Системы для соединения изолированных проводников

Системы для соединения изолированных проводников

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к системам для изолированных проводников, используемым в нагревательных элементах. Более конкретно, изобретение относится к соединительному устройству для сращивания кабелей с изолированными проводниками.

Предшествующий уровень техники

Углеводороды, получаемые из подземных формаций, часто используются как источник энергии, как сырье для промышленности и как продукт потребления. Озабоченность в отношении истощения доступных углеводородных ресурсов и в связи с ухудшением общего качества добываемых углеводородов привела к разработке процессов более эффективного восстановления, обработки и/или использования доступных углеводородных ресурсов. Процессы, исполняемые на месте, могут использоваться для извлечения углеводородных материалов из подземных формаций, которые ранее были недоступными и/или слишком дорогостоящими для добычи доступными способами. Химические и/или физические свойства углеводородного материала в подземной формации могут потребовать изменения для обеспечения более простого извлечения углеводородного материала из подземной формации и/или повышения стоимости углеводородного материала. Химические и физические изменения могут включать в себя реакции, проводимые на месте, в результате которых из углеводородного материала в формации получаются извлекаемые текучие среды, с измененным составом, измененной растворимостью, измененной плотностью, измененной фазой, и/или измененной вязкостью.

В скважины могут помещаться нагреватели для нагрева формация во время процессов, выполняемых на месте. Существует множество различных типов нагревателей, которые могут использоваться для нагрева формации. Примеры процессов, выполняемых на месте с использованием нагревателей внутри скважины, представлены в документах US 2634961 (Ljungstrom); US 2732195 (Ljungstrom); US 2780450 (Ljungstrom); US 2789805 (Ljungstrom); US 2923535 (Ljungstrom); US 4886118 (Van Meurs и др.); US 6688387 (Wellington и др.).

Кабели с минеральной изоляцией (MI) (изолированные проводники), предназначенные для использования внутри скважины для нагрева формаций, содержащих углеводороды, в некоторых случаях являются более длинными, могут иметь большой внешний диаметр и могут работать с более высокими напряжениями и температурами по сравнению с типичными MI кабелями. Существует множество потенциальных проблем, с которыми сталкиваются во время изготовления и/или сборки длинных изолированных проводников.

Например, существуют потенциальные электрические и/или механические проблемы, связанные с деградацией с течением времени электрического изолятора проводника. Также существуют потенциальные проблемы с электрическими изоляторами, которые должны быть преодолены во время сборки нагревателя с изолированным проводником. Во время сборки нагревателя с изолированным проводником могут возникнуть такие проблемы, как раздувание жилы или другие механические дефекты. Такие неисправности могут привести к электрическим проблемам во время использования нагревателя и могут потенциально сделать нагреватель непригодным для его использования.

Кроме того, для вариантов применения внутри скважины может потребоваться соединение множества MI кабелей для того, чтобы получить MI кабели, длина которых достаточна для достижения глубин и расстояний, необходимых для эффективного нагрева под поверхностью и для соединения сегментов с разными функциями, такими, как подводящие кабели, соединенные с участками нагревателя. Такие длинные нагреватели также требуют более высоких напряжений для подачи достаточной мощности к самым дальним концам нагревателей.

Обычные конструкции соединительных устройств для кабеля MI, как правило, не пригодны для напряжений свыше 1000 вольт, свыше 1500 вольт или свыше 2000 вольт и могут не обеспечивать работоспособность в течение длительных периодов времени без выхода из строя при повышенных температурах, например, свыше 650°C (приблизительно 1200°F), свыше 700°C (приблизительно 1290°F), или свыше 800°C (приблизительно 1470°F). Такие варианты применения с высоким напряжением и с высокой температурой обычно требуют уплотнения минерального изолятора в месте сращивания, чтобы он находился как можно ближе или выше к уровню уплотнения самого изолированного проводника (кабеля MI).

