Изоляционные блоки и способы их установки в нагревателях с изолированным проводником

Изоляционные блоки и способы их установки в нагревателях с изолированным проводником

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к системам и способам, применяемым для нагрева подземного пласта. Конкретнее, изобретение относится к системам и способам, применяемым для нагрева подземного углеводородосодержащего пласта.

Уровень техники

Углеводороды, добытые из подземных пластов, обычно используются в качестве энергетических ресурсов, в качестве сырья для промышленности и в производстве потребительских товаров. Озабоченность по поводу истощения доступных углеводородных ресурсов и снижения общего качества добываемых углеводородов привела к разработке способов более эффективной добычи, обработки и/или использования доступных углеводородных ресурсов. В настоящее время могут применяться способы добычи in situ углеводородных материалов из подземных пластов, недоступных прежде, и/или из которых извлечение углеводородных материалов было слишком дорогим при использовании имеющихся способов. Чтобы облегчить извлечение углеводородного материала из подземных пластов и/или повысить качество углеводородного материала может потребоваться изменение химических и/или физических свойств углеводородных материалов внутри подземного пласта. Изменения химических и физических свойств углеводородных материалов могут происходить в результате реакций in situ, которые вызывают образование извлекаемых флюидов, изменение состава, изменение растворимости, изменение плотности, фазовые изменения и/или изменение вязкости углеводородных материалов в пласте.

Для осуществления способа нагрева in situ подземного пласта в стволах скважин устанавливают нагреватели. Имеется множество различных типов нагревателей, которые могут использоваться для нагрева пласта. Примеры способов нагрева in situ, при осуществлении которых используются скважинные нагреватели, представлены в документах US 2,634,961 (Ljungstrom); US 2,732,195 (Ljungstrom); US 2,780,450 (Ljungstrom); US 2,789,805 (Ljungstrom); US 2,923,535 (Ljungstrom); US 4,886,118 (Van Meurs и др.); и US 6,688,387 (Wellington и др.).

Кабели с неорганической изоляцией (Ml) (изолированные проводники), используемые при нагреве подземного пласта, например, углеводородосодержащего пласта, являются более длинными, могут иметь увеличенный наружный диаметр и могут работать при более высоких напряжениях и температурах, нетипичных для промышленных кабелей с неорганической изоляцией (Ml). При изготовлении и/или сборке длинномерных изолированных проводников существует множество потенциальных проблем.

Например, существуют потенциальные электрические и/или механические проблемы, связанные с ухудшением с течением времени характеристик электрического изолятора, используемого в изолированном проводнике. Также при сборке нагревателя с изолированным проводником существуют связанные с электрическими изоляторами потенциальные проблемы, которые необходимо преодолеть. При сборке нагревателя с изолированным проводником могут возникнуть проблемы, например, выгибание сердечника или другие механические дефекты. Подобные явления' могут вызвать электрические неисправности при эксплуатации нагревателя и могут представлять потенциальную угрозу функциональности нагревателя.

Кроме того, могут создаваться проблемы, связанные с увеличенным механическим напряжением на изолированных проводниках во время сборки и/или установки изолированных проводников в подземный пласт. Например, при намотке изолированных проводников на катушки и размотке изолированных проводников с катушек, используемых для транспортировки и установки изолированных проводников, на электрических изоляторах и/или других компонентах изолированных проводников могут возникнуть механические напряжения. Таким образом, существует необходимость в более надежных системах и способах, позволяющих минимизировать или устранить потенциальные проблемы во время изготовления, сборки и/или установки изолированных проводников.

Раскрытие изобретения

Представленные в описании варианты осуществления изобретения, в общем, относятся к системам, способам и нагревателям для обработки подземного пласта. Описанные здесь варианты осуществления изобретения, в основном, относятся к нагревателям с усовершенствованными компонентами. Для изготовления указанных нагревателей могут быть использованы представленные в описании системы и способы.

