Барьер из серы для использования с процессами на месте залегания для обработки пластов
Изобретение относится к способам и системам формирования барьера вокруг, по меньшей мере, части подземной области обработки. Способ включает закачивание серы в один или более стволов скважин, расположенных внутри периметра области обработки в пласте, при этом проницаемость области обработки составляет, по меньшей мере, 0,1 Д, обеспечение возможности перемещения, по меньшей мере, части серы по направлению к частям пласта, температура которых меньше температуры плавления серы, с тем чтобы сера затвердевала в пласте и формировала барьер. Область, прилегающую к стволам скважины, нагревают до температуры, превышающую температуру плавления серы, но меньше температуры пиролиза углеводородов, после чего нагрев останавливают для охлаждения пласта естественным образом, с тем чтобы сера в пласте затвердела. Способ формирования барьера в пласте включает нагрев части пласта, прилегающей к множеству стволов скважин для повышения температуры пласта рядом со стволами скважин до значения, превышающего температуру плавления серы, но меньше температуры пиролиза углеводородов в пласте, ввод серы в пласт из, по меньшей мере, некоторых стволов скважин, и обеспечение возможности сере перемещаться от стволов скважин по направлению к частям пласта, температура которых меньше температуры плавления серы, с тем чтобы сера затвердевала в пласте и формировала барьер. Технический результат - повышение эффективности изоляции. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 2 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение, в общем, относится к способам и системам формирования барьера вокруг, по меньшей мере, части подземной области обработки. Более конкретно настоящее изобретение относится к способу формирования барьера вокруг области обработки с использованием серы. Область обработки может представлять собой область, которая подвергалась обработке путем термообработки на месте залегания, подвергается обработке путем термообработки на месте залегания или должна подвергаться обработке путем термообработки на месте залегания.
Уровень техники
Для обработки подземных пластов могут быть использованы процессы, выполняемые на месте залегания. Во время некоторых процессов, выполняемых на месте залегания, в пласт могут вводить флюиды или в пласте могут вырабатываться флюиды. Может быть необходимо содержать закачанные или выработанные флюиды в области обработки для того, чтобы минимизировать или исключать воздействие процесса in situ на прилегающие области. При проведении некоторых процессов на месте залегания, вокруг всей области обработки или вокруг ее части может быть сформирован барьер, препятствующий перемещению флюидов в область обработки или из нее.
Для изоляции выбранных областей подземного пласта с различными целями может быть использована низкотемпературная зона. В некоторых системах при рекультивации земель землю замораживают с целью предотвращения перемещения флюидов из области обработки. Системы заморозки земли описаны в патентах US №4860544, автор Крейг (Krieg) и другие, №4974425, автор Крейг и другие, №5507149, автор Дэш (Dash) и другие, №6796139, автор Брили (Briley) и другие, и №6854929, автор Винигар (Vinegar) и другие.
Для получения низкотемпературного барьера в пласте, где необходимо сформировать барьер, могут быть сформированы расположенные на расстоянии друг от друга стволы скважин. В стволах скважин могут быть расположены трубы. Для уменьшения температуры рядом со стволами скважин по трубам может циркулировать низкотемпературный жидкий теплоноситель. Зона низкой температуры вокруг стволов скважины может расширяться наружу. В конечном счете зоны низкой температуры, сформированные двумя соседними стволами скважин, объединяются. Температура зон низкотемпературных зон может быть достаточно низкой для замораживания пластового флюида, так что получается, по существу, непроницаемый барьер. Расстояние между стволами скважины может составлять от 1 метра до 3 метров и более. Низкотемпературный барьер может быть расположен на значительном расстоянии от части пласта, которую будут нагревать с использованием процесса тепловой обработки на месте залегания.
При выполнении обработки in situ некоторых пластов может быть получен сероводород или другие соединения, содержащие серу. В ходе некоторых операций из соединений серы может быть получена свободная сера. Сера может быть получена с использованием Клаус-процесса. Результатом Клаус-процесса может являться получение газообразной серы.
