Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в общем случае относится к способам и системам добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из различных углеводородсодержащих пластов. Определенные варианты реализации относятся к конверсии углеводородов по месту залегания для добычи углеводородов, водорода и/или потоков новых продуктов из подземных углеводородсодержащих пластов при использовании естественно распределенных камер сгорания.
Уровень техники
Углеводороды, получаемые из подземных (например, осадочных) пластов, часто используют в качестве энергетических ресурсов, исходного сырья и товаров широкого потребления. Озабоченность вопросами истощения доступных ресурсов углеводородов и ухудшения общего качества добываемых углеводородов привела к разработке способов более эффективного извлечения, обработки и/или использования доступных ресурсов углеводородов. Для удаления углеводородных материалов из подземных пластов можно использовать способы, реализуемые по месту залегания. Для того чтобы углеводородный материал можно было бы легче удалять из подземного пласта, может оказаться необходимым изменение химических и/или физических свойств углеводородного материала в подземном пласте. Химические и физические изменения могут включать реакции, проводимые по месту залегания, которые приводят к получению удаляемых флюидов, изменений в составе, изменений растворимости, изменений плотности, фазовых изменений и/или изменений вязкости углеводородного материала в пласте. Флюидом могут быть, но не ограничиваясь только нижеследующим, газ, жидкость, эмульсия, суспензия и/или поток твердых частиц, характеристики текучести которого подобны соответствующим характеристикам жидкого потока.
Примеры способов, реализуемых по месту залегания, с использованием скважинных нагревательных установок проиллюстрированы в патентах США №№2634961 автора Ljungstrom, 2732195 автора Ljungstrom, 2780450 автора Ljungstrom, 2789805 автора Ljungstrom, 2923535 автора Ljungstrom и 4886118 авторов Van Meurs et al.
Для нагревания подземного пласта можно использовать источник тепла. Электронагреватели и/или электронагревательные элементы описываются в патенте США №2548360 автора Germain, патенте США №4716960 авторов Eastlund et al., патенте США №5065818 автора Van Egmond и патенте США №4570715 авторов Van Meurs et al.
Для нагревания пласта можно использовать сжигание топлива. Сжигание топлива для нагревания пласта может оказаться более экономичным по сравнению с использованием для нагревания пласта электричества. Несколько различных типов нагревателей могут использовать сжигание топлива в качестве источника тепла, который обеспечит нагревание пласта. Сжигание может происходить в пласте, в скважине и/или вблизи поверхности. Сжигание в пласте можно проводить в варианте внутрипластового движущегося очага горения. В пласт можно подкачивать насосом окислитель. Окислитель можно воспламенить для продвижения фронта горения в направлении эксплуатационной скважины. Окислитель, подкачанный насосом в пласт, может протекать через пласт по линиям разлома в пласте. Воспламенение окислителя в результате может и не привести к равномерному продвижению фронта горения через пласт.
Раскрытие изобретения
В одном варианте реализации можно провести конверсию углеводородов углеводородсодержащего пласта (например, пласта, содержащего уголь, битуминозный сланец, тяжелые углеводороды либо их комбинацию) в пласте по месту залегания и получить смесь относительно высококачественных углеводородных продуктов, водорода и/или других продуктов. Для нагревания части углеводородсодержащего пласта до температур, которые сделают возможным пиролиз углеводородов, можно использовать один либо несколько источников тепла. Углеводороды, водород и другие пластовые флюиды можно удалять из пласта через одну либо несколько эксплуатационных скважин. В некоторых вариантах реализации пластовые флюиды можно удалять в паровой фазе. В других вариантах реализации пластовые флюиды можно удалять в жидкой и паровой фазах либо в жидкой фазе. Для получения из пласта улучшенных продуктов температуру и давление во время пиролиза можно регулировать, по меньшей мере, в части пласта.
В одном варианте реализации нагревание углеводородсодержащего пласта может обеспечить естественная распределенная камера сгорания. Естественная распределенная камера сгорания может включать нагреватель, расположенный в стволе вскрытия в пласте. Нагреватель может обеспечить нагревание, по меньшей мере, части пласта. Естественная распределенная камера сгорания может включать источник окисляющей текучей среды. Источник окисляющей текучей среды может обеспечить подачу окисляющей текучей среды в реакционную зону пласта для того, чтобы в реакционной зоне получить тепло. Часть реакционной зоны можно предварительно подвергнуть нагреванию, используя нагреватель. Естественная распределенная камера сгорания может включать первый канал, расположенный в стволе вскрытия. Первый канал может обеспечить подачу окисляющей текучей среды от источника окисляющей текучей среды в реакционную зону в пласте. Окисляющая текучая среда может окислять, по меньшей мере, часть углеводородов в реакционной зоне для получения тепла. Тепло, полученное в реакционной зоне, может передаваться от реакционной зоны в пласт.
В одном варианте реализации окисляющая текучая среда может транспортироваться через реакционную зону по существу за счет диффузии. Скорость диффузии можно регулировать, изменяя температуру реакционной зоны. В некоторых вариантах реализации возможно по существу подавление перетекания окисляющей текучей среды из реакционной зоны в окружающую часть пласта. Может оказаться так, что теплопередача от реакционной зоны к пласту будет идти по существу за счет теплопроводности. Может оказаться возможной передача тепла, полученного в результате окисления, от реакционной зоны к зоне пиролиза в пласте. Тепло, которое может быть передано в зону пиролиза, может привести к пиролизу, по меньшей мере, части углеводородов в зоне пиролиза пласта.
В некоторых вариантах реализации для регулирования температуры, по меньшей мере, на протяжении сегмента первого канала, по меньшей мере, на протяжении сегмента первого канала можно регулировать расход окисляющей текучей среды. Расход можно регулировать для регулирования скорости нагревания, по меньшей мере, в поперечном части пласта. Первый канал может включать отверстия для подачи окисляющей текучей среды в ствол вскрытия. В некоторых вариантах реализации первый канал может включать отверстия с критическим режимом потока, при помощи которых регулируют расход окисляющей текучей среды для регулирования скорости окисления в пласте.
В некоторых вариантах реализации в реакционную зону можно подавать молекулярный водород. По меньшей мере, часть поданного водорода можно получить в реакционной зоне. По меньшей мере, часть поданного молекулярного водорода можно получить в подвергнутой нагреванию части пласта. Молекулярный водород можно подавать в реакционную зону для подавления образования диоксида углерода.
В одном варианте реализации естественная распределенная камера сгорания может включать второй канал. Второй канал может обеспечить удаление из пласта продукта окисления. Второй канал может обеспечить удаление продукта окисления для поддержания в пласте по существу постоянной температуры. Второй канал может позволить регулировать концентрацию кислорода в стволе вскрытия таким образом, чтобы концентрация кислорода оставалась бы по существу постоянной. Первый канал может включать отверстия, которые направят окисляющую текучую среду в направлении, по существу противоположном направлению, в котором будут удаляться продукты окисления при помощи отверстий второго канала. Для второго канала может иметь место более значительная концентрация отверстий в области верхнего конца второго канала. Второй канал может сделать возможной теплопередачу от продукта окисления к окисляющей текучей среде в первом канале. Давление текучих сред в первом и втором каналах можно регулировать таким образом, чтобы концентрация окисляющей текучей среды по длине первого канала по существу была бы однородной.
В одном варианте реализации способ подачи тепла к углеводородсодержащему пласту по месту залегания может включать нагревание части пласта до температуры, достаточной для поддержания протекания реакции между углеводородами в данной части и окисляющей текучей средой. Окисляющую текучую среду можно подавать в реакционную зону в пласте. Для получения тепла в реакционной зоне может оказаться возможным проведение реакции окисляющей текучей среды, по меньшей мере, с частью углеводородов в реакционной зоне. Тепло, полученное в реакционной зоне, можно передавать в пласт.
Краткое описание чертежей
Для специалиста в соответствующей области преимущества настоящего изобретения могут стать очевидными при использовании последующего подробного описания предпочтительных вариантов реализации и при обращении к сопровождающим чертежам, среди которых:
Фигура 1 представляет собой иллюстрацию стадий нагревания углеводородсодержащего пласта.
Фигура 2 представляет собой схематическое изображение варианта реализации части системы конверсии по месту залегания для обработки углеводородсодержащего пласта.
Фигура 3 иллюстрирует вариант реализации источника тепла в виде естественной распределенной камеры сгорания.
Фигура 4 иллюстрирует представление в плоскости поперечного сечения для варианта реализации естественной распределенной камеры сгорания, имеющей второй канал.
Фигура 5 иллюстрирует схематическое представление варианта реализации скважины с нагревателем, расположенной в углеводородсодержащем пласте.
Фигура 6 иллюстрирует часть покрывающей породы для пласта с источником тепла в виде естественной распределенной камеры сгорания.
Фигура 7 иллюстрирует вариант реализации источника тепла в виде естественной распределенной камеры сгорания.
Фигура 8 иллюстрирует вариант реализации источника тепла в виде естественной распределенной камеры сгорания.
Фигура 9 иллюстрирует вариант реализации системы естественной распределенной камеры сгорания для нагревания пласта.
Фигура 10 иллюстрирует вариант реализации системы естественной распределенной камеры сгорания для нагревания пласта.
Несмотря на то, что изобретение допускает различные модификации и альтернативные формы, в порядке примера на чертежах продемонстрированы его конкретные варианты реализации, и в настоящем документе они могут быть описаны подробно. Чертежи могут быть не в масштабе. Однако необходимо понимать, что чертежи и подробное описание к ним не предполагают ограничения изобретения конкретными описанными формами, но, наоборот, изобретение должно включать все модификации, эквиваленты и альтернативы, соответствующие объему и сущности настоящего изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.
Осуществление изобретения
Следующее далее описание в общем случае относится к системам и способам обработки углеводородсодержащего пласта (например, пласта, содержащего уголь (в том числе лигнит, сапропелевый уголь и тому подобное), битуминозный сланец, угленосный сланец, шунгиты, кероген, битум, нефть, кероген и нефть в матрице с низкой проницаемостью, тяжелые углеводороды, асфальтиты, природные минеральные воска, пластов, в которых кероген блокирует добычу других углеводородов и тому подобного). Такие пласты можно подвергать обработке и получать относительно высококачественные углеводородные продукты, водород и другие продукты.
"Углеводороды" в общем случае определяют как молекулы, в первую очередь образованные из атомов углерода и водорода. Углеводороды также могут включать и другие элементы, такие как, но не ограничиваясь только нижеследующим, галогены, элементы металлов, азот, кислород и/или серу.