В определенных вариантах осуществления изобретения предлагается одна или несколько систем, способов и/или нагревателей. В некоторых вариантах осуществления изобретения предлагаются системы, способы и/или нагреватели, предназначенные для обработки подземного пласта.

Согласно определенным вариантам осуществления изобретения нагреватель с изолированным проводником содержит: электрический проводник, предназначенный для выработки тепла при подаче к нему электрического тока; электрический изолятор, окружающий электрический проводник, по меньшей мере, частично, при этом удельное сопротивление электрического изолятора остается, по существу, постоянным или увеличивается со временем в процессе выработки электрическим проводником тепла; а также содержит наружный электрический проводник, окружающий электрический изолятор, по меньшей мере, частично.

Согласно определенным вариантам осуществления изобретения нагреватель с изолированным проводником содержит: электрический проводник, предназначенный для выработки тепла при подаче к нему электрического тока; электрический изолятор, окружающий электрический проводник, по меньшей мере, частично, причем электрический изолятор содержит один или несколько изоляционных блоков, при этом удельное сопротивление электрического изолятора остается, по существу, постоянным или увеличивается со временем в процессе выработки электрическим проводником тепла; а также содержит наружный электрический проводник, окружающий электрический изолятор, по меньшей мере, частично.

Согласно определенным вариантам осуществления изобретения способ формирования, по меньшей мере, одной части изолированного проводника включает: размещение первого частично цилиндрического участка изолированного проводника между, по меньшей мере, одной частью удлиненного цилиндрического внутреннего электрического проводника и, по меньшей мере, одной частью частично цилиндрического удлиненного наружного электрического проводника; размещение, по меньшей мере, одного дополнительного частично цилиндрического участка изолированного проводника между, по меньшей мере, одной частью внутреннего электрического проводника и, по меньшей мере, одной частью частично сформированного наружного электрического проводника, причем дополнительный участок изолированного проводника горизонтально перемещают от первого участка изолированного проводника вдоль части удлиненного наружного электрического проводника; и перемещение дополнительного участка изолированного проводника к первому участку изолированного проводника при приложении выбранного усилия, чтобы дополнительный участок изолированного проводника и первый участок изолированного проводника, по существу, прижимались вплотную друг к другу.

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

В дополнительных вариантах осуществления изобретения обработка подземного пласта выполняется с применением любого из способов, систем, блоков электропитания или нагревателей, представленных в описании.

Дополнительные варианты осуществления изобретения могут содержать дополнительные признаки, наряду с признаками, раскрытыми в описании конкретных вариантов осуществления изобретения.

Краткое описание чертежей

Признаки и преимущества способов и системы согласно настоящему изобретению будут более понятны из следующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, сопровождаемых чертежами.

На фиг.1 показана схема одного из вариантов участка системы тепловой обработки in situ, предназначенной для обработки углеводородосодержащего пласта;

на фиг.2 - вид в перспективе концевого участка теплового источника с изолированным проводником согласно одному из вариантов осуществления изобретения;

на фиг.3 - один из вариантов теплового источника с изолированным проводником;

на фиг.4 - один из вариантов теплового источника с изолированным проводником;

на фиг.5А и 5В - виды в поперечных разрезах нагревателя с ограничением температуры, используемого в качестве компонента в нагревателе с изолированным проводником, согласно одному из вариантов осуществления изобретения;

на фиг.6-8 - один из вариантов толкателя изоляционных блоков, который при сборке нагревателя может быть использован для приложения осевого усилия к блокам;

на фиг.9 - один из вариантов плунжера, который в поперечном сечении имеет форму, позволяющую ему прикладывать усилие внутри кожуха к изоляционным блокам, а не к сердечнику;

на фиг.10 - один из вариантов плунжера, который может быть использован для проталкивания смещенных (расположенных со сдвигом) изоляционных блоков;

на фиг.11 - один из вариантов плунжера, который может быть использован для проталкивания расположенных в конфигурации вершина/основание изоляционных блоков.