Для формирования низкотемпературного барьера могут потребоваться значительные затраты на оборудование, энергию и время. Кроме того после завершения процесса тепловой обработки на месте залегания желательно поддерживать изоляцию области обработки на месте залегания от окружающих обработанных или необработанных областей пласта. Следовательно, желательно иметь возможность формировать барьер в пласте из материала, который доступен в месте проведения процесса обработки in situ и который останется в пласте после завершения операций обработки in situ.
Раскрытие изобретения
Описанные варианты осуществления изобретения, в общем, относятся к системам и способам формирования барьера из серы вокруг, по меньшей мере, части подземной области обработки.
В некоторых вариантах осуществления изобретения способ формирования барьера из серы вокруг, по меньшей мере, части области обработки подземного пласта включает в себя следующее: закачивают серу в один или более стволов скважин, расположенных внутри периметра области обработки в пласте; и дают возможность, по меньшей мере, части серы перемещаться в направлении частей пласта, температура которых меньше температуры плавления серы, с тем чтобы сера затвердевала в пласте и формировала барьер.
В некоторых вариантах осуществления изобретения, в сочетании с другими вариантами осуществления изобретения проницаемость области обработки может составлять, по меньшей мере, 0,1 Д, по меньшей мере, 1 Д, по меньшей мере, 10 Д, по меньшей мере, 100 Д.
В некоторых вариантах осуществления изобретения, в сочетании с другими вариантами осуществления изобретения проницаемость области обработки увеличена благодаря процессу добычи растворением и/или процессу тепловой обработки на месте залегания.
В некоторых вариантах осуществления изобретения, в сочетании с другими вариантами осуществления изобретения серу закачивают в пласт в виде жидкости и/или пара. В некоторых вариантах осуществления изобретения, в сочетании с другими вариантами осуществления изобретения поток серы направляют к периметру области обработки. В некоторых вариантах осуществления изобретения, в сочетании с другими вариантами осуществления изобретения стволы скважин, по которым закачивают серу в пласт, расположены рядом с периметром области обработки. В некоторых вариантах осуществления изобретения, в сочетании с другими вариантами осуществления изобретения низкотемпературный барьер, по меньшей мере, частично окружающий область обработки, улучшает затвердевание серы с целью образования барьера.
В некоторых вариантах осуществления изобретения способ формирования барьера в пласте включает в себя следующее: нагревают часть пласта, прилегающую к множеству стволам скважин, с целью повышения температуры пласта рядом со стволами скважин до значения, превышающего температуру плавления серы, но меньшего температуры пиролиза углеводородов в пласте; закачивают расплавленную серу, по меньшей мере, в некоторые стволы скважин; и дают возможность сере перемещаться от стволов скважин по направлению к частям пласта, температура которых меньше температуры плавления серы, так что сера затвердевает в пласте и формирует барьер.
В некоторых вариантах осуществления изобретения, в сочетании с другими вариантами осуществления изобретения, по меньшей мере, один нагреватель, используемый для нагревания части пласта, прилегающей к стволам скважин, представляет собой нагреватель с ограничением температуры. В некоторых вариантах осуществления изобретения, в сочетании с другими вариантами осуществления изобретения из области обработки, расположенной внутри барьера, добывают растворением и/или в области обработки, расположенной внутри барьера, используют процесс тепловой обработки на месте залегания. В некоторых вариантах осуществления изобретения, в сочетании с другими вариантами осуществления изобретения барьер формируют между первым барьером и областью обработки, используемой для добычи флюида из пласта. В некоторых вариантах осуществления изобретения, в сочетании с другими вариантами осуществления изобретения температура расплавленной серы, закачиваемой в пласт, близка к температуре плавления серы. В некоторых вариантах осуществления изобретения, в сочетании с другими вариантами осуществления изобретения в области обработки находится диоксид углерода.
