Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится в целом к способам и системам для добычи углеводородов и/или других продуктов из различных содержащих углеводороды пластов. Некоторые варианты выполнения относятся к установке передислоцируемых нагревателей в содержащие углеводороды пласты и/или для использования передислоцируемых нагревателей для подачи тепла в содержащие углеводороды пласты.
Уровень техники
Углеводороды, добываемые из подземных (например, осадочных) пластов, часто используют в качестве источников энергии, сырья и продуктов потребления. Беспокойство по поводу истощения доступных углеводородных ресурсов и понижение общего качества добываемых углеводородов привело к разработке процессов для более эффективного извлечения, обработки и/или использования доступных углеводородных ресурсов. Внутрипластовые процессы можно использовать для извлечения углеводородных материалов из подземных пластов. Химические и/или физические свойства углеводородных материалов внутри подземного пласта иногда необходимо изменять для обеспечения более простого извлечения из подземных пластов. Химические и физические изменения могут включать внутрипластовые реакции, в результате которых могут образовываться удаляемые флюиды, изменения состава, изменения растворимости, изменения плотности, изменения фазы и/или изменения вязкости углеводородного материала внутри пласта. Флюид может быть, но не ограничиваясь этим, газом, жидкостью, эмульсией, суспензией и/или потоком твердых частиц, который имеет характеристики потока, аналогичные потоку жидкости.
Можно использовать источник тепла для нагревания подземного пласта. Можно использовать электрические нагреватели для нагревания подземного пласта посредством излучения и/или проводимости. Электрический нагреватель может нагревать элемент резистивно. В патенте США № 2548360, выданном Жермену, описан электрический нагревательный элемент, расположенный внутри вязкой нефти внутри скважины. Нагревательный элемент нагревает и уменьшает вязкость нефти для обеспечения выкачивания нефти из скважины. В патенте США №4716960, выданном Истлунду и др., описано электрическое нагревание насосно-компрессорной трубы нефтяной скважины за счет пропускания тока с относительно низким напряжением для предотвращения образования твердых веществ. В патенте США № 5065818, выданном Ван Эгмонду, описан электрический нагревательный элемент, который зацементирован в испытательную скважину без оболочки, окружающей нагревательный элемент.
В патенте США № 6023554, выданном Винегару и др., описан электрический нагревательный элемент, который расположен в оболочке. Нагревательный элемент создает энергию излучения, которая нагревает оболочку. Гранулированный твердый наполнительный материал может быть расположен между оболочкой и пластом. Оболочка за счет проводимости может нагревать наполнительный материал, который в свою очередь за счет проводимости нагревает пласт.
В патенте США № 4570715, выданном Ван Меурсу и др., описан электрический нагревательный элемент. Нагревательный элемент имеет электрически проводящий сердечник, окруженный слоем изоляционного материала и окружающим его металлическим кожухом. Проводящий сердечник может иметь сравнительно низкое сопротивление при высоких температурах. Изоляционный материал может иметь электрическое сопротивление, прочность на сжатие и теплопроводные свойства, которые являются относительно высокими при высоких температурах. Изоляционный материал может препятствовать образованию электрической дуги между сердечником и металлическим кожухом. Металлический кожух может иметь прочность на растяжение и сопротивление текучести, которые относительно велики при высоких температурах.
В патенте США № 5060287, выданном Ван Эгмонду, описан электрический нагревательный элемент, имеющий сердечник из сплава меди с никелем.
Можно использовать сгорание топлива для нагревания пласта. Сгорание топлива для нагревания пласта может быть более экономичным, чем использование электрической энергии для нагревания пласта. Несколько различных типов нагревателей могут использовать сгорание топлива в качестве источника тепла, которое нагревает пласт. Сгорание может осуществляться внутри пласта, в скважине и/или вблизи поверхности. Сгорание в пласте может быть внутрипластовым горением. Можно поджигать окислитель для продвижения фронта огня в направлении эксплуатационной скважины. Окислитель, закачиваемый в пласт, может протекать через пласт вдоль линий разлома в пласте. Поджигание окислителя может не приводить к образованию фронта огня, проходящего равномерно через пласт.
Можно использовать беспламенные камеры сгорания для сжигания топлива внутри пласта. В патентах США № 5255742, выданном Микусу, № 5404952, выданном Винегару и др., № 5862858, выданном Веллингтону и др., описаны беспламенные камеры сгорания. Беспламенное сгорание можно осуществлять путем предварительного нагревания топлива и воздуха до температуры выше температуры самовозгорания смеси. Топливо и воздух можно смешивать в зоне нагревания для сжигания. В зоне нагревания беспламенной камеры сгорания может быть предусмотрена каталитическая поверхность для понижения температуры самовозгорания смеси топлива и воздуха.
Тепло можно подавать в пласт из нагревателя на поверхности. Поверхностный нагреватель может производить горючие газы, которые циркулируют через скважины для нагревания пласта. В качестве альтернативного решения можно использовать поверхностные горелки для нагревания переносящей тепло жидкости, которая проходит через скважину для нагревания пласта. Примеры огневых нагревателей или поверхностных горелок, которые можно использовать для нагревания подземного пласта, показаны в патенте США № 6056057, выданном Винегару и др., и № 6079499, выданном Микусу и др.
Из указанного выше следует, что были приложены значительные усилия для разработки способов и систем для экономичной добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из содержащих углеводороды пластов. Однако в настоящее время все еще имеются содержащие углеводороды пласты, из которых нельзя экономически выгодно добывать углеводороды, водород и/или другие продукты. Таким образом, все еще имеется потребность в улучшенных способах и системах для добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из различных содержащих углеводороды пластов. В некоторых применениях может быть полезным размещать нагреватели в отверстиях в пласте, так что нагреватели можно удалять из отверстия. В некоторых случаях нагреватели можно передислоцировать в другое отверстие в пласте. Нагреватели можно также удалять для проверки и/или ремонта нагревателей. Возможность удаления, замены и/или передислоцирования нагревателя благоприятно сказывается на стоимости оборудования и/или эксплуатации внутрипластового процесса.
Раскрытие изобретения
Один или более нагревателей могут быть расположены внутри отверстия в содержащем углеводороды пласте, так что нагреватели переносят тепло в пласт. В некоторых вариантах выполнения нагреватель может быть расположен в открытой скважине в пласте. «Открытая скважина» в пласте может быть без оболочки или «не обсаженной скважиной». Тепло может переноситься от нагревателя в пласт за счет проводимости или излучения. В качестве альтернативного решения нагреватель может быть расположен внутри нагревательной скважины, которая может быть забита гравием, песком и/или цементом, или в нагревательной скважине с оболочкой.
В одном варианте выполнения нагреватель может содержать нагреватель типа проводник в канале. Проводник может быть расположен внутри канала. Проводник может обеспечивать тепло, по меньшей мере, для части пласта. С проводником может быть соединен центратор. Центратор может препятствовать перемещению проводника внутри канала. Нагреватель типа проводник в канале может быть выполнен с возможностью удаления из отверстия в пласте.
Подача электрического тока в проводник может обеспечивать тепло для части пласта. Создаваемое тепло может переноситься от проводника в часть пласта. Тепло может приводить к пиролизу некоторых углеводородов в части пласта.
В одном варианте выполнения можно собирать нагреватель типа проводник в канале, имеющий желаемую длину. Проводник может быть помещен в канал с образованием нагревателя типа проводник в канале. Два или более нагревателей типа проводник в канале можно соединять друг с другом для образования нагревателя, имеющего желаемую длину. Проводники нагревателей типа проводник в канале могут быть соединены электрически друг с другом. Дополнительно к этому каналы могут быть электрически соединены друг с другом. Желаемая длина проводника в канале может быть расположена в отверстии в содержащем углеводороды пласте. В некоторых вариантах выполнения отдельные секции нагревателя типа проводник в канале можно соединять с использованием сварки активным газом с защитой зоны сварки.
В некоторых вариантах выполнения нагреватель желаемой длины можно собирать вблизи содержащего углеводороды пласта. Затем собранный нагреватель можно сматывать в витки. Нагреватель можно помещать в содержащий углеводороды пласт посредством разматывания нагревателя в отверстие в содержащем углеводороды пласте.
В одном варианте выполнения тепло может обеспечиваться одним или более нагревателями для части пласта. Обеспечиваемое тепло может переноситься в выбранную секцию пласта. Из пласта можно добывать смесь. Смесь может содержать, по меньшей мере, некоторые пиролизованные углеводороды. В некоторых вариантах выполнения нагреватель можно удалять из отверстия в пласте и повторно размещать, по меньшей мере, в одном альтернативном отверстии в пласте.
Краткое описание чертежей
Преимущества данного изобретения следуют для специалистов в данной области техники из последующего подробного описания вариантов выполнения со ссылками на чертежи, на которых изображено:
фиг.1 - стадии нагревания содержащего углеводороды пласта;
фиг.2 - схема варианта выполнения части внутрипластовой системы конверсии для обработки содержащего углеводороды пласта;
фиг.3 - вариант выполнения источника тепла в виде природной распределенной топки;
фиг.4 - вариант выполнения источника тепла в виде изолированного проводника;
фиг.5 - вариант выполнения нагревателей с тремя изолированными проводниками, размещенными внутри канала;
фиг.6 - вариант выполнения источника тепла типа проводник в канале в пласте;
фиг.7 - разрез варианта выполнения сменного источника тепла типа проводник в канале;
фиг.8 - вариант выполнения устья скважины с источником тепла типа проводник в канале;
фиг.9 - схема варианта выполнения нагревателя типа проводник в канале, в котором часть нагревателя расположена по существу горизонтально внутри пласта;
фиг.10 - вариант выполнения соединения нагревателя типа проводник в канале в увеличенном масштабе;
фиг.11 - схема варианта выполнения нагревателя типа проводник в канале, в котором часть нагревателя расположена по существу горизонтально в пласте;
фиг.12 - схема варианта выполнения нагревателя типа проводник в канале, в котором часть нагревателя расположена по существу горизонтально в пласте;
фиг.13 - схема варианта выполнения нагревателя типа проводник в канале, в котором часть нагревателя расположена по существу горизонтально в пласте;
фиг.14 - вариант выполнения центратора;
фиг.15 - вариант выполнения центратора;
фиг.16 - вариант выполнения сборки источника тепла типа проводник в канале и установки источника тепла в пласт;
фиг.17 - вариант выполнения источника тепла типа проводник в канале для установки в пласте;
фиг.18 - вариант выполнения источника тепла в пласте.
Хотя возможны различные модификации и альтернативные варианты выполнения, на чертежах показаны специальные варианты выполнения в качестве примеров, описание которых приводится ниже. Чертежи могут не соответствовать масштабу. Однако следует отметить, что чертежи и их подробное описание не должны ограничивать данное изобретение раскрытыми частными вариантами выполнения, а наоборот, изобретение охватывает все модификации, эквиваленты и альтернативы, входящие в идею и объем данного изобретения, заданный прилагаемой формулой изобретения.
Осуществление изобретения
Последующее описание относится в целом к системам и способам для обработки содержащего углеводороды пласта (например, пласта, содержащего уголь (включая лигнит, сапропелит и т.д.), нефтеносный сланец, углистый сланец, шунгиты, кероген, битумы, нефть, кероген и нефть в матрице с низкой проницаемостью, тяжелые углеводороды, асфальтиты, природные минеральные воски, пласты, в которых кероген блокирует добычу других углеводородов и т.д.). Такие пласты можно обрабатывать для получения углеводородных продуктов относительно высокого качества, водорода и других продуктов.
«Углеводороды» обозначают в целом молекулы, образованные первично с помощью атомов углерода и водорода. Углеводороды могут содержать также другие элементы, такие как, но не ограничиваясь этим, галогены, металлические элементы, азот, кислород и/или сера. Углеводороды могут быть, но не ограничиваясь этим, керогеном, битумом, пиробитумом, нефтью, природными минеральными восками и асфальтитами. Углеводороды могут быть расположены внутри или смежно с минеральными матрицами внутри земли. Матрицы могут включать, но не ограничиваясь этим, осадочную породу, пески, силицилиты, карбонаты, диатомиты и другие пористые среды. «Углеводородные жидкости» являются жидкостями, которые содержат углеводороды. Углеводородные жидкости могут включать, увлекать или быть увлеченными не углеводородными флюидами (например, водородом (Н2), азотом (N2), моноксидом углерода, диоксидом углерода, сероводородом, водой и аммиаком).
«Пласт» включает один или более содержащих углеводород слоев, один или более не углеводородных слоев, покрывающий слой и/или подстилающий слой. «Покрывающий слой» и/или «подстилающий слой» включают один или более типов непроницаемых материалов. Например, покрывающий слой и/или подстилающий слой могут включать скальную породу, сланец, аргиллит или влажный/плотный карбонат (т.е. непроницаемый карбонат без углеводородов). В некоторых вариантах выполнения процесса внутрипластовой конверсии покрывающий слой и/или подстилающий слой могут включать содержащий углеводороды слой или содержащие углеводороды слои, которые являются относительно непроницаемыми и не подвергаются воздействию температуры во время процесса конверсии, что приводит к значительному изменению характеристик содержащих углеводороды слоев покрывающего слоя и/или подстилающего слоя. Например, подстилающий слой может содержать сланец или аргиллит. В некоторых случаях покрывающий слой и подстилающий слой могут быть в некоторой степени проницаемыми.
Понятия «флюиды пласта» или «добываемые флюиды» относятся к флюидам, удаляемым из содержащего углеводороды пласта, и могут включать флюид пиролиза, синтез-газ, подвижный углеводород и воду (пар). Понятие «подвижный флюид» относится к флюидам внутри пласта, которые способны течь в результате тепловой обработки пласта. Флюиды пласта могут включать углеводородные флюиды, а также не углеводородные флюиды.
«Источником тепла» является любая система для обеспечения нагревания, по меньшей мере, части пласта по существу посредством переноса тепла с помощью проводимости и/или излучения. Например, источник тепла может включать электрические нагреватели, такие как изолированный проводник, удлиненный элемент и/или проводник, размещенный внутри канала. Источник тепла может также включать источники тепла, которые генерируют тепло посредством сжигания топлива снаружи или внутри пласта, такие как поверхностные горелки, забойные газовые горелки, беспламенные распределенные топки и природные распределенные топки. Дополнительно к этому предусмотрено, что в некоторых вариантах выполнения тепло, создаваемое или генерируемое в одном или более источниках тепла, может подаваться с помощью других источников энергии. Другие источники тепла могут непосредственно нагревать пласт или же энергия может подаваться в среду переноса тепла, которая непосредственно или опосредованно нагревает пласт. Следует отметить, что один или более источников тепла, которые подают тепло в пласт, могут использовать различные источники энергии. Например, при заданном пласте некоторые источники тепла могут подавать тепло из электрических резистивных нагревателей, некоторые источники тепла могут подавать тепло за счет сгорания, а некоторые источники тепла могут создавать тепло из одного или более других источников энергии (например, химических реакций, солнечной энергии, ветровой энергии, биомассы или других источников возобновляемой энергии). Химическая реакция может включать экзотермическую реакцию (например, реакцию окисления). Источник тепла может содержать нагреватель, который обеспечивает тепло для зоны, близкой и/или окружающей место нагревания, такого как нагревательная скважина.