Наряду с тем, что допускаются различные модификации и альтернативные формы осуществления настоящего изобретения, в описании в качестве примера подробно приведены конкретные варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи. Чертежи могут быть выполнены не в масштабе. Следует понимать, что чертежи и подробное описание не предназначены ограничивать изобретение конкретной формой его раскрытия, а в противоположность этому, предполагается, что изобретение покрывает все модификации, эквиваленты и альтернативы в пределах существа и объема настоящего изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения.

Осуществление изобретения

Нижеследующее описание относится в целом к системам и способам обработки углеводородов в пластах. Указанные пласты могут быть обработаны с целью добычи углеводородных продуктов, водорода и иных продуктов.

Термин «переменный ток» (АС) обозначает изменяющийся во времени ток, направление которого изменяется на обратное, по существу, синусоидально. При протекании переменного тока в ферромагнитном проводнике возникает скин-эффект.

Касательно нагревательных систем с уменьшенной тепловой мощностью, устройств и применяемых способов термин «автоматически» относится к системам, устройствам и способам, в которых не используется внешнее регулирование (к примеру, не применяются внешние регуляторы, такие как регулятор с датчиком температуры и контуром обратной связи, ПИД-регулятор или упреждающий регулятор).

Термин «спаренный» обозначает как прямую связь, так и косвенную связь (например, одну или несколько имеющих место связей) с одним или несколькими объектами или компонентами. Термин «непосредственно соединенный» обозначает прямую связь между объектами или компонентами, т.е. непосредственную связь объектов или компонентов друг с другом, обеспечивающую работу объектов или компонентов «по месту использования».

Термин «температура Кюри» обозначает температуру, выше которой ферромагнитный материал теряет все свои ферромагнитные свойства. Наряду с тем, что ферромагнитный материал теряет все свои ферромагнитные свойства при температуре, превышающей температуру Кюри, ферромагнитный материал начинает терять свои ферромагнитные свойства, когда через него пропускается возрастающий электрический ток.

«Пласт» включает один или несколько углеводородных слоев, один или несколько неуглеводородных слоев, покрывающий слой и/или подстилающий слой. Термин «углеводородные слои» обозначает слои в пласте, которые содержат углеводороды.

Углеводородные слои могут содержать неуглеводородный материал и углеводородный материал. «Покрывающий слой» и/или «подстилающий слой» может содержать один или несколько непроницаемых материалов различных типов. К примеру, покрывающий слой и/или подстилающий слой может содержать скальную породу, сланец, агриллит или влажный/плотный карбонат. В некоторых случаях при проведении процесса тепловой обработки in situ подземных пластов покрывающие и/или подстилающие слои могут содержать слой, содержащий углеводороды, или слои, содержащие углеводороды, которые относительно непроницаемы и не подвергаются воздействию температуры во время проведения тепловой обработки in situ, что приводит к значительным изменениям свойств слоев, содержащих углеводороды, в покрывающем слое и/или подстилающем слое. Например, подстилающий слой может содержать сланец или агриллит, но не допускается нагрев подстилающего слоя до температур пиролиза во время проведения процесса тепловой обработки in situ. В ряде случаев покрывающий слой и/или подстилающий слой могут быть, в некоторой степени, проницаемыми.

Термин «пластовые флюиды» обозначает флюиды, присутствующие в пласте, и может обозначать пиролизный флюид, синтез-газ, мобилизованные углеводороды и воду (водяной пар). Пластовый флюид может содержать углеводородные флюиды, а также неуглеводородные флюиды. Термин «мобилизованный флюид» обозначает флюиды в углеводородосодержащем пласте, которые в результате тепловой обработки пласта способны приобретать текучесть. Термин «добываемые флюиды» обозначает флюиды, извлекаемые из пласта.