В других вариантах осуществления изобретения признаки конкретных вариантов осуществления изобретения могут быть совмещены с признаками других вариантов осуществления изобретения. Например, признаки одного варианта осуществления изобретения могут быть совмещены с признаками любого другого варианта осуществления изобретения.
В других вариантах осуществления изобретения обработка подземного пласта осуществляется с использованием любых описанных здесь способов или систем.
В других вариантах осуществления изобретения к описанным здесь конкретным вариантам осуществления изобретения могут быть добавлены дополнительные признаки.
Краткое описание чертежей
Достоинства настоящего изобретения будут ясны специалистам в рассматриваемой области после прочтения подробного описания, содержащего ссылки на приложенные чертежи, на которых:
фиг.1 - вид, показывающий этапы нагревания пласта, содержащего углеводороды;
фиг.2 - схематический вид варианта осуществления части системы тепловой обработки на месте залегания, предназначенной для обработки пласта, содержащего углеводороды.
Хотя изобретение не исключает различные модификации и альтернативные формы, далее для примера на чертежах показаны и подробно описаны конкретные варианты осуществления изобретения. Чертежи могут быть выполнены не в масштабе. Тем не менее необходимо понимать, что чертежи и подробное описание не ограничивают изобретение конкретной описанной формой, а наоборот, изобретение охватывает все модификации, эквиваленты и альтернативы, не выходящие за рамки объема и сущности настоящего изобретения, которые определены в прилагаемой формуле изобретения.
Подробное описание изобретения
Последующее описание, в общем, относится к системам и способам обработки углеводородов в пластах. Такие пласты могут быть обработаны с использованием процессов переработки in situ, осуществляемых с целью добычи углеводородных продуктов, водорода и других продуктов. Вокруг всей области обработки, на которую воздействует процесс тепловой обработки на месте залегания, или вокруг ее части может быть сформирован барьер или барьеры.
«Температурой Кюри» называют температуру, выше которой ферромагнитный материал теряет все свои ферромагнитные свойства. Кроме потери всех своих ферромагнитных свойств при температурах, превышающих температуру Кюри, ферромагнитный материал начинает терять свои ферромагнитные свойства тогда, когда через него пропускают увеличивающийся электрический ток.
«Пласт» включает в себя один или несколько слоев, содержащих углеводороды, один или несколько неуглеводородных слоев, покрывающий слой и/или подстилающий слой. «Углеводородными слоями» называются слои пласта, которые содержат углеводороды. Углеводородные слои могут содержать неуглеводородный материал и углеводородный материал. «Покрывающий слой» и/или «подстилающий слой» содержат один или несколько различных типов непроницаемых материалов. Например, покрывающий и/или подстилающий слои могут представлять собой скалу, сланцевую глину, алевритоглинистую породу или плотную карбонатную горную породу, не пропускающую влагу. В некоторых вариантах осуществления процессов тепловой обработки на месте залегания покрывающий и/или подстилающий слои могут включать в себя содержащий углеводороды слой или содержащие углеводороды слои, которые сравнительно непроницаемы и не подвергаются воздействию температур при процессах тепловой обработки на месте залегания, в результате которых характеристики содержащих углеводороды слоев покрывающего и/или подстилающего слоев значительно изменяются. Например, подстилающий слой может содержать сланцевую глину или алевритоглинистую породу, но при осуществлении процессов тепловой обработки на месте залегания подстилающий слой не нагревают до температуры пиролиза. В некоторых случаях покрывающий слой и/или подстилающий слои могут быть до некоторой степени проницаемыми.
«Пластовыми флюидами» называются флюиды, присутствующие в пласте, и они могут содержать флюид, полученный в результате пиролиза, синтез-газ, подвижные углеводороды и воду (пар). Пластовые флюиды могут содержать углеводородные флюиды, а также неуглеводородные флюиды. Под «подвижными флюидами» понимают флюиды пласта, содержащего углеводороды, которые способны течь в результате тепловой обработки пласта. «Добытыми флюидами» называют флюиды, извлеченные из пласта.
