Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение касается способов и систем, предназначенных для добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из различных подземных пластов, таких как пласты, содержащие углеводороды.
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 (проходящие внутри пласта). 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. Существует много различных типов нагревателей, которые могут быть использованы для нагревания пласта. Энергия, необходимая для преобразования и/или извлечения углеводородных материалов из подземного пласта, больше чем что-либо другое определяет эффективность и рентабельность добываемых углеводородных материалов. Следовательно, существует необходимость в любых системах и/или способах, которые могут привести к уменьшению потребностей в энергии и/или стоимости энергии, требуемой для добычи углеводородных материалов.
В патенте США №3170842, автор Кехлер (Kehler), описан подкритичный ядерный реактор и средство получения нейтронов, подходящие для использования в стволе скважины. Кехлер описывает каротаж буровой скважины с помощью ядерного реактора, нагревание буровой скважины с помощью ядерного реактора или пиролиз in situ нефтяных сланцев путем нагревания, использование ядерного реактора в буровой скважине в качестве источника тепла в указанном сланце. Ядерный реактор имеет заданную выходную мощность, меняющуюся в широких пределах, и скорость образования нейтронов, а также содержит средство изменения и удерживания постоянной указанной выходной мощности или скорости образования нейтронов на заданном уровне, подходящем для выбранной цели, для которой предполагается использовать ядерный реактор. Ядерный реактор имеет множество подкритичных стадий, запитываемых до уровня образования нейтронов или получения выходной мощности в зависимости от положения первичного генератора нейтронов, который может перемещаться относительно основной части ядерного реактора с помощью подходящего механического средства.
В патенте США №3237689, автор Джастейм (Justheim), описан способ и установка для перегонки in situ залежей нефтяных сланцев и других твердых углеродных материалов, при этом осуществляется более эффективная и полная перегонка и достигается значительная экономия. Ядерный реактор, расположенный рядом с рассматриваемой областью, предназначен для подвода тепла к теплообменной среде, циркулирующей через один или более теплообменников, которые подводят тепло к одному или более температурным фронтам для осуществления перегонки in situ залежей нефтяных сланцев.
В патенте США №3598182, автор Джастейм (Justheim), описан способ перегонки и гидрогенизации углеводородного содержимого углеродных материалов с использованием горячего водорода для выделения и перегонки углеводородного содержимого. Предпочтительное устройство для реализации этого способа содержит источник водорода, средство для изменения температуры водорода, подземную полость в углеродном материале и средство регулировки температуры на поверхности сланца, предназначенное для регулировки температуры водорода. Горячий водород может быть из любого источника, но предпочтительно, чтобы он был получен из ядерного реактора, использующего водород в качестве теплоносителя или в процессе коксования угля.
В патенте США №3766982, автор Джастейм (Justheim), описан способ обработки in-situ нефтяных сланцев или другого углеводородного материала с помощью горячего флюида, такого как воздух или дымовой газ, используемого в качестве теплообменной среды, для испарения керогена или другого углеводородного вещества и предпочтительно также в качестве носителя теплоты, достаточной для образования разлома и трещины в материале, чтобы он стал проницаемым для потока газа. Добыча испаренного углеводородного материала осуществляется через одну или несколько буровых скважин, отдаленных от места введения горячего газа. Нагревание воздуха или другого сравнительно недорогого теплообменного газа до нужной температуры над поверхностью земли или под землей осуществляется в ядерном реакторе, в нагревателе с галечным теплоносителем или в другом подходящем нагревательном устройстве.
В патенте США №4765406, автор Фролинг (Frohling), описан способ испытательной добычи сырой нефти путем нагнетания теплоносителя в нефтяной пласт. На способ влияет генерация тепловой энергии в месторождении сырой нефти или в месте, в котором скважина входит в это месторождение, что достигается путем осуществления каталитической реакции получения метана и передачи полученной теплоты теплоносителю, который может являться паром или инертным газом. Теплоноситель вводят в пласт сырой нефти, и он увеличивает подвижность сырой нефти. Может быть использовано множество источников энергии, в том числе уголь, нефть, газовые отопительные устройства, установки солнечной энергии и подобные, хотя предпочтительно использовать высокотемпературный ядерный реактор.
В патенте США №4930574, автор Джейгер (Jager), описан способ добычи нефти третичным методами и использования газа путем введения пара, нагретого ядерным реактором, в месторождение нефти и удаления, сепарации и подготовки выделяющейся смести нефти, газа и воды. Способ включает в себя нагрев устройства преобразования пара и получение пара в генераторе пара с помощью теплоты от высокотемпературного охлаждаемого гелием реактора, частичную подачу пара, полученного в генераторе пара, в месторождение нефти через трубу, отделение метана и других компонентов из выделяющейся смести нефти, газа и воды, предварительное нагреванием метана в устройстве предварительного подогрева и последующую частичную подачу пара, полученного в генераторе пара, и метана в устройство преобразования пара для разделения метана на водород и оксид углерода.
В заявке на патент США №20070181301, автор О'Брайен (O'Brien) описана система и способ извлечения углеводородных продуктов из используемого нефтеносного сланца. Способ включает в себя использование источников ядерной энергии для подачи энергии в пласты нефтеносных сланцев для образования трещин, и обеспечения достаточного количества теплоты и давления для добычи жидких и газообразных углеводородных продуктов. Этот способ также включает в себя этапы, направленные на извлечение углеводородных продуктов из пластов нефтеносных сланцев.
Прилагались значительные усилия для разработки способов и систем экономной добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из содержащих углеводороды пластов. Тем не менее, в настоящий момент существует еще много содержащих углеводороды пластов, из которых нельзя экономно добыть углеводороды, водород и/или другие продукты. Таким образом, существует необходимость в улучшенных способах и системах, которые уменьшают затраты энергии на обработку пласта, уменьшают выбросы от процесса обработки, облегчают установку системы нагревания и/или уменьшают потери теплоты в покрывающий слой по сравнению с процессами добычи углеводородов, при которых используется расположенное на поверхности оборудование.
Раскрытие изобретения
Описанные здесь варианты осуществления изобретения, в общем, касаются систем и способов обработки подземного пласта. В конкретных вариантах осуществления изобретения предложена одна или несколько систем и один или несколько способов обработки подземного пласта.
В некоторых вариантах осуществления изобретения система тепловой обработки внутри пласта, предназначенная для добычи углеводородов из подземного пласта, содержит: множество стволов скважин в пласте; по меньшей мере один нагреватель, расположенный по меньшей мере в двух стволах скважин; и саморегулирующийся ядерный реактор, предназначенный для подачи энергии по меньшей мере к одному нагревателю для увеличения температуры пласта до температуры, позволяющей добывать углеводороды из пласта.
В некоторых вариантах осуществления изобретения система тепловой обработки внутри пласта, предназначенная для добычи углеводородов из подземного пласта, содержит: множество стволов скважин в пласте; по меньшей мере один нагреватель, расположенный по меньшей мере в двух стволах скважин; и саморегулирующийся ядерный реактор, предназначенный для подачи энергии по меньшей мере к одному нагревателю для увеличения температуры пласта до температуры, позволяющей добывать углеводороды из пласта; при этом температура саморегулирующегося ядерного реактора регулируется путем регулирования давления водорода, подаваемого к саморегулирующемуся ядерному реактору, и при этом давление регулируют на основе пластовых условий.
В некоторых вариантах осуществления изобретения способ добычи углеводородов из подземного пласта может содержать описанную здесь систему. 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 обработку подземного пласта осуществляют с использованием описанных здесь систем и способов. В других вариантах осуществления изобретения к описанным здесь конкретным вариантам осуществления изобретения могут быть добавлены дополнительные признаки.
Краткое описание чертежей
Преимущества 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 внутри пласта, предназначенной для обработки пласта, содержащего углеводороды;
фиг.2 - схематический вид варианта осуществления части системы тепловой обработки внутри пласта, в которой используется ядерный реактор;
фиг.3 - вертикальный разрез варианта осуществления части системы тепловой обработки внутри пласта, в которой используется ядерный реактор с засыпкой из шаровых тепловыделяющих элементов;
фиг.4 - схематический вид варианта осуществления саморегулирующегося ядерного реактора;
фиг.5 - схематический вид варианта осуществления части системы тепловой обработки внутри пласта с U-образными стволами скважины, в которой используются саморегулирующиеся ядерные реакторы;
фиг.6 - вид, показывающий график зависимости мощности (Ватт/фут) (ось y) от времени (года) (ось х) для потребностей по подаче энергии при тепловой обработке внутри пласта;
фиг.7 - вид, показывающий график зависимости мощности (Ватт/фут) (ось y) от времени (дни) (ось х) для потребностей по подаче энергии при тепловой обработке внутри пласта для различных расстояний между стволами скважин;
фиг.8 - вид, показывающий график зависимости средней температуры (°С) (ось y) от времени (дни) (ось х) при тепловой обработке внутри пласта для различных расстояний между стволами скважин.