Термин «тепловой поток» обозначает поток энергии, проходящий через единицу поверхности за единицу времени (например, Вт/м²).

Термин «тепловой источник» обозначает любую систему, подводящую тепло, по меньшей мере, к одному участку пласта, главным образом, путем теплопроводности и/или теплопередачи излучением. Например, тепловой источник может содержать электропроводные материалы и/или электронагреватели, такие как изолированный проводник, удлиненный элемент и/или проводник, расположенный в трубопроводе. Тепловой источник также может содержать системы, которые вырабатывают тепло за счет сгорания топлива снаружи или внутри пласта. Системы могут представлять собой поверхностные горелки, забойные газовые горелки, беспламенные распределенные камеры сгорания и природные распределенные камеры сгорания. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения тепло, обеспеченное или генерированное одним или несколькими тепловыми источниками, может передаваться посредством других источников энергии. Другие источники энергии могут непосредственно нагревать пласт, или энергия может подводиться к теплоносителю, который прямо или косвенно нагревает пласт. Следует отметить, что в одном или нескольких тепловых источниках, которые подводят тепло к пласту, можно использовать разные источники энергии. Таким образом, например, к данному пласту некоторые тепловые источники могут поставлять тепло от электропроводных материалов, электрических нагревателей сопротивления, некоторые тепловые источники могут вырабатывать тепло за счет сгорания топлива, а некоторые тепловые источники могут снабжать пласт теплом, полученным от одного или нескольких других источников энергии (например, за счет химических реакций, солнечной энергии, энергии ветра, биомассы или других источников возобновляемой энергии). Химическая реакция может представлять собой экзотермическую реакцию (например, реакцию окисления). К тому же, тепловой источник может содержать электропроводный материал и/или нагреватель, который снабжает теплом зону, приближенную и/или окружающую место нагрева, например, нагреватель скважины.

Термин «нагреватель» обозначает любую систему или тепловой источник для выработки тепла в скважине или в области, приближенной к стволу скважины. Нагреватели могут представлять собой, но не ограничиваясь этим, электронагреватели, горелки, камеры сгорания, в которых в реакцию вступает материал пласта или материал, добытый из пласта, и/или указанные материалы в сочетании.

Термин «углеводороды» традиционно обозначает вещество, молекулы которого, сформированы, главным образом, из атомов углерода и водорода. Также углеводороды могут содержать другие элементы, например, но, не ограничиваясь этим, галогены, металлические элементы, азот, кислород и/или серу. Углеводороды могут представлять собой, но не ограничиваясь этим, кероген, битум, пиробитум, нефть, естественные минеральные воски и асфальтиты. Углеводороды могут располагаться в минеральных матрицах или рядом с минеральными матрицами в грунте. Минеральные матрицы могут содержать, но не ограничиваясь этим, осадочную породу, пески, силицилиты, карбонаты, диатомиты и другие пористые среды. Термин «углеводородные флюиды» обозначает флюиды, которые содержат углеводороды. Углеводородные флюиды могут содержать, захватывать или могут быть захвачены неуглеводородными флюидами, такими как водород, азот, оксид углерода, диоксид углерода, сероводород, вода, и аммиак.

Термин «конверсионный процесс in situ» обозначает процесс нагрева углеводородосодержащего пласта с помощью тепловых источников для подъема температуры, по меньшей мере, одного участка пласта выше температуры пиролиза, чтобы в результате пиролиза в пласте образовался флюид.

Термин «процесс тепловой обработки in situ» обозначает процесс нагрева углеводородосодержащего пласта с помощью источников тепла для повышения температуры, по меньшей мере, одного участка пласта выше температуры, которая приводит к образованию мобилизованных флюидов, висбрекингу и/или пиролизу материала, содержащего углеводороды, чтобы в пласте образовались мобилизованные флюиды, флюиды висбрекинга и/или пиролизные флюиды.

