Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение в общем касается способов и систем, предназначенных для добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из различных подземных пластов, таких как углеводородсодержащие пласты. Определенные варианты осуществления изобретения касаются обработки пластов с нерегулярными группами источников тепла и/или источников тепла, расположенных неравномерно.
Уровень техники
Углеводороды, добываемые из подземных пластов, часто используются в качестве энергетических ресурсов, сырья и потребительских товаров. Озабоченность по поводу истощения углеводородных ресурсов и ухудшения общего качества добываемых углеводородов привела к разработке способов более эффективной добычи, обработки и/или использования доступных углеводородных ресурсов. Для извлечения углеводородных материалов из подземных пластов могут быть использованы процессы in situ. Для того чтобы легче извлекать углеводородный материал из подземного пласта, может потребоваться изменить химические и/или физические свойства углеводородного материала. Изменения химических и физических свойств могут включать в себя реакции in situ, в результате которых получаются извлекаемые флюиды, происходят изменения состава, изменения растворяющей способности, изменения плотности, фазовые превращения и/или изменения вязкости углеводородного материала пласта. Флюид может представлять собой, помимо прочего, газ, жидкость, эмульсию, суспензию и/или поток твердых частиц, характеристики которого аналогичны характеристикам потока жидкости.
Нагреватели, предназначенные для нагревания пласта при осуществлении процесса in situ, могут быть размещены в стволах скважин. Примеры процессов in situ, использующих нагреватели, которые размещены в стволе скважины, показаны в патентных документах US 2634961 (Ljungstrom), US 2732195 (Ljungstrom), US 2780450 (Ljungstrom), US 2789805 (Ljungstrom), US 2923535 (Ljungstrom) и US 4886118 (Van Meurs et al.). Тем не менее, для нагревания пласта нагревателям могут требоваться значительные количества энергии. Кроме того, значительные количества энергии, перемещающейся от нагревателей в пласт, могут быть оставлены в пласте после добычи углеводородов из пласта.
Таким образом, существует необходимость в улучшенных способах и системах добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из различных пластов, содержащих углеводороды, в которых уменьшен подвод энергии в пласт и которые обрабатывают эти пласты более эффективно с целью добычи углеводородов и при этом меньше энергии остается в пласте.
Раскрытие изобретения
Описанные варианты осуществления изобретения в общем относятся к системам, способам и нагревателям, предназначенным для обработки подземного пласта.
В определенных вариантах осуществления изобретения предложена одна или более систем, способов и/или нагревателей. В некоторых вариантах осуществления изобретения системы, способы и/или нагреватели используются для обработки подземного пласта.
В определенных вариантах осуществления изобретения предложен способ обработки пласта, содержащего углеводороды, в котором от одного или более источников тепла расположены в первом участке, от них тепло подводят к первому участку пласта; и добывают флюиды из первого участка через добывающую скважину, расположенную в центре первого участка или рядом с указанным центром, при этом источники тепла расположены таким образом, что средний подвод тепла на единицу объема пласта в первом участке увеличивается с увеличением расстояния от добывающей скважины.
В определенных вариантах осуществления изобретения предложен способ обработки пласта, содержащего углеводороды, в котором от одного или более источников тепла, расположенных в первом участке, подводят тепло к первому участку пласта; источники тепла подводят тепло в пласт так, что подвод тепла в пласт на единицу объема пласта для первого объема первого участка меньше, чем подвод тепла в пласт на единицу объема пласта для второго объема первого участка, и подвод тепла в пласт на единицу объема пласта для второго объема первого участка меньше, чем подвод тепла в пласт на единицу объема пласта для третьего объема первого участка, при этом первый объем по существу окружает добывающую скважину, расположенную в центре участка или рядом с указанным центром, второй объем по существу окружает первый объем, а третий объем по существу окружает второй объем; и добывают флюиды из первого участка через добывающую скважину.
В других вариантах осуществления изобретения признаки конкретных вариантов осуществления изобретения могут быть объединены с признаками других вариантов осуществления изобретения. Например, признаки одного варианта осуществления изобретения могут быть объединены с признаками любого другого варианта осуществления изобретения.
В других вариантах осуществления изобретения обработка подземного пласта осуществляется с использованием любых описанных здесь способов, систем или нагревателей.
В других вариантах осуществления изобретения к описанным конкретным вариантам осуществления изобретения могут быть добавлены дополнительные признаки.
Краткое описание чертежей
Достоинства настоящего изобретения будут ясны специалистам в рассматриваемой области после прочтения подробного описания, содержащего ссылки на приложенные чертежи, на которых:
фиг.1 - схематический вид варианта осуществления части системы тепловой обработки in situ, предназначенной для обработки пласта, содержащего углеводороды;
фиг.2 - вид, показывающий вариант осуществления неравномерно расположенных источников тепла, причем плотность расположения нагревателей увеличивается с увеличением расстояния от добывающей скважины;
фиг.3 - вид, показывающий вариант осуществления неравномерно расположенной треугольной схемы;
фиг.4 - вид, показывающий вариант осуществления неравномерно расположенной квадратной схемы;
фиг.5 - вид, показывающий вариант осуществления равномерной схемы расположения, в которой ряды нагревателей расположены на одинаковом расстоянии;
фиг.6 - вид, показывающий вариант осуществления неравномерно расположенных источников нагревания, которые определяют объемы вокруг добывающей скважины;
фиг.7 - вид, показывающий вариант осуществления повторяющейся схемы неравномерно расположенных источников тепла, причем для каждой схемы плотность расположения нагревателей увеличивается с увеличением расстояния от добывающей скважины.
Хотя изобретение не исключает различные модификации и альтернативные формы, далее для примера на чертежах показаны и подробно описаны конкретные варианты осуществления изобретения. Чертежи могут быть выполнены не в масштабе. Тем не менее, необходимо понимать, что чертежи и подробное описание не ограничивают изобретение конкретной описанной формой, а, наоборот, изобретение подразумевает все модификации, эквиваленты и альтернативы, не выходящие за рамки объема настоящего изобретения, который определен в прилагаемой формуле изобретения.
Подробное описание изобретения
Последующее описание, в общем, относится к системам и способам обработки углеводородов в пластах. Такие пласты обрабатывают с целью добычи углеводородных продуктов, водорода и других продуктов.
«Давление флюида» - это давление, порождаемое флюидом в пласте. «Литостатическое давление» (иногда называемое «литостатическим напряжением») представляет собой давление в пласте, равное весу на единицу площади вышележащей горной породы. «Гидростатическое давление» представляет собой давление в пласте, причиной которого является столб воды.
«Пласт» включает в себя один или несколько слоев, содержащих углеводороды, один или несколько неуглеводородных слоев, покрывающий слой и/или подстилающий слой. «Углеводородными слоями» называются слои пласта, которые содержат углеводороды. Углеводородные слои могут содержать неуглеводородные материалы и углеводородные материалы. «Покрывающий слой» и/или «подстилающий слой» содержат один или несколько различных типов непроницаемых материалов. Например, покрывающий и/или подстилающий слои могут представлять собой скалу, сланцевую глину, алевритоглинистую породу или плотную карбонатную горную породу, не пропускающую влагу. В некоторых вариантах осуществления процессов тепловой обработки in situ, покрывающий и/или подстилающий слои могут включать в себя содержащий углеводороды слой или содержащие углеводороды слои, которые сравнительно непроницаемы и не подвергаются воздействию температур в процессе тепловой обработки in situ, в результате которой характеристики содержащих углеводороды слоев покрывающего и/или подстилающего слоев значительно изменяются. Например, подстилающий слой может содержать сланцевую глину или алевритоглинистую породу, но при осуществлении процесса тепловой обработки in situ подстилающий слой не нагревают до температуры пиролиза. В некоторых случаях покрывающий слой и/или подстилающий слои могут быть до некоторой степени проницаемыми.