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.
Осуществление изобретения
Последующее описание, в общем, относится к системам и способам обработки углеводородов в пластах. Такие пласты обрабатывают для добычи углеводородных продуктов, водорода и других продуктов.
Под «плотностью в градусах АНИ» понимается плотность в градусах Американского нефтяного института (АНИ) при 15,5°С (60°F). Плотность в градусах АНИ определяют согласно способу Американского общества по испытанию материалов (ASTM) D6822 или способу ASTM D1298.
«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, сланцы, алевритоглинистую породу или плотную карбонатную горную породу, не пропускающую влагу. В некоторых вариантах осуществления процессов тепловой обработки внутри пласта, 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 внутри пласта, в результате которой характеристики содержащих углеводороды слоев покрывающего и/или подстилающего слоев значительно изменяются. Например, подстилающий слой может содержать сланцы или алевритоглинистую породу, но при осуществлении процесса тепловой обработки внутри пласта 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 электропроводящие материалы и/или 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 электропроводящих материалов, 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 электропроводящий материал и/или 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.
Тяжелые углеводороды могут быть найдены в сравнительно проницаемых пластах. Сравнительно проницаемые пласты могут содержать тяжелые углеводороды, расположенные, например, в песке или карбонатных горных породах. По отношению к пласту или его части термин «сравнительно проницаемый» означает, что средняя проницаемость составляет от 10 мДарси или более (например, 10 или 100 мДарси). По отношению к пласту или его части термин «сравнительно малопроницаемый» означает, что средняя проницаемость составляет менее примерно 10 мДарси. 1 Дарси равен примерно 0,99 квадратного микрометра. Проницаемость непроницаемого слоя, в общем, составляет менее 0,1 мДарси.
Некоторые типы пластов, содержащих тяжелые углеводороды, также могут содержать, помимо прочего, природные минеральные воски или природные асфальтиты. Обычно «природные минеральные воски» расположены, по существу, в цилиндрических жилах, ширина которых составляет несколько метров, длина равна нескольким километрам, а глубина составляет сотни метров. К «природным асфальтитам» относятся твердые углеводороды ароматического состава и они обычно расположены в больших жилах. Добыча in situ из пластов углеводородов, таких как природные минеральные воски и природные асфальтиты, может включать в себя расплавление с целью получения жидких углеводородов и/или добычу растворением углеводородов из пластов.
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, силицилиты, 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 внутри пласта» понимается процесс нагревания пласта, содержащего углеводороды, 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 внутри пласта» 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.
«Изолированным проводником» называется любой удлиненный материал, который способен проводить электричество и который покрыт, полностью или частично, электроизоляционным материалом.
«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 в участок пласта могут передавать теплоту.
«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.
«Пласт битуминозных песков» - это пласт, в котором углеводороды преимущественно являются тяжелыми углеводородами и/или битумом, захваченными в минеральной зернистой структуре или другой вмещающей породе (например, песке или карбонатной горной породе). Примерами пластов битуминозных песков являются пласт Athabasca, пласт Grosmont и пласт PeaceRiver, все три указанных пласта находятся в Канаде, провинция Альберта, и пласт Faja, который находится в поясе Ориноко в Венесуэле.
«Толщиной» слоя называется толщина поперечного разреза слоя, при этом плоскость сечения перпендикулярна поверхности слоя.
Под «U-образным стволом скважины» понимают ствол скважины, который начинается от первого отверстия в пласте, проходит, по меньшей мере, часть пласта и заканчивается вторым отверстием в пласте. В этом случае форма ствола скважины, который считается «U-образным», может иметь вид буквы «v» или «u», при этом ясно, что «ножки» буквы «и» не обязательно параллельны друг другу или перпендикулярны «нижней части» буквы «u».
Под «обогащением» понимают улучшение качества углеводородов. Например, обогащение тяжелых углеводородов может приводить к увеличению плотности тяжелых углеводородов в градусах АНИ.
Под «легким крекингом» понимают распутывание молекул при тепловой обработке и/или разрушение больших молекул на более мелкие молекулы при тепловой обработке, что приводит к уменьшению вязкости флюида.
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, пласт может быть обработан разными способами. Для обработки пласта в ходе процесса тепловой обработки внутри пласта могут быть использованы различные этапы или процессы. В некоторых вариантах осуществления изобретения для одного или нескольких участков пласта используется добыча растворением с целью извлечения из участков растворимых минеральных веществ. Добыча минеральных веществ с помощью растворения может быть осуществлена до, во время и/или после процесса тепловой обработки внутри пласта. В некоторых вариантах осуществления изобретения средняя температура одного или нескольких участков, из которых добывают с помощью растворения, может поддерживаться на уровне ниже примерно 120°С.
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 при извлечении воды и летучих углеводородов среднюю температуру пласта поднимают от температуры окружающей среды до температур, меньших примерно 220°С.
В некоторых вариантах осуществления изобретения один или несколько участков пласта нагревают до температур, при которых углеводороды в пласте могут перемещаться и/или может происходить легкий крекинг углеводородов в пласте. В некоторых вариантах осуществления изобретения среднюю температуру одного или несколько участков пласта поднимают до температур придания подвижности углеводородам в участках (например, до температур, находящихся в диапазоне от 100°С до 250°С, от 120°С до 240°С или от 150°С до 230°С).
В некоторых вариантах осуществления изобретения один или несколько участков пласта нагревают до температур, при которых происходят реакции пиролиза в пласте. В некоторых вариантах осуществления изобретения средняя температура одной или нескольких участков пласта может быть увеличена до температур пиролиза углеводородов в участках (например, до температур, находящихся в диапазоне от 230°С до 900°С, от 240°С до 400°С или от 250°С до 350°С).
Нагревание пласта, содержащего углеводороды, несколькими источниками тепла может установить перепады температур вокруг источников тепла, благодаря которым температура углеводородов в пласте поднимется до нужных температур с нужной скоростью нагревания. Скорость увеличения температуры в диапазоне температур придания подвижности и/или температур пиролиза для получения нужных продуктов может влиять на качество и количество пластовых флюидов, добываемых из содержащего углеводороды пласта. Медленное увеличение температуры в диапазоне температур придания подвижности и/или температур пиролиза может позволить добывать из пласта углеводороды высокого качества, с большой плотностью в градусах АНИ. Медленное увеличение температуры в диапазоне температур придания подвижности и/или температур пиролиза может позволить добывать в качестве углеводородного продукта большое количество углеводородов, присутствующих в пласте.
В некоторых вариантах осуществления тепловой обработки внутри пласта, вместо того, чтобы медленно нагревать в нужном диапазоне температур, до нужной температуры нагревают часть пласта. В некоторых вариантах осуществления изобретения нужная температура составляет 300°С, 325°С или 350°С. В качестве нужной температуры могут быть выбраны другие значения температуры.
Наложение теплоты от источников тепла позволяет сравнительно быстро и эффективно установить в пласте нужную температуру. Можно регулировать подведение энергии в пласт из источников тепла с целью поддержания, по существу, нужного значения температуры в пласте.
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 несколько участков пласта поднята до температур придания подвижности и углеводороды добывают из добывающих скважин. Средняя температура одного или нескольких участков может быть поднята до температур пиролиза после того, как добыча, возможная благодаря приданию подвижности, уменьшится ниже выбранного значения. В некоторых вариантах осуществления изобретения средняя температура одного или несколько участков пласта может быть поднята до температур пиролиза, при этом до достижения указанных температур не происходит добычи значительных количеств углеводородов. Через добывающие скважины могут быть добыты пластовые флюиды, в том числе продукты пиролиза.
