ПИРОЛИЗ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ДАВЛЕНИЯ В НЕФТЯНЫХ ПЛАСТАХ Российский патент 2020 года по МПК E21B43/24 

Родственные патенты

Настоящая патентная заявка притязает на приоритет предварительной заявки на патент США № 61/084210, поданной 25 ноября 2014 г. Данная патентная заявка включает в данный документ посредством ссылок полное содержание каждого из следующих патентов США №№ 6688387, Wellington et al.; 6991036 Sumnu-Dindoruk et al.; 6698515toKaranikas et al.; 6880633 Wellington et al.; 6782947 de Rouffignac et al.; 6991045 Vinegar et al.; 7073578 Vinegar et al.; 7121342 Vinegar et al.; 7320364 Fairbanks; 7527094 McKinzie et al.; 7584789 Mo et al.; 7533719 Hinson et al.; 7562707 Miller; 7841408 Vinegar et al.; и 8172335 Burns et al.; опубликованных заявок на патент США №№. 2009-0189617 Burnsetal.; 2010/0258265 Karanikas et al.; 2011/0247806 Harris; 2011/0247808 Nguyen; 2011/0247820 Marino et al.; 2011/0247814 Karanikas et al.; 2012/0255730 Daub et al.; и заявки на патент США № 13/903433, озаглавленной TREATING HYDROCARBON FORMATIONS USING HYBRID IN SITU HEAT TREATMENT AND STEAM METHODS CAO et al., поданной 4 октября 2012 г.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в целом относится к способам и системам для добычи углеводородов и/или других продуктов из различных подземных пластов, таких как пласты, содержащие углеводороды.

Уровень техники

Углеводороды, добываемые из подземных пластов, часто используются как энергоносители, как сырье и как потребительские товары. Опасения по поводу истощения доступных углеводородных ресурсов и по поводу снижения в целом качества добываемых углеводородов привели к разработке способов более эффективной добычи, переработки и/или использования доступных углеводородных ресурсов. В условиях пласта можно использовать in situ способы извлечения углеводородного сырья из подземных пластов, которые ранее были недоступными, и/или добыча из которых была слишком затратной при использовании известных в то время способов. Для упрощения извлечения углеводородного сырья из подземного пласта и/или для повышения ценности углеводородного сырья может потребоваться изменение его химических и/или физических свойств в подземном пласте. Химические и физические изменения могут включать реакции в условиях пласта, в результате которых появляются извлекаемые флюиды, происходят изменения состава, изменения растворимости, изменения плотности, фазовые изменения и/или изменения вязкости углеводородного сырья в пласте.

Сланцевые нефтяные пласты можно нагревать и/или перегонять в подземных условиях, чтобы повысить проницаемость пласта и/или превратить кероген в углеводороды, имеющие плотность в градусах АНИ более 10°. При традиционной обработке сланцевых нефтяных пластов, содержащие кероген части сланцевого нефтяного пласта обычно нагревают до температур выше 370°C для образования углеводородов с низкой молекулярной массой, оксидов углерода и/или молекулярного водорода. Некоторые способы добычи битуминозной нефти из сланцевых нефтяных пластов включают нагревание нефтеносного сланца до температуры, превышающей его естественную температуру, до тех пор, пока некоторые органические компоненты нефтеносного сланца не превратятся в битуминозную нефть и/или поддающееся флюидизации сырье.

В патенте США № 3515213 Prats, который включен в данный документ посредством ссылки, описана циркуляция флюида, нагретого до умеренной температуры, из одной точки внутри пласта в другую в течение относительно большого периода времени, пока значительная часть органических компонентов, содержащихся в сланцевом нефтяном пласте, не превратится в извлеченное из нефтеносного сланца флюидизируемое сырье.

В патенте США № 5392854 Vinegaretal и др. раскрыт способ добычи углеводородов из диатомита или сланцевых нефтяных пластов, в которых пробурены эксплуатационные скважины, завершенные трещинами. Параллельно трещинам эксплуатационных скважин установлены ряды нагревателей.

В патентах США № 7562707 Miller и 7635024 Karanikas, каждый из которых включен в данный документ посредством ссылки, описаны способы и нагреватели для обработки пласта, содержащего углеводороды, которые включают подачу тепла от множества нагревателей для придания подвижности углеводородам в углеводородном пласте.

В патентах США №№ 7798220 Vinegar et al. и др.; 7717171 Stegemeier; 7841401 Vinegaretal и др.; 7739947 Stegemeier et al. и др.; 7681647 Mundunuri et al. и др.; 7677314 Hsu; 7677310 Vinegar et al. и др.; и 7673681 Vinegar et al. и др., каждый из которых включен в данный документ посредством ссылки, описаны способы обработки углеводородных пластов, которые включают нагревание углеводородных слоев нагревателями, в комбинации с несущим и/или окисляющим флюидом.

Добыча жидких углеводородов из содержащего их пласта может быть сопряжена с проблемами в случаях, когда этот пласт не имеет естественной системы подпора. В случаях, когда пласт, содержащий углеводород, содержит газ, газ может обеспечивать естественную систему подпора, поскольку, когда часть углеводородов извлекается из пласта, давление в нем будет снижаться, и любой пластовый газ будет расширяться. Следовательно, углеводороды из такого пласта поддаются добыче.

Другие естественные системы подпора могут включать сообщение с водоносным коллектором, в этом случае, минерализованный раствор или вода могут замещать любые удаленные углеводороды, и давление внутри пласта будет сохраняться. В отсутствие естественной системы подпора, добыча жидких углеводородов сопряжена с проблемами. В случаях, когда эксплуатационная скважина пробурена и завершена внутри такого пласта, некоторое количество жидких углеводородов будет вытекать в эксплуатационную скважину и может быть добыто, но после добычи пяти-восьми процентов присутствующих жидких углеводородов, недостаток давления, вытесняющего углеводороды в ствол эксплуатационной скважины, обуславливает крайне медленную последующую добычу. Маленький объем извлечения жидких углеводородов делает нерентабельной добычу нефти из такого пласта.

