RU2537712C2 - Нагрев подземных углеводородных пластов циркулируемой теплопереносящей текучей средой - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к способам и системам для добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из различных подземных пластов. Способ нагрева подземного пласта характеризуется тем, что вводят расплавленную соль в первый канал нагревателя типа «труба в трубе» в первом месте. При этом ввод расплавленной соли в первый канал включает в себя ввод расплавленной соли во внутреннюю трубу нагревателя типа «труба в трубе» и пропускание расплавленной соли через переключатель потока для перенаправления потока из внутренней трубы к кольцевой области между внутренней трубой и внешней трубой. Пропускают расплавленную соль через нагреватель типа «труба в трубе» в пласте ко второму месту, находящемуся на расстоянии от первого места, причем во время прохода расплавленной соли через нагреватель типа «труба в трубе» происходит перенос тепла от расплавленной соли к обрабатываемому участку. Выводят расплавленную соль из нагревателя типа «труба в трубе» в указанном втором месте. Техническим результатом является повышение эффективности прогрева пласта. 6 н. и 15 з.п. ф-лы, 1 табл., 12 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится в целом к способам и системам для добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из различных подземных пластов, таких как углеводородсодержащие пласты. В частности, некоторые варианты осуществления относятся к использованию циркуляционной системы с замкнутым контуром для нагрева части пласта в процессе конверсии in situ (внутри пласта).

Уровень техники

Углеводороды, получаемые из подземных пластов, часто используют в качестве энергетических ресурсов, в качестве разного рода сырья и в качестве потребительских продуктов. Озабоченность по поводу истощения существующих углеводородных ресурсов и озабоченность по поводу снижения в целом качества добываемых углеводородов привели к разработке способов для более эффективных добычи, переработки и/или применения имеющихся углеводородных ресурсов. Для извлечения углеводородных материалов из подземных пластов могут использоваться процессы in situ (внутри пласта). С целью обеспечения более легкого выведения углеводородного материала из подземного пласта может потребоваться изменение химических и/или физических свойств углеводородного материала в подземном пласте. Химические и физические изменения могут включать в себя реакции in situ, результатом которых становится образование извлекаемых флюидов, изменения состава, изменения растворимости, изменения плотности, фазовые изменения и/или изменения вязкости углеводородного материала в пласте. Флюидом могут быть (но без ограничения ими) газ, жидкость, эмульсия, суспензия и/или поток твердых частиц, который имеет характеристики текучести, подобные характеристикам текучести потока жидкости.

Для обработки углеводородсодержащего пласта с использованием способа тепловой обработки in situ может быть использовано множество различных типов скважин и стволов скважин. В некоторых вариантах осуществления для обработки пласта используются вертикальные и/или по существу вертикальные скважины. В некоторых вариантах осуществления для обработки пласта используются горизонтальные или по существу горизонтальные скважины (такие как J-образные и/или L-образные скважины) и/или u-образные скважины. В некоторых вариантах осуществления для обработки пласта используются комбинации горизонтальных скважин, вертикальных скважин и/или какие-либо другие комбинации. В определенных вариантах осуществления скважины проходят через покрывающий слой пласта к углеводородсодержащему слою пласта. В некоторых ситуациях тепло в скважинах теряется на нагрев покрывающего слоя. В некоторых ситуациях инфраструктура на поверхности и в покрывающем слое, используемая для поддерживания нагревателей и/или добывающего оборудования в горизонтальных стволах и u-образных стволах скважины, имеет большие размеры и/или содержит много компонентов.

В патенте США №7575052 (Sandberg et al.) описан процесс тепловой обработки in situ, в котором для нагрева одного или более обрабатываемых участков используется циркуляционная система. В этой циркуляционной системе может использоваться нагретая жидкая теплопереносящая среда, которая для переноса тепла к пласту проходит через сеть труб в пласте.

В публикации патентной заявки США №2008-0135254 (Vinegar et al.) описаны системы и способы для процесса обработки in situ, в которой использована циркуляционная система для нагрева одного или более обрабатываемых участков. В циркуляционной системе используется нагреваемая жидкая теплопереносящая среда, которая для переноса тепла к пласту проходит по трубам в пласте. В некоторых вариантах осуществления трубы расположены по меньшей мере в двух стволах скважин.

В публикации патентной заявки США №2009-0095476 (Nguyen et al.) описана нагревательная система, которая включает в себя трубопровод, расположенный в отверстии в подземном пласте. В трубопроводе находится изолированный проводник. В трубопроводе между частью изолированного проводника и частью трубопровода находится некоторый материал. Этим материалом может быть соль. При рабочей температуре нагревательной системы материал является текучей средой. Тепло переносится от изолированного проводника к текучей среде, от текучей среды к трубопроводу и от трубопровода к подземному пласту.

Для разработки способов и систем для экономичной добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из углеводородсодержащих пластов были приложены значительные усилия. Однако в настоящее время все еще существует много углеводородсодержащих пластов, из которых углеводороды, водород и/или другие продукты экономично добыты быть не могут. В связи с этим существует потребность в улучшенных способах и системах, которые бы снизили энергетические затраты на обработку пласта, понизили выбросы в процессе обработки, облегчили установку нагревательной системы и/или снизили потери тепла на нагрев покрывающего слоя по сравнению со способами добычи углеводородов, в которых используется наземная аппаратура.

Раскрытие изобретения

Описанные в заявке варианты осуществления относятся в целом к системам и способам для нагрева подземного пласта. В некоторых вариантах осуществления изобретения предлагаются одна или более систем и один или более способов для нагрева подземного пласта.

В некоторых вариантах осуществления изобретения предлагается способ нагрева подземного пласта, включающий: введение расплавленной соли в первый канал нагревателя типа «труба в трубе» в первом месте; пропускание расплавленной соли через нагреватель типа «труба в трубе» в пласте ко второму месту, при этом осуществляется перенос тепла от расплавленной соли к обрабатываемому участку во время прохода расплавленной соли через нагреватель типа «труба в трубе»; и вывод расплавленной соли из нагревателя типа «труба в трубе» во втором месте, расположенном на расстоянии от первого места.

В некоторых вариантах осуществления изобретения предлагается способ нагрева подземного пласта, включающий: введение вторичной теплопереносящей текучей среды в первый канал нагревателя для предварительного нагрева нагревателя; введение первичной теплопереносящей текучей среды во второй канал нагревателя; и остановку или уменьшение потока вторичной теплопереносящей текучей среды в первый канал после достижения температуры нагревателя, достаточной для обеспечения текучести первичной теплопереносящей текучей среды.

В некоторых вариантах осуществления изобретения предлагается система для нагрева подземного пласта, содержащая: по меньшей мере одну систему циркуляции текучей среды, выполненную с возможностью подачи горячей теплопереносящей текучей среды к множеству нагревателей в пласте; и множество нагревателей в пласте, соединенных с циркуляционной системой, при этом по меньшей мере один из нагревателей содержит: первый трубопровод; второй трубопровод, расположенный в первом трубопроводе; и первый переключатель потока, выполненный с возможностью пропускания через кольцевую область между первым трубопроводом и вторым трубопроводом текучей среды, протекающей через второй трубопровод.

В некоторых вариантах осуществления изобретения предлагается способ для нагрева подземного пласта, включающий: циркуляцию первой теплопереносящей текучей среды через нагреватель, расположенный в подземном пласте, для повышения температуры нагревателя до температуры, которая обеспечивает текучесть второй теплопереносящей текучей среды в нагревателе; остановку циркуляции первой теплопереносящей текучей среды через нагреватель; циркуляцию второй теплопереносящей текучей среды через нагреватель, расположенный в подземном пласте, для повышения температуры участка тепловой обработки, примыкающего к нагревателю.

В дополнительных вариантах осуществления признаки из отдельных вариантов осуществления могут быть объединены с признаками из любых других вариантов осуществления.

В дополнительных вариантах осуществления обработка подземного пласта проводится с использованием любого из описываемых здесь способов, систем и нагревателей.

В дополнительных вариантах осуществления к отдельным описанным в заявке вариантам осуществления могут добавляться дополнительные признаки.

Краткое описание чертежей

Преимущества настоящего изобретения могут стать очевидными специалистам благодаря приведенному ниже детальному описанию со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - схематический вид одного из вариантов осуществления одной из частей системы тепловой обработки in situ для обработки углеводородсодержащего пласта.

фиг.2 - схематическое представление одного из вариантов осуществления системы циркуляции теплопереносящей текучей среды для нагрева части пласта.

фиг.3 - схематическое представление одного из вариантов осуществления L-образного нагревателя для его применения с системой циркуляции теплопереносящей текучей среды для нагрева части пласта.

фиг.4 - вид сбоку одного из вариантов осуществления нагревателя типа «труба в трубе» для нагревательной системы с циркуляцией теплопереносящей текучей среды, примыкающей к обрабатываемому участку.

фиг.5 - представление одного из вариантов изобретения для нагрева различных частей нагревателя, с тем чтобы повторно пропускать поток теплопереносящей текучей среды в нагревателе.

фиг.6 - схематическое представление одного из вариантов осуществления нагревателей типа «труба в трубе» нагревательной системы циркуляции текучей среды, расположенной в пласте.

фиг.7 - вид в поперечном сечении одного из вариантов осуществления нагревателя типа «труба в трубе», примыкающего к покрывающему слою.

фиг.8 - схематическое представление одного из вариантов осуществления циркуляционной системы для жидкой теплопереносящей среды.

фиг.9 - зависимость средней температуры (°С) пласта от продолжительности (в днях) нагрева пласта с использованием расплавленной соли, циркулирующей через нагреватели типа «труба в трубе».

фиг.10 - зависимость температуры (°С) расплавленной соли и величины вводимой мощности (Вт/фут) от времени (в днях).

фиг.11 - зависимость температуры (°С) и величины вводимой мощности (Вт/фут) от времени (в днях) нагрева пласта с использованием расплавленной соли, циркулирующей через нагреватели, при длине нагрева 8000 фут (2780 м) и массовом расходе 18 кг/с.

фиг.12 - зависимость температуры (°С) и величины вводимой мощности (Вт/фут) от времени (в днях) нагрева пласта с использованием расплавленной соли, циркулирующей через нагреватели, при длине нагрева 8000 фут и массовом расходе 12 кг/с.

Хотя изобретение может иметь различные модификации и альтернативные формы, в виде примера на чертежах показаны конкретные варианты его осуществления, и они описаны подробно. Чертежи не обязательно масштабированы. Следует, однако, иметь в виду, что чертежи и их подробное описание не предназначены для ограничения изобретения конкретной раскрытой формой, а, наоборот, предполагается, что изобретение охватывает все модификации, эквиваленты и альтернативы, попадающие в объем настоящего изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения.

Осуществление изобретения

Следующее описание в целом относится к системам и способам обработки углеводородов в пласте. Такие пласты могут подвергаться обработке с целью получения углеводородных продуктов, водорода и других продуктов.

«Плотность в градусах АНИ» предполагает плотность в градусах АНИ при 15,5°С (60°F), определяемую согласно методу ASTM Method D6822 или ASTM Method D1298.

«Давление флюида» означает давление, создаваемое флюидом в пласте. «Литостатическим давлением» (иногда называемым «литостатическим напряжением») называется давление в пласте, равное весу на единицу площади вышележащей массы породы. «Гидростатическим давлением» является давление в пласте, создаваемое столбом воды.

