EA006419B1 - Устройство и способ электрического подогрева скважины - Google Patents

Abstract

Устройство для подогрева подземной формации, содержащей углеводороды, включающее в себя электрический проводник, установленный внутри скважины с подогревом, проходящей через формацию, предназначенный для излучения тепла по меньшей мере в части формации, причем электрический проводник содержит один или несколько удлиненных электропроводных нагревательных элементов, каждый из которых подвешен на элементе держателя в секции, заполненной текучей средой. Нагревательные элементы представляют собой, по меньшей мере частично, полосы или стержни из не изолированного металла и способны обеспечить передачу совокупного количества тепла от 0,6 до 1,5 кВт тепла на погонный метр длины скважины для подогрева углеводородов в формации вблизи скважины до температуры выше 280°С и обеспечения пиролиза углеводородов в естественном залегании в формации.

Description

Предпосылки изобретения

Настоящее изобретение относится к способу и устройству, предназначенным для подогрева подземной формации, содержащей углеводороды, такой как угольный пласт или сланцевое нефтяное месторождение, окружающее скважину с подогревом.

Использование подогрева нефтяной сланцевой формации описано в американских патентах №№ 2923535 автора Люнгстром (Ьщидйгот) и 4886118 авторов Ван Меурс (Уаи Менге) и др. В этих источниках известного уровня техники описано, что тепло передается от электрических нагревателей в нефтяную сланцевую формацию для пиролиза керогена из нефтяной сланцевой формации. Нагрев также может привести к раздроблению формации, что повышает ее проницаемость. Повышенная проницаемость обеспечивает улучшение подвижности жидкого вещества в формации, что позволяет перемещать его к эксплуатационной скважине, через которую производят добычу жидкости из нефтяной сланцевой формации. В некоторых процессах, описанных автором Люнгстром, газообразную среду, содержащую, например, кислород, вводят предпочтительно во все еще горячий после этапа предварительного нагрева проницаемый слой для инициирования горения.

В американском патенте № 2548360 описан электрический нагревательный элемент, который помещают в вязкую нефть, находящуюся внутри скважины. Нагревательный элемент нагревает и разжижает нефть с тем, чтобы ее можно было откачивать через скважину. В американском патенте № 4716960 описана насосно-компрессорная труба с электрическим подогревом скважины для добычи нефти, подогрев которой осуществляется путем пропускания тока при относительно низком напряжении через насосно-компрессорную трубу, для предотвращения формирования твердых отложений. В американском патенте № 5065818 автора Ван Эгмонд (Уаи Едтоиб) описан электрический нагревательный элемент, который цементируют в скважине без использования обсадной трубы вокруг нагревательного элемента.

В американском патенте № 6023554 авторов Винегар (Ушедаг) и др. описан электрический нагревательный элемент, который устанавливают внутри обсадной трубы. Этот нагревательный элемент излучает энергию, которая нагревает обсадную трубу. Между обсадной трубой и формацией может быть помещен наполнитель из гранулированного твердого материала. Обсадная труба передает тепло в материал наполнителя, который, в свою очередь, передает тепло в формацию.

В американском патенте № 4570715 авторов Ван Меурс и др. описан электрический нагревательный элемент. Этот нагревательный элемент содержит электропроводный сердечник, окружающий его слой изолирующего материала, и наружную металлическую оболочку. Электропроводный сердечник может иметь относительно низкое сопротивление при высоких температурах. Изолирующий материал может обладать помимо электрического сопротивления свойством устойчивости к сжатию и теплопроводностью с относительно высокими значениями при высоких температурах. Изолирующий слой предотвращает образование дуги между сердечником и металлической оболочкой. Металлическая оболочка обладает свойствами прочности на разрыв и сопротивления ползучести с относительно высокими значениями при высоких температурах.

В американском патенте № 5060287 автора Ван Эгмонд описан электрический нагревательный элемент, содержащий сердечник из медно-никелевого сплава.

