DE602005006116T2

DE602005006116T2 - Verhinderung von verschorfungseffekten in bohrlöchern

Info

Publication number: DE602005006116T2
Application number: DE602005006116T
Authority: DE
Inventors: Taixu Katy BAI; Dong Sub Sugar Land KIM; Frederick Henry Kreisler Houston RAMBOW; Harold J. Bellaire VINEGAR
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 2004-04-23
Filing date: 2005-04-22
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2025-04-23
Also published as: CN1954131B; MXPA06011960A; WO2005106191A1; US7383877B2; CN1954131A; CN1946919B; US20050269088A1; US7370704B2; EP1738055A1; DE602005006116D1; US20050269091A1; CN1946919A; ATE440205T1; AU2005238942A1; AU2005236490B2; EP1738054B1; AU2005238944B2; NZ550504A; AU2005238942B2; US20050269095A1

Description

HINTERGRUND
Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Verfahren und Systeme zur Förderung von Kohlenwasserstoffen, Wasserstoff und/oder anderen Produkten aus verschiedenen unterirdischen Formationen, wie kohlenwasserstoffhaltigen Formationen. Insbesondere werden hier bestimmte Ausführungsformen beschrieben, die sich auf Verfahren und Systeme beziehen, welche nachrutschendes Material daran hindern, die Ausrüstung und/oder Betriebsweise in Heiz- oder Förderschachtbohrungen zu beeinträchtigen.
Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik
Kohlenwasserstoffe, die aus unterirdischen Formationen gewonnen werden, werden häufig als Energiequellen, als Einsatzmaterialien und als Verbraucherprodukte verwendet. Die Sorgen über die Erschöpfung von verfügbaren Kohlenwasserstoffquellen und Änderungen in der Gesamtqualität der geförderten Kohlenwasserstoffe haben zur Entwicklung von Verfahren zur wirksameren Ausbeute, Verarbeitung und/oder Verwendung von verfügbaren Kohlenwasserstoffquellen geführt. In situ-Verfahren können angewendet werden, um Kohlenwasserstoffmaterialien aus unterirdischen Formationen zu entfernen. Chemische und/oder physikalische Eigenschaften von Kohlenwasserstoffmaterial innerhalb unterirdischer Formationen müssen geändert werden, damit das Kohlenwasserstoffmaterial leichter aus der unterirdischen Formationen entfernt werden kann. Chemische und physikalische Änderungen können umfassen: in situ-Reaktionen, die entfernbare Fluide fördern, Zusammensetzungsänderungen, Löslichkeitsänderungen, Dichteänderungen, Phasenänderungen und/oder Viskosi tätsänderungen des Kohlenwasserstoffmaterials innerhalb der Formation. Ein Fluid kann ein Gas sein, eine Flüssigkeit, eine Emulsion, ein Schlamm, und/oder ein Strom fester Teilchen, die Strömungseigenschaften ähnlich einer Flüssigkeitsströmung zeigen, doch ist der Ausdruck darauf nicht beschränkt.
Heizeinrichtungen können in Schachtbohrungen angeordnet werden, um die Formation während eines in situ-Prozesses zu erhitzen. Beispiele von in situ-Prozessen, die Schachtheizeinrichtungen anwenden, sind in den US-Patenten Nrn. 2,634,961 an Ljungstrom, 2,732,195 an Ljungstrom, 2,780,450 an Ljungstrom, 2,789,805 an Ljungstrom, 2,923,535 an Ljungstrom und 4,886,118 an Van Meurs et al. offenbart.
Das Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der internationalen Patentanmeldung WO 95/06093 bekannt, welche ein verbessertes Ölgewinnungsverfahren offenbart, bei welchem eine ölhaltige Formation erhitzt und frakturiert wird, indem eine Sprengladung innerhalb des Wirtsfels detoniert wird, um den Fels zu frakturieren. Ein Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, daß die Detonation von Sprengladungen innerhalb des Wirtsfelsens eine unregelmäßige Schachtbohrung erzeugt, die für das Nachrutschen anfällig ist.
Einige Formationsschichten können Materialeigenschaften haben, die zum Nachrutschen in eine Schachtbohrung führen. Das Nachrutschen von Material in der Schachtbohrung kann zu einer Überhitzung, einer Verstopfung, einer Ausrüstungsverformung und/oder zu Fluidströmungsproblemen in der Schachtbohrung führen. Die Verhinderung des Nachrutschens hat den technischen Vorteil, daß eine wirksame und einfache Betriebsweise der Schächte in der Formation ermöglicht wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Behandeln von Heizschachtbohrungen und Installieren von Heizeinrichtungen in eine unterirdischen Formation, welches umfaßt: Einbringen eines oder mehrerer Sprengmittel in Teile einer oder mehrerer Schachtbohrungen, die für eine Sprengung in der Formation ausgewählt sind, wobei die Schachtbohrungen in einer oder mehreren Zonen in der Formation geformt sind; kontrolliertes Sprengen der Sprengmittel in einer oder mehrerer der Schachtbohrungen, derart, daß zumindest ein Teil der Formation, welche die ausgewählten Schachtbohrungen umgibt, erhöhte Durchlässigkeit hat; und Vorsehen einer oder mehrerer Heizeinrichtungen in der einen oder den mehreren Schachtbohrungen; dadurch gekennzeichnet, daß die Sprengmittel langgestreckte flexible Materialien umfassen, die so ausgebildet sind, daß sie über eine Länge zumindest einer Schachtbohrung angeordnet werden können.
Die Erfindung kann ferner die Schritte umfassen:

(a) Ermöglichung der Hitzeübertragung von einer oder mehrerer Heizeinrichtungen auf eine oder mehrere Zonen der Formation;
(b) Bereitstellen von Hitze aus einer oder mehreren Heizeinrichtungen für zumindest einen Teil der Formation, wobei eine oder mehrere der Heizeinrichtungen in einer oder mehrerer der Schachtbohrungen zumindest teilweise eine derartige Größe haben, daß ein Raum zwischen der Schachtbohrung und einer der Heizeinrichtungen in der Schachtbohrung eine Breite hat, die verhindert, daß sich Teilchen vorbestimmter Größe frei in dem Raum bewegen; und
(c) Steuerung der Erhitzung der Zonen der Formation derart, daß eine Heizrate von einer oder mehreren Zonen unterhalb 20°C/Tag während zumindest 15 Tagen, unterhalb 10°C/Tag während zumindest 30 Tagen oder unterhalb 5°C/Tag während zumindest 60 Tagen gehalten wird, wodurch das Nachrutschen von Material nahe der Heizeinrichtung während und/oder nach dem Erhitzen verhindert wird.

Die Erfindung kann auch die Schritte umfassen:

(a) Feststellen einer Durchlässigkeit eines Teiles der Formation und Auswählen der Schachtbohrungen für die Explosion, Bestimmen der Größe der Schachtbohrungen, und/oder Steuern der Erhitzung der Zonen basierend auf der festgestellten Durchlässigkeit; und
(b) Feststellen des Tongehaltes eines Teiles der Formation und Auswählen der Schachtbohrungen für die Explosion, Bestimmen der Größe der Schachtbohrungen, und/oder Steuern der Erhitzung der Zonen basierend auf den festgestellten Tongehalt.