«Нагреватель» является любой системой для генерирования тепла в скважине или в зоне вблизи скважины. Нагреватели могут быть, но не ограничиваясь этим, электрическими нагревателями, горелками, камерами сгорания, которые вступают в реакцию с материалом внутри пласта или же добываемым из пласта (например, природные распределенные топки), и/или их комбинациями. «Блок источников тепла» обозначает несколько источников тепла, которые образуют группу, которая повторяется для создания схемы источников тепла внутри пласта.
Понятие «скважина» относится к отверстию в пласте, выполненному посредством бурения или ввода канала в пласт. Скважина может иметь по существу круговое поперечное сечение или другие формы поперечного сечения (например, круговые, овальные, прямоугольные, треугольные, щелевые или другие регулярные или нерегулярные формы). В данном описании понятия «колодец» и «отверстие», когда они относятся к отверстию в пласте, могут использоваться с заменой на понятие «скважина».
«Природная распределенная топка» относится к нагревателю, который использует окислитель для окисления, по меньшей мере, части углерода в пласте с целью генерирования тепла, и при этом окисление происходит вблизи скважины. Большинство продуктов сгорания, создаваемых в природной распределенной топке, удаляются через скважину.
«Отверстия» относятся к раскрывам (например, раскрывам в каналах), имеющим широкий спектр размеров и форм поперечного сечения, включающих, но не ограничиваясь этим, круговые, овальные, квадратные, прямоугольные, треугольные, щелевые или другие регулярные или не регулярные формы.
«Зона реакции» относится к объему содержащего углеводороды пласта, который подвергается химической реакции, такой как реакция окисления.
«Изолированный проводник» относится к любому удлиненному материалу, который способен проводить электричество и который покрыт, частично или полностью, электрически изоляционным материалом. Понятие «самоуправление» относится к управлению выходом нагревателя без внешнего управления любого типа.
«Флюиды пиролизации» или «продукты пиролиза» относятся к флюидам, добываемым по существу во время пиролиза углеводородов. Флюиды, добываемые за счет реакций пиролиза, могут смешиваться с другими флюидами в пласте. Смесь считается флюидом пиролизации или продуктом пиролиза. В данном описании «зона пиролиза» относится к объему пласта (например, относительно проницаемого пласта, такого как пласт битуминозных песков), который вовлекается в реакцию или вступает в реакцию с образованием флюида пиролизации.
«Конденсируемые углеводороды» являются углеводородами, которые конденсируются при 25°С и абсолютном давлении в одну атмосферу. Конденсируемые углеводороды могут включать смесь углеводородов, имеющих число атомов углерода более 4. «Не конденсируемые углеводороды» являются углеводородами, которые не конденсируются при 25°С и абсолютном давлении менее одной атмосферы. Не конденсируемые углеводороды могут включать смесь углеводородов, имеющих число атомов углерода менее 5.
Углеводороды в пластах можно обрабатывать различными способами для получения многих различных продуктов. В некоторых вариантах выполнения такие пласты можно обрабатывать несколькими стадиями. На фиг.1 показаны несколько стадий нагревания содержащего углеводороды пласта. На фиг.1 показан пример добычи (в баррелях нефтяного эквивалента на тонну) (по оси у) флюидов пласта из содержащего углеводороды пласта в зависимости от температуры (в °С) (по оси х) пласта (при нагревании пласта с относительно низкой скоростью).
Десорбция метана и испарение воды происходит во время стадии 1 нагревания. Нагревание пласта на стадии 1 можно осуществлять как можно быстрее. Например, при первоначальном нагревании содержащего углеводороды пласта углеводороды в пласте могут десорбировать адсорбированный метан. Десорбированный метан можно добывать из пласта. Если нагревать далее содержащий углеводороды пласт, то может испаряться вода, содержащаяся внутри содержащего углеводороды пласта. Вода может занимать в некоторых содержащих углеводороды пластах между около 10% и около 50% объема пор в пласте. В других пластах вода может занимать большие или меньшие части объема пор. Вода обычно испаряется в пласте при температурах между около 160°С и около 285°С и при давлениях от около 6 бар (абсолютное значение) до около 70 бар (абсолютное значение). В некоторых вариантах выполнения испаряемая вода может вызывать изменение смачиваемости в пласте и/или повышение давления пласта. Изменения смачиваемости или повышенное давление могут влиять на реакции пиролиза или другие реакции в пласте. В некоторых вариантах выполнения испаренную воду можно добывать из пласта. В других вариантах выполнения испаренную воду можно использовать для выделения и/или дистилляции пара в скважине или вне скважины. Удаление воды и увеличение объема пор в пласте может увеличивать пространство для хранения углеводородов внутри объема пор.
После стадии 1 нагревания пласт можно нагревать далее, так что температура внутри пласта достигает, (по меньшей мере), начальной температуры пиролиза (например, температуры на нижнем конце диапазона температур, показанного на фиг.2). В течение стадии 2 может происходить пиролиз углеводородов внутри пласта. Диапазон температур пиролиза может изменяться в зависимости от типа углеводородов внутри пласта. Диапазон температур пиролиза может включать температуры между около 250°С и около 900°С. Диапазон температур пиролиза для добычи желаемых продуктов может простираться лишь в части полного диапазона температур пиролиза. В некоторых вариантах выполнения диапазон температур пиролиза для добычи желаемых продуктов может включать температуры между около 250°С и около 400°С. Если температуру углеводородов в пласте медленно повышать в диапазоне температур от около 250°С до около 400°С, то создание продуктов пиролиза может быть по существу завершено, когда температура приближается к 400°С. Нагревание содержащего углеводороды пласта с помощью нескольких источников тепла может создавать температурные градиенты вокруг источников тепла, которые медленно повышают температуру углеводородов в пласте в диапазоне температур пиролиза.
В некоторых вариантах выполнения внутрипластовой конверсии температуру углеводородов, подлежащих пиролизу, можно не повышать медленно в диапазоне температур пиролиза от около 250°С до около 400°С. Углеводороды в пласте можно нагревать до желаемой температуры (например, около 325°С). В качестве желаемых температур можно выбирать другие температуры. Наложение тепла из источников тепла может обеспечивать достижение желаемой температуры относительно быстро и эффективно в пласте. Ввод тепла в пласт из источников тепла можно регулировать для поддержания температуры в пласте по существу на желаемой температуре. Углеводороды можно поддерживать по существу на желаемой температуре, пока пиролиз не спадет, так что добыча желаемых флюидов из пласта становится не экономичной.
Флюиды пласта, включающие флюиды пиролиза, можно добывать из пласта. Флюиды пиролиза могут включать, но не ограничиваясь этим, углеводороды, водород, диоксид углерода, моноксид углерода, сероводород, аммиак, азот, воду и их смеси. При повышении температуры пласта количество конденсируемых углеводородов в добываемых флюидах пласта имеет тенденцию к понижению. При высоких температурах из пласта можно добывать в основном метан и/или водород. Если содержащий углеводороды пласт нагревать во всем диапазоне пиролиза, то из пласта можно добывать лишь небольшие количества водорода вблизи верхнего предела диапазона пиролиза. После истощения всего доступного водорода обычно происходит добыча минимального количества флюида из пласта.
После пиролиза углеводородов большое количество углерода и некоторое количество водорода все еще присутствуют в пласте. Значительную часть остающегося углерода в пласте можно добывать из пласта в виде синтез-газа. Генерирование синтез-газа может происходить во время стадии 3, показанной на фиг.1. Стадия 3 может включать нагревание содержащего углеводороды пласта до температуры, достаточной для обеспечения генерирования синтез-газа. Например, синтез-газ можно добывать внутри диапазона температур от около 400°С до около 1200°С. Температура пласта, когда генерирующий синтез-газ флюид вводится в пласт, может определять состав синтез-газа, добываемого из пласта. Если генерирующий синтез-газ флюид вводится в пласт при температуре, достаточной для обеспечения генерирования синтез-газа, то внутри пласта может генерироваться синтез-газ. Генерированный синтез-газ можно удалять из пласта через эксплуатационную скважину или эксплуатационные скважины. Во время генерирования синтез-газа можно добывать большой объем генерированного синтез-газа.
На фиг.2 показана схема варианта выполнения части внутрипластовой системы конверсии для обработки содержащего углеводороды пласта. Источники 100 тепла могут быть расположены внутри, по меньшей мере, части содержащего углеводороды пласта. Источники 100 тепла могут включать, например, электрические нагреватели, такие как изолированные проводники, нагреватели типа проводник в канале, поверхностные горелки, беспламенные распределенные топки и/или природные распределенные топки. Источники 100 тепла могут включать также другие типы нагревателей. Источники 100 тепла могут обеспечивать нагревание, по меньшей мере, части содержащего углеводороды пласта. Энергия может подаваться к источникам 100 тепла по питающим линиям 102. Питающие линии могут иметь различную структуру в зависимости от типа источника тепла или источников тепла, используемых для нагревания пласта. Питающие линии для источников тепла могут передавать электрическую энергию для электрических нагревателей, могут транспортировать топливо для топок или же могут транспортировать теплообменную жидкость, которая циркулирует внутри пласта.
Эксплуатационные скважины 104 можно использовать для удаления флюида из пласта. Флюид пласта, добываемый из эксплуатационных скважин 104, можно транспортировать через коллекторный трубопровод 106 к установкам 108 для обработки. Флюиды пласта можно добывать также из источников 100 тепла. Например, можно добывать флюид из источников 100 тепла для управления давлением внутри пласта вблизи источников тепла. Флюид, добываемый из источников 100 тепла, можно транспортировать через трубы или трубопроводы к коллекторному трубопроводу 106, или же добываемый флюид можно транспортировать через трубы или трубопровод непосредственно к установкам 108 обработки. Установки 108 обработки могут содержать разделительные блоки, блоки реакций, блоки повышения качества, топливные элементы, турбины, баки для хранения и другие системы и блоки для обработки добытых флюидов пласта.
Система внутрипластовой конверсии для обработки углеводородов может содержать барьерные скважины 110. В некоторых вариантах выполнения барьеры можно использовать для воспрещения миграции флюидов (например, генерированных флюидов и/или подземных вод) в и/или из части пласта, в которой выполняется процесс внутрипластовой конверсии. Барьеры могут включать, но не ограничиваясь этим, естественно присутствующие части (например, покрывающий слой и/или подстилающий слой), замораживающие скважины, замороженные барьерные зоны, низкотемпературные барьерные зоны, цементированные стенки, серные скважины, водопонижающие скважины, нагнетательные скважины, барьер, образованный гелем, созданным в пласте, барьер, образованный посредством осаждения солей в пласте, барьер, образованный посредством реакции полимеризации в пласте, листов, введенных в пласт, или их комбинации.
Как показано на фиг.2, дополнительно к источникам 100 тепла обычно одна или более эксплуатационных скважин 104 могут быть расположены внутри части содержащего углеводороды пласта. Флюиды пласта можно добывать из эксплуатационных скважин 104. В некоторых вариантах выполнения эксплуатационная скважина 104 может содержать источник тепла. Источник тепла может нагревать части пласта у или вблизи эксплуатационной скважины и обеспечивает удаления паровой фазы флюидов пласта. Необходимость выкачивания жидкостей с высокой температурой из эксплуатационной скважины можно уменьшить или исключить. Исключение или ограничение выкачивания жидкостей с высокой температурой может существенно снизить стоимость добычи. Обеспечение нагревания у или через эксплуатационную скважину может: (1) подавлять конденсацию и/или дефлегмацию добытого флюида, когда такой добытый флюид перемещается в эксплуатационной скважине вблизи покрывающего слоя, (2) увеличивать ввод тепла в пласт и/или (3) увеличивать проницаемость пласта у или вблизи эксплуатационной скважины. В некоторых вариантах выполнения процесса внутрипластовой конверсии количество тепла, подаваемого в эксплуатационные скважины, значительно меньше, чем количество тепла, подводимого к источникам тепла, которые нагревают пласт.
В одном варианте выполнения содержащий углеводороды пласт можно нагревать с помощью системы природных распределенных топок, расположенных в пласте. Генерированному теплу можно позволять переноситься в выбранную секцию пласта.
Температура, достаточная для поддержания окисления, может составлять, по меньшей мере, около 200°С или 250°С. Температура, достаточная для окисления, может изменяться в зависимости от многих факторов (например, состава углеводородов в содержащем углеводороды пласте, содержания воды в пласте и/или типа и количества окислителя). Некоторое количество воды можно удалять из пласта перед нагреванием. Например, воду можно выкачивать из пласта с помощью водопонижающих скважин. Нагреваемая часть пласта может быть вблизи или по существу смежной отверстию в содержащем углеводороды пласте. Отверстие в пласте может быть нагревательной скважиной, образованной в пласте. Нагреваемая часть содержащего углеводороды пласта может проходить радиально от отверстия на ширину от около 0,3 м до около 1,2 м. Однако ширина может быть также менее 0,9 м. Ширина нагреваемой части может изменяться со временем. В некоторых вариантах выполнения изменение зависит от факторов, включающих ширину пласта, необходимую для генерирования достаточного количества тепла во время окисления углерода для поддерживания реакции окисления без подачи тепла от дополнительного источника тепла.
После достижения частью пласта температуры, достаточной для поддержания окисления, можно подавать окислительный флюид в отверстие для окисления части углеводородов в зоне реакции или в зоне источника тепла внутри пласта. Окисление углеводородов генерирует тепло в зоне реакции. Генерированное тепло в большинстве вариантов выполнения передается из зоны реакции в зону пиролиза в пласте. В некоторых вариантах выполнения генерированное тепло передается со скоростью между около 650 Вт на метр и между около 1650 Вт на метр при измерении вдоль глубины зоны реакции. После окисления, по меньшей мере, некоторых углеводородов в пласте энергию, подаваемую в нагреватель для первоначального нагревания пласта до температуры, достаточной для поддержания окисления, можно уменьшить или отключить. Стоимость ввода энергии можно значительно понизить при использовании природных распределенных топок, что обеспечивает значительно более эффективную систему для нагревания пласта.
