Цельный стык для изолированных проводников

Цельный стык для изолированных проводников

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системам для изолированных проводников, используемых в нагревательных элементах. Более конкретно, изобретение относится к соединительным элементам, предназначенным для стыковки изолированных кабелей и/или вводных кабелей.

Уровень техники

Углеводороды, добываемые из подземных пластов, часто используют в качестве энергетических ресурсов, в качестве сырья и в качестве потребительских товаров. Обеспокоенность истощением доступных углеводородных ресурсов и обеспокоенность спадом общего качества производимых углеводородов привело к развитию процессов для более эффективной добычи, обработки и/или использования доступных углеводородных ресурсов. Процессы, выполняемые в пласте, могут быть использованы для извлечения углеводородных материалов из подземных пластов, которые ранее были недоступны, и/или извлечение их оттуда с использованием доступных способов было слишком дорогим. Может потребоваться изменение химических и/или физических свойств углеводородного материала в подземном пласте, чтобы позволить более просто изъять углеводородный материал из подземного пласта и/или увеличить ценность углеводородного материала. Химические и/или физические изменения могут включать в себя проходящие на месте реакции, которые производят извлекаемые текучие среды, изменения состава, изменения растворимости, изменения плотности, фазовые изменения и/или изменения вязкости углеводородного материала в пласте.

В скважинах можно разместить нагреватели для нагрева пласта во время проходящего в пласте процесса. Существует много различных типов нагревателей, которые можно использовать для нагрева пласта. Примеры процессов в пласте, использующих скважинные нагреватели приведены в патентах США №№2634961, выданном Льюнгсторму; 2732195, выданном Льюнгсторму; 2780450, выданном Льюнгсторму; 2789805, выданном Льюнгсторму; 2923535, выданном Льюнгсторму; 4886118, выданном Ван Мерсу и др. и 6688387, выданном Веллингтону и др.

Кабели с минеральной изоляцией (MI-кабели) (изолированные проводники) для использования под землей, например, для нагревания содержащих углеводороды пластов в некоторых приложениях, являются более длинными, могут иметь большие внешние диаметры и могут функционировать при больших напряжениях и температурах, чем обычные MI-кабели в промышленности. Существует много потенциальных проблем при изготовлении и/или сборке изолированных проводников, имеющих большую длину.

Например, имеются потенциальные электрические и/или механические проблемы, возникающие из-за деградации со временем электрического изолятора, используемого в изолированном проводнике. Также имеются потенциальные проблемы, связанные с электрическими изоляторами, которые надо преодолеть во время сборки нагревателя с изолированным проводником. Во время сборки нагревателя с изолированным проводником могут возникнуть проблемы, такие как вздутие сердцевины кабеля, или другие механические дефекты. Такие явления могут привести к электрическим проблемам во время использования нагревателя и потенциально могут привести к тому, что нагреватель будет неспособен выполнять свои функции.

Кроме того, для подземных приложений может потребоваться соединение нескольких MI-кабелей, чтобы сделать MI-кабель достаточной длины для того, чтобы достичь глубин и расстояний, необходимых, чтобы эффективно нагреть подземные слои и соединить сегменты, имеющие различные функции, такие как вводные кабели, соединенные с участками нагревателя. Такие длинные нагреватели также требуют более высоких напряжений, чтобы доставить достаточное количество энергии к дальним концам нагревателей.

Конструкции обычных стыков MI-кабелей обычно не подходят для напряжений свыше 100 В, свыше 1500 В или свыше 2000 В и могут не выдержать работу в течение длительного времени при высоких температурах, таких как свыше 650°C (около 1200°F), свыше 700°C (около 1290°F) или свыше 800°C (около 1470°F). Такие высоковольтные, высокотемпературные приложения обычно требуют, чтобы уплотнение минеральной изоляции на стыке было насколько это возможно близко или превосходило уровень уплотнения в самом изолированном проводнике (МI-кабеле).