В некоторых вариантах осуществления изобретения средняя температура одного или несколько участков пласта может быть поднята выше температур, достаточных для получения синтез-газа, что делается после придания подвижности и/или пиролиза. В некоторых вариантах осуществления изобретения при повышении температуры углеводородов до значений, достаточных для получения синтез-газа, до достижения температур, достаточных для получения синтез-газа, не происходит добычи значительных количеств углеводородов. Например, синтез-газ может быть получен в диапазоне температур, составляющем примерно от 400°С до примерно 1200°С, примерно от 500°С до примерно 1100°С или примерно от 550°С до примерно 1000°С. 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 внутри пласта может быть осуществлена добыча с помощью растворения, извлечение летучих углеводородов и воды, придание углеводородам подвижности, пиролиз углеводородов, получение синтез-газа и/или другие процессы. В некоторых вариантах осуществления изобретения некоторые процессы могут быть осуществлены после процесса тепловой обработки внутри пласта. Такими процессами могут быть, помимо прочего, рекуперирование теплоты из обработанных участков, сохранение флюидов (например, воды и/или углеводородов) в ранее обработанных участках и/или блокирование углекислого газа в ранее обработанных участках.
На фиг.1 показан схематический вид варианта осуществления части системы тепловой обработки внутри пласта, предназначенной для обработки содержащего углеводороды пласта. Система тепловой обработки внутри пласта может содержать барьерные скважины 100. 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 100 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 100, расположенные только вдоль одной стороны источников 102 тепла, но барьерные скважины могут окружать все источники 102 тепла, используемые или планируемые к использованию для нагревания области обработки пласта.
Источники 102 тепла расположены, по меньшей мере, в части пласта. Источники 102 тепла могут содержать электропроводящий материал. В некоторых вариантах осуществления изобретения источники тепла содержат 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 102 тепла могут также представлять собой нагреватели других типов. Источники 102 тепла подводят теплоту, по меньшей мере, в часть пласта с целью нагревания углеводородов в пласте. Энергия может подаваться к источнику 102 тепла по линиям 104 питания. Линии 104 питания могут конструктивно различаться в зависимости от типа источника тепла или источников тепла, используемых для нагревания пласта. Линии 104 питания для источников тепла могут передавать электричество для электропроводящего материала или электрических нагревателей, могут транспортировать топливо для камер сгорания или могут перемещать теплообменную среду, циркулирующую в пласте. В некоторых вариантах осуществления изобретения электричество для процесса тепловой обработки внутри пласта может поставляться атомной электростанцией или атомными электростанциями. Использование атомной энергии может позволить уменьшить или полностью исключить выбросы диоксида углерода в ходе процесса тепловой обработки внутри пласта.
Нагревание пласта может привести к увеличению проницаемости и/или пористости пласта. Увеличение проницаемости и/или пористости может привести к уменьшению массы в пласте из-за испарения и извлечения воды, извлечения углеводородов и/или создания трещин. Благодаря увеличенной проницаемости и/или пористости пласта в нагретой части пласта флюид может течь легче. Благодаря увеличенной проницаемости и/или пористости флюид в нагретой части пласта может перемещаться в пласте на значительные расстояния. Значительное расстояние может превышать 1000 м в зависимости от различных факторов, таких как проницаемость пласта, свойства флюида, температура пласта и перепад давлений, которые дают возможность флюиду перемещаться. Способностью флюида к перемещению в пласте на значительные расстояния позволяет размещать добывающие скважины 106 на сравнительно больших расстояниях друг от друга.
Добывающие скважины 106 используются для извлечения пластового флюида из пласта. В некоторых вариантах осуществления изобретения добывающая скважина 106 содержит источник тепла. Источник тепла в добывающей скважине может нагревать одну или несколько частей пласта у добывающей скважины или рядом с ней. В некоторых вариантах осуществления процесса тепловой обработки внутри пласта 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. Теплота, подаваемая в пласт от добывающей скважины, может увеличивать проницаемость пласта рядом с добывающей скважиной благодаря испарению и извлечению флюида, находящегося в жидкой фазе, рядом с добывающей скважиной и/или благодаря увеличению проницаемости пласта рядом с добывающей скважиной, вследствие образования макро- и/или микротрещин.
В некоторых вариантах осуществления изобретения источник тепла в добывающей скважине 106 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 in situ, увеличенного получения флюидов и испарения воды. Регулирование скорости извлечения флюидов из пласта позволяет регулировать давление 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 20°, 30° или 40°. Запрет на добычу до тех пор, пока по меньшей мере часть углеводородов не стала подвижной и/или не 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.
В некоторых вариантах осуществления изобретения может увеличиваться давление в результате расширения подвижных флюидов, флюидов пиролиза или других образованных в пласте флюидов, при отсутствии открытого пути к добывающим скважинам 106 или любой другой зоне пониженного давления. Давление флюидов может увеличиваться до литостатического давления. Когда флюид достигает литостатического давления, в содержащем углеводороды пласте могут образовываться трещины. Например, трещины могут образовываться от источников 102 тепла до добывающих скважин 106 в нагретой части пласта. Образование трещин в нагретой части может ослабить до некоторой степени давление в этой части. Для предотвращения нежелательной добычи, образования трещин в покрывающем или подстилающем слоях и/или коксообразования углеводородов в пласте давление в пласте может поддерживаться ниже выбранного уровня.
После достижения температуры подвижности и/или пиролиза, когда возможно осуществлять добычу из пласта, давление в пласте можно изменять с целью изменения и/или регулирования состава добываемых пластовых флюидов для регулирования процента конденсируемого флюида относительно неконденсируемого флюида в пластовом флюиде и/или для регулирования плотности в градусах АНИ добываемого пластового флюида. Например, уменьшение давления может привести к добыче большей доли конденсируемого компонента флюидов. Конденсируемый компонент флюидов может содержать больший процент олефинов.
В некоторых вариантах осуществления процесса тепловой обработки внутри пласта 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 внутри пласта. 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 больше углеводородов улучшенного качества и со сравнительно малой молекулярной массой. Давление может поддерживаться таким, чтобы добытый пластовый флюид содержал минимальное количество соединений, в которых углеродное число превышает выбранное углеродное число. Выбранное углеродное число может составлять самое большее 25, самое больше 20, самое большее 12 или самое большее 8. 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 время для пиролиза соединений, с тем чтобы получать соединения с меньшим углеродным числом.
Пластовый флюид, извлекаемый из добывающих скважин 106, может быть перекачен по коллекторному трубопроводу 108 до обрабатывающих установок 110. Также пластовые флюиды могут быть добыты из источников 102 тепла. Например, флюид может быть добыт из источников 102 тепла с целью регулирования давления в пласте рядом с источниками тепла. Флюид, добытый из источников 102 тепла, может быть перекачен по трубе или трубопроводу до коллекторного трубопровода 108 или добытый флюид может быть перекачен по трубе или трубопроводу непосредственно к обрабатывающим установкам 110. Обрабатывающие установки 110 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, такое как JP-8.
В определенных вариантах осуществления изобретения источники тепла, источники энергии для источников тепла, производственное оборудование, линии питания и/или другие источники тепла или оборудование, предназначенное для обеспечения добычи, расположены в туннелях, чтобы имелась возможность использовать для обработки пласта нагреватели меньших размеров и/или оборудование меньших размеров. Расположение такого оборудования и/или устройств в туннелях также может уменьшить затраты на энергию, используемую для обработки пласта, уменьшить выбросы от процесса обработки, облегчить установку системы нагревания и/или уменьшить потери тепла в покрывающий слой по сравнению с процессами добычи углеводородов, в которых используется оборудование, расположенное на поверхности.
В некоторых вариантах осуществления изобретения ядерная энергия используется для нагрева теплообменной среды, используемой в системе циркуляции, для нагревания части пласта. Ядерная энергия может вырабатываться ядерным реактором, таким как ядерный реактор с засыпкой из шаровых тепловыделяющих элементов, ядерный реактор на легкой воде или ядерный реактор на гидриде делящегося металла. Использование ядерной энергии обеспечивает источник тепла, который имеет небольшой выброс углекислого газа или у которого отсутствуют выбросы углекислого газа. Также в некоторых вариантах осуществления изобретения использование ядерной энергии более эффективно, так как отсутствуют потери энергии на преобразования теплоты в электричество и электричества в теплоту, благодаря тому что теплота, полученная в ядерных реакциях, используется напрямую без выработки электричества.
В некоторых вариантах осуществления изобретения ядерный реактор нагревает теплообменную среду, такую как гелий. Например, гелий течет через ядерный реактор с засыпкой из шаровых тепловыделяющих элементов и теплота передается гелию. Гелий может быть использован в качестве теплообменной среды для нагревания пласта. В некоторых вариантах осуществления изобретения ядерный реактор нагревает гелий и гелий проходит через теплообменник для передачи теплоты другой теплообменной среде, используемой для нагревания пласта. Ядерный реактор может содержать контейнер высокого давления, который содержит заключенное в оболочку топливо из обогащенного диоксида урана. Гелий может быть использован в качестве теплообменной среды для извлечения теплоты из ядерного реактора. В теплообменнике теплота может быть передана от гелия теплообменной среде, используемой в системе циркуляции. Теплообменная среда, используемая в системе циркуляции, может быть углекислым газом, солевым расплавом или другой текучей средой. Конечно, возможно, что теплообменная среда фактически не является текучей средой при определенных температурах. При более низкой температуре теплообменная среда может иметь много свойств твердого тела, а при более высокой температуре - свойств текучей среды. Ядерные реакторные системы с засыпкой из шаровых тепловыделяющих элементов изготавливаются, например, компанией PBMR Ltd (г.Центурион, Южная Африка).