«Источник тепла» представляет собой любую систему, подающую тепло, по меньшей мере, к части пласта, теплота передается в основном в результате радиационного теплообмена и/или кондуктивной передачи тепла. Например, источник тепла может содержать электрические нагревательные устройства, такие как изолированный проводник, удлиненный элемент и/или проводник, расположенный в трубе. Также источник тепла может содержать системы, вырабатывающие теплоту в результате горения топлива вне пласта или в нем. Эти системы могут быть внешними горелками, забойными газовыми горелками, беспламенными распределенными камерами сгорания и природными распределенными камерами сгорания. В некоторых вариантах осуществления изобретения теплота, подведенная от одного или нескольких источников тепла или выработанная в нем, может подводиться от других источников энергии. Другие источники энергии могут непосредственно нагревать пласт или энергия может сообщаться передающей среде, которая непосредственно или косвенно нагревает пласт. Ясно, что один или несколько источников тепла, которые подводят теплоту к пласту, могут использовать различные источники энергии. Таким образом, например, для заданного пласта некоторые источники тепла могут подводить теплоту от резистивных нагревателей, некоторые источники теплоты могут обеспечивать нагревание благодаря камере сгорания, а другие источники тепла могут подводить теплоту из одного или нескольких источников энергии (например, энергия от химических реакций, солнечная энергия, энергия ветра, биомасса или другие источники возобновляемой энергии). Химическая реакция может включать в себя экзотермическую реакцию (например, реакцию окисления). Также источник тепла может включать в себя нагревательное устройство, которое подводит теплоту в зону, расположенную рядом с нагреваемым местом, таким как нагревательная скважина, или окружающую это место.
«Нагреватель» - это любая система или источник тепла, предназначенный для выработки теплоты в скважине или рядом со стволом скважины. К нагревателям относят, помимо прочего, электрические нагреватели, горелки, камеры сгорания, в которых в реакцию вступает материал пласта или материал, добываемый в пласте, и их комбинации.
Под «углеводородами» обычно понимаются молекулы, образованные в основном атомами углерода и водорода. Углеводороды также могут содержать другие элементы, такие как, например, галогены, металлические элементы, азот, кислород и/или серу. Углеводородами являются, например, кероген, битум, пиробитум, масла, природные минеральные воски и асфальтиты. Углеводороды могут располагаться в природных вмещающих породах в земле или рядом с ними. Вмещающими породами, помимо прочего, являются осадочные горные породы, пески, силицилиты, карбонатные горные породы и другие пористые среды. «Углеводородные флюиды» - это флюиды, содержащие углеводороды. Углеводородные флюиды могут содержать, увлекать с собой или быть увлеченными неуглеводородными флюидами, такими как водород, азот, оксид углерода, диоксид углерода, сероводород, вода и аммиак.
Под «процессом переработки in situ» понимается процесс нагревания пласта, содержащего углеводороды, источниками тепла, направленный на повышение температуры, по меньшей мере, части пласта, выше температуры пиролиза с целью получения в пласте флюида в результате пиролиза.
Под «процессом тепловой обработки на месте залегания» понимается процесс нагревания пласта, содержащего углеводороды, с помощью источников тепла, направленный на повышение температуры, по меньшей мере, части пласта выше температуры, в результате которой получаются подвижный флюид, происходит легкий крекинг и/или пиролиз материала, содержащего углеводороды, так что в пласте вырабатываются подвижные флюиды, флюиды, являющиеся результатом легкого крекинга и/или флюиды, являющиеся результатом пиролиза.
«Пиролиз» представляет собой разрыв химических связей, происходящий из-за приложения теплоты. Например, пиролиз может включать в себя преобразование соединения в одно или несколько других веществ с помощью одной теплоты. Теплоту можно подавать некоторой части пласта с целью осуществления пиролиза. В некоторых пластах части пласта и/или другие материалы, находящиеся в пласте, могут содействовать реакции пиролиза благодаря каталитической активности.