"Пласт" включает один либо несколько углеводородсодержащих слоев, один либо несколько неуглеводородных слоев, покрывающую породу и/или подстилающую породу. "Покрывающая порода" и/или "подстилающая порода" включает один либо несколько различных типов непроницаемых минералов. Например, покрывающая порода и/или подстилающая порода могут включать скальную породу, глинистый сланец, аргиллит либо влажный/плотный карбонат (то есть, непроницаемый карбонат без углеводородов). В некоторых вариантах реализации способов конверсии по месту залегания покрывающая порода и/или подстилающая порода могут включать углеводородсодержащий слой либо углеводородсодержащие слои, которые относительно непроницаемы и которые не подвергаются воздействию температур во время обработки с прохождением конверсии по месту залегания, которая в результате приводит к значительным характеристическим изменениям углеводородсодержащих слоев покрывающей породы и/или подстилающей породы. Например, подстилающая порода может содержать глинистый сланец либо аргиллит. В некоторых случаях покрывающая порода и/или подстилающая порода могут быть в некоторой степени проницаемы.
"Источник тепла" представляет собой любую систему обеспечения подачи тепла, по меньшей мере, в часть пласта по существу в результате теплопередачи за счет теплопроводности и/или излучения. Например, источник тепла может включать электронагреватели, такие как изолированный проводник, деталь удлиненной формы и/или проводник, расположенный внутри канала. Источник тепла также может включать источники тепла, которые позволяют получать тепло в результате сжигания топлива вне пласта либо внутри него, такие как наземные горелки, скважинные газовые горелки, беспламенные распределенные камеры сгорания и естественные распределенные камеры сгорания. В дополнение к этому предполагается, что в некоторых вариантах реализации тепло, подводимое к одному либо нескольким источникам тепла или получаемое в них, может подаваться с использованием других источников энергии. Другие источники энергии могут непосредственно подвергать пласт нагреванию либо энергия может передаваться теплоносителю, который непосредственно либо опосредованно будет подвергать пласт нагреванию. Необходимо понимать, что один либо несколько источников тепла, которые подают тепло к пласту, могут использовать различные источники энергии. Например, для данного пласта некоторые источники тепла могут обеспечивать подачу тепла от нагревателей с электросопротивлением, некоторые источники тепла могут обеспечивать подачу тепла, получаемого при сжигании, и некоторые источники тепла могут обеспечить подачу тепла от одного либо нескольких других источников энергии (например, химических реакций, солнечной энергии, энергии ветра, биомассы либо от других источников возобновляемой энергии). Химическая реакция может включать экзотермическую реакцию (например, реакцию окисления). Источник тепла может включать нагреватель, который обеспечивает подачу тепла в зону, расположенную по соседству с местом проведения нагревания и/или окружающую его, такой, как скважина с нагревателем.
"Нагреватель" представляет собой любую систему получения тепла в скважине либо в прискважинной зоне. Нагреватели могут быть, но не ограничиваясь только нижеследующим, электронагревателями, горелками, камерами сгорания, которые обеспечивают прохождение реакции с материалом, присутствующим в пласте либо полученном из него, (например, естественные распределенные камеры сгорания) и/или их комбинациями. "Модуль источников тепла" обозначает несколько источников тепла, которые составляют шаблон, который будет повторяться для создания схемы размещения источников тепла в пласте.
"Естественная распределенная камера сгорания" обозначает нагреватель, который для получения тепла использует окислитель для окисления, по меньшей мере, части углерода в пласте и где окисление происходит в области, непосредственно примыкающей к стволу скважины. Основную часть продуктов горения, полученных в естественной распределенной камере сгорания, удаляют через ствол скважины.
"Отверстия" обозначают отверстия (например, отверстия в каналах) с широким разнообразием размеров и форм поперечного сечения, включающих, но не ограничиваясь только нижеследующим, круги, овалы, квадраты, прямоугольники, треугольники, щели либо другие правильные или неправильные формы.
Углеводороды в пластах можно подвергать обработке различными способами для добычи многих разнообразных продуктов. В определенных вариантах реализации такие пласты можно подвергать обработке постадийно. Фигура 1 иллюстрирует несколько стадий нагревания углеводородсодержащего пласта. Фигура 1 также демонстрирует пример выхода (баррели нефтяного эквивалента на тонну) (ось у) для пластовых флюидов из углеводородсодержащего пласта в зависимости от температуры (°С) (ось х) пласта.
В ходе нагревания на стадии 1 происходят десорбция метана и испарение воды. Нагревание пласта на стадии 1 можно провести настолько быстро, насколько это будет возможно. Например, при первоначальном нагревании углеводородсодержащего пласта углеводороды в пласте могут десорбировать адсорбированный метан. Из пласта можно будет добывать десорбированный метан. Если углеводородсодержащий пласт подвергать нагреванию далее, в углеводородсодержащем пласте можно будет испарить воду. В некоторых углеводородсодержащих пластах вода может занимать от приблизительно 10% до приблизительно 50% объема пор в пласте. В других пластах вода может занимать большие либо меньшие доли объема пор. Обычно вода испаряется в пласте в диапазоне от приблизительно 160°С до приблизительно 285°С для давлений в диапазоне приблизительно от 6 бар абсолютного давления до 70 бар абсолютного давления. В ходе реализации способа конверсии по месту залегания в некоторых вариантах реализации давление в пласте можно выдерживать в диапазоне от приблизительно 2 бар абсолютного давления до приблизительно 70 бар абсолютного давления. В некоторых вариантах реализации испарившаяся вода может стать причиной изменений смачиваемости в пласте и/или увеличения пластового давления. Изменения смачиваемости и/или увеличенное давление могут оказать влияние на реакции пиролиза либо на другие реакции в пласте. В определенных вариантах реализации испарившуюся воду из пласта можно будет добывать. В других вариантах реализации испарившуюся воду можно использовать для экстрагирования паром и/или перегонки с водяным паром в пласте либо вне пласта. Удаление воды из объема пор и увеличение объема пор в пласте могут увеличить пространство, содержащее углеводороды в пределах объема пор.
После нагревания на стадии 1 нагревание пласта можно проводить дальше так, чтобы температура в пласте достигла бы (по меньшей мере) начальной температуры пиролиза (например, температуры на нижнем краю температурного диапазона, показанного в виде стадии 2). Углеводороды в пласте можно подвергать пиролизу в ходе стадии 2. Диапазон температур пиролиза может варьироваться в зависимости от типов углеводородов в пласте. Диапазон температур пиролиза может включать температуры в пределах от приблизительно 250°С до приблизительно 900°С. Диапазон температур пиролиза для получения желательных продуктов может включать только часть полного диапазона температур пиролиза. В некоторых вариантах реализации диапазон температур пиролиза для получения желательных продуктов может включать температуры в пределах от приблизительно 250°С до приблизительно 400°С. Если температура углеводородов в пласте будет медленно увеличиваться по температурному диапазону от приблизительно 250°С до приблизительно 400°С, получение продуктов пиролиза может быть по существу завершено тогда, когда температура приблизится к 400°С. Нагревание углеводородсодержащего пласта при использовании нескольких источников тепла может привести к установлению температурных градиентов в окрестности источников тепла, которые обеспечат медленное увеличение температуры углеводородов в пласте по температурному диапазону пиролиза.
В некоторых вариантах реализации переработки по месту залегания температура углеводородов, подвергаемых пиролизу, может и не претерпевать медленного увеличения по температурному диапазону в пределах от приблизительно 250°С до приблизительно 400°С. Нагревание углеводородов в пласте можно провести до достижения желательной температуры (например, приблизительно 325°С). В качестве желательной температуры можно выбрать и другие температуры. Подвод энергии к пласту от источников тепла можно регулировать, выдерживая температуру в пласте по существу на уровне желательной температуры. Углеводороды можно выдерживать по существу при желательной температуре до тех пор, пока эффективность пиролиза не начнет понижаться таким образом, что добыча желательных пластовых флюидов из пласта станет нерентабельной.
В одном варианте реализации способа конверсии по месту залегания скорость нагревания можно регулировать для сведения к минимуму затрат, сопутствующих нагреванию выбранной области. Затраты могут включать, например, затраты на подводимую энергию и затраты на оборудование. В определенных вариантах реализации затраты, сопутствующие нагреванию выбранного поперечного сечения, можно свести к минимуму в результате уменьшения скорости нагревания, когда затраты, сопутствующие нагреванию, относительно велики, и увеличения скорости нагревания, когда затраты, сопутствующие нагреванию, относительно малы. Например, скорость нагревания, приблизительно равную 330 Ватт/м, можно использовать, когда сопутствующие затраты относительно велики, и скорость нагревания, приблизительно равную 1640 Вт/м, можно использовать, когда сопутствующие затраты относительно малы. В определенных вариантах реализации скорости нагревания могут варьироваться в диапазоне от приблизительно 300 Вт/м до приблизительно 800 Вт/м, когда сопутствующие затраты относительно велики, и в диапазоне от приблизительно 1000 Вт/м до 1800 Вт/м, когда сопутствующие затраты относительно малы. Затраты, сопутствующие нагреванию, могут быть относительно велики в периоды пикового потребления энергии, такие как в течение дневного времени. Например, потребление энергии может быть велико в теплом климате в течение дневного времени летом вследствие потребления энергии на кондиционирование воздуха. Периоды малого потребления энергии могут быть, например, в ночное время либо в течение выходных дней в конце недели, когда появляется тенденция к уменьшению потребности в энергии. В одном варианте реализации скорость нагревания может варьироваться от более высокой скорости нагревания в течение периодов малого потребления энергии, таких как в течение ночного времени, до более низкой скорости нагревания в течение периодов высокого потребления энергии, таких как в течение дневного времени.
Как продемонстрировано на фигуре 2, в дополнение к источникам тепла 100 в части углеводородсодержащего пласта обычно будут размещать одну либо несколько эксплуатационных скважин 106. Пластовые флюиды можно добывать через эксплуатационную скважину 106. В некоторых вариантах реализации эксплуатационная скважина 106 может включать источник тепла. Источник тепла может подвергать нагреванию части пласта по месту расположения эксплуатационной скважины либо поблизости от него, и он может сделать возможным удаление пластовых флюидов в виде паровой фазы. Необходимость откачки жидкостей из эксплуатационной скважины при помощи высокотемпературного насоса может быть уменьшена либо устранена. Устранение либо ограничение откачки жидкостей при помощи высокотемпературного насоса могут значительно уменьшить производственные затраты. Проведение нагревания по месту расположения эксплуатационной скважины либо через нее может: (1) подавить конденсацию и/или дефлегмацию флюида эксплуатационной скважины тогда, когда такой флюид эксплуатационной скважины будет перемещаться в эксплуатационной скважине вблизи покрывающей породы, (2) увеличить подвод тепла в пласт и/или (3) увеличить проницаемость пласта по месту расположения эксплуатационной скважины либо поблизости от него. В некоторых вариантах реализации способа конверсии по месту залегания количество тепла, подаваемое в эксплуатационные скважины, значительно меньше количества тепла, подаваемого на источники тепла, которые обеспечивают нагревание пласта.