Система нагревателя, в соответствии с преамбулой п. 1 формулы изобретения, известна из американского патента № 4704514. В известной системе ряд электропроводных нагревательных элементов с минеральным изолятором подвешен на элементе держателя в секции обсадной трубы, заполненной текучей средой из скважины с подогревом.

Недостатки известных электрических нагревателей состоят в том, что они являются дорогостоящими, отличаются сложностью установки и склонны к перегреву, разрывам и/или расплавлению так, что может потребоваться частая замена, в частности, если их используют для подогрева длинных участков подземной формации.

Настоящее изобретение направлено на улучшенный не дорогостоящий способ электрического подогрева скважины и устройство, которые приспособлены для равномерной передачи контролируемого количества тепла в формацию в течение длительного периода времени.

Краткое описание изобретения

Устройство и способ, предназначенные для передачи тепла в формацию, содержащую углеводороды, в соответствии с настоящим изобретением описаны в пп.1 и 9. В одном из вариантов по меньшей мере один удлиненный электропроводный элемент нагревателя содержит, по меньшей мере, частично не изолированную металлическую полосу, стержень, провод, трубу или другой проводник.

Предпочтительно, чтобы по меньшей мере один металлический элемент нагревателя был подвешен в нижней не обсаженной секции скважины с подогревом на удлиненном элементе держателя, который проходит, например, от устья скважины или от точки, расположенной вблизи нее на поверхности земли, до указанной нижней не обсаженной секции скважины с подогревом. Удлиненный элемент держателя может представлять собой удлиненную трубу, на которой через выбранные интервалы установлен ряд центрирующих элементов, и с помощью которых закрепляют множество не изолированных металлических элементов нагревателя.

В случае необходимости, один или несколько не изолированных металлических элементов нагрева

- 1 006419 теля могут иметь И-образную форму и каждый из них электрически подключен на верхних концах к проводам подачи энергии, по которым электрическая энергия передается от источника электрической энергии на концы И-образного не изолированного металлического нагревательного элемента, так что Иобразный не изолированный металлический нагревательный элемент, провода подачи электроэнергии и источник электроэнергии формируют электрическую цепь.

В трубчатом удлиненном элементе держателя может быть сформирован ряд отверстий, через которые при использовании в область, расположенную в непосредственной близости по меньшей мере части длины металлических нагревательных элементов, подают окислитель, благодаря чему выгорают углеводороды, выходящие из окружающей углеводородной формации и откладывающиеся на поверхности металлических нагревательных элементов. Трубчатый удлиненный элемент держателя может проходить через пакер, установленный вблизи нижнего конца верхней секции с обсадной трубой скважины с подогревом, до устья скважины.

В случае необходимости, металлические нагревательные элементы и центрирующие элементы размещают в нижней не обсаженной секции скважины с подогревом, и эта нижняя секция проходит через формацию, содержащую углеводород.

В варианте воплощения способа, в соответствии с настоящим изобретением, узел из одного или нескольких элементов нагревателя выполняют с возможностью передачи от него в формацию совокупного количества излучаемого тепла от 0,5 до 1,5 кВт на погонный метр скважины с подогревом, для подогрева углеводородов в формации вблизи скважины с подогревом до температуры выше 280°С, чем обеспечивают пиролиз углеводородов формации в естественном залегании.

Если при использовании устройства в нижнюю не обсаженную секцию скважины с подогревом подают окислитель, такой как воздух, этот окислитель позволяет, по меньшей мере, частично выжигать углеводородные отложения на удлиненных нагревательных элементах, очищая, таким образом, нагревательные элементы и снижая риск образования дуги и короткого замыкания. Газы, образующиеся при горении, могут отводиться на поверхность через выходной трубопровод, проходящий через верхнюю часть нагреваемой скважины, в которой установлена обсадная труба, при этом давлением текучей среды в нижней не обсаженной части управляют таким образом, что предотвращается проникновение в формацию газов, образующихся при сгорании, а также предотвращается передача углеводородных газов и жидкостей - продуктов пиролиза из формации на расстоянии более одного метра от подогреваемой скважины в нижнюю не обсаженную часть скважины с подогревом.

