EA004696B1 - In-situ combustion for oil recovery - Google Patents

In-situ combustion for oil recovery Download PDF

Info

Publication number
EA004696B1
EA004696B1 EA200301149A EA200301149A EA004696B1 EA 004696 B1 EA004696 B1 EA 004696B1 EA 200301149 A EA200301149 A EA 200301149A EA 200301149 A EA200301149 A EA 200301149A EA 004696 B1 EA004696 B1 EA 004696B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
reaction zone
formation
heat
well
oxidant
Prior art date
Application number
EA200301149A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA200301149A1 (en
Inventor
Джон Мэтью Коулз
Джон Майкл Караникас
Джеймс Луис Менотти
Эрик Де Руффиньяк
Харолд Дж. Винигар
Скотт Ли Веллингтон
Original Assignee
Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=32748736&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EA004696(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Priority claimed from PCT/EP2001/004641 external-priority patent/WO2001081715A2/en
Application filed by Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. filed Critical Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В.
Publication of EA200301149A1 publication Critical patent/EA200301149A1/en
Publication of EA004696B1 publication Critical patent/EA004696B1/en

Links

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B36/00Heating, cooling, insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones
    • E21B36/02Heating, cooling, insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones using burners
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B36/00Heating, cooling, insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones
    • E21B36/04Heating, cooling, insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones using electrical heaters
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/16Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
    • E21B43/24Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/16Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
    • E21B43/24Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection
    • E21B43/2401Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection by means of electricity
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/16Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
    • E21B43/24Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection
    • E21B43/243Combustion in situ

Abstract

1. A system for transmitting heat into a hydrocarbon containing formation surrounding a heat injection well, the system comprising: an oxidizing fluid source; an oxidant supply conduit disposed in the wellbore of the heat injection well, wherein the conduit is configured to provide an oxidizing fluid from the oxidizing fluid source to a reaction zone in the formation during use, and wherein the oxidizing fluid is selected to oxidize at least a portion of the hydrocarbons in the formation in the vicinity of the wellbore zone during use such that heat is generated at the reaction zone; and a combustion gases exhaust conduit disposed in the wellbore of the heat injection well for transmitting combustion gases through the wellbore of the heat injection well away from the reaction zone. 2. The system of claim 1, wherein the system is configured to allow heat to transfer substantially by conduction from the reaction zone to a selected section of the formation during use. 3. The system of claim1, wherein the oxidant supply and combustion gases exhaust conduits are equipped with pressure regulation devices which control the pressure in the reaction zone such that at least a substantial part of the combustion gases generated at the reaction zone are vented to the earth surface through the combustion gases exhaust conduit. 4. The system of claim 1, wherein the oxidant injection conduit and the combustion gases exhaust conduit extend co-axially to each other from a wellhead of the heater well into the hydrocarbon bearing formation, the oxidant injection conduit protrudes from the lower end of the oxidant injection conduit through at least a substantial part of the hydrocarbon bearing formation and the protruding lower part of the oxidant injection conduit is equipped with an array of oxidant injection ports via which in us oxidant is injected into an annular space between the oxidant injection conduit and the reaction zone. 5. The system of claim 1, wherein the oxidant injection conduit is an air injection conduit and is provided with an air injection pump and the air injection conduit and combustion gases exhaust conduits are each provided with a pressure control valve for controlling the pressure in the annular space between the perforated lower part of the oxidant injection conduit and the reaction zone such that said pressure is substantially equal to a pore pressure in at least part the surrounding hydrocarbon containing formation and transfer of combustion gases into the formation is inhibited. 6. The system of any one of claims 1-5, wherein the heat injection well further comprises an electric heater for transmitting heat into the reaction zone. 7. The system of any one of claims 1-5, wherein the heater well further comprises a fuel injection conduit for injecting fuel into the reaction zone. 8. A method for transmitting heat into a hydrocarbon containing formation surrounding a heat injection well, the method comprising: injecting an oxidant through an oxidant supply conduit disposed in the wellbore of the heat injection well to a reaction zone in the formation, inducing the oxidizing fluid to oxidize at least a portion of the hydrocarbons in the formation in the vicinity of the wellbore such that heat and combustion gases are generated in the reaction zone; and removing at least part of the combustion gases through an exhaust conduit disposed in the wellbore of the heat injection well away from the reaction zone. 9. The method of claim 8, wherein the heat generated in the reaction zone is transferred substantially by conduction from the reaction zone to a pyrolysis zone in the hydrocarbon containing formation where hydrocarbons are pyrolysed. 10. The method of claim 9, wherein one or more production wells traverse the hydrocarbon containing formation at selected distances from the heat injection well, and the fluid pressures in the heat injection well and each production well are controlled such that pyrolysed hydrocarbons products are induced to flow from pyrolysis zone through the formation into the production well or wells and that transfer of combustion gases from the reaction zone into any production well is inhibited. 11. The method of claim 8, 9 or 10, wherein the hydrocarbon containing formation is a coal layer. 12. The method of claim 8, 9 or 10, wherein the hydrocarbon containing formation is an oil shale deposit or a tar sand. 13. The method of any one of claims 8-12, wherein the heat injection well is pre-heated by an electric heater before oxidant is injected into the heat injection well.

Description

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для нагревания формации, содержащей углеводороды, такой как угольный пласт или месторождение битуминозных сланцев, окружающей скважину для подачи тепла.The present invention relates to a method and apparatus for heating a formation containing hydrocarbons, such as a coal seam or a deposit of bituminous shale, surrounding a well to supply heat.

Уровень техникиThe level of technology

Введение тепла в формации битуминозных сланцев раскрыто в патентах США №№ 2923535 (Лунгстром) и 4886118 (Ван Меурс и др.). В этих публикациях уровня техники описано, что электрические нагреватели передают тепло в формацию битуминозных сланцев, с целью пиролиза керогена внутри формации битуминозных сланцев. Кроме того, это тепло может вызвать разломы в подземной формации, что увеличивает ее проницаемость. Эта повышенная проницаемость может обеспечить транспорт текучей среды в эксплуатационную скважину, где текучая среда удаляется из формации битуминозных сланцев. В некоторых способах, описанных Лунгстромом, в проницаемый пласт, предпочтительно еще в горячем состоянии со стадии предварительного нагревания вводится газообразная среда, содержащая кислород, для того, чтобы инициировать сгорание.The introduction of heat in the formation of bituminous shale is disclosed in US Patent Nos. 2,923,535 (Lungstrom) and 4,886,118 (Van Meurs et al.). In these prior art publications, it is described that electric heaters transfer heat to the formation of bituminous shale, for the purpose of pyrolysis of kerogen within the formation of bituminous shale. In addition, this heat can cause faults in the subterranean formation, which increases its permeability. This increased permeability can provide fluid transport to the production well, where fluid is removed from the formation of bituminous shale. In some of the methods described by Lungstrom, a gaseous medium containing oxygen is preferably introduced into the permeable formation, still hot from the preheating stage, in order to initiate combustion.

В патенте США № 2548360 описан электрический нагревательный элемент, который расположен внутри вязкой нефти в стволе скважины. Нагревательный элемент нагревает и разжижает нефть, обеспечивая возможность выкачивания нефти из скважины. В патенте США № 4716960 описаны электрически нагреваемые трубы нефтяной скважины путем пропускания тока низкого напряжения через трубу для того, чтобы предотвратить образование твердого вещества. В патенте США № 5065818 ван Эгмонта описан электрический нагревательный элемент, который цементируется в стволе скважины, без корпуса, окружающего нагревательный элемент.In US patent No. 2548360 described electrical heating element, which is located inside the viscous oil in the wellbore. The heating element heats and dilutes the oil, allowing the pumping of oil from the well. US Pat. No. 4,716,960 describes electrically heated oil well pipes by passing a low voltage current through a pipe in order to prevent the formation of a solid substance. In US Patent No. 5,065,818 to van Egmont, an electrical heating element is described that is cemented in a wellbore, without a housing surrounding the heating element.

В патенте США № 6023554 описан электрический нагревательный элемент, который расположен внутри корпуса. Нагревательный элемент выделяет тепловую энергию, которая нагревает корпус. Между корпусом и формацией может быть размещен гранулированный материал твердого наполнителя. Корпус может нагревать материал твердого наполнителя за счет теплопроводности, который, в свою очередь, передает тепло в формацию.In US patent No. 6023554 described electrical heating element, which is located inside the housing. The heating element emits thermal energy that heats the case. A granular solid filler material can be placed between the body and the formation. The body can heat the solid filler material due to thermal conductivity, which, in turn, transfers heat to the formation.

В патенте США № 4570715 Ван Меурса и др. описан электрический нагревательный элемент. Этот нагревательный элемент имеет электропроводящую сердцевину, окружающий слой изолирующего материала и окружающую металлическую оболочку. Проводящая сердцевина имеет относительно низкое сопротивление при высоких температурах. Изолирующий материал обладает свойствами электрического сопротив ления, прочностью при сжатии и теплопроводностью, которые относительно велики при высоких температурах. Изолирующий слой предотвращает электрический разряд между сердцевиной и металлической оболочкой. Эта металлическая оболочка имеет свойства прочности на растяжение и сопротивления текучести, которые имеют относительно большие значения при высоких температурах.In US patent No. 4570715 Van Meurs et al. Describes an electrical heating element. This heating element has an electrically conductive core surrounding the layer of insulating material and the surrounding metal sheath. The conductive core has a relatively low resistance at high temperatures. Insulating material has electrical resistance properties, compressive strength and thermal conductivity, which are relatively high at high temperatures. An insulating layer prevents electrical discharge between the core and the metal sheath. This metal sheath has tensile properties and flow resistance properties that have relatively large values at high temperatures.

В патенте США № 5060287 ван Эгмонта, который включен со ссылкой, как будто он полностью изложен в этом изобретении, описан электрический нагревательный элемент, который имеет сердцевину из медно-никелевого сплава.In US Patent No. 5,060,287 to van Egmont, which is incorporated by reference as if fully set forth in this invention, an electrical heating element is described which has a core of a nickel-copper alloy.

Для нагревания формации можно использовать сжигание топлива. Сжигание топлива для нагревания формации может быть более экономичным, чем использование электричества для нагревания формации. Можно использовать несколько различных типов нагревателей для сжигания топлива в качестве источника тепла для нагревания формации. Это сжигание может иметь место в формации, в скважине и/или вблизи поверхности.Combustion can be used to heat the formation. Burning fuel to heat a formation may be more economical than using electricity to heat a formation. Several different types of heaters can be used to burn fuel as a heat source to heat the formation. This combustion may occur in the formation, in the well and / or near the surface.

В патентах США №№ 4662443, 4662439 и 4648450 описаны способы внутрипластового горения, то есть сжигание углеводородов внутри подземной формации, в которых окислитель, такой как воздух, закачивают в формацию. Окислитель может воспламеняться, чтобы фронт пламени продвигался к эксплуатационной скважине. Окислитель, закачиваемый в формацию, может проходить через формацию вдоль линий разлома в формации. Воспламенение окислителя может не приводить к фронту горения, который равномерно продвигается через формацию.U.S. Patent Nos. 4,662,443, 4,662,439 and 4,648,450 describe methods of in-situ combustion, i.e., burning hydrocarbons inside a subterranean formation in which an oxidizer, such as air, is pumped into the formation. The oxidizer can ignite so that the flame front moves towards the production well. The oxidizer injected into the formation may pass through the formation along fracture lines in the formation. The ignition of the oxidant may not lead to a burning front that is uniformly progressed through the formation.