Поскольку в подвергнутом нагреванию пласте проницаемость и/или пористость увеличиваются, полученные пары могут перетекать на значительные расстояния по пласту при относительно небольшом перепаде давления. Увеличение проницаемости может возникать в результате уменьшения массы части, подвергнутой нагреванию за счет испарения воды, в результате удаления углеводородов и/или создания разломов. Флюиды смогут легче перетекать через часть, подвергнутую нагреванию. В некоторых вариантах реализации эксплуатационные скважины могут иметься в верхних частях углеводородных слоев.
Флюид, полученный в углеводородсодержащем пласте, может в виде пара перемещаться на значительное расстояние через углеводородсодержащий пласт. Значительное расстояние может превышать 1000 м в зависимости от различных факторов (например, проницаемости пласта, свойств флюида, температуры пласта и градиента давлений, делающего возможным перемещение флюида). Вследствие увеличения проницаемости в пластах, претерпевающих конверсию по месту залегания и удаление пластовых флюидов, необходимым может оказаться оборудование эксплуатационных скважин только каждым вторым модулем источников тепла либо каждым третьим, четвертым, пятым или шестым модулем источников тепла.
В ходе реализации способа по месту залегания эксплуатационные скважины могут функционировать таким образом, чтобы давление в эксплуатационных скважинах было бы меньше давления в других частях пласта. В некоторых вариантах реализации в эксплуатационных скважинах можно создавать вакуум. Выдерживание эксплуатационных скважин при меньших давлениях может подавить миграцию флюидов в пласте за пределы зоны обработки по месту залегания.
Определенные варианты реализации могут включать регулирование величины тепла, подводимого, по меньшей мере, к части пласта, таким образом, чтобы в части по существу подавлялось бы получение менее желательных продуктов. Регулирование величины тепла, подводимого, по меньшей мере, к части пласта, также может увеличить и однородность проницаемости в пласте. Например, регулирование нагревания пласта для подавления получения менее желательных продуктов в некоторых вариантах реализации может включать регулирование скорости нагревания с выдерживанием ее на уровне, меньшем выбранной величины (например, 10°С, 5°С, 3°С, 1°С, 0,5°С либо 0,1°С) в день.
В некоторых вариантах реализации суперпозиция (например, перекрывание) тепла от одного либо нескольких источников тепла в результате может привести по существу к однородному нагреванию части углеводородсодержащего пласта. Поскольку пласты в ходе нагревания обычно будут характеризоваться наличием проходящих по ним температурных профилей, в контексте данного патента "по существу однородное" нагревание обозначает нагревание, такое что температуры в большей части поперечного сечения не отличались бы больше, чем на 100°С от оценочной средней температуры в большей части выбранного поперечного сечения (объема), подвергнутого обработке.
По существу однородное нагревание углеводородсодержащего пласта в результате может привести к получению по существу однородного увеличения проницаемости. Например, однородное нагревание может привести к образованию серии по существу однородных разломов внутри подвергнутой нагреванию части вследствие возникновения в пласте термических напряжений. По существу однородное нагревание может привести к образованию получаемых при пиролизе флюидов в данной части по существу однородным образом. Удаление воды вследствие испарения и добычи в результате может привести к увеличению проницаемости для части, подвергнутой нагреванию. В дополнение к образованию разломов вследствие действия термических напряжений разломы также могут возникать и вследствие увеличения давления флюидов. Поскольку флюиды получаются внутри части, подвергнутой нагреванию, давление флюидов внутри части, подвергнутой нагреванию, также может увеличиться. Тогда, когда давление флюидов приблизится к литостатическому давлению части, подвергнутой нагреванию, могут образоваться разломы. По существу однородное нагревание и однородное образование флюидов могут привести к получению по существу однородных разломов внутри части, подвергнутой нагреванию. В некоторых вариантах реализации проницаемость повергнутого нагреванию поперечного сечения углеводородсодержащего пласта может не различаться больше, чем на величину множителя, приблизительно равного 10.
Из пласта можно добывать пластовые флюиды, в том числе и флюиды, получаемые при пиролизе. Флюиды, получаемые при пиролизе, могут включать, но не ограничиваясь только нижеследующим, углеводороды, водород, диоксид углерода, монооксид углерода, сульфид водорода, аммиак, азот, воду и их смеси. По мере того как температура пласта будет увеличиваться, для количества конденсируемых углеводородов в добытом пластовом флюиде будет наблюдаться тенденция к уменьшению. При высоких температурах из пласта можно добывать главным образом метан и/или водород. Если углеводородсодержащий пласт подвергать нагреванию, проходя полный диапазон пиролиза, то из пласта можно будет добывать только небольшие количества водорода в области верхнего предела диапазона пиролиза. После исчерпания всего доступного водорода обычно будет иметь место минимальная величина добычи флюидов из пласта.
Определенные варианты реализации обработки тяжелых углеводородов в пласте с относительно низкой проницаемостью могут включать обеспечение подачи тепла от одного либо нескольких источников тепла для проведения пиролиза некоторого количества тяжелых углеводородов и после этого испарения части тяжелых углеводородов. Источники тепла могут приводить к пиролизу, по меньшей части, некоторого количества тяжелых углеводородов в выбранной части пласта и могут приводить к повышению давления, по меньшей мере, в меньшей части выбранной части пласта. В ходе нагревания давление в пласте может значительно увеличиться. Давление в пласте можно регулировать таким образом, чтобы давление в пласте можно было бы выдерживать на уровне, обеспечивающем добычу флюида желательного состава. Флюид, получаемый при пиролизе, можно удалить из пласта в виде пара через одну либо несколько скважин для нагревателей при использовании противодавления, созданного в результате нагревания пласта.
После пиролиза углеводородов в пласте может все еще находиться большое количество углерода и определенное количество водорода. Значительную часть остающегося в пласте углерода можно добывать из пласта в виде синтез-газа. Получение синтез-газа может происходить в ходе нагревания на стадии 3, изображенной на фигуре 1. Стадия 3 может включать нагревание углеводородсодержащего пласта до температуры, достаточной для того, чтобы стало возможным получение синтез-газа. Например, синтез-газ можно получать в пределах температурного диапазона от приблизительно 400°С до приблизительно 1200°С. Температура пласта при введении в пласт текучей среды, приводящей к получению синтез-газа, может определять состав синтез-газа, полученного в пласте. Если текучую среду, приводящую к получению синтез-газа, вводить в пласт при температуре, достаточной для того, чтобы стало возможным получение синтез-газа, в пласте можно будет получать синтез-газ. Полученный синтез-газ можно удалить из пласта через эксплуатационную скважину либо эксплуатационные скважины. В ходе образования синтез-газа можно получить синтез-газ в больших объемах.
Фигура 2 демонстрирует схематическое представление варианта реализации части системы конверсии по месту залегания для обработки углеводородсодержащего пласта. Источники тепла 100 можно разместить внутри, по меньшей мере, части углеводородсодержащего пласта. Источники тепла 100 могут включать, например, электронагреватели, такие как изолированные проводники, нагреватели с проводником, расположенным в канале, наземные горелки, беспламенные распределенные камеры сгорания и/или естественные распределенные камеры сгорания. Источники тепла 100 также могут включать и другие типы нагревателей. Источники тепла 100 могут обеспечивать подачу тепла, по меньшей мере, в часть углеводородсодержащего пласта. Энергию можно подавать на источники тепла 100 через питающие магистрали 116. Питающие магистрали могут быть структурно различными в зависимости от типа источника тепла либо источников тепла, используемых для нагревания пласта. Питающие магистрали для источников тепла могут осуществлять передачу электричества для электронагревателей, могут осуществлять транспортирование топлива для камер сгорания либо могут осуществлять транспортирование текучего теплоносителя, который циркулирует внутри пласта.
Эксплуатационные скважины 106 можно использовать для удаления из пласта пластового флюида. Пластовый флюид, добытый из эксплутационных скважин 106, можно транспортировать через сборную трубу 118 на установки по переработке 120. Пластовые флюиды также можно извлекать и из источников тепла 100. Например, флюид можно извлекать из источников тепла 100 для регулирования давления внутри пласта по соседству с источниками тепла. Флюид, извлеченный из источников тепла 100, можно транспортировать через систему трубопроводов или трубопроводную обвязку до сборной трубы 118 либо извлеченный флюид можно транспортировать через систему трубопроводов либо трубопроводную обвязку непосредственно на установки по переработке 120. Установки по переработке 120 могут включать сепарационные установки, реакционные установки, установки по облагораживанию, топливные элементы, турбины, емкости для хранения и другие системы и устройства для переработки добытых пластовых флюидов.
Система конверсии по месту залегания для обработки углеводородов может включать барьерные скважины 122. В некоторых вариантах реализации барьеры можно использовать для подавления миграции флюидов (например, полученных флюидов и/или грунтовых вод) в часть пласта и/или из части пласта, подвергнутого воздействию способа конверсии по месту залегания. Барьеры могут включать, но не ограничиваясь только нижеследующим, естественно встречающиеся части (например, покрывающая порода и/или подстилающая порода), замораживающие скважины, замороженные барьерные зоны, низкотемпературные барьерные зоны, цементированные стенки, серные скважины, водопонижающие скважины, нагнетательные скважины, барьер, образованный гелем, полученным в пласте, барьер, образованный в результате выпадения в пласте солей в осадок, барьер, образованный в результате протекания в пласте реакции полимеризации, прослойки, вдвинутые в пласт, либо их комбинации.
Пластовые флюиды, добытые из углеводородсодержащего пласта в ходе обработки, могут содержать смесь различных компонентов. Для увеличения экономической ценности продуктов, полученных из пласта, пластовый флюид можно подвергать обработке, используя широкий ассортимент способов обработки. Способы, используемые для обработки пластового флюида, могут включать перегонку (например, перегонку при атмосферном давлении, фракционированную перегонку и/или вакуумную перегонку), конденсацию (например, фракционированную), крекинг (например, термический крекинг, каталитический крекинг, крекинг с псевдоожиженным катализатором, гидрокрекинг, гидрокрекинг мазута и/или парофазный крекинг), риформинг (например, термический риформинг, каталитический риформинг и/или парофазный гидрориформинг), гидрирование, коксование, экстрагирование растворителями, депарафинизация растворителями, полимеризация (например, каталитическая полимеризация и/или каталитическая изомеризация), легкий крекинг, алкилирование, изомеризация, деасфальтизация, гидрообессеривание, каталитическая депарафинизация, деминерализация, экстрагирование (например, фенолов, других ароматических соединений и тому подобного) и/или отгонка легких фракций.
