Нагрев подземных углеводородных пластов циркулируемой теплопереносящей текучей средой

Нагрев подземных углеводородных пластов циркулируемой теплопереносящей текучей средой

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится в целом к способам и системам для добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из различных подземных пластов, таких как углеводородсодержащие пласты. В частности, некоторые варианты осуществления относятся к использованию циркуляционной системы с замкнутым контуром для нагрева части пласта в процессе конверсии in situ (внутри пласта).

Уровень техники

Углеводороды, получаемые из подземных пластов, 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 (внутри пласта). С целью обеспечения более легкого выведения 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 обработки углеводородсодержащего пласта с использованием способа тепловой обработки in situ может быть использовано множество различных типов скважин и стволов скважин. В некоторых вариантах осуществления для обработки пласта используются вертикальные и/или по существу вертикальные скважины. В некоторых вариантах осуществления для обработки пласта используются горизонтальные или по существу горизонтальные скважины (такие как J-образные и/или L-образные скважины) и/или u-образные скважины. В некоторых вариантах осуществления для обработки пласта используются комбинации горизонтальных скважин, вертикальных скважин и/или какие-либо другие комбинации. В определенных вариантах осуществления скважины проходят через покрывающий слой пласта к углеводородсодержащему слою пласта. В некоторых ситуациях тепло в скважинах теряется на нагрев покрывающего слоя. В некоторых ситуациях инфраструктура на поверхности и в покрывающем слое, используемая для поддерживания нагревателей и/или добывающего оборудования в горизонтальных стволах и u-образных стволах скважины, имеет большие размеры и/или содержит много компонентов.

В патенте США №7575052 (Sandberg et al.) описан процесс тепловой обработки in situ, в котором для нагрева одного или более обрабатываемых участков используется циркуляционная система. В этой циркуляционной системе может использоваться нагретая жидкая теплопереносящая среда, которая для переноса тепла к пласту проходит через сеть труб в пласте.

В публикации патентной заявки США №2008-0135254 (Vinegar et al.) описаны системы и способы для процесса обработки in situ, в которой использована циркуляционная система для нагрева одного или более обрабатываемых участков. В циркуляционной системе используется нагреваемая жидкая теплопереносящая среда, которая для переноса тепла к пласту проходит по трубам в пласте. В некоторых вариантах осуществления трубы расположены по меньшей мере в двух стволах скважин.

В публикации патентной заявки США №2009-0095476 (Nguyen et al.) описана нагревательная система, которая включает в себя трубопровод, расположенный в отверстии в подземном пласте. В трубопроводе находится изолированный проводник. В трубопроводе между частью изолированного проводника и частью трубопровода находится некоторый материал. Этим материалом может быть соль. При рабочей температуре нагревательной системы материал является текучей средой. Тепло переносится от изолированного проводника к текучей среде, от текучей среды к трубопроводу и от трубопровода к подземному пласту.

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, понизили 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 наземная аппаратура.

Раскрытие изобретения

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

В некоторых вариантах осуществления изобретения предлагается способ нагрева подземного пласта, включающий: введение расплавленной соли в первый канал нагревателя типа «труба в трубе» в первом месте; пропускание расплавленной соли через нагреватель типа «труба в трубе» в пласте ко второму месту, при этом осуществляется перенос тепла от расплавленной соли к обрабатываемому участку во время прохода расплавленной соли через нагреватель типа «труба в трубе»; и вывод расплавленной соли из нагревателя типа «труба в трубе» во втором месте, расположенном на расстоянии от первого места.

В некоторых вариантах осуществления изобретения предлагается способ нагрева подземного пласта, включающий: введение вторичной теплопереносящей текучей среды в первый канал нагревателя для предварительного нагрева нагревателя; введение первичной теплопереносящей текучей среды во второй канал нагревателя; и остановку или уменьшение потока вторичной теплопереносящей текучей среды в первый канал после достижения температуры нагревателя, достаточной для обеспечения текучести первичной теплопереносящей текучей среды.