«Пластовыми флюидами» называются флюиды, присутствующие в пласте, и они могут содержать флюид, полученный в результате пиролиза, синтез-газ, подвижные углеводороды и воду (пар). Пластовые флюиды могут содержать углеводородные флюиды, а также неуглеводородные флюиды. Под «подвижными флюидами» понимают флюиды пласта, содержащего углеводороды, которые способны течь в результате тепловой обработки пласта. «Добытыми флюидами» называются флюиды, извлеченные из пласта.
«Источник тепла» представляет собой любую систему, подводящую теплоту, по меньшей мере, к части пласта, теплота передается в основном в результате кондуктивного и/или радиационного теплообмена. Например, источник тепла может содержать электрические нагреватели, такие как изолированный проводник, удлиненный элемент и/или проводник, расположенный в трубе. Также источник тепла может содержать системы, вырабатывающие теплоту в результате горения топлива вне пласта или в нем. Эти системы могут быть горелками, расположенными на поверхности, забойными газовыми горелками, беспламенными распределенными камерами сгорания и природными распределенными камерами сгорания. В некоторых вариантах осуществления изобретения теплота, подведенная к одному или нескольким источникам тепла или выработанная в них, может подводиться от других источников энергии. Другие источники энергии могут непосредственно нагревать пласт или энергия может сообщаться передающей среде, которая непосредственно или косвенно нагревает пласт. Ясно, что один или несколько источников тепла, которые передают теплоту пласту, могут использовать различные источники энергии. Таким образом, например, для заданного пласта некоторые источники тепла могут подводить теплоту от резистивных нагревателей, некоторые источники тепла могут обеспечивать нагревание благодаря камере сгорания, а другие источники тепла могут подводить теплоту из одного или нескольких источников энергии (например, энергия от химических реакций, солнечная энергия, энергия ветра, биомасса или другие источники возобновляемой энергии). Химическая реакция может включать в себя экзотермические реакции (например, реакцию окисления). Также источник тепла может включать в себя нагреватель, который подводит теплоту в зону, расположенную рядом с нагреваемым местом, таким как нагревательная скважина, или окружающую это место.
«Нагреватель» - это любая система или источник тепла, предназначенная для выработки теплоты в скважине или рядом со стволом скважины. К нагревателям относят, помимо прочего, электрические нагреватели, горелки, камеры сгорания, в которых в реакцию вступает материал пласта или материал, добываемый в пласте, и/или их комбинации.
«Тяжелые углеводороды» представляют собой вязкие углеводородные флюиды. К тяжелым углеводородам могут относиться вязкие углеводородные флюиды, такие как тяжелая нефть, битум и/или асфальтовый битум. Тяжелые углеводороды могут содержать углерод и водород, а также еще более маленькие концентрации серы, кислорода и азота. Также в тяжелых углеводородах может присутствовать незначительное количество дополнительных элементов. Тяжелые углеводороды можно классифицировать по плотности в градусах АНИ. В общем, плотность тяжелых углеводородов в градусах АНИ составляет менее примерно 20°. Например, плотность тяжелой нефти в градусах АНИ составляет примерно 10-20°, а плотность битума в градусах АНИ в целом составляет менее примерно 10°. Вязкость тяжелых углеводородов в целом составляет более примерно 0,1 Па·с при 15°С. Тяжелые углеводороды могут содержать ароматические и другие сложные циклические углеводороды.
Под «углеводородами» обычно понимают молекулы, образованные в основном атомами углерода и водорода. Углеводороды также могут содержать другие элементы, такие как, например, галогены, металлические элементы, азот, кислород и/или серу. Углеводородами являются, например, кероген, битум, пиробитум, масла, природные минеральные воски и асфальтиты. Углеводороды могут располагаться в природных вмещающих породах в земле или рядом с ними. Вмещающими породами, помимо прочего, являются осадочные горные породы, пески, салицилиты, карбонатные горные породы, диатомиты и другие пористые среды. «Углеводородные флюиды» - это флюиды, содержащие углеводороды. Углеводородные флюиды могут содержать, увлекать с собой или быть увлеченными неуглеводородными флюидами, такими как водород, азот, угарный газ, диоксид углерода, сероводород, вода и аммиак.
Под «процессом переработки in situ» понимается процесс нагревания пласта, содержащего углеводород, от источников тепла, при этом указанный процесс направлен на повышение температуры, по меньшей мере, части пласта, выше температуры пиролиза, с целью получения в пласте флюида, являющегося результатом пиролиза.
Под «процессом тепловой обработки in situ» понимается процесс нагревания пласта, содержащего углеводороды, с помощью источников тепла, направленный на повышение температуры, по меньшей мере, части пласта выше температуры, в результате которой получается подвижный флюид, происходит легкий крекинг и/или пиролиз материала, содержащего углеводороды, так что в пласте вырабатываются подвижные флюиды, флюиды, являющиеся результатом легкого крекинга, и/или флюиды, являющиеся результатом пиролиза.
«Пиролизом» называется разрушение химических связей, происходящее из-за применения теплоты. Например, пиролиз может включать в себя превращение соединения в одно или несколько других веществ с помощью только тепла. Чтобы вызвать пиролиз, участку пласта может передаваться теплота.
«Флюидами, являющимися результатом пиролиза» или «продуктами пиролиза», называются флюиды, полученные по существу во время процесса пиролиза углеводородов. Флюид, полученный в результате реакций пиролиза, может смешиваться в пласте с другими флюидами. Эта смесь будет считаться флюидом, являющимся результатом пиролиза или продуктом пиролиза. Здесь под «зоной пиролиза» понимается объем пласта (например, сравнительно проницаемого пласта, такого как пласт битуминозных песков), в котором происходит или происходила реакция, направленная на образование флюида, являющегося результатом пиролиза.
«Наложением теплоты» называется подвод теплоты из двух или нескольких источников тепла в выбранный участок пласта, так что источники тепла влияют на температуру пласта по меньшей мере в одном месте между источниками тепла.
«Толщиной» слоя называется толщина поперечного разреза слоя, при этом плоскость сечения перпендикулярна поверхности слоя.
Под «обогащением» понимается улучшение качества углеводородов. Например, обогащение тяжелых углеводородов может приводить к увеличению плотности тяжелых углеводородов в градусах АНИ.
Под термином «ствол скважины» понимается отверстие в пласте, изготовленное бурением или введением трубы в пласт. Поперечное сечение ствола скважины может быть, по существу, круглым или каким-либо другим. Здесь термины «скважина» и «отверстие», когда говорится об отверстии в пласте, могут быть заменены термином «ствол скважины».
С целью добычи многих различных продуктов, углеводороды в пласте могут быть обработаны разными способами. Для обработки пласта в ходе процесса тепловой обработки in situ могут быть использованы различные этапы или процессы. В некоторых вариантах осуществления изобретения один или несколько участков пласта добываются растворением с целью извлечения из участков растворимых минеральных веществ. В некоторых вариантах осуществления изобретения один или несколько участков пласта нагревают с целью извлечения из участков воды и/или метана и других летучих углеводородов. В некоторых вариантах осуществления изобретения среднюю температуру пласта поднимают выше температур придания подвижности углеводородам в участках. В некоторых вариантах осуществления изобретения среднюю температуру одного или нескольких участков пласта поднимают выше температур пиролиза углеводородов в участках. Продукты, полученные в результате придания подвижности и/или пиролиза, могут быть добыты из пласта через добывающие скважины. В некоторых вариантах осуществления изобретения средняя температура одного или нескольких участков пласта может быть поднята выше температур, достаточных для получения синтез-газа. Флюид для получения синтез-газа (например, пар и/или вода) может быть введен в участки с целью получения синтез-газа. Синтез-газ может быть добыт через добывающие скважины. В ходе выполнения процесса тепловой обработки in situ может быть осуществлена добыча растворением, извлечение летучих углеводородов и воды, придание углеводородам подвижности, пиролиз углеводородов, получение синтез-газа и/или другие процессы.