Под «нагревателем с ограничением температуры», в общем, понимается нагреватель, в котором регулируется теплоотдача (например, уменьшается величина теплоотдачи) выше определенной температуры, что происходит без использования внешних элементов управления, таких как регуляторы температуры, регуляторы мощности, детекторы или другие устройства. Нагреватели с ограничением температуры могут представлять собой резистивные нагреватели переменного тока или модулированного (например, «срезанного») постоянного тока.
«Теплопроводностью» называется свойство материала, которая описывает скорость теплопередачи, в устойчивом состоянии, между двумя поверхностями материала при заданной разнице температур между двумя поверхностями.
Под термином «ствол скважины» понимается отверстие в пласте, изготовленное бурением или вводом трубы в пласт. Поперечное сечение ствола скважины может быть, по существу, круглым или каким-либо другим. Здесь термины «скважина» и «отверстие», когда говорится об отверстии в пласте, могут быть заменены термином «ствол скважины».
Некоторые пласты, содержащие углеводороды, такие как пласты нефтеносного сланца, могут содержать нахколит, трону и/или другие полезные ископаемые. В некоторых вариантах осуществления изобретения некоторые полезные ископаемые могут быть извлечены из пласта до использования процесса тепловой обработки на месте залегания с целью добычи из пласта углеводородов и других соединений.
С целью определения области обработки вокруг части пласта, из которого ведется добыча растворением, может быть сформирован барьер, расположенный по периметру. Барьер, расположенный по периметру, может препятствовать перемещению воды в область обработки. При добыче растворением и/или процессе тепловой обработки на месте залегания барьер, расположенный по периметру, может препятствовать перемещению растворенных полезных ископаемых и пластового флюида из области обработки. Область обработки может быть нагрета с использованием источников теплоты. При начальном нагревании температура части пласта, которую будут обрабатывать, может быть повышена до температуры, меньшей температуры диссоциации добываемых полезных ископаемых. Температура может принимать любое значение, которое увеличивает скорость сольватации полезных ископаемых в воде, но которое также меньше температуры, при котором происходит диссоциация (для нахколита - выше 95°С при атмосферном давлении).
В нагреваемую часть могут закачивать первый флюид. Первый флюид может содержать воду, минерализованную воду, пар или другие флюиды, которые образуют раствор с минералами нахколита. Температура первого флюида может быть выше и составлять, например, 90°С, 95°С или 100°С. Эта повышенная температура может быть аналогична температуре части пласта.
В некоторых вариантах осуществления первый флюид закачивают при повышенной температуре в часть пласта, которая не была нагрета источниками теплоты. Повышенная температура может быть меньше температуры кипения первого флюида, например для воды составлять 90°С. Подача первого флюида при повышенной температуре увеличивает температуру части пласта. В определенных вариантах осуществления изобретения от одного или нескольких источников теплоты можно подводить дополнительную теплоту к пласту во время и/или после нагнетания первого флюида.
В некоторых вариантах осуществления изобретения первый флюид является паром или содержит его. Пар может быть получен в предыдущей нагретой части пласта (например, при прохождении воды по u-образным стволам скважин, которые использовались для нагревания пласта) с помощью теплообмена с флюидами, добытыми в пласте, и/или пар может быть получен в стандартных установках получения пара. В некоторых вариантах осуществления изобретения первый флюид может представлять сбой флюид, закачанный непосредственно в горячую часть указанной части пласта или полученный в горячей части пласта. Далее первый флюид может быть использован в качестве первого флюида для добычи растворением.