На фиг.2 показан схематический вид системы, в которой ядерная энергия используется для нагревания области 200 обработки. Система может содержать устройство 202 перемещения газа гелиевой системы, ядерный реактор 204, теплообменный блок 206 и устройство 208 перемещения теплообменной среды. Устройство 202 перемещения газа гелиевой системы может продувать, накачивать или сжимать нагретый гелий из ядерного реактора 204 в теплообменный блок 206. Гелий из теплообменного блока 206 может проходить через устройство 202 перемещения газа гелиевой системы в ядерный реактор 204. Гелий из ядерного реактора 204 может иметь температуру примерно от 900°С до примерно 1000°С. Гелий из устройства 202 перемещения газа гелиевой системы может иметь температуру примерно от 500°С до примерно 600°С. Устройство 208 перемещения теплообменной среды может втягивать теплообменную среду из теплообменного блока 206 через область 200 обработки. Теплообменная среда может проходить через устройство 208 перемещения теплообменной среды в теплообменный блок 206. Теплообменная среда может быть углекислым газом, солевым расплавом и/или другой текучей средой. После выхода из теплообменного блока 206 температура теплообменной среды может составлять примерно от 850°С до примерно 950°С.
В некоторых вариантах осуществления изобретения система содержит дополнительный блок 210 питания. В некоторых вариантах осуществления изобретения дополнительный блок 210 питания генерирует энергию при прохождении гелия от теплообменного блока 206 через генератор для получения электричества. Гелий может быть направлен в один или более компрессоров и/или теплообменников для регулировки давления и температуры гелия перед направлением гелия в ядерный реактор 204. В некоторых вариантах осуществления изобретения дополнительный блок 210 питания генерирует энергию с использованием теплообменной среды (например, аммиака или раствора аммиака). Гелий из теплообменного блока 206 может быть направлен в дополнительные теплообменные блоки для передачи теплоты теплообменной среде. Теплообменная среда может проходить через энергетический цикл (такой как цикл Калины) для выработки электричества. В одном варианте осуществления изобретения ядерный реактор 204 представляет собой ядерный реактор мощностью 400 МВт, а дополнительный блок 210 питания генерирует примерно 300 МВт электричества.
На фиг.3 схематически показан вертикальный разрез конструкции, предназначенной для процесса тепловой обработки внутри пласта. С целью формирования областей 200А, 200В, 200С, 200D обработки в пласте могут быть сформированы стволы скважин (которые могут иметь U-образную форму или другие формы). С боков показанных областей обработки могут быть сформированы дополнительные области обработки. Значения ширины областей 200А, 200В, 200С, 200D обработки могут равняться 300 м, 500 м, 1000 м или 1500 м. Входы и выходы из стволов скважин могут быть сформированы в областях 212 отверстий скважин. Вдоль областей 200 обработки могут быть сформированы рельсовые линии 214. Рядом с концами рельсовых линий 214 могут быть расположены хранилища, административные здания и/или помещения для хранения отработанного топлива. Вдоль ответвлений рельсовой линий 214 могут быть сформированы установки 216. Установки 216 могут содержать ядерный реактор, компрессоры, теплообменные блоки и/или другое оборудование, необходимое для циркуляции горячей теплообменной среды в скважинах. Установки 216 также могут содержать наземные установки, предназначенные для обработки пластового флюида, добытого из пласта. В некоторых вариантах осуществления изобретения теплообменная среда, добытая в установке 216' может быть повторно нагрета реактором установки 216'' после прохождения через область 200А обработки. В некоторых вариантах осуществления изобретения каждая установка 216 используется для направления теплообменной среды к скважинам в одной половине области 200 обработки, прилегающей к установке. После завершения добычи из области обработки установки 216 могут быть перемещены по рельсам в другое место, предназначенное для установок.
В некоторых вариантах осуществления изобретения ядерную энергию используют для непосредственного нагревания части подземного пласта. Часть подземного пласта может быть частью области обработки с углеводородами. В отличие от использования установки с ядерным реактором для нагревания теплообменной среды, которую затем подают к подземному пласту с целью его нагревания, один или несколько саморегулирующихся ядерных нагревателей могут быть расположены под землей для непосредственного нагревания подземного пласта. Саморегулирующийся ядерный реактор может быть расположен в одном или нескольких туннелях или рядом с ними.
В некоторых вариантах осуществления изобретения для обработки подземного пласта требуется нагрев пласта до нужного начального верхнего диапазона (например, примерно от 250°С до 350°С). После нагревания подземного пласта до нужного температурного диапазона, температуру можно поддерживать в указанном диапазоне в течение требующегося времени (например, до осуществления пиролиза определенного процента углеводородов или до достижения средней температурой в пласте выбранного значения). При повышении температуры пласта температура нагревателя может быть медленно уменьшена в течение некоторого периода времени. В настоящее время определенные описанные здесь ядерные реакторы (например, ядерные реакторы с засыпкой из шаровых тепловыделяющих элементов) при активации достигают естественной границы выходной температуры, равной примерно 900°С, со временем уменьшающимся при выработке топлива из урана-235, в результате чего со временем температура нагревателя уменьшается. Кривая естественной выходной мощности определенных ядерных реакторов (например, ядерных реакторов с засыпкой из шаровых тепловыделяющих элементов) может быть использована для обеспечения нужного профиля нагревания с течением времени для определенных подземных пластов.
В некоторых вариантах осуществления изобретения ядерную энергию обеспечивает саморегулирующийся ядерный реактор (например, ядерный реактор с засыпкой из шаровых тепловыделяющих элементов или ядерный реактор с гидридом делящегося металла). Температура саморегулирующегося ядерного реактора не может превысить определенную температуру, зависящую от конструкции реактора. Саморегулирующийся ядерный реактор может быть в значительной степени компактным по сравнению с обычными ядерными реакторами. Размер саморегулирующегося ядерного реактора может составлять, например, 2 м2, 3 м2 или 5 м2 или даже меньше. Саморегулирующийся ядерный реактор может быть модульным.
На фиг.4 схематически показан саморегулирующийся ядерный реактор 218. В некоторых вариантах осуществления изобретения саморегулирующийся ядерный реактор содержит гидрид 220 делящегося металла. Гидрид делящегося металла может работать и как топливо для ядерной реакции, и как замедлитель ядерной реакции. Активная зона ядерного реактора может содержать материал из гидрида металла. Управляемая посредством температуры подвижность изотопа водорода, содержащегося в гидриде, может регулировать ядерную реакцию. Если температура в активной зоне 222 саморегулирующегося ядерного реактора 218 поднимается выше заданного значения, то изотоп водорода выделяется из гидрида и выходит из активной зоны и уменьшается выработка энергии. Если температура в активной зоне уменьшается, изотоп водорода снова соединяется с гидридом делящегося металла, что поворачивает процесс в обратную сторону. В некоторых вариантах осуществления изобретения гидрид делящегося металла может иметь порошкообразную форму, что позволяет водороду легче проникать в гидрид делящегося металла.
Благодаря этой основной конструкции саморегулирующийся ядерный реактор может содержать малое количество подвижных частей, связанных с управлением ядерной реакцией, или не содержать их совсем. Малый размер и простая конструкция саморегулирующегося ядерного реактора может иметь ясные достоинства, особенно по сравнению с обычными коммерческими ядерными реакторами, широко используемыми в сегодняшнем мире. Достоинства могут включать в себя сравнительную легкость изготовления, транспортабельность, безопасность и финансовую осуществимость. Компактная конструкция саморегулирующихся ядерных реакторов может позволить изготавливать реактор на одном предприятии и транспортировать в место использования, такое как содержащий углеводороды пласт. После доставки и установки саморегулирующийся ядерный реактор может быть активирован.