Gegebenenfalls hat zumindest eine der Schachtbohrungen eine Auskleidung, die zwischen der Heizeinrichtung in der Schachtbohrung und der Formation vorgesehen ist, wobei die Auskleidung Öffnungen aufweist, die eine solche Größe haben, daß Fluide durch die Auskleidung hindurchtreten können, aber Teilchen vorbestimmter Größe die Auskleidung nicht durchsetzen können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann unter Bezugnahme auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung und unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen verständlich, in denen zeigen:
1 eine Illustration der Stufen des Erhitzens einer kohlenwasserstoffhaltigen Formation;
2 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispieles eines Teiles eines in situ-Umwandlungssystems zum Behandeln einer kohlenwasserstoffhaltigen Formation;
3 eine Ausführungsform zum Erzeugen einer kontrollierten Sprengung in der Öffnung;
4 eine Ausführungsform der Öffnung nach einer kontrollierten Sprengung in der Öffnung;
5 eine Ausführungsform einer Auskleidung in einer Öffnung;
6 eine Ausführungsform einer Auskleidung in gestrecktem Zustand;
7 eine Ausführungsform einer Auskleidung in einem aufgeweiteten Zustand.
Während die Erfindung verschiedenen Modifikationen und alternativen Ausführungsformen unterliegen kann, sind spezielle Ausführungsbeispiele derselben in den Zeichnungen gezeigt und nachfolgend im Detail beschrieben. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabgerecht. Es versteht sich aber, daß die Zeichnungen und die detaillierte Beschreibung die Erfindung nicht auf die besonderen offenbarten Ausführungsformen beschränken soll, sondern vielmehr besteht die Absicht darin, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen, mit abzudecken, wie in den angeschlossenen Ansprüchen definiert ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich allgemein auf Systeme und Verfahren zum Behandeln von Kohlenwasserstoffen in den Formationen. Solche Formationen können behandelt werden, um Kohlenwasserstoffprodukte, Wasserstoff und andere Produkte zu ergeben.
„Kohlenwasserstoffe" sind allgemein als Moleküle definiert, die hauptsächlich durch Kohlenstoff- und Wasserstoffatome gebildet werden. Kohlenwasserstoffe können auch andere Elemente umfassen, wie Halogene, metallische Elemente, Stickstoff, Sauerstoff und/oder Schwefel, sind aber darauf nicht beschränkt. Kohlenwasserstoffe können Kerngen, Bitumen, Pyrobitumen, Öle, natürliche Mineralwachse und Asphaltite sein, sind aber nicht darauf beschränkt. Kohlenwasserstoffe können in oder nahe der Mineralmatrix der Erde vorliegen. Die Matrix kann umfassen, ist aber nicht beschränkt auf Sedimentfels, Sande, Silicilyte, Karbonate, Diatomite und andere poröse Medien. „Kohlenwasserstofffluide" sind Fluide, die Kohlenwasserstoffe enthalten. Kohlenwasserstofffluide können umfassen, mitreißen oder in Nicht-Kohlenwasserstofffluiden mitgerissen sein (beispielsweise Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasserstoffsulfide, Wasser und Ammoniak).
„Schwere Kohlenwasserstoffe" sind viskose Kohlenwasserstofffluide. Schwere Kohlenwasserstoffe können hochviskose Kohlenwasserstofffluide, wie Schweröl, Teer und/oder Asphalt, umfassen. Schwere Kohlenwasserstoffe können Kohlenstoff und Wasserstoff sowie kleinere Konzentrationen von Schwefel, Sauerstoff und Stickstoff umfassen. Auch können zusätzliche Elemente in Spurenmengen in schweren Kohlenwasserstoffen vorhanden sein. Schwere Kohlenwasserstoffe können durch die API-Schwere klas sifiziert werden. Schwere Kohlenwasserstoffe haben im allgemeinen eine API-Schwere unterhalb 20°. Schweröl hat beispielsweise im allgemeinen eine API-Schwere von 10–20°, wogegen Teer im allgemeinen eine API-Schwere unterhalb 10° aufweist. Die Viskosität der schweren Kohlenwasserstoffe ist im allgemeinen zumindest 100 Centipoise bei 15°C. Schwere Kohlenwasserstoffe können auch Aromaten oder andere komplexe Ringkohlenwasserstoffe aufweisen.
„API-Schwere" bezieht sich auf eine API-Schwere bei 15,5°C (60°F). API-Schwere wird durch die ASTM-Methode D6822 bestimmt. „ASTM" bezieht sich auf American Standard Testing and Materials.
Eine „Formation" umfaßt eine oder mehrere kohlenwasserstoffhaltige Lagen, eine oder mehrere nicht-kohlenwasserstoffhaltige Lagen, eine Überlage und/oder eine Unterlage. Die „Überlage" und/oder „Unterlage" umfassen eine oder mehrere verschiedene Arten von undurchlässigen Materialien. Beispielsweise kann die Überlage und/oder Unterlage Fels, Schiefer, Schlammstein und/oder feuchte/dichte Karbonate umfassen. Bei einigen Ausführungsbeispielen eines in situ-Umwandlungsverfahrens können die Überlage und/oder Unterlage eine kohlenwasserstoffhaltige Lage oder kohlenwasserstoffhaltige Lagen aufweisen, die relativ undurchlässig sind und während des in situ-Umwandlungsverfahrens nicht Temperaturen unterworfen werden, die zu einer signifikanten Merkmalsänderung der kohlenwasserstoffhaltigen Lagen der Überlage und/oder Unterlage führen. Beispielsweise kann die Unterlage Schiefer oder Tongestein umfassen, doch darf die Unterlage während des in situ-Umwandlungsverfahrens nicht auf Pyrolysetemperaturen erhitzt werden. In einigen Fällen kann die Überlage und/oder Unterlage etwas durchlässig sein.
„Formationsfluide” und „geförderte Fluide" beziehen sich auf Fluide, die aus der Formation entfernt werden, und diese können Pyrolysierfluide, Synthesegas, mobilisierte Kohlenwasserstoffe und Wasser (Dampf) umfassen. Formationsfluide können Kohlenwasserstofffluide sowie Nicht-Kohlenwasserstofffluide umfassen.
„Kohlenstoffzahl" bezieht sich auf die Zahl der Kohlenstoffatome in einem Molekül. Ein Kohlenwasserstofffluid kann verschiedene Kohlenwasserstoffe mit verschiedenen Kohlenstoffzahlen umfassen. Das Kohlenwasserstofffluid kann durch eine Kohlenstoffzahlverteilung beschrieben werden. Die Kohlenstoffzahlen und/oder Kohlenstoffzahlverteilungen können durch die Verteilung des wahren Siedepunktes und/oder Gas-Flüssigkeits-Chromatographie bestimmt werden.
Eine „Wärmequelle" ist jedes System zum Übertragen von Hitze an zumindest einem Teil der Formation im wesentlichen durch Wärmeleitungs- und/oder Wärmestrahlung.