Выражение «пласт» включает в себя один или более углеводородсодержащих слоев, один или более неуглеводородных слоев, покрывающий слой и/или подстилающий слой. Выражение «углеводородные слои» относится к слоям в пласте, которые содержат углеводороды. Углеводородные слои могут содержать неуглеводородный материал и углеводородный материал. Выражения «покрывающий слой» и/или «подстилающий слой» включают в себя один или более разных типов непроницаемых материалов. Например, покрывающий слой и/или подстилающий слой могут включать скальную породу, сланец, аргиллит или влажный/плотный карбонат. В некоторых вариантах осуществления операций тепловой обработки in situ покрывающий слой и/или подстилающий слой могут включать в себя углеводородсодержащий слой или углеводородсодержащие слои, которые относительно непроницаемы и не подвергаются действию температур во время проведения тепловой обработки in situ, результатом чего являются значительные изменения характеристик углеводородсодержащих слоев покрывающего слоя и/или подстилающего слоя. Например, подстилающий слой может содержать сланец или аргиллит, но подстилающий слой нельзя нагревать до температур пиролиза в процессе тепловой обработки in situ. В некоторых случаях покрывающий слой и/или подстилающий слой могут быть до некоторой степени проницаемыми.

Под "пластовыми флюидами" подразумеваются флюиды (текучие среды), которые присутствуют в пласте и могут включать в себя пиролизный флюид, синтез-газ, мобилизованные углеводороды и воду (водяной пар). Пластовые флюиды могут включать в себя как углеводородные флюиды, так и неуглеводородные флюиды. Выражение "мобилизованный флюид" относится к флюидам в углеводородсодержащем пласте, которые приобрели текучесть в результате тепловой обработки пласта. Под "добытыми флюидами" подразумеваются флюиды, извлеченные из пласта.

"Источником тепла" является любая система для подачи тепла по меньшей мере в какую-либо часть пласта в основном путем контактного и/или радиационного теплопереноса. Источником тепла могут быть, например, электропроводящие материалы и/или электронагреватели типа изолированного проводника, удлиненного элемента и/или проводника, расположенного в кабелепроводе. Нагревателем могут также быть системы, которые генерируют тепло за счет сжигания топлива вне пласта или в пласте. Этими системами могут быть наземные горелки, скважинные газовые горелки, беспламенные рассредоточенные комбустеры и природные рассредоточенные комбустеры. В некоторых вариантах осуществления тепло, подаваемое в или произведенное в одном или более источниках тепла, может быть получено от других источников энергии. Другие источники энергии могут нагревать пласт непосредственно, либо же их энергия может передаваться теплоносителю, который непосредственно или опосредованно нагревает пласт. Следует иметь в виду, что в одном или более источника тепла, которые доставляют тепло в пласт, могут использоваться различные источники энергии. Так, например, для данного пласта некоторые источника тепла могут подавать тепло от электропроводящих материалов, от электронагревателей сопротивления, некоторые источника тепла могут подавать тепло сгорания, а некоторые источники тепла могут подавать тепло от одного или более других источников энергии (например, химических реакций, солнечной энергии, энергии ветра, биомассы или других источников возобновляемой энергии). Химической реакцией может быть экзотермическая реакция (например, реакция окисления). Источник тепла может также включать электропроводящий материал или нагреватель, который подает тепло в зону вблизи и/или окружающую место нагрева, например в нагревательную скважину.

"Нагреватель" представляет собой любую систему или источник тепла, генерирующие тепло в скважине или в области, примыкающей к стволу скважины. Нагревателями могут быть, но не ограничиваясь ими, электронагреватели, горелки, камеры сгорания, которые взаимодействуют с материалом в пласте или материалом, полученным из пласта, и/или их комбинации.

«Тяжелые углеводороды» представляют собой вязкие углеводородные флюиды. Тяжелые углеводороды могут включать в себя высоковязкие углеводородные флюиды, такие как тяжелое масло, смола и/или асфальт. Тяжелые углеводороды могут включать в себя как углерод и водород, так и в меньших концентрациях серу, кислород и азот. В следовых количествах в тяжелых углеводородах могут присутствовать и другие элементы. Тяжелые углеводороды могут быть расклассифицированы по плотности в градусах АНИ. Обычно тяжелые углеводороды имеют плотность в градусах АНИ ниже примерно 20°. Тяжелое масло, например, обычно имеет плотность в градусах АНИ, равную примерно 10-20°, в то время как смола обычно имеет плотность в градусах АНИ ниже примерно 20°. Как правило, вязкость тяжелых углеводородов выше примерно 100 сП при 15°С. Тяжелые углеводороды могут включать в себя ароматические и другие сложные циклические углеводороды.

Тяжелые углеводороды могут находиться в относительно проницаемых пластах. Относительно проницаемый пласт может содержать тяжелые углеводороды, увлеченные, например, в песок или в карбонат.«Относительно проницаемый» в отношении пластов или их частей определяется как имеющий среднюю проницаемость, равную или превышающую 10 миллидарси (например, 10 или 100 миллидарси). «Относительно низкая проницаемость» в отношении пластов или их частей определяется как имеющий среднюю проницаемость меньше примерно 10 миллидарси. Один дарси равен приблизительно 0,99 мкм². Непроницаемый слой обычно имеет проницаемость, меньшую примерно 0,1 миллидарси.

Некоторые типы пластов, которые содержат тяжелые углеводороды, могут также содержать (но не ограничиваясь ими) природные минеральные воски или природные асфальтиты. «Природные минеральные воски» встречаются, как правило, в существенно трубчатых жилах, которые могут иметь несколько метров в ширину, несколько километров в длину и сотни метров в глубину. «Природные асфальтиты» включают в себя твердые углеводороды ароматического состава и обычно встречаются в больших жилах. Извлечение из пластов in situ углеводородов, таких как минеральные воски и природные асфальтиты, может включать плавление с образованием жидких углеводородов и/или добычу углеводородов из пластов растворением.

«Углеводороды» определяются в общем случае как молекулы, образованные преимущественно атомами углерода и водорода. Углеводороды могут также включать в себя и другие элементы, например (но не ограничиваясь ими) галогены, металлические элементы, азот, кислород и/или серу. Углеводородами могут быть (но не ограничиваясь ими) кероген, битум, пиробитум, нефти, природные минеральные воски и асфальтиты. Углеводороды могут находиться внутри минеральных матриц в земле или непосредственно рядом с ними. Матрицами могут быть (но не ограничиваясь ими) осадочная порода, пески, силицилиты, карбонаты, диатомиты и другие пористые среды. "Углеводородные флюиды" представляют собой флюиды, которые содержат углеводороды. Углеводородные флюиды могут включать, захватывать или быть захваченными неуглеводородными флюидами, например водородом, азотом, оксидом углерода, диоксидом углерода, сероводородом, водой и аммиаком.

«Процесс конверсии in situ» представляет собой процесс нагрева углеводородсодержащего пласта от источников тепла с целью повышения температуры по меньшей мере части пласта выше температуры пиролиза, в результате чего в пласте образуется пиролизный флюид.

«Процесс тепловой обработки in situ» представляет собой процесс нагрева углеводородсодержащего пласта источниками тепла с целью повышения температуры по меньшей мере части пласта выше некоторой температуры, в результате чего образуется мобилизованный флюид и происходит висбрекинг и/или пиролиз углеводородсодержащего материала, приводящие к образованию в пласте мобилизованных флюидов, флюидов висбрекинга и/или флюидов пиролиза.

Выражение «изолированный проводник» относится к любому удлиненному материалу, который способен проводить электричество и целиком или частично покрыт электроизоляционным материалом.

«Пиролиз» представляет собой разрыв химических связей в результате теплового воздействия. Например, пиролиз может включать в себя превращение какого-либо соединения в одно или более других веществ только за счет тепла. Чтобы инициировать пиролиз, тепло может подаваться в участок пласта.

Выражение «пиролизные флюиды» или «продукты пиролиза» относится к флюиду, образующемуся главным образом в процессе пиролиза углеводородов. Образующийся в результате пиролизных реакций флюид может смешиваться с другими флюидами в пласте. Такая смесь рассматривается как пиролизный флюид или пиролизный продукт. Используемое в настоящем описании выражение «зона пиролиза» относится к объему пласта (например, относительно проницаемого пласта, такого как пласт битуминозных песков), в котором проведена или проходит реакция с образованием пиролизного флюида.

"Суперпозиция тепла" означает подвод тепла от двух или более источников тепла к выбранному участку пласта таким образом, чтобы источники тепла влияли на температуру пласта по меньшей мере в одном месте между источниками тепла.

«Пласт битуминозных песков» представляет собой пласт, в котором углеводороды присутствуют преимущественно в виде тяжелых углеводородов и/или смолы, захваченных в минеральный зернистый каркас или другую хозяйскую литологию (например, песок или карбонат). Примеры пластов битуминозных песков включают такие пласты как пласты в Атабаске, Гросмонте и на Пис-ривер (все три в штате Альберта, Канада) и пласт Фаха в поясе Ориноко, Венесуэла.

Выражение «нагреватель с ограничением температуры» обычно относится к нагревателю, в котором регулируется выход тепла (например, снижается выход тепла) выше заданной температуры без использования внешнего контроля, такого как температурные контроллеры, регуляторы мощности, выпрямители и другие приборы. Нагреватели с ограничением температуры могут быть переменно-токовыми или запитываемыми модулируемым (например, прерывистым) постоянным током электронагревателями сопротивления.

Выражение «толщина» слоя относится к толщине поперечного сечения слоя, которое (поперечное сечение) перпендикулярно лицевой поверхности слоя.

Выражение «u-образный ствол скважины» относится к стволу скважины, который проходит от первого отверстия в пласте через по меньшей мере часть пласта и наружу через второе отверстие в пласте. В настоящем контексте ствол скважины может быть лишь грубо v- или u-образным в предположении, что для пласта, который рассматривается как «u-образный», «ножки» и не обязательно должны быть параллельными одна другой или перпендикулярными «основанию» u.

«Облагораживание» подразумевает повышение качества углеводородов. Например, облагораживание тяжелых углеводородов может привести к увеличению плотности в градусах АНИ тяжелых углеводородов.

Выражение «висбрекинг» относится к распутыванию молекул во флюиде в процессе тепловой обработки и/или к разрыву больших молекул на меньшие молекулы при тепловой обработке, что приводит к снижению вязкости флюида.

Выражение «вязкость», если не оговорено иное, относится к кинематической вязкости при 40°С. Вязкость определяется согласно методу ASTM Method D445.

Выражение «ствол скважины» относится к отверстию в пласте, выполненному бурением или внедрением в пласт трубопровода. Ствол скважины может иметь в существенной степени круглое поперечное сечение или поперечное сечение какой-либо иной формы. В соответствии с представлениями настоящей заявки, выражения «скважина» или «отверстие», относящиеся к отверстию в пласте, могут использоваться взаимозаменяемым образом по отношению к выражению «ствол скважины».

С целью получения множества разных продуктов пласт может обрабатываться различными способами. Для обработки пласта в процессе тепловой обработки in situ могут быть использованы разные стадии или процессы. В некоторых вариантах осуществления в одном или более участках пласта осуществляют добычу растворением для удаления из этих участков растворимых минералов. Добыча минералов растворением может проводиться до, во время и/или после проведения процесса тепловой обработки in situ. В некоторых вариантах осуществления средняя температура одного или более участков, в которых осуществляют добычу растворением, может поддерживаться ниже примерно 120°С.

В некоторых вариантах осуществления один или более участков пласта нагревают с целью удаления воды из этих участков и/или для удаления из этих участков метана и других летучих углеводородов. В некоторых вариантах осуществления во время удаления воды и летучих углеводородов средняя температура может быть повышена от температуры окружающей среды до температуры ниже примерно 220°С.