В одном варианте выполнения в отверстии может быть размещен канал для подачи окислительного флюида в отверстие. Канал может иметь отверстия для потока или другие механизмы управления потоком (например, прорези, расходомеры Вентури, клапаны и т.д.) для обеспечения прохода флюида в отверстие. Понятие «отверстия» включает раскрывы, имеющие различную форму поперечного сечения, включая, но не ограничиваясь этим, круговые, овальные, квадратные, прямоугольные, треугольные, щелевые или другие регулярные или не регулярные формы. Отверстия для потока могут быть в некоторых вариантах выполнения критическими отверстиями потока. Отверстия для потока могут обеспечивать по существу постоянный поток окислительного флюида в отверстие, независимо от давления в отверстии.
Потоком окислительного флюида в отверстие можно управлять так, что скорость окисления в зоне реакции является управляемой. Перенос тепла между входящим окислителем и выходящими продуктами окисления может нагревать окислительный флюид. Перенос тепла может также удерживать канал ниже рабочей температуры канала.
На фиг.3 показан вариант выполнения природной распределенной топки, которая может нагревать содержащий углеводороды пласт. Канал 112 может быть расположен в отверстии 114 в углеводородном пласте 116. Канал 112 может быть внутренним каналом 118. Источник 120 окислительного флюида может подавать окислительный флюид 122 во внутренний канал 118. Внутренний канал 118 может иметь отверстия 124 критического потока вдоль своей длины. Отверстия 124 критического потока могут быть расположены по спирали (или по любой другой схеме) вдоль длины внутреннего канала 118 в отверстии 114. Например, отверстия 118 критического потока могут быть расположены по спирали с расстоянием от около 1 м до около 2,5 м между смежными отверстиями. Внутренний канал 118 может быть герметизирован на дне. Окислительный флюид 122 может подаваться в отверстие 114 через отверстия 124 критического потока внутреннего канала 118.
Отверстия 124 критического потока могут быть выполнены так, что обеспечивается по существу одинаковая скорость потока окислительного флюида 122 через каждое отверстие критического потока. Отверстия 124 критического потока могут также обеспечивать по существу равномерный поток окислительного флюида 122 вдоль длины внутреннего канала 118. Такой поток может обеспечивать по существу равномерное нагревание углеводородного слоя 116 вдоль длины внутреннего канала 118.
Упаковочный материал 126 может окружать канал 112 в покрывающем слое 128 пласта. Упаковочный материал 126 может воспрещать поток флюидов из отверстия 114 к поверхности 130. Упаковочный материал 126 может включать любой материал, который воспрещает поток флюидов к поверхности 130, такой как цемент, уплотненный песок или гравий. Канал или отверстие через упаковочный материал может создавать путь для достижения продуктами окисления поверхности.
Продукты 132 окисления обычно входят в канал 112 из отверстия 114. Продукты 132 окисления могут включать диоксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, моноксид углерода и/или другие продукты, являющиеся результатом реакции кислорода с углеводородами и/или углеродом. Продукты 132 окисления можно удалять через канал 112 на поверхность 130. Продукты 132 окисления могут протекать по поверхности зоны 134 реакции в отверстие 114 почти до верхнего конца отверстия 114, где продукты 132 окисления могут протекать в канал 112. Продукты 132 окисления можно также удалять через один или более каналов, расположенных в отверстии 114 и/или в углеводородном слое 116. Например, продукты 132 окисления можно удалять через второй канал, расположенный в отверстии 114. Удаление продуктов 132 окисления через канал может исключать протекание продуктов 132 окисления из эксплуатационной скважины, расположенной в пласте. Отверстия 124 критического потока могут также воспрещать вхождение продуктов 132 окисления во внутренний канал 118.
Скорость потока продуктов 132 окисления можно уравновешивать со скоростью потока окислительного флюида 122, так что внутри отверстия 114 удерживается по существу постоянное давление. Для секции нагревания длиной 100 м скорость потока окислительного флюида может быть между 0,5 стандартных кубических метров до около 5 стандартных кубических метров в минуту, или же от около 1,0 стандартного кубического метра до около 4 стандартных кубических метров в минуту, или же, например, около 1,7 стандартных кубических метров в минуту. Скорость потока окислительного флюида в пласт можно постепенно увеличивать во время использования для согласования с расширением зоны реакции. Давление в отверстии может составлять, например, около 8 бар (абсолютное значение). Окислительный флюид 122 может окислять, по меньшей мере, часть углеводородов в нагреваемой части 136 углеводородного слоя 116 в зоне реакции. Нагреваемую часть 136 можно предварительно нагревать до температуры, достаточной для поддержания окисления, с помощью электрического нагревателя. В некоторых вариантах выполнения электрический нагреватель может быть размещен внутри или прикреплен снаружи внутреннего канала 118.
В некоторых вариантах выполнения управление давлением внутри отверстия 114 может воспрещать прохождение продуктов окисления и/или окислительных флюидов в зону пиролиза пласта. В некоторых случаях давлением внутри отверстия 114 можно управлять так, что оно слегка больше давления в пласте, с целью обеспечения прохождения флюида внутри отверстия в пласт, но воспрещения образования градиента давления, который обеспечивает транспортировку флюида на достаточное расстояние в пласт.
Хотя тепло от окисления переносится в пласт, продукты 132 окисления (и избыток окислительного флюида, такого как воздух) исключены из прохождения через пласт и/или к эксплуатационной скважине в пласте. Вместо этого продукты 132 окисления и/или избыток окислительного флюида можно удалять из пласта. В некоторых вариантах выполнения продукт окисления и/или избыток окислительного флюида удаляются через канал 112. Удаление продуктов окисления и/или избытка окислительного флюида может обеспечивать перенос тепла из реакций окисления в зону пиролиза без вхождения значительного количества продукта окисления и/или избытка окислительного флюида в зону пиролиза.
Тепло, генерированное в зоне 134 реакции, может передаваться за счет теплопроводности в выбранную секцию 138 углеводородного слоя 116. Дополнительно к этому генерированное тепло может передаваться из зоны реакции в выбранную секцию в меньшей степени посредством конвективного переноса тепла. Выбранная секция 138, называемая иногда «зоной пиролиза», может находиться по существу смежно с зоной 134 реакции. Удаление продукта окисления (и избытка окислительного флюида, такого как воздух) может обеспечивать прием тепла зоной пиролиза из зоны реакции без воздействия на нее продукта окисления или окислителей, присутствующих в зоне реакции. Продукт окисления и/или окислительные флюиды могут приводить к образованию нежелательных продуктов, если они присутствуют в зоне пиролиза. Удаление продукта окисления и/или окислительных флюидов может обеспечивать поддержание условий восстановления в зоне пиролиза.
В некоторых вариантах выполнения в отверстии 114 нагревателя в виде природной распределенной топки может быть расположен второй канал. Второй канал можно использовать для удаления продуктов окисления из отверстия 114. Второй канал может иметь отверстия, расположенные вдоль его длины. В некоторых вариантах выполнения продукты окисления можно удалять из верхней зоны отверстия 114 через отверстия, расположенные на втором канале. Отверстия могут быть расположены вдоль длины второго канала так, чтобы можно было удалять больше продуктов окисления из верхней зоны отверстия 114.
В некоторых вариантах выполнения природной распределенной топки отверстия на втором канале могут быть расположены напротив отверстий 124 критического потока на внутреннем канале 118. Такая ориентация может воспрещать прохождение окислительного флюида, подаваемого через внутренний канал 118, непосредственно во второй канал.
Электрический нагреватель может нагревать часть содержащего углеводороды пласта до температуры, достаточной для поддержания окисления углеводородов. Часть может быть расположена вблизи или по существу смежно с отверстием в пласте. Часть может проходить в радиальном направлении с шириной менее приблизительно 1 м от отверстия. Электрический ток, подаваемый в электрический нагреватель, можно постепенно уменьшать или выключать. Природную распределенную топку можно использовать в соединении с электрическим нагревателем для обеспечения способа с уменьшенной стоимостью ввода энергии для нагревания содержащего углеводороды пласта по сравнению с использованием только электрического нагревателя.
Нагреватель с изолированным проводником может быть нагревательным элементом источника тепла. В одном варианте выполнения нагревателя с изолированным проводником нагреватель с изолированным проводником является кабелем или стержнем с минеральной изоляцией. Нагреватель с изолированным проводником можно помещать в отверстие в содержащем углеводороды пласте. Нагреватель с изолированным проводником можно помещать в не обсаженное отверстие в содержащем углеводороды пласте. Помещение нагревателя с изолированным проводником в необсаженное отверстие в содержащем углеводороды пласте может обеспечивать передачу тепла от нагревателя в пласт с помощью излучения, а также проводимости. Использование необсаженного отверстия может облегчать извлечение, при необходимости, нагревателя из скважины. Использование необсаженного отверстия может значительно сокращать стоимость нагревания за счет устранения необходимости в части обсадной трубы, способной выдерживать условия высокой температуры. В некоторых вариантах выполнения нагревателя нагреватель с изолированным проводником можно помещать внутри обсадной трубы в пласте; его можно цементировать внутри пласта или же можно упаковывать в отверстии песком, гравием или другим наполнительным материалом. Нагреватель с изолированным проводником может опираться на опорный элемент, расположенный внутри отверстия. Опорный элемент может быть кабелем, стержнем или каналом (например, трубой). Опорный элемент может быть выполнен из металла, керамики, неорганического материала или их комбинаций. Части опорного элемента могут быть открыты для флюидов пласта и тепла во время использования, так что опорный элемент может быть химически устойчивым и теплоустойчивым.
Хомуты, точечная сварка и другие типы соединений можно использовать для соединения нагревателя с изолированным проводником с опорным элементом в различных местах вдоль длины нагревателя с изолированным проводником. Опорный элемент может быть прикреплен к устью скважины на верхней поверхности пласта. В одном варианте выполнения нагревателя с изолированным проводником нагреватель с изолированным проводником выполнен с достаточной структурной прочностью, так что отпадает необходимость в опорном элементе. Во многих случаях нагреватель с изолированным проводником имеет некоторую гибкость для исключения повреждения вследствие теплового расширения во время нагревания или охлаждения.
В некоторых вариантах выполнения нагреватели с изолированным проводником могут быть расположены в скважинах без опорных элементов и/или центраторов. Нагреватель с изолированным проводником без опорных элементов и/или центраторов может иметь подходящую комбинацию температурной и коррозионной стойкости, прочности на ползучесть, длину, толщину (диаметр) и металлический состав для исключения выхода из строя изолированного проводника во время использования.
Многие фирмы изготавливают нагреватели с изолированным проводником. В число таких изготовителей входят, но не ограничиваясь этим, фирмы MI Cable Technologies (Калгари, Альберта), Pyrotenax Cable Company (Трентон, Онтарио), Idaho Laboratories Corporation (Айдахо Фоллс, Айдахо) и Watlow (Сент-Луис, Монтана). Например, нагреватель с изолированным проводником можно заказать в фирме Idaho Laboratories как кабель модели 355-А90-310- "Н"30'/750'/30' с оболочкой Inconel 600 для Y-образной трехфазной конфигурации с холодными штырьками и соединенными на дне проводниками. Спецификация для нагревателя может включать также кабель на 1000 В переменного тока и для температуры до 1400°F. Обозначение 355 определяет наружный диаметр кабеля (0,355 дюйма); А90 указывает материал проводника; 310 указывает сплав оболочки в зоне нагревания (SS310); "Н" обозначает смесь MgO; и 30'/750'/30' обозначает зону нагревания длиной 230 м с верхом с холодными штырьками и низом, имеющими длину около 9 м. Аналогичный номер части с той же спецификацией с использованием кабеля MgO стандартной чистоты можно заказать в фирме Pyrotenax Cable Company.
Один или более нагревателей с изолированным проводником можно размещать внутри отверстия в пласте для образования нагревателя или нагревателей. Электрический ток можно пропускать через каждый нагреватель с изолированным проводником в отверстии для нагревания пласта. В качестве альтернативного решения электрический ток можно пропускать через выбранные нагреватели с изолированным проводником в отверстии. Не используемые проводники могут быть запасными нагревателями. Нагреватели с изолированным проводником могут быть электрически соединены с источником энергии любым обычным образом. Каждый конец нагревателя с изолированным проводником может быть соединен с подводящим кабелем, который проходит через устье скважины. Такая конфигурация обычно имеет изгиб на 180° (изгиб в виде шпильки для волос) или поворот, расположенный у дна нагревателя. Нагреватель с изолированным проводником, который включает изгиб или поворот на 180° не требует нижнего окончания, однако изгиб или поворот на 180° может означать электрическое и/или структурное ослабление нагревателя. Нагреватели с изолированным проводником можно электрически соединять друг с другом последовательно, параллельно или комбинированно последовательно и параллельно. В некоторых вариантах выполнения нагревателей электрический ток можно пропускать через проводник нагревателя с изолированным проводником и возвращать через оболочку нагревателя с изолированным проводником.
В варианте выполнения нагревателя, показанном на фиг.4, три нагревателя 140 электрически соединены с трехфазной Y-образной конфигурацией с источником питания. Источник питания может подавать переменный ток с частотой 60 Гц в электрические проводники. Для нагревателей с изолированным проводником может не требоваться соединения на дне. В качестве альтернативного решения все три проводника трехфазного контура могут быть соединены друг с другом вблизи дна отверстия нагревателя. Соединение может быть выполнено непосредственно на концах нагревательных секций нагревателей с изолированным проводником или на концах холодных штырьков, соединенных с нагревательными секциями, у дна нагревателей с изолированным проводником. Нижние соединения могут быть выполнены с помощью заполненных изолятором и герметизированных корпусов или заполненных эпоксидной смолой корпусов. Изолятор может иметь тот же состав, что и изолятор, используемый для электрической изоляции.