Сравнительно большой внешний диаметр и большая длина MI-кабелей для некоторых приложений требует, чтобы стыкование кабелей осуществляли, когда они расположены горизонтально. Существуют стыки для других приложений М1-кабелей, которые были изготовлены горизонтально. Эти технологии обычно используют малое отверстие, через которое в стык подают минеральную изоляцию (такую как порошок оксида магния) и слегка уплотняют посредством вибрации и трамбования. Такие способы не обеспечивают достаточного уплотнения минеральной изоляции или даже допускают любое уплотнение, но не пригодны для выполнения стыков, предназначенных для применения при высоких значениях напряжения, необходимых для этих подземных приложений.

Таким образом, существует потребность в стыках изолированных проводников, которые являются простыми и при этом могут функционировать при высоких напряжениях и температурах под землей в течение длительного времени без возникновения неисправностей. Помимо этого, может потребоваться, чтобы стыки обладали более высокой прочностью на изгиб и на разрыв, чтобы не допустить поломку стыка при весовых нагрузках и температурах, которым может быть подвержен кабель под землей. Технологии и способы также могут быть использованы для снижения интенсивностей электрического поля в стыках так, чтобы снизить токи утечки в стыках и увеличить запас между рабочим напряжением и электрическим пробоем. Сокращение интенсивностей электрического поля может помочь увеличить рабочие диапазоны напряжения и температуры для стыков.

В дополнение, могут иметь место проблемы, связанные увеличенной нагрузкой на изолированные проводники во время сборки и/или установки изолированных проводников под землей. Например, сматывание и разматывание изолированных проводников на катушки, используемые для транспортировки и установки изолированных проводников, может привести к воздействию механического напряжения на электрические изоляторы и/или другие компоненты в изолированных проводниках. Таким образом, требуются более надежные системы и способы для сокращения или устранения потенциальных проблем во время изготовления, сборки и/или установки изолированных проводников.

Раскрытие изобретения

Варианты осуществления, описанные в этом документе, в целом, относятся к системам, способам и нагревателям для обработки подземных пластов. Варианты осуществления, описанные в этом документе, также, в целом, относятся к нагревателям, имеющим в своем составе новые компоненты. Такие нагреватели можно получить путем использования систем и способов, описанных в этом документе.

В отдельных вариантах осуществления в изобретении предложена одна или несколько систем, способов и/или нагревателей. В некоторых вариантах осуществления системы, способы и/или нагреватели используют для обработки толщи пород.

В отдельных вариантах осуществления способ соединения нагревательного участка и участка в перекрывающей породе нагревателя с изолированным проводником включает в себя этапы, на которых: соединяют сердцевину нагревательного участка с сердцевиной участка в перекрывающей породе, при этом диаметр сердцевины нагревательного участка меньше, чем диаметр сердцевины участка в перекрывающей породе; размещают первый изоляционный слой на сердцевине нагревательного участка так, что, по меньшей мере, часть концевого участка нагревательного участка остается открытой; размещают второй изоляционный слой на сердцевине участка в перекрывающей породе, так что второй изоляционный слой проходит по открытому участку сердцевины нагревательного участка, причем толщина второго изоляционного слоя меньше, чем толщина первого изоляционного слоя, а внешний диаметр участка в перекрывающей породе по существу равен внешнему диаметру нагревательного участка; и размещают внешний электрический проводник вокруг нагревательного участка и участка в перекрывающей породе.