На фиг.1 показан схематический вид варианта осуществления части системы тепловой обработки in situ, предназначенной для обработки содержащего углеводороды пласта. Система тепловой обработки in situ может содержать барьерные скважины 200. Барьерные скважины используют для образования барьера вокруг области обработки. Барьер препятствует течению флюида в область обработки и/или из нее. Барьерные скважины включают в себя, помимо прочего, водопонижающие скважины, скважины создания разрежения, коллекторные скважины, нагнетательные скважины, скважины для заливки раствора, замораживающие скважины или их комбинации. В некоторых вариантах осуществления изобретения барьерные скважины 200 представляют собой водопонижающие скважины. Водопонижающие скважины могут удалять жидкую воду и/или препятствовать проникновению жидкой воды в часть пласта, которую будут нагревать, или в нагреваемый пласт. В варианте осуществления изобретения с фиг.1 показаны барьерные скважины 200, расположенные только вдоль одной стороны источников 202 тепла, но барьерные скважины могут окружать все источники 202 тепла, используемые или планируемые к использованию для нагревания области обработки пласта.
Источники 202 тепла расположены, по меньшей мере, в части пласта. Источники 202 тепла могут представлять собой нагреватели, такие как изолированные проводники, нагревательные устройства с проводником в трубе, горелки, расположенные на поверхности, беспламенные распределенные камеры сгорания и/или природные распределенные камеры сгорания. Источники 202 тепла могут также представлять собой нагреватели других типов. Источники 202 тепла подводят теплоту, по меньшей мере, в часть пласта с целью нагревания углеводородов в пласте. Энергия может подаваться к источнику 202 тепла по линиям 204 питания. Линии 204 питания могут конструктивно различаться в зависимости от типа источника тепла или источников тепла, используемых для нагревания пласта. Линии 204 питания для источников тепла могут передавать электричество для электрических нагревателей, могут транспортировать топливо для камер сгорания или могут перемещать жидкий теплоноситель, циркулирующий в пласте. В некоторых вариантах осуществления изобретения электричество для процесса тепловой обработки in situ может поставляться атомной электростанцией или атомными электростанциями. Использование атомной энергии может позволить уменьшить или полностью исключить выбросы диоксида углерода в ходе процесса тепловой обработки in situ.
Добывающие скважины 206 используются для извлечения пластового флюида из пласта. В некоторых вариантах осуществления изобретения добывающая скважина 206 может содержать источник тепла. Источник тепла, расположенный в добывающей скважине, может нагревать одну или несколько частей пласта у добывающей скважины или рядом с ней. В некоторых вариантах осуществления процесса тепловой обработки in situ количество теплоты, подводимое в пласт от добывающей скважины, на метр добывающей скважины меньше количества теплоты, подводимого в пласт от источника тепла, который нагревает пласт, на метр источника тепла.
В некоторых вариантах осуществления изобретения источник тепла в добывающей скважине 206 позволяет извлекать из пласта паровую фазу пластовых флюидов. Подвод теплоты к добывающей скважине или через добывающую скважину может; (1) препятствовать конденсации и/или обратному потоку добываемого флюида, когда такой добываемый флюид перемещается по направлению к добывающей скважине близко к покрывающему слою, (2) увеличить подвод теплоты в пласт, (3) увеличить темп добычи для добывающей скважины по сравнению с добывающей скважиной без источника тепла, (4) препятствовать конденсации соединений с большим количеством атомов углерода (С6 и больше) в добывающей скважине и/или (5) увеличить проницаемость пласта у добывающей скважины или рядом с ней.
Подземное давление в пласте может соответствовать давлению флюида в пласте. Когда температура в нагретой части пласта увеличивается, то давление в нагретой части может увеличиваться в результате теплового расширения флюидов, увеличенного получения флюидов и испарения воды. Управление скоростью извлечения флюидов из пласта может позволить управлять давлением в пласте. Давление в пласте может быть определено в нескольких различных местах, например, рядом с добывающими скважинами или у них, рядом с источниками тепла или у них или у контрольных скважин.
В некоторых содержащих углеводороды пластах добыча углеводородов из пласта сдерживается до тех пор, пока, по меньшей мере, некоторое количество углеводородов пласта не стало подвижным и/или не подверглось пиролизу. Пластовый флюид можно добывать из пласта тогда, когда качество пластового флюида соответствует выбранному уровню. В некоторых вариантах осуществления изобретения выбранный уровень качества представляет собой плотность в градусах АНИ, которая составляет, по меньшей мере, примерно 15°, 20°, 25°, 30° или 40°. Запрет на добычу до тех пор, пока, по меньшей мере, часть углеводородов не стала подвижной и/или подверглась пиролизу, может увеличить переработку тяжелых углеводородов в легкие углеводороды. Запрет на добычу в начале может минимизировать добычу тяжелых углеводородов из пласта. Добыча значительных объемов тяжелых углеводородов может потребовать дорогого оборудования и/или уменьшения срока эксплуатации производственного оборудования.
После достижения температур придания подвижности или пиролиза и разрешения добычи из пласта, давление в пласте можно изменять с целью изменения и/или управления составом добываемых пластовых флюидов с целью регулирования процента конденсирующегося флюида относительно неконденсирующегося флюида в пластовом флюиде и/или с целью регулирования плотности в градусах АНИ добываемого пластового флюида. Например, уменьшение давления может привести к добыче большей доли конденсирующегося компонента флюидов. Конденсирующийся компонент флюидов может содержать больший процент олефинов.
В некоторых вариантах осуществления процесса тепловой обработки in situ давление в пласте может поддерживаться достаточно высоким для содействия добыче пластового флюида с плотностью более 20° в градусах АНИ. Поддержание повышенного давления в пласте может препятствовать оседанию пласта во время тепловой обработки in situ. Поддержание повышенного давления может уменьшить или исключить необходимость сжатия пластовых флюидов на поверхности с целью транспортировки флюидов по трубам до установок обработки.
Как ни удивительно, но поддержание повышенного давления в нагретой части пласта может позволить добывать большие количества углеводородов улучшенного качества и со сравнительно малой молекулярной массой. Давление может поддерживаться таким, что добытый пластовый флюид содержит минимальное количество соединений, в которых углеродное число превышает выбранное углеродное число. Выбранное углеродное число может составлять самое большее 25, самое большее 20, самое большее 12, самое большее 8 или самое большее 6. Некоторые соединения с большим углеродным числом могут быть в пласте захвачены паром и могут быть извлечены из пласта с паром. Поддержание повышенного давления в пласте может препятствовать захвату паром соединений с большим углеродным числом и/или полициклических углеводородных соединений. Соединения с большим углеродным числом и/или полициклические углеводородные соединения могут оставаться в пласте в жидкой фазе в течение значительных периодов времени. Эти значительные периоды времени могут предоставлять достаточное количество времени для пиролиза соединений и/или их легкого крекинга с целью получения соединений с меньшим углеродным числом.