Некоторые пласты с легкой нефтью из низкопроницаемых коллекторов не содержат газ в количествах, достаточных для вытеснения нефти в эксплуатационные скважины, и добыча из этих пластов считается, в общем случае, экономически нерентабельной. В общем случае, считается, что для рентабельности добычи из пластов с легкой нефтью из низкопроницаемых коллекторов с использованием известных способов, необходимо, чтобы содержание газа составляло по меньшей мере пятьдесят процентов от объема порового пространства.

Как упоминалось ранее, предпринималось множество попыток добычи углеводородов из содержащих углеводороды пластов. Тем не менее, по-прежнему существует много пластов, содержащих углеводороды, добыча из которых не может быть рентабельной. Следовательно, существует потребность в улучшенных способах нагрева содержащего углеводороды пласта, который содержит кероген или углеводороды, и способов добычи из пласта, содержащего углеводород, жидких углеводородов с нужными характеристиками.

Сущность изобретения

В данном документе описаны способы и системы для обработки подземного углеводородного пласта. В некоторых вариантах реализации изобретения, предложен способ обработки подземного углеводородного пласта, где углеводородный пласт включает пласт, содержащий кероген, примыкающий к пласту, содержащему жидкие углеводороды, и не имеющему естественной системы подпора, включающий следующие стадии: доставку источников тепла в пласт, содержащий кероген; подачу энергии источникам тепла для нагрева пласта, содержащего кероген; нагрев по меньшей мере части пласта, содержащего кероген, до такой температуры и на такой период времени, которых достаточно для пиролиза по меньшей мере некоторого количества керогена; ограничение добычи пиролизных углеводородов, такое, чтобы пиролизные углеводороды увеличивали давление внутри пласта, содержащего жидкие углеводороды; и добычу углеводородов из пласта, содержащего жидкие углеводороды.

В других вариантах реализации изобретения, особенности конкретных вариантов реализации могут быть объединены с особенностями других вариантов реализации. Например, особенности одного варианта реализации могут быть объединены с особенностями любых других вариантов реализации.

В отсутствие естественной системы подпора, может быть так, что пласт не соединен с источником высокого давления. Кроме того, естественный подпор может обеспечивать газ в условиях пласта. Это часто происходит в сланцевых нефтяных пластах. Считается, что в сланцевом нефтяном пласте, который не содержит достаточного количества газа, отсутствует естественная система подпора. В случаях, когда проницаемость пласта менее чем около миллидарси, и он содержит менее, чем около пятидесяти объемных процентов газа, считается, что в нем отсутствует естественная система подпора. В более проницаемом пласте тоже может отсутствовать естественная система подпора в ситуациях, когда в пласте нет источника энергии для вытеснения жидкостей в эксплуатационную скважину.

В других вариантах реализации изобретения, обработку подземного пласта производят с использованием любых других способов, систем, источников энергии или нагревателей, описанных в данном документе.

В других вариантах реализации изобретения, к описанным в данном документе конкретным вариантам реализации могут быть добавлены другие особенности.

Краткое описание чертежей

Преимущества настоящего изобретения будут понятными специалистам в данной области техники, которые ознакомятся с представленным ниже подробным описанием со ссылками на сопутствующие графические материалы, в которых:

на фиг. 1 проиллюстрирована схема части системы тепловой обработки in situ в условиях пласта, в соответствии с вариантом реализации изобретения, для обработки пласта, содержащего углеводород;

на фиг. 2 проиллюстрирована схема части системы тепловой обработки in situ в условиях пласта, в соответствии с альтернативным вариантом реализации изобретения, для обработки пласта, содержащего углеводороды;

на фиг. 3 проиллюстрирована схема альтернативного варианта реализации настоящего изобретения.

Хотя изобретение допускает различные модификации и альтернативные формы, конкретные варианты его реализации проиллюстрированы на примерах на фигурах, и могут быть подробно описаны в данном документе. Фигуры могут быть не в масштабе. Тем не менее, следует понимать, что фигуры и приложенное подробное описание не предназначены для ограничения изобретения конкретной описанной формой, а предназначаются для охвата всех модификаций, эквивалентов и альтернатив, соответствующих сущности и объему настоящего изобретения, как определено в приложенной формуле изобретения.

Подробное описание изобретения

Следующее описание в целом относится к системам и способам для обработки углеводородов в пластах. Такие пласты можно обрабатывать для извлечения углеводородов, водорода и других продуктов.

«Плотность в градусах АНИ» относится к плотности в градусах АНИ при 15,5°C (60°F). Плотность в градусах АНИ определяется по методике ASTMD6822 или по методике ASTMD1298.

«Флюид» может представлять собой, но не ограничиваясь этим, газ, жидкость, эмульсию, суспензию и/или поток твердых частиц, который имеет характеристики течения, аналогичные течению жидкости.

«Пласт» содержит один или более слоев, содержащих углеводород, один или более слоев, не содержащих углеводород, покрывающие и/или подстилающие породы. Термин «углеводородные слои» относится к слоям в пласте, которые содержат углеводород. Углеводородные слои могут содержать неуглеводородное и углеводородное сырье. Термины «покрывающая порода» и/или «подстилающая порода» охватывают один или более различных типов непроницаемых материалов. Например, покрывающая порода и/или подстилающая порода могут включать скальную породу, сланец, аргиллит или водонасыщенный/низкопроницаемый карбонат. В некоторых вариантах реализации in situ гибридных процессов обработки в условиях пласта, покрывающая порода и/или подстилающая порода могут включать слой или слои, содержащие углеводороды, которые относительно непроницаемы и не подвергаются воздействию температур в течение гибридных процессов обработки в условиях пласта, что приводит к значительному изменению характеристик содержащих углеводороды слоев покрывающей породы и/или подстилающей породы. Например, подстилающая порода может содержать сланец или аргиллит, но подстилающая порода не может нагреваться до температур пиролиза в течение гибридного процесса обработки в условиях пласта. В некоторых случаях, покрывающая порода и/или подстилающая порода может быть в некоторой степени проницаемой.