В отдельных вариантах осуществления способ соединения нагревательного участка и участка в перекрывающей породе нагревателя с изолированным проводником включает в себя этапы, на которых: соединяют сердцевину нагревательного участка с сердцевиной первого переходного участка, при этом диаметр сердцевины переходного участка по существу равен диаметру нагревательного участка; соединяют сердцевину первого переходного участка с сердцевиной второго переходного участка, при этом диаметр сердцевины второго переходного участка изменяется от значения, по существу равного диаметру сердцевины первого переходного участка в соединении между сердцевиной первого переходного участка и сердцевиной второго переходного участка, до большего диаметра вдоль протяженности сердцевины второго переходного участка; соединяют сердцевину второго переходного участка с сердцевиной участка в перекрывающей породе, при этом диаметр сердцевины участка в перекрывающей породе по существу равен большему диаметру сердцевины второго переходного участка; размещают первый изоляционный слой на сердцевине нагревательного участка и, по меньшей мере, на части сердцевины первого переходного участка; размещают второй изоляционный слой на сердцевине участка в перекрывающей породе и, по меньшей мере, на части сердцевины второго переходного участка, при этом толщина второго изоляционного слоя меньше, чем толщина первого изоляционного слоя; и размещают внешний электрический проводник вокруг первого изоляционного слоя и второго изоляционного слоя, причем внешние диаметры нагревательного участка, первого переходного участка, второго переходного участка и участка в перекрывающей породе по существу одинаковы вдоль протяженности нагревателя с изолированным проводником.

В отдельных вариантах осуществления соединение между нагревательным участком и участком в перекрывающей породе нагревателя с изолированным проводником включает в себя: первый переходный участок, содержащий сердцевину, имеющую диаметр, по существу равный диаметру сердцевины нагревательного участка; второй переходный участок, содержащий сердцевину, соединенную с сердцевиной первого переходного участка, при этом диаметр сердцевины второго переходного участка изменяется от значения, по существу равного диаметру сердцевины первого переходного участка в соединении между сердцевиной первого переходного участка и сердцевиной второго переходного участка, до большего диаметра вдоль протяженности сердцевины второго переходного участка, и при этом диаметр сердцевины участка в перекрывающей породе по существу равен большему диаметру сердцевины второго переходного участка; первый изоляционный слой, размещенный на сердцевине нагревательного участка и, по меньшей мере, части сердцевины первого переходного участка; второй изоляционный слой, размещенный на сердцевине участка в перекрывающей породе и, по меньшей мере, части сердцевины второго переходного участка, при этом толщина второго изоляционного слоя меньше, чем толщина первого изоляционного слоя; и внешний электрический проводник, размещенный вокруг первого изоляционного слоя и второго изоляционного слоя, причем внешние диаметры нагревательного участка, первого переходного участка, второго переходного участка и участка в перекрывающей породе по существу одинаковы вдоль протяженности нагревателя с изолированным проводником.

В дополнительных вариантах осуществления признаки специфических вариантов осуществления могут быть скомбинированы с признаками других вариантов осуществления. Например, признаки одного варианта осуществления могут быть скомбинированы с признаками любого другого варианта осуществления.

В дополнительных вариантах осуществления обработку толщи пород осуществляют с использованием любого из способов, систем, источников питания или нагревателей, описанных в этом документе.

В дополнительных вариантах осуществления к специфическим вариантам осуществления, описанным в этом документе, могут быть добавлены дополнительные признаки.

Краткое описание чертежей

Признаки и преимущества способов и устройства в соответствии с настоящим изобретением будут более понятными при обращении к нижеследующему подробному описанию предпочтительных в настоящее время, но, тем не менее, иллюстративных вариантов осуществления в соответствии с настоящим изобретением в сочетании с сопровождающими чертежами.

На фиг. 1 показан схематический вид варианта осуществления участка системы термической обработки, предназначенной для обработки пласта, содержащего углеводороды.

На фиг. 2 показан вариант осуществления источника тепла с изолированным проводником.

На фиг. 3 показан вариант осуществления источника тепла с изолированным проводником.

На фиг. 4 показан вариант осуществления источника тепла с изолированным проводником.

На фиг. 5 показан вид сбоку варианта осуществления соединения для стыковки участка в перекрывающей породе и нагревательного участка изолированного проводника, сердцевины которых имеют по существу один и тот же диаметр.

На фиг. 6 показан вид сбоку варианта осуществления соединения для стыковки участка в перекрывающей породе изолированного проводника, имеющего сердцевину большего диаметра с нагревательным участком изолированного проводника, имеющего сердцевину с меньшим диаметром.

На фиг. 7 показан вид сбоку другого варианта осуществления соединения для стыковки участка в перекрывающей породе изолированного проводника, имеющего сердцевину большего диаметра с нагревательным участком изолированного проводника, имеющего сердцевину с меньшим диаметром.