В некоторых вариантах осуществления изобретения теплоту из горячей, ранее нагретой части пласта, используют для нагревания воды, минерализованной воды и/или пара, используемого для добычи растворением в новой части пласта. Теплообменный флюид может быть закачан в горячую, ранее обработанную часть пласта. Теплообменный флюид может представлять собой воду, пар, диоксид углерода и/или являться другим флюидом. Теплота может передаваться от горячего пласта теплообменному флюиду. Теплообменный флюид добывают из пласта по добывающим скважинам. Теплообменный флюид проходит по теплообменному устройству. Теплообменное устройство может нагревать воду, минерализованную воду и/или пар, используемые в качестве первого флюида для добычи растворением в новой части пласта. Теплообменный флюид может быть повторно закачан в нагретую часть пласта с целью получения дополнительного горячего теплообменного флюида. В некоторых вариантах осуществления изобретения теплообменный флюид, добытый из пласта, обрабатывают для извлечения углеводородов или других материалов перед тем как повторно его направить в пласт, что делается как часть процесса восстановления нагретой части пласта.
Температура пара, нагнетаемого для добычи растворением, может быть меньше температуры пиролиза углеводородов пласта. Температура нагнетаемого пара может составлять менее 250°С, менее 300°С или менее 400°С. Температура нагнетаемого пара может составлять, по меньшей мере, 150°С, по меньшей мере, 135°С или, по меньшей мере, 125°С. Нагнетаемый пар, имеющий температуру пиролиза, может стать причиной проблем, так как углеводороды участвуют в реакции пиролиза и частицы углеводородов смешиваются с паром. Смесь частиц и пара может уменьшить проницаемость и/или вызвать закупоривание добывающих скважин и пласта. Таким образом, температура нагнетаемого пара выбирается таким образом, чтобы препятствовать закупориванию пласта и/или скважин в пласте.
Температура первого флюида может быть изменена во время процесса добычи растворением. В ходе добычи растворением и по мере отдаления полезных ископаемых, добываемых растворением, от точки нагнетания, температура первого флюида может быть так повышена, что температура пара и/или воды, которая доходит до полезного ископаемого, добываемого растворением, повышена, но ее значение не превосходит температуру диссоциации нахколита. Температура пара и/или воды, которая доходит до полезного ископаемого, также меньше температуры, которая способствует закупориванию пласта и/или скважины в пласте (например, температуру пиролиза углеводородов пласта).
После нагнетания первого флюида в пласт из него можно добывать второй флюид. Второй флюид может содержать материал, растворенный в первом флюиде. Например, второй флюид может содержать углекислоту или другие гидратированные углекислые соединения, полученные растворением полезного ископаемого в первом флюиде. Также второй флюид может содержать полезные ископаемые и/или металлы. Полезные ископаемые и/или металлы могут содержать натрий, алюминий, фосфор и другие элементы.
Проведение добычи растворением до осуществления процесса тепловой обработки на месте залегания позволяет выполнять начальное нагревание пласта с помощью теплопередачи от первого флюида, используемого при добыче растворением. Добыча растворением нахколита или других полезных ископаемых, которые разлагаются или растворяют в ходе эндотермических реакций до осуществления процесса тепловой обработки на месте залегания, позволяет не подводить энергию с целью нагревания пласта для поддержания этих эндотермических реакций. Добыча растворением позволяет добывать полезные ископаемые целесообразно с экономической точки зрения. Извлечение нахколита или других полезных ископаемых до проведения процесса тепловой обработки на месте залегания извлекает массу из пласта. Таким образом, в пласте остается меньше массы, которую необходимо нагревать до более высоких температур, и нагревание пласта до больших температур может быть достигнуто быстрее и/или более эффективно. Также извлечение массы из пласта может увеличить проницаемость пласта. Увеличение проницаемости может уменьшить количество добывающих скважин, необходимых для проведения процесса тепловой обработки на месте залегания. В определенных вариантах осуществления изобретения проведение добычи растворением до процесса тепловой обработки на месте залегания уменьшает временную задержку между началом нагревания пласта и добычей углеводородов на два и более года.
С целью добыта многих различных продуктов углеводороды в пласте могут быть обработаны разными способами. В некоторых вариантах осуществления изобретения углеводороды в пластах обрабатываются поэтапно. На фиг.1 изображены этапы нагревания пласта, содержащего углеводороды. На фиг.1 также показан пример зависимости количества («Y») нефтяного эквивалента в баррелях на тонну (ось у) пластовых флюидов, добытых из пласта, от температуры («Т») нагретого пласта в градусах Цельсия (ось х).