Eine „Heizeinrichtung" ist jedes System zum Erzeugen von Hitze in einem Schacht oder nahe einem Schachtbohrungsbereich. Heizeinrichtungen können elektrische Heizeinrichtungen, solche mit zirkulierendem Hitzetransferfluid oder Dampf, Brenner, Verbrennungseinrichtungen, die mit Material reagieren, das in der Formation enthalten ist oder aus der Formation gefördert wird, und/oder Kombinationen derselben sein, sind aber nicht darauf beschränkt. Der Ausdruck „Schachtbohrung" bezieht sich auf ein Loch in der Formation, das durch Bohren oder Einsetzen einer Leitung in die Formation geschaffen wird. Im vorliegenden Zusammenhang können die Ausdrücke „Schacht" und „Öffnung", wenn sie sich auf eine Öffnung in der Formation beziehen, austauschbar mit dem Ausdruck „Schachtbohrung" verwendet werden.
„Pyrolyse” bedeutet das Aufbrechen der chemischen Bindung durch Anwendung von Hitze. Pyrolyse umfaßt das Transformieren einer Verbindung in eine oder mehrere andere Substanzen allein durch Hitze. Hitze kann auf einen Abschnitt der Formation übertragen werden, um Pyrolyse zu verursachen. „Pyrolysierfluid" oder „Pyrolyseprodukte" beziehen sich auf ein Fluid, das während der Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen gefördert wird. Fluid, das durch Pyrolysereaktionen gefördert wird, kann sich mit anderen Fluiden in der Formation mischen. Das Gemisch würde als Pyrolysierfluid oder Pyrolysierprodukt angesehen. Pyrolysierfluide umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasserstoffsulfid, Ammoniak, Stickstoff, Wasser und Gemische derselben.
„Kondensierbare Kohlenwasserstoffe" sind Kohlenwasserstoffe, die bei 25°C bei 101 kPa Absolutdruck kondensieren. Kondensierbare Kohlenwasserstoffe können ein Gemisch von Kohlenwasserstoffen mit Kohlenstoffzahlen größer als 4 umfassen. „Nicht-kondensierbare Kohlenwasserstoffe" sind Kohlenwasserstoffe, die nicht bei 25°C und 101 kPa Absolutdruck kondensieren. Nicht-kondensierbare Kohlenwasserstoffe können Kohlenwasserstoffe mit Kohlenstoffzahlen kleiner als 5 umfassen.
Kohlenwasserstoffe in Formationen können auf verschiedene Arten behandelt werden, um verschiedene Produkte zu erzeugen. Bei bestimmten Ausführungsformen werden solche Formationen in Stufen behandelt. 1 zeigt verschiedene Stufen der Erhitzung einer kohlenwasserstoffhaltigen Formation. 1 zeigt auch ein Beispiel einer Ausbeute („Y") in Ölfässern äquivalent pro Tonne (y-Achse) der Formationsfluide aus der Formation gegenüber der Temperatur („T") der erhitzten Formation in Grad Celsius (x-Achse).
Die Desorption von Methan und das Verdampfen von Wasser tritt während der Stufe 1 des Erhitzens auf. Das Erhitzen der Formation durch die Stufe 1 kann so rasch als möglich erfolgen. Wenn beispielsweise die kohlenwasserstoffhaltige Formation anfänglich erhitzt wird, werden Kohlenwasserstoffe in der Formation dazu veranlaßt, adsorbiertes Methan zu desorbieren. Das desorbierte Methan kann aus der Formation gefördert werden. Wenn die kohlenwasserstoffhaltige Formation weiter erhitzt wird, wird Wasser in der kohlenwasserstoffhaltigen Formation verdampft. Das Wasser kann bei einigen kohlenwasserstoffhaltigen Formation zwischen 10% und 50% des Porenvolumens in der Formation betragen. In anderen Formationen nimmt Wasser einen kleineren oder größeren Teil des Porenvolumens ein. Wasser wird typischerweise in einer Formation zwischen 160°C und 285°C bei Drücken von 600 kPa absolut bis 7000 kPa absolut verdampft. Bei einigen Ausführungsbeispielen erzeugt das verdampfte Wasser Benetzungsänderungen in der Formation und/oder erhöhten Formationsdruck. Die Benetzungsänderungen und/oder der erhöhte Formationsdruck können die Pyrolysereaktionen oder andere Reaktionen in der Formation beeinträchtigen. Bei bestimmten Ausführungsformen wird das verdampfte Wasser aus der Formation gefördert. Bei anderen Ausführungsbeispielen wird das verdampfte Wasser zur Dampfextraktion und/oder Destillation in der Formation oder außerhalb der Formation verwendet. Das Entfernen des Wassers aus und das Erhöhen des Porenvolumens in der Formation erhöht den Lagerraum für Kohlenwasserstoffe in dem Porenvolumen.
Bei bestimmten Ausführungsformen wird die Formation nach dem Erhitzen in der Stufe 1 weiter erhitzt, derart, daß die Temperatur in der Formation (zumindest) eine anfängliche Pyrolysetemperatur erreicht (wie eine Temperatur am unteren Ende des Temperaturbereiches, der in Stufe 2 gezeigt ist). Kohlenwasserstoffe in der Formation können während der Stufe 2 pyroly siert werden. Ein Pyrolysetemperaturbereich variiert abhängig von den Arten von Kohlenwasserstoffen in der Formation. Der Pyrolysetemperaturbereich kann Temperaturen zwischen 250°C und 900°C umfassen. Der Pyrolysetemperaturbereich für das Erzeugen der erwünschten Produkte kann sich durch lediglich einen Teil des gesamten Pyrolysetemperaturbereiches erstrecken. Bei einigen Ausführungsformen kann der Pyrolysetemperaturbereich zum Erzeugen der gewünschten Produkte Temperaturen zwischen 250°C und 400°C oder Temperaturen zwischen 270°C und 350°C einschließen. Wenn eine Temperatur der Kohlenwasserstoffe in einer Formation langsam durch den Temperaturbereich von 250°C bis 400°C angehoben wird, kann die Erzeugung der Pyrolyseprodukte im wesentlichen vollständig sein, wenn die Temperatur 400°C erreicht. Das Erhitzen der kohlenwasserstoffhaltigen Formation mit einer Vielzahl von Heizquellen kann Wärmegradienten um die Heizquellen erzeugen, welche die Temperatur der Kohlenwasserstoffe in der Formation langsam durch den Pyrolysetemperaturbereich hindurch anheben.
Bei einigen Ausführungsformen einer in situ-Umwandlung wird ein Teil einer Formation auf die erwünschte Temperatur erhitzt, statt daß die Temperatur langsam durch einen Temperaturbereich hindurch erhöht wird. Bei einigen Ausführungsbeispielen beträgt die erwünschte Temperatur 300°C, 325°C oder 350°C. Andere Temperaturen können als erwünschte Temperatur gewählt werden. Die Überlagerung der Hitze von den Hitzequellen gestattet, daß die erwünschte Temperatur relativ rasch und wirksam in der Formation erreicht wird. Der Energieeinsatz in der Formation aus den Heizquellen kann eingestellt werden, um die Temperatur in der Formation im wesentlichen auf der erwünschten Temperatur zu halten. Der erhitzte Teil der Formation wird im wesentlichen auf der erwünschten Temperatur gehalten, bis die Pyrolyse abnimmt, derart, daß die Förderung der erwünschten Formationsfluide aus der Formation unwirtschaft lich wird. Teile einer Formation, die der Pyrolyse unterworfen werden, können Bereiche einschließen, die durch Wärmeübertragung von nur einer der Heizquellen in einen Pyrolysetemperaturbereich gebracht werden.