Хотя изобретение допускает различные модификации и альтернативные формы, отдельные варианты его осуществления показаны на чертежах в качестве примера и будут описаны подробно. Чертежи могут не быть выполненными в масштабе. Следует понимать, что не предполагается, что чертежи и подробное описание ограничивают изобретение конкретной описанной формой, а наоборот, предполагается, что оно покрывает все модификации, эквиваленты и альтернативы, попадающие под сущность и объем настоящего изобретения, как задано прилагаемой формулой определения.

Осуществление изобретения

Нижеследующее описание, в целом, относится к системам и способам обработки углеводородов в пластах. Такие пласты могут быть обработаны для добычи углеводородных продуктов, водорода и других продуктов.

Выражение "переменный ток (АС)" означает изменяющийся во времени ток, который меняет направление по существу синусоидально. Переменный производит поверхностный эффект в ферромагнитном проводнике.

Термин "соединенный" означает либо непосредственное соединение, либо непрямое соединение (например, одно или несколько промежуточных соединений) между одним или несколькими объектами или компонентами. Фраза "непосредственно соединенный" означает непосредственное соединение между объектами или компонентами, так что объекты или компоненты были соединены непосредственно друг с другом, так что объекты или компоненты функционируют "в месте использования".

Термин "пласт" включает в себя один или несколько слоев, содержащих углеводороды, один или несколько слоев, не содержащих углеводороды, перекрывающую породу и/или подстилающую породу. Выражение "углеводородные слои" относится к слоям в пласте, которые содержат углеводороды. Углеводородные слои могут содержать неуглеводородный материал и углеводородный материал. Термины "перекрывающая порода" и/или "подстилающая порода" включают в себя один или несколько различных типов непроницаемых материалов. Например, перекрывающая и/или подстилающая порода может включать в себя скальную породу, сланец, аргиллит или влажную/плотную карбонатную породу. В некоторых вариантах осуществления в процессах термообработки пласта перекрывающая и/или подстилающая порода может включать в себя слои, содержащие углеводороды, или слои, не содержащие углеводороды, которые являются сравнительно непроницаемыми и не подвергаются воздействию температуры во время процесса термообработки пласта, что приводит к значительным изменениям характеристик слоев, содержащих углеводороды, перекрывающей и/или подстилающей породы. Например, подстилающая порода может содержать сланец или аргиллит, но во время термообработки пласта не допускается нагрев подстилающей породы до температур пиролиза. В некоторых случаях перекрывающая порода и/или подстилающая порода могут быть в какой-то степени проницаемыми.

Выражение "пластовый флюид" означает текучие среды, присутствующие в пласте, и может включать в себя текучие среды пиролиза, синтез-газ, подвижные углеводороды и воду (пар). Пластовые флюиды могут включать в себя углеводородные флюиды, а также неуглеводородные флюиды. Термин "подвижные флюиды" означает флюиды в пласте, содержащем углеводороды, которые могут перетекать в результате термообработки пласта. Термин "добываемые флюиды" относится к флюидам, извлекаемым из пласта.

Выражение "источник тепла" представляет собой любую систему для подачи тепла, по меньшей мере, на участок пласта по существу с помощью кондуктивной/лучистой теплопередачи. Например, источник тепла может включать в себя электропроводные материалы и/или электронагреватели, такие как изолированный проводник, вытянутый элемент и/или проводник, расположенные в канале. Источник тепла также может включать в себя системы, которые вырабатывают теплоту путем сжигания топлива, являющегося внешними по отношению к пласту, или находящегося в пласте. Системы могут представлять собой поверхностные горелки, скважинные газовые горелки, беспламенные распределенные камеры сгорания и природные распределенные камеры сгорания. В некоторых вариантах осуществления тепло, подаваемое или вырабатываемое в одном или нескольких источниках тепла, может снабжаться другими источниками энергии. Другие источники энергии могут непосредственно нагревать пласт, либо энергия может передаваться на передающую среду, которая непосредственно или косвенно нагревает пласт. Следует понимать, что один или несколько источников тепла, которые подводят тепло к пласту, используют различные источники энергии. Таким образом, например, для данного пласта некоторые источники тепла могут подавать тепло от электропроводных материалов, резистивных электронагревателей, некоторые источники тепла могут подавать тепло от процесса горения, а некоторые источники тепла могут подавать тепло от одного или нескольких других источников энергии (например, от химических реакций, солнечную энергию, энергию 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 возле и/или окружающую место нагревания, такую как нагревательная скважина.