Относительно большой внешний диаметр и большая длина MI кабелей для некоторых вариантов применения требуют, чтобы кабели были соединены при их горизонтальной ориентации. Существует соединение для других вариантов применения MI кабелей, которые были изготовлены горизонтально. В таких технологиях обычно используется малое отверстие, через которое в месте соединения вводят минеральную изоляцию (такую как порошковый оксид магния) и затем незначительно уплотняют эту изоляцию путем вибрации и трамбовки. Такие технологии не обеспечивают достаточное уплотнение минеральной изоляции или даже не позволяют выполнить какое-либо уплотнение минеральной изоляции и не пригодны для сращивания кабелей, используемых при высоких напряжениях, необходимых для применения внутри скважины.

Таким образом, существует потребность в соединении изолированных проводников, которое было бы простым, но позволяло бы безотказно работать при высоких напряжениях и температурах в среде внутри скважины в течение длительного времени. Кроме того, при соединении, возможно, понадобится обеспечить более высокую прочность на изгиб и на растяжение, чтобы предотвратить отказ места соединения под весом нагрузки и при температурах, которым могут быть подвергнуты кабели внутри скважины. Также могут использоваться технологии и способы для снижения интенсивности электрического поля, чтобы токи утечки в местах сращивания были минимальными и чтобы увеличить интервал между рабочим напряжением и напряжением пробоя. Уменьшение напряженности электрического поля может помочь повысить диапазон рабочего напряжения и температуры в местах сращивания.

Кроме того, могут возникнуть проблемы повышенного механического напряжения в изолированных проводниках во время сборки и/или установки внутри скважины изолированных проводников. Например, намотка и размотка изолированных проводников с катушек, используемых для транспортировки и установки изолированных проводников, могут привести к механическому напряжению электрических изоляторов и/или других компонентов в изолированных проводниках. Таким образом, требуются более надежные системы и способы для уменьшения или устранения потенциальных проблем во время изготовления, сборки и/или установки изолированных проводников.

Раскрытие изобретения

Варианты осуществления изобретения, описанные далее, в основном относятся к системам, способам и нагревателям для обработки подповерхностной формации. Также эти варианты относятся к нагревателям, которые имеют в своем составе новые компоненты. Такие нагреватели могут быть получены путем использования описанных здесь систем и способов.

В частности, в соответствии с изобретением соединительное устройство для соединения конца первого изолированного проводника с концом второго изолированного проводника содержит муфту, выполненную с возможностью расположения поверх концов первого и второго изолированных проводников, и расположенный внутри муфты соединитель жил, выполненный с возможностью его установки вокруг конца жилы первого изолированного проводника и конца жилы второго изолированного проводника, так что когда концы изолированных проводников вводятся внутрь соединительного устройства, жилы изолированных проводников имеют возможность взаимного перемещения в соединителе жил, образуя фиксированный зазор между концами жил, при этом внутренний объем муфты заполнен, по меньшей мере частично, электроизолирующим материалом, который выполнен так, что при соединении соединительного устройства с изолированными проводниками электроизолирующий материал сжимается концом электрического изолятора первого изолированного проводника и концом электрического изолятора второго изолированного проводника.

В дополнительных вариантах осуществления изобретения особенности конкретных вариантов могут быть скомбинированы с особенностями других вариантов осуществления изобретения. Например, особенности одного варианта осуществления изобретения могут быть скомбинированы с особенностями любых других вариантов.

В дополнительных вариантах осуществления изобретения обработку подповерхностной формации выполняют с использованием любых из описанных способов, систем, источников питания или нагревателей.

К конкретным вариантам осуществления изобретения могут быть добавлены дополнительные особенности, описанные далее.