Пластовые флюиды могут подвергаться воздействию способов обработки в первой зоне обработки по месту залегания, когда пластовый флюид будут получать и добывать, во второй зоне обработки по месту залегания, где реализуют способ специфической обработки, и/или в установках для наземной обработки. "Установка для наземной обработки" представляет собой установку, используемую для обработки, по меньшей мере, части пластового флюида на поверхности земли. Установки для наземной обработки могут включать, но не ограничиваясь только нижеследующим, реакторы (например, установки гидроочистки, крекинг-установки, установки для получения аммиака, установки для получения удобрений и/или окислительные установки), сепарационные установки (например, установки для разделения воздуха, установки для жидкостно-жидкостной экстракции, адсорбционные установки, абсорберы, установки для извлечения и/или получения аммиака, установки для паро/жидкостного разделения, ректификационные колонны, реакционные ректификационные колонны и/или конденсационные установки), установки для повторного кипячения, теплообменники, насосы, трубы, резервуары для хранения и/или установки для получения энергии (например, топливные элементы и/или газовые турбины). Несколько установок для наземной обработки, использованные последовательно, параллельно и/или в комбинации последовательного и параллельного вариантов, называются конфигурацией наземных объектов. Конфигурации наземных объектов могут кардинальным образом различаться, что объясняется составом пластового флюида, а также получаемых продуктов.
Для получения широкого ассортимента продуктов конфигурации для наземной обработки можно скомбинировать с процессами технологической обработки в различных системах для наземной обработки. Продукты, полученные на месте, могут варьироваться в зависимости от условий на местном и/или мировом рынках, характеристик пласта, близости пласта к покупателю и/или доступного исходного сырья. Полученные продукты можно использовать по месту, транспортировать в другое место для использования и/или продать покупателю.
Состав полученных продуктов можно изменять в результате регулирования условий в зоне обработки и/или в одной либо нескольких установках для наземной обработки. Условия в зоне обработки и/или в одной либо нескольких установках для наземной обработки, которые оказывают влияние на состав продуктов, включают, но не ограничиваясь только нижеследующим, среднюю температуру, давление флюидов, парциальное давление Н2, градиенты температуры, состав материала пласта, скорости нагревания и состав флюидов, поступающих в зону обработки и/или установку для наземной обработки. Для синтеза и/или отделения конкретных компонентов от пластового флюида существует много различных конфигураций наземных объектов.
Регулирование условий в пласте для регулирования давления водорода в добытом флюиде в результате может привести к улучшению качества добытых флюидов. В некоторых вариантах реализации может оказаться желательным регулирование условий в пласте таким образом, чтобы парциальное давление водорода в добытом флюиде было большим, чем приблизительно 0,5 бар абсолютного давления при измерении по месту эксплуатационной скважины.
В одном варианте реализации способ обработки углеводородсодержащего пласта по месту залегания может включать добавление водорода в выбранное поперечное сечение после того, как температура в выбранном поперечном сечении, по меньшей мере, станет равной приблизительно 270°С. Другие варианты реализации могут включать регулирование температуры пласта в результате селективного добавления в пласт водорода.
В одном варианте реализации часть углеводородсодержащего пласта можно подвергнуть нагреванию для увеличения парциального давления H2. В некоторых вариантах реализации увеличенное парциальное давление H2 может включать парциальное давление H2 в диапазоне от приблизительно 0,5 бар до приблизительно 7 бар. В альтернативном варианте диапазон увеличенного парциального давления Н2 может включать парциальные давления Н2 в пределах от приблизительно 5 бар до приблизительно 7 бар. Например, основную часть углеводородных флюидов можно добывать, когда парциальное давление H2 будет находиться в диапазоне от приблизительно 5 бар до приблизительно 7 бар. Диапазон парциальных давлений Н2 в пределах диапазона парциальных давлений Н2 при пиролизе может варьироваться в зависимости, например, от температуры и давления в подвергнутой нагреванию части пласта.
Выдерживание парциального давления H2 внутри пласта на уровне, превышающем атмосферное давление, может привести к увеличению величины плотности в градусах АНИ для добытых конденсируемых углеводородных флюидов. Выдерживание увеличенного парциального давления Н2 может привести к увеличению величины плотности в градусах АНИ для добытых конденсируемых углеводородных флюидов до величины, превышающей приблизительно 25° либо в некоторых случаях превышающей приблизительно 30°. Выдерживание увеличенного парциального давления Н2 внутри подвергнутой нагреванию части углеводородсодержащего пласта может привести к увеличению концентрации Н2 внутри подвергнутой нагреванию части. H2 может быть доступен для прохождения реакции между ним и подвергнутыми пиролизу компонентами углеводородов. Реакция Н2 с подвергнутыми пиролизу компонентами углеводородов может устранить полимеризацию олефинов с получением дегтей и других сшитых продуктов, которые трудно облагородить. Поэтому можно подавить получение углеводородных флюидов, отличающихся низкими величинами плотности в градусах АНИ.
Способ конверсии по месту залегания может привести к получению значительных количеств Н2 и углеводородных флюидов в пласте. Получение водорода в пласте и давление в пласте, достаточное для стимулирования перехода водорода в жидкое состояние внутри пласта, могут привести к образованию в пласте восстановительной среды без необходимости введения в пласт восстанавливающей текучей среды (например, Н2 и/или неконденсируемых насыщенных углеводородов). Водородный компонент пластового флюида, добытого из пласта, можно отделить и использовать для желательных целей. Желательные цели могут включать, но не ограничиваясь только нижеследующим, топливо для топливных элементов, топливо для камер сгорания и/или поток исходного сырья для наземных гидрогенизационных установок.
В одном варианте реализации способ обработки углеводородсодержащего пласта по месту залегания может включать добавление водорода в выбранную область пласта, где выбранная область находится в определенных условиях либо претерпевает их воздействие. Например, водород можно добавлять через скважину для нагревателя либо эксплуатационную скважину, расположенную в выбранной области либо поблизости от нее. Поскольку водород иногда находится в относительном дефиците (или является относительно дорогим для получения либо приобретения), водород можно добавлять тогда, когда условия в пласте будут оптимизировать использование добавленного водорода. Например, водород, полученный в части пласта, в котором происходит получение синтез-газа, можно добавлять в часть пласта, в которой протекает пиролиз. Добавление водорода в поперечное сечение пласта, в котором протекает пиролиз, может стимулировать получение алифатических соединений и подавить образование олефиновых соединений, которые ухудшают качество углеводородных флюидов, добытых из пласта.
В некоторых вариантах реализации в выбранное поперечное сечение водород можно добавлять после того, как средняя температура пласта выйдет на уровень температуры пиролиза (например, когда выбранное сечение будет находиться при температуре, по меньшей мере, равной приблизительно 270°С). В некоторых вариантах реализации в выбранную область водород можно добавлять после того, как средняя температура, по меньшей мере, станет равной приблизительно 290°С, 320°С, 375°С либо 400°С. Водород в выбранное поперечное сечение можно добавлять до того, как средняя температура пласта станет равной приблизительно 400°С. В некоторых вариантах реализации водород можно добавлять в выбранное поперечное сечение до того, как средняя температура станет равной приблизительно 300°С либо приблизительно 325°С.
Среднюю температуру пласта можно регулировать в результате селективного добавления водорода в выбранную область пласта. Водород, добавляемый в пласт, может принимать участие в экзотермических реакциях. Экзотермические реакции могут вызывать нагревание пласта и приводить к уменьшению величины энергии, которую необходимо будет подать в пласт от источников тепла. В некоторых вариантах реализации в выбранное поперечное сечение пласта можно добавлять такое количество водорода, чтобы средняя температура пласта не превышала бы приблизительно 400°С.
Давление внутри подвергнутой нагреванию части углеводородсодержащего пласта можно поддерживать, изменять и/или регулировать при помощи клапана. Например, с клапаном можно соединить источник тепла, расположенный внутри углеводородсодержащего пласта. Клапан может приводить к высвобождению флюида из пласта за счет действия источника тепла. В дополнение к этому нагнетательный клапан можно соединить с эксплуатационной скважиной в углеводородсодержащем пласте. В некоторых вариантах реализации флюиды, высвобождаемые при использовании клапанов, можно собирать и транспортировать до наземного объекта для последующей обработки и/или переработки.
Способ конверсии по месту залегания для углеводородов может включать подачу тепла в часть углеводородсодержащего пласта и регулирование температуры, скорости увеличения температуры и/или давления в подвергнутой нагреванию части. Температуру и/или скорость увеличения температуры для подвергнутой нагреванию части можно регулировать за счет изменения величины энергии, подаваемой на источники тепла в пласте.
Углеводороды, подвергаемые конверсии по месту залегания, могут располагаться под большими площадями земной поверхности. Систему конверсии по месту залегания можно использовать для обработки небольших частей пласта, а другие части пласта можно подвергать обработке после. В одном варианте реализации системы обработки пласта (например, пласта битуминозного сланца) план месторождения для 24 лет разработки можно разделить на 24 отдельных массива, которые будут представлять собой индивидуальные года бурения. Каждый массив может включать 120 "ячеек" (повторяющихся элементов матрицы), где каждый участок образован из ячеек в 6 рядов по 20 столбцов. Каждая ячейка может включать 1 эксплуатационную скважину и 12 либо 18 скважин для нагревателей. Скважины для нагревателей можно располагать по рисунку равностороннего треугольника с расстоянием между скважинами, приблизительно равным 12 м. Эксплуатационные скважины можно располагать в центрах равносторонних треугольников, образованных скважинами для нагревателей, либо эксплуатационные скважины можно располагать в точке приблизительно посередине между двумя соседними скважинами для нагревателей.
Точное расположение скважин для нагревателей, эксплуатационных скважин и тому подобного будет зависеть от переменных, специфических для конкретного пласта (например, толщины слоя либо состава слоя), рентабельности проекта и тому подобного. В определенных вариантах реализации скважины для нагревателей могут быть по существу горизонтальными, в то время как эксплуатационные скважины могут быть вертикальными, либо наоборот. В некоторых вариантах реализации скважины можно располагать вдоль падения либо простирания или ориентировать под углом между падением и простиранием.