Пластовый флюид, извлекаемый из добывающих скважин 206, может быть перекачен по коллекторному трубопроводу 208 до обрабатывающих установок 210. Также пластовые флюиды могут быть добыты из источников 202 тепла. Например, флюид может быть добыт из источников 202 тепла с целью регулирования давления в пласте рядом с источниками тепла. Флюид, добытый из источников 202 тепла, может быть перекачен по трубе или трубопроводу до коллекторного трубопровода 208, или добытый флюид может быть перекачен по трубе или трубопроводу непосредственно к обрабатывающим установкам 210. Обрабатывающие установки 210 могут содержать блоки сепарации, блоки проведения реакций, блоки обогащения, топливные ячейки, турбины, контейнеры для хранения и/или другие системы и блоки, предназначенные для обработки добытых пластовых флюидов. В обрабатывающих установках, по меньшей мере, из части углеводородов, добытых из пласта, можно получать транспортное топливо. В некоторых вариантах осуществления изобретения транспортное топливо может представлять собой реактивное топливо.
В определенных вариантах осуществления изобретения источники тепла (например, нагреватели) в шаблоне расположения нагревателей расположены на неодинаковом или неравномерном расстоянии друг от друга. Например, расстояние между источниками тепла в шаблоне расположения нагревателей изменяется, или источники тепла неравномерно распределены в шаблоне расположения нагревателей. В определенных вариантах осуществления изобретения пространство между источниками тепла в шаблоне расположения нагревателей уменьшается при увеличении расстояния от добывающей скважины, находящейся в центре шаблона. Таким образом, плотность источников тепла (количество источников тепла на единицу площади) увеличивается при отдалении источников тепла от добывающей скважины.
В некоторых вариантах осуществления изобретения источники тепла расположены на одном расстоянии друг от друга (равномерно распределены) в шаблоне расположения нагревателей, но они отличаются изменяющимися теплоотдачами, так что источники тепла обеспечивают неравномерное или изменяющееся распределение тепла в шаблоне расположения нагревателей. Изменение теплоотдачи источников тепла может быть использовано, например, для эффективной имитации ситуации, когда источники тепла расположены на разном расстоянии в шаблоне расположения нагревателей. Например, источники тепла, расположенные ближе к добывающей скважине, находящейся в центре шаблона расположения нагревателей, могут обеспечивать меньшую теплоотдачу по сравнению с источниками тепла, расположенными на больших расстояниях от добывающей скважины. Теплоотдачи могут изменяться так, что они постепенно увеличиваются при увеличении расстояния от источников тепла до добывающей скважины.
В определенных вариантах осуществления изобретения неодинаковое или неравномерное расположение источников тепла основано на регулярных геометрических шаблонах. Например, неравномерное расположение источников тепла может быть основано на шестиугольных, треугольных, квадратных, восьмиугольных, других геометрических шаблонах и/или их комбинациях. В некоторых вариантах осуществления изобретения источники тепла расположены на разных расстояниях вдоль одного или нескольких геометрических шаблонов, в результате чего получается неравномерное расположение. В некоторых вариантах осуществления изобретения источники тепла расположены согласно неравномерному геометрическому шаблону. В некоторых вариантах осуществления изобретения в геометрическом шаблоне расстояния между рядами неравномерны, что сделано с целью неравномерного расположения источников тепла.
На фиг.2 показан вариант осуществления неравномерного расположения источников 202 тепла, в котором плотность расположения нагревателей увеличивается с увеличением расстояния от добывающей скважины 206. В определенных вариантах осуществления изобретения добывающая скважина 206 расположена у центра шаблона источников 202 тепла или рядом с этим центром. В определенных вариантах осуществления изобретения источники 202 тепла являются нагревателями (например, электрическими нагревателями). На фиг.2 показан вариант осуществления неравномерного расположения источников тепла в соответствии с шестиугольным шаблоном. На фиг.3 показан вариант осуществления неравномерного расположения в соответствии с треугольным шаблоном. На фиг.4 показан вариант осуществления неравномерного расположения в соответствии с квадратным шаблоном. Источники тепла могут быть расположены на необходимых расстояниях вдоль рядов, показанных на фиг.3 и 4. Ясно, что источники тепла могут быть расположены в пласте в соответствии с любым регулярным или нерегулярным геометрическим шаблоном. Источники тепла могут быть расположены в соответствии с любым регулярным или нерегулярным геометрическим шаблоном (например, правильным или неправильным треугольником, правильным или неправильным шестиугольником, правильным или неправильным прямоугольником, кругом, овалом, эллипсом или их комбинацией) при условии, что плотность расположения источников тепла увеличивается с увеличением расстояния от добывающей скважины. В некоторых вариантах осуществления изобретения источники тепла расположены симметрично вокруг добывающей скважины, при этом плотность расположения источников тепла увеличивается при увеличении расстояния до добывающей скважины. Нерегулярные шаблоны расположения источников тепла могут представлять собой шаблоны вертикально (или, по существу, вертикально) расположенных в пласте источников тепла или шаблоны горизонтально (или, по существу, горизонтально) расположенных в пласте источников тепла.
Как показано на фиг.2, источники 202 тепла представлены в виде сплошных квадратов в рядах А, В, С и D. Ряды А, В, С и D могут быть рядами источников тепла, расположенными по треугольнику и/или шестиугольнику (или рядами, расположенными согласно другим формам), при этом расстояние между рядами уменьшается при увеличении расстояния от ряда до добывающей скважины 206. Источники 202 тепла могут быть распределены регулярно или нерегулярно в рядах А, В, С и D (например, нагреватели в рядах могут быть расположены на одинаковых или неодинаковых расстояниях друг от друга). В определенных вариантах осуществления изобретения источники тепла расположены рядами так, что плотность расположения источников тепла увеличивается при увеличении расстояния от источников тепла до добывающей скважины 206. Таким образом, теплоотдача источников тепла на единицу объема пласта увеличивается с увеличением расстояния от добывающей скважины.
В определенных вариантах осуществления изобретения нерегулярный шаблон расположения источников тепла содержит то же количество источников тепла на одну добывающую скважину, что и регулярный шаблон источников тепла, но при этом расстояние между источниками тепла уменьшается при увеличении расстояния от добывающей скважины. Уменьшение расстояния между источниками тепла увеличивает подвод тепла в пласт на единицу объема пласта при увеличении расстояния от добывающей скважины. На фиг.5 показан вариант осуществления регулярного шаблона с рядами источников тепла, расположенными на одном расстоянии друг от друга. В каждом из вариантов осуществления изобретения, показанных на фиг.2 и 5, на одну добывающую скважину 206 приходится 16 источников 202 тепла (например, 12 (от рядов А, В и С) + 1 (от трех источников тепла в вершинах ряда D, так как каждый из этих источников тепла подводит тепло к трем шаблонам) + 3 (от 6 источников тепла, расположенных в ряду D между вершинами, так как каждый из этих источников тепла подводит тепло к двум шаблонам)). Отношение нагреватель/устройство добычи для обоих вариантов осуществления изобретения равно 16:1, и общий подвод тепла в пласт на единицу объема пласта для шаблона по существу одинаков (в предположении равных и постоянных величин теплоотдачи источников тепла). Тем не менее, расстояние между источниками тепла в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.2, отличается от расстояния между источниками тепла в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.5. Таким образом, средний подвод тепла на единицу объема пласта увеличивается с увеличением расстояния от добывающей скважины в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.2, при этом средний подвод тепла на единицу объема пласта по существу равномерен для шаблона, показанного на фиг.5. В некоторых вариантах осуществления изобретения показанный на фиг.5 вариант осуществления изобретения с равномерным расположением может обеспечить увеличение подвода тепла на единицу объема при увеличении расстояния от добывающей скважины путем увеличения теплоотдачи источников тепла при увеличении расстояния от добывающей скважины.