Указанное давление текучей среды предпочтительно поддерживают на минимальном уровне 1,5 бара и его контролируют по оценке температуры в части формации, в которой производится пиролиз углеводородов. Управление давлением может потребоваться для поддержания в формации благоприятных условий для обеспечения лучшего качества углеводородов в процессе пиролиза.

Кроме того, может также потребоваться, в течение определенного времени, поддерживать минимальное среднее давление в зоне процесса, в зависимости от толщины и веса перекрывающих пород. Давление на выбранном уровне может способствовать поддержанию веса слоев перекрытия, благодаря чему снижаются уплотнение и оседание пород. Формации, содержащие углеводороды, могут представлять собой месторождения угля, сланцевой нефти, керогена или битума. Способ предпочтительно состоит в излучении тепла мощностью от 0,5 до 1,5 кВт на погонный метр скважины с подогревом в часть формации, содержащую углеводороды, окружающую скважину с подогревом, в результате чего происходит нагрев, по меньшей мере, части формации, окружающей скважину с подогревом, для пиролиза углеводородов в пределах указанной части формации, окружающей скважину с подогревом, в которой стимулируется течение большей части углеводородов - продуктов пиролиза в эксплуатационную скважину, расположенную на выбранном расстоянии от 3 до 15 м от скважины с подогревом.

Устройство может состоять по меньшей мере из одной и предпочтительно большего количества скважин с подогревом и также может включать одну и предпочтительно больше эксплуатационных скважин.

Преимущество установки нагревательного элемента (элементов), по меньшей мере, в частично не обсаженной части скважины с подогревом состоит в том, что при этом обеспечивается экономия средств на установку и/или замену обсадной трубы в самой горячей секции нагреваемой скважины. Зацементированные или другим образом укрепленные в скважине с подогревом участки обсадной трубы в результате теплового расширения окружающей формации в комбинации с радиальным и продольным расширением самой нагретой обсадной трубы, подвергаются высоким механическим нагрузкам, и образующиеся в результате высокие механические напряжения, таким образом, могут ограничивать количество тепла, которое можно передавать в формацию из скважины с подогревом.

Описание предпочтительных вариантов воплощения

Настоящее изобретение будет более подробно описано на примере со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором изображена скважина с подогревом, в которой узел из неизолированных ленточных электрических проводников подвешен на элементе держателя.

Как показано на чертеже, ряд удлиненных нагревательных элементов 600 может быть установлен в полости 514 (например, в необсаженной скважине с подогревом) в формации 516, содержащей углеводо

- 2 006419 род. Полость 514 предпочтительно может представлять собой, по меньшей мере, частично не обсаженную скважину в формации 516, содержащей углеводород. Полость 514 может иметь диаметр, по меньшей мере, приблизительно 5 см или, например, приблизительно 8 см. Диаметр полости 514 может, однако, изменяться в зависимости от, например, требуемой скорости нагрева формации. Удлиненный нагревательный элемент (элементы) 600 может представлять собой отрезок, например, ленты металла или любой другой удлиненный элемент из металла (например, стержень) и может быть изготовлен из нержавеющей стали. Однако удлиненный нагревательный элемент (элементы) 600 может также содержать любой электропроводный материал, который позволяет генерировать тепло для достаточного нагрева части формации и который, по существу, позволяет работать при соответствующей температуре внутри полости, например, обеспечивает устойчивость к коррозии при температуре, поддерживаемой внутри полости.

Удлиненный нагревательный элемент (элементы) 600 может содержать один или несколько не изолированных металлических нагревателей. Термин не изолированный относится к металлу, который не содержит слоя электрической изоляции, такой как минеральная изоляция, предназначенной для обеспечения электрической изоляции металла в рабочем диапазоне температур удлиненного элемента. Термин не изолированный может также включать металл, содержащий ингибитор коррозии, такой как образующийся естественным образом слой окисла, нанесенный слой окисла и/или пленка. Термин не изолированный также включает металл с полимерной или другими типами электрической изоляции, которые не обеспечивает поддержание электроизолирующих свойств при обычной рабочей температуре удлиненного элемента. Такой материал может быть нанесен на металл, и может разрушаться под действием тепла при использовании нагревателя.