Особенности и преимущества устройства в соответствии с настоящим изобретением будут более понятны из дальнейшего подробного описания предпочтительных вариантов его осуществления со ссылками на чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 схематично показана часть системы термической обработки на месте формации, содержащей углеводороды;

на фиг.2 показан один из вариантов выполнения конца изолированного проводника источника тепла;

на фиг.3 показан один из вариантов выполнения трех изолированных проводников, соединенных по схеме «звезда» и расположенных в скважине в подземной формации;

на фиг.4 показан один из вариантов выполнения трех изолированных проводников, которые могут быть извлечены из отверстия в формации;

на фиг.5 показано соединительное устройство для соединения изолированных проводников в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, вид сбоку в сечении;

на фиг.6 показан режущий инструмент в одном из вариантов его выполнения;

на фиг.7 показано соединительное устройство для соединения изолированных проводников в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, вид сбоку в сечении;

на фиг.8A показан вариант выполнения резьбового соединительного устройства для соединения трех изолированных проводников, вид сбоку в сечении;

на фиг.8B показан еще один вариант выполнения резьбового соединительного устройства для соединения трех изолированных проводников, вид сбоку в сечении;

на фиг.9 показан вариант выполнения инструмента, прикладывающего крутящий момент;

на фиг.10 показан один из вариантов выполнения зажимного устройства, которое может использоваться для механического обжатия соединительного устройства при соединении изолированных проводников;

на фиг.11 показан один из вариантов выполнения устройства для гидравлического обжатия, вид в перспективе с пространственным разделением деталей;

на фиг.12 - то же, в собранном состоянии;

на фиг.13 показаны соединительное устройство и закрепленные в зажимных устройствах изолированные проводники перед обжатием соединительного устройства с изолированными проводниками;

на фиг.14 показан еще один из вариантов выполнения соединительного устройства для соединения изолированных проводников, вид сбоку;

на фиг.15 - вариант выполнения соединительного устройства с отверстием, закрытым вкладышем, вид сбоку;

на фиг.16 показан один из вариантов выполнения соединительного устройства, обладающего свойством уменьшения электрического поля между оболочками изолированных проводников и муфт и на концах изолированных проводников;

на фиг.17 - вариант выполнения средства уменьшения напряженности электрического поля;

на фиг.18 - соединительное устройство с помещенными внутрь него изолированными проводниками, вид сбоку в сечении;

на фиг.19 - соединительное устройство с соединенными в нем изолированными проводниками, вид сбоку в сечении;

на фиг.20 - другой вариант выполнения соединительного устройства с соединенными в нем изолированными проводниками, вид сбоку в сечении;

на фиг.21 - еще один вариант выполнения соединительного устройства с соединенными в нем изолированными проводниками, вид сбоку в сечении;

на фиг.22 - вариант выполнения блоков электроизолирующего материала, расположенных вокруг жил соединенных изолированных проводников;

на фиг.23 - вариант выполнения четырех блоков электроизолирующего материала, расположенных вокруг жил соединенных изолированных проводников;

на фиг.24 - вариант выполнения внутренней муфты, размещенной поверх соединенных изолированных проводников;

на фиг.25 - вариант выполнения внешней муфты, размещенной поверх внутренней муфты и соединенных изолированных проводников;

на фиг.26 - скошенный конец изолированного проводника после обжатия.

на фиг.27 - вариант выполнения первой половины устройства обжатия, используемого для уплотнения электроизолирующего материала при соединении изолированных проводников;

на фиг.28 - устройство обжатия, соединенное вокруг изолированных проводников;

на фиг.29 - изолированный проводник в устройстве обжатия с первым плунжером в положении выше изолированного проводника с открытой жилой;

на фиг.30 - то же, но со вторым плунжером в положении выше изолированного проводника с открытой жилой;

на фиг.31А-3D показаны варианты выполнения второго плунжера;

на фиг.32 показано устройство обжатия с удаленной второй половиной и электроизолирующий материал, уплотненный вокруг соединения изолированных проводников;

на фиг.33 - электроизолирующий материал, сформированный вокруг соединения изолированных проводников;

на фиг.34 показана муфта, помещенная поверх электроизолирующего материала;

на фиг.35 показан гидравлический пресс, который может использоваться для приложения силы к плунжеру при гидравлическом уплотнении электроизолирующего материала в устройстве обжатия;