Три нагревателя с изолированным проводником, показанные на фиг.4, могут быть соединены с опорным элементом 142 с использованием центраторов 144. В качестве альтернативного решения три нагревателя с изолированным проводником могут быть прикреплены непосредственно к опорной трубе с использованием металлических хомутов. Центраторы 144 могут удерживать положение или воспрещать перемещения нагревателей 140 с изолированным проводником на опорных элементах 142. Центраторы 144 могут быть выполнены из металла, керамики или их комбинаций. Металл может быть нержавеющей сталью или любым другим типом металла, способным выдерживать коррозийные и горячие условия. В некоторых вариантах выполнения центраторы 144 могут быть изогнутыми металлическими полосами, приваренными к опорному элементу на расстоянии менее около 6 м друг от друга. Керамика, используемая в центраторах 144, может быть, но не ограничиваясь этим, Al2О3, MgO или другим изолятором. Центраторы 144 могут удерживать положение нагревателей 140 с изолированным проводником на опорных элементах 142, так что воспрещается перемещение нагревателей с изолированным проводником при рабочих температурах нагревателей с изолированным проводником. Нагреватели 140 с изолированным проводником могут быть также несколько гибкими для выдерживания расширения опорного элемента 142 во время нагревания.
Опорный элемент 142, нагреватель 140 с изолированным проводником и центраторы 144 могут быть расположены в отверстии 114 в углеводородном слое 116. Нагреватели 140 с изолированным проводником могут быть соединены с нижним соединением 146 проводников с использованием переходного проводника 148 с холодными штырьками. Нижнее соединение 146 проводников может электрически соединять друг с другом нагреватели 140 с изолированным проводником. Нижнее соединение 146 проводников может включать материалы, которые являются электрически проводящими и не плавятся при температурах, имеющихся в отверстии 114. Переходный проводник 148 с холодными штырьками может быть нагревателем с изолированным проводником, имеющим более низкое электрическое сопротивление, чем нагреватель 140 с изолированным проводником.
Подводящий проводник 150 может быть соединен с устьем 152 скважины для подачи электрической энергии в нагреватель 140 с изолированным проводником. Подводящий проводник 150 может быть изготовлен из проводника с относительно небольшим электрическим сопротивлением, так что при прохождении электрического тока через подводящий проводник 150 образуется относительно мало тепла. В некоторых вариантах выполнения подводящий проводник 150 является многожильным медным кабелем с резиновой или полимерной изоляцией. В некоторых вариантах выполнения подводящий проводник 150 может быть проводником с минеральной изоляцией и медным сердечником. Подводящий проводник 150 может быть соединен с устьем 152 скважины на поверхности 130 через уплотнительный фланец, расположенный между покрывающим слоем 128 и поверхностью 130. Уплотнительный фланец может воспрещать выход флюида из отверстия 114 на поверхность 130.
В некоторых вариантах выполнения усиливающий материал 154 может защищать обсадную трубу 156 в покрывающем слое от покрывающего слоя 128. В одном варианте выполнения обсадная труба в покрывающем слое является трубой диаметром 7,6 см (3 дюйма) технологического режима 40. Усиливающий материал 154 может включать, например, портландцемент класса G и Н, смешанный с порошком из диоксида кремния для улучшения высокотемпературных характеристик, шлаком или порошком из диоксида кремния и/или их смесью (например, 1,58 г на кубический сантиметр шлака/порошка диоксида кремния). В некоторых вариантах выполнения нагревателя усиливающий материал 154 проходит в радиальном направлении с шириной от около 5 см до около 25 см. В некоторых вариантах выполнения усиливающий материал 154 может проходить в радиальном направлении с шириной от около 10 см до около 15 см.
В некоторых вариантах выполнения один или более каналов могут быть предусмотрены для подачи дополнительных элементов (например, азота, диоксида углерода, восстанавливающих реагентов, таких как газ, содержащий водород, и т.д.) в отверстия пласта с целью выпуска флюидов и/или для управления давлением. Давления пласта обычно являются максимальными вблизи источников тепла. Использование оборудования для управления давлением в нагревателях может быть полезным. В некоторых вариантах выполнения добавление восстанавливающего реактива вблизи источника тепла помогает в обеспечении более благоприятных условий пиролиза (например, большего парциального давления водорода). Поскольку проницаемость и пористость имеют тенденцию к более быстрому увеличению вблизи источника тепла, то часто является оптимальным добавление восстанавливающего реактива вблизи источника тепла, так чтобы восстанавливающий реактив мог проще перемещаться в пласт.
Канал 158, показанный на фиг.4, может быть предусмотрен для добавления газа из источника 160 газа через клапан 162 и в отверстие 114. Канал 158 и клапан 164 можно использовать в разное время для стравливания давления и/или управления давлением вблизи отверстия 114. Следует отметить, что любой из указанных источников тепла может быть также снабжен каналами для подачи дополнительных компонентов выпуска флюидов и/или управления давлением.
Как показано на фиг.4, опорный элемент 142 и подводящий проводник 150 могут быть соединены с устьем 152 скважины на поверхности 130 пласта. Поверхностный проводник 166 может охватывать усиливающий материал 150 и соединяться с устьем 152 скважины. Варианты выполнения поверхностного проводника 166 могут иметь наружный диаметр около 22 см. Варианты выполнения поверхностных проводников могут проходить на глубину от примерно 3 м до примерно 515 м в отверстие в пласте. В качестве альтернативного решения поверхностный проводник может проходить на глубину примерно 9 м в отверстие. Электрический ток можно подавать из источника питания в нагреватель 140 с изолированным проводником для генерирования тепла. Например, можно подавать напряжение около 330 В и ток около 266 А в нагреватель 140 с изолированным проводником для генерирования около 1150 Вт/м в нагревателе 140 с изолированным проводником. Тепло, генерированное тремя нагревателями 140 с изолированным проводником, может передаваться (например, посредством излучения) внутри отверстия 114 для нагревания, по меньшей мере, части углеводородного слоя 116.
Тепло, генерированное нагревателем с изолированным проводником, может нагревать, по меньшей мере, часть содержащего углеводороды пласта. В некоторых вариантах выполнения тепло может передаваться в пласт по существу посредством излучения генерированного тепла в пласт. Некоторое количество тепла может передаваться посредством проводимости или конвекции тепла за счет газов, присутствующих в отверстии. Отверстие может быть необсаженным отверстием. Необсаженное отверстие устраняет расходы, связанные с тепловым присоединением нагревателя к пласту, расходы, связанные с обсадной трубой, и/или расходы, связанные с упаковкой нагревателя внутри отверстия. Дополнительно к этому перенос тепла за счет излучения является обычно более эффективным, чем за счет проводимости, так что нагреватели могут работать с более низкой температурой в открытой скважине. Перенос тепла за счет проводимости во время начальной работы нагревателя можно увеличить за счет добавки газа в отверстие. Давление газа можно поддерживать на уровне до около 27 бар (абсолютное значение). Газ может включать, но не ограничиваясь этим, диоксид углерода и/или гелий. Нагреватель с изолированным проводником в открытой скважине может предпочтительно свободно расширяться или сжиматься в соответствии с тепловым расширением и сжатием. Нагреватель с изолированным проводником можно предпочтительно удалять или передислоцировать из открытой скважины.
В одном варианте выполнения нагреватель с изолированным проводником может быть установлен с использованием намоточного узла. Можно использовать более одного намоточного узла для одновременной установки как изолированного проводника, так и опорного элемента. В патенте США № 4572299, выданном Ван Эгмонду и др., описано разматывание электрического нагревателя в скважину. В качестве альтернативного решения опорный элемент можно устанавливать с использованием блока смотанной трубы. Технология сматывания труб описана в патентах РСТ № WO/0043630 и WO/0043631. Нагреватели можно сматывать и соединять с опорным элементом при введении опорного элемента в скважину. Нагреватель и опорный элемент можно сматывать с намоточных узлов. К опорному элементу и нагревателю можно прикреплять распорки по длине опорного элемента. Дополнительные намоточные узлы можно использовать для дополнительных электрических нагревательных элементов.
В одном варианте выполнения внутрипластового процесса конверсии нагреватель можно устанавливать в по существу горизонтальной скважине. Установка нагревателя в скважине (вертикальной или горизонтальной) может включать расположение одного или более нагревателей (например, трех нагревателей с изолированным минералом проводником) внутри канала. На фиг.5 показан вариант выполнения части трех нагревателей 140 с изолированным проводником, расположенных внутри канала 168. Нагреватели 140 с изолированным проводником могут быть расположены на расстоянии друг от друга внутри канала 168 с использованием распорок 170 для расположения нагревателя с изолированным проводником внутри канала.
Канал может быть намотан на катушку. Катушка может быть расположена на транспортировочной платформе, такой как кузов тягача или другая платформа, которую можно транспортировать к скважине. Канал можно сматывать с катушки у скважины и вводить в скважину для установки нагревателя внутри скважины. На конце смотанного канала может быть расположена приваренная чаша. Приваренная чаша может быть расположена на конце канала, который вводится сначала в скважину. Канал обеспечивает простую установку нагревателя в скважину. Канал может также обеспечивать опору для нагревателя.
Установка смотанных труб может уменьшить число сварных и/или резьбовых соединений по длине обсадной трубы. Сварные и/или резьбовые соединения можно подвергать предварительному испытанию на целостность (например, с помощью гидравлического испытания). Намотанные трубы предлагаются фирмами Quality Tubing, Inc. (Хьюстон, Техас) и Precision Tubing (Хьюстон, Техас) и другими производителями. Намотанные трубы предлагаются с различными размерами и из различных материалов. Размеры намотанных труб могут быть в диапазоне от около 2,5 см (1 дюйм) до около 15 см (6 дюймов). Намотанные трубы предлагаются из различных металлов, включая углеродистую сталь. Намотанные трубы могут быть намотаны на барабаны большого диаметра. Барабан может опираться на блок для сматывания труб. Подходящие блоки для сматывания труб предлагаются фирмами Halliburton (Дункан, Оклахома), Fleet Cementers, Inc. (Циско, Техас) и Coiled Tubing Solutions, Inc. (Истлэнд, Техас). Намотанные трубы можно сматывать с барабана, пропускать через распрямитель и вводить в скважину. Скважинная чаша может быть прикреплена (например, приварена) к одному концу намотанной трубы перед введением намотанной трубы в скважину. После введения намотанную трубу можно отрезать от трубы, намотанной на барабан.
На фиг.6 показан вариант выполнения нагревателя типа проводник в канале, который может нагревать содержащий углеводороды пласт. Проводник 174 может быть расположен в канале 176. Проводник 174 может быть стержнем или каналом из электрически проводящего материала. На обоих концах проводника 174 могут иметься секции 178 низкого сопротивления для генерирования меньшего количества тепла в этих секциях. Секция 178 низкого сопротивления может быть выполнена с большей площадью поперечного сечения проводника 174 в этой секции или же секции могут быть выполнены из материала, имеющего меньшее сопротивление. В некоторых вариантах выполнения секция 178 низкого сопротивления включает проводник низкого сопротивления, соединенный с проводником 174. В некоторых вариантах выполнения нагревателей проводники 174 могут быть стержнями из нержавеющей стали 316, 304 или 310 с диаметром около 2,8 см. В некоторых вариантах выполнения нагревателей проводники являются трубками из нержавеющей стали 316, 304 или 310 с диаметрами около 2,5 см. Можно использовать стержни и трубки с большими или меньшими диаметрами для обеспечения желаемого нагревания пласта. Диаметр и/или толщину стенки проводника 174 можно изменять вдоль длины проводника для обеспечения различных скоростей нагревания в разных частях проводника.
Канал 176 может быть выполнен из электрически проводящего материала. Например, канал 176 может быть трубой режима 40 с диаметром 7,6 см, изготовленной из нержавеющей стали 316, 304 или 310. Канал 176 может быть расположен в отверстии 114 в углеводородном слое 116. Отверстие 114 имеет диаметр, обеспечивающий размещение канала 176. Диаметр отверстия может составлять от около 10 см до около 13 см. Большие или меньшие диаметры отверстий можно использовать для размещения особых каналов или конструкций.
Проводник 174 может быть расположен по центру канала 176 с помощью центраторов 180. Центратор 180 может электрически изолировать проводник 174 от канала 176. Центратор 180 может воспрещать перемещения и правильно располагать проводник 174 внутри канала 176. Центратор 180 может быть выполнен из керамического материала или комбинации керамического и металлического материалов. Центраторы 180 могут воспрещать деформацию проводника 174 в канале 176. Центраторы могут быть расположены на расстоянии друг от друга между примерно 0,5 м и примерно 3 м вдоль проводника 174.
Вторая секция 178 низкого сопротивления проводника 174 может соединять проводник 174 с устьем 152 скважины, как показано на фиг.6. Электрический ток можно подавать в проводник 174 из питающего кабеля 184 через секцию 178 низкого сопротивления проводника 174. Электрический ток может проходить из проводника 174 через ползунок 188 в канал 176. Канал 176 может быть электрически изолированным от обсадной трубы 156 покрывающего слоя и от устья 156 скважины для возврата электрического тока в питающий кабель 184. Тепло может генерироваться в проводнике 174 и канале 176. Генерированное тепло может излучаться внутри канала 176 и отверстия 114 для нагревания, по меньшей мере, части углеводородного слоя 116. Например, в проводник 174 и канал 176 нагреваемой секции длиной 229 м (750 футов) можно подавать напряжение около 330 В и ток около 795 А для генерирования около 1150 Вт/м проводника 174 и канала 176.
В покрывающем слое 128 может быть расположена обсадная труба 156 покрывающего слоя. Обсадная труба 156 покрывающего слоя может быть в некоторых вариантах выполнения окружена материалами, которые воспрещают нагревание покрывающего слоя. В обсадной трубе 156 покрывающего слоя может быть расположена секция 178 низкого сопротивления проводника 174. Секция 178 низкого сопротивления проводника 174 может быть выполнена, например, из углеродистой стали. Секция 178 низкого сопротивления может иметь диаметр между около 2 см и около 5 см или же, например, диаметр около 4 см. Секция 178 низкого сопротивления проводника 174 может быть расположена по центру обсадной трубы покрывающего слоя с использованием центраторов 180. Центраторы 180 могут быть расположены с интервалами от примерно 6 м до примерно 12 м или же, например, примерно 9 м вдоль секции 178 низкого сопротивления проводника 174. В одном варианте выполнения нагревателя секция 178 низкого сопротивления проводника 174 соединена с проводником одним или более местом сварки. В других вариантах выполнения нагревателя секция 178 низкого сопротивления может генерировать немного и/или не генерировать тепла в обсадной трубе 156 покрывающего слоя. Между обсадной трубой 156 покрывающего слоя и отверстием 114 может быть расположен упаковочный материал 126. Упаковочный материал 126 может воспрещать прохождение флюидов из отверстия 114 к поверхности 130.