Кроме того, известно использование беспламенной горелки для сжигания топлива, которое вводится в нагретую скважину. В патентах США №№ 5255742 (Микус), 5404952 (Вайнгар и др.), 5862858 (Веллингтон и др.) и 5899269 (Веллингтон и др.), которые включены со ссылкой, как будто они полностью изложены в этом изобретении, описаны беспламенные горелки. Беспламенное горение может быть осуществлено посредством подогрева топлива и воздуха для сжигания до температуры выше температуры самовоспламенения смеси. Для осуществления сжигания топливо и воздух можно смешивать в зоне нагревания. В зоне нагревания беспламенной горелки может быть предусмотрена каталитическая поверхность, для того чтобы снизить температуру самовоспламенения смеси топлива и воздуха. В этих известных беспламенных горелках топливо и окислитель вводят в нагретую скважину через отдельные питающие трубопроводы, или в виде смеси, через один питающий трубопровод, в то время как дымовые газы выводятся на поверхность через вытяжной трубопровод, который может распола3 гаться коаксиально, вокруг трубопроводов подачи топлива и/или окислителя.In addition, it is known to use a flameless burner for burning fuel, which is introduced into a heated well. U.S. Patent Nos. 5,255,742 (Mikus), 5,404,952 (Weingar et al.), 5,862,858 (Wellington et al.) And 5,899,269 (Wellington et al.), Which are incorporated by reference as if fully described in this invention, are described as flameless. burner. Flameless combustion can be accomplished by heating the fuel and combustion air to a temperature above the auto-ignition temperature of the mixture. To carry out the combustion of fuel and air can be mixed in the heating zone. A catalytic surface may be provided in the heating zone of the flameless burner in order to lower the auto-ignition temperature of the fuel / air mixture. In these known flameless burners, fuel and oxidant are introduced into a heated well through separate supply lines, or as a mixture, through a single supply line, while flue gases are brought to the surface through an exhaust line, which can be located coaxially, around fuel supply lines and / or oxidizing agent.

Кроме того, известно, что тепло можно подвести к формации от поверхностного нагревателя. В этом поверхностном нагревателе образуются дымовые газы, которые циркулируют через ствол скважины, чтобы нагреть формацию. Альтернативно, могут использоваться горелки на поверхности для того, чтобы нагреть текучую среду (флюид), транспортирующую тепло, которая проходит через ствол скважины, чтобы нагреть формацию. Примеры пламенных нагревателей или поверхностных горелок, которые могут быть использованы для нагрева подземной формации, проиллюстрированы в патентах США 6056057 (Вайнгар и др.) и 6079499 (Микус и др.), которые оба полностью введены в описание, как ссылки.In addition, it is known that heat can be brought to the formation from a surface heater. This surface heater produces flue gases that circulate through the wellbore to heat the formation. Alternatively, surface burners can be used to heat the fluid (fluid) that transports the heat that passes through the wellbore to heat the formation. Examples of flame heaters or surface burners that can be used to heat a subterranean formation are illustrated in U.S. Patents 6,056,057 (Weingar et al.) And 6,079,499 (Mikus et al.), Both of which are fully incorporated into the description by reference.

Согласно ограничительной части пп. 1 и 8, устройство и способ известны из патента США 3010513. В известном устройстве формация вокруг нагревающей скважины растрескивается, и трещины заполняются горючим твердым веществом и расклинивающим наполнителем. В известном устройстве в окружающей формации создаются нерегулярные нагревающие структуры, так как разломы имеют нерегулярную длину и форму.According to the restrictive part of paragraphs. 1 and 8, a device and method are known from U.S. Pat. No. 3,010513. In a known device, the formation around the heating well cracks and the fractures are filled with combustible solid and proppant. In a known device, irregular heating structures are created in the surrounding formation, since faults have an irregular length and shape.

Недостатком известных поверхностных и размещаемых в скважине нагревателей, в которых топливо, окислитель и/или дымовые газы циркулируют через нагревающую скважину, является то, что корпус и другие трубопроводы в нагревающей скважине должны быть изготовлены из жаростойкой марки стали, причем в особенности корпус подвергается воздействию больших сил сжатия, в результате термического расширения окружающей формации. Поэтому корпус в нагревающей скважине должен быть изготовлен из дорогостоящей марки нержавеющей стали, обладающей жаростойкостью и коррозионной стойкостью. Кроме того, для подачи топлива или для подачи электричества, если смонтирован электрический нагреватель, обычно требуется сложная инфраструктура, которая поэтому является дорогостоящей.A disadvantage of known surface and well-placed heaters in which fuel, oxidizer and / or flue gases circulate through a heating well, is that the casing and other pipelines in the heating well must be made of heat-resistant steel, and in particular the casing is exposed to large compression forces resulting from thermal expansion of the surrounding formation. Therefore, the casing in the heating well must be made of an expensive grade of stainless steel with heat resistance and corrosion resistance. In addition, for supplying fuel or for supplying electricity, if an electric heater is mounted, usually complex infrastructure is required, which is therefore costly.

Недостатком известных способов внутрипластового горения является то, что в формации, содержащей углеводороды, создаются трещины нерегулярной структуры, и что окисляется только часть углеводородов, расположенная вблизи трещин, так что нагреваются только трещины, причем нерегулярным и неконтролируемым образом.A disadvantage of the known in-situ combustion methods is that in a formation containing hydrocarbons, cracks of irregular structure are created, and that only part of hydrocarbons located near the cracks are oxidized, so that only cracks are heated in an irregular and uncontrolled manner.

Целью настоящего изобретения является устранение недостатков известных способов внутрипластового горения, сжигания закачиваемого топлива и электрического нагревания, для того чтобы предоставить недорогой способ внутрипластового нагревания и устройство, которое передает контролируемое количество тепла равномерно во всю формацию.The aim of the present invention is to eliminate the disadvantages of the known methods of in-situ combustion, combustion of injected fuel and electrical heating, in order to provide an inexpensive method of in-situ heating and a device that transmits a controlled amount of heat evenly throughout the formation.

Сущность изобретенияSummary of Invention

В соответствии с настоящим изобретением, устройство, которое передает тепло в формацию, окружающую скважину для подачи тепла и содержащую углеводороды, включает в себя источник окисляющего флюида;In accordance with the present invention, a device that transfers heat to a formation surrounding a well for supplying heat and containing hydrocarbons includes an oxidizing fluid source;

трубопровод для подачи окислителя, расположенный в стволе скважины для подачи тепла, причем этот трубопровод имеет конфигурацию, которая обеспечивает подачу окисляющего флюида из источника окисляющего флюида в реакционную зону в процессе эксплуатации формации, причем окисляющий флюид выбирают таким образом, чтобы он окислял, по меньшей мере, часть углеводородов в формации, вблизи зоны ствола скважины в процессе эксплуатации, так чтобы тепло генерировалось в реакционной зоне;an oxidizer supply pipe located in the wellbore for supplying heat, the pipeline having a configuration that supplies the oxidizing fluid from the source of oxidizing fluid to the reaction zone during the operation of the formation, and the oxidizing fluid is chosen so that it oxidizes at least , a portion of the hydrocarbons in the formation, near the wellbore zone during operation, so that heat is generated in the reaction zone;

и трубопровод для вывода дымовых газов, расположенный в стволе скважины для подачи тепла, для пропускания дымовых газов через ствол скважины для подачи тепла, с выводом из реакционной зоны, причем трубопровод для подачи окислителя имеет конфигурацию, которая обеспечивает подачу окисляющего флюида через реакционную зону посредством диффузии в газовой фазе и/или конвекции.and a flue gas conduit located in the wellbore for supplying heat for passing the flue gases through the wellbore to supply heat, withdrawing from the reaction zone, the oxidizer supplying conduit having a configuration that provides an oxidizing fluid through the reaction zone by diffusion in the gas phase and / or convection.

Предпочтительно, устройство имеет такую конфигурацию, которая обеспечивает передачу тепла от реакционной зоны к выбранным секциям формации в процессе эксплуатации в основном за счет теплопроводности.Preferably, the device has such a configuration that ensures the transfer of heat from the reaction zone to selected sections of the formation during operation mainly due to thermal conductivity.

Кроме того, предпочтительно, чтобы трубопроводы для подачи окислителя и для вывода дымовых газов были оборудованы устройствами регулирования давления, которые контролируют давление в реакционной зоне таким образом, чтобы значительная часть дымовых газов, образовавшихся в реакционной зоне, выводилась на поверхность земли через трубопровод для вывода дымовых газов.In addition, it is preferable that the pipelines for supplying the oxidant and for flue gases are equipped with pressure control devices that control the pressure in the reaction zone so that a significant part of the flue gases formed in the reaction zone is brought to the ground surface through the flue pipe gases.

В некоторых случаях может быть использовано устройство для создания давления, для того чтобы обеспечить вывод части дымовых газов на поверхность земли, причем другая часть газов проникает в реакционную зону. Это может обеспечить более высокое давление в стволе скважины, чем в области вдали от ствола скважины. Этот перепад давлений может привести к ускоренному транспорту окисляющего флюида в реакционную зону и/или к увеличению его количества, в результате чего обеспечивается повышенное выделение тепла из реакционной зоны.In some cases, a device for creating pressure may be used in order to ensure the removal of a portion of the flue gases to the surface of the earth, with the other part penetrating into the reaction zone. This can provide a higher pressure in the wellbore than in an area away from the wellbore. This pressure drop can lead to accelerated transport of the oxidizing fluid into the reaction zone and / or to an increase in its quantity, resulting in increased heat generation from the reaction zone.

Целесообразно, чтобы трубопровод подачи окислителя и трубопровод для вывода дымовых газов проходили коаксиально относительно друг друга из ствола нагревающей скважины в формацию, содержащую углеводороды; причем трубопровод подачи окислителя простирается из нижнего конца трубопровода подачи окисли5 теля, по меньшей мере, через значительную часть формации, содержащей углеводороды, а выступающая нижняя часть трубопровода подачи окислителя снабжена совокупностью отверстий для ввода окислителя, через которые применяемый окислитель впрыскивается с околозвуковой или сверхзвуковой скоростью в кольцевое пространство между трубопроводом подачи окислителя и реакционной зоной.It is advisable that the oxidizer supply pipeline and the flue gas extraction pipeline pass coaxially relative to each other from the heating well bore into a formation containing hydrocarbons; the oxidizer supply pipeline extends from the lower end of the oxidizer supply pipeline, at least through a significant part of the formation containing hydrocarbons, and the protruding lower part of the oxidizer supply pipeline is provided with a set of oxidizer input holes through which the oxidizer used is injected with a near-sound or supersonic speed in annular space between the oxidizer supply line and the reaction zone.

Трубопровод для ввода окислителя может представлять собой трубу для подачи воздуха, которая снабжена воздушным компрессором, причем каждый трубопровод для подачи воздуха и трубопровод для вывода дымовых газов может быть оборудован клапаном, регулирующим давление в кольцевом пространстве между перфорированной нижней частью трубопровода для ввода окислителя и реакционной зоной, так чтобы указанное давление практически было равно давлению в скважине, по меньшей мере, в части соседней формации, содержащей углеводороды, и замедлялся переход дымовых газов в эту формацию. Однако в некоторых случаях можно допустить частичное проникновение дымовых газов в формацию, для того чтобы ускорить переход окисляющего флюида в реакционную зону и увеличить выделение тепла в формации.The oxidizer inlet line may be an air inlet pipe that is equipped with an air compressor, each air inlet pipe and an intake pipe for flue gases may be equipped with a valve that controls the pressure in the annular space between the perforated lower part of the oxidizer inlet pipe and the reaction zone so that the pressure is almost equal to the pressure in the well, at least in the part of the adjacent formation containing hydrocarbons, and slowed down the course of flue gases in this formation. However, in some cases it is possible to allow partial penetration of flue gases into the formation in order to accelerate the transition of the oxidizing fluid into the reaction zone and increase the heat generation in the formation.

Для пуска или поддержания процесса горения в формации нагревающая скважина может быть снабжена электрическим нагревателем для передачи тепла в реакционную зону или трубопроводом для ввода топлива для подачи в реакционную зону дополнительного количества топлива.To start or maintain the combustion process in the formation, the heating well may be equipped with an electric heater to transfer heat to the reaction zone or a pipeline to introduce fuel to supply additional quantity of fuel to the reaction zone.