Термин «изолированный проводник» обозначает любой удлиненный материал, который способен проводить электрический ток, и покрыт полностью или частично электроизоляционным материалом.

Термин «модулированный постоянный ток (DC)» обозначает любой, по существу, несинусоидальный изменяющийся во времени ток, который создает в ферромагнитном проводнике скин-эффект.

Термин «нитрид» обозначает соединение азота с одним или несколькими другими элементами периодической системы элементов. Нитриды включают, но, не ограничиваясь этим, нитрид кремния, нитрид бора или нитрид алюминия.

Термин «перфорация» обозначает отверстия, пазы, щели или каналы в стенке трубопровода, трубчатого элемента, трубы или другой магистрали, предназначенной для потока, по которым поток направляется в или из трубопровода, трубчатого элемента, трубы или другой магистрали, предназначенной для потока.

Термин «температура фазового превращения» ферромагнитного материала обозначает температуру или диапазон температур, в котором происходит фазовое превращение материала (например, от феррита к аустениту), при этом снижается магнитная проницаемость ферромагнитного материала. Указанное снижение магнитной проницаемости ферромагнитного материала аналогично снижению магнитной проницаемости ферромагнитного материала в результате магнитного превращения указанного материала при температуре Кюри.

Термин «пиролиз» обозначает разрушение химических связей под воздействием тепла. Например, пиролиз может заключаться в преобразовании соединения в одно или несколько других веществ только в результате нагрева. Тепло может подаваться в толщу пласта, чтобы вызвать процесс пиролиза.

Термин «пиролизные флюиды» или «продукты пиролиза» обозначает флюиды, образовавшиеся, по существу, в процессе пиролиза углеводородов. Флюид, образовавшийся в результате реакции пиролитического расщепления, может смешиваться с другими флюидами в пласте. Смесь будет рассматриваться как пиролизный флюид, или продукт пиролиза. В данном описании термин «зона пиролиза» обозначает объем пласта (например, обозначает проницаемый пласт, такой как пласт нефтеносных песков), который подвергся реакции, или вступает в реакцию с образованием пиролизного флюида.

Термин «суперпозиция тепла» обозначает подвод тепла от двух или более тепловых источников к выбранному участку пласта таким образом, чтобы температура пласта, по меньшей мере, в одном месте между тепловыми источниками зависела от действия указанных тепловых источников.

Термин «нагреватель с ограничением температуры» обычно обозначает нагреватель, который при температурах нагрева, превышающих заданную, самостоятельно регулирует тепловую мощность (например, уменьшает тепловую мощность) без использования внешних средств регулирования, таких как регуляторы температуры, регуляторы мощности, выпрямители или другие устройства. Нагреватели с ограничением температуры могут представлять собой электронагреватели, питаемые переменным током (АС) или модулированным (например, «прерывистым) постоянным током (DC).

Термин «толщина» слоя обозначает толщину слоя в поперечном сечении, причем в поперечном сечении, нормальном к поверхности слоя.

Термин «изменяющийся во времени ток» обозначает электрический ток, который создает в ферромагнитном проводнике скин-эффект и имеет величину, изменяющуюся во времени. Изменяющийся во времени ток может включать как переменный ток (АС), так и модулированный постоянный ток (DC).

Термин «динамический диапазон регулирования» для нагревателя с ограничением температуры, к которому ток подается непосредственно, обозначает отношение наибольшего сопротивления переменному току (АС) или модулированному постоянному току (DC) при температуре ниже температуры Кюри к наименьшему сопротивлению переменному току (АС) или модулированному постоянному току (DC) при температуре выше температуры Кюри для заданного тока. Динамическим диапазоном регулирования для индуктивного нагревателя является отношение наибольшей тепловой мощности при температуре ниже температуры Кюри к наименьшей тепловой мощности при температуре выше температуры Кюри для заданного тока, подаваемого к нагревателю.