В некоторых вариантах осуществления изобретения предлагается система для нагрева подземного пласта, содержащая: по меньшей мере одну систему циркуляции текучей среды, выполненную с возможностью подачи горячей теплопереносящей текучей среды к множеству нагревателей в пласте; и множество нагревателей в пласте, соединенных с циркуляционной системой, при этом по меньшей мере один из нагревателей содержит: первый трубопровод; второй трубопровод, расположенный в первом трубопроводе; и первый переключатель потока, выполненный с возможностью пропускания через кольцевую область между первым трубопроводом и вторым трубопроводом текучей среды, протекающей через второй трубопровод.

В некоторых вариантах осуществления изобретения предлагается способ для нагрева подземного пласта, включающий: циркуляцию первой теплопереносящей текучей среды через нагреватель, расположенный в подземном пласте, для повышения температуры нагревателя до температуры, которая обеспечивает текучесть второй теплопереносящей текучей среды в нагревателе; остановку циркуляции первой теплопереносящей текучей среды через нагреватель; циркуляцию второй теплопереносящей текучей среды через нагреватель, расположенный в подземном пласте, для повышения температуры участка тепловой обработки, примыкающего к нагревателю.

В дополнительных вариантах осуществления признаки из отдельных вариантов осуществления могут быть объединены с признаками из любых других вариантов осуществления.

В дополнительных вариантах осуществления обработка подземного пласта проводится с использованием любого из описываемых здесь способов, систем и нагревателей.

В дополнительных вариантах осуществления к отдельным описанным в заявке вариантам осуществления могут добавляться дополнительные признаки.

Краткое описание чертежей

Преимущества настоящего изобретения могут стать очевидными специалистам благодаря приведенному ниже детальному описанию со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - схематический вид одного из вариантов осуществления одной из частей системы тепловой обработки in situ для обработки углеводородсодержащего пласта.

фиг.2 - схематическое представление одного из вариантов осуществления системы циркуляции теплопереносящей текучей среды для нагрева части пласта.

фиг.3 - схематическое представление одного из вариантов осуществления L-образного нагревателя для его применения с системой циркуляции теплопереносящей текучей среды для нагрева части пласта.

фиг.4 - вид сбоку одного из вариантов осуществления нагревателя типа «труба в трубе» для нагревательной системы с циркуляцией теплопереносящей текучей среды, примыкающей к обрабатываемому участку.

фиг.5 - представление одного из вариантов изобретения для нагрева различных частей нагревателя, с тем чтобы повторно пропускать поток теплопереносящей текучей среды в нагревателе.

фиг.6 - схематическое представление одного из вариантов осуществления нагревателей типа «труба в трубе» нагревательной системы циркуляции текучей среды, расположенной в пласте.

фиг.7 - вид в поперечном сечении одного из вариантов осуществления нагревателя типа «труба в трубе», примыкающего к покрывающему слою.

фиг.8 - схематическое представление одного из вариантов осуществления циркуляционной системы для жидкой теплопереносящей среды.

фиг.9 - зависимость средней температуры (°С) пласта от продолжительности (в днях) нагрева пласта с использованием расплавленной соли, циркулирующей через нагреватели типа «труба в трубе».

фиг.10 - зависимость температуры (°С) расплавленной соли и величины вводимой мощности (Вт/фут) от времени (в днях).

фиг.11 - зависимость температуры (°С) и величины вводимой мощности (Вт/фут) от времени (в днях) нагрева пласта с использованием расплавленной соли, циркулирующей через нагреватели, при длине нагрева 8000 фут (2780 м) и массовом расходе 18 кг/с.

фиг.12 - зависимость температуры (°С) и величины вводимой мощности (Вт/фут) от времени (в днях) нагрева пласта с использованием расплавленной соли, циркулирующей через нагреватели, при длине нагрева 8000 фут и массовом расходе 12 кг/с.

Хотя изобретение может иметь различные модификации и альтернативные формы, в виде примера на чертежах показаны конкретные варианты его осуществления, и они описаны подробно. Чертежи не обязательно масштабированы. Следует, однако, иметь в виду, что чертежи и их подробное описание не предназначены для ограничения изобретения конкретной раскрытой формой, а, наоборот, предполагается, что изобретение охватывает все модификации, эквиваленты и альтернативы, попадающие в объем настоящего изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения.

