываемому участку и/или из него. Барьерными скважинами могут быть (но не ограничиваются ими) обезвоживающие скважины, вакуумные скважины, захватывающие скважины, нагнетательные скважины, растворные скважины, замораживающие скважины или их комбинации. В некоторых вариантах осуществления изобретения барьерными скважинами 100 являются обезвоживающие скважины. Обезвоживающие скважины могут удалять жидкую воду и/или препятствовать поступлению жидкой воды в часть предназначенного для нагрева пласта или в нагреваемый пласт. В приведенном на фиг.1 варианте осуществления изобретения барьерные скважины 100 показаны проходящими только вдоль одной стороны источников тепла 102, но, как правило, барьерные скважины опоясывают все используемые или предназначенные для использования источники 102 тепла для нагрева обрабатываемого участка пласта.

Источники 102 тепла помещают в по меньшей мере часть пласта. Источниками 102 тепла могут быть электропроводящие материалы. В некоторых вариантах осуществления изобретения нагревателями являются изолированные проводники, нагреватели типа проводников в каналах, наземные горелки, беспламенные рассредоточенные камеры сгорания и/или природные рассредоточенные камеры сгорания. Источниками 102 тепла могут быть и другие типы нагревателей. Для нагрева углеводородов в пласте источники 102 тепла подают тепло по меньшей мере к части пласта. Энергия может подводиться к источникам 102 тепла по подводящим линиям 104. Подводящие линии 104 могут быть структурно различными в зависимости от типа используемого для нагревания пласта источника тепла или источников тепла. Подводящие линии 104 для источников тепла могут пропускать электричество для электропроводящих материалов или электронагревателей, могут транспортировать топливо для камер сгорания, либо же могут переносить циркулирующий в пласте теплоноситель. В некоторых вариантах осуществления изобретения электричество для операции термической обработки in situ может подаваться от атомной электростанции или от атомных электростанций. Использование энергии атомных электростанций позволяет снизить или исключить выбросы диоксида углерода в процессе термической обработки in situ.

Нагревание пласта может приводить к некоторому увеличению проницаемости и/или пористости пласта. Увеличение проницаемости и/или пористости может быть обусловлено уменьшением массы в пласте в результате испарения и удаления воды, удаления углеводородов и/или образования трещин. Благодаря повышенной проницаемости и/или пористости пласта течение флюида в нагретой части пласта облегчается. Благодаря повышенной проницаемости и/или пористости флюид в нагретой части пласта может перемещаться через пласт на значительное расстояние. Это значительное расстояние может превышать 1000 м в зависимости от различных факторов, таких как проницаемость пласта, свойства флюида, температура пласта и перепад давления, обеспечивающий перемещение флюида. Способность флюида перемещаться на значительное расстояние в пласте позволяет располагать добывающие скважины 106 в пласте на относительно большом расстоянии одна от другой.

Добывающие скважины 106 используются для вывода из пласта пластового флюида. В некоторых вариантах осуществления изобретения добывающая скважина 106 включает в себя какой-либо источник тепла. Источник тепла в добывающей скважине может нагревать одну или несколько частей пласта в добывающей скважине или вблизи нее. В некоторых вариантах осуществления процесса обработки in situ количество тепла, подаваемого в пласт от добывающей скважины с одного метра добывающей скважины, меньше количества тепла, подаваемого в пласт источником тепла, который нагревает пласт, в расчете на один метр источника тепла. Воздействующее на пласт тепло из добывающей скважины может повысить проницаемость пласта вблизи добывающей скважины в результате испарения и удаления жидкофазного флюида вблизи добы