Саморегулирующиеся ядерные реакторы могут вырабатывать тепловую энергию порядка десятков мегаватт на один блок. Два или более саморегулирующихся ядерных реакторов могут быть использованы в пласте, содержащем углеводороды. Саморегулирующиеся ядерные реакторы могут работать при температуре топлива в диапазоне примерно от 450°С до примерно 900°С, примерно от 500°С до примерно 800°С или примерно от 550°С до примерно 650°С. Рабочая температура может находиться в диапазоне примерно от 550°С до примерно 600°С. Рабочая температура может находиться в диапазоне примерно от 500°С до примерно 650°С.
В активной зоне 222 саморегулирующиеся ядерные реакторы могут содержать систему 224 выделения энергии. Система 224 выделения энергии может быть предназначена для выделения энергии в виде теплоты, выработанной активированным ядерным реактором. Система выделения энергии может содержать теплообменную среду, которая циркулирует в трубопроводах 224А и 224В. По меньшей мере часть труб может быть расположена в активной зоне ядерного реактора. Система циркуляции флюида может быть предназначена для непрерывной циркуляции теплообменной среды по трубопроводу. Плотность и объем трубопровода, расположенного в активной зоне, может зависеть от степени обогащения гидрида делящегося металла.
В некоторых вариантах осуществления изобретения система выделения энергии содержит тепловые трубы из щелочного металла (например, калия). Тепловые трубы могут дополнительно упростить саморегулирующийся ядерный реактор благодаря отсутствию необходимости в механических насосах, предназначенных для перемещения теплообменной среды по активной зоне. Любое упрощение саморегулирующегося ядерного реактора может уменьшить шансы возникновения любой неисправности и увеличить безопасность ядерного реактора. Система выделения энергии может содержать теплообменник, соединенный с тепловыми трубами. Теплообменные среды могут перемещать тепловую энергию из теплообменника.
Размеры ядерного реактора могут определяться степенью обогащения гидрида делящегося металла. Ядерные реакторы с высокой степенью обогащения приводят к сравнительно малым реакторам. Надлежащие размеры могут, в конечном счете, определяться конкретными характеристиками содержащего углеводороды пласта и потребностями пласта в подводе энергии. В некоторых вариантах осуществления изобретения гидрид делящегося металла разбавляют воспроизводящимся гидридом. Воспроизводящийся гидрид может быть сформирован из другого изотопа делящейся части. Гидрид делящегося металла может содержать делящийся гидрид U235, а воспроизводящийся гидрид может содержать изотоп U238. В некоторых вариантах осуществления изобретения активная зона ядерного реактора может содержать ядерное топливо, образованное примерно 5% U235 и примерно 95% U238.
Также будут работать другие комбинации гидридов делящегося металла, смешанные с воспроизводящимися или неделящимися гидридами. Гидрид делящегося металла может содержать плутоний. Низкая температура плавления плутония (примерно 640°С) делает частицы гидрида менее приемлемыми в качестве топлива для реактора, предназначенного для питания генератора пара, но он может быть полезен в других областях, требующих более низкой температуры реактора. Гидрид делящегося металла может содержать гидрид тория. Торий дает возможность работы реактора при более высоких температурах, благодаря своей высокой температуре плавления (примерно 1755°С). В некоторых вариантах осуществления изобретения для достижения различных параметров выходной энергии используют другие комбинации гидридов делящихся металлов.
В некоторых вариантах осуществления изобретения ядерный реактор 218 может содержать один или несколько контейнеров 226 хранения водорода. Контейнер хранения водорода может содержать один или несколько неделящихся поглощающих водород материалов, предназначенных для поглощения водорода, выделившегося из активной зоны. Неделящийся поглощающий водород материал может содержать неделящийся изотоп гидрида из активной зоны. Неделящийся поглощающий водород материал может иметь такое давление диссоциации гидрида, которое близко к давлению диссоциации делящегося материала.
Активная зона 222 и контейнеры 226 хранения водорода могут быть отделены слоем 228 изоляции. Слой изоляции может работать в качестве отражателя нейтронов, предназначенного для уменьшения утечки нейтронов из активной зоны. Слой изоляции может быть предназначен для уменьшения тепловой обратной связи. Слой изоляции может быть предназначен для защиты контейнеров хранения водорода от нагревания со стороны ядерной активной зоны (например, нагревания излучением или конвективным нагреванием от газа, находящегося в камере).
Эффективной установившейся температурой активной зоны можно управлять с помощью давления окружающего газообразного водорода. Давлением окружающего газообразного водорода можно управлять с помощью температуры, которая поддерживается в неделящемся поглощающем водород материале. Температура гидрида делящегося металла может не зависеть от количества извлеченной энергии. Выходная мощность может зависеть от способности системы выделения энергии извлекать энергию из ядерного реактора.
Газообразный водород в активной зоне реактора можно отслеживать на предмет чистоты и периодически увеличивать давление для поддержания корректного количества и содержимого изотопов. В некоторых вариантах осуществления изобретения газообразный водород поддерживается с помощью доступа к активной зоне ядерного реактора через одну или несколько труб (например, труб 230А и 230В). Температурой саморегулирующегося ядерного реактора можно управлять путем регулирования давления водорода, подаваемого в саморегулирующийся ядерный реактор. Давление можно регулировать на основе температуры теплообменной среды в одной или нескольких точках (например, в точке, где теплообменная среда поступает в один или несколько стволов скважин). В некоторых вариантах осуществления изобретения давление можно регулировать и, следовательно, регулировать тепловую энергию, выделяемую саморегулирующимся ядерным реактором, на основе одного или нескольких условий, связанных с обрабатываемым пластом. Пластовые условия могут включать в себя, например, температуру части пласта, тип пласта (например, угленосные или битуминозные пески) и/или тип способа обработки, применяемый к пласту.
В некоторых вариантах осуществления изобретения ядерной реакцией, осуществляющейся в саморегулирующемся ядерном реакторе, можно управлять путем нагнетания поглощающего нейтроны газа. Поглощающий нейтроны газ может, в значительных количествах, гасить ядерную реакцию в саморегулирующемся ядерном реакторе (в конечном счете, уменьшая температуру реактора до температуры окружающей среды). Поглощающий нейтроны газ может содержать ксенон.
В некоторых вариантах осуществления изобретения ядерной реакцией активированного саморегулирующегося ядерного реактора можно управлять с использованием стержней регулирования мощности. Стержни регулирования мощности могут быть расположены, по меньшей мере, частично, по меньшей мере, в части активной зоны саморегулирующегося ядерного реактора. Стержни регулирования мощности могут быть сформированы из одного или нескольких поглощающих нейтроны материалов. Поглощающие нейтроны материалы могут включать в себя, помимо прочего, серебро, индий, кадмий, бор, кобальт, гафний, диспрозий, гадолиний, самарий, эрбий и европий.
В настоящее время описанные здесь саморегулирующиеся ядерные реакторы при активации достигают естественной границы выходной температуры, равной примерно 900°С, которая со временем уменьшается при выработке топлива.
В некоторых вариантах осуществления изобретения естественная выходная мощность саморегулирующихся ядерных реакторов может уменьшаться как примерно 1/Е (Е иногда называют числом Эйлера и оно равно примерно 2,71828). В некоторых вариантах осуществления изобретения естественная выделяемая мощность саморегулирующихся ядерных реакторов может уменьшиться до значения 1/Е от начальной мощности за период времени, составляющий примерно от 4 лет до примерно 8 лет. Обычно, когда пласт нагрет до нужной температуры, требуется меньшее количество теплоты и со временем уменьшается количество тепловой энергии, подаваемой в пласт с целью нагревания пласта. Системы нагревания обычно содержат два или более нагревателей. Нагреватели обычно располагают в стволах скважин в пласте. Стволы скважин могут являться, например, U-образными и L-образными стволами скважин или стволами скважин других форм.
Саморегулирующийся ядерный реактор в начале может подавать по меньшей мере в части стволов скважин выходную мощность, которая равна примерно 300 Вт/фут; и которая впоследствии уменьшается за заданный промежуток времени до примерно 120 Вт/фут. Заданный период времени может быть определен конструкцией самого саморегулирующегося ядерного реактора (например, топливом, используемым в активной зоне ядерного реактора, а также степенью обогащения топлива).
Поток продукта (например, поток, включающий в себя метан, углеводороды и/или тяжелые углеводороды) можно добывать из пласта, нагретого с помощью теплообменной среды, которая, в свою очередь, нагрета ядерным реактором. Пар, выработанный с помощью теплоты, сгенерированной ядерным реактором или вторым ядерным реактором, может быть использован для преобразования по меньшей мере части потока продукта. Поток продукта может быть преобразован для получения по меньшей мере некоторого количества молекулярного водорода.