В одном варианте выполнения нагревателя, обсадная труба 156 покрывающего слоя является трубой из нержавеющей стали режима 40 с диаметром 7,6 см. В некоторых вариантах выполнения обсадная труба 156 покрывающего слоя может быть зацементирована в покрывающем слое. Усиливающий материал 154 может быть шлаком или порошком диоксида кремния, или их смесью (например, около 1,58 г на кубический сантиметр шлака/порошка диоксида кремния). Усиливающий материал 154 может проходить в радиальном направлении с шириной от около 5 см до около 25 см. Усиливающий материал 154 может быть также выполнен из материала, выполненного с возможностью воспрещения прохождения тепла в покрывающий слой 128. В других вариантах выполнения нагревателя обсадная труба 156 покрывающего слоя может быть не зацементирована в пласт. Наличие не цементированной обсадной трубы покрывающего слоя может облегчать извлечение канала 176, если возникнет необходимость удаления.
Поверхностный проводник 166 может соединяться с устьем 152 скважины. Поверхностный проводник 166 может иметь диаметр от около 10 см до около 30 см или же в некоторых вариантах выполнения диаметр около 22 см. Электрически изолирующие уплотнительные фланцы могут механически соединять секцию 178 низкого сопротивления проводника 174 с устьем 152 скважины и электрически соединять секцию 178 низкого сопротивления с питающим кабелем 184. Электрически изолирующие уплотнительные фланцы могут соединять питающий кабель 184 с устьем 152 скважины. Например, питающий кабель 184 может быть медным кабелем, проводом или другим удлиненным элементом. Питающий кабель 184 может включать любые материалы, имеющие по существу низкое сопротивление. Питающий кабель можно соединять с помощью зажима с нижней частью секции низкого сопротивления проводника для выполнения электрического контакта.
В одном варианте выполнения тепло может генерироваться в канале 176 или с помощью него. От около 10% до около 30% или же, например, около 20% полного тепла, генерируемого нагревателем, может генерироваться в канале 176 или с помощью него. Как проводник 174, так и канал 176 могут быть выполнены из нержавеющей стали. Размеры проводника 174 и канала 176 можно выбирать так, чтобы проводник мог рассеивать тепло в диапазоне от примерно 650 Вт/м до 1650 Вт/м. Температура в канале 176 может составлять от примерно 480°С до примерно 815°С, а температура проводника 174 может составлять примерно от 500°С до 840°С. По существу равномерное нагревание содержащего углеводороды пласта можно обеспечивать вдоль проводника 176 длиной более 300 м и даже более 600 м.
Может быть предусмотрен канал 186 для добавления газа из источника 160 газа через клапан 162 в отверстие 114. В усиливающем материале 154 предусмотрено отверстие для обеспечения прохождения газа в отверстие 114. Канал 186 и клапан 164 можно использовать в различное время для стравливания давления и/или управления давлением вблизи отверстия 114. Следует отметить, что любой из описанных здесь источников тепла может быть снабжен каналами для подачи дополнительных компонентов, выпуска флюидов и/или управления давлением.
На фиг.7 показан разрез одного варианта выполнения сменного нагревателя типа проводник в канале. Канал 176 может быть размещен в отверстии 114 через покрывающий слой 128, так чтобы оставался зазор между каналом и обсадной трубой 156 покрывающего слоя. Флюиды можно удалять из отверстия 114 через зазор между каналом 176 и обсадной трубой 156 покрывающего слоя. Флюиды можно удалять из зазора через канал 186. Канал 176 и компоненты нагревателя, содержащиеся внутри канала, которые соединены с устьем 152 скважины, можно удалять из отверстия 114 как единый блок. Нагреватель можно извлекать как единый блок для ремонта, замены и/или использования в другой части пласта.
В некоторых вариантах выполнения части нагревателя типа проводник в канале можно перемещать или удалять для регулирования части пласта, который нагревается нагревателем. Например, в горизонтальной скважине нагреватель типа проводник в канале может первоначально иметь длину, равную длине отверстия в пласте. По мере добычи продукта из пласта, нагреватель типа проводник в канале можно перемещать так, чтобы он располагался дальше от конца отверстия в пласте. Тепло можно подавать в различные части пласта посредством регулирования местоположения нагревателя. В некоторых вариантах выполнения один конец нагревателя может быть соединен с механизмом герметизации (например, механизмом упаковки или механизмом закрывания) для герметизации перфорации во вкладыше или в обсадной трубе. Механизм герметизации может воспрещать нежелательную добычу флюида из частей нагревательной скважины, из которых удален нагреватель типа проводник в канале.
На фиг.8 показан вариант выполнения устья скважины. Устье 152 скважины может быть соединено с электрической соединительной коробкой 190 с помощью фланца 192 или любого другого подходящего механического устройства. Электрическая соединительная коробка 190 может управлять мощностью (током и напряжением), подаваемой в электрический нагреватель. Источник 194 питания может быть включен в электрическую соединительную коробку 190. В одном варианте выполнения нагревателя электрический нагреватель является нагревателем типа проводник в канале. Фланец 192 может содержать нержавеющую сталь или любой другой подходящий для герметизации материал. Проводник 196 может электрически соединять канал 176 с источником 194 питания. В некоторых вариантах выполнения источник 194 питания может быть расположен вне устья 152 скважины и в этом случае источник питания соединен с устьем скважины питающим кабелем 184, как показано на фиг.6. С источником 194 питания может быть соединена секция 178 низкого сопротивления. Сжимаемое уплотнение 198 может герметизировать проводник 196 на внутренней поверхности электрической соединительной коробки 190.
Фланец 192 может быть герметизирован с помощью металлического кольца 200 круглого сечения. Канал 202 может соединять фланец 192 с фланцем 214. Фланец 214 может соединяться с обсадной трубой покрывающего слоя. Фланец 214 может быть герметизирован с помощью кольца 204 круглого сечения (например, металлического кольца круглого сечения или стального кольца круглого сечения). Секция 178 низкого сопротивления проводника может соединяться с электрической соединительной коробкой 190. Секция 178 низкого сопротивления может проходить через фланец 192. Секция 178 низкого сопротивления может быть герметизирована во фланце 192 с помощью узла 218 круглого сечения. Узел 218 выполнен с возможностью изолирования секции 178 низкого сопротивления от фланца 192 и фланца 214 и может быть герметизирован с помощью металлического кольца 200 круглого сечения. Сжимаемое уплотнение 198 может быть выполнено с возможностью электрической изоляции проводника 196 от фланца 192 и соединительной коробки 190. Центраторы 180 могут соединяться с секцией 178 низкого сопротивления. С фланцем 220 термопар могут быть соединены термопары 208 с помощью проводников 206 и провода 210. Термопары 208 могут быть заключены в электрически изолированную оболочку (например, металлическую оболочку). Термопары 208 могут быть герметизированы во фланце 220 для термопар с помощью сжимаемых уплотнений 212. Термопары 208 можно использовать для мониторинга температур в нагреваемой части скважины. В некоторых вариантах выполнения через устье 152 скважины можно удалять флюиды (например, пары). Например, флюиды из наружного канала 176 можно удалять через фланец 222 или же можно удалять флюиды внутри канала через фланец 224.
На фиг.9 показан вариант выполнения нагревателя типа проводник в канале, расположенного по существу горизонтально внутри углеводородного слоя 116. Нагреваемая секция 226 может быть расположена по существу горизонтально внутри углеводородного слоя 116. Обсадная труба 238 нагревателя может быть расположена внутри углеводородного слоя 116. Обсадная труба 238 нагревателя может быть выполнена из устойчивого к коррозии, относительно жесткого материала (например, нержавеющей стали 304). Обсадная труба 238 может быть соединена с обсадной трубой 156 покрывающего слоя. Обсадная труба 156 покрывающего слоя может содержать такие материалы, как углеродистая сталь. В одном варианте выполнения обсадная труба 156 покрывающего слоя и обсадная труба 238 нагревателя имеют диаметр около 15 см. На одном конце обсадной трубы 238 может быть расположен механизм 246 расширения для согласования с тепловым расширением канала во время нагревания и/или охлаждения.
Для установки обсадной трубы 238 нагревателя по существу горизонтально внутри углеводородного слоя 116 обсадная труба 156 покрывающего слоя может изгибаться от вертикального направления в покрывающем слое 128 в горизонтальное направление внутри углеводородного слоя 116. Изогнутая скважина может быть образована во время бурения скважины в пласте. В изогнутую скважину могут быть установлены обсадная труба 238 нагревателя и обсадная труба 156 покрывающего слоя. Радиус кривизны изогнутой скважины может определяться свойствами бурения в покрывающем слое и в пласте. Например, радиус кривизны может быть около 200 м от точки 234 до точки 248.
Канал 176 может быть расположен внутри обсадной трубы 238 нагревателя. В некоторых вариантах выполнения канал 176 может быть выполнен из стойкого к коррозии материала (например, нержавеющей стали 304). Канал 176 можно нагревать до высокой температуры. Канал 176 может быть также открыт для горячих флюидов пласта. Канал 176 может быть обработан для обеспечения высокой излучательной способности. Канал 176 может иметь верхнюю секцию 230. В некоторых вариантах выполнения верхняя секция может быть выполнена из менее устойчивого к коррозии материала, чем другие части канала 176 (например, из углеродистой стали). Большая часть верхней секции 230 может быть расположена в покрывающем слое 128 пласта. На верхнюю секцию 230 могут воздействовать температуры, такие же, как и температура канала 176. В одном варианте выполнения канал 176 и верхняя секция 230 имеют диаметр около 7,6 см.
Проводник 174 может быть размещен в канале 176. Часть канала, расположенная вблизи проводника 174, может быть выполнена из металла, который имеет желаемые электрические свойства, излучательную способность, сопротивление ползучести и стойкость к коррозии при высоких температурах. Проводник 174 может включать, но не ограничиваясь этим, нержавеющую сталь 310, нержавеющую сталь 304, нержавеющую сталь 316, нержавеющую сталь 347 и/или другие стальные и нестальные сплавы. Проводник 174 может иметь диаметр около 3 см, однако диаметр проводника 174 может изменяться в зависимости, но не ограничиваясь этим, требований к нагреванию и требований к мощности. Проводник 174 может быть расположен в канале 176 с использованием одного или более центраторов 180. Центраторы 180 могут быть керамическими или комбинацией из керамики и металла. Центраторы 180 могут воспрещать вхождение проводника 174 в соприкосновение с каналом 176. В некоторых вариантах выполнения центраторы 180 могут быть соединены с проводником 174. В других вариантах выполнения центраторы могут быть соединены с каналом 176. Проводник 174 может быть электрически соединен с каналом 176 с использованием ползунка 188.
Проводник 174 может быть соединен с переходным проводником 236. Переходной проводник 236 можно использовать в качестве электрического перехода между подводящим проводником 232 и проводником 174. В одном варианте выполнения переходной проводник 236 может быть выполнен из углеродистой стали. Переходной проводник 236 может быть соединен с подводящим проводником 232 с помощью электрического соединителя 242. На фиг.10 показан в увеличенном масштабе один вариант выполнения соединения переходного проводника 236, электрического соединителя 242, изолятора 240 и подводящего проводника 232. Подводящий проводник 232 может включать один или более проводников (например, три проводника). В некоторых вариантах выполнения один или более проводников могут быть изолированными медными проводниками (например, медным кабелем с резиновой изоляцией). В некоторых вариантах выполнения один или более проводников могут быть изолированным или не изолированным многожильным медным кабелем. Как показано на фиг.10, изолятор 240 может быть расположен внутри подводящего проводника 232. Изолятор 240 может включать электрически изолирующие материалы, такие как стекловолокно. Изолятор 240 может соединять электрический соединитель 242 с опорой 228 нагревателя, как показано на фиг.9. В одном варианте выполнения электрический ток может проходить от источника питания через подводящий проводник 232, через переходной проводник 236 в проводник 174 и возвращаться через канал 176 и верхнюю секцию 230.
Как показано на фиг.9, опора 228 нагревателя может включать опору, которая используется для установки нагревательной секции 226 в углеводородный слой 116. Например, опора 228 нагревателя может быть насосной штангой, которая вводится через покрывающий слой 128 с земной поверхности. Насосная штанга может включать одну или более частей, которые могут быть соединены друг с другом на поверхности при введении штанги в пласт. В некоторых вариантах выполнения опора 228 нагревателя является единой деталью, собранной в сборочном цехе. Введение опоры 228 нагревателя в пласт может приводить к толканию нагревательной секции 226 в пласт.
Обсадная труба 156 покрывающего слоя может поддерживаться внутри покрывающего слоя 128 с использованием усиливающего материала 154. Усиливающий материал может включать цемент (например, портландцемент). Поверхностный проводник 166 может окружать усиливающий материал 154 и обсадную трубу 156 покрывающего слоя в части покрывающего слоя 128 вблизи земной поверхности. Поверхностный проводник 166 может включать поверхностную обсадную трубу.
На фиг.11 показан альтернативный вариант выполнения нагревателя типа проводник в канале, расположенного по существу горизонтально внутри пласта. В одном варианте выполнения опора 228 нагревателя может быть проводником низкого сопротивления (например, секцией 178 низкого сопротивления, показанной на фиг.6). Опора 228 нагревателя может включать углеродистую сталь или другие электрически проводящие материалы. Опора 228 нагревателя может быть электрически соединена с переходным проводником 236 и проводником 174.
В некоторых вариантах выполнения нагреватель может быть расположен внутри необсаженной скважины в содержащем углеводороды пласте. На фиг.12 схематично показан вариант выполнения нагревателя типа проводник в канале, расположенного по существу горизонтально внутри необсаженной скважины в пласте. Нагревательная часть 226 может быть расположена внутри отверстия 114 в углеводородном слое 116. В некоторых вариантах выполнения опора 228 нагревателя может быть проводником низкого сопротивления (например, секцией 178 низкого сопротивления, показанной на фиг.6). Опора 228 нагревателя может быть электрически соединена с переходным проводником 236 и проводником 174. На фиг.13 показан альтернативный вариант выполнения нагревателя типа проводник в канале, показанного на фиг.12. В некоторых вариантах выполнения в отверстии 114 может быть расположена перфорированная обсадная труба 250, как показано на фиг.13. В некоторых вариантах выполнения центраторы 180 можно использовать для опоры обсадной трубы 250 внутри отверстия 114.
В других вариантах выполнения нагревателя нагревательная секция 226, как показано на фиг.9, 11 и 12, может быть расположена в скважине с ориентацией, отличающейся от по существу горизонтальной, в углеводородном слое 116. Например, нагревательная секция 226 может быть расположена в углеводородном слое 116 под углом около 45° или по существу вертикально в пласте. Дополнительно к этому, элементы нагревателя, расположенные в покрывающем слое 128 (например, опора 228 нагревателя, обсадная труба 156 покрывающего слоя, верхняя секция 230 и т.д.), могут иметь ориентацию, отличную от по существу горизонтальной, внутри покрывающего слоя.