Термин «пластовые флюиды» относится к флюидам, присутствующим в пласте, и может включать флюид, который поддается пиролизу, газ для химического синтеза, подвижные углеводороды и воду (пар). Пластовые флюиды могут включать углеводородные флюиды, так же как неуглеводородные флюиды. Термин «подвижный флюид» относится к флюидам в пласте, содержащим углеводороды, которые способны течь в результате термообработки пласта. Термин «добытые флюиды» относится к флюидам, удаленным из пласта.

«Источник тепла» представляет собой любую систему для подачи тепла по меньшей мере к части пласта, по существу, путем теплопередачи проводимостью и/или теплопередачи излучением. Например, источник тепла может содержать электропроводные материалы и/или электронагреватели, такие как изолированный проводник, удлиненный элемент и/или проводник, расположенный в изоляционном канале. Источник тепла может также содержать электропроводный материал и/или нагреватель, который подает тепло в зону, расположенную поблизости и/или окружающую место нагрева, как стенка нагревателя.

«Нагреватель» представляет собой любую систему или источник тепла для генерации тепла в стенке или в зоне, расположенной в окрестности ствола скважины. Источники тепла могут представлять собой, но без ограничений, электрические нагреватели.

«Углеводороды» определяются, в общем случае, как молекулы, образованные, в первую очередь, атомами углерода и водорода. Углеводороды могут также содержать другие элементы, такие как, но без ограничений, галогены, элементарные металлы, азот, кислород и/или серу. Углеводороды могут представлять собой, но без ограничений, кероген, битуминозную нефть, пиробитум, нефть, природные минеральные парафины и асфальтиты. Углеводороды могут находиться в расположенной в земле минеральной матричной породе или в примыкающей области. Матричные породы могут включать, но без ограничений, осадочные породы, пески, силицилиты, карбонаты, диатомиты и другую пористую среду. «Углеводородные флюиды» представляют собой флюиды, содержащие углеводороды. Углеводородные флюиды могут содержать, захватывать или захватываться неуглеводородными флюидами, такими как водород, азот, окись углерода, диоксид углерода, сульфид водорода, вода и аммиак.

Термин «процесс превращения in situ в условиях пласта» относится к процессу нагревания пласта, содержащего углеводород, от источников тепла, для повышения температуры, по меньшей мере, части пласта выше температуры пиролиза, так, чтобы в пласте образовывался пиролизированный флюид.

Термин «изолированный проводник» относится к любому удлиненному материалу, который может проводить электричество и покрыт, полностью или частично, электроизолирующим материалом.

«Кероген» представляет собой твердое вещество, нерастворимый углеводород, который был преобразован естественным разложением и который содержит, преимущественно, углерод, водород, азот, кислород и серу. Уголь и нефтеносный сланец являются типичными примерами материалов, содержащих кероген.

«Пиролиз» представляет собой разрыв химических связей, обусловленный поступлением тепла. Например, пиролиз может включать превращение соединения в одно или более других веществ только за счет нагрева. В зону пласта может быть передано тепло, чтобы вызвать пиролиз.

Термины «пиролизированные флюиды» или «продукты пиролиза» относятся к флюиду, произведенному по существу в течение пиролиза углеводородов. Флюиды, произведенные в реакциях пиролиза, могут смешиваться с другими флюидами в пласте. Смесь будет считаться пиролизированным флюидом или продуктом пиролиза. В данном документе принято, что термин «зона пиролиза» относится к объему пласта (например, относительно проницаемого пласта, такого как пласт нефтеносного песчаника), который вступает в реакцию или в котором протекает реакция с образованием пиролизированного флюида.

Термин «суперпозиция тепла» относится к подаче тепла от двух или более источников тепла к выбранной зоне пласта, так, что температура пласта по меньшей мере в одном месте между источниками тепла находится под воздействием источников тепла.

Термин «толщина» слоя относится к толщине слоя в поперечном сечении, которое перпендикулярно к поверхности слоя.

Термин «ствол скважины» относится к отверстию в пласте, выполненному бурением или вставкой в пласт забивной трубы. Ствол скважины может иметь по существу круглое поперечное сечение или поперечное сечение другой формы. В данном документе принято, что термины «скважина» и «отверстие», когда они относятся к отверстию в пласте, могут использоваться взаимозаменяемо с термином «ствол скважины».

На фиг. 1 показано схематическое изображение варианта реализации настоящего изобретения. Пласт 101, содержащий кероген, показан примыкающим к пласту 102, содержащему жидкие углеводороды. Пласт, содержащий кероген, может представлять собой нефтеносный сланец или угольный пласт и может содержать другие углеводороды. Например, кероген может быть частично разложившимся керогеном, из которого произошло выделение некоторого количества углеводородов, и, необязательно, по меньшей мере часть выделившихся углеводородов была вытеснена, и некоторые углеводороды остались в поровом объеме внутри пласта, содержащего кероген. Такой пласт может содержать немного связанной воды, но вместо нее может содержать жидкие углеводороды. Присутствие таких углеводородов значительно улучшает рентабельность процесса, поскольку добыча углеводородов начинается раньше и, в общем случае, добываются относительно более ценные углеводороды. Такие углеводороды могут быть относительно легкими, имеющими плотности в градусах АНИ между 20 и 40.

Примыкание пласта, содержащего кероген, и пласта, содержащего жидкие углеводороды, не следует понимать, как исключение варианта, в котором эти пласты разделены промежуточными слоями, и также случае, когда между слоем, содержащим кероген, и пластом, содержащим жидкий углеводород, имеется сообщение. Например, между этими двумя пластами могут находиться относительно тонкие слои проницаемой горной породы или прерывистые пласты непроницаемой породы, или те и другие, при условии, что образовавшиеся углеводороды могут вытекать из пласта, содержащего кероген, в пласт, содержащий жидкие углеводороды.