На фиг.6 показан вариант осуществления неравномерно расположенных источников 202 тепла, которые определяют некоторые объемы вокруг добывающей скважины 206, при этом плотность подвода тепла увеличивается. На фиг.6 показан тот же шаблон расположения нагревателей, что и на фиг.2, при этом затемнены определяющиеся области, представляющие объемы 212, 214, 216 и 218. Увеличение затемнения на фиг.6 представляет собой увеличение плотности подвода тепла в пласт (подвод тепла на единицу объема пласта). Первый объем 212 по существу окружает добывающую скважину 206, второй объем 214 по существу окружает первый объем 212, третий объем 216 по существу окружает второй объем 214, и четвертый объем 218 по существу окружает третий объем 216. В определенных вариантах осуществления изобретения первый объем 212 не содержит добывающую скважину 206. В некоторых вариантах осуществления изобретения первый объем 212 содержит добывающую скважину 206.
В определенных вариантах осуществления изобретения, по меньшей мере, один источник 202 тепла расположен в первом объеме 212, во втором объеме 214, в третьем объеме 216 и/или четвертом объеме 218. В некоторых вариантах осуществления изобретения, по меньшей мере, два источника 202 тепла расположены в первом объеме 212, во втором объеме 214, в третьем объеме 216 и/или четвертом объеме 218. В некоторых вариантах осуществления изобретения, по меньшей мере, три источника 202 тепла расположены в первом объеме 212, во втором объеме 214, в третьем объеме 216 и/или четвертом объеме 218.
В определенных вариантах осуществления изобретения все источники 202 тепла, расположенные в первом объеме 212, находятся ближе к добывающей скважине 206 по сравнению с любым из нагревателей, расположенных во втором объеме 214. В некоторых вариантах осуществления изобретения все источники 202 тепла, расположенные во втором объеме 214, находятся ближе к добывающей скважине 206 по сравнению с любым из нагревателей, расположенных в третьем объеме 216. В некоторых вариантах осуществления изобретения все источники 202 тепла, расположенные в третьем объеме 216, находятся ближе к добывающей скважине 206 по сравнению с любым из нагревателей, расположенных в четвертом 218.
В определенных вариантах осуществления изобретения среднее расстояние от добывающей скважины 206 до источников 202 тепла в первом объеме 212 меньше среднего расстояния от добывающей скважины 206 до источников 202 тепла во втором объеме 214. В некоторых вариантах осуществления изобретения среднее расстояние от добывающей скважины 206 до источников 202 тепла во втором объеме 214 меньше среднего расстояния от добывающей скважины 206 до источников 202 тепла в третьем объеме 216. В некоторых вариантах осуществления изобретения среднее расстояние от добывающей скважины 206 до источников 202 тепла в третьем объеме 216 меньше среднего расстояния от добывающей скважины 206 до источников 202 тепла в четвертом объеме 218.
В определенных вариантах осуществления изобретения с точки зрения объема первый объем 212 приблизительно равен второму объему 214, третьему объему 216 и/или четвертому объему 218. В некоторых вариантах осуществления изобретения с точки зрения объема второй объем 214 приблизительно равен третьему объему 216 и/или четвертому объему 218. В некоторых вариантах осуществления изобретения с точки зрения объема третий объем 216 приблизительно равен четвертому объему 218.
Как показано на фиг.2 и 6, среднее расстояние по радиусу от добывающей скважины 206 до первого объема 212, второго объема 214, третьего объема 216 и четвертого объема 218 увеличивается, при этом среднее расстояние по радиусу для первого объема самое маленькое, а среднее расстояние по радиусу для четвертого объема - наибольшее. Таким образом, первый объем 212 расположен ближе к добывающей скважине 206 по сравнению со вторым объемом 214, второй объем 214 расположен ближе к добывающей скважине по сравнению с третьим объемом 216, а третий объем 216 расположен ближе к добывающей скважине по сравнению с четвертым объемом 218.
Различия в плотности расположения источников 202 тепла рядов А, В, С и D и/или различия в теплоотдачах источников тепла могут приводить к образованию перепадов температур в участке пласта, нагреваемого с помощью источников тепла, расположенных согласно показанному на фиг.2 и 6 шаблону. Подвод тепла в пласт от источников 202 тепла ряда А может приблизительно определить первый объем 212. Подвод тепла в пласт от источников 202 тепла ряда В может приблизительно определить второй объем 214. Подвод тепла в пласт от источников 202 тепла ряда С может приблизительно определить третий объем 216. Подвод тепла в пласт от источников 202 тепла ряда D может приблизительно определить четвертый объем 218.
В определенных вариантах осуществления изобретения границы объемов 212, 214, 216 и 218 определены приблизительно различиями в плотности расположения источников тепла между рядами А, В, С и D. Формы границ объемов 212, 214, 216 и 218 и/или размер объемов могут быть определены, например, расположением источников 202 тепла, характеристиками нагревания источников тепла и тепловыми и/или геометрическими свойствами пласта. Формы и/или размеры объемов 212, 214, 216 и 218 могут изменяться в зависимости от изменений, например, перечисленных выше свойств и/или момента времени в ходе нагревания пласта. Границы объемов 212, 214, 216 и 218, показанные на фиг.2 и 6, практически соответствуют измеримым перепадам температур в участке, имеющем место благодаря изменениям в плотности расположения нагревателей (или теплоотдачи источников тепла) в выбранный момент времени в ходе нагревания участка.
В некоторых вариантах осуществления изобретения в некотором объеме количество источников 202 тепла на единицу объема пласта увеличивается от первого объема 212 до четвертого объема 218. Таким образом, плотность расположения источников тепла увеличивается от первого объема 212 до четвертого объема 218. Так как плотность расположения источников тепла увеличивается от первого объема 212 до четвертого объема 218, то средняя теплоотдача источников тепла в первом объеме 212 меньше средней теплоотдачи источников тепла во втором объеме 214, средняя теплоотдача источников тепла во втором объеме меньше средней теплоотдачи источников тепла в третьем объеме 216, и средняя теплоотдача источников тепла в третьем объеме меньше средней теплоотдачи источников тепла в четвертом объеме 218.
Кроме того, так как при увеличении расстояния от добывающей скважины 206 увеличивается плотность расположения нагревателей (или теплоотдача), то подвод тепла в пласт на единицу объема пласта в первом объеме 212 меньше подвода тепла на единицу объема пласта во втором объеме 214, подвод тепла в пласт на единицу объема пласта во втором объеме меньше подвода тепла на единицу объема пласта в третьем объеме 216, и подвод тепла в пласт на единицу объема пласта в третьем объеме меньше подвода тепла на единицу объема пласта в четвертом объеме 218. Таким образом, средняя температура в первом объеме 212 меньше средней температуры во втором объеме 214, средняя температура во втором объеме меньше средней температуры в третьем объеме 216, и средняя температура в третьем объеме меньше средней температуры в четвертом объеме 218.
Независимо от любых изменений формы и/или размеров объемов 212, 214, 216 и 218 относительное расположение в пространстве объемов остается постоянным при нагревании пласта (первый объем окружает добывающую скважину, а соответственно остальные объемы окружают первый объем). Аналогично подвод тепла в пласт может увеличиваться постоянно от первого объема 212 до четвертого объема 218.