Каждый удлиненный элемент 600 нагревателя может иметь длину приблизительно 650 м. Большие значения длины могут быть получены при использовании секции из высокопрочных сплавов, но такие удлиненные элементы могут быть дорогостоящими. В некоторых вариантах воплощения удлиненный элемент может быть закреплен на пластине, установленной в устье скважины. Удлиненный нагревательный элемент (элементы) 600 может включать секции из различных электропроводных материалов, которые сварены вместе впритык. Может использоваться большое количество сваренных вместе отдельных секций их электропроводного материала для повышения прочности полученного в результате элемента и для формирования цепи электрического тока без образования дуги и/или коррозии в местах сварных соединений. Различные электропроводные материалы могут включать сплавы с высоким сопротивлением ползучести. Секции различных электропроводных материалов могут иметь различный диаметр для обеспечения равномерного нагрева по длине удлиненного элемента. Первый металл, который имеет более высокое значение сопротивления ползучести, чем второй металл, обычно имеет более высокое удельное сопротивление, чем второй металл. Разница в удельных сопротивлениях позволяет изготавливать секции с большим поперечным сечением и с большим сопротивлением ползучести из первого металла, так, чтобы в них рассеивалось то же количество тепла, что и в секциях с меньшим поперечным сечением из второго металла. Площади поперечных сечений секций из двух различных металлов могут быть подогнаны так, чтобы получать, по существу, одинаковое количество рассеиваемого тепла в двух сваренных вместе секциях металлов. Электропроводные материалы могут включать, однако, без ограничения: материалы 617 1псопе1, НВ-120, нержавеющую сталь марки 316 и марки 304. Например, удлиненный элемент может иметь секцию длиной 60 м из материала 617 1псопе1, секцию длиной 60 м из материла НВ-120, и секцию длиной 150 м из нержавеющей стали марки 304. Кроме того, удлиненный элемент может иметь секцию с низким сопротивлением, которая может проходить от устья скважины через перекрывающие породы. Эта секция с низким сопротивлением позволяет уменьшить нагрев перекрывающих пород вблизи устья скважины. Секция с низким сопротивлением может быть изготовлена, например, с использованием материала, по существу, с хорошей электропроводностью и/или путем увеличения проводящей площади поперечного сечения.

В качестве альтернативы, элемент 604 держателя может проходить через перекрывающие породы 540, и не изолированный металлический удлиненный элемент или элементы могут быть соединены с пластиной, центрирующим элементом или с элементом держателя другого типа вблизи интерфейса между перекрывающими породами и углеводородной формацией. Кабель 606 с низким удельным сопротивлением, например, многожильный медный кабель, может проходить вдоль элемента держателя и может быть соединен с удлиненным элементом или элементами. Медный кабель может быть подключен к источнику электроэнергии, от которого подают электроэнергию на удлиненный элемент или элементы.

На фиг. 1 представлен вариант воплощения из множества удлиненных элементов, приспособленных для нагрева секции формации, содержащей углеводороды. Два или несколько (например, четыре) удлиненных элемента 600 могут быть установлены на элементе 604 держателя. Удлиненные элементы 600 могут быть соединены с элементом 604 держателя с использованием изолирующих центрирующих элементов 602. В качестве элемента 604 держателя может использоваться труба или трубопровод. Элемент 604 держателя может также быть выполнен в виде перфорированной трубы. Элемент 604 держателя может быть выполнен таким образом, чтобы по нему можно было передавать окисляющий газ или жидкость в полость 514. Элемент 604 держателя может иметь диаметр от приблизительно 1,2 до приблизительно 4 см и более предпочтительно приблизительно 2,5 см. Элемент 604 держателя, удлиненные эле