В некоторых вариантах выполнения нагревателя нагреватель может быть установлен в пласте с возможностью извлечения. Опору 228 нагревателя можно использовать для установки и/или извлечения нагревателя, включая нагревательную секцию 226, из пласта. Нагреватель можно извлекать для ремонта, замены и/или для использования нагревателя в другой скважине. Нагреватель можно использовать повторно в одном и том же пласте или в различным пластах. В некоторых вариантах выполнения нагреватель или часть нагревателя можно наматывать на каретке для наматывания труб и перемещать к другой скважине.
В некоторых вариантах выполнения нагревания содержащего углеводороды пласта, можно устанавливать в скважину или в скважину нагревания более одного нагревателя. Наличие более одного нагревателя в скважине обеспечивает возможность нагревания выбранной части или частей пласта с другой скоростью, чем другие части пласта. Наличие более одного нагревателя в скважине обеспечивает резервный нагреватель в скважине, если один или более нагревателей выйдут из строя. Наличие более одного нагревателя в скважине обеспечивает возможность создания равномерного температурного профиля вдоль желаемой части скважины. Наличие более одного нагревателя в скважине обеспечивает возможность быстрого нагревания углеводородного слоя или слоев с температуры окружения до температуры пиролиза. Более одного нагревателя могут включать аналогичные типы нагревателей или же могут включать различные типы нагревателей. Например, более одного нагревателя могут быть нагревателем в виде природной распределенной топки, нагревателем с изолированным проводником, нагревателем типа проводник в канале, нагревателем с удлиненным элементом, забойной камерой сгорания (например, забойной беспламенной камерой сгорания или забойной камерой сгорания и т.д.).
На фиг.14 показан вариант выполнения центратора 180, расположенного на проводнике 174. Диски 258 сохраняют положение центратора 180 относительно проводника 174. Диски 258 могут быть металлическими дисками, приваренными к проводнику 174. Диски 258 могут быть приварены к проводнику 174 прихваточным сварным швом. На фиг.15 показан на виде сверху вариант выполнения центратора. Центратор 180 может быть изготовлен из любого подходящего электрически изолирующего материала, способного выдерживать высокие напряжения при высоких температурах. Примеры таких материалов включают, но не ограничиваясь этим, оксид алюминия и/или Macor. Центратор 180 может электрически изолировать проводник 174 от канала 176, как показано на фиг.14 и 15.
Тепло можно генерировать внутри открытой скважины с помощью нагревателя типа проводник в канале. Генерированное тепло может нагревать посредством излучения часть содержащего углеводороды пласта вблизи нагревателя типа проводник в канале. В меньшей степени за счет проводимости газа может нагреваться часть пласта вблизи нагревателя типа проводник в канале. Использование открытой скважины сокращает расходы на обсадную трубу и упаковку, связанные с наполнением отверстия материалом для обеспечения переноса тепла за счет проводимости между изолированным проводником и пластом. Дополнительно к этому, перенос тепла за счет излучения может быть более эффективным, чем перенос тепла за счет проводимости в пласте, так что нагреватели могут работать при более низкой температуре при использовании переноса тепла за счет излучения. Работа при более низкой температуре продлевает срок службы нагревателя и/или уменьшает стоимость материала, необходимого для изготовления нагревателя.
Нагреватель типа проводник в канале может быть установлен в отверстии 114. В одном варианте выполнения нагреватель типа проводник в канале можно устанавливать в скважине секциями. Например, первая секция нагревателя типа проводник в канале может быть подвешена в скважине с помощью буровой установки. Секция может иметь длину около 12 м. Вторая секция (например, по существу той же длины) может быть соединена с первой секцией в скважине. Вторая секция может быть соединена с первой секцией с помощью сварки и/или с помощью резьбы, расположенной на первой и второй секциях. Орбитальная сварочная машина, расположенная у устья скважины может сваривать первую секцию с первой секцией. Первую секцию можно опускать в скважину с помощью буровой установки. Этот процесс можно повторять со следующими секциями, соединенными с предыдущими секциями, пока нагреватель заданной длины не будет размещен в скважине. В некоторых вариантах выполнения можно сваривать друг с другом три секции перед размещением в скважине. Места сварки можно выполнять и тестировать перед использованием буровой установки для прикрепления трех секций к колонне, уже размещенной в грунте. Три секции можно поднимать с помощью крана на буровую установку. Наличие уже сваренных трех секций сокращает время установки нагревателя.
Сборка нагревателя в месте, близком к пласту (например, на площадке пласта), может быть более экономичной, чем транспортировка предварительно сформированного нагревателя и/или каналов к углеводородному пласту. Например, сборка нагревателя на площадке пласта может уменьшать стоимость транспортировки собранных нагревателей на большие расстояния. Дополнительно к этому, нагреватели можно более просто собирать на площадке пласта при изменении длины и/или изменении материалов в соответствии со специальными требованиями для пласта. Например, часть нагревателя, подлежащая нагреванию, может быть выполнена из материала (например, нержавеющей стали 304 или другого высокотемпературного сплава), в то время как часть нагревателя в покрывающем слое может быть выполнена из углеродистой стали. Формирование нагревателя на площадке обеспечивает возможность выполнения нагревателя специально для отверстия в пласте, так что часть нагревателя в покрывающем слое может быть из углеродистой стали, а не из более дорогого теплостойкого сплава. Длину нагревателя можно изменять в соответствии с изменением глубины слоев пласта и свойств пласта. Например, пласт может иметь изменяющуюся толщину и/или может быть расположен под пересеченной местностью, неровной поверхностью и/или может быть покрывающим слоем с изменяющейся глубиной. Нагреватели с изменяющейся длиной и из различных материалов можно собирать на площадке с длиной, зависящей от глубины каждого отверстия в пласте.
На фиг.16 показан вариант выполнения сборки нагревателя типа проводник в канале и установки нагревателя в пласт. Нагреватель типа проводник в канале можно собирать в сборочном цехе 272. В некоторых вариантах выполнения нагреватель собирают из каналов, транспортируемых на площадку пласта. В других вариантах выполнения нагреватели можно изготавливать из запасов пластин, которые формируют в каналы в сборочном цехе. Преимущество формирования канала в сборочном цехе состоит в том, что поверхность пластин можно обрабатывать с помощью желаемого покрытия (например, покрытия, которое обеспечивает желаемую излучающую способность) или плакировки (например, медной плакировки) перед формированием канала, так чтобы обработанная поверхность была внутренней поверхностью канала. В некоторых вариантах выполнения части нагревателя могут быть сформированы из пластин в сборочном цехе, в то время как другие части нагревателя формируются из каналов, транспортируемых к площадке пласта.
Отдельный нагреватель 274 типа проводник в канале может содержать проводник 174 и канал 176, как показано на фиг.17. В одном варианте выполнения проводник 174 и канал 176 могут быть выполнены из нескольких секций, соединенных вместе. В одном варианте выполнения каждая секция является стандартной секцией трубы длиной 40 футов (12,2 м). Можно выполнять и/или использовать также секции другой длины. Дополнительно к этому, секции проводника 174 и/или канала 176 можно обрабатывать в сборочном цехе 272 перед, во время или после обработки. Секции можно обрабатывать, например, с целью повышения излучательной способности секций за счет придания шероховатости и/или оксидации секций.
Каждый нагреватель 274 типа проводник в канале можно собирать в сборочном цехе. Компоненты нагревателя 274 типа проводник в канале могут быть расположены на или внутри нагревателя 274 типа проводник в канале в сборочном цехе. Компоненты могут включать, но не ограничиваясь этим, один или более центраторов, секций низкого сопротивления, ползунки, изоляционные слои, плакировки или соединительные материалы.
Как показано на фиг.16, каждый отдельный нагреватель 274 типа проводник в канале можно соединять, по меньшей мере, с одним отдельным нагревателем 274 типа проводник в канале на соединительном участке 278 с целью формирования нагревателя 276 типа проводник в канале желаемой длины. Желаемая длина может быть, например, длиной нагревателя типа проводник в канале, необходимой для выбранного отверстия в пласте. В некоторых вариантах выполнения соединение отдельного нагревателя 274 типа проводник в канале, по меньшей мере, с одним дополнительным отдельным нагревателем 274 типа проводник в канале включает сварку отдельного нагревателя типа проводник в канале, по меньшей мере, с одним дополнительным отдельным нагревателем типа проводник в канале. В одном варианте выполнения сварка каждого отдельного нагревателя 274 типа проводник в канале с дополнительным отдельным нагревателем типа проводник в канале осуществляется посредством кузнечной сварки двух смежных секций друг с другом.
В некоторых вариантах выполнения секции сваренного нагревателя 276 типа проводник в канале желаемой длины размещаются на рабочем столе, удерживающем лотке или в отверстии в грунте, пока длина нагревателя не будет полной. Целостность сварного шва можно проверять по мере выполнения каждого сварного шва. Например, целостность сварного шва можно проверять с помощью методов испытания без разрушения, таких как рентгеновское испытание, акустическое испытание и/или электромагнитное испытание. После выполнения полной длины нагревателя 276 типа проводник в канале желаемой длины его можно наматывать на катушку 282 в направлении стрелки 284. Сматывание нагревателя 276 типа проводник в канале желаемой длины обеспечивает возможность более простой транспортировки к отверстию в пласте. Например, нагреватель 276 типа проводник в канале желаемой длины можно более просто транспортировать с помощью тягача или поезда к отверстию в пласте.
В некоторых вариантах выполнения комплект сваренных вместе нагревателей типа проводник в канале можно наматывать на катушку 282, в то время как другие секции формируются на соединительном участке 278. В некоторых вариантах выполнения сборочный цех может быть мобильным оборудованием (например, расположенным на одном или более тягачах или полуприцепах), которые можно перемещать к отверстию в пласте. После снабжения сваренного нагревателя типа проводник в канале общей длины компонентами (например, центраторами, покрытиями, плакировками, ползунками), нагреватель типа проводник в канале полной длины можно опускать в отверстие в пласте.
В некоторых вариантах выполнения нагреватель 274 типа проводник в канале желаемой длины можно испытывать на испытательном участке 280 перед сматыванием нагревателя. Испытательный участок 280 можно использовать для испытания всего нагревателя 276 типа проводник в канале желаемой длины или секций нагревателя типа проводник в канале желаемой длины. Испытательный участок 280 можно использовать для испытания выбранных свойств нагревателя 276 типа проводник в канале желаемой длины. Например, испытательный участок 280 можно использовать для тестирования свойств, таких как, но не ограничиваясь этим, электрическая проводимость, целостность сварных швов, теплопроводность, излучательная способность и механическая прочность. В одном варианте выполнения испытательный участок 280 используется для испытания целостности сварных швов с помощью технологии проверки сварных швов с использованием электромагнитного акустического излучения (ЕМАТ).
Нагреватель 276 типа проводник в канале желаемой длины можно наматывать на катушку 282 для транспортировки из сборочного цеха 272 к отверстию в пласте. В одном варианте выполнения сборочный цех 272 расположен на площадке пласта. Например, сборочный цех может быть частью поверхностного оборудования, используемого для обработки флюидов из пласта, или же может быть расположен вблизи пласта (например, на расстоянии менее около 10 км от пласта, в некоторых вариантах выполнения менее около 20 км или менее около 30 км). Другие типы нагревателей (например, нагреватели с изолированным проводником, нагреватели в виде природной распределенной топки) можно также собирать в сборочном цехе 272. Эти другие нагреватели можно также наматывать на катушку 282, транспортировать к отверстию в пласте и устанавливать в отверстие, как описано применительно к нагревателю 276 типа проводник в канале желаемой длины. В некоторых вариантах выполнения катушка 282 может быть частью буровой установки с намотанными трубами (например, нагревателя с изолированным проводником или нагревателя типа проводник в канале).
Транспортировка нагревателя 276 типа проводник в канале желаемой длины к отверстию в пласте представлена стрелкой 286 на фиг.16. Транспортировка нагревателя 276 типа проводник в канале желаемой длины может включать транспортировку нагревателя на платформе, прицепе, тележке тягача или поезда, или в блоке для наматывания труб. В некоторых вариантах выполнения на платформе может быть расположено более одного нагревателя. Каждый нагреватель можно устанавливать в отдельное отверстие в пласте. В одном варианте выполнения может быть проложена рельсовая система (например, для поезда) для транспортировки нагревателей от сборочного цеха 272 к каждому из отверстий в пласте. В некоторых случаях можно использовать систему подъема и перемещения, в которой рельсы для поезда после использования в одном месте поднимают и перемещают в другое место.
После транспортировки катушки 282 с нагревателем 276 типа проводник в канале желаемой длины к отверстию 114 нагреватель можно сматывать и устанавливать в отверстие в направлении стрелки 288. Нагреватель 276 типа проводник в канале желаемой длины можно сматывать с катушки 282, в то время как катушка находится на платформе тягача или поезда. В некоторых вариантах выполнения можно устанавливать одновременно более одного нагревателя 276 типа проводник в канале желаемой длины. В одном варианте выполнения более одного нагревателя можно устанавливать в одно отверстие 114. Катушку 282 можно использовать повторно для дополнительных нагревателей после установки нагревателя 276 типа проводник в канале желаемой длины. В некоторых вариантах выполнения катушку 282 можно использовать для удаления нагревателя 276 типа проводник в канале желаемой длины из отверстия. Нагреватель 276 типа проводник в канале желаемой длины можно снова наматывать на катушку 282 при удалении нагревателя из отверстия 114. После этого нагреватель 276 типа проводник в канале желаемой длины можно снова устанавливать с катушки 282 в отверстие 114 или транспортировать к другому отверстию в пласте и устанавливать в другое отверстие.
В некоторых вариантах выполнения нагреватель 276 типа проводник в канале желаемой длины или любой нагреватель (например, нагреватель с изолированным проводником или нагреватель в виде природной распределенной топки) можно устанавливать с возможностью удаления из отверстия 114. Нагреватель можно удалять для ремонта или замены, если нагреватель вышел из строя или сломался. В других случаях нагреватель можно удалять из отверстия и транспортировать для установки в другом отверстии в пласте (или в другом пласте) в последующее время. В еще одних случаях нагреватель можно удалять и заменять более дешевым нагревателем на более поздних стадиях нагревания. Возможность удаления, замены и/или передислокации нагревателя может быть предпочтительным для уменьшения стоимости оборудования и/или эксплуатации. Дополнительно к этому, возможность удаления и замены не эффективного нагревателя может исключить необходимость образования скважин в непосредственной близости от существующих скважин, которые имеют вышедшие из строя нагреватели в нагретом или нагреваемом пласте.