В некоторых вариантах осуществления один или более участков пласта нагревают до температур, которые обеспечивают движение и/или висбрекинг углеводородов в пласте. В некоторых вариантах осуществления среднюю температуру одного или более участков пласта повышают до температур мобилизации углеводородов в участках (например, до температуры в пределах от 100 до 250°С, от 120 до 240°С или от 150 до 230°С).

В некоторых вариантах осуществления один или более участков пласта нагревают до температур, которые обеспечивают протекание в пласте пиролизных реакций. В некоторых вариантах осуществления средняя температура одного или более участков пласта может быть повышена до температур пиролиза углеводородов в участках (например, до температуры в пределах 230-900°С, 240-400°С или 250-350°С).

Нагрев углеводородсодержащего пласта с помощью множества источников тепла может привести к установлению вокруг источников тепла тепловых градиентов, которые повышают температуру углеводородов в пласте до заданных значений при заданных скоростях нагрева. Скорость повышения температуры в диапазоне температур мобилизации и/или в диапазоне температур пиролиза для целевых продуктов может повлиять на качество и количество пластовых флюидов, добываемых из углеводородсодержащего пласта. Медленное повышение температуры пласта в диапазоне температур мобилизации и/или в диапазоне температур пиролиза может обеспечить добычу из пласта высококачественных, обладающих высокой плотностью в градусах АНИ углеводородов. Медленное повышение температуры пласта в диапазоне температур мобилизации и/или в диапазоне температур пиролиза может обеспечить извлечение в качестве углеводородного продукта большого количества находящихся в пласте углеводородов.

В некоторых вариантах осуществления тепловой обработки in situ вместо медленного повышения температуры в каком-либо температурном диапазоне одну из частей пласта нагревают до какой-либо заданной температуры. В некоторых вариантах осуществления заданная температура равна 300, 325 или 350°С. В качестве заданной температуры могут быть выбраны и другие температуры.

Суперпозиция тепла от источников тепла позволяет относительно быстро и эффективно устанавливать в пласте заданную температуру. Чтобы поддерживать температуру в пласте на близком к заданному уровне, можно регулировать поступление в пласт энергии от источников тепла.

Продукты мобилизации и/или пиролиза могут добываться из пласта через добывающие скважины. В некоторых вариантах осуществления среднюю температуру одного или более участков поднимают до температур мобилизации и добывают углеводороды через добывающие скважины. После того как обусловленная мобилизацией добыча снизится ниже установленного значения, средняя температура одного или более участков может быть повышена до температур пиролиза. В некоторых вариантах осуществления температуру одного или более участков повышают до температур пиролиза без проведения при этом добычи в значительном объеме до тех пор, пока не будут достигнуты температуры пиролиза. Пластовые флюиды, включая продукты пиролиза, могут добываться через добывающие скважины.

В некоторых вариантах осуществления средняя температура одного или более участков может быть повышена до температур, достаточных для того, чтобы обеспечить добычу синтез-газа после мобилизации и/или пиролиза. В некоторых вариантах осуществления температура углеводородов может быть повышена в достаточной степени для того, чтобы обеспечить образование синтез-газа без проведения при этом добычи в значительном объеме до тех пор, пока не будут достигнуты температуры, достаточные для обеспечения образования синтез-газа. Например, синтез-газ может образовываться в пределах температур от примерно 400 до примерно 1200°C, от примерно 500 до примерно 1100°С или от примерно 550 до примерно 1000°С. Образующий синтез-газ флюид (например, водяной пар и/или воду) можно вводить в участки пласта для генерирования там синтез-газа. Добыча синтез-газа может осуществляться через добывающие скважины.

Добыча с помощью раствора, извлечение летучих углеводородов и воды, мобилизация углеводородов, пиролиз углеводородов, генерирование синтез-газа и/или другие операции могут проводиться во время процесса тепловой обработки in situ. В некоторых вариантах осуществления некоторые операции могут проводиться после процесса тепловой обработки in situ. В число таких операций могут входить (но не ограничиваясь ими) рекуперация тепла из обработанных участков, хранение флюидов (например, воды и/или углеводородов) в предварительно обработанных участках и/или связывание диоксида углерода в предварительно обработанных участках.

На фиг.1 приведен схематический вид одного из вариантов осуществления части системы тепловой обработки in situ для обработки углеводородсодержащего пласта. Система тепловой обработки in situ может включать в себя барьерные скважины 100. Барьерные скважины используются для создания барьера вокруг обрабатываемого участка. Барьер препятствует потоку флюидов к обрабатываемому участку и/или из него. Барьерными скважинами могут быть (но не ограничиваются ими) водопонижающие скважины, вакуумные скважины, захватывающие скважины, нагнетательные скважины, растворные скважины, замораживающие скважины или их комбинации. В некоторых вариантах осуществления барьерными скважинами 100 являются водопонижающие скважины. Водопонижающие скважины могут удалять жидкую воду и/или препятствовать поступлению жидкой воды в часть предназначенного для нагрева пласта или в нагреваемый пласт. В приведенном на фиг.1 варианте осуществления барьерные скважины 100 показаны проходящими только вдоль одной стороны источников тепла 102, но, как правило, барьерные скважины опоясывают все используемые или предназначенные для использования источники тепла 102 для нагрева обрабатываемого участка пласта.

Источники тепла 102 помещают в по меньшей мере часть пласта. Источниками тепла 102 могут быть электропроводящие материалы. В некоторых вариантах осуществления нагревателями являются изолированные проводники, нагреватели типа проводников в каналах, наземные горелки, беспламенные рассредоточенные комбустеры и/или природные рассредоточенные комбустеры. Источниками тепла 102 могут быть и другие типы нагревателей. Для нагрева углеводородов в пласте источники тепла 102 подают тепло по меньшей мере к части пласта. Энергия может подводиться к источникам тепла 102 по подводящим линиям 104. Подводящие линии 104 могут быть структурно различными в зависимости от типа используемого для нагревания пласта источника тепла или источников тепла. Подводящие линии 104 для источников тепла могут пропускать электричество для электропроводящих материалов или электронагревателей, могут транспортировать топливо для комбустеров либо же могут переносить циркулирующую в пласте теплообменивающую текучую среду. В некоторых вариантах осуществления электричество для операции тепловой обработки in situ может подаваться от атомной электростанции или от атомных электростанций. Использование энергии атомных электростанций позволяет снизить или исключить выбросы диоксида углерода в процессе тепловой обработки in situ.

Нагревание пласта может приводить к некоторому увеличению проницаемости и/или пористости пласта. Увеличение проницаемости и/или пористости может быть обусловлено уменьшением массы в пласте в результате испарения и удаления воды, удаления углеводородов и/или образования трещин. Благодаря повышенной проницаемости и/или пористости пласта течение флюида в нагретой части пласта облегчается. Благодаря повышенной проницаемости и/или пористости флюид в нагретой части пласта может перемещаться через пласт на значительное расстояние. Это значительное расстояние может превышать 1000 м в зависимости от различных факторов, таких как проницаемость пласта, свойства флюида, температура пласта и перепад давления, обеспечивающий перемещение флюида. Способность флюида перемещаться на значительное расстояние в пласте позволяет располагать добывающие скважины 106 в пласте на относительно большом расстоянии одна от другой.

Добывающие скважины 106 используются для вывода из пласта пластового флюида. В некоторых вариантах осуществления добывающая скважина 106 включает в себя какой-либо источник тепла. Источник тепла в добывающей скважине может нагревать одну или более частей пласта в добывающей скважине или вблизи нее. В некоторых вариантах осуществления процесса обработки in situ количество тепла, подаваемого в пласт от добывающей скважины с одного метра добывающей скважины, меньше количества тепла, подаваемого в пласт источником тепла, который нагревает пласт, в расчете на один метр источника тепла. Воздействующее на пласт тепло из добывающей скважины может повысить проницаемость пласта вблизи добывающей скважины в результате испарения и удаления жидкофазного флюида вблизи добывающей скважины и/или повысить проницаемость пласта вблизи добывающей скважины в результате образования макро- и/или микротрещин.

В некоторых вариантах осуществления источник тепла в добывающей скважине 106 позволяет удалять из пласта паровую фазу пластовых флюидов. Обеспечение нагрева в добывающей скважине или через нее может: (1) препятствовать конденсации и/или возврату флегмы добываемого флюида, когда этот добываемый флюид движется в добывающей скважине вблизи покрывающего слоя; (2) увеличивать поступление тепла в пласт; (3) повышать скорость добычи из добывающей скважины по сравнению с добывающей скважиной без источника тепла; (4) препятствовать конденсации соединений с большим числом атомов углерода (углеводородов С₆ и выше) в добывающей скважине; и/или (5) повышать проницаемость пласта в добывающей скважине или вблизи нее.

Подземное давление в пласте может соответствовать создаваемому в пласте давлению флюида. При повышении температур в нагретой части пласта давление в нагретой части может возрастать в результате теплового расширения флюидов, повышенного образования флюидов и испарения воды. Регулирование скорости вывода флюидов из пласта может позволить контролировать давление в пласте. Давление в пласте может определяться в нескольких разных участках, вблизи или в самих добывающих скважинах, вблизи или в самих источниках тепла, или в мониторинговых скважинах.

В некоторых углеводородсодержащих пластах добычу углеводородов из пласта задерживают до тех пор, пока по меньшей мере некоторая часть углеводородов в пласте не окажется мобилизованной и/или не подвергнется пиролизу. Пластовым флюид можно добывать из пласта тогда, когда пластовый флюид обладает заданным качеством. В некоторых вариантах осуществления заданное качество включает плотность в градусах АНИ, равную по меньшей мере примерно 20, 30 или 40°. Задержка добычи до тех пор, пока по меньшей мере некоторая часть углеводородов не окажется мобилизованной и/или не подвергнется пиролизу, может повысить превращение тяжелых углеводородов в легкие углеводороды. Задержка начала добычи может минимизировать добычу из пласта тяжелых углеводородов. Добыча значительных количеств тяжелых углеводородов могла бы потребовать дорогостоящего оборудования и/или уменьшить срок службы добывающего оборудования.

В некоторых вариантах осуществления допускается повышение давления, возникающего в результате расширения мобилизованных флюидов, пиролизных флюидов или других образовавшихся в пласте флюидов, хотя открытый путь к добывающим скважинам 106 или к какому-либо другому сбрасывающему давлению участку в пласте может еще не существовать. Можно допустить повышение давления до уровня литостатического давления. Трещины в углеводородсодержащем пласте могут образоваться тогда, когда давление флюида приближается к литостатическому. Трещины могут образоваться, например, от источников тепла 102 в нагреваемой части пласта в сторону добывающих скважин 106. Появление трещин в нагретой части может частично снижать давление в этой части. Чтобы помешать нежелательной добыче, растрескиванию покрывающего слоя или подстилающего слоя и/или коксованию углеводородов в пласте, может оказаться необходимым поддерживать давление в пласте ниже заданного уровня.

После достижения температур мобилизации и/или пиролиза и начала добычи из пласта давление в пласте можно менять с целью изменения и/или регулирования состава добываемого пластового флюида, регулирования содержания конденсируемого флюида по отношению к неконденсируемому флюиду в пластовом флюиде и/или регулирования плотности в градусах АНИ добываемого пластового флюида. Например, снижение давления может повлечь за собой добычу большего количества конденсируемого компонента флюида. Конденсируемый компонент флюида может иметь более высокое содержание олефинов.

В некоторых вариантах осуществления операции тепловой обработки in situ давление в пласте можно поддерживать достаточно высоким, чтобы стимулировать добычу пластового флюида с плотностью в градусах АНИ выше 20°. Поддержание повышенного давления в пласте может препятствовать оседанию пласта во время тепловой обработки in situ. Поддержание повышенного давления может уменьшить или исключить необходимость компримирования пластовых флюидов на поверхности перед отправкой этих флюидов в сборных трубопроводах на обрабатывающие устройства.