Bei bestimmten Ausführungsformen werden die Formationsfluide, einschließlich Pyrolysierfluide, aus der Formation gefördert. Wenn die Temperatur der Formation zunimmt, kann die Menge an kondensierbaren Kohlenwasserstoffen in dem geförderten Formationsfluid abnehmen. Bei hohen Temperaturen kann die Formation hauptsächlich Methan und/oder Wasserstoff produzieren. Wenn die kohlenwasserstoffhaltige Formation über einen gesamten Pyrolysebereich erhitzt wird, kann die Formation nur eine kleine Menge an Wasserstoff gegen eine obere Grenze des Pyrolysebereiches fördern. Nachdem der gesamte verfügbare Wasserstoff erschöpft ist, wird typischerweise eine minimale Menge an Fluidförderung aus der Formation auftreten.
Nach der Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen kann noch immer eine große Menge an Kohlenstoff und einiger Wasserstoff in der Formation vorhanden sein. Ein signifikanter Teil des Kohlenstoffes, der in der Formation verbleibt, kann in Form von Synthesegas aus der Formation gefördert werden. Die Synthesegaserzeugung kann während der Stufe 3 des Erhitzens stattfinden, die in 1 gezeigt. Die Stufe 3 kann das Erhitzen einer kohlenwasserstoffhaltigen Formation auf eine Temperatur umfassen, die ausreicht, damit das Synthesegas erzeugt wird. Beispielsweise kann Synthesegas in einem Temperaturbereich von 400°C bis 1200°C, 500°C bis 1100°C oder 550°C bis 1000°C erzeugt werden. Die Temperatur des erhitzten Teiles der Formation, wenn Synthesegas erzeugendes Fluid in die Formation eingebracht wird, bestimmt die Zusammensetzung des Synthesegases, das in der Formation erzeugt wird. Das erzeugte Synthesegas kann aus der Formation durch einen Förderschacht oder Förderschächte entfernt werden.
2 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispieles eines Teiles des in situ-Umwandlungssystems zum Behandeln der Formation, die Kohlenwasserstoffe enthält. Hitzequellen 20 sind in zumindest einem Teil der Formation angeordnet. Die Hitzequellen 20 können elektrische Heizeinrichtungen, wie isolierte Leiter, Leiter-in-Leitung Heizeinrichtungen, Oberflächenbrenner, verteilte flammenlose Kombustoren und/oder verteilte natürliche Kombustoren sein. Die Hitzequellen 20 können auch andere Arten von Heizeinrichtungen umfassen. Die Hitzequellen 20 erzeugen Hitze für zumindest einen Teil der Formation, um die Kohlenwasserstoffe in der Formation zu erhitzen. Den Hitzequellen 20 kann durch Versorgungsleitungen 22 Energie zugeführt werden. Die Versorgungsleitungen 22 können strukturell verschieden sein, abhängig von der Art der Hitzequelle oder den Hitzequellen, die verwendet werden, um die Formation zu erhitzen. Die Versorgungsleitungen 22 für die Hitzequellen können Elektrizität für elektrische Heizeinrichtungen zuführen, sie können aber auch Brennstoff für Kombustoren transportieren, oder sie können Wärmeaustauschfluid transportieren, das in die Formation zirkuliert wird.
Die Förderschächte 24 werden verwendet, um das Formationsfluid aus der Formation zu entfernen. Formationsfluid, das aus den Förderschächten 24 produziert wird, kann durch Sammelleitungen 26 zu Behandlungsanordnungen 28 transportiert werden. Die Formationsfluide können auch von den Hitzequellen 20 erzeugt werden. Beispielsweise kann aus den Hitzequellen 20 Fluid erzeugt werden, um den Druck in der Formation nahe den Hitzequellen zu kontrollieren. Fluid, das von den Hitzequellen 20 erzeugt wird, kann durch Rohre oder Leitungen zu Sammelleitungen 26 transportiert werden, oder das erzeugte Fluid kann durch Rohre oder Leitungen direkt zu den Behandlungsanlagen 28 transportiert werden. Die Behandlungsanlagen 28 können Abscheideeinheiten, Reaktionseinheiten, Verbesserungseinheiten, Brennstoffzellen, Turbinen, Lagergefäße und/oder andere Systeme und Einheiten zum Verarbeiten der geförderten Formationsfluide umfassen.
Das in situ-Umwandlungssystem zum Behandeln von Kohlenwasserstoffen kann Hindernisschächte 30 umfassen. Hindernisschächte werden verwendet, um ein Hindernis um eine Behandlungszone aufzubauen. Das Hindernis hindert Fluid daran, in und/oder aus der Behandlungszone zu strömen. Hindernisschächte umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Entwässerungsschächte, Vakuumschächte, Auffangschächte, Einspritzschächte, Gefrierschächte oder Kombinationen derselben. Bei einigen Ausführungsbeispielen sind Hindernisschächte 30 Entwässerungsschächte. Entwässerungsschächte können flüssiges Wasser entfernen und/oder flüssiges Wasser daran hindern, in einen Teil der zu erhitzenden Formation oder zu der erhitzten Formation einzutreten. Bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 sind die Entwässerungsschächte nur entlang einer Seite der Hitzequellen 20 gezeigt, doch umgeben Entwässerungsschächte typischerweise alle Hitzequellen 20, die verwendet werden oder verwendet werden sollen, um die Formation zu erhitzen.
Wie in 2 gezeigt ist, sind zusätzlich zu den Hitzequellen 20 ein oder mehrere Förderschächte 24 in der Formation angeordnet. Formationsfluide können durch den Förderschacht 24 gefördert werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen umfaßt der Förderschacht 24 eine Hitzequelle. Die Hitzequelle im Förderschacht kann einen oder mehrere Teile der Formation an oder nahe dem Förderschacht erhitzen und ein Entfernen der Dampfphase der Formationsfluide ermöglichen. Das Erfordernis für das Hochtemperaturpumpen von Flüssigkeiten aus dem Förder schacht kann reduziert oder eliminiert werden. Die Vermeidung oder die Begrenzung des Hochtemperaturpumpens von Flüssigkeiten kann die Förderkosten signifikant senken. Das Bereitstellen von Hitze an oder nahe dem Förderschacht kann: (1) eine Kondensation und/oder einen Rückfluß des Förderfluids verhindern, wenn dieses Förderfluid in dem Förderschacht nahe einer Überlage bewegt wird, (2) den Hitzeeinsatz in die Formation erhöhen, und/oder (3) die Formationsdurchlässigkeit an oder nahe dem Förderschacht erhöhen. Bei einigen Ausführungsformen von in situ-Umwandlungsverfahren ist das Ausmaß an Hitze, die der Formation von einem Förderschacht pro Meter des Förderschachtes zugeführt wird, kleiner als die Menge an Hitze, die an die Formation aus einer Heizquelle angelegt wird, welche die Formation pro Meter der Heizquelle erhitzt.