Настоящее изобретение может также быть применимо к множеству пластов, содержащих кероген, которые могут быть разделены одним или более пластами, содержащими жидкие углеводороды. В таком применении, в один или более пластов, содержащих кероген, могут быть доставлены источники тепла, такие как нагреватели. Нагреватели могут действовать в процессе превращения в условиях пласта, для образования углеводородов из керогенов, и образовавшиеся углеводороды могут создавать подпор для пластов, содержащих жидкие углеводороды, примыкающих к нагретому пласту, содержащему кероген.

Пласт 102, содержащий жидкие углеводороды, может содержать по меньшей мере некоторое количество жидких углеводородов, которое было произведено и вытеснено из пласта, содержащего кероген, или может содержать жидкие углеводороды из других материнских пород. Пласт 102, содержащий жидкие углеводороды, не содержит значительных (более пяти процентов по массе) количеств керогена. Пласт, содержащий жидкие углеводороды, будет, в общем случае, иметь более высокую начальную проницаемость, чем пласт, содержащий кероген, и может иметь проницаемость по меньшей мере десять дарси. В варианте реализации изобретения, в котором пласт, содержащий жидкие углеводороды, имеет проницаемость более десяти дарси, может отсутствовать необходимость в гидроразрыве для добычи углеводородов, после того как пиролизные флюиды из пласта, содержащего кероген, создадут давление в пласте и обеспечат подпор, приводящий к вытеснению углеводородов в эксплуатационные скважины.

В одном варианте реализации настоящего изобретения, пласт, содержащий кероген, обеспечен источниками тепла 103. Как проиллюстрировано на фиг. 1, источники тепла показаны перпендикулярно к плоскости фигуры. Источники тепла могут представлять собой электрические нагреватели, такие как нагреватели с минеральной изоляцией, или они могут представлять собой трубы, по которым пропускают теплоноситель, такой как дымовой газ или расплавленную соль, или могут представлять собой трубы, содержащие горелки. Нагреватели с минеральной изоляцией могут включать изолированный проводник с электропроводным сердечником, который генерирует тепло, когда через сердечник пропускают электрический ток. Источники тепла могут также представлять собой антенны для приема радиочастотного излучения. Источники тепла проиллюстрированы на фиг. 1 как горизонтальные нагреватели, но можно использовать вертикальные нагреватели, особенно в случаях, когда пласт залегает не слишком глубоко и имеет относительно большую толщину, например, залегает на глубине от трехсот до тысячи метров и имеет толщину двести или более футов.

Источники тепла, проиллюстрированные на фиг. 1, показаны в треугольной сетке размещения, но можно использовать любую сетку, которая приводит к покрытию поперечного сечения пласта с целесообразным размещением скважин. Для пластов, залегающих глубже, чем три тысячи метров, обычно бывает менее затратным бурение горизонтальных скважин, чем вертикальных. Источники тепла расположены относительно плотно, чтобы обеспечивать подачу тепла в пласт, достаточную для генерирования пиролизных флюидов в разумные сроки. Например, источники тепла могут находиться на расстоянии от пяти до пятидесяти метров друг от друга или, в других вариантах реализации изобретения, от десяти до двадцати метров друг от друга.

Пласт, содержащий кероген, также включает эксплуатационные скважины 104. Эксплуатационные скважины 104 показаны расположенными вдоль дна пласта, содержащего кероген. Расположение эксплуатационных скважин на дне пласта может приводить к большей добыче жидкостей, тогда как их расположение в верхней части пласта может приводить к большей добыче газообразных продуктов.

В некоторых вариантах реализации изобретения, одну или более зон пласта, содержащего кероген, нагревают до температур, которые обеспечивают возможность протекания в пласте реакций пиролиза. В некоторых вариантах реализации изобретения, средняя температура одной или более зон пласта может быть повышена до температур пиролиза углеводородов в этих зонах (например, до температур в диапазонах от 230°C до 900°C, от 240°C до 400°C или от около 250°C до 350°C). Из-за градиента давления, продукты пиролиза 112 вытесняются в эксплуатационные скважины 104. Перед пиролизом, может происходить выпаривание связанной воды в пар продуктов. Из-за градиента давления, пар также протекает в направлении эксплуатационных скважин и также в направлении пласта 102, содержащего углеводородные жидкости. Когда пласт, содержащий кероген, содержит карбонатные породы, может генерироваться также диоксид углерода, и жидкие углеводороды внутри пласта, содержащего кероген, могут испаряться, соответственно, они протекают в направлении либо пласта 102, содержащего углеводородные жидкости, либо в направлении эксплуатационных скважин 104. Этот поток продуктов пиролиза также переносит тепло из окрестности источников тепла.

Исходно пласты, содержащие кероген, могут иметь низкую проницаемость. Например, нефтеносный сланец может иметь проницаемость менее 10 миллидарси. Следовательно, пары, которые генерируются в окрестности источников тепла 103, создают повышенное давление. В результате испарения воды или жидких углеводородов, давление в окрестности источников тепла будет повышаться при повышении температуры в окрестности источников тепла, и после достижения температур пиролиза, будет происходить генерация продуктов пиролиза, пока не будет достигнуто давление гидроразрыва. В пласте будут образовываться трещины, создающие для паров, генерируемых в окрестности источников тепла, пути для перетекания в зоны более низкого давления, такие как эксплуатационные скважины 104 или пласт 102, содержащий жидкие углеводороды. После превращения части керогена в продукты пиролиза, проницаемость пласта, содержащего кероген, существенно увеличивается, как в результате удаления массы пиролизом керогенов, так и в результате появления трещин, созданных давлением продуктов, произведенных пиролизом.