Неожиданным образом оказалось, что поддержание повышенного давления в нагретой части пласта может позволить добывать большие количества углеводородов повышенного качества с относительно низким молекулярным весом. Можно поддерживать такое давление, при котором добываемый пластовый флюид имел бы минимальное количество соединений с числом атомов углерода, большим заданного. Заданное число атомов углерода может быть в пределах до 25, до 20, до 12 или до 8. Некоторое количество соединений с большим числом атомов углерода может быть захвачено паром в пласте и может быть вынесено с паром из пласта. Поддержание повышенного давления в пласте может препятствовать вынесению паром соединений с большим числом атомов углерода и/или многоядерных углеводородных соединений. Соединения с большим числом атомов углерода и/или многоядерные углеводородные соединения могут оставаться в жидкой фазе в пласте в течение значительных периодов времени. Эти значительные периоды времени могут обеспечить соединениям достаточно времени для того, чтобы они были подвергнуты пиролизу с образованием соединений с меньшим числом атомов углерода.

Пластовый флюид, добываемый из добывающих скважин 106, может транспортироваться по сборному трубопроводу 108 к обрабатывающим устройствам 110. Пластовые флюиды могут также выводиться из источников тепла 102. Флюид может выводиться из источников тепла 102, например, с целью регулирования давления в пласте вблизи источников тепла. Флюид, выводимый из источников тепла 102, может транспортироваться по трубопроводу или систему труб непосредственно к обрабатывающим устройствам 110. В число обрабатывающих устройств 110 могут входить разделительные установки, реакционные установки, облагораживающие установки, топливные элементы, турбины, резервуары-хранилища и/или другие системы и установки для переработки добываемых пластовых флюидов. На обрабатывающих устройствах может производиться моторное топливо по меньшей мере из части добываемых из пласта углеводородов. В некоторых вариантах осуществления моторным топливом может быть ракетное топливо типа JP-8.

В некоторых вариантах осуществления источники тепла, источники энергии для источников тепла, добывающее оборудование, подающие линии и/или другую вспомогательную аппаратуру для источников тепла или добычи помещают в туннелях, чтобы иметь возможность использовать для обработки пласта меньшие по размерам источники тепла и/или меньшую по размерам аппаратуру. Помещение этой аппаратуры и/или конструкций в туннелях может при этом снизить энергетические расходы для обработки пласта, снижать выбросы в процессе обработки, облегчить установку нагревательной системы и/или снизить потери тепла на нагрев покрывающего слоя по сравнению со способами добычи углеводородов, в которых используется наземная аппаратура. Туннели могут, например, быть по существу горизонтальными туннелями и/или наклонными туннелями.

В некоторых вариантах осуществления процесса обработки in situ для нагрева пласта используется циркуляционная система. Использование циркуляционной системы для тепловой обработки углеводородсодержащего пласта in situ может снизить расходы на энергию для обработки пласта, уменьшить выбросы от процесса обработки и или облегчить установку нагревательной системы. В некоторых вариантах осуществления циркуляционная система представляет собой циркуляционную систему типа замкнутого контура. На фиг.2 дается схематическое представление системы для нагрева пласта с использованием циркуляционной системы. Система может использоваться для нагрева углеводородов, которые залегают относительно глубоко в грунте и которые находятся в относительно больших по протяженности пластах. В некоторых вариантах осуществления углеводороды могут находиться на глубине в 100, 200, 300 м или более от поверхности. Циркуляционная система может также использоваться для нагрева углеводородов, которые залегают в грунте не столь глубоко. Углеводороды могут находиться в пластах, протяженность которых достигает 1000 м, 3000 м, 5000 м или более. Нагреватели циркуляционной системы могут быть расположены относительно соседних с ними нагревателей таким образом, чтобы суперпозиция тепла между нагревателями циркуляционной системы обеспечивала подъем температуры пласта по меньшей мере выше температуры кипения водного пластового флюида в пласте.

В некоторых вариантах осуществления нагреватели 200 могут быть образованы в пласте путем пробуривания первого ствола скважины с последующим пробуриванием второго ствола скважины, соединенным с первым стволом. В u-образный ствол может быть помещена система труб, в результате чего образуется u-образный нагреватель. Нагреватели 200 соединены с системой 202 циркуляции теплопереносящей текучей среды с помощью системы труб. В некоторых вариантах осуществления используются другие правильные или неправильные схемы. Добывающие скважины и/или нагнетательные скважины могут иметь длинные существенно горизонтальные участки, подобные нагревающим частям нагревателей 200, либо же добывающие скважины и/или нагнетательные скважины могут быть ориентированы иным образом (например, скважины могут быть вертикально ориентированными скважинами или скважинами, включающими один или более наклонных участков).

Как следует из фиг.2, система 202 циркуляции теплопереносящей текучей среды включает в себя теплогенератор 204, первый теплообменник 206, второй теплообменник 208 и движущие текучую среду устройства 210. Теплогенератор 204 нагревает теплопереносящую текучую среду до высокой температуры. Теплогенератором 204 может быть печь, солнечный коллектор, химический реактор, ядерный реактор, топливный элемент и/или другие источники высоких температур, способные передавать тепло теплопереносящей текучей среде. Если теплопереносящей текучей средой является газ, движущими текучую среду устройствами 210 могут быть компрессоры. Если теплопереносящей текучей средой является жидкость, движущими текучую среду устройствами 210 могут быть насосы.

После выхода из пласта 212 теплопереносящая текучая среда проходит через первый теплообменник 206 и второй теплообменник 208 к движущим текучую среду устройствам 210. Первый теплообменник 206 переносит тепло между теплопереносящей текучей средой, выходящей из пласта 212, и теплопереносящей текучей средой, выходящей из движущих текучую среду устройств 210, в результате чего происходит повышение температуры теплопереносящей текучей среды, поступающей в теплогенератор 204, и снижение температуры теплопереносящей текучей среды, выходящей из пласта 212. Второй теплообменник 208 дополнительно понижает температуру текучей среды. В некоторых вариантах осуществления второй теплообменник 208 включает в себя или сам является резервуаром-хранилищем для теплопереносящей текучей среды.

Теплопереносящая текучая среда поступает из второго теплообменника 208 в движущие текучую среду устройства 210. Движущие текучую среду устройства 210 могут быть расположены перед теплогенератором 204, благодаря чему нет необходимости в том, чтобы движущие текучую среду устройства работали при высокой температуре.

В одном из вариантов осуществления теплопереносящей текучей средой является диоксид углерода. Теплогенератором 204 является печь, которая нагревает текучую среду до температуры в пределах от примерно 700 до примерно 920°С, от примерно 770 до примерно 870°С или от примерно 800 до примерно 850°С. В одном из вариантов осуществления теплогенератор 204 нагревает текучую среду до температуры примерно 820°С. Теплопереносящая текучая среда поступает из теплогенератора 204 в нагреватели 200. Тепло переносится от нагревателей 200 в прилегающий к нагревателям пласт 212. Температура выходящей из пласта 212 теплопереносящей текучей среды может быть в пределах от примерно 350 до примерно 580°С, от примерно 400 до примерно 530°С или от примерно 450 до примерно 500°С. В одном из вариантов осуществления температура выходящей из пласта 212 теплопереносящей текучей среды равна примерно 480°С. Можно использовать разный состав металлов системы труб, используемой для образования системы 220 циркуляции теплопереносящей текучей среды, что может значительно снизить стоимость системы труб. От теплогенератора 204 до точки, где температура значительно ниже, можно использовать высокотемпературную сталь, а от названной точки до первого теплообменника 206 может быть использована менее дорогая сталь. Для образования системы 220 циркуляции теплопереносящей текучей среды может быть использовано несколько марок стали.

В некоторых вариантах осуществления в качестве теплопереносящей текучей среды в системе циркуляции текучей среды используется садочная соль (например, соль, содержащая 60 вес.% NaNO₃ и 40 вес.% KNO₃). Садочная соль может иметь температуру плавления примерно 230°С и верхний предел рабочих температур примерно 565°С. В некоторых вариантах осуществления к садочной соли может добавляться LiNO₃ (например, от примерно 10 до примерно 30 вес.% LiNO₃) с целью получения тройных солевых смесей с более широкими пределами рабочих температур и более низкими температурами плавления при лишь небольшом снижении максимальной рабочей температуры по сравнению с садочной солью. Более низкая температура плавления тройных солевых смесей может ослабить требования, которые предъявляет предварительный нагрев, и позволить использование для предварительного нагрева системы труб циркуляционной системы находящейся под давлением воды или находящегося под давлением рассола. Скорости коррозии металла нагревателей, обусловленной композициями тройных солей при 550°С, сопоставимы со скоростью коррозии металла нагревателей, обусловленной садочной солью при 5б5°С. В таблице 1 приведены температуры плавления и верхние пределы для садочной соли и тройных солевых смесей. Водные растворы тройных солевых смесей могут переходить в расплавленную соль при удалении воды без затвердевания, что позволяет получать и/или хранить расплавленные соли в виде водных растворов.

Таблица 1
Азотнокислая соль	Состав азотнокислой соли (вес.%)	Температура плавления (°С) азотнокислой соли	Верхний предел рабочих температур (°С) азотнокислой соли
Na:K	60:40	230	600
Li:Na:K	12:18:70	200	550
Li:Na:K	20:28:52	150	550
Li:Na:K	27:33:40	160	550
Li:Na:K	30:18:52	120	550

Теплогенератором 204 может быть печь, нагревающая теплопереносящую текучую среду до температуры примерно 560°С. Возвратная температура теплопереносящей текучей среды может быть в пределах от примерно 350 до примерно 450°С. Система труб, принадлежащая системе 202 циркуляции теплопереносящей текучей среды, может быть изолирована и/или снабжена оперативным подогревом с целью облегчения пуска и обеспечения течения текучей среды.

В некоторых вариантах осуществления вместо u-образных стволов скважин могут использоваться вертикальные, наклонные или L-образные нагревательные стволы скважин (например, стволы, имеющие вход в некотором первом положении и выход в некотором втором положении). На фиг.3 изображен L-образный нагреватель 200. Нагреватель 200 может быть соединен с системой 202 циркуляции теплопереносящей текучей среды и может включать в себя подводящий трубопровод 214 и отводящий трубопровод 216. Система 202 циркуляции теплопереносящей текучей среды может подавать теплопереносящую текучую среду во множество нагревателей. Теплопереносящая текучая среда из системы 202 циркуляции теплопереносящей текучей среды может течь вниз по подводящему трубопроводу 214 и обратно вверх по отводящему трубопроводу 216. Подводящий трубопровод 214 и отводящий трубопровод 216 могут быть изолированы на участке покрывающего слоя 218. В некоторых вариантах осуществления подводящий трубопровод 214 может быть изолирован на участке покрывающего слоя 218 и углеводородсодержащего слоя 220 с целью уменьшения нежелательного теплопереноса между входящей и выходящей теплопереносящей текучей средой.