При проведении этапа 1 нагревания происходит десорбция метана и испарение воды. Нагревание пласта на этапе 1 может быть выполнено настолько быстро, насколько возможно. Например, когда пласт, содержащий углеводороды, изначально нагрет, то углеводороды в пласте десорбируют адсорбированный метан. Из пласта можно добывать десорбированный метан. Если далее нагревать пласт, содержащий углеводороды, то вода из пласта, содержащего углеводороды, испариться. В некоторых содержащих углеводороды пластах вода может занимать от 10% до 50% порового объема пласта. В других пластах вода занимает большую или меньшую часть порового объема. Обычно вода в пласте испаряется при температуре от 160°С до 285°С при абсолютных давлениях от 600 кПа до 7000 кПа. В некоторых вариантах осуществления изобретения выпаренная вода изменяет смачиваемость пласта и/или увеличивает давление в пласте. Изменения смачиваемости и/или увеличенное давление может влиять на протекание реакций пиролиза или других реакций в пласте. В некоторых вариантах осуществления изобретения выпаренную воду добывают из пласта. В других вариантах осуществления изобретения выпаренную воду используют для извлечения пара и/или дистилляции в пласте или вне пласта. Удаление воды из пласта и увеличение порового объема пласта увеличивает пространство для хранения углеводородов в поровом объеме.
В некоторых вариантах осуществления изобретения после этапа 1 нагревания проводится дальнейшее нагревание пласта, так что температура в пласте достигает (по меньшей мере) температуры начала пиролиза (такой, как температура на нижнем крае диапазона температур этапа 2). На протяжении этапа 2 углеводороды в пласте могут подвергнуться пиролизу. Диапазон температур пиролиза изменяется в зависимости от типа углеводородов в пласте. Диапазон температур пиролиза может составлять от 250°С до 900°С. Диапазон температур пиролиза для получения нужных продуктов может составлять только часть общего диапазона температур пиролиза. В некоторых вариантах осуществления изобретения диапазон температур пиролиза для получения нужных продуктов может составлять от 250°С до 400°С или от 270°С до 350°С. Если температура углеводородов в пласте растет медленно в диапазоне от 250°С до 400°С, то получение продуктов пиролиза может, по существу, завершиться при приближении значения температуры к 400°С. Средняя температура углеводородов может расти со скоростью меньше 5°С в день, меньше 2°С в день, меньше 1°С в день, или меньше 0,5°С в день, находясь в диапазоне температур пиролиза, нужных для получения нужных продуктов. Нагревание содержащего углеводороды пласта несколькими источниками теплоты может установить перепады температур вокруг источников теплоты, благодаря которым температура углеводородов в пласте медленно поднимается в диапазоне температур пиролиза.
Скорость увеличения температуры в диапазоне температур пиролиза, направленная на образование нужных продуктов, может влиять на качество и количество пластовых флюидов, добываемых из содержащего углеводороды пласта. Медленное увеличение температуры в диапазоне температур пиролиза, направленное на образование нужных продуктов, может препятствовать подвижности молекул с большими цепями в пласте. Медленное увеличение температуры в диапазоне температур пиролиза, направленное на образование нужных продуктов, может ограничить реакции между подвижными углеводородами, в результате которых получаются нежелательные продукты. Медленное увеличение температуры пласта в диапазоне температур пиролиза, направленное на образование нужных продуктов, может позволить добывать из пласта высококачественные углеводороды, с высокой плотностью, измеряемой в градусах Американского нефтяного института. Медленное увеличение температуры пласта в диапазоне температур пиролиза, направленное на образование нужных продуктов, может позволить извлекать большое количество углеводородов, присутствующих в пласте, в качестве углеводородного продукта.