В определенных вариантах осуществления изобретения проницаемость пласта достаточна для того, чтобы флюиды (например, подвижные флюиды) текли по направлению к добывающей скважине 206 от самых внешних источников тепла шаблона (источников тепла 202 ряда D). Поток флюидов от частей с более высокой плотностью расположения нагревателей в пласте по направлению к добывающей скважине обеспечивает конвективный теплообмен в пласте. Флюиды могут охлаждаться при перемещении по направлению к добывающей скважине из-за теплообмена с пластом. Конвективный теплообмен от потока флюида в пласте может переносить теплоту по пласту быстрее теплообмена путем теплопроводности. В некоторых вариантах осуществления изобретения конвективный теплообмен может быть увеличен путем обеспечения беспрепятственных или практически беспрепятственных путей для потока от самых внешних источников тепла до добывающей скважины. Увеличение теплообмена в пласте может увеличить эффективность нагревания и/или эффективность добычи при обработке пласта. Например, флюиды, которым придали подвижность и которые расположены на больших расстояниях от добывающей скважины, могут передавать тепло пласту при перемещении по направлению к добывающей скважине. Передача некоторого количества тепла пласту при перемещении подвижных флюидов может быть более эффективным использованием тепла, подведенного в пласт.
В определенных вариантах осуществления изобретения флюиды, добытые через добывающую скважину 206, содержат большую часть жидких углеводородов, которые представляют собой углеводороды, изначально находящиеся в участке шаблона, окружающего добывающую скважину. Жидкие углеводороды могут являться углеводородами, которые являются жидкостями при температуре 25°C и давлении, равном 0,1 МПа.
Как показано на фиг.2, расстояние между шестиугольными рядами А, В, С и D различно, при этом ряды А, В, С и D смещены наружу относительно добывающей скважины 206 с использованием «показателя смещения». При показателе смещения, равном нулю, ряды расположены по существу на одинаковом расстоянии друг от друга. На фиг.5 показан вариант осуществления изобретения, в котором ряды шестиугольника расположены на одинаковом расстоянии друг от друга. Показатель смещения может быть использован для определения расстояния между рядами в наборе связанных выражений. Например, выражения могут быть использованы для шаблона расположения нагревателей с четырьмя шестиугольными рядами, окружающими добывающую скважину.
Как показано на фиг.2, самый большой шестиугольник является внешним ограничителем шаблона расположения источников тепла, размещенных вокруг добывающей скважины. Для самого большого шестиугольника радиусы равны соответственно R1 и R2, при этом R1 имеет большее значение (радиус равен расстоянию до вершины шестиугольника), а R2 имеет меньшее значение (радиус равен расстоянию до середины стороны шестиугольника). В варианте осуществления изобретения с шестиугольниками, расстояние между которыми одинаково и которые показаны на фиг.5, справедливо следующее выражение:
где r1 - расстояние от центра до вершины первого шестиугольника, r2 - расстояние от вершины первого шестиугольника до вершины второго шестиугольника, r3 - расстояние от вершины второго шестиугольника до вершины третьего шестиугольника и r4 - расстояние от вершины третьего шестиугольника до вершины четвертого шестиугольника (самого большого шестиугольника).
В случае шестиугольников, расположенных на равных расстояниях друг от друга, указанные расстояния равны следующему:
В случае четырех шестиугольников, геометрически расположенных, как показано на фиг.2, показатель смещения для шестиугольников может быть равен s. Расстояния между шестиугольниками могут быть описаны следующим выражением:
Если r'i - константа (r'1=r'2=r'3=r'4=r'), то:
Относительно показателя смещения s могут быть сделаны определенные предположения, так что размеры (расстояния от добывающей скважины) четырех шестиугольников могут быть описаны следующим образом:
Таким образом, для показателя смещения, равного нулю, расстояние между шестиугольниками будет одинаковым, как показано на фиг.5. На фиг.2 показаны шестиугольники, расстояния между которыми представляют собой арифметическую прогрессию и показатель смещения равен примерно 8.
Уменьшение плотности источников 202 тепла при приближении к добывающей скважине 206, как показано на фиг.2, обеспечивает меньшее нагревание у добывающей скважины или рядом с ней. Подвод меньшего количества тепла у добывающей скважины или рядом с ней может уменьшить внутреннюю энергию флюидов, добытых через добывающую скважину. Меньшее нагревание у добывающей скважины или рядом с ней может обеспечивать меньшие температуры в добывающей скважине, так что при добыче флюида из пласта извлекается меньшее количество энергии, и большее количество энергии остается в пласте для его нагревания. Таким образом, могут быть уменьшены потери энергии в пласте. Уменьшение потерь энергии в пласте увеличивает отдачу энергии (энергия, поданная в пласт, против энергии, добытой из пласта) при обработке пласта.
В определенных вариантах осуществления изобретения средняя температура добытых флюидов поддерживается ниже выбранной температуры. Например, средняя температура добытых флюидов при условии, что примерно 50% углеводородов в пласте прошли пиролиз, может поддерживаться на уровне менее примерно 310°С, менее примерно 200°С или менее примерно 190°С. В некоторых вариантах осуществления изобретения средняя температура добытых флюидов при условии, что примерно 50% углеводородов в пласте подвижны, может поддерживаться на уровне менее примерно 310°С, менее примерно 200°С или менее примерно 190°С. В некоторых вариантах осуществления изобретения средняя температура добытых флюидов при условии, что добывается примерно 50% углеводородов в пласте, может поддерживаться на уровне менее примерно 310°С, менее примерно 200°С или менее примерно 190°С.
В некоторых вариантах осуществления изобретения уменьшение температур у добывающей скважины или рядом с ней уменьшает затраты, связанные с заканчиванием добывающей скважины, и/или уменьшает возможность аварий трубопроводов или другого оборудования в добывающей скважине. Например, обработка пласта с использованием шаблона, показанного на фиг.2, может уменьшить необходимое нагревание примерно на 17% по сравнению с обработкой пласта с использованием обычного треугольного шаблона расположения источников тепла. Возможно, уменьшение требований по нагнетанию тепла происходит благодаря конвективному теплообмену в пласте флюидов, имеющих высокую температуру, от областей с высокой плотностью расположения нагревателей (внешние части шаблона расположения нагревателей) до частей пласта, находящихся вокруг добывающей скважины.
Тем не менее, меньший нагрев у добывающей скважины или рядом с ней может уменьшить эффективность добычи (добытое количество пластовой нефти) в пласте. Уменьшенная эффективность добычи может объясняться большим количеством углеводородов, оставшихся неподвижными или не прошедших пиролиз, в пласте в конце добычи и/или объясняться более высокими концентрациями коксования из-за более высоких температур, полученных из-за более высокой плотности расположения нагревателей во внешних частях шаблона расположения нагревателей. Уменьшенная эффективность добычи может компенсировать некоторые достоинства уменьшенного подвода энергии в пласт. В некоторых вариантах осуществления изобретения дальнейшее увеличение плотности расположения источников тепла при увеличении расстояния от добывающей скважины (например, при увеличении показателя смещения с фиг.2) так уменьшает эффективность добычи, что это компенсирует все преимущества уменьшенного подвода энергии в пласт.
Увеличение показателей смещения может привести к уменьшению времени для добычи, что происходит благодаря ускоренному нагреванию при более высокой плотности расположения источников тепла. Тем не менее, большие показатели смещения также приводят к уменьшению пиковых темпов добычи нефти и уменьшению эффективности добычи. Кроме того, при больших показателях смещения может понадобиться нагревать больше породы для компенсации уменьшения добычи жидкости из пласта. Уменьшение показателя смещения увеличивает темпы добычи нефти и эффективность добычи, но уменьшает коэффициент полезного действия тепла при обработке пласта. Таким образом, желательный показатель смещения (например, желательный шаблон с увеличивающейся плотностью расположения нагревателей) может находиться между указанными выше результатами.
В определенных вариантах осуществления изобретения для оценки или определения желательного для обработки пласта шаблона расположения нагревателей (например, показателя смещения) используют моделирование, вычисления и/или другие способы оптимизации. Желательный шаблон плотности расположения нагревателей может быть определен на основе, помимо прочего, таких факторов, как текущие или будущие экономические условия, требуемые объемы добычи и свойства пласта. В некоторых вариантах осуществления изобретения моделирование или вычисления используются для изменения показателя смещения и определения желательного (например, оптимального) отношения отдачи энергии из пласта и подвода энергии в пласт.