на фиг.36 показана муфта, которая используется при механическом сжатии по окружности;

на фиг.37 - муфта, установленная на изолированных проводниках после того, как она и выступы были сжаты по окружности;

на фиг.38 показаны усиливающие втулки на соединенных изолированных проводниках;

на фиг.39 - вариант выполнения соединительного устройства, используемого для соединения трех изолированных проводников, вид в перспективе с пространственным разделением деталей;

на фиг.40-47 показан процесс установки соединительного устройства на концы изолированных проводников;

на фиг.48 - один из вариантов выполнения инструмента, который можно использовать для уплотнения электроизолирующего материала;

на фиг.49 - другой вариант выполнения инструмента, который можно использовать для уплотнения электроизолирующего материала;

на фиг.50 - один из вариантов выполнения инструмента, который можно использовать для конечного уплотнения электроизолирующего материала.

В качестве примера на чертежах показаны и будут подробно описаны конкретные варианты осуществления изобретения, хотя изобретение может быть подвергнуто различным модификациям и выполнено в альтернативных формах. Чертежи могут быть представлены не в масштабе. Следует понимать, что чертежи и подробное их описание не предназначены для ограничения изобретения конкретной раскрытой формой, но, наоборот, изобретение предназначено для охвата всех модификаций, эквивалентов и альтернатив, попадающих в пределы сущности и объема настоящего изобретения, которые определены формулой изобретения.

Осуществление изобретения

Дальнейшее подробное описание в основном относится к системам и способам для обработки углеводородов в формациях. Такие формации могут быть обработаны для получения углеводородных продуктов, водорода и других продуктов.

«Переменный ток (АС)» относится к изменяющемуся по времени току, который по существу синусоидально изменяет направление на обратное. Переменный ток формирует в ферромагнитном проводнике электрический ток с поверхностным эффектом (скин-эффектом).

«Соединенный» означает либо непосредственное, либо опосредованное соединение (например, посредством одного или больше промежуточных соединений) между одним или несколькими объектами или компонентами. Термин «непосредственно соединенный» означает прямое соединение между объектами или компонентами таким образом, что объекты или компоненты соединяют друг с другом так, что эти объекты или компоненты работают в «месте использования».

Понятие «формация» включает в себя один или несколько слоев, содержащих углеводороды, и расположенные над и/или под ними один или несколько слоев, не содержащих углеводороды. «Углеводородные слои» относятся к слоям в формации, которые содержат углеводороды. Углеводородные слои могут содержать материал, не являющийся углеводородом, и углеводородный материал. «Покрывающие» и/или «подстилающие» пласты включают в себя один или больше различных типов непроницаемых материалов. Например, покрывающие и/или подстилающие пласты могут включать в себя скалистую породу, сланцы, аргиллит, или влажную/плотную карбонатную породу. В некоторых вариантах осуществления процессов тепловой обработки, выполняемых на месте, покрывающие и/или подстилающие пласты могут включать в себя слой или слои, содержащие углеводороды, которые являются относительно непроницаемыми и не подвергаются воздействию температуры во время тепловой обработки на месте. Например, подстилающий пласт может содержать сланец или аргиллит, но для этого пласта не допускается нагрев до температур пиролиза во время процесса тепловой обработки на месте. В некоторых случаях, покрывающие и/или подстилающие пласты могут быть в определенной степени проницаемыми.

«Пластовый флюид» относится к присутствующим в формации текучих средам и может включать в себя текучую среду пиролизации, синтез-газ, мобилизованные углеводороды и воду (пар). Пластовый флюид может включать в себя углеводородные, а также неуглеводородные текучие среды. Термин «мобилизованная текучая среда», относится к текучим средам в формации, содержащей углеводород, которая имеет возможность течения в результате тепловой обработки. «Добываемый флюид» относятся к текучим средам, извлеченным из формации.