Расстояние между источниками тепла может варьироваться в зависимости от ряда факторов. Факторы могут включать, но не ограничиваясь только нижеследующим, тип углеводородсодержащего пласта, выбранную скорость нагревания и/или выбранную среднюю температуру, получаемую внутри части, подвергнутой нагреванию. В некоторых вариантах реализации системы расположения скважин расстояние между источниками тепла может находиться в диапазоне от приблизительно 5 м до приблизительно 25 м. В некоторых вариантах реализации системы расположения скважин расстояние между источниками тепла может находиться в диапазоне от приблизительно 8 м до приблизительно 15 м.
В определенных вариантах реализации можно предусмотреть наличие одного либо нескольких каналов для подачи в стволы вскрытия пласта дополнительных компонентов (например, азота, диоксида углерода, восстановителей, таких как газ, содержащий водород, и тому подобного), для стравливания флюидов и/или для регулирования давления. Наблюдается тенденция, при которой пластовые давления будут максимальными поблизости от источников тепла. Может оказаться выгодным наличие в источниках тепла оборудования для регулирования давления. В некоторых вариантах реализации созданию более благоприятной среды для протекания пиролиза способствует добавление восстановителя поблизости от источника тепла (например, создание более высокого парциального давления водорода). Поскольку проницаемости и пористости свойственно более быстрое увеличение поблизости от источника тепла, зачастую оптимальным вариантом будет добавление восстановителя поблизости от источника тепла, так, чтобы восстановитель мог бы легче проходить в пласт.
В одном варианте реализации углеводородсодержащий пласт можно подвергать нагреванию при помощи системы естественной распределенной камеры сгорания, расположенной в пласте. Можно создать условия, при которых полученное тепло будет передаваться в выбранное поперечное сечение пласта. Естественная распределенная камера сгорания может обеспечить окисление углеводородов в пласте в окрестности ствола скважины для подачи тепла в выбранное поперечное сечение пласта.
Температура, достаточная для поддержания окисления, может быть, по меньшей мере, равна приблизительно 200°С либо 250°С. Температуре, достаточной для поддержания окисления, будет свойственно варьироваться в зависимости от многих факторов (например, состава углеводородов в углеводородсодержащем пласте, содержания воды в пласте и/или типа и количества окислителя). До нагревания из пласта можно удалить некоторое количество воды. Например, воду можно откачать из пласта насосом, используя водопонижающие скважины. Подвергнутая нагреванию часть пласта может находиться поблизости от ствола вскрытия в углеводородсодержащем пласте либо по существу примыкать к нему. Стволом вскрытия в пласте может быть созданная в пласте скважина для нагревателя. Подвергнутая нагреванию часть углеводородсодержащего пласта может простираться от ствола вскрытия в радиальном направлении на ширину в диапазоне от приблизительно 0,3 м до приблизительно 1,2 м. Однако ширина также может быть и меньше приблизительно 0,9 м. Ширина подвергнутой нагреванию части может варьироваться в зависимости от времени. В определенных вариантах реализации вариации зависят от факторов, включающих ширину пласта, необходимую для получения во время окисления углерода количества тепла, достаточного для поддержания реакции окисления без подвода тепла от дополнительного источника тепла.
После того как температура части пласта достигнет температуры, достаточной для поддержания окисления, в ствол вскрытия можно будет подать окисляющую текучую среду для окисления, по меньшей мере, части углеводородов в реакционной зоне либо в зоне источника тепла внутри пласта. Окисление углеводородов в реакционной зоне будет приводить к получению тепла. Полученное тепло в большинстве вариантов реализации будет передаваться из реакционной зоны в зону пиролиза в пласте. В определенных вариантах реализации полученное тепло передается при скорости в диапазоне приблизительно от 650 Вт/м до 1650 Вт/м при измерении по глубине реакционной зоны. После окисления, по меньшей мере, некоторого количества углеводородов в пласте подвод энергии, подаваемой на нагреватель для первоначального нагревания пласта до температуры, достаточной для поддержания окисления, можно уменьшить либо прекратить. Затраты на подвод энергии можно значительно уменьшить при использовании естественных распределенных камер сгорания, таким образом создавая значительно более эффективную систему для нагревания пласта.
В одном варианте реализации для подачи окисляющей текучей среды в ствол вскрытия в стволе вскрытия может быть размещен канал. Канал может быть снабжен отверстиями для регулирования расхода либо другими механизмами регулирования расхода (то есть щелями, расходомерами Вентури, клапанами и тому подобным) для того, чтобы дать возможность доступа окисляющей текучей среды в ствол вскрытия. Термин "отверстия" включает отверстия с широким разнообразием форм поперечного сечения, включающих, но не ограничиваясь только нижеследующим, круги, овалы, квадраты, прямоугольники, треугольники, щели либо другие правильные или неправильные формы. Отверстия для регулирования расхода в некоторых вариантах реализации могут быть отверстиями с критическим режимом потока. Отверстия для регулирования расхода могут обеспечить получение по существу постоянного потока окисляющей текучей среды в ствол вскрытия вне зависимости от величины давления в стволе вскрытия.
В некоторых вариантах реализации количество отверстий для регулирования расхода может быть ограничено диаметром отверстий и желательным расстоянием между отверстиями по длине канала. Например, по мере того как диаметр отверстий будет уменьшаться, количество отверстий для регулирования расхода может увеличиваться, и наоборот. В дополнение к этому, по мере того как желательное расстояние будет увеличиваться, количество отверстий для регулирования расхода может уменьшаться, и наоборот. Диаметр отверстий может определяться давлением в канале и/или желательной величиной расхода через отверстия. Например, для расхода, равного приблизительно 1,7 нормальных кубических метров в минуту, и давления, равного приблизительно 7 барам абсолютного давления, диаметр отверстия может быть равен приблизительно 1,3 мм при расстоянии между отверстиями, равном приблизительно 2 м. Отверстия с меньшим диаметром могут забиваться легче, чем отверстия с большим диаметром. Отверстия могут забиваться по различным причинам. Причины могут включать, но не ограничиваясь только нижеследующим, наличие загрязнителей в текучей среде, протекающей в канале, и/или твердых отложений в отверстиях либо поблизости от них.
В некоторых вариантах реализации количество и диаметр отверстий выбирают таким, чтобы по глубине ствола вскрытия в пласте получался бы более равномерный либо почти однородный профиль нагревания. Глубина подвергнутого нагреванию пласта, для которой предусматривается создание приблизительно однородного профиля нагревания, может превышать приблизительно 300 м либо даже превышать приблизительно 600 м. Однако такая глубина может варьироваться в зависимости, например, от типа подвергаемого нагреванию пласта и/или от желательной производительности.
В некоторых вариантах реализации отверстия для регулирования расхода могут располагаться по контуру спирали вокруг канала внутри ствола вскрытия. Отверстия для регулирования расхода при расположении по контуру спирали могут иметь расстояние друг между другом в диапазоне от приблизительно 0,3 м до приблизительно 3 м. В некоторых вариантах реализации расстояние может находиться в диапазоне от приблизительно 1 м до приблизительно 2 м, например, быть равным приблизительно 1,5 м.
Поток окисляющей текучей среды в ствол вскрытия можно регулировать таким образом, чтобы регулировать скорость окисления в реакционной зоне. Теплопередача между поступающим окислителем и отходящими продуктами окисления может обеспечить нагревание окисляющей текучей среды. Теплопередача также может обеспечить поддержание температуры канала на уровне ниже максимальной рабочей температуры канала.
Фигура 3 иллюстрирует вариант реализации естественной распределенной камеры сгорания. Поток окисляющей текучей среды 130 можно регулировать по длине ствола вскрытия 132 либо реакционной зоны 134. Ствол вскрытия 132 может считаться "удлиненным стволом вскрытия", таким что реакционная зона 134 и ствол вскрытия 132 могут иметь общую границу по определенной длине ствола вскрытия. Поток окисляющей текучей среды можно регулировать при помощи одного либо нескольких отверстий 136 (отверстиями могут быть отверстия с критическим режимом потока). Поток окисляющей текучей среды можно регулировать при помощи диаметра отверстий 136, количества отверстий 136 и/или давления во внутреннем канале 138 (давления за отверстиями 136). Регулирование потока окисляющей текучей среды может обеспечить регулирование температуры на наружной поверхности реакционной зоны 134 в стволе вскрытия 132. Например, увеличенный расход окисляющей текучей среды 130 будет стремиться увеличить температуру на наружной поверхности реакционной зоны 134. Увеличению расхода окисляющей текучей среды в стволе вскрытия свойственно приводить к увеличению скорости окисления углеводородов в реакционной зоне. Поскольку окисление углеводородов представляет собой экзотермическую реакцию, увеличение скорости окисления будет стремиться привести к увеличению температуры в реакционной зоне.
В некоторых вариантах реализации естественных распределенных камер сгорания поток окисляющей текучей среды 130 может варьироваться по длине внутреннего канала 138 (например, при использовании отверстий с критическим режимом потока 136) таким образом, что температура на наружной поверхности реакционной зоны 134 будет переменной. Температуру на наружной поверхности реакционной зоны 134 либо внутри ствола вскрытия 132 можно варьировать для регулирования скорости теплопередачи внутри реакционной зоны 134 и/или скорости нагревания в пределах выбранного поперечного сечения 140. Увеличение температуры на наружной поверхности реакционной зоны 134 может привести к увеличению скорости нагревания в пределах выбранного поперечного сечения 140. Можно отслеживать какое-либо свойство продукта окисления 144 (например, содержание кислорода, содержание азота, температуру и тому подобное). Свойство продукта окисления 144 можно отслеживать и использовать для регулирования свойств на входе в естественную распределенную камеру сгорания (например, количества окисляющей текучей среды на входе).
Скорость диффузии окисляющей текучей среды 130 через реакционную зону 134 может варьироваться в зависимости от температуры реакционной зоны и области по соседству с ней. В общем случае чем выше температура, тем быстрее газ будет диффундировать вследствие увеличения энергии газа. Температуру внутри ствола вскрытия можно оценить (например, измерить при помощи термопары) и соотнести с температурой реакционной зоны. Температуру внутри ствола вскрытия можно регулировать, регулируя поток окисляющей текучей среды в ствол вскрытия из внутреннего канала 138. Например, увеличение потока окисляющей текучей среды в ствол вскрытия может привести к увеличению температуры внутри ствола вскрытия. Уменьшение потока окисляющей текучей среды в ствол вскрытия может привести к уменьшению температуры внутри ствола вскрытия. В одном варианте реализации поток окисляющей текучей среды можно увеличивать до тех пор, пока не будет достигнута выбранная температура ниже предельных величин металлургических температур для используемого оборудования. Например, поток окисляющей текучей среды можно увеличивать до тех пор, пока не будет достигнута предельная рабочая температура для металла, используемого в канале, расположенном в стволе вскрытия. Температуру металла можно измерять непосредственно при использовании термопары либо другого устройства для измерения температуры.