Einige Formationslagen können Materialeigenschaften haben, die in einer Schachtbohrung zu einem Nachrutschen führen. Beispielsweise können magere tonreiche Lagen einer Ölschieferformation bei Erhitzung nachrutschen. Das Nachrutschen bezieht sich auf das Ausscheiden oder Abgeben von Formationsmaterial (beispielsweise Fels oder Ton) in die Schachtbohrung. Lagen, die reich an expandierenden Tonen sind, haben eine hohe Tendenz, nachzurutschen. Tone können die Durchlässigkeit der mageren Lagen reduzieren. Wenn Hitze rasch auf Lagen aufgebracht wird, die verringerte Durchlässigkeit haben, können Wasser und/andere Fluide nicht mehr imstande sein, aus der Lage auszutreten. Wasser und/oder andere Fluide, die nicht aus der Lage austreten können, bauen einen Druck in der Lage auf, bis der Druck ein mechanisches Versagen des Materials verursacht. Dieses mechanische Versagen tritt auf, wenn der Innendruck die Zugfestigkeit des Felsens in der Lage überschreitet und ein Nachrutschen erzeugt.
Das Nachrutschen von Material in einer Schachtbohrung kann zu einer Überhitzung, einem Verlegen, einer Verformung der Ausrüstung und/oder Fluidströmungsproblemen in der Schachtbohrung führen. Nachgerutschtes Material kann in oder um die Heizeinrichtung herum in der Schachtbohrung aufgefangen oder festgehalten werden. Beispielsweise kann nachgerutschtes Material zwischen der Heizeinrichtung und der Wand der Formation über einer expandierten reichen Lage festgehalten werden, welche die Heizeinrichtung kontaktiert oder dieser angenähert ist. Das nachgerutschte Material kann lose gepackt sein und geringere Wärmeleitfähigkeit haben. Geringere Wärmeleitfähigkeit des nachgerutschten Materials kann zu einem Überhitzen der Heizeinrichtungen und/oder zu einer langsamen Hitzeübertragung an die Formation führen. Nachgerutschtes Material in einer kohlenwasserstoffhaltigen Formation (wie einer Ölschieferformation) kann einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser zwischen 1 Millimeter („mm") und 2,5 Zentimeter („cm"), zwischen 1,5 mm und 2 cm oder zwischen 5 mm und 1 cm haben.
Die Volumina der unterirdischen Formation mit niedriger Durchlässigkeit (beispielsweise 10 Microdarcy („μdarcy") oder weniger, 20 μdarcy oder weniger, oder 50 μdarcy oder weniger) haben eine Tendenz nachzurutschen. Für Ölschiefer sind diese Volumina typischerweise magere Lagen mit einem Tongehalt von 5 Vol.-% oder größer. Der Ton kann smektischer Ton oder illitischer Ton sein. Material in Volumina mit sehr geringer Durchlässigkeit können sich während des Erhitzens der unterirdischen Formation abreiben. Das Abreiben kann durch die Expansion des tongebundenen Wassers, anderer tongebundener Fluide und/oder Gase in der Felsmatrix verursacht werden.
Verschiedene Techniken können angewendet werden, um ein Nachrutschen oder Probleme, die mit dem Nachrutschen verbunden sind, zu verhindern. Die Techniken umfassen das anfängliche Erhitzen der Schachtbohrung, so daß eine anfängliche langsame Temperaturzunahme im Schachtbohrbereich stattfindet, das Vorbehandeln der Schachtbohrung mit einem Stabilisierfluid vor dem Erhitzen, das Ausführen einer kontrollierten Sprengung in der Schachtbohrung vor dem Erhitzen, das Anordnen einer Auskleidung oder eines Siebes in der Schachtbohrung, und das Dimensionieren der Schachtbohrung und der Ausrüstung, die in der Schachtbohrung angeordnet wird, so daß nachgerutschtes Material in der Schachtbohrung keine Probleme verursacht. Die verschiedenen Techniken können unabhängig oder in Kombination miteinander angewendet werden.
Bei einigen Ausführungsbeispielen wird die Durchlässigkeit eines Volumens (einer Zone) der unterirdischen Formation ermittelt. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen wird der Tongehalt der Zone der unterirdischen Formation ermittelt. Das Volumen oder die Zonen der ermittelten Durchlässigkeit und/oder des Tongehaltes befinden sich an oder nahe einer Schachtbohrung (beispielsweise innerhalb 1 m, 0,5 m oder 0,3 m der Schachtbohrung). Die Durchlässigkeit kann beispielsweise durch akustische Messung der Stoneley-Wellenunterdrückung ermittelt werden. Der Tongehalt kann beispielsweise durch ein Impuls-Neutronen-Meßsystem (wie ein RST (Reservoir Saturation Tool) von Schlumberger Oilfield Services (Houston, TX, USA)) ermittelt werden. Der Tongehalt wird aus der Differenz zwischen Dichte- und Neutronenmessung ermittelt. Wenn die Messung zeigt, daß eine oder mehrere Zonen nahe der Schachtbohrung eine Durchlässigkeit unterhalb eines vorgewählten Wertes (beispielsweise höchstens 10 μdarcy, höchstens 20 μdarcy oder höchstens 50 μdarcy) und/oder einen Tongehalt oberhalb eines vorgewählten Wertes (beispielsweise zumindest 5 Vol.-%, zumindest 3 Vol.-% oder zumindest 2 Vol.-%) haben, kann eine anfängliche Erhitzung der Formation an oder nahe der Schachtbohrung gesteuert werden, um die Heizrate unterhalb eines vorgewählten Wertes zu erhalten. Die gewählte Heizrate variiert abhängig von der Art der Formation, dem Muster der Schachtbohrungen in der Formation, der Art der angewendeten Heizeinrichtungen, dem Abstand der Schachtbohrungen in der Formation, oder anderen Faktoren.
Das anfängliche Erhitzen kann an oder unterhalb der vorgewählten Heizrate für eine spezifische Zeitdauer aufrechterhalten werden. Nach einer bestimmten Zeitspanne kann die Durchlässigkeit an oder nahe den Schachtbohrungen auf einen Wert zunehmen, derart, daß ein Nachrutschen infolge der langsamen Expansion der Gase in der Schicht nicht mehr wahrscheinlich ist. Die langsameren Heizraten gestatten, daß Wasser und andere Fluide genügend Zeit haben, um zu verdampfen und aus der Schicht auszutreten, wodurch ein rascher Druckaufbau in der Schicht verhindert wird. Eine langsame anfängliche Heizrate gestattet das Expandieren des Wasserdampfes oder anderer Fluide, um Mikrofrakturen in der Formation zu erzeugen, statt zu einem Versagen der Schachtbohrung zu führen, welches auftreten kann, wenn die Formation rasch erhitzt wird. Da sich die Hitze von der Schachtbohrung weg bewegt, nimmt die Temperaturanstiegsrate ab. Beispielsweise wird die Temperaturanstiegsrate typischerweise bei Entfernungen von 0,1 m, 0,3 m, 0,5 m, 1 m, 3 m oder mehr von der Schachtbohrung weg stark abnehmen. Bei bestimmten Ausführungsformen wird die Heizrate einer unterirdischen Formation an oder nahe der Schachtbohrung (beispielsweise innerhalb 3 m der Schachtbohrung, innerhalb 1 m der Schachtbohrung, innerhalb 0,5 m der Schachtbohrung oder innerhalb 0,3 m der Schachtbohrung) während zumindest 15 Tagen unterhalb 20°C/Tag gehalten. Bei einigen Ausführungsbeispielen beträgt die Heizrate der unterirdischen Formation an oder nahe der Schachtbohrung während zumindest 30 Tagen weniger als 10°C/Tag. Bei einigen Ausführungsformen wird die Heizrate einer unterirdischen Formation an oder nahe der Schachtbohrung während zumindest 60 Tagen unterhalb 5°C/Tag gehalten. Bei einigen Ausführungsbeispielen wird die Heizrate der unterirdischen Formation an oder nahe der Schachtbohrung während zumindest 150 Tagen unterhalb 2°C/Tag gehalten.