«Источник тепла» представляет собой любую систему для подачи тепла к по меньшей мере части формации путем теплопередачи за счет проводимости и/или излучения. Например, источник тепла может включать в себя электропроводные материалы и/или электрические нагреватели, такие как изолированный проводник, удлиненный элемент и/или проводник, расположенный в трубопроводе. Источник тепла также может включать в себя системы, которые генерируют тепло в результате сгорания топлива снаружи или внутри формации. Системы могут представлять собой поверхностные горелки, газовые горелки, работающие внутри скважины, беспламенные распределенные камеры сгорания, и естественные распределенные камеры сгорания. В некоторых случаях тепло, подводимое к одному или нескольким источникам тепла или вырабатываемой в них, может быть получено от других источников энергии. Другие источники энергии могут непосредственно нагревать формацию, или энергия может быть подана в среду передачи, которая непосредственно или опосредованно нагревает формацию. Следует понимать, что один или несколько источников тепла, которые подают тепло к формации, могут использовать разные источники энергии. Таким образом, например, для заданной формации некоторые источники тепла могут подавать тепло от электропроводных материалов, электрорезистивных нагревателей, некоторые источники тепла могут вырабатывать тепло от сгорания, а некоторые источники тепла могут подавать тепло от одного или больше других источников энергии (например, химической реакции, солнечной энергии, энергии ветра, биомассы или других источников возобновляемой энергии). Химическая реакция может включать в себя экзотермическую реакцию (например, реакцию окисления). Источник тепла также может включать в себя электропроводный материал и/или нагреватель, который подает тепло в зону, расположенную в непосредственной близости, и/или окружающую место нагрева, такое как нагревательная скважина.

«Нагреватель» представляет собой любую систему или источник тепла, для выработки тепла в скважине или в области рядом со скважиной. Нагреватели могут быть, но не ограничены этим, электрическими нагревателями, горелками, камерами сгорания, которые реагируют с материалом внутри формации или с материалом, получаемом из формации, и/или используя их комбинации.

«Углеводороды» в основном определяются как молекулы, формируемые преимущественно атомами углерода и водорода. Углеводороды также могут включать в себя другие элементы, такие как, например, галогены, металлы, азот, кислород и/или серу. Углеводороды могут представлять собой, в частности, кероген, битум, пиробитум, масла, минеральные воски и асфальтиты. Углеводороды могут быть расположены или могут находиться рядом с минеральными матрицами в земле. Матрицы могут включать в себя, в частности, осадочные породы, пески, силицилиты, карбонаты, диатомиты и другие пористые среды. «Углеводородные текучие среды» представляют собой текучие среды, которые включают в себя углеводороды. Углеводородные текучие среды могут включать в себя, могут захватывать или могут быть захвачены неуглеводородными текучими средами, такими как водород, азот, окись углерода, двуокись углерода, сульфит водорода, вода и аммиак.

«Процесс преобразования на месте» относится к процессу нагрева углеводородосодержащей формации источником тепла для повышения температуры по меньшей мере части формации выше температуры пиролиза, чтобы получить текучую среду пиролизации внутри формации.

«Процесс тепловой обработки на месте» относится к процессу нагрева углеводородосодержащей формации источником тепла для повышения температуры по меньшей мере части формации выше температуры, при которой образуется мобилизованная текучая среда, происходит легкий крекинг и/или пиролиз углеводородосодержащего материала, так что в формации образуются мобилизованные текучие среды, текучие среды после легкого крекинга и/или текучие среды пиролизации.

«Изолированный проводник» относится к любому удлиненному материалу, который позволяет проводить электричество и который покрыт, полностью или частично, электроизолирующим материалом.

«Нитрид» относится к соединению азота и одного или больше других химических элементов. Нитриды включают в себя, в частности, нитрид кремния, нитрид бора или нитрид алюминия.

«Перфорация» включают в себя отверстия, прорези, пазы или прорези в стенке трубопровода, трубчатого элемента, трубы или другого канала для протекания потока, которые позволяют протекать среде в трубопровод, трубчатый элемент, трубу или другой канал или из них.