В одном варианте реализации естественной распределенной камеры сгорания можно подавить получение диоксида углерода внутри реакционной зоны 134. Увеличение концентрации водорода в реакционной зоне может подавить получение в реакционной зоне диоксида углерода. Концентрация водорода может увеличиться в результате поступления водорода в реакционную зону. В одном варианте реализации водород может поступать в реакционную зону из выбранного поперечного сечения 140. Водород можно получить в ходе пиролиза углеводородов в выбранном поперечном сечении. Водород может поступать в реакционную зону из выбранного поперечного сечения за счет диффузии и/или конвекции. Вдобавок к этому, дополнительное количество водорода можно подать в ствол вскрытия 132 либо другой ствол вскрытия в пласте через канал, расположенный в стволе вскрытия. Дополнительное количество водорода может поступать в реакционную зону из ствола вскрытия 132.
В некоторых вариантах реализации естественно распределенных камер сгорания тепло можно подавать в пласт из второго источника тепла, расположенного в стволе скважины естественно распределенной камеры сгорания. Например, вместе с теплом от естественно распределенной камеры сгорания для подвода тепла в пласт также можно использовать и электронагреватель (например, нагреватель с изолированным проводника либо нагреватель с проводником, расположенным в канале), применяемый для предварительного нагревания части пласта. Вдобавок к этому, для подачи дополнительного тепла в пласт в стволе вскрытия в пласте можно расположить дополнительный электронагреватель. Электронагреватель можно использовать для подачи тепла в пласт таким образом, чтобы для тепла, подводимого от комбинации электронагревателя и естественной распределенной камеры сгорания, выдерживалась бы постоянная скорость подвода тепла. Подвод тепла в пласт от электронагревателя может варьироваться по мере того, как будет варьироваться подвод тепла от естественной распределенной камеры сгорания, либо наоборот. Обеспечение подвода тепла от более чем одного типа источника тепла может сделать возможным по существу однородное нагревание пласта.
В определенных вариантах реализации способа конверсии по месту залегания от электронагревателей в пласт можно подавать вплоть до 10%, 25% либо 50% от полного подвода тепла. Процент подвода тепла в пласт от электронагревателей может варьироваться в зависимости, например, от стоимости электричества, подвода тепла от естественной распределенной камеры сгорания и тому подобного. Тепло от электронагревателей можно использовать для компенсации низкой тепловой мощности естественных распределенных камер сгорания при выдерживании по существу постоянной скорости нагревания в пласте. Если стоимость электричества увеличится, то для уменьшения количества тепла, подаваемого от электронагревателей, можно получать больше тепла от естественных распределенных камер сгорания. В некоторых вариантах реализации тепло от электронагревателей может варьироваться в зависимости от источника электричества (например, энергия солнца либо ветра). В таких вариантах реализации для компенсации изменений в подводе тепла от электронагревателей можно в большей или меньшей степени обеспечить подачу тепла от естественных распределенных камер сгорания.
В одном варианте реализации источника тепла для подавления "погасания" естественной распределенной камеры сгорания можно использовать электронагреватель. Естественная распределенная камера сгорания может "погаснуть", если часть пласта охладится ниже температуры, достаточной для поддержания горения. Для обеспечения подвода тепла в данную часть и/или другую часть пласта для нагревания части до температуры, достаточной для поддержания окисления углеводородов и выдерживания условий способа нагревания естественной распределенной камеры сгорания, может оказаться необходимым дополнительное тепло от электронагревателя.
В некоторых вариантах реализации естественной распределенной камеры сгорания электронагреватели можно использовать для подвода большего количества тепла к пласту поблизости от верхней части и/или нижней части пласта. Использование дополнительного тепла от электронагревателей может компенсировать тепловые потери в верхней и/или нижней частях пласта. Подвод дополнительного тепла при помощи электронагревателей, расположенных поблизости от верхней и/или нижней частей, может позволить добиться более однородного нагревания пласта. В некоторых вариантах реализации для подобных целей (например, подвод тепла в верхней и/или нижней частях, подвод дополнительного тепла, подвод тепла для выдерживания минимальной температуры горения и тому подобное) электронагреватели можно использовать в комбинации с другими типами топливных нагревателей, такими как беспламенные распределенные камеры сгорания либо скважинные камеры сгорания.
В некоторых вариантах реализации способа конверсии по месту залегания текучие среды продуктов сгорания из топливного нагревателя (например, естественной распределенной камеры сгорания либо скважинной камеры сгорания) можно использовать в воздушном компрессоре, расположенном на поверхности пласта поблизости от ствола вскрытия, использованного для топливного нагревателя. Текучие среды продуктов сгорания можно использовать для приведения в действие воздушного компрессора и уменьшения затрат, сопутствующих сжатию воздуха для использования в топливном нагревателе. При использовании текучих сред продуктов сгорания в турбине либо подобном устройстве также можно получить и электричество. В некоторых вариантах реализации подачу текучих сред (например, окисляющей текучей среды и/или топлива), использованных для одного либо нескольких топливных нагревателей, можно осуществлять при использовании компрессора либо последовательности компрессоров. Компрессор может обеспечить подачу окисляющей текучей среды и/или топлива для одного нагревателя либо более чем одного нагревателя. В дополнение к этому, подачу окисляющей текучей среды и/или топлива для использования в индивидуальном нагревателе либо в более чем одном нагревателе можно осуществлять от централизованной структуры.
Пиролиз углеводородов либо другие температурно-регулируемые процессы могут проходить в подвергнутом нагреванию выбранной области 140. При пиролизе температура выбранной области 140 может находиться в диапазоне от приблизительно 270°С до приблизительно 400°С. Температуру выбранной области 140 можно увеличить за счет теплопередачи из реакционной зоны 134.
Температуру внутри ствола вскрытия 132 можно отслеживать, используя термопару, расположенную в стволе вскрытия 132. В альтернативном варианте термопару можно соединить с каналом 142 и/или расположить на наружной поверхности реакционной зоны 134. Подвод мощности либо окислителя, вводимого в пласт, можно регулировать, основываясь на отслеживаемой температуре для выдерживания температуры в выбранном диапазоне. Выбранный диапазон может варьироваться либо его можно варьировать в зависимости от местоположения термопары, желательной скорости нагревания углеводородного слоя 108 и других факторов. Если температура внутри ствола вскрытия 132 упадет до температуры, меньшей минимальной температуры для выбранного температурного диапазона, можно будет увеличить расход окисляющей текучей среды 130 для интенсификации горения и, таким образом, увеличения температуры внутри ствола вскрытия 132.
В определенных вариантах реализации одну либо несколько естественных распределенных камер сгорания можно расположить вдоль простирания углеводородного слоя и/или горизонтально. Расположение естественных распределенных камер сгорания вдоль простирания либо горизонтально может привести к уменьшению перепадов давления по длине нагретой части источника тепла. Уменьшение перепадов давления может обеспечить достижение большей однородности и легкости регулирования для температуры, получаемой по длине нагревателя.
В некоторых вариантах реализации можно отслеживать присутствие в продукте окисления 144 воздуха либо кислорода (О2). В альтернативном варианте в продукте окисления 144 можно отслеживать количество азота, монооксида углерода, диоксида углерода, оксидов азота, оксидов серы и тому подобного. Отслеживание состава и/или количества продуктов сгорания (например, продукта окисления 144) может оказаться полезным для тепловых балансов, диагностики процесса, управления процессом и тому подобного.
Фигура 4 иллюстрирует представление в плоскости поперечного сечения для варианта реализации естественной распределенной камеры сгорания, имеющей второй канал 146, расположенный в стволе вскрытия 132 в углеводородном слое 108. Второй канал 146 можно использовать для удаления из ствола вскрытия 132 продуктов окисления. Второй канал 146 может иметь отверстия 136, размещенные по его длине. В определенных вариантах реализации продукты окисления удаляют из верхней области ствола вскрытия 132 через отверстия 136, расположенные на втором канале 146. Отверстия 136 можно располагать по длине канала 146 таким образом, чтобы из верхней области ствола вскрытия 132 удалялось бы больше продуктов окисления.
В определенных вариантах реализации естественной распределенной камеры сгорания отверстия 136 на втором канале 146 могут быть обращены в противоположную сторону от отверстий 136 на канале 138. Ориентация может позволить не допустить прохождение окисляющей текучей среды, подаваемой через канал 138, непосредственно во второй канал 146.
В некоторых вариантах реализации канал 146 может отличаться более высокой плотностью отверстий 136 (и/или наличием отверстий относительно большего диаметра 136) в верхней области ствола вскрытия 132. Предпочтительное удаление продуктов окисления из верхней области ствола вскрытия 132 может обеспечить получение по существу однородной концентрации окисляющей текучей среды по длине ствола вскрытия 132. Продуктам окисления, полученным из реакционной зоны 134, свойственно в большей степени концентрироваться поблизости от верхней области ствола вскрытия 132. Наблюдается тенденция, при которой большая концентрация продуктов окисления 144 в верхней области ствола вскрытия 132 становится причиной разбавления концентрации окисляющей текучей среды 130 в верхней области. Удаление значительной части более концентрированных продуктов окисления из верхней области ствола вскрытия 132 может позволить добиться большей однородности для концентрации окисляющей текучей среды 130 по стволу вскрытия 132. Наличие более однородной концентрации окисляющей текучей среды по стволу вскрытия может обеспечить получение более однородной движущей силы для перетекания окисляющей текучей среды в реакционную зону 134. Более однородная движущая сила может позволить добиться большей однородности для скорости окисления в реакционной зоне 134 и, таким образом, позволить добиться большей однородности для скорости нагревания в выбранной области 140 и/или большей однородности для температуры внутри ствола вскрытия 132.
В одном варианте реализации естественной распределенной камеры сгорания в реакционной зоне можно регулировать концентрацию воздуха и/или кислорода. Может оказаться желательным более равномерное распределение в реакционной зоне кислорода (либо концентрации кислорода). Скорость реакции можно регулировать в зависимости от скорости, с которой кислород диффундирует в реакционную зону. Скорость диффузии кислорода коррелирует с концентрацией кислорода. Таким образом, регулирование концентрации кислорода в реакционной зоне (например, в результате регулирования расходов окисляющей текучей среды, удаления продуктов окисления на некоторой части длины реакционной зоны либо по всей ее длине и/или распределения окисляющей текучей среды на некоторой части длины реакционной зоны либо по всей ее длине) может обеспечить регулирование диффузии кислорода в реакционной зоне и, таким образом, регулирование в реакционной зоне скоростей реакций.