Термин «ствол скважины u-образной формы» обозначает ствол скважины, который проходит в пласте от первого отверстия, по меньшей мере, через один участок пласта и выходит через второе отверстие в пласте. В данном случае ствол скважины может только приближенно походить на букву «v» или «и», при этом подразумевается, что «ножки» образующие букву «и», не обязательно должны быть параллельны друг другу, или перпендикулярны «основанию» буквы «и», чтобы ствол скважины считался «и образным».

Термин «ствол скважины» обозначает канал в пласте, выполненный бурением или введением трубопровода в пласт. Ствол скважины может иметь поперечное сечение, по существу, круглой формы или поперечное сечение другой формы. Используемые здесь термины «скважина» и «отверстие», когда они относятся к каналу в пласте, могут быть взаимозаменяемы с термином «ствол скважины».

Для добычи множества разнообразных продуктов пласт может быть обработан различными способами. При проведении тепловой обработки in situ пласта могут быть использованы различные этапы или процессы. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения при добыче ископаемых на одном или нескольких участках пласта для извлечения ископаемых применяется растворение. Растворение ископаемых может быть выполнено до, во время и/или после проведения процесса тепловой обработки in situ. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения средняя температура одного или нескольких участков пласта, из которых производится добыча растворением, может поддерживаться ниже примерно 120°С.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения производят нагрев одного или нескольких участков пласта для удаления воды из указанных участков и/или для удаления метана и других летучих углеводородов. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения в процессе удаления воды и летучих углеводородов средняя температура участков пласта может быть повышена от температуры окружающей среды до температуры ниже примерно 220°С.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения один или несколько участков пласта нагревают до температур, при которых происходит перемещение и/или висбрекинг углеводородов в пласте. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения среднюю температуру одного или нескольких участков пласта повышают до температур мобилизации углеводородов в указанных участках пласта (например, температур в диапазоне от 100°С до 250°С, от 120°С до 240°С или от 150°С до 230°С).

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения один или несколько участков пласта нагревают до температур, при которых происходит реакция пиролиза в указанных участках пласта. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения средняя температура одного или нескольких участков пласта может быть повышена до температур пиролиза углеводородов в указанных участках пласта (например, температур в диапазоне от 230°С до 900°С, от 240°С до 400°С или от 250°С до 350°С).

При нагреве углеводородосодержащего пласта с помощью множества тепловых источников может быть создан градиент температур вокруг тепловых источников, которые при требуемых скоростях нагрева повышают температуру углеводородов в пласте до требуемых температур. От скорости повышения температуры в диапазоне температур мобилизации и/или в диапазоне температур пиролиза, необходимых для получения требуемых продуктов, зависит качество и объем пластовых флюидов, выработанных из углеводородосодержащего пласта. Медленный подъем температуры пласта в диапазоне температур мобилизации и/или в диапазоне температур пиролиза может обеспечить выработку из пласта высококачественных углеводородов с высокой плотностью в градусах API. Медленный подъем температуры пласта в диапазоне температур мобилизации и/или в диапазоне температур пиролиза может обеспечить увеличение объема извлеченных из пласта углеводородов в виде углеводородного продукта.

Согласно некоторым вариантам тепловой обработки in situ участок пласта нагревают непосредственно до требуемой температуры, вместо медленного повышения температуры в диапазоне температур мобилизации и/или в диапазоне температур пиролиза. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения требуемая температура составляет 300°С, 325°С или 350°С. В качестве требуемой температуры могут быть выбраны другие температуры.

Благодаря суперпозиции тепла, поступающего от тепловых источников, можно относительно быстро достичь требуемой температуры пласта и эффективно ее поддерживать. Для поддержания в пласте, по существу, требуемой температуры можно корректировать энергию, подводимую от тепловых источников к пласту.