Нагревание пласта, содержащего углеводород, множеством источников тепла может создавать вокруг источников тепла градиент температур, что приводит к повышению температуры углеводородов в пласте до нужных значений с заданными скоростями нагрева. Скорость повышения температуры по диапазону температур разжижения и/или диапазону температур пиролиза для заданных продуктов может влиять на качество и количество пластовых флюидов, добытых из пласта, содержащего углеводород. Медленное повышение температуры пласта по диапазону температур разжижения и/или диапазону температур пиролиза может создать возможность добычи из пласта углеводородов высокого качества, с высокой плотностью в градусах АНИ. Медленное повышение температуры пласта по диапазону температур разжижения и/или диапазону температур пиролиза может создать возможность извлечения большого количества углеводородов, присутствующих в пласте, в виде углеводородных продуктов.

Суперпозиция тепла от источников тепла дает возможность относительно быстро и эффективно установить в пласте заданную температуру. Подача энергии в пласт от источников тепла может быть отрегулирована таким образом, чтобы поддерживать температуру в пласте по существу на заданном уровне.

Продукты пиролиза могут быть добыты из пласта через эксплуатационные скважины. В некоторых вариантах реализации изобретения, может быть установлено от четырех до двадцати источников тепла для каждой эксплуатационной скважины аналогичной длины. Или от четырех до двадцати метров источников тепла может быть установлено на каждом метре длины эксплуатационной скважины. В других вариантах реализации изобретения, от пяти до десяти метров источников тепла может быть установлено на каждом метре длины эксплуатационной скважины. Одна из особенностей настоящего изобретения заключается в том, что это отношение источников тепла или длины источников тепла к эксплуатационным скважинам или общим длинам эксплуатационных скважин может включать все скважины в обоих пластах, и в содержащем жидкие углеводороды, и в содержащем кероген. Например, все источники тепла могут находиться в пласте, содержащем кероген, и все эксплуатационные скважины могут находиться в пласте, содержащем жидкие углеводороды.

Эксплуатационная скважина проиллюстрирована в пласте 105, содержащем жидкий углеводород. Эксплуатационная скважина в пласте 105, содержащем жидкие углеводороды, может быть горизонтальной скважиной и иметь трещины 106, трещины могут быть параллельны источникам тепла 103 и находиться, по существу, посередине между источниками тепла, так что зона пласта, содержащего кероген, примыкающая к трещине, может иметь самую низкую температуру вдоль пласта, содержащего кероген, и, следовательно, эта зона может быть наименее проницаемой частью пласта, содержащего кероген.

Эксплуатационные скважины внутри пласта, содержащего жидкие углеводороды, могут быть пробурены в нижней части пласта, содержащего жидкие углеводороды. Это может увеличить добычу жидких углеводородов из пласта, содержащего жидкие углеводороды. Особенность настоящего изобретения может заключаться в том, что эксплуатационные скважины размещены в пределах четырех метров от дна пласта, содержащего жидкие углеводороды, или же на расстоянии от около 0,1 метра до 3 метров.

Источники тепла, проиллюстрированные на фиг. 1, могут быть размещены по существу равномерно, но другая особенность настоящего изобретения может заключаться в том, что расстояние между источниками тепла в пласте, содержащем кероген, вблизи трещин внутри пласта, содержащего жидкие углеводороды, может быть больше, чем расстояние между источниками тепла в остальной части пласта. В этом варианте реализации изобретения, пласт, содержащий кероген, вблизи трещин может оставаться относительно холодным и, следовательно, менее проницаемым, чем остальная часть пласта, содержащего кероген. Это может тормозить или отсрочивать вытекание продуктов пиролиза из пласта, содержащего кероген, непосредственно в трещины и приводить к увеличению потока продуктов пиролиза в пласт, содержащий углеводородные жидкости, между трещинами, что приводит к большему извлечению жидких углеводородов. Например, расстояние между скважинами 109, которые находятся между источниками тепла, ближайшими к трещинам, может от в 1,1 до 2 раз превышать расстояние между скважинами 110, которые не находятся вблизи трещин. Кроме того, на проиллюстрированной треугольной сетке, источники тепла 111 могут быть исключены из сетки источников тепла. В этом варианте реализации изобретения, можно также размещать эксплуатационные скважины внутри пласта 104, содержащего кероген, в относительно холодных местах. В случаях, когда эксплуатационные скважины расположены непосредственно под трещинами, и, следовательно, в более холодной части пласта, содержащего кероген, течение флюидов в эксплуатационные скважины в пласте 104, содержащем кероген, будет передавать в пласт больше физического тепла, флюиды будут извлекаться в более холодном состоянии, и это будет приводить к небольшому улучшению как к выигрышу в энергетической эффективности процесса, так и к снижению требований к охлаждению добываемых флюидов.

Вытеснение жидких углеводородов происходит сначала внутри пласта 102, содержащего жидкие углеводороды, внутрь трещин 106, путем подачи энергии в виде сжатых пластовых флюидов, интенсифицированных ограничением добычи из эксплуатационных скважин 104 для сохранения повышенного давления внутри обоих пластов, и пласта 101, содержащего кероген, и пласта, содержащего жидкие углеводороды. Другая особенность изобретения заключается в том, что жидкости добывают из эксплуатационных скважин 104, и добыча паров из эксплуатационных скважин 104 минимизирована. Пары, произведенные исходно пиролизом, испарением связанной воды или жидкой нефти, в пласте, содержащем кероген или диоксид углерода, генерируемый в результате диссоциации карбонитов, вытесняются в пласт, содержащий жидкие углеводороды.

В варианте реализации изобретения, в котором пласт 102, содержащий жидкие углеводороды, находится ниже пласта 101, содержащего кероген, функционирование эксплуатационных скважин в пласте, содержащем кероген, может быть прекращено, и поток, как пара, так и жидких продуктов, может быть уловлен из эксплуатационных скважин внутри пласта, содержащего жидкие углеводороды. Альтернативно, когда пласт, содержащий кероген, находится выше пласта, содержащего жидкие углеводороды, может быть полезным активизировать эксплуатационные скважины в пласте, содержащем кероген, например, для управления давлением в пласте, содержащем кероген, чтобы предотвратить утечку углеводородов, связанную с гидроразрывом примыкающих пластов.