В некоторых вариантах осуществления примыкающие к покрывающему слою 218 части ствола скважины 222 являются большими по размеру, чем части ствола скважины, примыкающие к углеводородсодержащему слою 220. Наличие большего отверстия вблизи покрывающего слоя может позволить вводить изоляцию для ее использования в целях изолирования подводящего трубопровода 214 и/или отводящего трубопровода 216. Некоторые потери тепла в покрывающем слое от возвратного потока могут не влиять в заметной степени на эффективность, в особенности, когда теплопереносящей текучей средой является расплавленная соль или какая-либо другая текучая среда, которую необходимо нагревать, чтобы она оставалась жидкостью. Нагретый покрывающий слой вблизи нагревателя 200 может поддерживать теплопереносящую текучую среду в состоянии жидкости в течение достаточного времени в случае остановки циркуляции теплопереносящей текучей среды. Наличие определенного допуска на некоторый перенос тепла к покрывающему слою 218 может устранить необходимость в дорогостоящих изоляционных системах между отводящим трубопроводом 216 и покрывающим слоем. В некоторых вариантах осуществления между покрывающим слоем 218 и отводящим трубопроводом 216 используется изоляционный цемент.

В случае вертикальных, наклонных или L-образных нагревателей стволы шахт могут буриться на большую длину, чем это необходимо для размещения нагревателей без подвода энергии (например, установленных, но бездействующих нагревателей). Тепловое расширение нагревателей после подачи энергии может вызывать перемещение частей нагревателей за пределы длины стволов скважин, рассчитанных на создание пространства для теплового расширения нагревателей. В случае L-образных нагревателей остаточный буровой раствор и/или пластовый флюид в стволе скважины могут облегчить перемещение нагревателя вглубь ствола скважины по мере расширения нагревателя во время предварительного нагрева и/или нагрева теплопереносящей текучей средой.

В случае вертикальных или наклонных стволов скважин последние могут пробуриваться глубже, чем необходимо для размещения нагревателей без подвода энергии. Когда нагреватель предварительно нагревается и/или нагревается теплопереносящей текучей средой, он может расширяться за пределы глубины ствола скважины. В некоторых вариантах осуществления у конца нагревателя может быть прикреплен расширительный рукав, чтобы предоставить пространство для теплового расширения в случае неустойчивых стволов скважин.

В некоторых вариантах осуществления для нагрева пласта в циркуляционной системе используется жидкость. Использование жидкой теплопереносящей текучей среды обеспечивает высокую общую энергоэффективность системы по сравнению с электрическим нагревом или газовыми нагревателями благодаря высокой энергоэффективности теплогенераторов, используемых для нагрева жидкой теплопереносящей текучей среды. Если для нагрева жидкой теплопереносящей текучей среды используются печи, выбросы диоксида углерода в процессе могут быть снижены по сравнению с электрическим нагревом или использованием газовых горелок, располагаемых в стволах скважин, благодаря эффективности печей. Если для нагрева жидкой теплопереносящей текучей среды используется атомная энергия, выбросы диоксида углерода в процессе могут быть значительно снижены или даже исключены. Наземные устройства для нагревательной системы могут быть созданы из обычной доступной промышленной аппаратуры в несложной компоновке. Обычная доступная аппаратура в несложной компоновке способна повысить надежность системы в целом.

В некоторых вариантах осуществления жидкой теплопереносящей текучей средой является расплавленная соль или какая-либо другая жидкость, которая обладает способностью затвердевать, если температура ниже некоторой выбранной температуры. Для гарантии того, чтобы теплопереносящая текучая среда оставалась в жидкой форме и чтобы теплопереносящая текучая среда имела температуру, которая бы позволяла теплопереносящей текучей среде протекать через нагреватели из циркуляционной системы, может потребоваться вторичная нагревательная система. В некоторых вариантах осуществления вторичная нагревательная система нагревает нагреватель и/или теплопереносящую текучую среду до температуры, которая достаточна для того, чтобы расплавлять и обеспечивать текучесть теплопереносящей текучей среды, вместо того, чтобы производить нагрев до более высокой температуры. Вторичная нагревательная система может потребоваться лишь на короткий период времени при пуске и/или повторном пуске системы циркуляции текучей среды. В некоторых вариантах осуществления вторичную нагревательную систему можно удалять из нагревателя. В некоторых вариантах осуществления вторичная нагревательная система не обязательно обладает ожидаемым сроком службы порядка срока службы нагревателя.

В некоторых вариантах осуществления в качестве теплопереносящей текучей среды используется расплавленная соль. Расплавленная соль из пласта попадает в изолированные возвратные резервуары-хранилища. Температуры в этих возвратных резервуарах-хранилищах могут быть, например, порядка примерно 350°С. Расплавленная соль из возвратных резервуаров-хранилищ может транспортироваться в печи с помощью насосов. Может возникать потребность в том, чтобы каждый насос перемещал от 4 до 30 кг/с расплавленной соли. Каждая из печей может обеспечивать тепло для расплавленной соли. Температуры на выходе расплавленной соли из печей могут быть равными примерно 550°С. Расплавленная соль может поступать из печей по системе труб к изолированным сырьевым резервуарам. Каждый сырьевой резервуар может подавать расплавленную соль, например, на 50 или более заглубленных в пласт систем труб. Расплавленная соль течет через пласт в направлении к возвратным резервуарам-хранилищам. В некоторых вариантах осуществления печи имеют кпд 90% или выше. В некоторых вариантах осуществления потери тепла в покрывающий слой составляют 8% или менее.

В некоторых вариантах осуществления нагреватели для циркуляционных систем включают в себя изоляцию по длине нагревателей, включая части нагревателей, которые используются для нагрева обрабатываемого участка. Изоляция может облегчить ввод нагревателей в пласт. Изоляция, примыкающая к частям, используемым для нагрева обрабатываемого участка, может быть достаточной для обеспечения изоляции во время предварительного нагрева, но может разрушаться при температурах, создаваемых при циркуляции теплопереносящей текучей среды в стационарном режиме. В некоторых вариантах осуществления изоляционный слой меняет излучаемость нагревателя, что уменьшает радиационный перенос тепла от нагревателя. После разрушения изоляции излучаемость нагревателя может усиливать радиационный перенос тепла к обрабатываемому участку. Изоляция может уменьшать время, необходимое для подъема температуры нагревателей и/или теплопереносящей текучей среды в нагревателях до температур, достаточных для обеспечения расплавления и текучести теплопереносящей текучей среды. В некоторых вариантах осуществления изоляция, примыкающая к частям нагревателей, которые должны нагревать обрабатываемый участок, может включать полимерные покрытия. В некоторых вариантах осуществления изоляция частей нагревателей, примыкающих к покрывающему слою, отлична от изоляции нагревателей, примыкающей к частям нагревателей, используемых для нагрева обрабатываемого участка. Изоляция нагревателей, примыкающих к покрывающему слою, может иметь ожидаемый срок службы, равный или больший срока службы нагревателей.

В некоторых вариантах осуществления в ствол скважины после или во время помещения туда нагревателя может быть введен нестойкий изоляционный материал (например, полимерная пена). Нестойкая изоляция может образовывать изоляцию на частях нагревателей, используемых для нагрева обрабатываемого участка во время предварительного нагрева. Используемая для нагрева обрабатываемого участка жидкая теплопереносящая текучая среда может повышать температуру нагревателя в достаточной степени для того, чтобы разрушить или удалить изоляционный слой.

В некоторых вариантах осуществления циркуляционные системы, в которых в качестве теплопереносящей текучей среды используется расплавленная соль или какая-либо другая жидкость, нагревателем может быть одиночный трубопровод в пласте. Этот трубопровод может быть предварительно нагрет до температуры, достаточной для обеспечения текучести теплопереносящей текучей среды. В некоторых вариантах осуществления вторичная теплопереносящая текучая среда циркулирует через трубопровод для предварительного нагрева трубопровода и примыкающего к трубопроводу пласта. После достижения достаточно высокой температуры трубопровода и/или примыкающего к трубопроводу пласта вторичная текучая среда может быть вытеснена из трубопровода, и по трубе может осуществляться циркуляция теплопереносящей текучей среды.

В некоторых вариантах осуществления для предварительного нагрева трубопровода могут использоваться водные растворы солевой композиции (например, Li:Na:K:NO₃), которая предназначена для использования в качестве теплопереносящей текучей среды. Температура вторичной теплопереносящей текучей среды может быть ниже или равной температуре подповерхностного выхода устья скважины.

В некоторых вариантах осуществления вторичная теплопереносящая текучая среда (например, вода) нагревается до температуры в пределах от 0 до примерно 95°С или до температуры кипения вторичной теплопереносящей текучей среды. Солевую композицию можно добавлять к вторичной теплопереносящей текучей среде, когда она находится в резервуаре-хранилище циркуляционных систем. Состав соли и/или давление системы могут быть отрегулированы так, чтобы предотвратить закипание водного раствора при повышении температуры. После того как трубопровод нагреется до температуры, достаточной для обеспечения текучести расплавленной соли, остающаяся вода может быть удалена из водного раствора, в результате чего останется только расплавленная соль. Воду можно удалять с помощью упаривания, когда солевой раствор находится в резервуаре-хранилище циркуляционной системы. В некоторых вариантах осуществления температуру раствора расплавленной соли повышают до примерно 100°С. После предварительного нагрева трубопровода до температуры, достаточной для обеспечения текучести расплавленной соли, из солевого раствора может быть удалено значительное или все количество остающейся вторичной теплопереносящей текучей среды (например, воды), в результате чего останется только расплавленная соль. В некоторых вариантах осуществления температура раствора расплавленной соли в процессе упаривания составляет от 100 до 250°С.

После завершения операции тепловой обработки in situ расплавленная соль может быть охлаждена и к соли добавлена вода с образованием нового водного раствора. Водный раствор может быть оттранспортирован к другому подлежащему обработке участку, и процесс будет продолжен. Использование тройных расплавленных солей в виде водных растворов облегчает транспортирование раствора и позволяет обрабатывать с помощью одной и той же соли более одного участка пласта.

В некоторых вариантах осуществления циркуляционных систем, в которых в качестве теплопереносящей текучей среды используется расплавленная соль или какая-либо другая жидкость, нагреватель может иметь конфигурацию типа «труба в трубе». Используемая для нагрева пласта жидкая теплопереносящая текучая среда может течь через первый канал нагревателя. Через второй канал нагревателя типа «труба в трубе» может течь вторичная теплопереносящая текучая среда, обеспечивающая предварительный нагрев и/или надежность течения жидкой теплопереносящей текучей среды. После повышения температуры в нагревателе, которое достаточно, чтобы обеспечить непрерывное течение теплопереносящей текучей среды через нагреватель, в канале для вторичной теплопереносящей текучей среды может быть создан вакуум, чтобы ослабить теплоперенос от первого канала ко второму каналу. В некоторых вариантах осуществления канал для вторичной теплопереносящей текучей среды заполняется изоляционным материалом и/или блокируется каким-либо иным способом. Каналы в трубопроводе нагревателя типа «труба в трубе» могут содержать в себе внутренний трубопровод и кольцевое пространство между внутренним трубопроводом и внешним трубопроводом. В некоторых вариантах осуществления для перенаправления потока в нагревателе типа «труба в трубе» от внутреннего трубопровода к кольцевому пространству и/или наоборот могут быть использованы один или более переключателей потока.

На фиг.4 представлен вид сбоку одного из вариантов осуществления нагревателя 200 типа «труба в трубе» нагревательной системы с циркуляцией теплопереносящей текучей среды, примыкающей к обрабатываемому участку 300. Нагреватель 200 может быть помещен в ствол скважины 222. Нагреватель 200 может включать в себя внешний трубопровод 302 и внутренний трубопровод 302. Во время работы нагревателя 200 в основном режиме жидкая теплопереносящая текучая среда может протекать через кольцевое пространство 306 между внешним трубопроводом 302 и внутренним трубопроводом 302. Во время работы в основном режиме поток текучей среды через внутренний трубопровод 302 может быть излишним.