Молекулярный водород может быть использован для обогащения по меньшей мере части потока продукта. Молекулярный водород можно закачивать в пласт. Поток продукта может быть получен с помощью процесса обогащения на поверхности. Поток продукта может быть получен с помощью процесса тепловой обработки внутри пласта. Поток продукта может быть получен с помощью процесса нагревания паром под землей.
По меньшей мере часть пара можно закачивать в процессе нагревания паром под землей. По меньшей мере часть пара может быть использована для преобразования метана. По меньшей мере часть пара может быть использована для выработки электричества. Пар и/или теплота от пара может придать подвижность по меньшей мере части пластовых углеводородов.
В некоторых вариантах осуществления изобретения саморегулирующиеся ядерные реакторы могут быть использованы для выработки электричества (например, с помощью турбин, приводимых в движение паром). Электричество может быть использовано в любых областях применения, обычно связанных с электричеством. Конкретнее, электричество может быть использовано в областях, связанных с процессами тепловой обработки внутри пласта и требующих энергии. Электричество из саморегулирующихся ядерных реакторов может быть использовано для подачи энергии к глубинным электрическим нагревателям. Электричество может быть использовано для охлаждения флюида с целью формирования низкотемпературного барьера (замороженного барьера) вокруг областей обработки и/или для подачи электричества в обрабатывающие установки, расположенные в месте прохождения процесса тепловой обработки внутри пласта или рядом с этим местом. В некоторых вариантах осуществления изобретения электричество, генерируемое ядерными реакторами, используют для резистивного нагревания труб, используемых для циркуляции теплообменной среды в области обработки. В некоторых вариантах осуществления изобретения ядерную энергию используют для выработки электричества, которое питает компрессоры и/или насосы (компрессоры/насосы обеспечивают наличие сжатых газов (таких как окисляющийся флюид и/или топливо для множества окислительных устройств) в области обработки), необходимые для процесса тепловой обработки внутри пласта. Если для питания компрессоров и/или насосов в ходе процесса тепловой обработки внутри пласта используются обычные источники электрической энергии, то это приводит к значительной стоимости процесса тепловой обработки внутри пласта при работе компрессоров и/или насосов за весь период процесса тепловой обработки внутри пласта.
Превращение теплоты от саморегулирующегося ядерного реактора в электричество может быть не самым эффективным использованием тепловой энергии, вырабатываемой ядерными реакторами. В некоторых вариантах осуществления изобретения тепловую энергию, вырабатываемую саморегулирующимися ядерными реакторами, используют непосредственно для нагревания частей пласта. В некоторых вариантах осуществления изобретения один или более саморегулирующихся ядерных реакторов расположены под землей в пласте таким образом, что вырабатываемая тепловая энергия непосредственно нагревает по меньшей мере часть пласта. Один или более саморегулирующихся ядерных реакторов могут быть расположены под землей в пласте ниже покрывающего слоя, тем самым увеличивая эффективность использования тепловой энергии, вырабатываемой саморегулирующимися ядерными реакторами. Саморегулирующиеся ядерные реакторы, расположенные под землей, могут быть заключены в оболочку из определенного материала для дополнительной защиты. Например, саморегулирующиеся ядерные реакторы, расположенные под землей, могут быть заключены в бетонный контейнер.
В некоторых вариантах осуществления изобретения тепловая энергия, вырабатываемая саморегулирующимися ядерными реакторами, может быть извлечена с использованием теплообменной среды. Тепловая энергия, вырабатываемая саморегулирующимися ядерными реакторами, может быть передана и распределена по меньшей мере по части пласта, что делается с использованием теплообменной среды. Теплообменная среда может циркулировать по трубопроводу системы вывода энергии саморегулирующегося ядерного реактора. При циркуляции теплообменной среды в активной зоне саморегулирующегося ядерного реактора, теплота, вырабатываемая ядерным реактором, нагревает теплообменную среду.
В некоторых вариантах осуществления изобретения две или более теплообменные среды могут быть использованы для переноса тепловой энергии, выработанной саморегулирующимися ядерными реакторами. Первая теплообменная среда может циркулировать по трубопроводам системы вывода энергии саморегулирующегося ядерного реактора. Первая теплообменная среда может проходить теплообменник и использоваться для нагревания второй теплообменной среды. Вторая теплообменная среда может быть использована для обработки in situ углеводородных флюидов, обеспечения питания блока электролиза и/или других целей. Первая теплообменная среда и вторая теплообменная среда могут быть различными веществами. Использование двух теплообменных сред может уменьшить риск нецелесообразного воздействия на системы и персонал со стороны любого излучения, поглощенного первой теплообменной средой. Могут быть использованы теплообменные среды, которые не поглощают радиоактивное излучение (например, нитриты или нитраты).
В некоторых вариантах осуществления изобретения система выделения энергии содержит тепловые трубы из щелочного металла (например, калия). Тепловые трубы могут дополнительно упростить саморегулирующийся ядерный реактор благодаря отсутствию необходимости в механических насосах, предназначенных для перемещения теплообменной среды по активной зоне. Любое упрощение саморегулирующегося ядерного реактора может уменьшить шансы возникновения неисправностей и увеличить безопасность ядерного реактора. Система выделения энергии может содержать теплообменник, соединенный с тепловыми трубами. Теплообменная среда может перемещать тепловую энергию из теплообменника.
Теплообменная среда может содержать натуральное или синтетическое масло, расплавленный металл, солевой расплав или другие типы высокотемпературных теплообменных сред. Вязкость теплообменной среды может быть низкой, а теплоемкость теплообменной среды при нормальных условиях эксплуатации может быть высокой. Когда теплообменной средой является солевой расплав или другой флюид, который потенциально может затвердеть в пласте, трубопроводы системы могут быть электрически соединены с источником электричества для резистивного нагревания трубопровода при необходимости и один или более нагревателей может быть расположено в трубопроводе или рядом с ним для поддержания теплообменной среды в жидком состоянии. В некоторых вариантах осуществления изобретения в трубопроводе расположен нагреватель с изолированным проводником. Изолированный проводник может расплавить твердое вещество в трубе.
На фиг.5 схематически показан вариант осуществления системы тепловой обработки внутри пласта, которая расположена в пласте 232 и содержит U-образные стволы 234 скважин и использует саморегулирующиеся ядерные реакторы 218. Саморегулирующиеся ядерные реакторы 218, показанные на фиг.5, могут вырабатывать примерно 70 МВт тепловой энергии.
U-образные стволы скважин могут тянуться через покрывающий слой 236 и в слой 238, содержащий углеводороды. Трубопроводы в стволах 234 скважин, прилегающие к покрывающему слою 236, могут содержать изолированную часть 240. Изолированные резервуары 242 для хранения могут получать солевой расплав из пласта 232 через трубопровод 244. Трубопровод 244 может транспортировать солевые расплавы, температура которых находится в диапазоне примерно от 350°С до примерно 500°С. Температура в резервуарах для хранения может зависеть от типа используемого солевого расплава. Температура в резервуарах для хранения может быть близкой примерно к 350°С. Насосы могут перемещать солевой расплав в саморегулирующиеся ядерные реакторы 218 через трубопровод 246. От каждого насоса может требоваться перемещать, например, от 6 кг/с до 12 кг/с солевого расплава. Каждый саморегулирующийся ядерный реактор 218 может подводить тепло к солевому расплаву. Солевой расплав может проходить по трубопроводу 248 до стволов 234 скважин. Нагретая часть ствола 234 скважины, которая проходит через слой 238, может проходить, в некоторых вариантах осуществления изобретения, примерно от 8000 футов (примерно 2400 м) до примерно 10000 футов (примерно 3000 м). Выходная температура солевого расплава из саморегулирующегося ядерного реактора 218 может составлять примерно 550°С. Каждый саморегулирующийся ядерный реактор 218 может подавать солевой расплав до примерно 20 или более стволов 234 скважин, которые входят в пласт. Солевой расплав течет через пласт и назад в резервуары 242 для хранения через трубопровод 244.
В некоторых вариантах осуществления изобретения ядерная энергия используется в процессе совместной генерации электрической и тепловой энергии. В одном варианте осуществления изобретения, предназначенном для добычи углеводородов из содержащего углеводороды пласта (например, пласта битуминозных песков), добытые углеводороды могут содержать одну или несколько частей с тяжелыми углеводородами. Углеводороды могут быть добыты из пласта с использованием более одного процесса. В определенных вариантах осуществления изобретения ядерную энергию используют для помощи в добыче, по меньшей мере, некоторой части углеводородов. По меньшей мере, часть добытых углеводородов могут подвергаться воздействию температур пиролиза. Пиролиз тяжелых углеводородов может быть использован для получения пара. Пар может быть использован для ряда целей, в том числе, помимо прочего, для выработки электричества, превращения углеводородов и/или обогащения углеводородов.