В некоторых вариантах выполнения в отверстие 114 может быть помещен канал желаемой длины перед размещением проводника желаемой длины. Проводник и канал желаемой длины можно собирать в сборочном цехе 272. Канал желаемой длины можно устанавливать в отверстие 114. После установки канала желаемой длины в отверстие 114 можно устанавливать проводник желаемой длины. В одном варианте выполнения канал и проводник желаемой длины наматывают на катушку в сборочном цехе 272 и сматывают с катушки для установки в отверстие 114. Компоненты (например, центраторы, ползунки и т.д.) можно размещать на проводнике или канале при установке проводника в канал и отверстие 114.
В некоторых вариантах выполнения центратор 180 может иметь, по меньшей мере, две части, соединенные друг с другом с образованием центратора (например, центратора с зажимной оболочкой). В одном варианте выполнения части размещаются на проводнике и соединяются друг с другом при установке проводника в канал или отверстие. Части можно соединять с помощью крепежных устройств, таких как, но не ограничиваясь этим, зажимы, болты, винты, защелки и/или клей. Части могут иметь такую форму, что первая часть входит во вторую часть. Например, один конец первой части может иметь слегка меньшую ширину, чем конец второй части, так, что оба конца располагаются друг над другом при соединении двух частей.
В некоторых вариантах выполнения секция низкого сопротивления соединяется с нагревателем 276 типа проводник в канале желаемой длины в сборочном цехе 272. В других вариантах выполнения секция низкого сопротивления соединяется с нагревателем 276 типа проводник в канале желаемой длины после установки нагревателя в отверстие 114. Секцию низкого сопротивления желаемой длины можно собирать в сборочном цехе 272. Собранный проводник низкого сопротивления можно наматывать на катушку. Собранный проводник низкого сопротивления можно сматывать с катушки и соединять с нагревателем 276 типа проводник в канале желаемой длины после установки нагревателя в отверстие 114. В другом варианте выполнения секция низкого сопротивления собирается при соединении проводника низкого сопротивления с нагревателем 276 типа проводник в канале желаемой длины и устанавливается в отверстие 114. Нагреватель 276 типа проводник в канале желаемой длины можно соединять с опорой после установки, так что секция низкого сопротивления соединяется с установленным нагревателем.
Сборка желаемой длины проводника низкого сопротивления может включать соединение отдельных нагревателей низкого сопротивления друг с другом. Отдельные проводники низкого сопротивления могут быть пластинчатыми проводниками, полученными от изготовителя. Отдельные проводники низкого сопротивления можно соединять с электрически проводящим материалом для понижения электрического сопротивления проводника низкого сопротивления. Электрически проводящий материал можно соединять с отдельным проводником низкого сопротивления перед сборкой желаемой длины проводника низкого сопротивления. В одном варианте выполнения отдельные проводники низкого сопротивления могут иметь резьбовые концы, которые соединяются друг с другом. В другом варианте выполнения проводники низкого сопротивления могут иметь такую форму, что один конец первого отдельного проводника низкого сопротивления входит в конец второго отдельного проводника низкого сопротивления. Например, один конец первого отдельного проводника низкого сопротивления может быть выполнен в виде гнезда, в то время как один конец второго отдельного проводника низкого сопротивления является выполненным в виде штыря концом.
В другом варианте выполнения нагреватель типа проводник в канале желаемой длины можно собирать у скважины (или отверстия) в пласте и устанавливать в скважину при сборке нагревателя типа проводник в канале. Отдельные проводники можно соединять для образования первой части проводника желаемой длины. Аналогичным образом можно соединять каналы для образования первой секции канала желаемой длины. Первые сформированные секции проводника и канала можно устанавливать в скважину. Первые сформированные секции проводника и канала можно электрически соединять на первом конце, который установлен в скважину. Первые секции проводника и канала можно в некоторых вариантах выполнения соединять по существу одновременно. Дополнительные секции проводника и/или канала можно формировать во время или после установки первых сформированных секций. Дополнительные секции проводника и/или канала можно соединять с первыми сформированными секциями проводника и/или канала и устанавливать в скважину. Центраторы или другие компоненты можно соединять с секциями проводника и/или канала и устанавливать с проводником и каналом в скважину.
В одном варианте выполнения удлиненный элемент может быть расположен внутри отверстия (например, открытой скважины) в содержащем углеводороды пласте. Отверстие может быть необсаженным отверстием в содержащем углеводороды пласте. Удлиненный элемент может быть отрезком металла (полосой) или любым другим удлиненным отрезком металла (например, стержнем). Удлиненный элемент может включать нержавеющую сталь. Удлиненный элемент может быть выполнен из материала, способного сопротивляться коррозии при высоких температурах внутри отверстия.
Удлиненный элемент может быть открытым металлическим нагревателем. «Открытый металл» относится к металлу, который не имеет слоя электрической изоляции, такой как минеральная изоляция, который обеспечивает электрическую изоляцию для металла внутри диапазона рабочих температур удлиненного элемента. Открытый металл может содержать металл, который включает ингибитор коррозии, такой как естественно возникающий оксидный слой, нанесенный оксидный слой и/или пленку. Открытый металл включает металл с полимерным или другим типом электрической изоляции, который не может сохранять изолирующие свойства при обычной рабочей температуре удлиненного элемента. Такой материал может быть помещен на металл и может термически разрушаться во время использования нагревателя.
Удлиненный элемент может иметь длину около 650 м. Большей длины можно достигнуть с использованием секций из более прочных сплавов, однако такие удлиненные элементы могут быть дорогими. В некоторых вариантах выполнения удлиненный элемент может опираться на плиту в скважине. Удлиненный элемент может включать секции из различных проводящих материалов, которые сварены друг с другом конец в конец. Можно использовать большое количество электрически проводящего сварочного материала для соединения отдельных секций друг с другом для увеличения прочности полученного элемента и для обеспечения пути прохождения электричества, который не приводит к образованию электрического дугового разряда и/или коррозии в сварных соединениях. В некоторых вариантах выполнения различные секции можно сваривать друг с другом с помощью кузнечной сварки. Различные проводящие материалы могут включать сплавы с высоким сопротивлением текучести. Секции из различных проводящих материалов могут иметь разные диаметры для обеспечения равномерного нагревания вдоль удлиненного элемента. Первый металл, который имеет более высокое сопротивление текучести, чем второй металл, обычно имеет более высокое удельное электрическое сопротивление, чем второй металл. Разница в удельных сопротивлениях позволяет секции с большей площадью поперечного сечения более стойкого к ползучести первого металла рассеивать то же количество тепла, что и секция с меньшей площадью поперечного сечения второго металла. Площади поперечного сечения двух разных металлов можно выбирать так, чтобы обеспечивалось по существу одинаковое количество рассеиваемого тепла в двух сваренных вместе секциях металлов. Проводящие материалы могут включать, но не ограничиваясь этим, Inconel 617, HR-120, нержавеющую сталь 316 и нержавеющую сталь 304. Например, удлиненный элемент может иметь секцию из Inconel 617 длиной 60 м, секцию из HR-120 длиной 60 м и секцию из нержавеющей стали 304 длиной 150 м. Дополнительно к этому, удлиненный элемент может иметь секцию низкого сопротивления, которая может проходить от устья скважины через покрывающий слой. Эта секция низкого сопротивления может уменьшать нагревание внутри пласта из устья скважины через покрывающий слой. Секция низкого сопротивления может быть результатом, например, выбора электрически проводящего материала и/или увеличения площади поперечного сечения, доступной для электрической проводимости.
В одном варианте выполнения нагревателя, опорный элемент может проходить через покрывающий слой и удлиненный элемент или элементы из открытого металла могут быть соединены с опорным элементом. Пластина, центратор или другой тип опорного элемента может быть расположен вблизи границы раздела между покрывающим слоем и углеводородным слоем. Кабель низкого сопротивления, такой как многожильный медный кабель, может проходить вдоль опорного элемента и может быть соединен с удлиненным элементом или элементами. Кабель низкого сопротивления может быть соединен с источником питания, который поставляет электрическую энергию в удлиненный элемент или элементы.
На фиг.18 показан вариант выполнения нескольких удлиненных элементов, которые могут нагревать содержащий углеводороды пласт. Два или более (например, четыре) удлиненных элементов 300 могут поддерживаться опорным элементом 304. Удлиненные элементы 300 могут быть соединены с опорным элементом 304 с использованием изолированных центраторов 302. Опорный элемент 304 может быть трубой или каналом. Опорный элемент 304 может быть также перфорированной трубой. Опорный элемент 304 может обеспечивать поток окислительного флюида в отверстие 114. Опорный элемент 304, удлиненные элементы 300 и изолированные центраторы 302 могут быть расположены в отверстии 114 в углеводородном слое 116. Изолированные центраторы 302 сохраняют положение удлиненных элементов 300 на опорном элементе 304, так что исключается боковое перемещение удлиненных элементов 300 при температурах, достаточно высоких для деформации опорного элемента 304 или удлиненных элементов 300. Удлиненные элементы 300 в некоторых вариантах выполнения могут быть металлическими полосами из нержавеющей стали шириной около 2,5 см и толщиной около 0,3 см. Электрический ток можно подавать в удлиненные элементы 300 так, что удлиненные элементы 300 генерируют тепло вследствие электрического сопротивления.
Удлиненные элементы 300 можно соединять электрически последовательно. Электрический ток можно подавать в удлиненные элементы 300 с использованием подводящего проводника 150. Подводящий проводник 150 может быть соединен с устьем 152 скважины. Электрический ток может возвращаться к устью 152 скважины с использованием отводящего проводника 308, соединенного с удлиненными элементами 300. Подводящий проводник 150 и отводящий проводник 308 могут быть соединены с устьем 152 скважины на поверхности 130 через уплотнительный фланец, расположенный между устьем 152 скважины и покрывающим слоем 128. Уплотнительный фланец может воспрещать выход флюида из отверстия 114 на поверхность 130 и/или в атмосферу. Подводящий проводник 150 и отводящий проводник 308 могут быть соединены с удлиненными элементами 300 с использованием переходного проводника с холодными штырьками. Подводящий проводник 150 и отводящий проводник 308 могут быть выполнены из проводников низкого сопротивления, так что при прохождении электрического тока через подводящий проводник 150 и отводящий проводник 308 по существу не генерируется тепло.
В некоторых вариантах выполнения обсадная труба 156 покрывающего слоя может быть помещена в усиливающий материал 154 в покрывающем слое 128. В других вариантах выполнения обсадная труба может быть не зацементирована в пласте. Поверхностный проводник 166 может быть расположен в усиливающие материале 154. Опорный элемент 304 может быть соединен с устьем 152 скважины на поверхности 130. Центраторы 180 могут сохранять положение опорного элемента 304 внутри обсадной трубы 156 покрывающего слоя. Электрический ток можно подавать в удлиненные элементы 300 для генерирования тепла. Тепло, генерированное удлиненными элементами 300, может излучаться внутри отверстия 114 для нагревания, по меньшей мере, части углеводородного слоя 116.
Окислительный флюид можно подавать вдоль длины удлиненных элементов 300 из источника 120 окислительного флюида. Окислительный флюид может воспрещать отложение углерода на удлиненных элементах или вблизи них. Например, окислительный флюид может вступать в реакцию с углеводородами с образованием углекислого газа. Углекислый газ можно удалять из отверстия. Отверстия 306 в опорном элементе 304 могут обеспечивать поток окислительного флюида вдоль длины удлиненных элементов 300. Отверстия 306 могут быть отверстиями критического потока. В некоторых вариантах выполнения вблизи удлиненных элементов 300 может быть расположен канал для управления давлением в пласте и/или для ввода окислительного флюида в отверстие 114. Без потока окислительного флюида может происходить оседание углерода на или вблизи удлиненных элементов 300 или на изолированных центраторах 302. Отложения углерода могут приводить к короткому замыканию между удлиненными элементами 300 и изолированными центраторами 302 или горячими точками вдоль удлиненных элементов 300. Окислительный флюид можно использовать для вступления в реакцию с углеродом в пласте. Тепло, генерированное реакцией с углеродом, может дополнять или поддерживать тепло, генерированное электричеством.
Подземное давление в содержащем углеводороды пласте может соответствовать давлению флюида, создаваемого внутри пласта. Нагревание углеводородов внутри содержащего углеводороды пласта может создавать флюиды за счет пиролиза. Созданные флюиды могут испаряться внутри пласта. Испарения и реакции пиролиза могут повышать давление внутри пласта. Флюиды, которые способствуют повышению давления, включают, но не ограничиваясь этим, флюиды, образованные во время пиролиза, и воду, испаряющуюся во время нагревания. При повышении температуры внутри выбранной секции нагреваемой части пласта может увеличиваться давление внутри выбранной секции в результате увеличения генерирования флюидов и испарения воды. Управление скоростью удаления флюидов из пласта обеспечивает возможность управления давлением в пласте.
В некоторых вариантах выполнения давление внутри выбранной секции нагреваемой части содержащего углеводороды пласта может изменяться в зависимости от таких факторов, как глубина, расстояние от источника тепла, продуктивность углеводородов внутри содержащего углеводороды пласта и/или расстояние от эксплуатационной скважины. Давление внутри пласта можно определять в нескольких различных местах (например, вблизи или в эксплуатационных скважинах, вблизи или в источниках тепла, или в скважинах мониторинга).
Нагревание содержащего углеводороды пласта до диапазона пиролиза может происходить перед созданием значительной проницаемости внутри содержащего углеводороды пласта. Первоначальный недостаток проницаемости может воспрещать транспортировку генерированных флюидов из зоны пиролиза внутри пласта к эксплуатационной скважине. При первоначальном переносе тепла из источника тепла в содержащий углеводороды пласт давление флюидов внутри содержащего углеводороды пласта может повышаться вблизи источника тепла. Такое повышение давления флюидов может приводить к генерированию флюидов во время пиролиза, по меньшей мере, некоторых углеводородов в пласте. Повышенное давление флюида можно стравливать, наблюдать за ним, изменять и/или управлять им с помощью источника тепла. Например, источник тепла может содержать клапан, который позволяет удалять некоторое количество флюида из пласта. В некоторых вариантах выполнения нагревателя нагреватель может включать скважину открытой конфигурации, что исключает повреждение давлением нагревателя.