Подробное описание изобретенияDetailed Description of the Invention

Изобретение будет описано более подробно с помощью примеров, со ссылкой на сопровождающие чертежи, в которых на фиг. 1 продемонстрировано воплощение изобретения с естественным расположением источника тепла с камерой сгорания.The invention will be described in more detail using examples, with reference to the accompanying drawings, in which FIG. 1 shows an embodiment of the invention with a natural location of a heat source with a combustion chamber.

На фиг. 2 показана часть перекрытия формации с источником тепла.FIG. 2 shows part of the overlap of a formation with a heat source.

На фиг. 3 и 4 - варианты воплощения естественного расположения нагревателя с камерой сгорания; и на фиг. 5 и 6 - варианты воплощения устройства для нагревания формации.FIG. 3 and 4 - embodiments of the natural location of the heater with the combustion chamber; and in FIG. 5 and 6 are embodiments of a device for heating a formation.

Согласно изобретению формация, содержащая углеводороды, нагревается за счет окисления углеводородов на месте в формации, окружающей скважину для подачи тепла; это устройство также называется системой нагревания с естественным расположением камеры сгорания (ΝΏΟ). Выделенное тепло может быть передано путем конвекции в часть формации, окружающей нагревающую скважину для ее нагревания, в то время как переход дымовых газов из реакционной зоны в формацию замедляется или частично замедляется.According to the invention, a hydrocarbon containing formation is heated by oxidizing the hydrocarbons in place in the formation surrounding the well to supply heat; This device is also called a heating system with a natural combustion chamber (ΝΏΟ). Heat released can be transferred by convection to the part of the formation surrounding the heating well to heat it, while the transition of flue gases from the reaction zone to the formation is slowed down or partially slowed down.

Температура, достаточная для поддержания окисления, может составлять, например, по меньшей мере около 200 или 250°С. Однако температура, достаточная для поддержания окисления, будет иметь тенденцию к изменению, например, в зависимости от состава углеводородов в формации, содержащей углеводороды. До нагревания формации из нее может быть удалена вода. Например, можно откачать воду из формации с помощью скважин, отводящих воду. Нагретая часть формации может находиться вблизи или практически рядом с выработкой в формации, содержащей углеводороды. Выработкой в формации может быть нагревающая скважина, образовавшаяся в формации. Нагревающая скважина может быть сформирована по любому из вариантов воплощения, описанных в изобретении. Нагретая часть формации, содержащей углеводороды, может простираться в радиальном направлении от выработки в ширину приблизительно от 0,5 до 1,2 м. Однако эта ширина также может быть меньше, чем приблизительно 0,9 м. Ширина нагретой части формации может изменяться. В некоторых вариантах воплощения это изменение будет зависеть, например, от ширины, которая необходима для генерации достаточного количества тепла в ходе окисления углерода, для того чтобы поддерживать процесс окисления без предоставления тепла из дополнительного источника тепла.A temperature sufficient to maintain oxidation may be, for example, at least about 200 or 250 ° C. However, a temperature sufficient to maintain oxidation will tend to change, for example, depending on the composition of the hydrocarbons in the formation containing the hydrocarbons. Water can be removed from the formation before the formation is heated. For example, it is possible to draw water from the formation with the help of wells diverting water. The heated part of the formation may be near or almost near the production in the formation containing hydrocarbons. Production in the formation can be a heating well formed in the formation. A heating well may be formed in accordance with any one of the embodiments described in the invention. The heated portion of a hydrocarbon containing formation may extend radially from an output width of approximately 0.5 to 1.2 m. However, this width may also be less than approximately 0.9 m. The width of the heated portion of the formation may vary. In some embodiments, this change will depend, for example, on the width that is needed to generate enough heat during carbon oxidation in order to maintain the oxidation process without providing heat from an additional heat source.

После того как часть формации нагреется до температуры, достаточной для поддержания окисления, в выработку может подаваться окисляющий флюид для окисления, по меньшей мере, части углеводородов в реакционной зоне или в зоне источника тепла, внутри формации. При окислении углеводородов в реакционной зоне будет выделяться тепло. В большинстве вариантов воплощения выделенное тепло будет передаваться из реакционной зоны в зону пиролиза формации. В некоторых вариантах воплощения выделенное тепло будет передаваться с интенсивностью приблизительно между 650 и 1650 Вт на 1 м, при измерении по глубине реакционной зоны. При окислении, по меньшей мере, части углеводородов в формации количество энергии, подаваемой к нагревателю для первоначального подогрева, может быть снижено или энергия может быть отключена. В результате, могут быть существенно снижены затраты на подаваемую энергию, и тем самым обеспечивается существенно более эффективная система для нагрева формации.After a portion of the formation has been heated to a temperature sufficient to maintain oxidation, an oxidizing fluid may be fed into the production to oxidize at least a portion of the hydrocarbons in the reaction zone or in the heat source zone, inside the formation. The oxidation of hydrocarbons in the reaction zone will generate heat. In most embodiments, the heat released will be transferred from the reaction zone to the pyrolysis zone of the formation. In some embodiments, the heat released will be transmitted at an intensity of approximately between 650 and 1650 W per meter, as measured by the depth of the reaction zone. By oxidizing at least part of the hydrocarbons in the formation, the amount of energy supplied to the heater for initial heating can be reduced or the energy can be turned off. As a result, the cost of the energy supplied can be significantly reduced, and thus a significantly more efficient system for heating the formation is provided.

В одном варианте воплощения трубопровод может быть расположен в выработке, для того чтобы обеспечить подачу окисляющего флюида в выработку. Трубопровод может иметь отверстия для потока или другие устройства для регулирования потока (например, прорези, измерители Вентури, клапаны и др.), чтобы обеспечить поступление окисляющего флюида в выработку. Термин «отверстия» включает отIn one embodiment, the pipeline may be located in the excavation in order to ensure the supply of oxidizing fluid to the excavation. The pipeline may have openings for flow or other devices for controlling flow (for example, slots, venturi meters, valves, etc.) to ensure the flow of oxidizing fluid into the output. The term "holes" includes from

Ί верстия, имеющие самые разнообразные формы сечения, включая (но не ограничиваясь ими) круглые, овальные, квадратные, прямоугольные, треугольные, щелевые, или другие правильной или неправильной формы. Проточные отверстия могут представлять собой отверстия критического сечения, через которые флюиды вытекают с высокой скоростью, например сверхзвуковой, обеспечивая практически постоянный поток окисляющего флюида в выработку, независимо от давления внутри нее.Ί Versions that have a wide variety of section shapes, including (but not limited to) round, oval, square, rectangular, triangular, slotted, or other regular or irregular shapes. Flow-through holes can be critical-section holes through which fluids flow at high speeds, such as supersonic, providing an almost constant flow of oxidizing fluid into the production, regardless of the pressure inside it.

В некоторых вариантах воплощения количество проточных отверстий, которые могут быть сформированы или подсоединены к трубопроводу, может быть ограничено диаметром отверстий и желаемым расстоянием между отверстиями по длине трубопровода. Например, когда диаметр отверстий уменьшается, количество отверстий может увеличиваться и наоборот. Кроме того, когда увеличивается желаемое расстояние между отверстиями, количество проточных отверстий может снижаться и наоборот. Диаметр отверстий может определяться, например, давлением в трубопроводе и/или желаемой скоростью потока через отверстия. Например, для скорости потока приблизительно 1,7 нормальных кубометров в минуту (куб. м/мин) при абсолютном давлении приблизительно 7 бар, диаметр отверстий может быть около 1,3 мм, а расстояние между отверстиями приблизительно 2 м.In some embodiments, the number of flow holes that can be formed or connected to the pipeline may be limited by the diameter of the holes and the desired distance between the holes along the length of the pipeline. For example, when the diameter of the holes decreases, the number of holes may increase and vice versa. In addition, when the desired distance between the holes increases, the number of flow holes may decrease and vice versa. The diameter of the holes can be determined, for example, by the pressure in the pipeline and / or the desired flow rate through the holes. For example, for a flow rate of approximately 1.7 normal cubic meters per minute (cubic meters / min) at an absolute pressure of approximately 7 bar, the diameter of the holes may be about 1.3 mm and the distance between the holes is approximately 2 m.

Для отверстий меньшего диаметра будет существовать тенденция к более легкому закупориванию, чем для отверстий большего диаметра, например, из-за наличия загрязнений в текучей среде на входе или осаждения твердого вещества внутри или вблизи отверстий. В некоторых вариантах воплощения количество и диаметр отверстий можно подобрать таким образом, чтобы можно было получить более равномерный или почти однородный температурный профиль нагревания по всей глубине формации, внутри разработки. Например, глубина нагретой формации, которая предположительно, имеет приблизительно однородный температурный профиль нагревания, может быть больше, чем приблизительно 300 м, или даже больше, чем приблизительно 600 м. Однако эта глубина может изменяться, например, в зависимости от типа нагреваемой формации и/или желаемого уровня производительности.For holes with a smaller diameter, there will be a tendency to block more easily than for holes with a larger diameter, for example, due to the presence of contaminants in the fluid at the inlet or sedimentation of solids inside or near the holes. In some embodiments, the number and diameter of the holes can be adjusted so that a more uniform or almost uniform temperature profile of heating can be obtained throughout the depth of the formation, within the development. For example, the depth of the heated formation, which presumably has an approximately uniform temperature profile of heating, may be greater than approximately 300 m, or even greater than approximately 600 m. However, this depth may vary, for example, depending on the type of formation being heated and / or desired performance level.

В некоторых вариантах воплощения проточные отверстия могут быть размещены спиралеобразно вокруг трубопровода внутри разработки. Проточные отверстия могут быть размещены по спирали на расстоянии приблизительно от 0,3 до 3 м между отверстиями. В некоторых вариантах воплощения это расстояние может составлять приблизительно от 1 до 2 м, или например, около 1,5 м.In some embodiments, the flow-through openings may be arranged in a spiral manner around the pipeline inside the development. Flow-through openings can be placed in a spiral at a distance of approximately 0.3 to 3 m between the openings. In some embodiments, this distance may be about 1 to 2 meters, or, for example, about 1.5 meters.

Поток окисляющего флюида в разработку можно регулировать таким образом, чтобы контролировать скорость окисления в реакционной зоне. Кроме того, окисляющий флюид может охлаждать трубопровод, чтобы он незначительно нагревался при окислении.The flow of oxidizing fluid into the formulation can be adjusted to control the rate of oxidation in the reaction zone. In addition, the oxidizing fluid may cool the pipeline so that it is slightly heated during oxidation.

На фиг. 1 продемонстрировано воплощение изобретения с естественным расположением камеры сгорания, имеющей конфигурацию для нагревания формации, содержащей углеводороды. Трубопровод 512 можно поместить в разработку 514 в формации 516. Трубопровод 512 может иметь внутреннюю трубу 513. Источник 508 окисляющего флюида может обеспечить подачу окисляющего флюида 517 во внутреннюю трубу 513. По длине внутренней трубы 513 могут находиться отверстия 515 критического потока. Эти отверстия критического потока могут быть расположены по спирали (или любым другим образом) вдоль длины внутренней трубы 513 в разработке 514. Например, отверстия 515 критического потока могут быть расположены по спирали на расстоянии приблизительно от 1 до 2,5 м между соседними отверстиями. Кроме того, отверстия 515 критического потока могут быть скомпонованы, как описано ниже. Внутренняя труба 513 на дне может быть запаяна. Окисляющий флюид 517 может подаваться в разработку 514 через отверстия 515 критического потока внутренней трубы 513.FIG. 1 illustrates an embodiment of the invention with a natural arrangement of a combustion chamber having a configuration for heating a formation containing hydrocarbons. Pipeline 512 may be placed in development 514 in formation 516. Pipeline 512 may have an internal pipe 513. An oxidizing fluid source 508 may supply the oxidizing fluid 517 to an internal pipe 513. Critical flow holes 515 may be along the length of the internal pipe 513. These critical flow orifices may be spirally (or in any other way) along the length of the inner pipe 513 in design 514. For example, critical flow orifices 515 may be spirally at a distance of about 1 to 2.5 m between adjacent orifices. In addition, critical flow ports 515 may be configured as described below. Inner tube 513 at the bottom can be sealed. Oxidizing fluid 517 may be fed to development 514 through critical flow ports 515 of the inner pipe 513.