В данном варианте реализации в стволе вскрытия 132 размещают 170. Проводник 170 может тянуться от первого конца 148 ствола вскрытия 132 до второго конца 150 ствола вскрытия 132. В определенных вариантах реализации проводник 170 можно расположить в стволе вскрытия 132 внутри углеводородного слоя 108. Одну либо несколько низкоомных секций 174 можно соединить с проводником 170 и использовать в покрывающей породе 158. В некоторых вариантах реализации проводник 170 и/или низкоомные секции 174 могут выходить над поверхностью пласта.
В некоторых вариантах реализации источников тепла для увеличения температуры проводника на проводник 170 можно подавать электрический ток. Тепло может передаваться от проводника 170 к подвергнутой нагреванию части 152 углеводородного слоя 108. Тепло может передаваться от проводника 170 к подвергнутой нагреванию части 152 по существу за счет излучения. Некоторая часть тепла может передаваться также и за счет конвекции либо теплопроводности. Электрический ток можно пропускать по проводнику до тех пор, пока температура в подвергнутой нагреванию части 152 не станет достаточной для поддержания окисления углеводородов в подвергнутой нагреванию части. Как показано на фигуре 5, окисляющую текучую среду можно подавать в проводник 170 от источника окисляющей текучей среды 154 на одном либо на обоих концах 148, 150 ствола вскрытия 132. Поток окисляющей текучей среды от проводника 170 в ствол вскрытия 132 можно регулировать, используя отверстия 136. Отверстиями могут быть отверстия с критическим режимом потока. Поток окисляющей текучей среды от отверстий 136 можно регулировать, используя диаметр отверстий, количество отверстий и/или давление внутри проводника 170 (то есть, давление за отверстиями).
В результате реакции окисляющих текучих сред с углеводородами в реакционной зоне 134 можно получать тепло. Скорость тепловыделения в реакционной зоне 134 можно регулировать, используя изменение расхода окисляющей текучей среды, поступающей в пласт, скорости диффузии окисляющей текучей среды через реакционную зону и/или скорости удаления продуктов окисления из пласта. В одном варианте реализации продукты окисления, получаемые в реакции окисляющей текучей среды с углеводородами в пласте, удаляют через один либо оба конца ствола вскрытия 132. В некоторых вариантах реализации для удаления продуктов окисления в стволе вскрытия 132 можно расположить канал. Все продукты окисления либо их части можно отправлять на переработку для повторного использования и/или использовать повторно в других нагревателях окислительного типа (например, естественных распределенных камерах сгорания, наземных горелках, скважинных камерах сгорания и тому подобном). Тепло, получаемое в реакционной зоне 134, может передаваться окружающей части (например, выбранному поперечному сечению) пласта. Теплопередача между реакционной зоной 134 и выбранным поперечным сечением может осуществляться по существу за счет теплопроводности. В определенных вариантах реализации передаваемое тепло может увеличивать температуру выбранного поперечного сечения до уровня, превышающего минимальную температуру разжижения углеводородов до состояния течения и/или минимальную температуру пиролиза углеводородов.
В некоторых вариантах реализации источников тепла канал можно расположить в стволе вскрытия. Ствол вскрытия может проходить через пласт, контактируя с поверхностью земли в первой точке заложения скважины и во второй точке заложения скважины. Окисляющую текучую среду можно подавать в канал из источника окисляющей текучей среды, расположенного в первой точке заложения скважины и/или во второй точке заложения скважины, после того как часть пласта будет подвергнута нагреванию до температуры, достаточной для поддержания окисления углеводородов под действием окисляющей текучей среды.
Фигура 6 иллюстрирует вариант реализации поперечного сечения покрывающей породы с естественной распределенной камерой сгорания, описанной на фигуре 3. Обсадную трубу для покрывающей породы 156 можно расположить в покрывающей породе 158 углеводородного слоя 108. Обсадную трубу для покрывающей породы 156 можно окружить материалами (например, изоляционным материалом, таким как цемент), которые будут препятствовать нагреванию покрывающей породы 158. Обсадную трубу для покрывающей породы 156 можно изготовить из металлического материала, такого как, но не ограничиваясь только нижеследующим, углеродистая сталь либо нержавеющая сталь 304.
Обсадную трубу для покрывающей породы 156 можно расположить в упрочняющем материале 160 в покрывающей породе 158. Упрочняющим материалом 160 может быть, но не ограничиваясь только нижеследующим, цемент, гравий, песок и/или бетон. Между обсадной трубой для покрывающей породы 156 и стволом вскрытия 132 в пласте можно расположить уплотнительный материал 162. Уплотнительным материалом 162 может быть любой по существу непористый материал (например, цемент, бетон, жидкий строительный раствор и тому подобное). Уплотнительный материал 162 может препятствовать протеканию текучей среды за пределы канала 142 и в промежуток между стволом вскрытия 132 и поверхностью 110. Внутренний канал 138 может позволить ввести текучую среду в ствол вскрытия 132 в углеводородном слое 108. Канал 142 может обеспечить удаление продукта сгорания (либо избыточной окисляющей текучей среды) из ствола вскрытия 132 в углеводородном слое 108. Диаметр канала 142 может быть определен количеством продукта сгорания, полученного в результате окисления в естественной распределенной камере сгорания. Например, больший диаметр может оказаться необходимым для большего количества продукта сгорания, полученного при помощи нагревателя в виде естественной распределенной камеры сгорания.
В некоторых вариантах реализации источников тепла часть пласта, примыкающего к скважине, под действием первого источника тепла можно подвергать нагреванию до такой температуры и при такой скорости нагревания, которые позволят превратить углеводороды в кокс либо уголь, примыкающие к скважине. Кокс и/или уголь могут образовываться при температурах, превышающих приблизительно 400°С. В присутствии окисляющей текучей среды кокс либо уголь будут окисляться. После образования кокса и/или угля скважину можно использовать в качестве естественной распределенной камеры сгорания. Тепло можно получать в результате окисления кокса либо угля.
Фигура 7 иллюстрирует вариант реализации нагревателя в виде естественной распределенной камеры сгорания. Изолированный проводник 164 можно соединить с каналом 166 и расположить в стволе скважины 132 в углеводородном слое 108. Изолированный проводник 164 можно расположить внутри канала 166 (тем самым делая возможным извлечение изолированного проводника 164) либо в альтернативном варианте его можно соединить с наружной поверхностью канала 166. Изоляционный материал для проводника может включать, но не ограничиваясь только нижеследующим, минеральное покрытие и/или керамическое покрытие. На канале 166 на протяжении его длины в стволе вскрытия 132 можно расположить отверстия с критическим режимом потока 136. На изолированный проводник 164 можно подавать электрический ток для того, чтобы в стволе вскрытия 132 получить лучистое тепло. Канал 166 может служить в качестве обратного провода для электрического тока. Изолированный проводник 164 может обеспечить нагревание части 152 углеводородного слоя 108 до температуры, достаточной для поддержания окисления углеводородов.
Источник окисляющей текучей среды 154 может обеспечить подачу в канал 166 окисляющей текучей среды. Окисляющую текучую среду можно подавать в ствол вскрытия 132 через отверстия с критическим режимом потока 136 в канале 166. Окисляющая текучая среда может окислять, по меньшей мере, часть углеводородного слоя в реакционной зоне 134. Часть тепла, полученного в реакционной зоне 134, может передаваться в выбранное поперечное сечение 140 за счет конвекции, излучения и/или теплопроводности. Продукт окисления можно удалять через отдельный канал, расположенный в стволе вскрытия 132, либо через ствол вскрытия 168 в обсадной трубе для покрывающей породы 156.
Фигура 8 иллюстрирует вариант реализации нагревателя в виде естественной распределенной камеры сгорания с добавленным каналом для топлива. Канал для топлива 170 можно расположить в стволе вскрытия 132. В некоторых вариантах реализации канал для топлива можно расположить по соседству с каналом 172. Канал для топлива 170 на протяжении части длины в пределах ствола вскрытия 132 может иметь отверстия с критическим режимом потока 174. Канал 172 на протяжении части длины в пределах ствола вскрытия 132 может иметь отверстия с критическим режимом потока 136. Отверстия с критическим режимом потока 174, 136 можно расположить таким образом, чтобы текучая среда топлива, подаваемая через канал для топлива 170, и окисляющая текучая среда, подаваемая через канал 172, не вступали бы в реакцию и не нагревали бы канал для топлива и канал. Тепло, получаемое в реакции текучей среды топлива и окисляющей текучей среды, может привести к нагреванию канала для топлива 170 и/или канала 172 до температуры, достаточной для начала плавления металлургических материалов в канале для топлива 170 и/или канале 172, если реакция будет протекать поблизости от канала для топлива 170 и/или канала 172. Отверстия с критическим режимом потока 174 на канале для топлива 170 и отверстия с критическим режимом потока 136 на канале 172 можно расположить таким образом, чтобы текучая среда топлива и окисляющая текучая среда не вступали бы в реакцию поблизости от каналов. Например, каналы 170 и 172 можно расположить таким образом, чтобы отверстия, которые располагаются по спирали вокруг каналов, были бы ориентированы в противоположные стороны.
Реакция текучей среды топлива и окисляющей текучей среды может привести к получению тепла. В некоторых вариантах реализации текучей средой топлива могут быть метан, этан, водород либо синтез-газ, который получают в результате конверсии по месту залегания в другой части пласта. Полученное тепло может обеспечить нагревание части 152 до температуры, достаточной для поддержания окисления углеводородов. После нагревания части 152 до температуры, достаточной для поддержания окисления, подвод потока текучей среды топлива в ствол вскрытия 132 можно уменьшить либо можно прекратить. В некоторых вариантах реализации подачу топлива можно продолжать все время в ходе нагревания пласта.
Окисляющая текучая среда может окислять, по меньшей мере, часть углеводородов в реакционной зоне 134. Полученное тепло может передаваться выбранному поперечному сечению 140 за счет излучения, конвекции и/или теплопроводности. Продукт окисления можно удалять через отдельный канал, расположенный в стволе вскрытия 132, либо через ствол вскрытия 168 в обсадной трубе для покрывающей породы 156.