Во время предварительного нагрева и/или обеспечения текучести вторичная теплопереносящая текучая среда может течь через внутренний трубопровод 304. Вторичной текучей средой может быть (но, не ограничиваясь этим) воздух, диоксид углерода, выхлопной газ и/или природное или синтетическое масло (например, DowTherm A, Syltherm или Therminol 59), расплавленные при комнатной температуре соли (например, NaCl₂-SrCl₂, VCl₄, SnCl₄ или TiCl₄), жидкая вода под высоким давлением, водяной пар или расплавленные при комнатной температуре металлические сплавы (например, эвтектика K-Na или эвтектика Ga-In-Sn). В некоторых вариантах осуществления внешний трубопровод 302 перед вводом в него используемой для нагрева пласта теплопереносящей текучей среды нагревается вторичной теплопереносящей текучей средой, проходящей через кольцевое пространство 306 (например, диоксидом углерода или выхлопным газом). Если используется выхлопной газ или какая-либо другая высокотемпературная текучая среда, для снижения температуры ниже верхнего предела рабочей температуры жидкой теплопереносящей текучей среды через нагреватель может пропускаться какая-либо другая теплопереносящая текучая среда (например, вода или водяной пар). Когда в нагреватель вводится жидкая теплопереносящая текучая среда, вторичная теплопереносящая текучая среда может быть вытеснена из кольцевого пространства. Вторичной теплопереносящей текучей средой во внутреннем трубопроводе 304 может быть та же текучая среда, что и вторичная теплопереносящая текучая среда, используемая для предварительного нагрева внешнего трубопровода 302 во время предварительного нагрева, или отличная от нее текучая среда. Использование двух разных вторичных теплопереносящих текучих сред может помочь в выявлении проблем с целостностью в нагревателе 200. Любые проблемы с целостностью могут быть установлены и исправлены перед началом использования расплавленной соли.

В некоторых вариантах осуществления вторичной теплопереносящей текучей средой, которая течет через кольцевое пространство 306 во время предварительного нагрева, является водная смесь соли, предназначенной для использования во время работы в основном режиме. Для повышения температуры, оставаясь в пределах до температуры кипения водной смеси, можно периодически повышать концентрацию соли. Для повышения температуры внешнего трубопровода 302 до температуры, достаточной для обеспечения возможности протекания расплавленной соли в кольцевом пространстве 306, можно использовать водную смесь. После достижения этой температуры остающуюся в водной смеси воду можно упарить из смеси, оставив расплавленную соль. Расплавленная соль может быть использована для тепловой обработки участка 300.

В некоторых вариантах осуществления внутренний трубопровод 304 может быть выполнен из относительно недорогого материала типа углеродистой стали. В некоторых вариантах осуществления внутренний трубопровод 304 выполнен из материала, остающегося неизменным на начальной ранней стадии процесса тепловой обработки. Внешний трубопровод 302 может быть выполнен из материала, стойкого к коррозии от расплавленной соли и пластового флюида (например, из стали Р91).

Для данной массовой скорости потока жидкой теплопереносящей текучей среды нагрев обрабатываемого участка с помощью жидкой теплопереносящей текучей среды, проходящей через кольцевое пространство 306 между внешним трубопроводом 302 и внутренним трубопроводом 304, может иметь определенные преимущества перед пропусканием жидкой теплопереносящей текучей среды через одиночный трубопровод. Протекание вторичной теплопереносящей текучей среды через внутренний трубопровод 304 может предварительно нагревать нагреватель 200 и обеспечивать течение, когда вначале используется жидкая теплопереносящая текучая среда и/или когда нужно возобновить поток после остановки циркуляции. Большая площадь наружной поверхности внешнего трубопровода 302 обеспечивает большую площадь поверхности для переноса тепла к пласту, в то время как количество необходимой для циркуляционной системы жидкой теплопереносящей текучей среды уменьшено из-за наличия внутреннего трубопровода 304. Циркулируемая жидкая теплопереносящая текучая среда может обеспечивать лучшее распределение расхода мощности по обрабатываемому участку благодаря повышенной скорости жидкой теплопереносящей текучей среды при одной и той массовой скорости потока. При этом может быть также повышена надежность нагревателя.

В некоторых вариантах осуществления теплопереносящая текучая среда (расплавленная соль) может загустевать, в результате чего течение теплопереносящей текучей среды через внешний трубопровод 302 и/или внутренний трубопровод 304 будет замедляться и/или нарушаться. Избирательный нагрев разных частей внутреннего трубопровода 304 может обеспечивать достаточно тепла для разных частей нагревателя 200, чтобы усилить поток теплопереносящей текучей среды через нагреватель. Чтобы иметь возможность пропускать через выбранные части нагревателя 200 электроток, эти части нагревателя могут включать в себя ферромагнитный материал, например изолированные проводники. Нагрев сопротивлением внутреннего трубопровода 304 переносит достаточно тепла к загущенной теплопереносящей текучей среде во внешнем трубопроводе 302 и/или внутреннем трубопроводе 304, чтобы понизить вязкость теплопереносящей текучей среды в трубопроводах в достаточной степени для получения потока, усиленного по сравнению с потоком до нагрева расплавленной соли. Использование меняющегося во времени потока позволяет пропускать поток вдоль внутреннего трубопровода, не пропуская через теплопереносящую текучую среду электроток.

На фиг.5 приводится схема для нагрева разных частей нагревателя 200 с целью возобновления потока загущенной или иммобилизованной теплопереносящей текучей среды (например, расплавленной соли) в нагревателе. В некоторых вариантах осуществления части внутреннего трубопровода 304 и/или внешнего трубопровода 302 включают в себя ферромагнитные материалы, заключенные в термоизоляцию. Таким образом, эти части внутреннего трубопровода 304 и/или внешнего трубопровода 302 могут быть изолированными проводниками 308. Изолированные проводники 308 могут работать как ограниченные по температуре нагреватели, или нагреватели со скин-эффектом. Благодаря скин-эффекту изолированных проводников 308 подаваемый на изолированные проводники электроток остается ограниченным внутренним трубопроводом 304 и/или внешним трубопроводом 302 и не протекает через находящуюся в трубопроводах теплопереносящую текучую среду.

В некоторых вариантах осуществления изолированные проводники 308 расположены вдоль выбранного участка внутреннего трубопровода 304 (например, по всей длины внутреннего трубопровода или только вдоль части внутреннего трубопровода, расположенного в покрывающем слое). Подача электричества на внутренний трубопровод 304 генерирует тепло в изолированных проводниках 308. Генерируемое тепло может нагревать загущенную или иммобилизованную теплопереносящую текучую среду вдоль выбранного участка внутреннего трубопровода. Генерируемое тепло может нагревать теплопереносящую текучую среду как внутри внутреннего трубопровода, так и в кольцевом пространстве между внутренним трубопроводом и внешним трубопроводом 302. В некоторых вариантах осуществления внутренний трубопровод 304 включает только изолированные проводники 308, расположенные вдоль части внутреннего трубопровода, расположенного в покрывающем слое. Эти изолированные проводники избирательно генерируют тепло вдоль части внутреннего трубопровода, расположенного в покрывающем слое 304. Избирательный нагрев части внутреннего трубопровода 304, расположенного в покрывающем слое, может переносить тепло к загущенной теплопереносящей текучей среде и возобновлять поток вдоль части внутреннего трубопровода, расположенного в покрывающем слое. Такой избирательный нагрев может удлинить срок службы нагревателя и минимизировать расходы на электронагрев за счет концентрирования тепла в области с наибольшей вероятностью загущения или иммобилизации теплопереносящей текучей среды.

В некоторых вариантах осуществления изолированные проводники 308 расположены вдоль выбранного участка внешнего трубопровода 302 (например, вдоль части внешнего трубопровода, расположенного в покрывающем слое). Подача электричества на внешний трубопровод 302 генерирует тепло в изолированных проводниках 308. Генерируемое тепло может выборочно нагревать вскрышные части кольцевого пространства между внутренним трубопроводом 304 и внешним трубопроводом 302. От внешнего трубопровода 302 может быть перенесено достаточно тепла, чтобы снизить вязкость загущенной теплопереносящей текучей среды и обеспечить нормальное течение расплавленной соли в кольцевом пространстве.

В некоторых вариантах осуществления наличие конфигурации нагревателя типа «труба в трубе» позволяет использовать переключатели потоков, перенаправляющие поток теплопереносящей текучей среды в нагревателе от течения через кольцевое пространство между внешним трубопроводом и внутренним трубопроводом, когда поток находится вблизи обрабатываемого участка, на течение через внутренний трубопровод, когда поток находится вблизи покрывающего слоя. На фиг.6 дается схематическое представление нагревателей 200 типа «труба в трубе», которые используются с циркуляционными системами 202, 202' для нагрева обрабатываемого участка 300. В некоторых вариантах осуществления нагреватели 200 включают в себя внешний трубопровод 302, внутренний трубопровод 304 и переключатели 310 потоков. Системы 202, 202' циркуляции текучей среды подают нагреваемую жидкую теплопереносящую текучую среду к устьям 311 скважин. Направление потока жидкой теплопереносящей текучей среды указано стрелками 312.

Теплопереносящая текучая среда из системы 202 циркуляции текучей среды проходит через устье 311 скважины к внутреннему трубопроводу 304. Теплопереносящая текучая среда проходит через переключатель 310 потока, который перенаправляет поток от внутреннего трубопровода 304 к кольцевому пространству между внешним трубопроводом 302 и внутренним трубопроводом. После этого теплопереносящая текучая среда течет через нагреватель 200 в обрабатываемом участке 300. Теплоперенос от теплопереносящей текучей среды подает тепло к обрабатываемому участку 300. Теплопереносящая текучая среда проходит затем через второй переключатель 310' потока, который перенаправляет поток от кольцевого пространства обратно во внутренний трубопровод 304. Теплопереносящая текучая среда выводится из пласта через второе устье 311' скважины и подается в систему 202' циркуляции текучей среды. Нагретая теплопереносящая текучая среда из системы 202' циркуляции текучей среды поступает через нагреватель 200' обратно в систему 202 циркуляции текучей среды.

Использование переключателей 310 для пропускания текучей среды через кольцевое пространство, когда текучая среда находится вблизи обрабатываемого участка 300, способствует повышенному переносу тепла к обрабатываемому участку частично благодаря большой площади теплопереноса внешнего трубопровода 302. Использование переключателей 310 потока для пропускания текучей среды через внутренний трубопровод, когда она находится вблизи покрывающего слоя 218, может снижать тепловые потери в покрывающем слое. Кроме того, нагреватели 200 могут быть изолированными вблизи покрывающего слоя 218 с целью снижения тепловых потерь в пласт.

На фиг.7 показан вид в поперечном сечении одного из вариантов осуществления нагревателя 200 типа «труба в трубе», примыкающего к покрывающему слою 218. Между внешним трубопроводом 302 и внутренним трубопроводом 304 может быть помещена изоляция 314. Жидкая теплопереносящая текучая среда может протекать через центр внутреннего трубопровода 304. Изоляция 314 может быть высокопористым изоляционным слоем, который препятствует радиации при высоких температурах (например, температурах выше 500°С) и делает возможным поток вторичной теплопереносящей текучей среды на стадиях предварительного нагрева и/или нагрева для обеспечения текучести. Во время работы в основном режиме поток текучей среды через кольцевое пространство между внешним трубопроводом 302 и внутренним трубопроводом 304 вблизи покрывающего слоя 218 может быть остановлен или ослаблен.