В некоторых вариантах осуществления изобретения теплообменную среду нагревают с использованием саморегулирующегося ядерного реактора. Теплообменную среду могут нагревать до температур, которые дают возможность получения пара (например, примерно от 550°С до примерно 600°С). В некоторых вариантах осуществления изобретения газ, полученный в результате процесса тепловой обработки внутри пласта, и/или топливо перемещают до блока преобразования. В некоторых вариантах осуществления изобретения газ, полученный в результате процесса тепловой обработки внутри пласта, смешивают с топливом и далее перемещают в блок преобразования. Часть газа, полученного в результате процесса тепловой обработки внутри пласта, может попасть в блок сепарации газа. Блок сепарации газа может удалить один или более компонентов из газа, полученного в результате процесса тепловой обработки внутри пласта, с целью получения топлива и одного или более других продуктов (например, углекислого газа или сероводорода). Топливо может содержать, помимо прочего, водород, углеводороды с углеродным числом, равным самое большее 5, или их смесей.
Блок преобразования может представлять собой устройством преобразования пара. Блок преобразования может объединять пар с топливом (например, метаном) с целью получения водорода. Например, блок преобразования может содержать катализаторы конверсии водяного газа. Блок преобразования может содержать одну или более систем сепарации (например, мембран и/или систему адсорбции со сдвигом давления), которые способны отделять водород от других компонентов. Преобразование топлива и/или газа, полученного в результате процесс тепловой обработки внутри пласта, может привести к выработке потока водорода и потока оксида углерода. Преобразование топлива и/или газа, полученного в результате процесс тепловой обработки внутри пласта, может быть осуществлено с использованием технологий, известных в технике для каталитического и/или теплового преобразования углеводородов с целью получения водорода. В некоторых вариантах осуществления изобретения для получения водорода из пара используют электролиз. Часть или весь поток водорода может быть использован для других целей, таких как, помимо прочего, как источник энергии и/или источник водорода для гидрогенизации углеводородов in situ или ex situ.
Саморегулирующийся ядерный реактор может быть использован для получения водорода в установках, расположенных рядом с содержащими углеводороды пластами. Способность получать водород на месте в содержащих углеводороды пластах очень полезна благодаря множеству путей использования водорода для превращения и обогащения углеводородов на месте в содержащих углеводороды пластах.
В некоторых вариантах осуществления изобретения первую теплообменную среду нагревают с использованием тепловой энергии, хранящейся в пласте. Тепловая энергия может содержаться в пласте после некоторого количества различных способов тепловой обработки.
Саморегулирующиеся ядерные реакторы обладают несколькими достоинствами по сравнению со многими существующими в настоящий момент ядерными реакторами с постоянным выходом. Тем не менее, существует несколько новых ядерных реакторов, конструкция которых была одобрена контролирующим органом. Ядерная энергия может поставлять рядом существующих ядерных реакторов различных типов и ядерных реакторов, разрабатываемых в настоящее время (например, реакторов IV поколения).
В некоторых вариантах осуществления изобретения ядерные реакторы являются высокотемпературными реакторами (ВТР). В качестве теплоносителя ВТР могут использовать в качестве теплоносителя, например, гелий, нужный для приведения в действие газовой турбины с целью обработки in situ углеводородных флюидов, питания блока электролиза и/или других целей. ВТР могут вырабатывать теплоту с температурой примерно до 950°С и более. В некоторых вариантах осуществления изобретения ядерные реакторы являться реакторами на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением (РБНН). РБНН может быть предназначен для меньших масштабов (например, 50 МВт электрической энергии) и, следовательно, может быть более эффективен с точки зрения затрат для изготовления на месте с целью обработки in situ углеводородных флюидов, питания блока электролиза и/или других целей. РБНН может иметь модульную конструкцию и быть потенциально транспортабельным. РБНН может характеризоваться диапазоном температур примерно от 500°С до примерно 600°С, примерно от 525°С до примерно 575°С или примерно от 540°С до примерно 560°С.
В некоторых вариантах осуществления изобретения для получения тепловой энергии используют ядерные реакторы с засыпкой из шаровых тепловыделяющих элементов. Ядерные реакторы с засыпкой из шаровых тепловыделяющих элементов могут вырабатывать до 165 МВт электрической энергии. Ядерные реакторы с засыпкой из шаровых тепловыделяющих элементов могут характеризоваться диапазоном температур примерно от 500°С до примерно 1100°С, примерно от 800°С до примерно 1000°С или примерно от 900°С до примерно 950°С. В некоторых вариантах осуществления изобретения ядерные реакторы могут являться надкритическими реакторами водяного охлаждения (НРВО), которые основаны, по меньшей мере, частично на предыдущих ядерных реакторах на легкой воде (РЛВ) и надкритических бойлерах на ископаемом топливе. НРВО может характеризоваться диапазоном температур примерно от 400°С до примерно 650°С, примерно от 450°С до примерно 550°С или примерно от 500°С до примерно 550°С.
В некоторых вариантах осуществления изобретения ядерные реакторы могут быть охлаждаемыми свинцом ядерными реакторами на быстрых нейтронах (ОСРБН). ОСРБН могут быть различных размеров, от модульных систем до систем, мощностью несколько сотен мегаватт или более. ОСРБН может характеризоваться диапазоном температур примерно от 400°С до примерно 900°С, примерно от 500°С до примерно 850°С или примерно от 550°С до примерно 800°С.
В некоторых вариантах осуществления изобретения ядерные реакторы могут быть ядерными реакторами на солевых расплавах (РСР). РСР может содержать делящиеся изотопы, воспроизводящиеся изотопы, изотопы-продукты деления, растворенные в расплаве фторида с точкой кипения, равной примерно 1400°С. Расплав фторида может функционировать и как топливо реактора, и как теплоноситель. РСР может характеризоваться диапазоном температур примерно от 400°С до примерно 900°С, примерно от 500°С до примерно 850°С или примерно от 600°С до примерно 800°С.
В некоторых вариантах осуществления изобретения две или более теплообменные среды (например, солевые расплавы) могут быть использованы для переноса тепловой энергии в содержащий углеводороды пласт и/или из него. Первая теплообменная среда может быть нагрета (например, с помощью ядерного реактора). Первая теплообменная среда может циркулировать через несколько стволов скважин, по меньшей мере, в части пласта с целью нагревания части пласта. Первая теплообменная среда может характеризоваться первым диапазоном температур, в котором первая теплообменная среда находится в жидкой форме и стабильна. Первая теплообменная среда может циркулировать через часть пласта до тех пор, пока часть не достигнет нужного температурного диапазона (например, температуры, близкой к первому верхнему концу первого диапазона температур).
Вторая теплообменная среда может быть нагрета (например, с помощью ядерного реактора). Вторая теплообменная среда может характеризоваться вторым диапазоном температур, в котором вторая теплообменная среда находится в жидкой форме и стабильна. Верхняя граница второго диапазона температур может быть выше первого диапазона температур. Нижняя граница второго диапазона температур может перекрываться с первым диапазоном температур. Вторая теплообменная среда может циркулировать через несколько стволов скважин в части пласта с целью нагревания части пласта до температуры, большей по сравнению с температурой, которая возможна при первой теплообменной среде.
Преимущества использования двух или более различных теплообменных сред могут включать в себя, помимо прочего, способность нагревать часть пласта до гораздо более высокой температуры по сравнению с обычной температурой, возможной при использовании других способов дополнительного нагревания (например, электрическими нагревателями) в как можно меньшем объеме для увеличения общей эффективности. Использование двух или более различных теплообменных сред может быть необходимо, если нет возможности использовать теплообменную среду с диапазоном температур, при котором возможно нагревать часть пласта до нужной температуры.
В некоторых вариантах осуществления изобретения после нагревания части содержащего углеводороды пласта до нужного диапазона температур, первая теплообменная жидкость может быть повторно пропущена через часть пласта. Первая теплообменная жидкость может не подогреваться до повторного пропуска через пласт (не имеется в виду нагревание теплообменной среды до точки плавления, если необходимо в случае солевых расплавов). Первая теплообменная жидкость может быть нагрета с использованием тепловой энергии, уже сохраненной в части пласта от предыдущей тепловой обработки внутри пласта. Далее первая теплообменная жидкость может быть перемещена из пласта так, что тепловая энергия, возвращенная первой теплообменной средой, может быть повторно использована для некоторых других целей в части пласта, в некоторой второй части пласта и/или в дополнительном пласте.