"Нагреватель" - это любая система или источник тепла, предназначенный для выработки теплоты в скважине или в области возле скважины. Нагреватели могут представлять собой электронагреватели, горелки, камеры сгорания, которые осуществляют реакцию с веществом, расположенным или добываемым из пласта, и/или их сочетания, но, не ограничиваясь этим.

"Углеводороды", в общем, определяют как молекулы, образованные преимущественно из атомов углерода и водорода. Углеводороды также могут включать в себя другие элементы, такие как галогены, металлические элементы, азот, кислород и/или сера, но, не ограничиваясь этим. Углеводороды могут представлять собой кероген, битум, пиробитум, масла, природные минеральные воски и асфальтиты. Углеводороды могут быть расположены в скелетных породах в земле или примыкать к ним. Скелетные породы включают в себя осадочные породы, пески, силицилиты, карбонаты, диатомиты и другие пористые среды, но, не ограничиваясь этим. "Углеводородные флюиды" представляют собой флюиды, содержащие углеводороды. Углеводородные флюиды могут включать в себя, охватывать или быть охваченными неуглеводородными флюидами, такими как водород, азот, окись углерода, двуокись углерода, сероводород, вода и аммиак.

Выражение "процесс преобразования в пласте" относится к процессу нагревания пласта, содержащего углеводороды, с помощью источников тепла, чтобы поднять температуру, по меньшей мере, части пласта до температуры, превышающей температуру пиролиза, чтобы в пласте образовывался пиролизный флюид.

Выражение "процесс термообработки в пласте" относится к процессу нагревания пласта, содержащего углеводороды, с помощью источников тепла, чтобы поднять температуру, по меньшей мере, части пласта до температуры, превышающей температуру, при которой возникает подвижный флюид, висбрекинг и/или пиролиз материала, содержащего углеводороды, чтобы в пласте образовывались подвижные флюиды, флюиды висбрекинга и/или пиролизные флюиды.

Термин "изолированный проводник" означает любой вытянутый материал, который способен проводить электричество и который полностью или частично покрыт электроизоляционным материалом.

Термин "нитрид" означает соединение азота и одного или нескольких других элементов периодической таблицы. Нитриды включают в себя нитрид кремния, нитрид бора или глинозем, но, не ограничиваясь этим.

Термин "отверстия" включает в себя отверстия, прорези, проемы или дырки в стенке канала, трубы, трубопровода или другой направляющей потока, которые позволяют втекать или вытекать из канала, трубы, трубопровода или другой направляющей потока.

"Пиролиз" представляет собой разрыв химических связей под действием прикладываемого тепла. Например, пиролиз может включать в себя преобразование соединения в одну или несколько других субстанций только под воздействием тепла. Тепло может быть передано к участку пласта для того, чтобы возник пиролиз.

"Пиролизные флюиды" или "продукты пиролиза" относятся к флюидам, полученным по существу во время процесса пиролиза углеводородов. Флюиды, полученные при реакциях пиролиза, могут смешиваться с другими флюидами в пласте. Смесь можно рассматривать в качестве пиролизного флюида или продукта пиролиза. Используемый в этом документе термин "зона пиролиза" относится к объему пласта (например, сравнительно проницаемого пласта, такого как пласт нефтеносных песков), который подвергают реакции, или в котором происходит реакция для образования пиролизного флюида.

"Толщина" слоя означает толщину поперечного сечения слоя, причем поперечное сечение проходит по нормали к поверхности слоя.