- 3 006419 менты 600 и изолирующие центрирующие элементы 602 могут быть установлены в полости 514 формации 516. Изолирующие центрирующие элементы 602 могут иметь конфигурацию, позволяющую им поддерживать положение удлиненных элементов 600 на элементе 604 держателя, предотвращая, по существу, поперечное движение удлиненных элементов 600 при достаточно высоких температурах с обеспечением исключения деформации элемента 604 держателя или удлиненных элементов 600. Возможный вариант выполнения изолирующих центрирующих элементов 602 более подробно описан ниже в настоящем описании. Удлиненные элементы 600 в некоторых вариантах воплощения могут представлять собой металлические полосы шириной приблизительно 2,5 см и толщиной приблизительно 0,3 см из нержавеющей стали. Удлиненные нагревательные элементы 600, однако, также могут быть выполнены в форме трубы или стержня из электропроводного материала. На удлиненные нагревательные элементы 600 может подаваться электрический ток так, что удлиненные нагревательные элементы 600 могут генерировать тепло за счет их электрического сопротивления.

Удлиненные нагревательные элементы 600 могут быть выполнены с возможностью генерирования тепла мощностью от приблизительно 650 Вт на погонный метр удлиненных элементов 600 до приблизительно 1650 Вт на погонный метр удлиненных элементов 600. При этом удлиненные элементы 600 позволяют поддерживать температуру от приблизительно 480 до приблизительно 815°С.

По существу, равномерный нагрев формации, содержащей углеводород, может быть обеспечен вдоль длины удлиненных элементов 600, превышающей приблизительно 305 м или, возможно, превышающей приблизительно 610 м. Длина удлиненных элементов 600 может, однако, изменяться в зависимости, например, от типа формации, содержащей углеводороды, глубины полости формации и/или от длины части формации, в которой требуется обеспечить подогрев.

Удлиненные нагревательные элементы 600 могут быть электрически соединены последовательно. Электрический ток может подаваться на удлиненные элементы 600 с использованием подводящего проводника 572. Подводящий проводник 572 может иметь конфигурацию, как описано в настоящем описании. Подводящий проводник 572 может быть соединен с устьем 690 скважины. Электрический ток может возвращаться к устью 690 скважины с использованием отводящего проводника 606, который соединен с удлиненным элементом 600. Подводящий проводник 572 и отводящий проводник 606 могут быть соединены с устьем 690 скважины на поверхности 550 через уплотнительный фланец, расположенный между устьем 690 скважины и перекрывающими породами 540. Уплотнительный фланец может, по существу, предотвращать выход текучей среды из полости 514 на поверхность 550. Подводящий проводник 572 и отводящий проводник 606 могут быть соединены с удлиненными элементами с использованием холодного штырькового проводника. Холодный штырьковый проводник может включать изолированный проводник, по существу, с низким сопротивлением так, чтобы в холодном штырьковом проводнике, по существу, не вырабатывалось тепло. Холодный штырьковый проводник может быть соединен с подводящим проводником 572, отводящим проводником 606 и/или удлиненным элементами 600 с помощью соединения внахлест или с использованием сварки, известных в данной области техники. Холодный штырьковый проводник может обеспечивать передачу тепла между подводящим проводником 572, отводящим проводником 606 и/или удлиненными элементами 600. Холодный штырьковый проводник может быть дополнительно сконфигурирован, как описано в одном из представленных в данном описании вариантов воплощения настоящего изобретения. Подводящий проводник 572 и отводящий проводник 606 могут быть изготовлены из электропроводного материала с низким сопротивлением так, чтобы, по существу, не вырабатывалось тепло от электрического тока, проходящего через подводящий проводник 572 и отводящий проводник 606.