«Пиролиз» представляет собой разрыв химических связей вследствие подвода тепла. Например, пиролиз может включать в себя преобразование соединения в одно или несколько других веществ только путем нагрева. Тепло может подаваться к участку формации для обеспечения пиролиза.

«Текучие среды пиролизации» или «продукты пиролиза» относятся к текучей среде, получаемой по существу во время пиролиза углеводородов. Текучая среда, производимая в результате реакций пиролиза, может смешиваться с другими текучими средами в формации. Смесь можно рассматривать, как текучую среду пиролизации или продукт пиролизации. Используемый здесь термин «зона пиролизации» относится к объему формации (например, относительно проницаемой формации, такой как формация битуминозных песков), который реагирует или вступает в реакцию для формирования текучей среды пиролизации.

«Толщина» слоя относится к толщине поперечного сечения слоя, в котором поперечное сечение рассматривают, как нормальное к поверхности слоя.

Термин «скважина» относится к отверстию внутри формации, выполненному путем бурения или вставки трубопровода в формацию. Скважина может иметь по существу круглое поперечное сечение или другую форму поперечного сечения. Используемые здесь термины «скважина» и «отверстие», когда они относятся к отверстию в формации, могут использоваться взаимозаменяемо с термином «скважина».

Формация может быть обработана различными способами для получения множества разных продуктов. Для обработки формации во время процесса тепловой обработки на месте могут использоваться разные этапы или процессы. В некоторых вариантах один или больше участков формации подвергают добыче растворением для удаления растворимых минералов из этих участков. Добыча минералов путем растворения в воде может выполняться перед, во время, и/или после процесса тепловой обработки на месте. В некоторых вариантах средняя температура одного или нескольких участков, минералы из которых добывают растворением, может поддерживаться ниже приблизительно 120°C.

В некоторых случаях один или несколько участков формации нагревают для удаления воды и/или удаления метана и других летучих углеводородов из этих участков. В этих случаях средняя температура может быть повышена по сравнению с температурой окружающей среды до температур ниже приблизительно 220°C во время удаления воды и летучих углеводородов.

В некоторых случаях один или несколько участков формации нагревают до температур, которые позволяют обеспечивать подвижность и/или легкий крекинг углеводородов в формации. В этих случаях среднюю температуру одного или нескольких участков формации поднимают до температуры мобилизации углеводородов на участках (например, до температур в диапазоне от 100°C до 250°C, от 120°C до 240°C или от 150°C до 230°C).

В некоторых случаях один или несколько участков нагревают до температур, которые позволяют производить реакции пиролиза внутри формации. В этих случаях средняя температура одного или больше участков формации может быть поднята до температуры пиролиза углеводородов на участках (например, до температур в диапазоне от 230°C до 900°C, от 240°C до 400°C или от 250°C до 350°C).

Нагрев формации, содержащей углеводороды, множеством источников тепла, может устанавливать температурные градиенты вокруг источников тепла, которые поднимают температуру углеводородов внутри формации до требуемых температур с желательными интенсивностями нагрева. Скорость повышения температуры через диапазон температур мобилизации и/или диапазон температуры пиролиза для желательных продуктов может повлиять на качество и количество производимых текучих сред формации из формаций, содержащих углеводороды. Медленное повышение температуры формации через диапазон температуры мобилизации и/или диапазон температуры пиролиза может обеспечить возможность производства из формации высококачественных углеводородов с высокой плотностью в градусах API (API - Американский нефтяной институт). Медленный подъем температуры формации через диапазон температуры мобилизации и/или диапазон температуры пиролиза может обеспечить извлечение большого количества углеводородов, присутствующих в формации, в качестве углеводородного продукта.

В некоторых случаях тепловой обработки на месте участок формации нагревают до требуемой температуры вместо медленного повышения температуры через диапазон температур. В этих случаях требуемая температура составляет 300°C, 325°C или 350°C. Могут быть выбраны как желательная температура и другие температуры.