Термин "скважина" обозначает отверстие в пласте, выполненное посредством бурения или вставки канала в пласт. Скважина может иметь по существу круглое поперечное сечение или другую форму поперечного сечения. Используемые в этом документе термины "колодец" и "отверстие" в контексте отверстия в пласте могут быть взаимозаменяемыми с термином "скважина".

Чтобы получить разные продукты, пласт может быть подвергнут обработке различными способами. Для обработки пласта во время процесса термообработки могут использоваться различные этапы или процессы. В некоторых вариантах осуществления один или несколько участков пласта разрабатывают растворением, чтобы удалить растворимые минералы из участков. Добываемые растворением минералы могут быть произведены до, во время и/или после процесса термообработки пласта. В некоторых вариантах осуществления средняя температура одного или нескольких участков, добычу из которых осуществляют растворением, может поддерживаться ниже примерно 120°C.

В некоторых вариантах осуществления один или несколько участков пласта нагревают, чтобы удалить воду из участков и/или чтобы удалить метан и другие летучие углеводороды из участков. В некоторых вариантах осуществления в процессе удаления воды и летучих углеводородов средняя температура может быть поднята от температуры окружающей среды до температур ниже примерно 220°C.

В некоторых вариантах осуществления один или несколько участков пласта нагревают до температур, которые допускают перемещение и/или висбрекинг углеводородов в пласте. В некоторых вариантах осуществления средняя температура одного или нескольких участков пласта может быть поднята до температур активации углеводородов в участках (например, до температур из диапазона от 100°C до 250°C, от 120°C до 240°C или от 150°C до 230°C).

В некоторых вариантах осуществления один или несколько участков нагревают до температур, которые допускают реакции пиролиза в пласте. В некоторых вариантах осуществления средняя температура одного или нескольких участков пласта может быть поднята до температур пиролиза углеводородов в участках (например, до температур из диапазона от 230°C до 900°C, от 240°C до 400°C или от 250°C до 350°C).

Нагревание пласта, содержащего углеводороды, с помощью нескольких источников тепла может установить термические градиенты вокруг источников тепла, которые поднимают температуру углеводородов в пласте до желаемых температур с желаемыми скоростями нагрева. Скорость увеличения температуры через диапазон температур активации и/или диапазон температур пиролиза для желаемых продуктов может повлиять на качество и количество пластовых флюидов, получаемых из пласта, содержащего углеводороды. Медленно поднимая температуру пласта через диапазон температур активации и/или диапазон температур пиролиза, можно допустить получение из пласта углеводородов высокого качества, высокой плотности. Медленно поднимая температуру пласта через диапазон температур активации и/или диапазон температур пиролиза, можно позволить извлечь большое количество углеводородов, присутствующих в пласте в качестве углеводородного продукта.

В некоторых вариантах осуществления термообработки пласта участок пласта нагревают до желаемой температуры вместо медленного нагрева через диапазон температур. В некоторых вариантах осуществления желаемая температура составляет 300°C, 325°C или 350°C. В качестве желаемой температуры можно выбрать другое значение.

Суперпозиция теплоты от источников тепла позволяет установить в пласте желаемую температуру сравнительно быстро и эффективно. Подводимая в пласт энергия от источников тепла может быть отрегулирована так, чтобы поддерживать в пласте по существу желаемую температуру.

Продукты активации и/или пиролиза могут быть получены из пласта через эксплуатационные скважины. В некоторых вариантах осуществления среднюю температуру одного или нескольких участков поднимают до температур активации, и из эксплуатационных скважин получают углеводороды. Средняя температура одного или нескольких участков может быть поднята до температур пиролиза после того, как выход из-за активации опустится ниже выбранного значения. В некоторых вариантах осуществления средняя температура одного или нескольких участков может быть поднята до температур пиролиза без значительного выхода до достижения температур пиролиза. Пластовые флюиды, включая продукты пиролиза, могут быть получены через эксплуатационные скважины.