Внешний трубопровод 302 может быть заключен в изоляционный рукав 315. Изоляционные рукава 315 на каждой стороне u-образного нагревателя могут быть прочно соединены с внешним трубопроводом 302 на большом протяжении, когда система не нагревается, благодаря чему изоляционные рукава на каждой стороне u-образного ствола скважины способны удерживать вес нагревателя. Изоляционный рукав 315 может включать в себя наружный элемент, представляющий собой конструкционный элемент, обеспечивающий подъем нагревателя 200, чтобы скомпенсировать тепловое расширение нагревателя. Изоляционный рукав 315 может быть заключен в обсадную трубу 317. Обсадная труба 317 может быть сочленена с покрывающим слоем 218 с помощью изоляционного цемента 319. Изоляционным цементом 319 может быть цемент, обладающий низкой теплопроводностью и тем самым уменьшающий кондуктивные теплопотери. Изоляционным цементом 319 может, например, быть вермикулит/заполнитель цемента. Чтобы помешать подъему пластового флюида в стволе скважины и/или создать изолирующую газовую подушку, в зазор 321 между изоляционным рукавом 315 и обсадной трубой 317 может вводиться инертный газ.

На фиг.8 дается схематическое представление одного из вариантов осуществления циркуляционной системы 202, которая подает жидкую теплопереносящую текучую среду в расположенные в пласте нагреватели типа «труба в трубе» (например, нагреватели, изображенные на фиг.6). Циркуляционная система 202 может включать в себя теплогенератор 204, компрессор 316, теплообменник 318, выхлопную систему 320, резервуар-хранилище 322 для жидкости, движущие текучую среду устройства 210 (например, насосы), подающий коллектор 324, возвратный коллектор 326 и систему 328 циркуляции вторичной теплопереносящей текучей среды. В некоторых вариантах осуществления теплогенератором 204 является печь. Топливо для теплогенератора 204 может подаваться по топливной линии 330. Количество топлива, подаваемого в теплогенератор 204, может регулироваться с помощью регулирующего клапана 332 в зависимости от температуры горячей теплопереносящей текучей среды, измеряемой с помощью температурного монитора 334.

Окислитель для теплогенератора 204 может подаваться по линии 336 окислителя. Выхлоп из теплогенератора 204 может проходить через теплообменник 318 к выхлопной системе 320. Окислитель из компрессора 316 может проходить через теплообменник 318 с целью нагрева его выхлопом из теплогенератора 204.

В некоторых вариантах осуществления для подачи нагревающей текучей среды в систему 328 циркуляции вторичной теплопереносящей текучей среды во время предварительного нагрева и/или пуска циркуляции текучей среды клапан 338 может быть открыт в сторону нагревателей. В некоторых вариантах осуществления выхлопной газ циркулирует через нагреватели с помощью системы 228 циркуляции вторичной теплопереносящей текучей среды. В некоторых вариантах осуществления выхлопной газ проходит через один или более теплообменников системы 328 циркуляции вторичной теплопереносящей текучей среды для нагрева циркулирующей через нагреватели текучей среды.

Во время предварительного нагрева система 228 циркуляции вторичной теплопереносящей текучей среды может подавать вторичную теплопереносящую текучую среду во внутренний трубопровод нагревателей и/или в кольцевое пространство между внутренним трубопроводом и внешним трубопроводом. Линия 340 может подавать вторичную теплопереносящую текучую среду на часть подающего коллектора 324, которая подает текучую среду во внутренние трубопроводы нагревателей. Линия 342 может подавать вторичную теплопереносящую текучую среду на часть подающего коллектора 324, которая подает текучую среду в кольцевые пространства между внутренними трубопроводами и внешними трубопроводами нагревателей. Линия 344 может возвращать вторичную теплопереносящую текучую среду из части возвратного коллектора 326, которая возвращает текучую среду из внутренних трубопроводов нагревателей. Линия 346 может возвращать вторичную теплопереносящую текучую среду из части возвратного коллектора 326, которая возвращает текучую среду из кольцевых пространств нагревателей. Клапаны 348 системы 328 циркуляции вторичной теплопереносящей текучей среды могут разрешать или останавливать вторичный теплопереносящий поток к или от подающего коллектора 324 и/или возвратного коллектора 326. Во время предварительного нагрева все клапаны 348 могут быть открыты. На стадии нагрева для обеспечения текучести клапаны 348 для линии 340 и для линии 344 могут быть закрыты, а клапаны 348 для линии 342 и линии 346 могут быть открыты. Жидкая теплопереносящая текучая среда из теплогенератора 204 может подаваться к части подающего коллектора 324, которая подает текучую среду во внутренние трубопроводы нагревателей на стадии нагрева для обеспечения текучести. Жидкая теплопереносящая текучая среда может возвращаться в резервуар-хранилище 322 из части возвратного коллектора 326, которая возвращает текучую среду из внутренних трубопроводов нагревателей. Во время работы в основном режиме все клапаны 348 могут быть закрыты.

В некоторых вариантах осуществления система 328 циркуляции вторичной теплопереносящей текучей среды является мобильной системой. Как только устанавливается рабочий поток теплопереносящей текучей среды через нагреватели, мобильная система 328 циркуляции вторичной теплопереносящей текучей среды может быть перемещена и соединена с другой циркуляционной системой, которая еще не была запущена в работу.

Во время работы в основном режиме жидкая теплопереносящая текучая среда из возвратного коллектора 326 может поступать в резервуар-хранилище 322 для жидкости. Резервуар-хранилище 322 для жидкости может быть изолирован и снабжен оперативным подогревом. Оперативный подогрев может включать в себя систему 350 циркуляции водяного пара, которая заставляет водяной пар циркулировать через змеевики в резервуаре-хранилище 322 для жидкости. Пропускаемый через змеевики пар поддерживает заданную температуру или заданный диапазон температур теплопереносящей текучей среды в резервуаре-хранилище 322 для жидкости.

Движущие текучую среду устройства 210 могут перемещать жидкую теплопереносящую текучую среду из резервуара-хранилища 322 для жидкости к теплогенератору 204. В некоторых вариантах осуществления движущими текучую среду устройствами 210 являются погруженные насосы, которые помещаются в резервуаре-хранилище 322 для жидкости. Присутствие движущих текучую среду устройств 210 в резервуарах-хранилищах может надежно поддерживать температуру насосов в пределах их рабочих температур. При этом теплопереносящая текучая среда может выполнять функцию смазки для этих насосов. В резервуаре-хранилище 322 может помещаться одна или более резервных насосных систем. Резервная насосная система используется в случае отказа первичной насосной системы или в случае необходимости в ее техническом осмотре.

В период пуска теплогенератора 204 клапаны 352 могут направлять жидкую теплопереносящую текучую среду в резервуар-хранилище для жидкости. После завершения предварительного нагрева нагревателя в пласте клапаны 352 могут быть переконфигурированы на направление жидкой теплопереносящей текучей среды к части подающего коллектора 324, которая подает жидкую теплопереносящую текучую среду во внутренний трубопровод предварительно нагретого нагревателя. Возвратная жидкая теплопереносящая текучая среда из внутреннего трубопровода предварительно нагретого возвратного трубопровода может проходить через часть возвратного коллектора 326, в которую поступает прошедшая через пласт теплопереносящая текучая среда, после чего теплопереносящая текучая среда направляется в резервуар-хранилище 322 для жидкости.

Чтобы начать использовать циркуляционную систему 202, резервуар-хранилище 322 для жидкости может быть нагрет с использованием системы 350 циркуляции водяного пара. Теплопереносящая текучая среда может вводиться в резервуар-хранилище 322 для жидкости. Теплопереносящая текучая среда может загружаться в виде твердых частиц, которые плавятся в резервуаре-хранилище 322 для жидкости, либо же в резервуар-хранилище 322 для жидкости может загружаться жидкая теплопереносящая текучая среда. Для циркуляции теплопереносящей текучей среды из резервуара-хранилища 322 для жидкости к теплогенератору и обратно может быть запущен теплогенератор 204 и использованы движущие текучую среду устройства 210. Для нагрева нагревателей в пласте, которые соединены с подающими коллекторами 324 и возвратными коллекторами 326, может быть использована система 328 вторичной теплопереносящей текучей среды. Подача вторичной теплопереносящей текучей среды к части подающего коллектора 324, которая запитывает внутренние трубопроводы нагревателей, может быть остановлена. Возврат вторичной теплопереносящей текучей среды из части возвратного коллектора, куда поступает теплопереносящая текучая среда из внутренних трубопроводов нагревателей, также может быть остановлен. Теплопереносящая текучая среда из теплогенератора 204 может после этого направляться во внутренний трубопровод нагревателей.

Теплопереносящая текучая среда может течь через внутренние трубопроводы нагревателей до переключателей потока, которые перенаправляют поток теплопереносящей текучей среды от внутренних трубопроводов к кольцевым пространствам между внутренними трубопроводами и внешними трубопроводами. После этого теплопереносящая текучая среда может проходить через переключатели потока, которые перенаправляют поток обратно к внутренним трубопроводам. Присоединенные к нагревателям клапаны могут разрешать теплопереносящей текучей среде течь к отдельным нагревателям с целью их последовательного пуска вместо того, чтобы иметь систему циркуляции теплопереносящей текучей среды, которая бы подавала теплопереносящую текучую среду сразу на все нагреватели.

В возвратный коллектор 326 поступает теплопереносящая текучая среда, прошедшая через нагреватели в пласте, которые запитываются от второй системы циркуляции теплопереносящей текучей среды. Из возвратного коллектора 326 теплопереносящая текучая среда может направляться обратно в резервуар-хранилище 322 для жидкости.

Во время начального нагрева система 328 циркуляции вторичной теплопереносящей текучей среды может продолжать осуществлять циркуляцию вторичной теплопереносящей текучей среды через часть нагревателя, в которую не поступает теплопереносящая текучая среда, поступающая из теплогенератора 204. В некоторых вариантах осуществления система 328 циркуляции вторичной теплопереносящей текучей среды направляет вторичную теплопереносящую текучую среду в одном направлении с потоком теплопереносящей текучей среды, поступающей из теплогенератора 204. В некоторых вариантах осуществления система 328 циркуляции вторичной теплопереносящей текучей среды направляет вторичную теплопереносящую текучую среду в направлении, противоположном потоку теплопереносящей текучей среды, поступающей из теплогенератора 204. Вторичная теплопереносящая текучая среда может обеспечивать постоянный поток теплопереносящей текучей среды, поступающей из теплогенератора 204. Поток вторичной теплопереносящей текучей среды может быть остановлен, если выходящая из пласта вторичная теплопереносящая текучая среда горячее вторичной теплопереносящей текучей среды, подаваемой в пласт, из-за теплопереноса с теплопереносящей текучей средой, поступающей из теплогенератора 204. В некоторых вариантах осуществления поток вторичной теплопереносящей текучей среды может быть остановлен, если через определенный период времени возникнут другие условия.

Примеры

Ниже приводятся не ограничивающие изобретения примеры.

Имитация системы циркуляции расплавленной соли. Имитация была проведена с использованием расплавленной соли в циркуляционной системе, предназначенной для нагрева горючесланцевого пласта. Расстояние между скважинами составляло 30 фут (примерно 9,14 м) и обрабатываемый участок составлял 5000 фут (примерно 1,5 км) пласта, окружающего по существу горизонтальную часть системы труб. Толщина покрывающего слоя была равной 984 фут (примерно 300 м). Система труб в пласте включает внутренний трубопровод, расположенный во внешнем трубопроводе. Примыкающий к обрабатываемому участку внешний трубопровод представляет собой 4'' (10,2 см) трубу, относящуюся к сортаменту 80, а расплавленная соль течет по кольцевому пространству между внешним трубопроводом и внутренним трубопроводом. В пределах покрывающего слоя пласта расплавленная соль течет по внутреннему трубопроводу. Перед обрабатываемым участком первый переключатель текучей среды в сети труб перенаправляет поток от внутреннего трубопровода к кольцевому пространству, а после обрабатываемого участка второй переключатель текучей среды в сети труб перенаправляет поток от кольцевого пространства к внутреннему трубопроводу.