Может быть установлена искусственная лифтная система 113. Например, в качестве искусственной лифтной системы может быть установлен электроцентробежный погружной насос, газлифтный или штанговый глубинный насос. Удаление жидкостей из ствола скважины будет минимизировать давление на пласт и увеличивать поток флюидов внутрь ствола скважины, а также увеличивать вытеснение произведенных флюидов из керогена. Уменьшение давления эксплуатационных скважин может увеличивать вытеснение произведенных флюидов из пласта, содержащего кероген, через пласт, содержащий жидкие углеводороды. Снижение давления в эксплуатационных скважинах также уменьшает давление в пласте, содержащем кероген, в зонах, в которых происходит пиролиз, что дает возможность более тяжелым углеводородам испаряться в этих зонах.

Искусственная лифтная система может удалять жидкие продукты пиролиза и произведенный пар 115 жидких углеводородов из эксплуатационных скважин. В зависимости от температуры эксплуатационных скважин 105, флюиды можно подавать с поверхности через трубопровод 114 в искусственную лифтную систему 113 для управления температурой искусственной лифтной системы. Флюиды могут представлять собой воду, утилизированные добываемые жидкости или часть потока добываемых жидкостей. Эти охлаждающие флюиды можно подавать после периода реализации процесса превращения в условиях пласта без таких охлаждающих флюидов. После начальной добычи из эксплуатационных скважин 105, пласты вокруг эксплуатационных скважин могут, по прежнему, быть достаточно холодными, так что охлаждающие флюиды не потребуются. Со временем, температура эксплуатационных скважин и добываемых флюидов 108 может достигать повышенных значений, и функционирование искусственной лифтной системы 113 может быть улучшено подачей охлаждающих флюидов.

Система, проиллюстрированная на фиг. 1, может эксплуатироваться таким образом, что добыча жидких углеводородов в процессе эксплуатации возрастает. Например, управляя противодавлением в пласте, содержащем жидкие углеводороды, путем ограничения потока паров из эксплуатационной скважины 105, можно влиять на давление в обоих пластах, и содержащем жидкие углеводороды, и содержащем кероген. В общем случае, давление в эксплуатационной скважине 105 может быть минимизировано путем минимизации ограничений для потока паров из устья скважины, находящегося на площадке для эксплуатационной скважины 105, или путем использования компрессора, вентилятора подачи воздуха, воздушного насоса для эрлифта или вакуумного насоса для удаления паров из эксплуатационной скважины. Кроме того, давление на пласты может быть снижено минимизацией присутствия любого флюида внутри эксплуатационной скважины 105 для минимизации гидравлического напора, проявляющегося как противодавление на пласты в области трещин 106. Это может завершаться удалением жидкостей при помощи искусственной лифтной системы.

По мере продвижения процесса превращения в условиях пласта, часть углеводородов 108, произведенных в пласте, содержащем кероген, может перетекать в пласт 102, содержащий жидкие углеводороды. Исходно, когда проницаемость пласта 102, содержащего жидкие углеводороды, низкая, например, менее чем 20 миллидарси, будут формироваться жидкости вблизи трещин. Их количество может составлять, например, от двух до пяти процентов жидкостей, исходно присутствовавших внутри пласта. После этой начальной генерации, производство жидкости будет уменьшаться, пока пары, которые генерируются в окрестности нагревателей в пласте, содержащем кероген, обеспечивают подпор для вытеснения углеводородов, присутствующих внутри пласта, содержащего жидкие углеводороды, в эксплуатационные скважины или трещины, образовавшиеся от эксплуатационных скважин. Становится очевидным, что пары, произведенные пиролизом или разложением породы, вытесняют углеводороды в эксплуатационную скважину, поскольку генерация жидкостей будет, скорее, увеличиваться, чем уменьшаться.

В конечном итоге, состав паров, добытых из эксплуатационной скважины, изменится, и будет соответствовать составу более типичных продуктов пиролиза, а это указывает, что пары из пласта, содержащего кероген, частично перетекают в пласт, еще содержащий жидкие углеводороды, и образуют языки к эксплуатационной скважине. Например, пары могут содержать повышенные количества диоксида углерода, этана и олефинов. Когда обнаруживается это повышение концентраций диоксида углерода, этана или олефинов в добываемых газах, давление в эксплуатационной скважине 105 можно повысить, например, от 500 до 5000 кПа. Повышение давления может уменьшать прохождение паров к эксплуатационной скважине и формировать газовый купол внутри пласта и более эффективно вытеснять жидкие углеводороды в пласт, содержащий жидкие углеводороды.

Повышение давления в пласте, содержащем кероген, в течение in situ процесса превращения в условиях пласта должно, в общем случае, препятствовать добыче жидких углеводородов, поэтому другой аспект настоящего изобретения заключается в том, что после достижения повышения давления и добычи дополнительных жидких углеводородов из пласта, содержащего жидкие углеводороды, давление следует опять уменьшить, чтобы далее увеличить добычу углеводородов из пласта, содержащего кероген. Это снижение давления может быть произведено после того, как добыча жидкостей из эксплуатационных скважин снижается до уровня, аналогичного, равного или более низкого, чем скорость добычи до повышения давления.

На фиг. 2 проиллюстрирован альтернативный вариант реализации настоящего изобретения, при этом одинаковые элементы пронумерованы так же, как на фиг. 1. Пласт 101, содержащий кероген, показан под пластом 102, содержащим жидкие углеводороды, источники тепла 103 находятся внутри пласта, содержащего кероген, а эксплуатационная скважина 104 в пласте, содержащем кероген, ниже уровня нижних источников тепла. Вертикальные эксплуатационные скважины 201 показаны внутри пласта, содержащего жидкие углеводороды, с зацементированными обсадными трубами 202 внутри покрывающей породы 203 и загруженными песком сетчатыми фильтрами 204 внутри пласта, содержащего жидкие углеводороды. Может быть установлена искусственная лифтная система.