Мобилизованные флюиды и/или продукты пиролиза могут быть добыты из пласта через промысловые скважины. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения среднюю температуру одного или нескольких участков пласта повышают до температур мобилизации углеводородов, после чего добывают углеводороды из промысловых скважин. Средняя температура одного или нескольких участков пласта может быть повышена до температур пиролиза после того, как выработка мобилизованных углеводородов упала ниже установленной нормы. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения средняя температура одного или нескольких участков пласта может быть повышена до температур пиролиза без проведения существенной выработки прежде, чем будет достигнута температур пиролиза. Пластовые флюиды, включающие продукты пиролиза, могут быть добыты через промысловые скважины.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения средняя температура одного или нескольких участков пласта после мобилизации флюидов и/или процесса пиролиза может быть повышена до температур, требуемых для выработки синтез-газа. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения температура углеводородов может быть повышена до температур, требуемых для выработки синтез-газа, без проведения существенной выработки прежде, чем будет достигнуты температуры, требуемые для выработки синтез-газа. Например, синтез-газ может быть выработан в диапазоне температур от около 400°С до около 1200°С, от около 500°С до около 1100°С или от около 550°С до около 1000°С. Для добычи синтез-газа в участки пласта может быть введен флюид (например, пар и/или вода), обеспечивающий выработку синтез-газа. Синтез-газ может быть добыт из промысловых скважин.

Добыча растворением, извлечение летучих углеводородов и воды, мобилизация углеводородов, пиролизация углеводородов, выработка синтез-газа и/или другие процессы могут быть выполнены во время процесса тепловой обработки in situ. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения некоторые процессы могут быть выполнены после процесса тепловой обработки in situ. Такие процессы могут включать, но, не ограничиваясь этим, рекуперацию тепла из обработанных участков, аккумулирование флюидов (например, воды и/или углеводородов) в ранее обработанных участках и/или изолирование диоксида углерода в ранее обработанных участках пласта.

На фиг.1 представлена схема варианта участка системы тепловой обработки in situ, предназначенной для обработки углеводородосодержащего пласта. Система тепловой обработки in situ может включать барьерные скважины 200. Барьерные скважины используются для формирования барьера вокруг области обработки пласта. Барьер препятствует входу потока флюидов в область обработки и/или выходу потока флюидов из указанной области. Барьерные скважины включают, но, не ограничиваясь этим, водооткачивающие скважины, вакуумные скважины, улавливающие скважины, нагнетательные скважины, заливные скважины, замораживающие скважины или сочетание перечисленных скважин. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения барьерные скважины 200 являются водооткачивающими скважинами. Водооткачивающие скважины могут обеспечить удаление воды и/или препятствовать поступлению жидкой воды в участок пласта, который должен быть нагрет, или в нагреваемый пласт. В варианте, представленном на фиг.1, барьерные скважины 200 продолжаются только с одной стороны от тепловых источников 202, однако барьерные скважины, как правило, окружают все используемые тепловые источники 202, или которые должны быть использованы для нагрева области обработки пласта.

Тепловые источники 202 расположены, по меньшей мере, в одном участке пласта. Тепловые источники 202 могут включать нагреватели, такие как изолированные проводники, нагреватели типа «проводник в трубопроводе», поверхностные горелки, беспламенные распределенные камеры сгорания и/или природные распределенные камеры сгорания. Также тепловые источники 202 могут включать нагреватели других типов. Для нагрева углеводородов в пласте тепловые источники 202 обеспечивают теплом, по меньшей мере, один участок пласта. Энергия к тепловым источникам 202 может подаваться посредством питающих магистралей 204. Питающие магистрали 204 могут конструктивно отличаться друг от друга в зависимости от типа теплового источника или тепловых источников, используемых для нагрева пласта. Питающие магистрали 204, предназначенные для тепловых источников, могут обеспечивать подачу электроэнергии к электронагревателям, транспортировку топлива к камерам сгорания или транспортировку флюидного теплоносителя, циркулирующего в пласте. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения выработку электроэнергии, используемой в процессе тепловой обработки in situ пласта, может обеспечивать одна или несколько атомных электростанций. За счет использования атомной энергии для проведения процесса тепловой обработки in situ можно сократить или устранить выделение диоксида углерода.