В некоторых вариантах осуществления средняя температура одного или нескольких участков может быть поднята до температур достаточных для того, чтобы после активации и пиролиза допустить выход синтез-газа. В некоторых вариантах осуществления, углеводороды могут быть нагреты до температур, достаточных для того, чтобы допустить выход синтез-газа без значительного выхода до достижения температур, достаточных для того, чтобы допустить выход синтез-газа. Например, синтез-газ может быть получен в диапазоне температур примерно от 400°C до 1200°C, от 500°C до 1100°C или от 550°C до 1000°C. Текучая среда, вырабатывающая синтез-газ (например, пар и/или вода) может быть введена в участки для выработки синтез-газа. Синтез-газ может быть получен из эксплуатационных скважин.

Добыча растворением, извлечение летучих углеводородов и воды, активация углеводородов, пиролиз углеводородов, выработка синтез-газа и/или другие процессы могут быть выполнены во время процесса термообработки пласта. В некоторых вариантах осуществления некоторые процессы могут быть выполнены после процесса термообработки пласта. Такие процессы могут включать в себя восстановление тепла от обработанных участков, сохранение текучих сред (например, воды и/или углеводородов) в ранее обработанных участках и/или отделение диокиси углерода в ранее обработанных участках.

На фиг. 1 показан схематический вид варианта осуществления участка системы термической обработки, предназначенной для обработки пласта, содержащего углеводороды. Система термической обработки пласта может включать в себя барьерные скважины 200. Барьерные скважины используют для того, чтобы образовать барьер вокруг обрабатываемой области. Барьер препятствует потоку флюидов в обрабатываемой области и/или из нее. Барьерная скважина включает в себя водопонижающие скважины, вакуумные скважины, захватывающие скважины, нагнетательные скважины, цементирующие скважины, морозильные скважины и их сочетания, но, не ограничиваясь этим. В некоторых вариантах осуществления барьерные скважины 200 представляют собой водопонижающие скважины. Водопонижающие скважины могут удалять жидкую воду и/или препятствовать поступлению жидкой воды в участок пласта, который надо нагреть, или в нагреваемый пласт. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, барьерные скважины 200 показаны проходящими только вдоль одной стороны источников 202 тепла, но барьерные скважины обычно окружают все используемые источники 202 тепла или источники, которые надо использовать, чтобы нагреть обрабатываемую область пласта.

Источники 202 тепла размещают, по меньшей мере, в части пласта. Источники 202 тепла могут включать в себя нагреватели, такие как изолированные проводники, нагреватели с проводником в канале, поверхностные горелки, беспламенные распределенные камеры сгорания и/или природные распределенные камеры сгорания. Источники 202 тепла также могут включать в себя другие типы нагревателей. Источники 202 тепла подают тепло, по меньшей мере, в часть пласта, чтобы нагреть углеводороды в пласте. Энергия может подаваться к источникам 202 тепла через линии 204 питания. Лини 204 питания могут структурно отличаться, в зависимости от типа источника тепла или источников тепла, используемых для нагрева пласта. Линии 204 питания для источников тепла могут передавать электричество для электронагревателей, топливо для камер сгорания, или могут передавать теплообменную текучую среду, которая циркулирует в пласте. В некоторых вариантах осуществления электричество для процесса термообработки пласта может обеспечиваться атомной электростанцией или атомными электростанциями. Использование атомной энергии может позволить сократить или ограничить выбросы окиси углерода в процессе термообработки пласта.

Когда пласт нагревают, поступление тепла в пласт может вызвать расширение пласта и геомеханическое перемещение. Источники тепла могут быть включены до, вместе или во время процесса обезвоживания. Реакцию пласта на нагрев можно смоделировать посредством компьютерной симуляции. Компьютерная симуляция может быть использована для разработки шаблона и последовательности активизации источников тепла в пласте так, чтобы геомеханическое перемещение пласта не оказало неблагоприятного воздействия на функциональность источников тепла, эксплуатационных скважин и другого оборудования в пласте.