В случаях, когда пласт, содержащий жидкие углеводороды, имеет низкую проницаемость, создание трещин в пласте может значительно увеличить добычу. В данной области техники известны способы гидроразрыва пластов, и такие гидроразрывы обычно создаются путем, во-первых, перфорации ствола скважины, во-вторых, закачки в область перфорации жидкости гидроразрыва под давлением, превышающим давление, необходимое для создания трещины в пласте, и, в третьих, продолжением закачки флюидов, содержащих проппант, такой как песок или керамические частицы, в трещину, что вызывает ее распространение вдаль от ствола скважины. Затем проппант внутри трещин 107 удерживает трещины в открытом состоянии после уменьшения давления флюидов, закачанных в трещины. Затем трещины или гидроразрывы создают дополнительные пути для потока флюидов, добытых из пласта. Пласты, содержащие некоторое количество жидких углеводородов, но имеющие низкую проницаемость, часто называют пластами с легкой нефтью низкопроницаемых коллекторов. Чтобы обеспечить рентабельность добычи, такие пласты обычно требуется подвергать гидроразрыву, но даже после гидроразрыва, за исключением тех случаев, когда пласт содержит достаточно газа, там не будет подпора, достаточного для вытеснения жидкостей в трещины.

В зависимости от проницаемости пласта, содержащего жидкие углеводороды, могут потребоваться трещины 106. Существует много переменных факторов, влияющих на желательность создания трещин, включая факторы, которые определяют, насколько трудным и затратным является создание трещин на фоне начальной проницаемости пласта

Трещины будут иметь тенденцию к прекращению распространения поблизости от границ раздела между целевым пластом и примыкающими пластами по различным причинам, включая меньшее скрепление между двумя слоями, позволяющее энергии, вызывающей распространение трещин, рассеиваться по большей площади примыкающего пласта и не распространять трещину в следующий пласт. По этой причине, может быть желательным помещать горизонтальную эксплуатационную скважину в пласт, содержащий жидкие углеводороды, в нижней части пласта. Размещение ствола эксплуатационной скважины в нижней части пласта даст возможность более полного извлечения жидкого углеводорода путем уменьшения количества флюидов внутри трещин, расположенных ниже ствола эксплуатационной скважины.

В варианте реализации настоящего изобретения, в пласте, содержащем жидкие углеводороды, имеется ствол эксплуатационной скважины, и добыча жидких углеводородов в пласте, содержащем кероген, начинается до начала процесса превращения в условиях пласта. Таким образом, давление внутри пласта, содержащего углеводороды, снижается, и это делает возможным возникновение и увеличение потока пиролизных флюидов 108 из пласта, содержащего кероген, внутрь пласта, содержащего жидкие углеводороды.

На фиг. 3 проиллюстрирован вариант реализации изобретения внутри пласта 301, содержащего углеводород. В этом варианте реализации изобретения, пласт, содержащий углеводород, может иметь проницаемость менее десяти миллидарси и может иметь содержание газа менее пятнадцати процентов, и, по этой причине, в нем будет отсутствовать естественный подпор, достаточный для вытеснения жидкостей из пласта в эксплуатационную скважину или трещину. Эксплуатационная скважина 302 показана как горизонтальная скважина, завершенная трещинами 303, которые расклинены проппантом 304. Трещины могут быть расположены через интервалы между, например, 100 метров и 1000 метров, предпочтительно между 150 метров и 300 метров. Источники тепла 305 показаны в горизонтальных скважинах, по существу, параллельными трещинам, и в проиллюстрированном варианте реализации изобретения, они расположены по существу по центру интервалов между соседними трещинами. В этом варианте реализации изобретения, один источник тепла находится над эксплуатационной скважиной и один источник тепла находится под эксплуатационной скважиной. Источники тепла показаны в горизонтальных скважинах, но, особенно в мощных пластах неглубокого залегания, источники тепла могут быть помещены в вертикальных скважинах. Особенность этого варианта реализации изобретения заключается в том, что только один горизонтальный источник тепла может быть установлен между каждой системой смежных трещин, и такой источник тепла может быть установлен ниже эксплуатационной скважины в нижней части пласта.

В варианте реализации изобретения, проиллюстрированном на фиг. 3, в конечном итоге, нагревается до температуры пиролиза только относительно маленькая часть пласта. Например, в конечном итоге, нагревается до температуры пиролиза от трех до пятнадцати процентов или от пяти до десяти процентов пласта. Нагревание пласта до температур пиролиза приводит к образованию парообразных углеводородов, наряду с парами связанной воды, и, в случаях, когда в пласте присутствуют карбонатные породы, к образованию диоксида углерода из карбонатных паров, что создает подпор, приводящий к перемещению углеводородов в эксплуатационные скважины или трещины, в случаях, когда они имеются. Из-за высоких давлений, которые могут быть созданы повышенными температурами вокруг источников тепла, продукты пиролиза создают эффективный подпор формированием микротрещин.

Следует понимать, что изобретение не ограничено конкретными описанными системами, которые могут, разумеется, быть изменены. Следует понимать также, что терминология, использованная в данном документе, предназначена только для описания различных вариантов реализации изобретения и не предназначена для его ограничения. Элементы, указанные в данном документе в единственном числе, определены здесь как представляющие один или большее количество соответствующих элементов, если из контекста явным образом не следует иное. Таким образом, ссылка на «сердечник» включает комбинацию двух или более сердечников и ссылка на «материал» включает смеси материалов.