Отверстия 515 критического потока могут быть выполнены таким образом, чтобы через каждое отверстие критического потока подавался поток окисляющего флюида 517с одинаковой скоростью. Кроме того, отверстия 515 критического потока могут обеспечить практически равномерный поток окисляющего флюида 517 по длине трубопровода 512. Такой поток может обеспечить практически равномерный нагрев формации 516 по длине трубопровода 512.Critical flow ports 515 may be configured such that an oxidizing fluid flow 517 is supplied through each critical port orifice at the same rate. In addition, critical flow holes 515 can provide an almost uniform flow of oxidizing fluid 517 along the length of pipeline 512. Such a flow can provide a nearly uniform heating of formation 516 along the length of pipeline 512.

Насыпной материал 542 может ограждать трубопровод 512 в перекрытии 540 формации. Насыпной материал 542 может практически ингибировать поток флюидов из разработки 514 на поверхность 550. Насыпной материал 542 может включать в себя любой материал, который может иметь конфигурацию, предотвращающую поток флюидов на поверхность 550, например, цемент, песок и/или гравий.Bulk material 542 may enclose conduit 512 in formation overlap 540. Bulk material 542 may substantially inhibit fluid flow from development 514 to surface 550. Bulk material 542 may include any material that may be configured to prevent fluids from flowing to surface 550, such as cement, sand, and / or gravel.

Обычно продукты 519 окисления входят в трубопровод 512 из разработки 514. Продукты 519 окисления могут содержать диоксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, монооксид углерода и/или другие продукты, образующиеся при взаимодействии кислорода с углеводородами и/или углеродом. Продукты 519 окисления могут быть удалены через трубопровод 512 на поверхность 550. Продукты 519 окисления могут вытекать вдоль поверхности реакционной зоны 524 в разработку 514 до ближайшего верхнего края разработки 514, где продукты 519 окисления могут выходить через трубопровод 512. Продукты 519 окисления могут также удаляться через один или несколько трубопрово9 дов, расположенных в разработке 514 и/или в формации 516. Например, продукты 519 окисления могут быть удалены через второй трубопровод, расположенный в разработке 514. Удаление продуктов 519 окисления через трубопровод может практически ингибировать утечку продуктов 519 окисления в эксплуатационную скважину, расположенную в формации 516. Отверстия 515 критического потока также могут иметь такую конфигурацию, которая практически ингибирует поступление продуктов 519 окисления во внутреннюю трубу 513.Typically, oxidation products 519 are included in line 512 from development 514. Oxidation products 519 may contain carbon dioxide, nitrogen oxides, sulfur oxides, carbon monoxide, and / or other products formed by the interaction of oxygen with hydrocarbons and / or carbon. Oxidation products 519 can be removed through conduit 512 to surface 550. Oxidation products 519 can flow along the surface of reaction zone 524 into development 514 to the nearest upper edge of development 514, where oxidation products 519 can exit through conduit 512. Oxidation products 519 can also be removed through one or more pipelines located in development 514 and / or in formation 516. For example, oxidation products 519 can be removed through a second pipeline located in development 514. Removal of products 519 is oxidized pipeline can virtually inhibit oxidation products 519 into the production well located in formation 516. Critical flow holes 515 can also have a configuration that practically inhibits the flow of oxidation products 519 into the internal pipe 513.

Скорость потока 519 продуктов окисления может быть сбалансирована со скоростью потока окисляющего флюида 517, для того чтобы поддерживать практически постоянное давление внутри выработки 514. При длине нагретой секции, равной 100 м, скорость потока окисляющего флюида может составлять приблизительно от 0,5 до 5 нормальных кубометров/мин, или приблизительно от 1,0 до 4,0 норм. кубометров/мин. Давление в выработке может составлять, например, приблизительно 8 абс. бар. Окисляющий флюид может окислять, по меньшей мере, часть углеводородов в нагретой части 518 формации 516, содержащей углеводороды, в реакционной зоне 524. Нагретая часть 518 формации сначала может быть нагрета до температуры, достаточной для поддержания окисления электрическим нагревателем, как показано на фиг. 5, или с помощью любого другого подходящего устройства или способа, описанного в этом изобретении. В некоторых вариантах воплощения электрические нагреватели могут быть размещены внутри или связаны с наружной частью трубопровода 513.The flow rate 519 of oxidation products can be balanced with the flow rate of the oxidizing fluid 517, in order to maintain almost constant pressure inside the mine 514. With a heated section length of 100 m, the flow rate of the oxidizing fluid can be approximately 0.5 to 5 normal cubic meters / min, or from about 1.0 to 4.0 standards. cubic meters / min. The production pressure can be, for example, approximately 8 abs. bar. The oxidizing fluid may oxidize at least a portion of the hydrocarbons in the heated portion 518 of the hydrocarbon containing formation 516 in the reaction zone 524. The heated portion 518 of the formation may first be heated to a temperature sufficient to maintain oxidation with an electric heater, as shown in FIG. 5, or using any other suitable device or method described in this invention. In some embodiments, electrical heaters may be placed inside or connected to the outside of conduit 513.

В некоторых вариантах воплощения выгодно регулировать давление внутри выработки 514, для того чтобы предотвратить утечку продуктов окисления и/или окисляющего флюида в зону пиролиза формации. Для достижения этой цели в некоторых случаях давление внутри выработки 514 будет уравновешиваться давлением внутри формации. В других вариантах воплощения допускается, чтобы часть продуктов сгорания поступала в формацию, для того, чтобы создавалась разность давлений, которая приводит к увеличению потока окисляющего флюида в направлении реакционной зоны, и в результате, увеличивается скорость выделения тепла.In some embodiments, it is advantageous to regulate the pressure within production 514 in order to prevent the oxidation products and / or oxidizing fluid from escaping into the formation pyrolysis zone. To achieve this goal, in some cases, the pressure inside the mine 514 will be balanced by the pressure inside the formation. In other embodiments, a portion of the combustion products is allowed to enter the formation, in order to create a pressure difference that leads to an increase in the flow of oxidizing fluid in the direction of the reaction zone, and as a result, the heat release rate increases.

Хотя тепло процесса окисления передается в формацию, поток 519 продукта окисления (и избыток окисляющего флюида, такого как воздух) через формацию и/или в эксплуатационную скважину внутри формации 516 можно существенно подавить. Вместо этого, продукты 519 окисления (и избыток окисляющего флюида) удаляются (например, через трубопровод, такой как трубопровод 512), как описано в этом изобретении. Таким образом, тепло переносится в формацию из процесса окисления, но воздействие зоны пиролиза на продукты 519 окисления и/или окисляющий флюид можно практически подавить и/или частично или полностью предотвратить.Although the heat of the oxidation process is transferred to the formation, the oxidation product stream 519 (and excess oxidizing fluid, such as air) through the formation and / or into the production well inside formation 516 can be significantly suppressed. Instead, oxidation products 519 (and excess oxidizing fluid) are removed (eg, via a conduit, such as conduit 512), as described in this invention. Thus, heat is transferred to the formation from the oxidation process, but the effect of the pyrolysis zone on oxidation products 519 and / or the oxidizing fluid can be practically suppressed and / or partially or completely prevented.

В некоторых вариантах воплощения часть продуктов пиролиза вблизи реакционной зоны 524 также может быть окислена в реакционной зоне 524 в добавление к углероду. Окисление продуктов пиролиза в реакционной зоне 524 может обеспечить дополнительный нагрев формации 516. Когда происходит такое окисление продуктов пиролиза, желательно, чтобы продукты окисления удалялись из такого процесса окисления (например, через трубопровод, такой как трубопровод 512) вблизи реакционной зоны, как описано в этом изобретении, тем самым предотвращается загрязнение других продуктов пиролиза в формации продуктами окисления.In some embodiments, a portion of the pyrolysis products near the reaction zone 524 may also be oxidized in the reaction zone 524 in addition to carbon. Oxidation of pyrolysis products in reaction zone 524 can provide additional heat to formation 516. When such oxidation of pyrolysis products occurs, it is desirable that oxidation products are removed from this oxidation process (for example, through a pipeline, such as pipeline 512) near the reaction zone, as described in this the invention, thereby preventing contamination of other pyrolysis products in the formation with oxidation products.

Трубопровод 512 может иметь такую конфигурацию, чтобы удалять продукты 519 окисления из разработки 514 в формации 516. Окисляющий флюид 517 во внутренней трубе 513, как таковой, может быть нагрет за счет теплообмена продуктами 519 окисления в перекрытии секции 540 в трубопроводе 512. Продукты 519 окисления можно охладить за счет передачи тепла окисляющему флюиду 517. Таким образом, окисление углеводородов внутри формации 516 может улучшать термическую эффективность процесса.Pipeline 512 may be configured to remove oxidation products 519 from development 514 in formation 516. Oxidizing fluid 517 in the internal pipe 513, as such, may be heated by heat exchange oxidation products 519 in the overlap of section 540 in pipeline 512. Oxidation products 519 can be cooled by transferring heat to the oxidizing fluid 517. Thus, the oxidation of hydrocarbons within formation 516 can improve the thermal efficiency of the process.

Окисляющий флюид 517 может транспортироваться через реакционную зону 524 или зону источника тепла за счет диффузии в газовой фазе и/или конвекции. Диффузия окисляющего флюида 517 через реакционную зону 524 может быть более эффективной при относительно высокой температуре окисления. Диффузия окисляющего флюида 517 может предотвращать развитие локального перегрева и образование «горячих пятен» в формации. Диффузия окисляющего флюида через формацию 516 обычно представляет собой процесс массопереноса. В отсутствии внешнего воздействия скорость диффузии окисляющего флюида 517 может зависеть от коэффициента диффузии окисляющего флюида 517 через формацию 516. Коэффициент диффузии можно определить с помощью измерений или путем расчета на основе кинетической теории газов. Вообще, окисляющий флюид 517 может перемещаться за счет хаотического движения через формацию 516 из области высокой концентрации в область низкой концентрации. Конвекция окисляющего флюида из вводящих отверстий в реакционную зону будет определяться перепадом давлений между скважиной и реакционной зоной на основе законов течения флюида через пористые среды.Oxidizing fluid 517 may be transported through reaction zone 524 or a heat source zone due to diffusion in the gas phase and / or convection. Diffusion of oxidizing fluid 517 through reaction zone 524 may be more efficient at relatively high oxidation temperatures. Diffusion of oxidizing fluid 517 can prevent the development of local overheating and the formation of "hot spots" in the formation. Diffusion of the oxidizing fluid through formation 516 is typically a mass transfer process. In the absence of external influence, the rate of diffusion of oxidizing fluid 517 may depend on the diffusion coefficient of oxidizing fluid 517 through the formation 516. The diffusion coefficient can be determined by measurements or by calculation based on the kinetic theory of gases. In general, the oxidizing fluid 517 can be transported by random motion through formation 516 from a region of high concentration to a region of low concentration. The convection of the oxidizing fluid from the injection holes to the reaction zone will be determined by the pressure differential between the well and the reaction zone based on the laws of fluid flow through porous media.

Со временем, когда углеводороды окисляются, реакционная зона может медленно расширяться в радиальном направлении до большего диаметра внутри разработки. Во многих вариантах воплощения может сохраняться приблизительно постоянная ширина реакционной зоныOver time, when hydrocarbons are oxidized, the reaction zone may slowly expand in the radial direction to a larger diameter inside the mine. In many embodiments, an approximately constant width of the reaction zone may be maintained.