Фигура 9 иллюстрирует вариант реализации системы, которая может обеспечить нагревание для углеводородсодержащего пласта. Внутри ствола вскрытия 132 в углеводородном слое 108 можно расположить электронагреватель 176. Ствол вскрытия 132 можно провести через покрывающую породу 158 в углеводородный слой 108. Ствол вскрытия 132 может иметь, по меньшей мере, приблизительно 5 см в диаметре. В порядке примера ствол вскрытия 132 может иметь диаметр, приблизительно равный 13 см. Электронагреватель 176 может обеспечить нагревание, по меньшей мере, части 152 углеводородного слоя 108 до температуры, достаточной для поддержания окисления (например, приблизительно 260°С). Часть 152 может иметь ширину, приблизительно равную 1 м. Окисляющую текучую среду можно подавать в ствол вскрытия через канал 142 либо любой другой подходящий механизм переноса текучей среды. Канал 142 может иметь отверстия с критическим режимом потока 136, расположенные по длине канала.
Канал 142 может быть трубкой либо трубой, которая обеспечивает подачу в ствол вскрытия 132 окисляющей текучей среды из источника окисляющей текучей среды 154. В одном варианте реализации часть канала 142, которая может быть подвержена воздействию высоких температур, представляет собой трубу из нержавеющей стали, а часть канала, которая не будет подвергаться воздействию высоких температур (то есть, часть трубы, которая проходит через покрывающую породу), образована из углеродистой стали. Окисляющая текучая среда может включать воздух либо любую другую текучую кислородсодержащую среду (например, перекись водорода, оксиды азота, озон). Возможно использование смесей окисляющих текучих сред. Смесью окисляющих текучих сред может быть текучая среда, включающая пятьдесят процентов кислорода и пятьдесят процентов азота. В некоторых вариантах реализации окисляющая текучая среда может включать соединения, которые высвобождают кислород, будучи нагретыми, такие как перекись водорода. Окисляющая текучая среда может окислять, по меньшей мере, часть углеводородов в пласте.
Фигура 10 иллюстрирует вариант реализации системы, которая обеспечивает нагревание углеводородсодержащего пласта. Вне ствола вскрытия 132 в углеводородном слое 108 можно расположить теплообменник 178. Ствол вскрытия 132 можно провести через покрывающую породу 158 в углеводородный слой 108. Теплообменник 178 может обеспечить подачу тепла от другого наземного технологического процесса либо он может включать нагреватель (например, электронагреватель либо нагреватель в виде камеры сгорания). Источник окисляющей текучей среды 154 может обеспечивать подачу в теплообменник 178 окисляющей текучей среды. Теплообменник 178 может нагревать окисляющую текучую среду (например, выше 200°С либо до температуры, достаточной для поддержания окисления углеводородов). Нагретую окисляющую текучую среду можно подавать в ствол вскрытия 132 через канал 180. На канале 180 по длине канала можно расположить отверстия с критическим режимом потока 136. Нагретая окисляющая текучая среда может обеспечивать нагревание либо, по меньшей мере, вносить свой вклад в нагревание, по меньшей мере, части 152 пласта до температуры, достаточной для поддержания окисления углеводородов. Окисляющая текучая среда может окислять, по меньшей мере, часть углеводородов в пласте. После того как температура в пласте окажется достаточной для поддержания окисления, использование теплообменника 178 может быть уменьшено либо прекращено.
Вариант реализации естественной распределенной камеры сгорания может включать наземную камеру сгорания (например, нагреватель с факельным зажиганием). Текучую среду топлива в камере сгорания можно окислять. Окисленную текучую среду топлива можно подавать из нагревателя через канал в ствол вскрытия в пласте. Продукты окисления и непрореагировавшее топливо можно возвращать на поверхность земли через другой канал. В некоторых вариантах реализации один из каналов можно расположить внутри другого канала. Окисленная текучая среда топлива может обеспечивать нагревание либо вносить свой вклад в нагревание части пласта до температуры, достаточной для поддержания окисления углеводородов. После достижения температуры, достаточной для поддержания окисления, окисленную текучую среду топлива можно заменить на окисляющую текучую среду. Окисляющая текучая среда может окислять, по меньшей мере, часть углеводородов в реакционной зоне в пласте.
Электронагреватель может обеспечить нагревание части углеводородсодержащего пласта до температуры, достаточной для поддержания окисления углеводородов. Часть может располагаться поблизости от ствола вскрытия в пласте либо по существу примыкать к нему. Часть может простираться от ствола вскрытия в радиальном направлении на ширину, меньшую приблизительно 1 м. Для окисления углеводородов в ствол вскрытия можно подавать окисляющую текучую среду. В способе естественного распределенного горения окисление углеводородов может обеспечить нагревание углеводородсодержащего пласта. Электрический ток, подаваемый на электронагреватель, впоследствии можно уменьшить либо можно отключить. Для реализации способа нагревания углеводородсодержащего пласта при уменьшенных затратах на подвод энергии по сравнению с использованием только электронагревателя можно использовать в сочетании с электронагревателем естественное распределенное горение.
С учетом данного описания специалисту в соответствующей области могут стать очевидными и последующие модификации и альтернативные варианты реализации различных аспектов изобретения. Соответственно этому, данное описание необходимо воспринимать только в качестве иллюстративного и предназначенного для целей изложения специалистам в соответствующей области общего способа реализации данного изобретения. Необходимо понимать, что формы данного изобретения, продемонстрированные и описанные в настоящем документе, должны быть восприняты в качестве предпочтительных на настоящий момент вариантов реализации. Элементы и материалы, проиллюстрированные и описанные в настоящем документе, могут быть заменены, части и способы могут быть обращены, а некоторые признаки изобретения могут быть использованы независимо, все это станет очевидным специалисту в соответствующей области после использования данного описания изобретения. В элементы, описанные в настоящем документе, могут быть внесены изменения без отклонения от объема и сущности данного изобретения, описанного в последующей формуле изобретения.
Изобретение относится к способам и системам добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из различных углеводородсодержащих пластов. Определенные варианты реализации относятся к конверсии углеводородов по месту залегания для добычи углеводородов, водорода и/или потоков новых продуктов из подземных углеводородсодержащих пластов при использовании естественно распределенных камер сгорания. Обеспечивает повышение эффективности способа и повышение надежности системы добычи. Сущность изобретения: по способу осуществляют обработку углеводородсодержащего пласта по месту залегания. Осуществляют подвод тепла от одного либо нескольких источников тепла, по меньшей мере, к части пласта. Источники тепла могут включать естественную распределенную камеру сгорания. Естественная распределенная камера сгорания может включать источник окисляющей текучей среды для подачи окисляющих текучих сред в реакционную зону в пласте для получения тепла в реакционной зоне. Реализацию теплопередачи от реакционной зоны к выбранному поперечному сечению пласта обеспечивают таким образом, чтобы тепло от одного либо нескольких источников тепла приводило бы к пиролизу, по меньшей мере, части углеводородов в выбранной зоне. Из пласта осуществляют добычу углеводородов. 3 н. и 28 з.п. ф-лы, 10 ил.
нагреватель, размещенный в стволе вскрытия в пласте, где нагреватель можно сконфигурировать для подачи, в ходе использования, тепла, по меньшей мере, в часть пласта;
источник окисляющей текучей среды, для подачи окисляющей текучей среды в реакционную зону пласта для получения в реакционной зоне тепла, по мере использования;
первый канал для размещения в стволе вскрытия, где первый канал можно сконфигурировать для подачи окисляющей текучей среды от источника окисляющей текучей среды в реакционную зону, по мере использования, в пласте;
причем всю систему можно сконфигурировать для передачи полученного тепла от зоны реакции в пласт, по мере использования, и всю систему можно сконфигурировать для транспортировки окисляющей текучей среды через зону реакции по существу за счет диффузии, по мере использования;
при этом система дополнительно включает второй канал, конфигурируемый для размещения в стволе вскрытия, второй канал дополнительно можно сконфигурировать так, чтобы в ходе использования обеспечить удаление продукта окисления, причем второй канал дополнительно можно сконфигурировать так, чтобы в ходе использования обеспечить удаление продукта окисления таким образом, чтобы реакционная зона отличалась бы по существу однородным температурным профилем.
источник окисляющей текучей среды, сконфигурированный для подачи, в ходе использования, окисляющей текучей среды в реакционную зону пласта для получения в реакционной зоне тепла;
первый канал, сконфигурированный для размещения в стволе вскрытия, где первый канал сконфигурирован для подачи, в ходе использования, окисляющей текучей среды от источника окисляющей текучей среды в реакционную зону в пласте, при этом
система сконфигурирована так, чтобы в ходе использования стала возможной передача полученного тепла от реакционной зоны в пласт,
при этом система дополнительно включает второй канал, конфигурируемый для размещения в стволе вскрытия, второй канал дополнительно можно сконфигурировать так, чтобы в ходе использования обеспечить удаление продукта окисления, причем второй канал дополнительно можно сконфигурировать так, чтобы в ходе использования обеспечить удаление продукта окисления таким образом, чтобы реакционная зона отличалась бы по существу однородным температурным профилем.
нагреватель, размещенный в стволе вскрытия в пласте, где нагреватель в ходе использования обеспечивает подачу тепла, по меньшей мере, в часть пласта;
источник окисляющей текучей среды для подачи, в ходе использования, окисляющей текучей среды в реакционную зону пласта для получения в реакционной зоне тепла;
первый канал, размещенный в стволе вскрытия, где первый канал в ходе использования обеспечивает подачу окисляющей текучей среды от источника окисляющей текучей среды в реакционную зону в пласте; при этом система в ходе использования делает возможной передачу полученного тепла от реакционной зоны в пласт,
при этом система дополнительно включает второй канал, конфигурируемый для размещения в стволе вскрытия, второй канал дополнительно можно сконфигурировать так, чтобы в ходе использования обеспечить удаление продукта окисления, причем второй канал дополнительно можно сконфигурировать так, чтобы в ходе использования обеспечить удаление продукта окисления таким образом, чтобы реакционная зона отличалась бы по существу однородным температурным профилем.
| US 4886118 А, 12.12.1989 | |||
| US 4570715 А | |||
| Способ использования делительного аппарата ровничных (чесальных) машин, предназначенных для мериносовой шерсти, с целью переработки на них грубых шерстей | 1921 |
|
SU18A1 |
| СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЕЙ ПУТЕМ ВНУТРИПЛАСТОВОГО ГОРЕНИЯ | 1995 |
|
RU2087690C1 |
| US 5868202 А, 09.02.1999 | |||
| US 4005752 А, 01.02.1977 | |||
| US 4425967 А, 17.01.1984 | |||
| US 4069868 А, 24.01.1978 | |||
| US 4007788 А, 15.02.1977. | |||