Для фиксирования положения центрирующих элементов 602 на элементе 604 держателя ниже этих элементов 602 могут быть сформированы наплавленные сварные швы. Наплавленные сварные швы могут быть сформированы на удлиненных элементах 600 выше самого верхнего центрирующего элемента 602, для фиксации положения удлиненных элементов по отношению к элементу держателя (также могут использоваться другие типы соединения). При нагреве удлиненный элемент под действием тепла может расширяться по направлению вниз. В различных местах по длине удлиненного элемента могут использоваться различные металлы, что позволяет формировать относительно длинные отрезки. Например, Иобразный удлиненный элемент может включать первый отрезок, сформированный из нержавеющей стали марки 310, второй отрезок, сформированный из нержавеющей стали марки 304, приваренный к первому отрезку, и третий отрезок, сформированной из нержавеющей стали марки 310. Нержавеющая сталь марки 310 имеет большее сопротивление, чем нержавеющая сталь марки 304 и позволяет рассеивать приблизительно на 25% больше энергии на единицу длины, чем нержавеющая сталь марки 304 при тех же размерах. Нержавеющая сталь марки 310 может иметь более высокое сопротивление ползучести, чем нержавеющая сталь марки 304. Первый отрезок и третий отрезок могут быть сформированы с площадью поперечного сечения, позволяющей рассеивать в первом и третьем отрезках столько же тепла, что и секция с меньшей площадью поперечного сечения из нержавеющей стали 304. Первый и третий отрезки могут быть расположены ближе к устью 690 скважины. Использование металлов разного типа позволяет формировать удлиненные элементы с большой длиной. Различные металлы могут представлять собой, без ограничения, материалы 1псопе1 617, НЕ 120, нержавеющую сталь марки 316, нержавеющую сталь

- 4 006419 марки 310 и нержавеющую сталь марки 304.

Уплотнительный материал 542 может быть помещен между обсадной трубой 541 в области перекрывающих пород и полостью 514. Уплотнительный материал 542 предназначен для предотвращения потока текучей среды из полости 514 на поверхность 550 для предотвращения соответствующих потерь тепла в направлении к поверхности. Обсадная труба 541 для перекрывающих пород может быть установлена в цемент 544 в перекрывающих породах 540 формации 516. Обсадная труба 541 может быть выполнена, как описано в настоящем описании. Поверхностная направляющая труба может быть установлена в цемент 544. Эта направляющая труба может быть выполнена, как представлено в настоящем описании. Элемент 604 держателя может быть соединен с устьем 690 скважины на поверхности 550 формации 516. Центратор 581 может быть выполнен с возможностью удержания положения элемента держателя 604 в обсадной трубе 541 перекрывающих пород. Электрический ток может подаваться на удлиненные элементы 600 для генерирования тепла. Тепло, генерируемое удлиненными элементами 600, может излучаться внутри полости 514 для нагрева по меньшей мере части формации 516.

Окисляющий газ или жидкость может подаваться вдоль длины удлиненных элементов 600 от источника 508 окисляющего газа или жидкости. Окисляющий газ или жидкость позволяет предотвратить образование углеродистых отложений на удлиненных элементах или вблизи них. Например, окисляющий газ или жидкость может взаимодействовать с углеводородами с образованием двуокиси углерода, которая может удаляться из полости. В элементе 604 держателя могут быть сформированы отверстия 605 для обеспечения потока окисляющего газа или жидкости вдоль длины удлиненных элементов 600. Отверстия 605 могут представлять собой отверстия критического потока и могут быть выполнены, как описано в настоящем описании. В качестве альтернативы, вблизи удлиненных элементов 600 может быть установлена труба, предназначенная для управления давлением в формации, как описано выше при описании вариантов воплощения. В другом варианте воплощения вблизи удлиненных элементов 600 может быть установлена труба, предназначенная для обеспечения потока окисляющего газа или жидкости в полость 514. Кроме того, по меньшей мере один из удлиненных элементов 600 может включать трубу, имеющую отверстия, выполненные с возможностью подачи потока окисляющего газа или жидкости. Без такого потока окисляющего газа или жидкости на удлиненных элементах 600 или вблизи них или на изолирующих центрирующих элементах 602 могут накапливаться отложения углеводородов, вызывая, таким образом, короткое замыкание между удлиненными элементами 600 и центрирующими элементами 602 или создавая горячие участки вдоль удлиненных элементов 600. Окисляющий газ или жидкость может использоваться для взаимодействия с углеродом в формации, как описано в настоящем описании. Тепло, генерируемое при реакции с углеродом, может добавляться к теплу, генерируемому электрическим способом или использоваться вместо него.