Bei bestimmten Ausführungsbeispielen wird die Schachtbohrung in der Formation, die Zonen oder Bereiche hat, welche zum Nachrutschen führen, vorbehandelt, um das Nachrutschen während der Erhitzung zu verhindern. Die Schachtbohrung kann behandelt werden, bevor die Heizeinrichtung in der Schachtbohrung angeordnet wird. Bei einigen Ausführungsbeispielen wird die Schachtbohrung mit einem vorbestimmten Tongehalt mit einem oder mehreren Tonstabilisatoren behandelt. Beispielsweise können der Solelösung, die während der Bildung der Schachtbohrung verwendet wird, Tonstabilisatoren hinzugefügt werden. Tonstabilisatoren umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Kalk und andere kalziumhaltige Materialien, die in der Ölfeldindustrie bekannt sind. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Verwendung von Tonstabilisatoren, die Halogene enthalten, beschränkt (oder wird vermieden), um Korrosionsprobleme mit den Heizeinrichtungen oder anderer in der Schachtbohrung verwendeten Ausrüstung zu reduzieren (oder zu vermeiden).
Bei bestimmten Ausführungsformen wird die Schachtbohrung behandelt, indem eine kontrollierte Sprengung in der Schachtbohrung ausgeführt wird. Die kontrollierte Sprengung kann entlang ausgewählter Längen oder in ausgewählten Abschnitten der Schachtbohrung vorgesehen werden. Die kontrollierte Sprengung wird durchgeführt, indem ein kontrolliertes Sprengungssystem in der Schachtbohrung angeordnet wird. Die kontrollierte Sprengung kann durch Steuern der Geschwindigkeit der vertikalen Fortpflanzung der Explosion in die Schachtbohrung durchgeführt werden. Ein Beispiel eines kontrollierten Sprengungssystems ist Primacord^®, eine Sprengschnur, die von The Ensign- Bickford Company (Spanisch Fork, Utah, USA) erhältlich ist. Ein kontrolliertes Sprengungssystem kann eingestellt werden, um entlang vorbestimmter Längen oder vorbestimmter Abschnitte einer Schachtbohrung zu explodieren. Das Sprengungssystem kann kontrolliert werden, um die Menge an Sprengung in der Schachtbohrung zu beschränken.
3 zeigt eine Ausführungsform zur Vornahme einer kontrollierten Sprengung in einer Öffnung. Die Öffnung 32 ist in einer Kohlenwasserstofflage 34 geformt. Das Sprengungssystem 36 wird in der Öffnung 32 angeordnet. Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt das Sprengungssystem 36 Primacord^®. Bei bestimmten Ausführungsformen hat das Sprengungssystem 36 Sprengabschnitte 38. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der Sprengabschnitt 38 nahe Lagen mit relativ hohem Tongehalt und/oder Lagen mit sehr geringer Durchlässigkeit angeordnet, die erhitzt werden sollen (wie die mageren Lagen 40). Bei einigen Ausführungsformen kann ein nicht-explosiver Teil des Sprengungssystems 36 nahe Lagen vorgesehen werden, die reich an Kohlenwasserstoffen sind und/oder geringen Tongehalt haben (wie die reichen Lagen 42). Bei einigen Ausführungsbeispielen kann sich der explosive Teil nahe der mageren Lagen 40 und den reichen Lagen 42 erstrecken. Der Sprengabschnitt 38 kann gesteuert an oder nahe der Schachtbohrung zur Explosion gebracht werden.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Öffnung, nachdem eine kontrollierte Sprengung stattgefunden hat. Die kontrollierte Sprengung erhöht die Durchlässigkeit der Zonen 44. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen haben die Zonen 44 eine Breite zwischen 0,1 m und 3 m, zwischen 0,2 m und 2 m oder zwischen 0,3 m und 1 m und erstrecken sich von der Wand der Öffnung 32 hinaus in magere Lagen 40 und reiche Lage 42. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Breite 0,3 m. Die Durchlässig keiten der Zonen 44 werden durch Mikrofrakturierung in den Zonen erhöht. Nachdem die Zonen 44 erzeugt worden sind, wird in der Öffnung 32 eine Heizeinrichtung 46 installiert. Bei einigen Ausführungsbeispielen wird Gesteinsbruch, der durch die kontrollierte Explosion in der Öffnung 32 gebildet worden ist, vor dem Installieren der Heizeinrichtung 46 in der Öffnung entfernt (z. B. durch Ausbohren oder Austragen). Bei einigen Ausführungsbeispielen wird die Öffnung 32 tiefer gebohrt (über die erforderliche Länge hinaus gebohrt), bevor eine kontrollierte Sprengung initiiert wird. Die Überbohrungsöffnung kann dem Abfall von der Sprengung gestatten, in diesen Extrateil (Boden) der Öffnung zu fallen und somit zu verhindern, daß der Gesteinsbruch mit einer in der Öffnung installierten Heizeinrichtung in Berührung kommen.
Durch die kontrollierte Sprengung in der Schachtbohrung werden Mikrofrakturen erzeugt, und die Durchlässigkeit der Formation in einem Bereich nahe der Schachtbohrung wird erhöht. Bei einem Ausführungsbeispiel erzeugt die kontrollierte Sprengung Mikrofrakturen mit begrenzter oder keiner Gesteinsbruchbildung in der Formation. Die erhöhte Durchlässigkeit gestattet, daß Gas in der Formation während früher Stufen des Erhitzens freigesetzt wird. Das freigesetzte Gas verhindert den Aufbau eines Gasdruckes in der Formation, der ein Nachrutschen des Materials in die nahe Bohrlochregion verursachen könnte.