Осуществление изобретения

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

«Плотность в градусах АНИ» предполагает плотность в градусах АНИ при 15,5°С (60°F), определяемую согласно методу ASTM Method D6822 или ASTM Method D1298.

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

Выражение «пласт» включает в себя один или более углеводородсодержащих слоев, один или более 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. Выражения «покрывающий слой» и/или «подстилающий слой» включают в себя один или более разных типов непроницаемых материалов. Например, покрывающий слой и/или подстилающий слой могут включать скальную породу, сланец, аргиллит или влажный/плотный карбонат. В некоторых вариантах осуществления операций тепловой 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 тепловой обработки in situ, результатом чего 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 тепловой обработки in situ. В некоторых случаях покрывающий слой и/или подстилающий слой могут быть до некоторой степени проницаемыми.

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

"Источником тепла" является любая система для подачи тепла по меньшей мере в какую-либо часть пласта в основном путем контактного и/или радиационного теплопереноса. 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, которые генерируют тепло за счет сжигания топлива вне пласта или в пласте. Этими системами могут быть наземные горелки, скважинные газовые горелки, беспламенные рассредоточенные комбустеры и природные рассредоточенные комбустеры. В некоторых вариантах осуществления тепло, подаваемое в или произведенное в одном или более источниках тепла, может быть получено от других источников энергии. Другие источники энергии могут нагревать пласт непосредственно, либо же их энергия может передаваться теплоносителю, который непосредственно или опосредованно нагревает пласт. Следует иметь в виду, что в одном или более источника тепла, которые доставляют тепло в пласт, могут использоваться различные источники энергии. Так, например, для данного пласта некоторые источника тепла могут подавать тепло от электропроводящих материалов, от электронагревателей сопротивления, некоторые источника тепла могут подавать тепло сгорания, а некоторые источники тепла могут подавать тепло от одного или более 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 электропроводящий материал или нагреватель, который подает тепло в зону вблизи и/или окружающую место нагрева, например в 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 взаимодействуют 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, такие как тяжелое масло, смола и/или асфальт. Тяжелые углеводороды могут включать в себя как углерод и водород, так и в меньших концентрациях серу, кислород и азот. В следовых количествах в тяжелых углеводородах могут присутствовать и другие элементы. Тяжелые углеводороды могут быть расклассифицированы по плотности в градусах АНИ. Обычно тяжелые углеводороды имеют плотность в градусах АНИ ниже примерно 20°. Тяжелое масло, например, обычно имеет плотность в градусах АНИ, равную примерно 10-20°, в то время как смола обычно имеет плотность в градусах АНИ ниже примерно 20°. Как правило, вязкость тяжелых углеводородов выше примерно 100 сП 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 проницаемый» в отношении пластов или их частей определяется как имеющий среднюю проницаемость, равную или превышающую 10 миллидарси (например, 10 или 100 миллидарси). «Относительно низкая проницаемость» в отношении пластов или их частей определяется как имеющий среднюю проницаемость меньше 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 существенно 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 добычу углеводородов из пластов растворением.

«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 находиться внутри минеральных матриц в земле или непосредственно рядом с ними. 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 конверсии 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 тепловой 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 мобилизованный флюид и происходит висбрекинг и/или пиролиз углеводородсодержащего материала, приводящие к образованию в пласте мобилизованных флюидов, флюидов висбрекинга и/или флюидов пиролиза.

Выражение «изолированный проводник» относится к любому удлиненному материалу, который способен проводить электричество и целиком или частично покрыт электроизоляционным материалом.

«Пиролиз» представляет собой разрыв химических связей в результате теплового воздействия. Например, пиролиз может включать в себя превращение какого-либо соединения в одно или более других веществ только за счет тепла. Чтобы инициировать пиролиз, тепло может подаваться в 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. Такая смесь рассматривается как пиролизный флюид или пиролизный продукт. Используемое в настоящем описании 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.