В варианте воплощения на элементе держателя, расположенном в скважине с подогревом или в другой полости, может быть установлено множество удлиненных элементов. Множество удлиненных элементов может быть электрически соединено последовательно или параллельно. Ток и напряжение, подаваемые на множество удлиненных элементов, могут выбираться таким образом, чтобы затраты на подачу электроэнергии с поверхности вместе с затратами на множество удлиненных элементов могли быть минимальными. Кроме того, рабочий ток и напряжение могут выбираться для оптимизации затрат на подвод электроэнергии с учетом затрат на материал удлиненных элементов. Удлиненные элементы могут быть сконфигурированы для генерирования и излучения тепла, как описано в настоящем описании. Удлиненные элементы могут быть установлены в полости 514, как описано в настоящем описании.

В варианте воплощения не изолированный металлический удлиненный элемент может иметь Цобразную форму или форму шпильки и такой элемент может быть подвешен в области устья скважины или на установочном устройстве, расположенном вблизи интерфейса между перекрывающими породами и нагреваемой формацией. В некоторых вариантах воплощения не изолированные металлические нагреватели сформированы в виде прутков. На плечах удлиненных элементов могут быть установлены цилиндрические высокоглиноземистые керамические электрические изоляторы. Положение изоляторов вдоль длины плеч может фиксироваться прихваточными сварными швами или стежками. Изоляторы предотвращают контакт удлиненного элемента с формацией или с обсадной трубой скважины (если удлиненный элемент помещен внутри обсадной трубы скважины). Изоляторы также предотвращают контакт плеч И-образных элементов друг с другом. Высокоглиноземистые керамические и электрические изоляторы поставляются компанией Соорег 1пйиЧпс5 (город Хьюстон, штат Техас). В варианте воплощения Иобразный элемент может быть сформирован из различных металлов, иметь различные площади поперечного сечения так, чтобы удлиненные элементы были относительно длинными и позволяли рассеивать, по существу, одинаковое количество тепла на единицу длины по всей длине удлиненного элемента. Использование различных сваренных вместе секций позволяет сформировать удлиненный элемент, который содержит секции большого диаметра вблизи верхней части удлиненного элемента и секцию или секции меньшего диаметра, расположенные ниже, по длине удлиненного элемента. Например, один из вариантов воплощения удлиненного элемента содержит две секции с первым диаметром 7/8 дюйма (2,2 см), две средние секции с диаметром 1/2 дюйма (1,3 см) и нижнюю изогнутую секцию, формирующую Иобразную конфигурацию, с диаметром 3/8 дюйма (0,95 см). Удлиненный элемент может быть изготовлен

- 5 006419 из материала с другой формой поперечного сечения, такой как овальная, квадратная, прямоугольная, треугольная и т.д. Секции могут быть сформированы из сплавов, позволяющих обеспечить, по существу, одинаковое рассеивание тепла на единицу длины в каждой секции.

Площадь поперечного сечения и/или металл, используемый для конкретных секций, могут выбираться таким образом, чтобы в отдельных секциях обеспечивалось большее или меньшее рассеивание тепла на единицу длины, чем в соседних секциях. Большее рассеивание тепла на единицу длины может быть обеспечено вблизи интерфейса между слоем углеводорода и слоем, не содержащим углеводорода (например, между перекрывающими породами и формацией, содержащей углеводороды), для компенсации концевого эффекта и более равномерного рассеивания тепла в формации, содержащей углеводороды. Более высокое рассеивание тепла также может быть обеспечено в нижнем конце удлиненного элемента для компенсации концевого эффекта и более равномерного рассеивания тепла.