524. Например, реакционная зона 524 может расширяться радиально со скоростью меньше, чем приблизительно 0,91 м/год для формации, содержащей углеводороды. Например, для формации, содержащей углерод, реакционная зона 524 может расширяться радиально со скоростью приблизительно от 0,5 до 1 м/год. Для формации, содержащей битуминозные сланцы, реакционная зона 524 может расширяться радиально со скоростью приблизительно 2 м в первый год, и с меньшей скоростью в последующие годы изза увеличения объема реакционной зоны 524 при радиальном расширении реакционной зоны 524. Такая пониженная скорость может составлять приблизительно от 1 м/год до 1,5 м/год. Реакционная зона 524 может расширяться с пониженной скоростью для формаций, с большим содержанием углеводородов (например, угля) и с повышенной скоростью для формаций, с большим содержанием неорганических материалов (например, битуминозных сланцев), поскольку в объеме формаций с большим содержанием углеводородов имеется больше углеводородов, доступных для горения.524. For example, reaction zone 524 may expand radially at a rate of less than about 0.91 m / year for a formation containing hydrocarbons. For example, for a carbon containing formation, the reaction zone 524 may expand radially at a rate of about 0.5 to 1 m / year. For a formation containing bituminous shale, the reaction zone 524 may expand radially at a speed of approximately 2 m in the first year, and at a slower rate in subsequent years due to an increase in the volume of the reaction zone 524 with a radial expansion of the reaction zone 524. This reduced speed may be from approximately 1 m / year to 1.5 m / year. Reaction zone 524 may expand at a reduced rate for formations with a higher hydrocarbon content (eg, coal) and at an increased rate for formations, with a higher content of inorganic materials (eg, bituminous shale), because there are more hydrocarbons in the bulk of formations with a higher hydrocarbon content. available for burning.

Скорость потока окисляющего флюида 517 в выработку 514 может увеличиваться, когда возрастает диаметр реакционной зоны 524, для того, чтобы поддерживать практически стационарное значение скорости окисления в единице объема. Таким образом, внутри реакционной зоны 524 может поддерживаться практически постоянная температура. Значение температуры внутри реакционной зоны 524 может составлять приблизительно от 650 до 900°С, или например, около 760°С.The flow rate of the oxidizing fluid 517 to the production 514 may increase when the diameter of the reaction zone 524 increases, in order to maintain an almost steady-state value of the oxidation rate per unit volume. Thus, an almost constant temperature can be maintained within reaction zone 524. The temperature inside the reaction zone 524 may be from about 650 to 900 ° C, or, for example, about 760 ° C.

Температура внутри реакционной зоны 524 может изменяться, например, в зависимости от желаемой скорости нагрева выбранной секции 526. Температура внутри реакционной зоны 524 может повышаться или понижаться за счет увеличения, или соответственно снижения, скорости потока окисляющего флюида 517 в выработку 514. Однако температура трубопровода 512, внутренней трубы 513 и/или металлических материалов внутри выработки 514 не может превышать температуру, при которой металлические материалы могут начать деформироваться или подвергаться быстрой коррозии.The temperature inside the reaction zone 524 may vary, for example, depending on the desired heating rate of the selected section 526. The temperature inside the reaction zone 524 may increase or decrease due to an increase, or a corresponding decrease, in the flow rate of the oxidizing fluid 517 to the output 514. However, the temperature of the pipeline 512 , inner pipe 513 and / or metallic materials inside the mine 514 may not exceed the temperature at which metallic materials may begin to deform or undergo rapid corrosion .

Увеличение диаметра реакционной зоны 524 может обеспечить относительно быстрый нагрев формации 516, содержащей углеводороды. При увеличении диаметра реакционной зоны 524 также может возрастать количество тепла, выделяющегося в единицу времени в реакционной зоне 524. Увеличение количества тепла, выделяющегося в единицу времени в реакционной зоне, во многих случаях может обеспечить повышенную скорость нагрева формации 516 в течение некоторого времени, даже без повышения температуры в реакционной зоне или температуры в трубе 513. Таким образом, со временем может быть достигнута повышенная скорость нагрева без монтажа дополнительных источников тепла и без повышения температуры. В некоторых вариантах воплощения может быть увеличена скорость нагрева, хотя допускается снижение температуры (часто снижение температуры позволяет продлить срок службы используемого оборудования).Increasing the diameter of the reaction zone 524 can provide relatively quick heating of hydrocarbon containing formation 516. As the diameter of the reaction zone 524 increases, the amount of heat released per unit time in the reaction zone 524 may also increase. Increasing the amount of heat released per unit time in the reaction zone can in many cases provide an increased heating rate of the formation 516 for some time, even without increasing the temperature in the reaction zone or the temperature in the pipe 513. Thus, over time, an increased heating rate can be achieved without installing additional heat sources and without increasing t temperature In some embodiments, the heating rate can be increased, although a decrease in temperature is allowed (often lowering the temperature can prolong the service life of the equipment used).

При использовании в качестве топлива углерода из формации естественно распределенная камера сгорания позволяет существенно снизить энергетические затраты. Таким образом, может быть разработан экономичный способ нагревания формаций, эксплуатация которых при других способах нагревания была бы экономически нецелесообразной. Кроме того, по всей протяженной области формации 516 можно разместить меньшее количество нагревателей. Это может обеспечить снижение затрат на оборудование, связанное с нагреванием формации 516.When using carbon from the formation as a fuel, a naturally distributed combustion chamber can significantly reduce energy costs. Thus, an economical method of heating formations can be developed, the operation of which with other methods of heating would be economically inexpedient. In addition, a smaller number of heaters can be placed throughout the extended region of the formation 516. This can reduce equipment costs associated with heating the formation 516.

Выделенное в реакционной зоне 524 тепло может передаваться за счет теплопроводности отдельных областей 526 формации 516. Кроме того, выделенное тепло может в меньшей степени передаваться из реакционной зоны отдельным участкам за счет конвекции. Отдельные области 526, которые иногда называются «зоной пиролиза», могут находиться практически рядом с реакционной зоной 524. Поскольку продукты окисления (и избыток окисляющего флюида, такого как воздух) обычно удаляются из реакционной зоны, зона пиролиза может принимать тепло из реакционной зоны без воздействия на нее продуктов окисления или окислителей, которые находятся в реакционной зоне. Продукты окисления и/или окисляющий флюид могут вызвать образование нежелательных продуктов, если они присутствуют в зоне пиролиза. Например, в некоторых вариантах воплощения желательно осуществлять пиролиз в восстановительной среде. Таким образом, обычно полезно допустить переход тепла из реакционной зоны в зону пиролиза при подавлении или предотвращении проникновения продуктов окисления и/или окисляющего флюида в зону пиролиза.The heat released in the reaction zone 524 can be transferred due to the thermal conductivity of individual areas 526 of the formation 516. In addition, the heat released can be transferred to a lesser extent from the reaction zone to certain sections by convection. Separate areas 526, sometimes referred to as the “pyrolysis zone”, can be practically adjacent to the reaction zone 524. Since oxidation products (and excess oxidizing fluid, such as air) are usually removed from the reaction zone, the pyrolysis zone can receive heat from the reaction zone without affecting on it, oxidation products or oxidizing agents that are in the reaction zone. Oxidation products and / or oxidizing fluid can cause the formation of unwanted products if they are present in the pyrolysis zone. For example, in some embodiments, it is desirable to carry out pyrolysis in a reducing environment. Thus, it is usually useful to prevent the transfer of heat from the reaction zone to the pyrolysis zone while suppressing or preventing the penetration of oxidation products and / or oxidizing fluid into the pyrolysis zone.

Пиролиз углеводородов или другие процессы, контролируемые поступлением тепла, могут протекать в выбранной нагретой области 526. Выбранная область 526 может быть нагрета до температуры пиролиза приблизительно между 270 и 400°С. Температуру в выбранной области 526 можно повысить за счет теплопередачи из реакционной зоны 524. Скорость повышения температуры можно выбрать, как указано в любом из вариантов воплощения этого изобретения. Температуру в формации 516, в выбранной области 526 и/или в реакционной зоне 524 можно регулировать таким образом, чтобы можно было практически предотвратить образование оксидов азота. Обычно оксиды азота образуются при температуре приблизительно выше 1200°С.The pyrolysis of hydrocarbons or other processes controlled by heat can take place in the selected heated area 526. The selected area 526 can be heated to a pyrolysis temperature between approximately 270 and 400 ° C. The temperature in the selected area 526 can be increased by heat transfer from the reaction zone 524. The rate of temperature increase can be selected, as indicated in any of the embodiments of this invention. The temperature in the formation 516, in the selected area 526 and / or in the reaction zone 524 can be adjusted so that the formation of nitrogen oxides can be practically prevented. Typically, nitrogen oxides are formed at a temperature of approximately above 1200 ° C.

Температуру внутри разработки 514 можно контролировать с помощью термопары, расположенной в разработке 514. Температуру внутри разработки 514 можно контролировать таким образом, чтобы поддерживать ее внутри выбранного интервала. Этот выбранный интервал может изменяться, например, в зависимости от желаемой скорости нагревания формации 516. Температуру в выбранном интервале можно поддерживать путем повышения или снижения скорости потока окисляющего флюида 517. Например, если температура внутри разработки 514 падает ниже выбранного интервала температуры, можно увеличить скорость потока окисляющего флюида 517 для того, чтобы усилить сгорание и тем самым повысить температуру внутри разработки 514. Альтернативно, термопара может быть расположена в трубопроводе 512 и/или на границе реакционной зоны 524 с соответствующим контролем температуры.The temperature inside the development 514 can be monitored using a thermocouple located in the design 514. The temperature inside the development 514 can be controlled in such a way as to maintain it within the selected interval. This selected interval may vary, for example, depending on the desired heating rate of formation 516. The temperature in the selected interval can be maintained by increasing or decreasing the flow rate of oxidizing fluid 517. For example, if the temperature inside the development 514 falls below the selected temperature range, you can increase the flow rate oxidizing fluid 517 in order to enhance combustion and thereby increase the temperature inside the development 514. Alternatively, the thermocouple may be located in pipeline 512 and / or boundary of the reaction zone 524 with appropriate temperature control.

В некоторых вариантах воплощения одна или несколько естественно распределенных камер сгорания могут быть расположены вдоль продуктивной скважины и/или горизонтально. В этом случае существует тенденция к снижению перепада давлений вдоль нагретой части скважины, тем самым облегчается более равномерный нагрев разработки и улучшается контроль процесса.In some embodiments, one or more naturally distributed combustion chambers may be located along a production well and / or horizontally. In this case, there is a tendency to reduce the pressure drop along the heated part of the well, thereby facilitating more uniform heating of the development and improving process control.

В некоторых вариантах воплощения можно контролировать наличие воздуха или молекулярного кислорода О2 в продуктах окисления 519. Альтернативно, в продуктах 519 окисления можно контролировать количество азота, монооксида углерода, диоксида углерода, оксидов азота, оксидов серы и др. Контроль состава и/или количества продуктов 519 окисления может применяться для расчета теплового баланса, диагностики процесса, регулирования процесса и т. п.In some embodiments, the presence of air or molecular oxygen O 2 in oxidation products 519 can be monitored. Alternatively, the amount of nitrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen oxides, sulfur oxides, etc. can be controlled in oxidation products 519. Control of the composition and / or amount of products 519 oxidation can be used to calculate the heat balance, process diagnostics, process control, etc.

На фиг. 2 показан вариант воплощения части перекрытия с естественно расположенной камерой сгорания, которая описана на фиг. 1. Корпус 541 перекрытия может быть расположен в перекрытии 540 формации 516. Корпус 541 перекрытия может быть в значительной степени окружен материалами (например, таким изолирующим материалом, как цемент), которые могут практически предотвращать нагревание перекрытия 540. Корпус 541 перекрытия может быть выполнен из металлического материала, такого как углеродистая сталь, без ограничения этим материалом.FIG. 2 shows an embodiment of a part of the overlap with a naturally located combustion chamber, which is described in FIG. 1. The overlap housing 541 may be located in the overlap 540 of the formation 516. The overlap housing 541 may be substantially surrounded by materials (such as insulating material such as cement) that can practically prevent the overheating of the overlap 540. The overlap housing 541 may be made of a metal material such as carbon steel, without being limited to this material.