В таблице приведены данные моделирования для трех различных шаблонов расположения нагревателей, для шаблонов нагревателей указанные данные представляют собой суммарную добычу нефти (в м3), добычу газа (в м3), эффективность нагнетания тепла (нагнетание тепла на баррель добытой нефти (в Мегаджоулях на баррель)) и общее нагнетание тепла (Мегаджоули). Строка 1 содержит данные для моделирования шаблона, в котором нагреватели расположены на одинаковом расстоянии друг от друга и который показан на фиг.5. Строка 2 содержит данные для моделирования шаблона неравномерного расположения нагревателей, показанного на фиг.2. Моделирования, которые привели к данным, содержащимся в строках 1 и 2, осуществлялись при одинаковой средней температуре в пласте. В строке 3 содержатся данные моделирования для шаблона с неравномерным расположением нагревателей, который показан на фиг.2, при этом нагреватели, расположенные наиболее близко к добывающей скважине (нагреватели ряда А), оставляли включенными в течение большего периода времени. Нагреватели оставляли включенными до тех пор, пока суммарное нагнетание тепла при моделировании не сравнялось с суммарным нагнетанием тепла для моделирования при шаблоне с нагревателями, расположенными на одинаковых расстояниях друг от друга (данные содержатся в строке 1).
Как ясно из данных, содержащихся в строках 1 и 2 таблицы, увеличение плотности подвода тепла при увеличении расстояния от добывающей скважины при шаблоне с неравномерно расположенными источниками тепла увеличивает эффективность нагнетания тепла в пласт и уменьшает общее нагнетание тепла в пласт. Тем не менее, добыча нефти уменьшается при шаблоне с неравномерно расположенными источниками тепла. Данные из строки 3 показывают, что регулирование того, как тепло нагнетается в шаблон с неравномерно расположенными источниками тепла (например, оставляя нагреватели, расположенные ближе к добывающей скважине, включенными в течение большего промежутка времени), может увеличить добычу нефти до значения, которое превосходит даже значение для шаблона с равномерно (на одинаковом расстоянии) расположенными источниками тепла, при этом эффективность нагнетания тепла лучше по сравнению с шаблоном с равномерно расположенными источниками тепла. Дальнейшие регулировки того, как тепло нагнетается в шаблон расположения источников тепла (например, более раннее выключение нагревателей во внешних частях шаблона), может дополнительно увеличить эффективность нагнетания тепла и/или увеличить добычу нефти.
Ясно, что шаблон расположения источников тепла и ряды, показанные на фиг.2, являются всего лишь представителями одного возможного варианта осуществления шаблона расположения источников тепла, в котором плотность расположения нагревателей увеличивается с увеличением расстояния от добывающей скважины. Для обеспечения той же функции увеличения плотности расположения нагревателей, что показано на фиг.2, также могут быть использованы многие другие геометрические или негеометрические шаблоны расположения источников тепла. Для оценки или определения желательного шаблона расположения нагревателей для обработки пласта при любом желательном геометрическом или негеометрическом шаблоне могут быть использованы моделирование, вычисления и/или другие способы оптимизации. Например, моделирование, вычисления и/или другие способы оптимизации могут быть использованы для оценки и оптимизации величины теплоотдачи на единицу объема пласта для источников тепла (или плотности расположения источников тепла) при различных расстояниях по радиусу от добывающей скважины, чтобы отношение отдачи энергии из пласта и подвода энергии в пласт было оптимальным.
В некоторых вариантах осуществления изобретения источники 202 тепла рядов А, В, С и D, показанные на фиг.2, включаются и выключаются одновременно. Источники тепла могут быть включены и могут нагревать пласт до выбранной средней температуры до своего выключения. Выбранная температура может быть, например, температурой придания подвижности углеводородам, температурой осуществления легкого крекинга или температурой пиролиза углеводородов. Моделирование и/или вычисления могут быть использованы для оценки средней температуры при выбранном шаблоне плотности расположения нагревателей.
В некоторых вариантах осуществления изобретения источники 202 тепла, расположенные наиболее близко к добывающей скважине 206 (например, источники 202 тепла рядов А и/или В), остаются включенными в течение более долгих промежутков времени по сравнению с источниками тепла, расположенными дальше от добывающей скважины (например, источники 202 тепла рядов С и/или D). Невыключение источников тепла, расположенных ближе к добывающей скважине, в течение более длительных промежутков времени может позволить добывать из пласта больше углеводородов. Таким образом, меньше углеводородов может оставаться в пласте после окончания добычи и с использованием выбранного шаблона плотности расположения нагревателей могут быть достигнуты большие эффективности добычи. Моделирование и/или вычисления могут быть использованы для оценки нужных моментов времени включения и выключения источников тепла, чтобы отношение отдачи энергии из пласта и подвода энергии в пласт было оптимальным. В некоторых вариантах осуществления изобретения возможно увеличить эффективность добычи путем приспосабливания теплоотдачи к эффективностям добычи, полученным для шаблонов равномерного расположения нагревателей (например, без показателя смещения).
В некоторых вариантах осуществления изобретения источники тепла, которые включены в течение более коротких промежутков времени (например, источники 202 тепла ряда D), спроектированы с более коротким сроком эксплуатации. Например, источники 202 тепла ряда D могут быть спроектированы так, чтобы работать самое большее примерно 3 года или самое большее примерно 5 лет. Другие источники тепла в пласте могут быть спроектированы так, чтобы работать, по меньшей мере, примерно 5 лет или, по меньшей мере, примерно 10 лет. В источниках тепла с меньшими сроками эксплуатации могут быть использованы менее дорогостоящие материалы и/или они могут быть менее дорогими в изготовлении или установке по сравнению с источниками тепла с более продолжительными сроками эксплуатации. Таким образом, использование источников тепла с меньшими сроками эксплуатации может уменьшить затраты, связанные с обработкой пласта.
В некоторых вариантах осуществления изобретения источники 202 тепла, показанные на фиг.2, включаются последовательно, снаружи и по направлению к добывающей скважине 206. Например, источники 202 тепла ряда D могут включать первыми, далее включают источники 202 тепла ряда С, затем источники 202 тепла ряда В и последними источники 202 тепла ряда А. Такая последовательность включения нагревателей может обрабатывать пласт согласно способу поэтапного нагревания, при котором один или несколько внешних источников тепла расположены так, чтобы тепло от источников тепла не накладывалось или не нагревало добывающую скважину через теплопроводность, а тепло в основном передавалось при конвекции флюидов к добывающей скважине. Например, источники 202 тепла рядов A-D можно считать принадлежащими первому участку пласта, а добывающую скважину 206 считать принадлежащей второму участку, который прилегает к первому участку.
В некоторых вариантах осуществления изобретения температурой у добывающей скважины 206 или рядом с ней управляют так, что ее значение самое большее равно выбранному значению температуры. Например, температурой у добывающей скважины 206 или рядом с ней управляют так, что ее значение составляет самое большее примерно 100°C, самое большее примерно 150°C, самое большее примерно 200°C или самое большее примерно 250°C. В определенных вариантах осуществления изобретения температурой у добывающей скважины 206 или рядом с ней управляют путем уменьшения или полного отказа от тепла, подаваемого от источников 202 тепла, расположенных наиболее близко к добывающей скважине (например, источники тепла ряда А). В некоторых вариантах осуществления изобретения температурой у добывающей скважины 206 или рядом с ней управляют путем регулирования добычи флюидов через добывающую скважину.