Bei bestimmten Ausführungsformen ist die erhöhte Durchlässigkeit, die durch die kontrollierte Sprengung erzeugt wird, in frühen Stufen des Erhitzens der Formation vorteilhaft. Bei einigen Ausführungsbeispielen umfaßt die erhöhte Durchlässigkeit eine erhöhte horizontale Durchlässigkeit und eine erhöhte vertikale Durchlässigkeit. Die erhöhte vertikale Durchlässigkeit kann Lagen (wie reiche und magere Lagen) in der Formation verbinden. Wie durch die Pfeile in 4 gezeigt ist, strömen Fluide, die in den reichen Lagen 42 durch die durch die Heiz einrichtung 46 zur Verfügung gestellte Hitze erzeugt werden, durch Zonen 44 von den reichen Lagen zu den mageren Lagen 40. Die erhöhte Durchlässigkeit der Zonen 44 erleichtert den Strom von den reichen Lagen 42 zu den mageren Lagen 40. Fluide in mageren Lagen 40 strömen zu der Förderschachtbohrung oder einer Niedrigtemperatur-Schachtbohrung zur Förderung. Dieses Strömungsmuster verhindert, daß Fluide durch die Heizeinrichtung 46 überhitzt werden. Ein Überhitzen von Fluiden durch die Heizeinrichtung 46 kann zur Koksbildung in oder an der Öffnung 32 führen. Zonen 44 mit Breiten, die sich über den Koksradius von einer Wand der Öffnung 32 hinauserstrecken, gestatten, daß Fluide koaxial oder parallel zur Öffnung in einem Abstand außerhalb des Koksradius strömen. Geringeres Erhitzen der Fluide kann auch die Produktqualität durch Vermeidung von Thermalcracken und die Förderung von Olefinen und anderen Niedrigqualitätsprodukten verbessern. Mehr Hitze kann der Kohlenwasserstofflage 34 in höherem Ausmaß durch die Heizeinrichtung 46 während früher Stufen des Erhitzens zur Verfügung gestellt werden, weil die Formationsfluide von den Zonen 44 und durch die mageren Lagen 40 strömen.
Bei bestimmten Ausführungsbeispielen wird eine perforierte Auskleidung (oder eine perforierte Leitung) in der Schachtbohrung außerhalb der Heizeinrichtung installiert, um ein Nachrutschen des Materials zu verhindern, welches die Heizeinrichtung kontaktieren würde. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Auskleidung in der Öffnung. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen besteht die Auskleidung 48 aus Kohlenstoffstahl oder rostfreiem Stahl. Bei einigen Ausführungsbeispielen verhindert die Auskleidung 48, daß expandiertes Material die Heizeinrichtung 46 verformt. Die Auskleidung 48 hat einen Durchmesser, der nur geringfügig kleiner als der Anfangsdurchmesser der Öffnung 32 ist. Die Auskleidung 48 hat Öffnungen 50, die gestatten, daß Fluid durch die Auskleidung hindurch tritt. Die Öffnungen 50 sind beispielsweise Schlitze. Die Öffnungen 50 haben eine Größe, die derart bemessen ist, daß Fluide durch die Auskleidung 48 hindurchtreten können, daß nachrutschendes Material oder andere Teilchen aber die Auskleidung nicht durchsetzen können.
Bei einigen Ausführungsbeispielen wird die Auskleidung 48 selektiv an oder nahe Lagen angeordnet, die zum Nachrutschen tendieren (wie reiche Lagen 42). Beispielsweise neigen Lagen mit relativ niedriger Durchlässigkeit (beispielsweise höchstens 10 μdarcy, höchstens 20 μdarcy oder höchstens 50 μdarcy) zum Nachrutschen. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen ist die Auskleidung 48 ein Sieb, ein Drahtgitter oder eine andere Drahtkonstruktion und/oder eine verformbare Auskleidung. Die Auskleidung 48 kann beispielsweise ein aufweitbares Rohr mit Öffnungen 50 sein. Die Auskleidung 48 kann mit Hilfe eines Dornes oder Molches aufgeweitet werden, der nach der Installation der Auskleidung in die Öffnung eingeführt wird. Die Auskleidung 48 kann verformt oder gebogen werden, wenn die Formation erhitzt wird, doch wird nachgerutschtes Material aus der Formation zu groß sein, um die Öffnungen 50 in der Auskleidung zu durchsetzen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Auskleidung 48 ein aufweitbares Sieb, das in der Öffnung in einem gestreckten Zustand installiert wird. Die Auskleidung 48 kann nach der Installation freigegeben werden. 6 zeigt eine Ausführungsform der Auskleidung 48 in gestrecktem Zustand. Die Auskleidung 48 hat ein Gewicht 52, das am unteren Ende der Auskleidung befestigt ist. Das Gewicht 52 hängt frei und erzeugt eine Spannung, um die Auskleidung 48 zu strecken. Das Gewicht 52 kann aufhören sich zu bewegen, wenn das Gewicht die Bodenfläche (z. B. einen Boden der Öffnung) kontaktiert. Bei einigen Ausführungsbeispielen wird das Gewicht von der Auskleidung freigegeben. Wenn die Spannung durch das Gewicht 52 aufgehoben wird, wird die Auskleidung 48 in einen aufgeweiteten Zustand, wie 7 zeigt, übergeführt. Bei einigen Ausführungsbeispielen wird die Auskleidung 48 in der Öffnung in einer kompakten Konfiguration installiert und mit einem Dorn oder Molch aufgeweitet. Typischerweise sind aufweitbare Auskleidungen perforiert oder als geschlitzte Rohre ausgebildet und werden in der Schachtbohrung angeordnet und aufgeweitet, indem ein Dorn durch die Auskleidung hindurchgedrückt wird. Diese aufweitbaren Auskleidungen können gegen die Wand der Schachtbohrung aufgeweitet werden, um zu verhindern, daß Material von den Wänden nachrutscht. Beispiele von typischen aufweitbaren Auskleidungen sind von Weatherford U. S., L. P. (Alice, TX) und Halliburton Energy Services (Houston, TX) erhältlich.
Bei bestimmten Ausführungsformen hat die Schachtbohrung oder Öffnung eine solche Größe, daß nachgerutschtes Material in der Schachtbohrung das Erhitzen in der Schachtbohrung nicht behindert. Die Schachtbohrung und die Heizeinrichtung können eine solche Größe haben, daß ein Ringraum zwischen der Heizeinrichtung und der Schachtbohrung klein genug ist, um zu verhindern, daß sich Teilchen vorbestimmter Größe (beispielsweise einer Größe des nachgerutschten Materials) in den Ringraum frei bewegen (beispielsweise infolge Schwerkraft, infolge einer Bewegung, die durch Fluiddrücke bewirkt wird, oder einer Bewegung, die durch geologische Phänomene bewirkt wird). Bei einigen Ausführungsbeispielen haben vorbestimmte Teile des Ringraumes eine solche Größe, daß sie Teilchen an der freien Bewegung hindern. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen hat der Ringraum zwischen der Heizeinrichtung und der Schachtbohrung eine Breite von höchstens 2,5 cm, höchstens 2 cm oder höchstens 1,5 cm. Verschiedene Verfahren zum Reduzieren der Effekte des Nachrutschens, die hier beschrieben sind, können entweder allein oder in Kombinationen angewendet werden.
Weitere Modifikationen und alternative Ausführungsbeispiele von verschiedenen Aspekten der Erfindung sind dem Fachmann aufgrund der vorliegenden Beschreibung verständlich. Insbesondere können die verschiedenen Verfahren zur Verhinderung der Effekte des Nachrutschens, die hier beschrieben sind, in Kombination oder individuell angewendet werden. Dementsprechend ist die Beschreibung so zu verstehen, daß sie nur illustrativ ist und dem Fachmann in allgemeiner Weise die Ausführungsform der Erfindung lehrt. Es versteht sich, daß die gezeigten Formen der Erfindung und vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele als bevorzugt gelten. Elemente und Materialien können gegenüber den dargestellten und beschriebenen ersetzt werden, Teile und Verfahren können umgekehrt werden, und bestimmte Merkmale der Erfindung können unabhängig voneinander angewendet werden, wie dies dem Fachmann ersichtlich ist, nachdem er die Beschreibung dieser Erfindung gelesen hat. Änderungen können an den beschriebenen Elementen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie aus den nachfolgenden Ansprüchen hervorgeht. Zusätzlich versteht sich, daß die beschriebenen Merkmale, die als unabhängig beschrieben sind, bei bestimmten Ausführungsformen kombiniert werden können.