Корпус перекрытия может быть расположен в усиливающем материале 544, в перекрытии 540. Усиливающий материал 544 может быть, например, цементом, песком, бетоном, и т.п. Насыпной материал 542 может быть расположен между корпусом 541 перекрытия и разработкой 514 в формации 516. Насыпной материалThe floor frame may be located in the reinforcement material 544, in the ceiling 540. The reinforcement material 544 may be, for example, cement, sand, concrete, etc. Bulk material 542 may be located between overlap body 541 and development 514 in formation 516. Bulk material

542 может представлять собой любой практически непористый материал (например, цемент, бетон, цементный раствор и т.п.). Насыпной материал 542 может предотвращать поток флюида за пределы трубопровода 512 и между разработкой 514 и поверхностью 550. Внутренняя труба 513 может обеспечить поступление флюида в разработку 514 в формации 516. Продукты сгорания (или избыток окисляющего флюида) из разработки 514 в формации 516 могут удаляться по трубопроводу 512. Диаметр трубопровода 512 можно определить по количеству продуктов сгорания, образовавшихся при окислении в естественно расположенной камере сгорания. Например, для большего количества продуктов сгорания, образовавшихся в естественно расположенной камере сгорания, потребуется труба большего диаметра.542 can be any practically non-porous material (for example, cement, concrete, cement mortar, etc.). Bulk material 542 may prevent fluid flow beyond pipeline 512 and between development 514 and surface 550. Internal pipe 513 may provide fluid to development 514 in formation 516. Combustion products (or excess oxidizing fluid) from development 514 in formation 516 can be removed by pipeline 512. The diameter of the pipeline 512 can be determined by the number of combustion products formed by oxidation in a naturally located combustion chamber. For example, for larger amounts of combustion products formed in a naturally located combustion chamber, a larger diameter pipe will be required.

В альтернативном варианте воплощения, по меньшей мере, часть формации может быть нагрета до такой температуры, при которой, по меньшей мере, часть формации, содержащей углеводороды, можно превратить в кокс и/или уголь. Кокс и/или уголь может сформироваться при температурах приблизительно выше 400°С и при высокой скорости нагревания (например, приблизительно выше 10°С в сутки). В присутствии окисляющего флюида кокс или уголь будут окисляться. При окислении кокса или угля может выделяться тепло, как описано в любом из вариантов воплощения этого изобретения.In an alternative embodiment, at least a portion of the formation may be heated to such a temperature at which at least a portion of the formation containing hydrocarbons can be turned into coke and / or coal. Coke and / or coal can form at temperatures above approximately 400 ° C and at a high heating rate (for example, approximately above 10 ° C per day). In the presence of an oxidizing fluid, coke or coal will be oxidized. The oxidation of coke or coal can generate heat, as described in any of the embodiments of this invention.

На фиг. 3 продемонстрирован вариант воплощения естественного расположения нагревателя с камерой сгорания. Изолированный проводник 562 может быть соединен с трубопроводом 532 и расположен в разработке 514 в формации 516. Изолированный проводник 562 может быть расположен внутри трубопровода 532 (тем самым обеспечивается способность к восстановлению изолированного проводника 562) или альтернативно соединен с наружной поверхностью трубопровода 532. Такой изолирующий материал может включать в себя минералы, керамику и др. Трубопровод 532 может иметь отверстия 515 критического потока, расположенные по длине трубы внутри разработки 514. Отверстия 515 критического потока могут иметь описанную выше конфигурацию. Для выделения тепла излучения в разработке 514 можно пропускать электрический ток через изолированный проводник 562. Трубопровод 532 может иметь конфигурацию, которая служит для возвращения тока. Изолированный проводник 562 может иметь конфигурацию, чтобы обеспечить нагрев части 518 формации до температуры, которая достаточна для поддержания окисления углеводородов. Часть 518 формации, реакционная зона 524 и выбранная область 526 могут иметь характеристики, описанные в этом изобретении. Такая температура может включать температуры, описанные в этом изобретении.FIG. 3 shows an embodiment of a natural arrangement of a heater with a combustion chamber. Insulated conductor 562 may be connected to conduit 532 and located in development 514 in formation 516. Insulated conductor 562 may be located inside conduit 532 (thereby ensuring the ability to restore insulated conductor 562) or alternatively connected to the outer surface of conduit 532. Such an insulating material may include minerals, ceramics, etc. Pipeline 532 may have 515 critical flow openings located along the length of the pipe inside the 514 development. Holes 515 are critical stream may have the configuration described above. To generate radiation heat in the design 514, an electric current can be passed through the insulated conductor 562. The pipeline 532 may have a configuration that serves to return the current. Insulated conductor 562 may be configured to heat part of the formation 518 to a temperature that is sufficient to maintain the oxidation of hydrocarbons. The formation portion 518, reaction zone 524, and selected area 526 may have the characteristics described in this invention. Such temperatures may include the temperatures described in this invention.

Источник 508 окисляющего флюида может обеспечивать подачу окисляющего флюида в трубопровод 532. Окисляющий флюид может поступать в разработку 514 через отверстия 515 критического потока в трубопроводе 532. Окисляющий флюид может окислять по меньшей мере часть формации, содержащей углеводороды, в реакционной зоне 524. Реакционная зона 524 может иметь характеристики, которые указаны в этом изобретении. Тепло, выделенное в реакционной зоне 524, может передаваться выбранной области 526, например, путем конвекции, излучения и/или теплопроводности. Продукт окисления может быть удален через отдельный трубопровод, расположенный в разработке 514, или через отверстие 543 (на фиг. не показан) в корпусе 451 перекрытия. Отдельный трубопровод может иметь конфигурацию, как описано в этом изобретении. Насыпной материал 542 и усиливающий материал 544 могут иметь конфигурацию, как описано в этом изобретении.The oxidizing fluid source 508 may supply the oxidizing fluid to conduit 532. The oxidizing fluid may enter development 514 through critical flow ports 515 in conduit 532. The oxidizing fluid may oxidize at least part of the hydrocarbon containing formation in the reaction zone 524. Reaction zone 524 may have characteristics that are indicated in this invention. The heat released in the reaction zone 524 may be transferred to a selected area 526, for example, by convection, radiation and / or heat conduction. The oxidation product can be removed through a separate pipeline, located in development 514, or through an opening 543 (not shown in FIG.) In the ceiling housing 451. A separate pipeline may be configured as described in this invention. Bulk material 542 and reinforcing material 544 may be configured as described in this invention.

На фиг. 4 продемонстрирован вариант воплощения естественно расположенной камеры сгорания с добавленным топливным трубопроводом. Топливный трубопровод 536 может быть расположен в разработке 514. В определенных вариантах воплощения он может быть расположен в непосредственной близости к трубопроводу 533. По длине топливного трубопровода 536 могут иметься отверстия 535 критического потока внутри разработки 514. По длине трубопровода 533 могут иметься отверстия 515 критического потока внутри разработки 514. Отверстия 515 критического потока могут иметь конфигурацию, как описано в этом изобретении. Отверстия 535 критического потока и отверстия 515 критического потока могут быть размещены соответственно в топливном трубопроводе 536 и в трубопроводе 533 таким образом, чтобы поток топлива, поступающего через топливный трубопровод 536, и окисляющего флюида, поступающего через трубопровод 533, не могли значительно нагреть топливный трубопровод 536 и/или трубопровод 533 в процессе горения. Например, топливо и окисляющий флюид могут взаимодействовать при контакте потоков, и при этом выделяется теплота реакции. Теплота этой реакции может нагреть топливный трубопровод 536 и/или трубопровод 533 до температуры, которая достаточна для начала фактического плавления металлических материалов топливного трубопровода 536 и/или трубопровода 533, если реакция протекает вблизи топливного трубопровода 536 и/или трубопровода 533. Поэтому при проектировании расположения отверстий 535 критического потока в топливном трубопроводе 536 и отверстий 515 критического потока в трубопроводе 533 следует размещать отверстия таким образом, чтобы поток топлива и окисляющего флюида не могли прореагировать в значительной степени вблизи трубопроводов. Например, трубопроводы 536 и 533 могут быть соединены механически, так чтобы отверстия были ориентированы в противоположном направлении, и так чтобы отверстия были обращены к формации 516.FIG. 4 shows an embodiment of a naturally located combustion chamber with an added fuel line. The fuel pipe 536 may be located in development 514. In certain embodiments, it may be located in close proximity to the pipeline 533. Along the length of the fuel pipeline 536 there may be critical flow holes 535 inside the development 514. Critical flow holes 515 may exist along the pipeline 533 inside the design 514. The critical flow ports 515 may be configured as described in this invention. Critical flow openings 535 and critical flow openings 515 may be located respectively in fuel line 536 and pipe 533 so that the flow of fuel entering through fuel line 536 and oxidizing fluid entering through pipe 533 cannot significantly heat fuel line 536 and / or pipeline 533 in the combustion process. For example, the fuel and the oxidizing fluid can interact when the streams are in contact, and the heat of reaction is released. The heat of this reaction can heat the fuel pipe 536 and / or pipe 533 to a temperature that is sufficient to start the actual melting of the metallic materials of the fuel pipe 536 and / or pipe 533 if the reaction occurs near the fuel pipe 536 and / or pipe 533. Therefore, when designing the location critical flow holes 535 in fuel line 536 and critical flow holes 515 in pipe 533 should be placed in such a way that the flow of fuel and oxidizing fluid could not react to a large extent near the pipelines. For example, pipelines 536 and 533 may be mechanically connected, so that the holes are oriented in the opposite direction, and so that the holes face the formation 516.

При взаимодействии потока топлива с окисляющим флюидом выделяется тепло. Топливный поток и окисляющий флюид могут иметь характеристики, описанные ниже. Топливный поток может представлять собой, например, природный газ, этан, водород или синтетический газ, который образуется в способе «на месте», в другой части формации. Выделившееся тепло может быть отработано таким образом, чтобы нагреть часть 518 формации до температуры, которая достаточна для поддержания окисления углеводородов. При нагреве части 518 формации до температуры, которая достаточна для поддержания окисления углеводородов, поток топливного флюида в выработку можно снизить или отключить. Альтернативно, можно продолжать подачу топлива в процессе нагрева формации, и в результате тепло, накопленное в углероде, будет использовано для поддержания температуры в разработке 514 выше температуры самовоспламенения топлива.When the fuel flow interacts with the oxidizing fluid, heat is generated. The fuel flow and oxidizing fluid may have the characteristics described below. The fuel stream can be, for example, natural gas, ethane, hydrogen, or synthetic gas that is produced in the in situ process in another part of the formation. The heat released can be spent so as to heat part of the formation 518 to a temperature that is sufficient to maintain the oxidation of hydrocarbons. When part of the formation 518 is heated to a temperature that is sufficient to maintain the oxidation of hydrocarbons, the flow of fuel fluid into the production can be reduced or turned off. Alternatively, you can continue to supply fuel during the formation heating process, and as a result, the heat accumulated in the carbon will be used to maintain the temperature in development 514 above the auto-ignition temperature of the fuel.

Окисляющий флюид может окислять, по меньшей мере, часть углеводородов в реакционной зоне 524. Выделенное тепло будет передаваться выбранной области 526, например, путем конвекции, излучения и/или теплопроводности. Продукт окисления может быть удален через отдельный трубопровод, расположенный в разработке 514, или через отверстие 543 (на фиг. не показан) в корпусе 541 перекрытия. Насыпной материал 542 и усиливающий материал 544 могут иметь конфигурацию, как описано в этом изобретении.The oxidizing fluid may oxidize at least a portion of the hydrocarbons in the reaction zone 524. The heat released will be transferred to a selected area 526, for example, by convection, radiation and / or heat conduction. The oxidation product can be removed through a separate pipeline, located in development 514, or through an opening 543 (not shown in FIG.) In the ceiling housing 541. Bulk material 542 and reinforcing material 544 may be configured as described in this invention.

На фиг. 5 продемонстрирован вариант воплощения устройства, скомпонованного для нагревания формации, содержащей углеводороды. Электрический нагреватель 510 может быть расположен внутри разработки 514 в формации 516, содержащей углеводороды.FIG. 5 illustrates an embodiment of a device configured to heat a formation containing hydrocarbons. Electric heater 510 may be located within development 514 in hydrocarbon containing formation 516.