В данном патенте, определенные патенты США и патентные заявки США были включены посредством ссылок. Текст каждого из патентов США и патентных заявок США, тем не менее, включен посредством ссылки в той мере, в которой не возникает противоречий между этим текстом и другими утверждениями и графическими материалами, представленными в данном документе. В случае такого противоречия, любой такой противоречащий текст в таких, введенных посредством ссылок, патентов США и патентных заявок США, конкретно не включен посредством ссылок в настоящий патент.

Специалистам в данной области техники, ознакомившимся с данным описанием, будут очевидны дальнейшие модификации и альтернативные варианты реализации в различных аспектах изобретения. Соответственно, это описание следует толковать только как иллюстративное и предназначенное для ознакомления специалистов в данной области с типичным способом реализации изобретения. Следует понимать, что формы изобретения, проиллюстрированные и описанные в данном документе, следует воспринимать как предпочтительные в настоящее время варианты реализации. Проиллюстрированные и описанные в данном документе элементы и материалы могут быть заменены, детали и процессы могут быть изменены и определенные особенности изобретения могут быть использованы независимо, как должно быть очевидно специалисту в данной области техники, ознакомившемуся с этим описанием изобретения. В элементах, описанных в данном документе, могут быть сделаны изменения без выхода за пределы сущности и объема изобретения, описанных в представленной ниже формуле изобретения.

Изобретение относится к добыче углеводородов из подземных пластов. Технический результат – увеличение объема извлечения жидких углеводородов, обеспечение рентабельности добычи. Способ обработки подземного углеводородного пласта, включающего керогеносодержащий пласт и пласт, содержащий жидкие углеводороды, включает стадии, на которых обеспечивают источники тепла в керогенсодержащем пласте, который примыкает к пласту, содержащему жидкие углеводороды; подают питание к источникам тепла для нагрева керогенсодержащего пласта; нагревают по меньшей мере часть керогенсодержащего пласта до такой температуры и такой период времени, которых достаточно для пиролиза по меньшей мере части керогена и образования паров; ограничивают добычу пиролизированных углеводородов таким образом, что пиролизированные углеводороды повышают давление внутри пласта, содержащего жидкие углеводороды; добывают углеводороды из пласта, содержащего жидкие углеводороды, причем пары, полученные при пиролизе, вытесняют по меньшей мере часть углеводородов из пласта, содержащего жидкие углеводороды, в направлении эксплуатационных скважин. При этом пласт, содержащий жидкие углеводороды, содержит не более 5 мас.% керогена, имеет начальную проницаемость по меньшей мере 10 дарси, имеет проницаемость выше, чем проницаемость керогенсодержащего пласта и не имеет естественной системы подпора. 15 з. п. ф-лы. 3 ил.

1. Способ обработки подземного углеводородного пласта, который включает керогеносодержащий пласт и пласт, содержащий жидкие углеводороды, причем способ включает следующие стадии, на которых:

обеспечивают источники тепла в керогенсодержащем пласте, который примыкает к пласту, содержащему жидкие углеводороды, причем пласт, содержащий жидкие углеводороды, содержит не более 5 мас.% керогена, имеет начальную проницаемость по меньшей мере 10 дарси, имеет проницаемость выше, чем проницаемость керогенсодержащего пласта и не имеет естественной системы подпора;

подают питание к источникам тепла для нагрева керогенсодержащего пласта;

нагревают по меньшей мере часть керогенсодержащего пласта до такой температуры и такой период времени, которых достаточно для пиролиза по меньшей мере части керогена и образования паров;

ограничивают добычу пиролизированных углеводородов таким образом, что пиролизированные углеводороды повышают давление внутри пласта, содержащего жидкие углеводороды; и

добывают углеводороды из пласта, содержащего жидкие углеводороды, причем пары, полученные при пиролизе, вытесняют по меньшей мере часть углеводородов из пласта, содержащего жидкие углеводороды, в направлении эксплуатационных скважин.

2. Способ по п. 1, дополнительно включающий стадию, на которой создают скважины для добычи углеводородов в пласте, содержащем жидкие углеводороды, и углеводороды добывают из эксплуатационных скважин, расположенных в пласте, содержащем жидкие углеводороды.

3. Способ по п. 2, дополнительно включающий стадию, на которой создают скважины для добычи углеводородов в керогенсодержащем пласте и добывают углеводороды из эксплуатационных скважин в керогенсодержащем пласте.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что эксплуатационные скважины в керогенсодержащем пласте представляют собой горизонтальные скважины.

5. Способ по п. 2, дополнительно включающий стадию, на которой производят гидроразрыв в эксплуатационных скважинах, пробуренных в пласте, содержащем жидкие углеводороды.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что источники тепла расположены в, по существу, горизонтальных скважинах.

7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что множество источников тепла расположено в, по существу, горизонтальных скважинах и разрывы расположены, по существу, по центру между двумя источниками тепла.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что добывают по меньшей мере сорок процентов углеводородов из пласта, содержащего жидкие углеводороды.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что керогенсодержащий пласт имеет проницаемость менее десяти милидарси.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что источники тепла представляют собой электрические нагреватели.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что источники тепла представляют собой трубы, в которых циркулирует теплоноситель.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что теплоноситель представляет собой расплавленную соль.

13. Способ по п. 6, отличающийся тем, что горизонтальные эксплуатационные скважины выполнены с интервалами от 100 до 1000 метров.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что горизонтальные эксплуатационные скважины выполнены с интервалами от 200 до 500 метров.

15. Способ по п. 13, отличающийся тем, что источники тепла помещены в, по существу, горизонтальных скважинах и находятся друг от друга на расстояниях от 10 до 30 метров.

16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что давление внутри пласта, содержащего жидкие углеводороды, вначале поддерживают на низком уровне, а после обнаружения продуктов пиролиза в углеводородах, добытых из пласта, содержащего жидкие углеводороды, давление внутри пласта, содержащего жидкие углеводороды, увеличивают в диапазоне от 500 до 5000 кПа.