Подвод тепла от нескольких источников позволяет относительно быстро и эффективно установить требуемую температуру внутри в формации. Энергия, подаваемая в формацию от источников тепла, может быть отрегулирована так, чтобы она поддерживала температуру в формации на желательном уровне.

Продукты мобилизации и/или пиролиза могут быть получены из формации через эксплуатационные скважины. В некоторых случаях средняя температура одного или нескольких участков повышается до температуры мобилизации, и углеводороды получают из эксплуатационных скважин. Средняя температура одного или нескольких участков может быть повышена до температуры пиролиза после производства в результате снижения мобилизации ниже выбранного значения. В некоторых случаях средняя температура одного или больше участков может быть повышена до температуры пиролиза без существенной добычи перед достижением температур пиролиза. Текучие среды формации, включающие в себя продукты пиролиза, могут быть получены через эксплуатационные скважины.

В некоторых случаях средняя температура одного или нескольких участков может быть повышена до значений, достаточных для обеспечения возможности производства синтез-газа после мобилизации и/или пиролиза. В некоторых случаях температура углеводородов может быть поднята в достаточной степени, для обеспечения производства синтеза-газа, без существенного производства до повышения температуры, в достаточной степени для обеспечения возможности производства синтез-газа. Например, синтез-газ может быть произведен в диапазоне температур от приблизительно 400°C до приблизительно 1200°C, приблизительно от 500°C до приблизительно 1100°C, или от приблизительно 550°C до приблизительно 1000°С. Для генерирования синтез-газа на участки может быть введена текучая среда (например, пар и/или вода). Синтез-газ может быть отобран из эксплуатационных скважин.

Добыча минералов из растворов, удаление летучих углеводородов и воды, мобилизация углеводородов, пиролизация углеводородов, генерирование синтез-газа и/или другие процессы могут быть выполнены во время тепловой обработки на месте. В некоторых случаях отдельные процессы могут быть выполнены после тепловой обработки на месте. Такие процессы могут включать в себя, в частности, восстановление тепла из обработанных участков, сохранение текучих сред (например, воды и/или углеводородов) на ранее обработанных участках, и/или изоляция двуокиси углерода на ранее обработанных участках.

На фиг.1 схематично показана часть системы тепловой обработки на месте для обработки формации, содержащей углеводороды. Система тепловой обработки на месте может включать в себя барьерные скважины 200, которые используются для формирования барьера вокруг области обработки. Барьер предотвращает протекание текучей среды в область обработки и/или из нее. Барьерные скважины включают в себя, в частности, скважины для удаления воды, вакуумные скважины, скважины захвата, нагнетательные скважины, скважины для залива цементного раствора, замораживающие скважины или их комбинации. В некоторых случаях барьерные скважины 200 представляют собой скважины для удаления воды. Скважины для удаления воды позволяют удалять жидкую воду и/или предотвращать попадание жидкой воды на участок формации, предназначенный для нагрева, или в нагреваемую формацию. В варианте, представленном на фиг.1, барьерные скважины 200 показаны так, что они продолжаются только вдоль одной стороны источников 202 тепла, но барьерные скважины обычно окружают все используемые источники 202 тепла, или используемые для нагрева области обработки формации.

Источники 202 тепла размещены, по меньшей мере, на участке формации. Источники 202 тепла могут включать в себя нагреватели, такие как изолированные проводники, проводники в трубе, поверхностные горелки, беспламенные распределенные камеры сгорания и/или естественные распределенные камеры сгорания. Источники 202 тепла могут также включать в себя другие типы нагревателей. Источники 202 тепла обеспечивают подачу тепла в по меньшей мере часть формации для нагрева углеводородов в этой формации. Энергия может поступать к источникам 202 тепла по линиям 204 питания. Линии 204 питания могут быть конструктивно разными в зависимости от типа источника тепла, используемых для нагрева формации. Линии 204 питания для источников тепла могут передавать электричество для электрических нагревателей, могут транспортировать топливо для камер сгорания, или могут транспортировать теплообменную текучую среду, которая циркулирует в формации. В некоторых случаях электричество для тепловой обработки на месте может быть предоставлено от атомной электростанции или атомных электростанций. Использование ядерной энергии может обеспечить уменьшение или снижение выделения двуокиси углерода при тепловой обработке на месте.