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

«Пласт битуминозных песков» представляет собой пласт, в котором углеводороды присутствуют преимущественно в виде тяжелых углеводородов и/или смолы, захваченных в минеральный зернистый каркас или другую хозяйскую литологию (например, песок или карбонат). 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 «нагреватель с ограничением температуры» обычно относится к нагревателю, в котором регулируется выход тепла (например, снижается выход тепла) выше заданной температуры без использования внешнего контроля, такого как температурные контроллеры, регуляторы мощности, выпрямители и другие приборы. Нагреватели с ограничением температуры могут быть переменно-токовыми или запитываемыми модулируемым (например, прерывистым) постоянным током электронагревателями сопротивления.

Выражение «толщина» слоя относится к толщине поперечного сечения слоя, которое (поперечное сечение) перпендикулярно лицевой поверхности слоя.

Выражение «u-образный ствол скважины» относится к стволу скважины, который проходит от первого отверстия в пласте через по меньшей мере часть пласта и наружу через второе отверстие в пласте. В настоящем контексте ствол скважины может быть лишь грубо v- или u-образным в предположении, что для пласта, который рассматривается как «u-образный», «ножки» и не обязательно должны быть параллельными одна другой или перпендикулярными «основанию» u.

«Облагораживание» подразумевает повышение качества углеводородов. Например, облагораживание тяжелых углеводородов может привести к увеличению плотности в градусах АНИ тяжелых углеводородов.

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

Выражение «вязкость», если не оговорено иное, относится к кинематической вязкости при 40°С. Вязкость определяется согласно методу ASTM Method D445.

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 соответствии с представлениями настоящей заявки, 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 тепловой обработки in situ могут быть использованы разные стадии или процессы. В некоторых вариантах осуществления в одном или более участках пласта осуществляют добычу растворением для удаления из этих участков растворимых минералов. Добыча минералов растворением может проводиться до, во время и/или после проведения процесса тепловой обработки in situ. В некоторых вариантах осуществления средняя температура одного или более участков, в которых осуществляют добычу растворением, может поддерживаться ниже примерно 120°С.

В некоторых вариантах осуществления один или более участков пласта нагревают с целью удаления воды из этих участков и/или для удаления из этих участков метана и других летучих углеводородов. В некоторых вариантах осуществления 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 один или более участков пласта нагревают до температур, которые обеспечивают движение и/или висбрекинг углеводородов в пласте. В некоторых вариантах осуществления среднюю температуру одного или более участков пласта повышают до температур мобилизации 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 один или более участков пласта нагревают до температур, которые обеспечивают протекание в пласте пиролизных реакций. В некоторых вариантах осуществления средняя температура одного или более участков пласта может быть повышена до температур пиролиза углеводородов в участках (например, до температуры в пределах 230-900°С, 240-400°С или 250-350°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 мобилизации 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 мобилизации и/или в диапазоне температур пиролиза может обеспечить добычу из пласта высококачественных, обладающих высокой плотностью в градусах АНИ углеводородов. Медленное повышение температуры пласта в диапазоне температур мобилизации и/или в диапазоне температур пиролиза может обеспечить извлечение в качестве углеводородного продукта большого количества находящихся в пласте углеводородов.

В некоторых вариантах осуществления тепловой 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 заданная температура равна 300, 325 или 350°С. В качестве заданной температуры могут быть выбраны и другие температуры.

Суперпозиция 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 регулировать поступление в пласт энергии от источников тепла.