В одном варианте выполнения внутрипластового процесса конверсии давление внутри выбранной секции части содержащего углеводороды пласта можно увеличивать до выбранного давления во время пиролиза. Выбранное давление может быть внутри диапазона около 2 бар (абсолютное значение) до около 72 бар (абсолютное значение) или же в некоторых вариантах выполнения от около 2 бар (абсолютное значение) до 36 бар (абсолютное значение). В качестве альтернативного решения выбранное давление может быть внутри диапазона от около 2 бар (абсолютное значение) до около 18 бар (абсолютное значение). В некоторых вариантах выполнения внутрипластового процесса конверсии большинство углеводородных флюидов можно добывать из пласта, имеющего давление в диапазоне от около 2 бар (абсолютное значение) до около 18 бар (абсолютное значение). Давление во время пиролиза может изменяться или его можно изменять. Давление можно изменять для изменения и/или управления составом добываемых флюидов пласта, для управления процентным содержанием конденсируемого флюида по сравнению не конденсируемым флюидом, и/или для управления плотностью API добываемого флюида. Например, уменьшение давления может приводить к большему содержанию конденсируемого флюида. Конденсируемый флюид может иметь большее процентное содержание олефинов.
В некоторых вариантах выполнения внутрипластового процесса конверсии, повышенное давление вследствие генерирования флюидов можно поддерживать внутри нагреваемой части пласта. Поддерживание повышенного давления внутри пласта может воспрещать оседание пласта во время внутрипластовой конверсии. Повышенное давление пласта может способствовать созданию высококачественных продуктов во время пиролиза. Повышенное давление пласта может облегчать добычу паровой фазы флюидов из пласта. Добыча паровой фазы позволяет уменьшить размер коллекторных каналов, используемых для транспортировки флюидов, добытых из пласта. Повышенное давление пласта может уменьшить или исключить необходимость сжатия флюидов пласта на поверхности с целью транспортировки флюидов по коллекторным каналам к поверхностному оборудованию. Поддерживание высокого давления внутри пласта может также облегчать генерирование электричества с помощью добываемого не конденсируемого флюида. Например, добытый не конденсируемый флюид можно пропускать через турбину для генерирования электроэнергии.
Повышенное давление в пласте можно поддерживать также с целью добычи большего количества флюидов и/или флюидов более высокого качества из пласта. В некоторых вариантах выполнения внутрипластового процесса конверсии значительные количества (например, большинство) углеводородных флюидов, добываемых из пласта, могут быть не конденсируемыми углеводородами. Давление можно избирательно повышать и/или поддерживать внутри пласта для обеспечения образования в пласте углеводородов с более коротким цепями. Образование углеводородов с малой цепью в пласте обеспечивает добычу из пласта большего количества не конденсируемых углеводородов. Конденсируемые углеводороды, добываемые из пласта при более высоком давлении, могут иметь более высокое качество (например, плотность API), чем конденсируемые углеводороды, добываемые из пласта при более низком давлении.
Повышенное давление можно поддерживать внутри нагреваемой части содержащего углеводороды пласта для воспрещения добычи флюидов пласта, имеющих число атомов углерода менее, например, около 25. Некоторые соединения с большим числом атомов углерода могут увлекаться паром в пласт и извлекаться из пласта вместе с паром. Высокое давление в пласте может воспрещать увлечение паром соединений с большим числом атомов углерода и/или соединений полициклических углеводородов. Повышенное давление внутри содержащего углеводороды пласта может увеличивать точку кипения флюида внутри пласта. Соединения с большим числом атомов углерода могут оставаться в жидкой фазе в пласте в течение значительных промежутков времени. Значительные промежутки время могут обеспечивать достаточное время для пиролиза соединений с образованием соединений с меньшим числом атомов углерода.
Поддерживание повышенного давления внутри нагреваемой части пласта может неожиданным образом обеспечивать добычу большого количества углеводородов повышенного качества. Поддерживание высокого давления может способствовать транспортировке в паровой фазе флюидов пиролиза внутри пласта. Повышение давления часто обеспечивает добычу углеводородов с меньшим молекулярным весом, поскольку такие углеводороды с меньшим молекулярным весом более легко транспортируются в паровой фазе в пласте.
Можно считать, что создание углеводородов с меньшим молекулярным весом (и, соответственно, увеличенная транспортировка паровой фазы) является следствием, частично самопроизвольного образования и реакции водорода внутри части содержащего углеводороды пласта. Например, поддерживание повышенного давления может принудительно переводить созданный во время пиролиза водород в жидкую фазу (например, посредством растворения). Нагревание части пласта до температуры внутри диапазона температур пиролиза может приводить к пиролизу углеводородов внутри пласта с образованием флюидов пиролиза в жидкой фазе. Созданные компоненты могут включать двойные связи и/или радикалы. Н2 в жидкой фазе может восстанавливать двойные связи созданных флюидов пиролиза, уменьшая тем самым возможность полимеризации или образования соединений с длинной цепью из созданных флюидов пиролиза. Дополнительно к этому, водород может также нейтрализировать радикалы в образованных флюидах пиролиза. Поэтому Н2 в жидкой фазе может воспрещать реакции образованных флюидов пиролиза друг с другом и/или с другими соединениями в пласте. Углеводороды с короткими цепями могут переходить в паровую фазу и их можно добывать из пласта.
Выполнение внутрипластового процесса конверсии при повышенном давлении может обеспечивать добычу в паровой фазе флюида пласта. Добыча паровой фазы может обеспечивать повышенное удаление более легких (и имеющих более высокое качество) флюидов пиролиза. Добыча паровой фазы может приводить к оставлению меньшего количества флюидов в пласте после создания флюидов с помощью пиролиза. Добыча паровой фазы приводит к меньшему числу эксплуатационных скважин в пласте, чем используется в настоящее время для добычи жидкой фазы и/или жидкой и паровой фазы. Меньшее число эксплуатационных скважин значительно уменьшает затраты, связанные с выполнением внутрипластового процесса конверсии.
В одном варианте выполнения часть содержащего углеводороды пласта можно нагревать с целью увеличения парциального давления Н2. В некоторых вариантах выполнения повышенное парциальное давление Н2 может включать парциальные давления Н2 в диапазоне от около 0,5 бар до около 7 бар. В качестве альтернативного решения диапазон повышенного парциального давления Н2 может включать парциальные давления Н2 в диапазоне от около 5 бар до около 7 бар. Например, большинство углеводородных углеводородов можно добывать с парциальным давлением Н2 внутри диапазона от около 5 бар до около 7 бар. Диапазон парциальных давлений H2 внутри диапазона парциальных давлений Н2 пиролиза может изменяться в зависимости, например, от температуры и давления нагреваемой части пласта.
Поддерживание парциального давления Н2 внутри пласта больше атмосферного давления может увеличивать плотности API добываемых конденсируемых углеводородных флюидов до более около 25° или же, в некоторых случаях, более около 30°. Поддерживание повышенного парциального давления Н2 внутри нагреваемой части содержащего углеводороды пласта может увеличивать концентрацию Н2 внутри нагреваемой части. H2 может быть доступным для вступления в реакцию с пиролизованными компонентами углеводородов. Реакция Н2 с пиролизованными компонентами углеводородов может уменьшать полимеризацию олефинов в битумы и другие сшитые продукты, трудно поддающиеся повышению качества. Поэтому может воспрещаться добыча углеводородных флюидов, имеющих низкие величины плотности API.
Управление давлением и температурой внутри содержащего углеводороды пласта может обеспечивать управление свойствами добываемых флюидов пласта. Например, состав и качество флюидов пласта, добываемых из пласта, можно изменять посредством изменения среднего давления и/или средней температуры в выбранной секции нагреваемой части пласта. Качество добываемых флюидов можно оценивать на основе характеристик флюида, таких как, но не ограничиваясь этим, плотность API, процентное содержание олефинов в добываемых флюидах пласта, отношение этена к этану, атомное отношение водорода к углероду, процентное содержание углеводородов в добываемых флюидах пласта, имеющих число атомов углерода более 25, общая эквивалентная добыча (газа и жидкости), общая добыча жидкостей и/или выход жидкости в процентах при анализе Фишера.
В свете данного описания для специалистов в данной области техники могут быть очевидными дополнительные модификации и альтернативные варианты выполнения различных аспектов изобретения. В соответствии с этим данное описание следует рассматривать лишь в качестве иллюстрации с целью демонстрации для специалистов в данной области техники общего принципа выполнения изобретения. Следует отметить, что показанные и описанные варианты выполнения изобретения необходимо рассматривать как предпочтительные в настоящее время варианты выполнения. Элементы и материалы можно заменять на показанные и описанные элементы и материалы, части и процессы можно выполнять в обратном порядке, и некоторые признаки изобретения можно использовать независимо, как очевидно для специалистов в данной области техники на основе данного описания. Можно выполнять изменения описанных элементов без отхода от идеи и объема изобретения, представленных в последующей формуле изобретения. Дополнительно к этому следует отметить, что описанные как независимые признаки можно комбинировать в определенных вариантах выполнения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ИЗОЛЯЦИОННЫЕ БЛОКИ И СПОСОБЫ ИХ УСТАНОВКИ В НАГРЕВАТЕЛЯХ С ИЗОЛИРОВАННЫМ ПРОВОДНИКОМ | 2011 |
|
RU2570508C2 |
| НАГРЕВАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ПОДЗЕМНОГО ПЛАСТА И СПОСОБ НАГРЕВА ПОДЗЕМНОГО ПЛАСТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ | 2008 |
|
RU2477786C2 |
| ЦЕЛЬНЫЙ СТЫК ДЛЯ ИЗОЛИРОВАННЫХ ПРОВОДНИКОВ | 2012 |
|
RU2610459C2 |
| ФОРМИРОВАНИЕ ИЗОЛИРОВАННЫХ ПРОВОДНИКОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗАВЕРШАЮЩЕГО ЭТАПА СОКРАЩЕНИЯ ПОСЛЕ ТЕРМООБРАБОТКИ | 2012 |
|
RU2608384C2 |
| ТЕПЛОВАЯ ОБРАБОТКА УГЛЕВОДОРОДСОДЕРЖАЩЕГО ПЛАСТА ПО МЕСТУ ЗАЛЕГАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЕСТЕСТВЕННО РАСПРЕДЕЛЕННОЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ | 2002 |
|
RU2323332C2 |
| ВНУТРИПЛАСТОВАЯ ДОБЫЧА ИЗ СОДЕРЖАЩЕГО УГЛЕВОДОРОДЫ ПЛАСТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БАРЬЕРОВ | 2002 |
|
RU2305176C2 |
| СПОСОБЫ СОЕДИНЕНИЯ ИЗОЛИРОВАННЫХ ПРОВОДНИКОВ | 2011 |
|
RU2585776C2 |
| СПРЕССОВЫВАНИЕ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИИ ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ИЗОЛИРОВАННЫХ ПРОВОДНИКОВ | 2011 |
|
RU2575861C2 |
| АККОМОДАЦИЯ ТЕПЛОВОГО РАСШИРЕНИЯ ДЛЯ СИСТЕМ С ЦИРКУЛИРУЮЩЕЙ ТЕКУЧЕЙ СРЕДОЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ НАГРЕВАНИЯ ТОЛЩИ ПОРОД | 2012 |
|
RU2612774C2 |
| СПРЕССОВЫВАНИЕ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИИ ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ИЗОЛИРОВАННЫХ ПРОВОДНИКОВ | 2012 |
|
RU2596225C2 |
Изобретение относится к способам и системам для добычи углеводородов (УВ) и/или других продуктов из различных содержащих УВ пластов. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности добычи за счет увеличения передачи тепла в окружающий пласт, повышения надежности используемого для этого нагревателя путем защиты его от коррозии и перегрева, а также удешевление способа и системы нагревания. Для этого система, выполненная с возможностью нагревания, по меньшей мере, части содержащего УВ пласта, содержит нагреватель, выполненный с возможностью размещения в скважине в пласте и извлечения, для переноса тепла от нагревателя к части пласта с целью пиролиза, по меньшей мере, некоторых УВ в пласте. Нагреватель представляет собой нагреватель типа электрический проводник в трубе, который выполнен с возможностью установки и/или извлечения из открытого или необсаженного участка с использованием катушки или системы установки/удаления с намотанными трубами. При этом нагреватель может снова использоваться в, по меньшей мере, еще одном альтернативном открытом или необсаженном участке скважины в пласте. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 18 ил.
расположение, по меньшей мере, части нагревателя (140, 168, 174, 176) типа электрический проводник в трубе в открытом или необсаженном участке (114) скважины в содержащем углеводороды пласте (116) посредством сматывания, по меньшей мере, части нагревателя (140, 168, 174, 176) типа электрический проводник в трубе системы с катушки и затем помещения, по меньшей мере, части смотанного нагревателя (140, 168, 174, 176) типа электрический проводник в трубе в открытый или необсаженный участок (114) скважины.
обеспечение тепла из одного или более нагревателей, выполненных с возможностью извлечения, расположенных в одной или более скважин в пласте (116), для, по меньшей мере, одной части пласта (116);
обеспечение переноса тепла из одного или более нагревателей в часть пласта (116); и
добычу смеси из пласта (116), отличающийся тем, что, по меньшей мере, один нагреватель (140, 168, 174, 176) типа электрический проводник в трубе, который выполнен с возможностью установки и/или удаления из открытого или необсаженного участка (114) скважины с использованием катушки (282) или системы установки/удаления с намотанными трубами, при этом (140, 168, 174, 176) типа электрический проводник в трубе может использоваться в, по меньшей мере, еще в одном альтернативном открытом или необсаженном участке (114) скважины в пласте (116).
Приоритет: 24.10.2001 по пп.1-20
| US 6056057 А, 02.05.2000 | |||
| US 4637464 А, 20.01.1987 | |||
| US 4585066 А, 29.04.1986 | |||
| Способ воздействия на пласт и устройство для его осуществления | 1986 |
|
SU1686877A1 |
| 0 |
|
SU75209A1 | |
| СПОСОБ ДЕПАРАФИНИЗАЦИИ НЕФТЕГАЗОВЫХ СКВАЖИН И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 1999 |
|
RU2166615C1 |
| Устройство для электропрогрева скважин | 1974 |
|
SU659729A1 |
| US 4412585 А, 01.11.1983 | |||
| US 4572299 А, 25.02.1986 | |||
| СПОСОБ ДЕПАРАФИНИЗАЦИИ НЕФТЯНОЙ СКВАЖИНЫ И ПЕРЕДВИЖНАЯ ЭЛЕКТРОКАБЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 2000 |
|
RU2182959C2 |
| Устройство для электропрогрева скважины | 1975 |
|
SU596711A1 |