Claims

Verfahren zum Behandeln einer unterirdischen Formation (34), bei welchem: ein oder mehrere Sprengmittel (36) in Teile einer oder mehrerer Schachtbohrungen (32) eingebracht werden, die für eine Sprengung in der Formation (34) ausgewählt sind, wobei die Schachtbohrungen (32) in einer oder mehreren Zonen (44) in der Formation (34) geformt sind; die Sprengmittel (36) in einer oder mehrerer der Schachtbohrungen (32) kontrolliert zur Sprengung gebracht werden, derart, daß zumindest ein Teil der Formation (34), welche die ausgewählten Schachtbohrungen (32) umgibt, erhöhte Durchlässigkeit hat; und ein oder mehrere Heizeinrichtungen (46) in der einen oder den mehreren Schachtbohrungen (32) vorgesehen werden; dadurch gekennzeichnet, daß die Sprengmittel (36) langgestreckte flexible Materialien (38) umfassen, die so ausgebildet sind, daß sie über eine Länge zumindest einer Schachtbohrung angeordnet werden können.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Verfahren ferner das Ausräumen der ausgewählten Schachtbohrungen umfaßt, bevor die Heizeinrichtungen (46) in den ausgewählten Schachtbohrungen (32) angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die erhöhte Durchlässigkeit zumindest 0,3 m, zumindest 0,5 m oder zumindest 1 m radial von zumindest einer Schachtbohrung (32) auftritt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, bei welchem die erhöhte Durchlässigkeit die Vertikaldurchlässigkeit in der Nähe einer oder mehrerer der Schachtbohrungen (32) erhöht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, bei welchem das Sprengen das Ablösen von Material in zumindest einer Schachtbohrung (32) während des Erhitzens verhindert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, bei welchem das Verfahren ferner umfaßt, daß die Hitze von der einen oder der mehreren Heizmittel (46) auf eine oder mehrere Zonen (44) der Formation (34) übertragen werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, bei welchem das Verfahren ferner umfaßt: Aufbringen von Hitze aus einer oder mehrerer Heizeinrichtungen (46) auf zumindest einen Teil der Formation (34), wobei eine oder mehrere der Heizeinrichtungen (46) in einer oder mehrerer der Schachtbohrungen (32) zumindest teilweise eine derartige Größe haben, daß ein Raum zwischen der Schachtbohrung (32) und einer der Heizeinrichtungen (46) in der Schachtbohrung (32) eine Weite hat, die verhindert, daß sich Teilchen vorbestimmter Größe frei in dem Raum bewegen können.
Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem die Weite des Raumes höchstens 2,5 cm, höchstens 2 cm oder höchstens 1,5 cm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6–8, bei welchem das Verfahren ferner das kontrollierte Erhitzen der Zonen der Formation (34) umfaßt, derart, daß eine Heizrate einer oder mehrerer Zonen (44) unterhalb 20°C/Tag während zumin dest 15 Tagen, unterhalb 10°C/Tag während zumindest 30 Tagen oder unterhalb 5°C/Tag während zumindest 60 Tagen aufrechterhalten wird, wodurch ein Ablösen des Materials in der Nähe der Heizeinrichtung (46) während und/oder nach dem Erhitzen verhindert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6–9, bei welchem das Erhitzen innerhalb 1 m, innerhalb 0,5 m oder innerhalb 0,3 m von zumindest einer Schachtbohrung (32) gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6–10, bei welchem das Verfahren ferner das Erhitzen zumindest einigen Kohlenwasserstoffes in der Formation (34) umfaßt, derart, daß zumindest einige der Kohlenwasserstoffe pyrolisiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6–11, bei welchem das Verfahren ferner das Erzeugen eines Gemisches aus der Formation (34) umfaßt, wobei das erzeugte Gemisch kondensierbare Kohlenwasserstoffe aufweist, die eine API-Schwerkraft von zumindest 25 haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6–12, bei welchem das Verfahren ferner das Steuern des Erhitzens umfaßt, um die Erzeugung von Kohlenwasserstoffen aus der Formation (34) zu beschränken, die Kohlenstoffzahlen über 25 aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6–13, bei welchem das Verfahren ferner das Erhitzen des Teiles der Formation (34) auf zumindest eine minimale Pyrolysetemperatur von 270°C umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–14, bei welchem das Verfahren ferner das Auswerten einer Durchlässigkeit zumindest eines Teiles der Formation (34) und das Auswählen der Schachtbohrungen (32) für die Sprengung, die Größenwahl der Schachtbohrungen (32) und/oder das Steuern des Erhitzens der Zonen (44) auf Basis der ermittelten Durchlässigkeit umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 15, bei welchem (a) die Schachtbohrungen (32) für die Sprengung gewählt werden in, (b) der Raum zwischen der Schachtbohrung (32) und der Heizeinrichtung (46) hinsichtlich der Größe gewählt wird in, und/oder c) das Erhitzen gesteuert wird in Teilen der Formation (34) mit einer Durchlässigkeit von höchstens 50 μdarcy, höchstens 20 μdarcy oder höchstens 10 μdarcy.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–16, bei welchem das Verfahren ferner das Ermitteln eines Tongehaltes eines Teiles der Formation (34) und das Auswählen der Schachtbohrungen (32) für die Sprengung, der Größe der Schachtbohrungen (32) und/oder der Steuerung des Erhitzens der Zonen (44) auf Grundlage des ermittelten Tongehaltes umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem a) die Schachtbohrungen (32) für die Sprengung gewählt werden in, (b) der Raum zwischen der Schachtbohrung (32) und der Heizeinrichtung (46) hinsichtlich der Größe gewählt wird in, und/oder c) das Erhitzen gesteuert wird in Teilen der Formation (34) mit zumindest 2%, zumindest 3% oder zumindest 5% Gehalt an Tonvolumen.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18 unter Verwendung eines Tonstabilisierers in Bohrfluiden beim Ausbilden der Schachtbohrung (32) in Zonen (44) mit einem Tongehalt von zumindest 2 Vol.-%, zumindest 3 Vol.-% oder zumindest 5 Vol.-%.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–19, bei welchem sich die Zonen (44) nahe einer oder mehrerer Schachtbohrungen (32) in der Formation (34) befinden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–20, bei welchem zumindest eine der Schachtbohrungen (32) ein Futter (48), hat, das zwischen der Heizeinrichtung (46) in der Schachtbohrung (32) und der Formation (34) vorgesehen ist, und bei welchem das Futter (48) Öffnungen (50) aufweist, die eine Größe haben, derart, daß Fluide durch die Auskleidung (48) strömen können, aber Teilchen einer vorbestimmter Größe die Auskleidung (48) nicht durchsetzen können.