Примеры
Ниже приведены не ограничивающие изобретение примеры.
Моделирование потребностей в энергии.
Было осуществлено моделирование, направленное на определение потребностей в энергии для нагревания пласта с помощью солевого расплава. Солевой расплав циркулировал по стволам скважин в содержащем углеводороды пласте и в течение промежутка времени оценивались потребности в энергии для нагревания пласта с помощью солевого расплава. Расстояние между стволами скважин изменяли с целью определения воздействия значения расстояния на потребности в энергии.
На фиг.6 показана кривая 250 зависимости мощности (Вт/фут) (ось y) от времени (года) (ось х) для потребности в нагнетании энергии для тепловой обработки внутри пласта. На фиг.7 показана зависимость мощности (Вт/фут) (ось y) от времени (дни) (ось х) для потребности в нагнетании энергии для тепловой обработки внутри пласта для различных расстояний между стволами скважин. Кривые 252-260 иллюстрируют результаты на фиг.7. Кривая 252 показывает зависимость требуемой энергии от времени для стволов нагревательных скважин с расстоянием, равным примерно 14,4 м. Кривая 254 показывает зависимость требуемой энергии от времени для стволов нагревательных скважин с расстоянием, равным примерно 13,2 м. Кривая 256 показывает зависимость требуемой энергии от времени для пласта Grosmont в провинции Альберта, Канада, для стволов нагревательных скважин, расположенных в соответствии с шестиугольным шаблоном с расстоянием, равным примерно 12 м. Кривая 258 показывает зависимость требуемой энергии от времени для стволов нагревательных скважин с расстоянием, равным примерно 9,6 м. Кривая 260 показывает зависимость требуемой энергии от времени для стволов нагревательных скважин с расстоянием, равным примерно 7,2 м.
Для графика с фиг.7 расстояние между стволами скважин, представленное кривой 258, представляет собой расстояние, которое приблизительно коррелирует с зависимостью выходной мощности от времени определенных ядерных реакторов (например, по меньшей мере, для некоторых ядерных реакторов, для которых выходная мощность уменьшается примерно до 1/Е от первоначальной мощности, например, в течение от примерно 4 до примерно 9 лет). Кривые 252-256 с фиг.7 показывают зависимость требуемой выходной мощности для стволов нагревательных скважин с расстоянием, составляющим примерно от 12 м до примерно 14,4 м. Расстояние между стволами нагревательных скважин, которое больше примерно 12 м, может требовать больший подвод энергии по сравнению с тем, что могут обеспечить определенные ядерные реакции. Расстояние между нагревателями стволов скважин, которое меньше примерно 8 м+ (например, что показано кривой 260 с фиг.7), может не допускать эффективного использования подвода энергии по сравнению с тем, что могут обеспечить определенные ядерные реакции.
На фиг.8 показана зависимость средней температура резервуара (°С)(ось y) от времени (дни) (оси х) для тепловой обработки внутри пласта для различных расстояний между стволами скважин. Кривые 252-260 показывают увеличение температуры в пласте с течением времени на основе потребности по подводу энергии для определенного расстояния между скважинами. Нужной температурой при тепловой обработке внутри пласта содержащих углеводороды пластов, в некоторых вариантах осуществления изобретения, например, может быть температура, равная примерно 350°С. Нужная температура для пласта может изменяться в зависимости, по меньшей мере, от типа пласта и/или нужных углеводородных продуктов. Расстояние между стволами скважин для кривых 252-260 с фиг.8 совпадают с расстояниями для кривых 252-260 с фиг.7. Кривые 252-260 с фиг.8 показывают увеличение температуры в пласте с течением времени для стволов нагревательных скважин с расстоянием составляющим примерно от 12 м до примерно 14,4 м Расстояние между стволами нагревательных скважин, которое больше примерно 12 м, может обеспечивать слишком медленное нагревание пласта, так что может требоваться большее количество энергии по сравнению с энергией, которую могут обеспечить определенные ядерные реакторы (особенно после примерно 5 лет в рассматриваемом примере). Расстояние между стволами нагревательных скважин, которое меньше примерно 8 м (например, что показано кривой 260 с фиг.8), может обеспечивать слишком быстрое нагревание пласта для некоторых ситуаций тепловой обработки внутри пласта. Из графика с фиг.8 расстояние между стволами скважин, проиллюстрированное кривой 258, может быть расстоянием, при котором достигается обычное нужное значение температуры, равное примерно 350°С, в желательном промежутке времени (например, примерно 5 лет).
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 изобретения, которые описаны в прилагаемой формуле изобретения. Кроме того, ясно, что описанные здесь независимые признаки могут быть объединены в некоторых вариантах осуществления изобретения.
Группа изобретений относится к способам и системам, предназначенным для добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из различных подземных пластов. Система тепловой обработки внутри пласта для добычи углеводородов из подземного пласта содержит саморегулирующийся ядерный реактор, трубопровод, по меньшей мере, частично расположенный в активной зоне саморегулирующегося ядерного реактора, с первой теплообменной средой, циркулирующей через трубопровод, и теплообменник, через который проходит указанная первая теплообменная среда и нагревает вторую теплообменную среду. При этом вторая теплообменная среда используется для повышения температуры, по меньшей мере, части пласта выше температуры, при которой происходит мобилизация флюида, легкий крекинг и/или пиролиз углеводородсодержащего материала, с тем, чтобы в пласте образовывались мобилизованные флюиды, флюиды легкого крекинга и/или флюиды пиролиза. Причем саморегулирующийся ядерный реактор выполнен с возможностью регулирования его температуры путем регулировки давления водорода, подаваемого в саморегулирующийся ядерный реактор. При этом указанное давление регулируется на основе пластовых условий. Техническим результатом является снижение количества энергии, требуемой для добычи продуктов из подземных пластов. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.
1. Система тепловой обработки внутри пласта для добычи углеводородов из подземного пласта, содержащая саморегулирующийся ядерный реактор, трубопровод, по меньшей мере, частично расположенный в активной зоне саморегулирующегося ядерного реактора, с первой теплообменной средой, циркулирующей через трубопровод, и теплообменник, через который проходит указанная первая теплообменная среда и нагревает вторую теплообменную среду, при этом вторая теплообменная среда используется для повышения температуры, по меньшей мере, части пласта выше температуры, при которой происходит мобилизация флюида, легкий крекинг и/или пиролиз углеводородсодержащего материала, с тем, чтобы в пласте образовывались мобилизованные флюиды, флюиды легкого крекинга и/или флюиды пиролиза, причем саморегулирующийся ядерный реактор выполнен с возможностью регулирования его температуры путем регулировки давления водорода, подаваемого в саморегулирующийся ядерный реактор, при этом указанное давление регулируется на основе пластовых условий.
2. Система по п.1, в которой саморегулирующийся ядерный реактор содержит активную зону, причем активная зона содержит порошкообразный гидрид делящегося металла.
3. Система по п.1, в которой саморегулирующийся ядерный реактор выполнен с возможностью понижения температуры при введении поглощающего нейтроны материала.
4. Система по п.1, в которой саморегулирующийся ядерный реактор выполнен с возможностью понижения температуры при введении поглощающего нейтроны газа.
5. Система по п.1, в которой температура саморегулирующегося ядерного реактора составляет примерно от 500°С до примерно 650°С.
6. Система по п.1, в которой саморегулирующийся ядерный реактор расположен под землей в пласте.
7. Система по п.1, в которой саморегулирующийся ядерный реактор расположен под землей в пласте ниже покрывающего слоя.
8. Система по п.1, в которой энергия, обеспечиваемая саморегулирующимся ядерным реактором, составляет энергию теплообменной среды, циркулирующей с помощью системы циркуляции, по меньшей мере, через один нагреватель.
9. Система по п.8, в которой теплообменная среда является солевым расплавом.
10. Система по п.8, в которой, по меньшей мере, часть теплообменной среды циркулирует непосредственно через саморегулирующийся ядерный реактор.
11. Способ добычи углеводородов из подземного пласта, характеризующийся тем, что используют систему по любому из пп.1-10.
| US 2008217015 A1, 11.09.2008 | |||
| СПОСОБ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ И ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 1996 |
|
RU2133335C1 |
| Способ разработки нефтяного месторождения | 2001 |
|
RU2223397C2 |
| RU 2004115602 А, 27.10.2005 | |||
| US 2005082469 A1, 21.04.2005 | |||