При нагреве формации подаваемое в формацию тепло может вызвать расширение формации и геомеханическое движение. Источники тепла могут быть включены до, одновременно или во время процесса удаления воды. Компьютерное моделирование позволяет смоделировать отклик формации на нагрев. Компьютерное моделирование можно использовать для разработки структуры и временной последовательности, для активации источников тепла в формации таким образом, чтобы геомеханические движения формации не оказывали негативного влияния на функцию источников тепла, эксплуатационных скважин и другого оборудования в формации.

Нагрев формации может привести к повышению проницаемости и/или пористости формации. Повышение проницаемости и/или пористости может произойти из-за уменьшения массы в формации в результате испарения и удаления воды, изъятия углеводородов и/или формирования трещин. Текучая среда может легче протекать на нагретом участке формации из-за повышенной проницаемости и/или пористости формации. Текучая среда в нагретом участке формации может перемещаться на существенное расстояние через формацию, из-за повышенной проницаемости и/или пористости. Существенное расстояние может составлять более 1000 м, в зависимости от различных факторов, таких как проницаемость формации, свойства текучей среды, температура формации и градиент давления, обеспечивающий движение текучей среды. Возможность текучей среды перемещаться на значительное расстояние внутри формации позволяет размещать эксплуатационные скважины 206 относительно далеко друг от друга в формации.

Эксплуатационные скважины 206 используются для удаления текучей среды из формации. В некоторых случаях эксплуатационная скважина 206 включает в себя источник тепла. Источник тепла в эксплуатационной скважине может нагревать один или несколько участков формации в эксплуатационной скважине или рядом с ней. В некоторых случаях тепловой обработки на месте количество тепла, подаваемое в формацию из эксплуатационной скважины на метр эксплуатационной скважины, меньше, чем количество тепла, подаваемое в формацию от источника тепла, который нагревает формацию на метр источника тепла. Тепло, подаваемое в формацию из эксплуатационной скважины, может повысить проницаемость формации рядом с эксплуатационной скважиной в результате испарения и удаления текучей среды с жидкой фазой, рядом с эксплуатационной скважиной и/или путем увеличения проницаемости формации, рядом с эксплуатационной скважиной, путем формирования макро и/или микротрещин.

В эксплуатационной скважине может быть установлено более одного источника тепла. Источник тепла на нижнем участке эксплуатационной скважины может быть выключен, когда тепло от соседних источников тепла нагревает формацию в достаточной степени. В некоторых случаях источник тепла на верхнем участке эксплуатационной скважины может оставаться включенным после того, как источник тепла на нижнем участке эксплуатационной скважины будет отключен. Источник тепла на верхнем участке скважины может сдерживать конденсацию и обратный поток текучей среды формации.

В некоторых случаях источник тепла в эксплуатационной скважине 206 позволяет удалять парообразную фазу текучих сред из формации. Обеспечивая нагрев в эксплуатационной скважине или через нее можно:

1) сдерживать конденсацию и/или обратный поток добываемой текучей среды, когда такая добываемая текучая среда движется в эксплуатационной скважине рядом с покрывающими пластами,

2) увеличить подвод тепла в формацию,

3) повысить степень производства из эксплуатационной скважины по сравнению с эксплуатационной скважиной без источника тепла,

4) сдерживать конденсацию соединений с большим количеством атомов углерода (для углеводородов С6 и выше) в эксплуатационной скважине, и/или

5) повысить проницаемость формации в непосредственной близости к эксплуатационной скважине.

Подземное давление внутри формации может соответствовать давлению текучей среды, генерируемой в формации. По мере