В определенных вариантах осуществления изобретения шаблон расположения нагревателей, показанный на фиг.2, является основным блоком для шаблона, повторяющегося в большой части пласта и определяющего большую область обработки. На фиг.7 показаны три основных блока в пласте. При желании могут быть сформированы дополнительные основные блоки. Количество и/или расположение основных блоков в шаблоне может зависеть, например, от размера и/или формы обрабатываемого пласта. В определенных вариантах осуществления изобретения добывающие скважины 206 расположены в центре повторяющихся основных блоков шаблона или рядом с этим центром. Нагревательные скважины 202 и добывающие скважины 206 могут быть использованы для обработки и добычи углеводородов из пласта с использованием шаблона, показанного на фиг.7.
В свете настоящего описания специалистам в рассматриваемой области могут быть ясны дополнительные модификации и альтернативные варианты осуществления различных аспектов настоящего изобретения. Соответственно это описание рассматривается только с иллюстративной точки зрения и с целью обучения специалистов в рассматриваемой области общему способу осуществления этого изобретения. Ясно, что показанные и описанные здесь формы изобретения надо рассматривать как предпочтительные в настоящее время варианты осуществления изобретения. Показанные и описанные здесь элементы и материалы могут быть заменены, части и способы могут быть изменены и некоторые признаки изобретения могут быть использованы независимо, что ясно специалисту в рассматриваемой области после понимания описания настоящего изобретения. В описанные здесь элементы могут быть внесены изменения, которые не выходят за пределы объема и сущности изобретения, которые описаны в прилагаемой формуле изобретения. Кроме того, ясно, что описанные здесь независимые признаки могут быть объединены в некоторых вариантах осуществления изобретения.
Изобретение относится к добыче углеводородов, водорода и/или других продуктов из различных подземных пластов, таких как углеводородсодержащие пласты и касается обработки пластов с нерегулярными группами источников тепла и/или источников тепла, расположенных неравномерно. Обеспечивает повышение эффективности способа обработки за счет оптимизации подвода энергии. Сущность изобретения: по способу от одного или более источников тепла, расположенных в первом участке пласта, подводят тепло к первому участку пласта. Тепло подводят в пласт от источников тепла таким образом, что подвод тепла в пласт на единицу объема пласта для первого объема первого участка меньше, чем подвод тепла в пласт на единицу объема пласта для второго объема первого участка, и подвод тепла в пласт на единицу объема пласта для второго объема первого участка меньше, чем подвод тепла в пласт на единицу объема пласта для третьего объема первого участка. При этом первый объем по существу окружает добывающую скважину, расположенную в центре участка или рядом с этим центром, второй объем по существу окружает первый объем, а третий объем по существу окружает второй объем. Добывают флюиды из первого участка через добывающую скважину. 19 з.п. ф-лы, 1 табл., 7 ил.
1. Способ обработки углеводородсодержащего пласта, характеризующийся тем, что:
от одного или более источников тепла, расположенных в первом участке пласта, подводят тепло к первому участку пласта;
тепло подводят в пласт от источников тепла таким образом, что подвод тепла в пласт на единицу объема пласта для первого объема первого участка меньше, чем подвод тепла в пласт на единицу объема пласта для второго объема первого участка, и подвод тепла в пласт на единицу объема пласта для второго объема первого участка меньше, чем подвод тепла в пласт на единицу объема пласта для третьего объема первого участка, при этом первый объем, по существу, окружает добывающую скважину, расположенную в центре участка или рядом с этим центром, второй объем, по существу, окружает первый объем, а третий объем, по существу, окружает второй объем; и
добывают флюиды из первого участка через добывающую скважину.
2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что обеспечивают различные тепловые мощности от источников тепла так, что средняя величина тепловой мощности источников тепла в первом объеме меньше средней тепловой мощности источников тепла во втором объеме.
3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что источники тепла располагают таким образом, что количество источников тепла на единицу объема пласта в первом объеме меньше, чем количество источников тепла на единицу объема пласта во втором объеме.
4. Способ по п.1, характеризующийся тем, что среднее радиальное расстояние от добывающей скважины для первого объема меньше среднего радиального расстояния от добывающей скважины для второго объема.
5. Способ по п.1, характеризующийся тем, что источники тепла содержат нагреватели.
6. Способ по п.1, характеризующийся тем, что дополнительно подводят тепло в первый участок от источников тепла так, что углеводороды, перемещающиеся от источников тепла во втором объеме или рядом с ними по направлению к добывающей скважине по меньшей мере частично охлаждаются.
7. Способ по п.1, характеризующийся тем, что дополнительно придают углеводородам подвижность с помощью тепла, подводимого источниками тепла, и добывают подвижные углеводороды через добывающую скважину.
8. Способ по п.1, характеризующийся тем, что дополнительно подводят тепло в часть пласта, расположенную между первым объемом и добывающей скважиной, посредством тепла подвижных углеводородов, перемещающихся к добывающей скважине из второго объема.
9. Способ по п.1, характеризующийся тем, что источники тепла в первом объеме отличаются по типу от источников тепла во втором объеме.
10. Способ по п.1, характеризующийся тем, что дополнительно подводят тепло от источников тепла так, что тепловая мощность, поступающая в пласт на единицу объема пласта в четвертом объеме первого участка больше, чем тепловая мощность, поступающая в пласт на единицу объема пласта в третьем объеме, при этом четвертый объем, по существу, окружает третий объем.
11. Способ по п.1, характеризующийся тем, что уменьшают или прекращают нагревание источников тепла, расположенных в первом объеме, когда температура в добывающей скважине или рядом с ней достигает температуры по меньшей мере примерно 100°С.
12. Способ по п.1, характеризующийся тем, что последовательно включают по меньшей мере большую часть источников тепла, при этом по меньшей мере большую часть источников тепла, наиболее удаленных от добывающей скважины, включают до включения по меньшей мере большей части источников, расположенных наиболее близко к добывающей скважине.
13. Способ по п.1, характеризующийся тем, что последовательно прекращают подачу тепловой мощности или уменьшают тепловую мощность по меньшей мере от большей части источников тепла, при этом подачу тепловой мощности по меньшей мере от большей части источников тепла, наиболее удаленных от добывающей скважины, прекращают или уменьшают до прекращения подачи тепловой мощности или уменьшения тепловой мощности по меньшей мере большей части источников, расположенных наиболее близко к добывающей скважине.
14. Способ по п.1, характеризующийся тем, что по меньшей мере один источник тепла расположен в первом объеме, втором объеме и/или третьем объеме.
15. Способ по п.1, характеризующийся тем, что по меньшей мере два источника тепла расположены в первом объеме, втором объеме и/или третьем объеме.
16. Способ по п.1, характеризующийся тем, что по меньшей мере три источника тепла расположены в первом объеме, втором объеме и/или третьем объеме.
17. Способ по п.1, характеризующийся тем, что первый объем примерно равен по величине второму объему и/или третьему объему.
18. Способ по п.1, характеризующийся тем, что второй объем примерно равен по величине третьему объему.
19. Способ по п.1, характеризующийся тем, что все источники тепла, расположенные в первом объеме, находятся ближе к добывающей скважине, чем любой из источников тепла, расположенных во втором объеме.
20. Способ по п.1, характеризующийся тем, что среднее расстояние от добывающей скважины до источников тепла, расположенных в первом объеме, меньше среднего расстояния от добывающей скважины до источников тепла, расположенных во втором объеме.
| Пресс для выдавливания из деревянных дисков заготовок для ниточных катушек | 1923 |
|
SU2007A1 |
| US 6712136 A, 30.03.2004 | |||
| RU 2004115630 A, 27.10.2005 | |||
| US 4886118 A, 12.12.1989 | |||
| US 3272261 A, 13.09.1966. | |||