На фиг.9 приводится время достижения заданной температуры продуктивного коллектора, равной 340°С, для разных массовых скоростей потока или разных температур на входе. Кривая 354 описывает случай для температуры расплавленной соли на входе равной 550°С и массовой скорости потока 6 кг/с. Время достижения заданной температуры составило 1195 суток. Кривая 356 описывает случай для температуры расплавленной соли на входе равной 550°С и массовой скорости потока 12 кг/с. Время достижения заданной температуры составило 745 суток.

На фиг.10 приводится зависимость температуры расплавленной соли в конце обрабатываемого участка и расхода вводимой мощности от времени для случаев, когда температура расплавленной соли на входе равна 550°С. Кривая 360 описывает температуру расплавленной соли в конце обрабатываемого участка для случая, когда массовая скорость потока составляла 6 кг/с. Кривая 360 описывает температуру расплавленной соли в конце обрабатываемого участка для случая, когда массовая скорость потока составляла 12 кг/с. Кривая 364 описывает расхода вводимой мощности в пласт (Вт/фут) для случая, когда массовая скорость потока составляла 6 кг/с. Кривая 364 описывает расход вводимой в пласт мощности (Вт/фут) для случая, когда массовая скорость потока составляла 12 кг/с. Экспериментальные точки в виде кружков указывают на прекращение нагрева.

На фиг.11 и фиг.12 приводятся результаты имитации для нагревающих частей нагревателей равных 8000 фут (примерно 2,4 км), помещенных в пласт Grosmont (Канада), для двух разных массовых скоростей потока. На фиг.11 приведены результаты для массовой скорости потока 18 кг/с. Кривая 368 описывает температуру на входе в нагреватель, равную примерно 540°С. Кривая 370 описывает температуру нагревателя на выходе. Кривая 372 описывает среднюю температуру нагретого объема. Кривая 374 описывает расход вводимой в пласт мощности. На фиг.12 приведены результаты для массовой скорости потока 12 кг/с. Кривая 376 описывает температуру на входе в нагреватель, равную примерно 540°С. Кривая 376 описывает температуру на выходе из нагревателя. Кривая 382 описывает расход вводимой в пласт мощности.

Приведенные примеры демонстрируют способ применения системы, который включает в себя по меньшей мере одну систему циркуляции текучей среды, сконфигурированную таким образом, чтобы она обеспечивала подачу горячей теплопереносящей текучей среды к множеству нагревателей в пласте, соединенных с циркуляционной системой. По меньшей мере один из нагревателей включает в себя первый трубопровод, второй трубопровод, расположенный в первом трубопроводе, и первый переключатель потока. Этот переключатель потока сконфигурирован так, чтобы позволять текучей среде, текущей через второй трубопровод, течь через кольцевое пространство между первым трубопроводом и вторым трубопроводом.

На основании настоящего описания специалисту в данной области станут очевидны дополнительные модификации и альтернативные варианты осуществления разных аспектов изобретения. Соответственным образом, это описание следует рассматривать лишь как иллюстративное, целью которого является показать специалистам общее направление выполнения изобретения. Следует иметь в виду, что показанные и описанные в заявке формы изобретения следует рассматривать как предпочтительные в настоящий момент варианты осуществления. Описанные в заявке элементы и материалы могут быть заменены другими, порядок частей и операций может быть изменен на обратный, а некоторые признаки изобретения могут быть использованы независимым образом и при этом все из них, как это должно быть очевидным специалистам, содержат в себе выгоду от описания настоящего изобретения. Описанные в заявке элементы могут быть изменены в рамках сути и объема изобретения в том виде, в каком оно описано в приведенной ниже формуле изобретения. Наконец, следует иметь в виду, что описанные в заявке независимым образом признаки в некоторых вариантах осуществления могут быть объединены.

Claims (21)

1. Способ нагрева подземного пласта, характеризующийся тем, что:
вводят расплавленную соль в первый канал нагревателя типа «труба в трубе» в первом месте; при этом ввод расплавленной соли в первый канал включает в себя ввод расплавленной соли во внутреннюю трубу нагревателя типа «труба в трубе» и пропускание расплавленной соли через переключатель потока для перенаправления потока из внутренней трубы к кольцевой области между внутренней трубой и внешней трубой,
пропускают расплавленную соль через нагреватель типа «труба в трубе» в пласте ко второму месту, находящемуся на расстоянии от первого места, причем во время прохода расплавленной соли через нагреватель типа «труба в трубе» происходит перенос тепла от расплавленной соли к обрабатываемому участку, и
выводят расплавленную соль из нагревателя типа «труба в трубе» в указанном втором месте.

2. Способ по п.1, в котором ввод расплавленной соли в первый канал включает в себя ввод теплопереносящей текучей среды во внутреннюю трубу нагревателя типа «труба в трубе».

3. Способ по п.1, в котором дополнительно пропускают расплавленную соль через второй переключатель потока для перенаправления потока из кольцевой области между внутренней трубой и внешней трубой для протекания через внутреннюю трубу.

4. Способ по п.1, в котором дополнительно вводят вторичную теплопереносящую текучую среду во второй канал нагревателя типа «труба в трубе» для обеспечения текучести расплавленной соли в первом канале.

5. Способ по п.4, в котором дополнительно прекращают или уменьшают поток вторичной теплопереносящей текучей среды во втором канале после того, как температура нагревателя достигнет величины, достаточной для обеспечения текучести расплавленной соли.

6. Способ по п.5, в котором дополнительно вводят третью теплопереносящую текучую среду в первый канал нагревателя до введения расплавленной соли для предварительного нагрева первого канала и выводят по меньшей мере часть третьей теплопереносящей текучей среды из первого канала.

7. Способ по п.6, в котором удаление по меньшей мере части третьей теплопереносящей текучей среды включает в себя замещение третьей теплопереносящей текучей среды расплавленной солью.

8. Способ нагрева подземного пласта, характеризующийся тем, что:
вводят вторичную теплопереносящую текучую среду в первый канал нагревателя для предварительного нагрева нагревателя;
вводят первичную теплопереносящую текучую среду во второй канал нагревателя, и
прекращают или уменьшают поток вторичной теплопереносящей текучей среды в первый канал после того, как температура нагревателя достигнет величины, достаточной для обеспечения текучести первичной теплопереносящей текучей среды.

9. Способ по п.8, в котором дополнительно вводят третью теплопереносящую текучую среду во второй канал до введения первичной теплопереносящей текучей среды для предварительного нагрева второго канала и выводят по меньшей мере часть третьей теплопереносящей текучей среды из второго канала.

10. Способ по п.9, в котором вывод по меньшей мере части третьей теплопереносящей текучей среды включает в себя замещение третьей теплопереносящей текучей среды первичной теплопереносящей текучей средой.

11. Система для нагрева подземного пласта, содержащая:
по меньшей мере одну систему циркуляции текучей среды, выполненную с возможностью обеспечения множества нагревателей в пласте горячей теплопереносящей текучей средой, и
множество нагревателей в пласте, соединенных с циркуляционной системой, при этом по меньшей мере один из нагревателей содержит:
первую трубу;
вторую трубу, расположенную в первой трубе; и
первый переключатель потока, выполненный с возможностью изменять направление потока текучей среды от протекания через вторую трубу, когда текучая среда находится вблизи покровного слоя пласта, на протекание через кольцевую область между первой и второй трубой, когда текучая среда находится вблизи области теплообработки в пласте.

12. Система по п.11, в которой один или более нагревателей являются L-образными нагревателями.

13. Система по п.11, в которой текучей средой является расплавленная соль, причем расплавленная соль протекает через вторую трубу, примыкающую по меньшей мере к части покрывающего слоя, при этом горячая теплопереносящая текучая среда протекает через кольцевую область между первой и второй трубой, примыкающей по меньшей мере к части обрабатываемого участка.

14. Система по п.11, в которой по меньшей мере одна система циркуляции текучей среды содержит первую систему циркуляции текучей среды вблизи первой стороны обрабатываемого участка и вторую систему циркуляции текучей среды вблизи второй стороны обрабатываемого участка, при этом первая система циркуляции выполнена с возможностью подачи расплавленной соли на входы в первый ряд нагревателей, а вторая система циркуляции выполнена с возможностью приема расплавленной соли с выходов первого ряда нагревателей.

15. Способ нагрева подземного пласта, включающий этапы, на которых:
осуществляют циркуляцию первой теплопереносящей текучей среды через нагреватель, расположенный в подземном пласте, для повышения температуры нагревателя до температуры, которая обеспечивает текучесть второй теплопереносящей текучей среды в нагревателе;
прекращают циркуляцию первой теплопереносящей текучей среды через нагреватель;
осуществляют циркуляцию второй теплопереносящей текучей среды через нагреватель, расположенный в подземном пласте, для повышения температуры обрабатываемого участка, примыкающего к нагревателю.

16. Способ по п.15, в котором нагреватель содержит трубу в пласте.

17. Способ по п.15, в котором нагреватель является нагревателем типа «труба в трубе», при этом первая теплопереносящая текучая среда протекает через нагреватель по первому каналу, а вторая теплопереносящая текучая среда протекает через нагреватель по второму каналу.

18. Система для нагрева подземного пласта, включающая:
по меньшей мере одну систему циркуляции текучей среды, выполненную с возможностью обеспечения множества нагревателей в пласте горячей теплопереносящей текучей средой; и
множество нагревателей в пласте, соединенных с системой циркуляции, при этом по меньшей мере один из нагревателей содержит:
первую трубу;
вторую трубу, расположенную в первой трубе; и
первый переключатель потока, выполненный с возможностью изменять направление потока текучей среды от протекания через вторую трубу, когда текучая среда находится вблизи покровного слоя пласта, на протекание через кольцевую область между первой и второй трубой, когда текучая среда находится вблизи области теплообработки в пласте;
при этом по меньшей мере часть первой трубы выполнена с возможностью резистивного нагрева при подаче электрического тока в указанную часть, причем резистивное тепло сконфигурировано для нагрева теплопереносящей текучей среды, с тем чтобы поддерживать протекание теплопереносящей текучей среды в нагревателе.

19. Система по п.18, в которой указанная часть первой трубы, выполненная с возможностью резистивного нагревания, содержит часть первой трубы, расположенную в покрывающем слое.

20. Система для нагрева подземного пласта, содержащая:
по меньшей мере одну систему циркуляции текучей среды, выполненную с возможностью обеспечения множества нагревателей в пласте горячей теплопереносящей текучей средой; и
множество нагревателей в пласте, соединенных с системой циркуляции, при этом по меньшей мере один из нагревателей содержит:
первую трубу;
вторую трубу, расположенную в первой трубе; и
первый переключатель потока, выполненный с возможностью изменять направление потока текучей среды от протекания через вторую трубу, когда текучая среда находится вблизи покровного слоя пласта, на протекание через кольцевую область между первой и второй трубой, когда текучая среда находится вблизи области теплообработки в пласте.
при этом по меньшей мере часть второй трубы выполнена с возможностью резистивного нагрева при подаче электрического тока в указанную часть, причем резистивное тепло сконфигурировано для нагрева теплопереносящей текучей среды, с тем чтобы поддерживать протекание теплопереносящей текучей среды в нагревателе.

21. Система по п.20, в которой указанная часть второй трубы, выполненная с возможностью резистивного нагрева, содержит часть второй трубы, расположенную в покрывающем слое.

Images