Разработка 514 может быть сформирована путем перекрытия 540 в формации 516. Разработка 514 может иметь диаметр, по меньшей мере, 5 см. Например, разработка 514 может иметь диаметр около 13 см. Электрический нагреватель 510 может нагревать, по меньшей мере, часть 518 формации 516, содержащей углеводороды, до температуры, которая достаточна для поддержания окисления (например, 260°С). Часть 518 формации может иметь ширину приблизительно 1 м. Окисляющий флюид (например, жидкий или газообразный) может подаваться в выработку через трубопровод 512 или любое другое подходящее устройство для транспорта флюида. Трубопровод 512 может иметь отверстия 515 критического потока, расположенные по длине трубопровода. ОтверстияDevelopment 514 may be formed by overlapping 540 in formation 516. Development 514 may have a diameter of at least 5 cm. For example, development 514 may have a diameter of about 13 cm. Electric heater 510 may heat at least part 518 of the formation 516 containing hydrocarbons to a temperature that is sufficient to maintain oxidation (for example, 260 ° C). The formation portion 518 may be approximately 1 m wide. An oxidizing fluid (eg, liquid or gaseous) may be fed into the production through conduit 512 or any other suitable device for transporting fluid. Pipeline 512 may have critical flow ports 515 located along the length of the pipeline. Holes

515 критического потока могут иметь конфигурацию, как описано в этом изобретении.515 critical flow can be configured as described in this invention.

Например, трубопровод 512 может быть трубкой или трубопроводом, имеющим конфигурацию, которая обеспечивает подачу окисляющего флюида в разработку 514 из источника 508 окисляющего флюида. Например, трубопровод 512 может быть трубкой из нержавеющей стали. Окисляющий флюид может включать воздух или любой другой кислородсодержащий флюид (например, пероксид водорода, оксиды азота, озон). Смесь окисляющего флюида может включать, например, флюид, содержащий 50% кислорода и 50% азота. В некоторых вариантах воплощения окисляющий флюид также может включать соединения, которые выделяют кислород при нагревании, как описано в этом изобретении, такие как пероксид водорода. Окисляющий флюид может окислять, по меньшей мере, часть углеводородов в формации.For example, conduit 512 may be a tube or conduit having a configuration that provides an oxidizing fluid to develop 514 from an oxidizing fluid source 508. For example, conduit 512 may be a stainless steel tube. The oxidizing fluid may include air or any other oxygen-containing fluid (for example, hydrogen peroxide, nitrogen oxides, ozone). The mixture of oxidizing fluid may include, for example, a fluid containing 50% oxygen and 50% nitrogen. In some embodiments, the oxidizing fluid may also include compounds that release oxygen when heated, as described in this invention, such as hydrogen peroxide. The oxidizing fluid may oxidize at least a portion of the hydrocarbons in the formation.

В некоторых вариантах воплощения теплообменник, расположенный снаружи формации, может иметь конфигурацию для нагревания окисляющего флюида. Нагретый окисляющий флюид может подаваться в разработку (непосредственно или косвенно) из теплообменника. Например, нагретый окисляющий флюид может подаваться из теплообменника в разработку по трубопроводу, расположенному в разработке и связанному с теплообменником. В некоторых вариантах воплощения трубопровод может представлять собой трубку из нержавеющей стали. Нагретый окисляющий флюид может иметь конфигурацию, обеспечивающую нагревание, или, по меньшей мере, может давать вклад в нагрев, по меньшей мере, части формации до температуры, которая достаточна для поддержания окисления углеводородов. После того как часть формации нагреется до такой температуры, можно ослабить (или выключить) нагрев окисляющего флюида в теплообменнике.In some embodiments, the heat exchanger located outside the formation may be configured to heat the oxidizing fluid. The heated oxidizing fluid may be fed into the development (directly or indirectly) from the heat exchanger. For example, a heated oxidizing fluid may be supplied from a heat exchanger to a development through a pipeline located in development and connected to a heat exchanger. In some embodiments, the conduit may be a stainless steel tube. The heated oxidizing fluid may be configured to provide heat, or at least may contribute to heat at least part of the formation to a temperature that is sufficient to maintain the oxidation of the hydrocarbons. After a part of the formation has been heated to this temperature, it is possible to weaken (or turn off) the heating of the oxidizing fluid in the heat exchanger.

На фиг. 6 продемонстрирован другой вариант воплощения устройства, скомпонованного для нагревания формации, содержащей углеводороды. Теплообменник 520 может быть расположен снаружи разработки 514 в формации 516, содержащей углеводороды. Разработка 514 может быть сформирована путем перекрытия 540 в формации 516. Теплообменник 520 может доставлять тепло от другого процесса на поверхности, или он может включать нагреватель (например, электрический или нагреватель сжигания). Источник 508 окисляющего флюида может доставлять окисляющий флюид для теплообменника 520. Теплообменник 520 может нагревать окисляющий флюид (например, выше 200°С, или температуры, которая достаточна для поддержания окисления углеводородов). Нагретый окисляющий флюид может подаваться в разработку 514 по трубопроводу 521. ТрубопроводFIG. 6 illustrates another embodiment of a device configured to heat a hydrocarbon containing formation. Heat exchanger 520 may be located outside development 514 in a hydrocarbon containing formation 516. Development 514 may be formed by overlapping 540 in formation 516. Heat exchanger 520 may deliver heat from another process to the surface, or it may include a heater (eg, electric or combustion heater). The oxidizing fluid source 508 may deliver the oxidizing fluid to the heat exchanger 520. The heat exchanger 520 may heat the oxidizing fluid (for example, above 200 ° C, or a temperature that is sufficient to maintain the oxidation of the hydrocarbons). The heated oxidizing fluid may be fed to development 514 via conduit 521. Pipeline

521 может иметь отверстия критического потока, которые расположены вдоль длины трубы. Отверстия 515 критического потока могут иметь конфигурацию, как описано в этом изобретении. Нагретый окисляющий флюид может нагревать или, по меньшей мере, давать вклад в нагрев, по меньшей мере, части 518 формации до температуры, которая достаточна для поддержания окисления углеводородов. Окисляющий флюид может окислять, по меньшей мере, часть углеводородов в формации.521 may have critical flow holes that are located along the length of the pipe. Critical flow ports 515 may be configured as described in this invention. The heated oxidizing fluid may heat, or at least contribute to, heat at least part of the formation 518 to a temperature that is sufficient to maintain the oxidation of the hydrocarbons. The oxidizing fluid may oxidize at least a portion of the hydrocarbons in the formation.

В другом варианте воплощения топливный флюид может быть окислен в нагревателе, расположенном снаружи формации, содержащей углеводороды. Этот топливный флюид может быть окислен окисляющим флюидом в нагревателе. В качестве примера нагреватель может быть воспламенительным нагревателем. Топливный флюид может быть любым флюидом, способным взаимодействовать с кислородом. Примером топливного флюида может быть метан, этан, пропан или любой другой углеводород, или водород, или синтетический газ. Окисленный топливный флюид может подаваться в разработку из нагревателя по трубопроводу и возвращаться на поверхность по другому трубопроводу в перекрытии. Эти трубопроводы могут быть соединены внутри перекрытия. В некоторых вариантах воплощения эти трубопроводы могут быть расположены концентрично. Окисленный топливный флюид может иметь конфигурацию, обеспечивающую нагревание или, по меньшей мере, он дает вклад в нагрев, по меньшей мере, части формации до температуры, которая достаточна для поддержания окисления углеводородов. При достижении такой температуры окисленный топливный флюид может быть заменен на окисляющий флюид. Окисляющий флюид может окислять, по меньшей мере, часть углеводородов в реакционной зоне внутри формации.In another embodiment, the fuel fluid may be oxidized in a heater located outside the hydrocarbon containing formation. This fuel fluid may be oxidized by an oxidizing fluid in a heater. As an example, the heater may be an igniter heater. The fuel fluid can be any fluid that can interact with oxygen. An example of a fuel fluid may be methane, ethane, propane, or any other hydrocarbon, or hydrogen, or syngas. The oxidized fuel fluid can flow into the development from the heater through the pipeline and return to the surface via another pipeline in the floor. These pipelines can be connected inside the ceiling. In some embodiments, the conduits may be concentric. The oxidized fuel fluid may have a configuration that provides heating, or at least it contributes to heating at least part of the formation to a temperature that is sufficient to maintain the oxidation of the hydrocarbons. When this temperature is reached, the oxidized fuel fluid may be replaced with an oxidizing fluid. The oxidizing fluid may oxidize at least a portion of the hydrocarbons in the reaction zone within the formation.

Claims (13)