Различие в рассеивании тепла в различных секциях может быть необходимо для создания благоприятных физико-химических различий в процессе пиролиза, что позволяет обеспечить лучшее качество углеводородного продукта.

Электрический нагреватель может быть выполнен с возможностью подачи дополнительного тепла вместе с теплом поверхностной топочной камеры. Электрический нагреватель может быть сконструирован таким образом, чтобы он формировал дополнительное тепло в формации, содержащей углеводород, так, чтобы формация, содержащая углеводород, могла нагреваться, по существу, равномерно вдоль выбранной глубины скважины с подогревом.

Claims (10)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Устройство для подогрева подземной формации, содержащей углеводороды, приспособленное для размещения в скважине с подогревом, проходящей через формацию с обеспечением излучения тепла по меньшей мере в части формации для пиролиза углеводорода в указанной части, содержащее множество электропроводных нагревательных элементов, каждый из которых подвешен на удлиненном элементе держателя, и множество центрирующих элементов, установленных через выбранные интервалы на элементе держателя и поддерживающих множество удлиненных электропроводных нагревательных элементов, отличающееся тем, что по меньшей мере один удлиненный элемент представляет собой, по меньшей мере, частично не изолированную металлическую полосу, стержень или трубку и способен обеспечить передачу совокупного количества тепла от 0,6 до 1,5 кВт тепла на погонный метр длины скважины для подогрева углеводородов в формации вблизи скважины до температуры выше 280°С и обеспечения пиролиза углеводородов в естественном залегании в формации.
2. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере один из нагревательных элементов из неизолированного металла имеет ϋ-образную форму и электрически соединен на верхних концах с электрическими проводниками, выполненными с возможностью подачи электроэнергии от источника электрической энергии на концы ϋ-образного не изолированного металлического нагревательного элемента, при этом ϋ-образный не изолированный металлический нагревательный элемент, проводники для подачи электроэнергии и источник электроэнергии соединены в электрическую цепь.
3. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что удлиненный элемент держателя имеет трубчатую форму и в нем сформирован ряд отверстий, выполненных с возможностью подачи окислителя в зону вблизи по меньшей мере части длины металлических не изолированных нагревательных элементов для обеспечения возможности выжигания углеводородов, выделяющихся из окружающей углеводородной формации и оседающих на поверхности металлических ленточных нагревателей или на соответствующих центрирующих элементах.
4. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что трубчатый удлиненный элемент держателя проходит через пакер, расположенный вблизи нижнего конца верхней секции с обсадной трубой скважины с подогревом, и простирается к устью скважины.
5. 5. Способ нагрева формации, содержащей углеводороды, состоящий в том, что для нагрева используют устройство в соответствии с одним из пп. 1 -4.
6. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что через отверстия в трубе держателя подают окислитель, такой как воздух, в не обсаженную нижнюю секцию скважины с подогревом, обеспечивая с помощью этого окислителя, по меньшей мере, частичное выжигание углеводородов, осевших на удлиненных нагревательных элементах.
7. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что удлиненные нагревательные элементы устанавливают в не обсаженной нижней секции скважины с подогревом, и газы, образующиеся при сгорании, отводят на поверхность через отводящую трубу, проходящую через верхнюю часть скважины с обсадной трубой.
8. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что управляют давлением текучей среды в не обсаженной нижней части скважины таким образом, чтобы предотвратить проникновение в формацию газов, образующихся при сгорании, и чтобы также предотвратить поступление углеводородных газов и жидкостей, образующихся в результате пиролиза из формации, на расстоянии более чем один метр от скважины с подогревом, в не обсаженную нижнюю часть скважины с подогревом.

   - 6 006419
9. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что давление жидкости поддерживают на минимальном уровне 1,5 бар и контролируют путем оценки температуры в части формации, в которой происходит пиролиз углеводородов.
10. 10. Способ в соответствии с одним из пп.6-9, отличающийся тем, что формация, содержащая углеводород, представляет собой подземное месторождение угля, сланцевой нефти, керогена или битума.