Нагрев пласта может привести к увеличению проницаемости и/или пористости пласта. Увеличение проницаемости и/или пористости может привести к сокращению массы в пласте из-за испарения и удаления воды, удаления углеводородов и/или возникновения трещин. Текучая среда может легко течь в нагретый участок пласта, благодаря увеличенной проницаемости и/или пористости пласта. Благодаря увеличенной проницаемости и/или пористости пласта, текучая среда в нагретом участке пласта может перемещаться на значительное расстояние через пласт. Значительное расстояние может превышать 1000 м, в зависимости от различных факторов, таких как проницаемость пласта, свойства текучей среды, температура пласта и градиент давления, допускающий перемещение текучей среды. Способность текучей среды перемещаться на значительное расстояние в пласте позволяет расположить эксплуатационные скважины 206 сравнительно далеко от пласта.

Эксплуатационные скважины 206 используют для извлечения пластового флюида из пласта. В некоторых вариантах осуществления эксплуатационная скважина 206 включает в себя источник тепла. Источник тепла в эксплуатационной скважине может нагревать один или несколько участков пласта в эксплуатационной скважине или рядом с ней. В некоторых вариантах осуществления процесса термообработки пласта количество теплоты, подаваемой в пласт от эксплуатационной скважины на метр эксплуатационной скважины, меньше, чем количество теплоты, подаваемой в пласт от источника тепла, который нагревает пласт, на метр источника тепла. Теплота, подаваемая в пласт от эксплуатационной скважины, может увеличить проницаемость пласта возле эксплуатационной скважины посредством испарения и удаления флюида жидкой фазы возле эксплуатационной скважины и/или путем увеличения проницаемости пласта возле эксплуатационной скважины из-за формирования макро и/или микротрещин.

В эксплуатационной скважине может быть расположено более одного источника тепла. Источник тепла в нижнем участке эксплуатационной скважины может быть выключен, если суперпозиция теплоты от смежных источников тепла нагревает пласт достаточно, чтобы нейтрализовать преимущества, обеспечиваемые нагревом пласта от эксплуатационной скважины. В некоторых вариантах осуществления источник тепла в верхнем участке эксплуатационной скважины может оставаться включенным после выключения источника тепла в нижнем участке эксплуатационной скважины. Источник тепла в верхнем участке скважины может препятствовать конденсации и обратному стоку пластового флюида.

В некоторых вариантах осуществления источник тепла в эксплуатационной скважине 206 позволяет удалять пластовые флюиды в виде пара из пласта. Обеспечение нагрева в эксплуатационной скважине или через нее может: (1) препятствовать конденсации и/или обратному стоку пластового флюида, если такой пластовый флюид перемещается в эксплуатационной скважине вблизи от перекрывающей породы, (2) увеличить поступление тепла в пласт, (3) увеличить дебит эксплуатационной скважины по сравнению с эксплуатационной скважиной без источника тепла, (4) препятствовать конденсации высокоуглеродистых соединений (С6 углеводородов и более тяжелых) в эксплуатационной скважине и/или (5) увеличить проницаемость пласта в эксплуатационной скважине или возле нее.

Подземное давление в пласте может соответствовать давлению текучей среды, вырабатываемой в пласте. По мере увеличение температур в нагретом участке давление в нагретом участке может увеличиваться в результате теплового расширения присутствующих в нем флюидов, увеличенного образования флюидов и испарения воды. Управляя скоростью удаления флюидов из пласта, можно управлять давлением в пласте. Давление в пласте можно определить во множестве различных мест, например, возле эксплуатационной скважины или в ней, возле или у источников тепла или в контрольных скважинах.

В некоторых пластах, содержащих углеводороды, препятствуют выходу углеводородов из пласта до тех пор, пока, по меньшей мере, некоторые углеводороды в пласте не будут активированы и/или пиролизованы. Пластовый флюид может быть получен из пласта, когда пластовый флюид обладает выбранным свойством. В некоторых вариантах осуществления выбранное свойство включает в себя плотность в градусах Американского нефтяного института (АНИ), равную, по меньшей мере, 20°, 30° или 40°. Препятствие выходу до тех