1. Устройство для передачи тепла в формацию, содержащую углеводороды, которая окружает скважину для подачи тепла, которое включает в себя источник окисляющего флюида;1. A device for transferring heat to a hydrocarbon containing formation that surrounds a heat supply well that includes an oxidizing fluid source; трубопровод для подачи окислителя, расположенный в стволе скважины для подачи тепла, причем этот трубопровод имеет конфигурацию, которая обеспечивает подачу окисляющего флюида из источника окисляющего флюида в реакционную зону в процессе эксплуатации формации, причем окисляющий флюид выбирают таким образом, чтобы он окислял по меньшей мере часть углеводородов в формации вблизи зоны ствола скважины в процессе эксплуатации так, чтобы тепло генерировалось в реакционной зоне; и трубопровод для вывода дымовых газов, расположенный в стволе скважины для подачи тепла, для пропускания дымовых газов через ствол скважины для подачи тепла с выводом из реакционной зоны, отличающийся тем, что трубопровод для подачи окислителя имеет конфигурацию, которая обеспечивает подачу окисляющего флюида через реакционную зону посредством диффузии в газовой фазе и/или конвекции.an oxidizing agent supply conduit located in the wellbore for supplying heat, the conduit having a configuration that delivers an oxidizing fluid from an oxidizing fluid source to the reaction zone during formation operation, the oxidizing fluid being selected so that it oxidizes at least a portion hydrocarbons in the formation near the borehole zone during operation so that heat is generated in the reaction zone; and a pipe for exhausting flue gases located in the wellbore for supplying heat, for passing flue gases through the wellbore for supplying heat with withdrawal from the reaction zone, characterized in that the pipeline for supplying oxidizing agent has a configuration that provides the supply of oxidizing fluid through the reaction zone by diffusion in the gas phase and / or convection. 2. Устройство по п.1, которое имеет конфигурацию, обеспечивающую передачу тепла от реакционной зоны к выбранным секциям формации в процессе эксплуатации в основном за счет теплопроводности.2. The device according to claim 1, which has a configuration that provides heat transfer from the reaction zone to the selected sections of the formation during operation, mainly due to thermal conductivity. 3. Устройство по п.1, в котором трубопроводы для подачи окислителя и для вывода дымовых газов оборудованы устройствами регулирования давления, которые контролируют давление в реакционной зоне таким образом, чтобы значительная часть дымовых газов, образовавшихся в реакционной зоне, выводилась на поверхность земли через трубопровод для вывода дымовых газов.3. The device according to claim 1, in which the pipelines for supplying an oxidizing agent and for removing flue gases are equipped with pressure control devices that control the pressure in the reaction zone so that a significant portion of the flue gases generated in the reaction zone is discharged to the earth's surface through the pipeline to remove flue gases. 4. Устройство по п.1, в котором трубопровод подачи окислителя и трубопровод для вывода дымовых газов проходят коаксиально относительно друг друга из ствола нагревающей скважины в формацию, содержащую углеводороды, причем трубопровод подачи окислителя простирается из нижнего конца трубопровода подачи окислителя, по меньшей мере, через значительную часть формации, содержащей углеводороды, и выступающая нижняя часть трубопровода подачи окислителя снабжена совокупностью отверстий для ввода окислителя, через которые применяемый окислитель впрыскивается с околозвуковой или сверхзвуковой скоростью в кольцевое пространство между трубопроводом подачи окислителя и реакционной зоной.4. The device according to claim 1, in which the oxidant supply pipe and the flue gas exhaust pipe extend coaxially relative to each other from the heating well bore to the hydrocarbon containing formation, wherein the oxidant supply pipe extends from the lower end of the oxidant supply pipe, at least through a significant part of the formation containing hydrocarbons, and the protruding lower part of the oxidant supply pipe is provided with a set of oxidant inlet openings through which the oxidizing agent used l is injected at a transonic or supersonic speed into the annular space between the oxidant supply line and the reaction zone. 5. Устройство по п.1, в котором трубопровод подачи окислителя представляет собой трубу для подачи воздуха, которая снабжена воздушным компрессором, причем каждый трубопровод для подачи воздуха и трубопровод для вывода дымовых газов может быть оборудован клапаном, регулирующим давление в кольцевом пространстве между перфорированной нижней частью трубопровода для ввода окислителя и реакционной зоной, так, чтобы указанное давление практически было равно давлению в скважине по меньшей мере в части окружающей формации, содержащей углеводороды, и замедлялся переход дымовых газов в эту формацию.5. The device according to claim 1, in which the oxidant supply pipe is an air supply pipe that is equipped with an air compressor, each air supply pipe and a flue gas exhaust pipe may be equipped with a valve that controls the pressure in the annular space between the perforated bottom part of the oxidant inlet conduit and the reaction zone, so that the indicated pressure is practically equal to the pressure in the well in at least part of the surrounding hydrocarbon containing formation odes, and the transition of flue gases to this formation slowed down. 6. Устройство по любому одному из пп.1-5, в котором скважина для подачи тепла дополнительно содержит электрический нагреватель для передачи тепла в реакционную зону.6. The device according to any one of claims 1 to 5, in which the well for supplying heat further comprises an electric heater for transferring heat to the reaction zone. 7. Устройство по любому одному из пп.1-5, в котором скважина для подачи тепла дополнительно содержит трубопровод ввода топлива для подачи топлива в реакционную зону.7. The device according to any one of claims 1 to 5, in which the well for supplying heat further comprises a fuel supply pipe for supplying fuel to the reaction zone. 8. Способ передачи тепла в формацию, содержащую углеводороды, которая окружает скважину для подачи тепла, который включает в себя ввод окислителя через трубопровод для подачи окислителя, расположенный в стволе скважины для подачи тепла, в реакционную зону в формации, стимулирование окисляющего флюида с целью окисления по меньшей мере части углеводородов в формации, вблизи ствола скважины, так чтобы в реакционной зоне генерировалось тепло и дымовые газы; и удаление по меньшей мере части дымовых газов через трубопровод для вывода дымовых газов из реакционной зоны, расположенный в стволе скважины для подачи тепла, отличающийся тем, что трубопровод для подачи окислителя обеспечивает подачу окисляющего флюида через реакционную зону посредством диффузии в газовой фазе и/или конвекции.8. A method of transferring heat to a hydrocarbon containing formation that surrounds a well for supplying heat, which includes introducing an oxidizing agent through an oxidant supply pipe located in a wellbore for supplying heat to the reaction zone in the formation, stimulating an oxidizing fluid to oxidize at least a portion of the hydrocarbons in the formation, close to the wellbore, so that heat and flue gases are generated in the reaction zone; and removing at least a portion of the flue gas through a conduit for discharging flue gases from the reaction zone located in the wellbore for supplying heat, characterized in that the oxidizing fluid supply conduit supplies the oxidizing fluid through the reaction zone by diffusion in the gas phase and / or convection . 9. Способ по п.8, в котором тепло, выделенное в реакционной зоне, передается в основном за счет теплопроводности из реакционной зоны в зону пиролиза в формации, содержащей углеводороды, где пиролизуются углеводороды.9. The method of claim 8, in which the heat released in the reaction zone is transferred mainly due to heat conduction from the reaction zone to the pyrolysis zone in the formation containing hydrocarbons, where hydrocarbons are pyrolyzed. 10. Способ по п.9, в котором через формацию, содержащую углеводороды, проходит одна или несколько эксплуатационных скважин на заданном расстоянии от скважины для подачи тепла, причем давление флюидов в скважине для подачи тепла и в каждой эксплуатационной скважине регулируется таким образом, чтобы стимулировать поток продуктов пиролиза углеводородов из зоны пиролиза, через формацию в эксплуатационную скважину или скважины, и чтобы предотвратить переход дымовых газов из реакционной зоны в любую эксплуатационную скважину.10. The method according to claim 9, in which one or more production wells passes through a hydrocarbon containing formation at a predetermined distance from the heat supply well, the fluid pressure in the heat supply well and in each production well being regulated so as to stimulate the flow of hydrocarbon pyrolysis products from the pyrolysis zone, through the formation into the production well or wells, and to prevent the flue gas from the reaction zone from passing into any production well. 11. Способ по пп.8, 9 или 10, в котором формация, содержащая углеводороды, представляет собой пласт угля.11. The method of claims 8, 9 or 10, wherein the hydrocarbon containing formation is a coal seam. 12. Способ по пп.8, 9 или 10, в котором формация, содержащая углеводороды, представляет собой месторождение битуминозного сланца или битуминозного песка.12. The method according to claims 8, 9 or 10, wherein the hydrocarbon containing formation is a deposit of tar shale or tar sand. 13. Способ по любому одному из пп.8-12, в котором скважину для подачи тепла предварительно нагревают с помощью электрического нагревателя до подачи окислителя в скважину для подачи тепла.13. The method according to any one of claims 8 to 12, wherein the well for supplying heat is preheated with an electric heater until the oxidant is supplied to the well for supplying heat.
EA200301149A 2001-04-24 2001-10-10 In-situ combustion for oil recovery EA004696B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2001/004641 WO2001081715A2 (en) 2000-04-24 2001-04-24 Method and system for treating a hydrocarbon containing formation
PCT/EP2001/011730 WO2002086283A1 (en) 2001-04-24 2001-10-10 In-situ combustion for oil recovery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200301149A1 EA200301149A1 (en) 2004-04-29
EA004696B1 true EA004696B1 (en) 2004-06-24

Family

ID=32748736

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200301149A EA004696B1 (en) 2001-04-24 2001-10-10 In-situ combustion for oil recovery
EA200301148A EA005650B1 (en) 2001-04-24 2001-10-11 Electrical well heating system and method

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200301148A EA005650B1 (en) 2001-04-24 2001-10-11 Electrical well heating system and method

Country Status (13)

Country Link
CN (2) CN1507528A (en)
AT (2) ATE314556T1 (en)
AU (2) AU2002212320B2 (en)
CA (2) CA2445449C (en)
DE (2) DE60116387T2 (en)
EA (2) EA004696B1 (en)
EC (1) ECSP014156A (en)
IL (2) IL158427A0 (en)
JO (2) JO2452B1 (en)
MA (2) MA26167A1 (en)
NZ (2) NZ528899A (en)
WO (2) WO2002086283A1 (en)
ZA (2) ZA200308049B (en)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2006239962B8 (en) * 2005-04-22 2010-04-29 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. In situ conversion system and method of heating a subsurface formation
CN101316984A (en) * 2005-10-24 2008-12-03 国际壳牌研究有限公司 Systems and methods for producing hydrocarbons from tar sands with heat created drainage paths
US7730936B2 (en) 2007-02-07 2010-06-08 Schlumberger Technology Corporation Active cable for wellbore heating and distributed temperature sensing
AR067577A1 (en) * 2007-07-20 2009-10-14 Shell Int Research A NON-FLAMMABLE COMBUSTION HEATER AND METHOD FOR PROVIDING HEAT TO A PROCESS CONDUCT
CA2774095A1 (en) * 2008-09-13 2010-03-18 Louis Bilhete Method and apparatus for underground oil extraction
CA2709241C (en) 2009-07-17 2015-11-10 Conocophillips Company In situ combustion with multiple staged producers
WO2013052561A2 (en) * 2011-10-07 2013-04-11 Shell Oil Company Thermal expansion accommodation for circulated fluid systems used to heat subsurface formations
WO2013059909A1 (en) * 2011-10-24 2013-05-02 Nexen Inc. Steam flooding with oxygen injection, and cyclic steam stimulation with oxygen injection
CN102425399B (en) * 2011-12-29 2015-06-10 新奥气化采煤有限公司 Method for exploiting oil shale
CN103615215A (en) * 2013-12-12 2014-03-05 于文英 Side and bottom water layer thermal recovery method allowing electrically heating oil deposit in horizontal well
CN105840162B (en) * 2016-05-17 2019-09-17 赵金岷 Underground combustion Convective Heating method
CN106837278B (en) * 2017-03-31 2023-10-13 邓晓亮 Electromagnetic wave underground steam generating device and method for manufacturing superheated steam by using same
ES2933119T3 (en) * 2018-11-12 2023-02-02 Ws Waermeprozesstechnik Gmbh Procedure and device for staged combustion without flame
CN109339755B (en) * 2018-12-03 2019-12-31 中国石油大学(北京) Method and device for improving recovery ratio of tight rock oil reservoir
GB2579642A (en) * 2018-12-10 2020-07-01 Rigon Energy Ltd Storing and extracting thermal energy in a hydrocarbon well

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1646599A (en) * 1925-04-30 1927-10-25 George A Schaefer Apparatus for removing fluid from wells
US2244255A (en) * 1939-01-18 1941-06-03 Electrical Treating Company Well clearing system
US3010516A (en) * 1957-11-18 1961-11-28 Phillips Petroleum Co Burner and process for in situ combustion
US3010513A (en) * 1958-06-12 1961-11-28 Phillips Petroleum Co Initiation of in situ combustion in carbonaceous stratum
US4821798A (en) * 1987-06-09 1989-04-18 Ors Development Corporation Heating system for rathole oil well

Also Published As

Publication number Publication date
ATE314556T1 (en) 2006-01-15
CA2445449C (en) 2009-09-29
ATE314557T1 (en) 2006-01-15
ECSP014156A (en) 2003-05-26
JO2452B1 (en) 2008-10-09
DE60116387D1 (en) 2006-02-02
EA005650B1 (en) 2005-04-28
CA2445455C (en) 2010-02-23
CA2445449A1 (en) 2002-10-31
DE60116387T2 (en) 2006-08-17
AU2002212320B2 (en) 2006-11-02
ZA200308048B (en) 2004-07-08
WO2002086284A1 (en) 2002-10-31
IL158427A0 (en) 2004-05-12
CN1507529A (en) 2004-06-23
EA200301148A1 (en) 2004-04-29
NZ528899A (en) 2004-07-30
IL158426A0 (en) 2004-05-12
WO2002086283A1 (en) 2002-10-31
MA26016A1 (en) 2003-12-31
CN1271312C (en) 2006-08-23
AU2002224779B2 (en) 2007-02-01
ZA200308049B (en) 2004-05-21
CN1507528A (en) 2004-06-23
EA200301149A1 (en) 2004-04-29
MA26167A1 (en) 2004-07-01
CA2445455A1 (en) 2002-10-31
JO2364B1 (en) 2006-12-12
DE60116388T2 (en) 2006-08-17
DE60116388D1 (en) 2006-02-02
NZ528898A (en) 2005-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5899269A (en) Flameless combustor
IL158427A (en) System and method for transmitting heat into a hydrocarbon formation surrounding a heat injection well
CA2462794C (en) Method and system for in situ heating a hydrocarbon containing formation by a u-shaped opening
US6079499A (en) Heater well method and apparatus
US5862858A (en) Flameless combustor
USRE35696E (en) Heat injection process
EA004696B1 (en) In-situ combustion for oil recovery
AU2002212320A1 (en) In-situ combustion for oil recovery
US5488990A (en) Apparatus and method for generating inert gas and heating injected gas
RU2324049C2 (en) Installation and utilisation of replaceable heaters in carbohydrate pool
US20050026094A1 (en) Porous media gas burner
JP3825807B2 (en) Flameless combustor
EP1381752B1 (en) In-situ combustion for oil recovery

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KG MD TJ TM

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): KZ RU