Продукты мобилизации и/или пиролиза могут добываться из пласта через добывающие скважины. В некоторых вариантах осуществления среднюю температуру одного или более участков поднимают до температур мобилизации и добывают углеводороды через добывающие скважины. После того как обусловленная мобилизацией добыча снизится ниже установленного значения, средняя температура одного или более участков может быть повышена до температур пиролиза. В некоторых вариантах осуществления температуру одного или более 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 средняя температура одного или более участков может быть повышена до температур, достаточных для того, чтобы обеспечить добычу синтез-газа после мобилизации и/или пиролиза. В некоторых вариантах осуществления 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°C, 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, мобилизация углеводородов, пиролиз углеводородов, генерирование синтез-газа и/или другие операции могут проводиться во время процесса тепловой обработки in situ. В некоторых вариантах осуществления некоторые операции могут проводиться после процесса тепловой обработки in situ. В число таких операций могут входить (но не ограничиваясь ими) рекуперация тепла из обработанных участков, 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 осуществления части системы тепловой обработки in situ для обработки углеводородсодержащего пласта. Система тепловой 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) водопонижающие скважины, вакуумные скважины, захватывающие скважины, нагнетательные скважины, растворные скважины, замораживающие скважины или их комбинации. В некоторых вариантах осуществления барьерными скважинами 100 являются водопонижающие скважины. Водопонижающие 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 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 тепла 102 для нагрева обрабатываемого участка пласта.

Источники тепла 102 помещают в по меньшей мере часть пласта. Источниками тепла 102 могут быть электропроводящие материалы. В некоторых вариантах осуществления нагревателями являются изолированные проводники, нагреватели типа проводников в каналах, наземные горелки, беспламенные рассредоточенные комбустеры и/или природные рассредоточенные комбустеры. Источниками тепла 102 могут быть и другие типы нагревателей. Для нагрева углеводородов в пласте источники тепла 102 подают тепло по меньшей мере к части пласта. Энергия может подводиться к источникам тепла 102 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 комбустеров либо же могут переносить циркулирующую в пласте теплообменивающую текучую среду. В некоторых вариантах осуществления электричество для операции тепловой 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 тепловой 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 добывающая скважина 106 включает в себя какой-либо источник тепла. Источник тепла в добывающей скважине может нагревать одну или более 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 добывающей скважины и/или повысить проницаемость пласта вблизи добывающей скважины в результате образования макро- и/или микротрещин.

В некоторых вариантах осуществления источник тепла в добывающей скважине 106 позволяет удалять из пласта паровую фазу пластовых флюидов. Обеспечение нагрева в добывающей скважине или через нее может: (1) препятствовать конденсации и/или возврату флегмы добываемого флюида, когда этот добываемый флюид движется в добывающей скважине вблизи покрывающего слоя; (2) увеличивать поступление тепла в пласт; (3) повышать скорость добычи из добывающей скважины по сравнению с добывающей скважиной без источника тепла; (4) препятствовать конденсации соединений с большим числом атомов углерода (углеводородов С₆ и выше) в добывающей скважине; и/или (5) повышать проницаемость пласта в добывающей скважине или вблизи нее.

Подземное давление в пласте может соответствовать создаваемому в пласте давлению флюида. При повышении температур в нагретой части пласта давление в нагретой части может возрастать в результате теплового расширения флюидов, повышенного образования флюидов и испарения воды. Регулирование скорости вывода флюидов из пласта может позволить контролировать давление в пласте. Давление в пласте может определяться в нескольких разных участках, вблизи или в самих добывающих скважинах, вблизи или в самих источниках тепла, или в мониторинговых скважинах.

В некоторых углеводородсодержащих пластах добычу углеводородов из пласта задерживают до тех пор, пока по меньшей мере некоторая часть углеводородов в пласте не окажется мобилизованной и/или не подвергнется пиролизу. Пластовым флюид можно добывать из пласта тогда, когда пластовый флюид обладает заданным качеством. В некоторых вариантах осуществления заданное качество включает плотность в градусах АНИ, равную по меньшей мере примерно 20, 30 или 40°. Задержка добычи до тех пор, пока по меньшей мере некоторая часть углеводородов не окажется мобилизованной и/или не подвергнется пиролизу, может повысить превращение тяжелых углеводородов в легкие углеводороды. Задержка начала добычи может минимизировать добычу из пласта тяжелых углеводородов. Добыча значительных количеств тяжелых углеводородов могла бы потребовать дорогостоящего оборудования и/или уменьшить срок службы добывающего оборудования.

В некоторых вариантах осуществле