В процессе нагрева пласта за счет подводимого в пласт тепла может произойти расширение пласта и возникнуть геомеханическое движение. Тепловые источники могут быть включены до процесса откачки воды или во время процесса откачки воды. Компьютерное моделирование позволяет смоделировать реакцию пласта на нагрев. Компьютерное моделирование может применяться для разработки схемы и временной последовательности приведения в действие тепловых источников в пласте с целью исключения негативного влияния геомеханического движения пласта на функциональность тепловых источников, промысловых скважин и другого оборудования, используемого в пласте.

В процессе нагрева пласта может произойти увеличение проницаемости и/или пористости пласта. Увеличение проницаемости и/или пористости пласта может происходить в результате снижения массы пласта из-за испарения и удаления воды, удаления углеводородов и/или образования трещин. Флюид может протекать легче в нагретом участке пласта, благодаря увеличенной проницаемости и/или пористости пласта. Флюид в нагретом участке пласта может перемещаться на значительное расстояние через пласт, благодаря увеличенной проницаемости и/или пористости пласта. Указанное значительное расстояние может составить более 1000 м в зависимости от различных факторов, таких как проницаемость пласта, свойства флюида, температура пласта и градиент давления, обеспечивающий перемещение флюида. Способность флюида перемещаться на значительное расстояние в пласте позволяет располагать промысловые скважины 206 в пласте относительно далеко друг от друга.

Промысловые скважины 206 используются для извлечения пластового флюида. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения промысловые скважины 206 могут содержать тепловой источник. Тепловой источник, установленный в промысловой скважине, может нагреть один или несколько участков пласта в промысловой скважине или около нее. В некоторых вариантах осуществления процесса тепловой обработки in situ количество тепла, подаваемое к пласту от промысловой скважины на метр промысловой скважины, меньше, чем количество тепла, подаваемое к пласту от теплового источника, который нагревает пласт, на метр теплового источника. Тепло, подаваемое к пласту от промысловой скважины, может увеличить проницаемость пласта вблизи промысловой скважины за счет испарения и удаления жидкой флюидной фазы вблизи промысловой скважины и/или за счет увеличения проницаемости пласта вблизи промысловой скважины при образовании в пласте макротрещин и/или микротрещин.

В промысловой скважине может быть установлено более одного теплового источника. Тепловой источник, установленный в нижнем участке промысловой скважины, может быть выключен, когда смежные тепловые источники обеспечивают достаточный нагрев пласта за счет суперпозиции тепла и компенсируют эффект нагрева пласта от промысловой скважины. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения тепловой источник, установленный в верхнем участке промысловой скважины, может остаться включенным после отключения теплового источника, установленного в нижнем участке промысловой скважины. Тепловой источник, установленный в верхнем участке скважины, может предотвратить конденсацию и обратный поток пластового флюида.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения тепловой источник, установленный в промысловой скважине 206, позволяет удалять паровую фазу пластового флюида из пласта. В результате нагрева пласта от промысловой скважины или через промысловую скважину можно: (1) предотвратить конденсацию и/или обратный поток выработанного флюида, когда указанный добытый флюид перемещается в промысловой скважине, приближаясь к покрывающему слою, (2) увеличить подвод тепла в пласт, (3) повысить производительность промысловой скважины по сравнению с промысловой скважиной без теплового источника, (4) предотвратить в промысловых скважинах конденсацию соединений с высоким углеродным числом (углеводороды С6 и выше), и/или (5) увеличить проницаемость пласта в промысловой скважине или вблизи нее.

Подземное давление в пласте может соответствовать давлению флюида, выработанного в пласте. При повышении температуры в нагретом участке пл