В некоторых вариантах осуществления тепловой обработки на месте залегания вместо того чтобы медленно нагревать в нужном диапазоне температур, до нужной температуры нагревают часть пласта. В некоторых вариантах осуществления изобретения нужная температура составляет 300°С, 325°С или 350°С. В качестве нужной температуры могут быть выбраны другие значения температуры. Наложение теплоты из источников теплоты позволяет сравнительно быстро и эффективно установить в пласте нужную температуру. Можно регулировать подведение энергии в пласт из источников теплоты с целью поддержания, по существу, нужного значения температуры в пласте. По существу, нужное значение температуры нагретой части пласта поддерживается до тех пор, пока реакция пиролиза не ослабнет так, что добыча нужных пластовых флюидов из пласта не станет экономически невыгодной. Части пласта, подвергаемые реакции пиролиза, могут включать в себя области, температура которых находится в диапазоне температур пиролиза благодаря теплопередаче только из одного источника теплоты.
В некоторых вариантах осуществления изобретения из пласта добывают пластовые флюиды, включая флюиды, полученные в результате пиролиза. По мере увеличения температуры пласта может уменьшаться количество конденсирующихся углеводородов в добытых пластовых флюидах. При высоких температурах из пласта может добываться в основном метан и/или водород. При нагревании содержащего углеводороды пласта по всему диапазону температур пиролиза из пласта могут добываться только небольшие количества водорода при приближении к верхнему пределу диапазона температур пиролиза. После исчерпания всего доступного водорода обычно из пласта может добываться минимальное количество флюидов.
После пиролиза углеводородов в пласте все еще может присутствовать большое количество углерода и некоторое количество водорода. Значительная часть углерода, остающегося в пласте, может быть добыта из пласта в виде синтез-газа. Образование синтез-газа может происходить во время этапа 3 нагревания, изображенного на фиг.1. Этап 3 может включать в себя нагревание содержащего углеводороды пласта до температуры, достаточной для получения синтез-газа. Например, синтез-газ может вырабатываться в диапазоне температур примерно от 400°С до примерно 1200°С; примерно от 500°С до примерно 1100°С или примерно от 550°С до примерно 1000°С. Когда флюид для получения синтез-газа закачивают в пласт, то температура нагретой части пласта определяет состав синтез-газа, получаемого в пласте. Получаемый синтез-газ можно извлекать из пласта по добывающей скважине или добывающим скважинам.
Полная энергоемкость флюидов, добываемых из содержащего углеводороды пласта, может оставаться сравнительно постоянной на всем протяжении процесса пиролиза и образования синтез-газа. При протекании пиролиза при сравнительно низких температурах значительная часть добываемого флюида может представлять собой конденсирующиеся углеводороды, которые отличаются высокой энергоемкостью. Тем не менее, при температурах, превосходящих температуру пиролиза, меньшая часть пластового флюида может представлять собой конденсирующиеся углеводороды. Из пласта может добываться больше неконденсирующихся пластовых флюидов. Энергоемкость на единицу объема добываемого флюида может немного уменьшаться при получении преимущественно неконденсирующихся пластовых флюидов. При получении синтез-газа энергоемкость на единицу объема полученного синтез-газа значительно уменьшается по сравнению с энергоемкостью флюида, полученного в результате пиролиза. Тем не менее, объем полученного синтез-газа во многих примерах значительно увеличивается, компенсируя тем самым уменьшенную энергоемкость.
На фиг.2 показан схематический вид варианта осуществления части системы тепловой обработки на месте залегания, предназначенной для обработки содержащего углеводороды пласта. Система тепловой обработки на месте залегания может содержать барьерные скважины 200. Барьерные скважины используют для образования барьера вокруг области обработки. Барьер препятствует течению флюида в область обработки и/или из нее. Барьерные скважины включают в себя, помимо прочего, осушающие скважины, скважины создания разрежения, скважины для сбора, нагнетательные скважины, скважины для заливки раствора, замораживающие скважины или их комбинации. В некоторых вариантах осуществления изобретения барьерные скважины 200 представляют собой осушающие скважины. Осушающие скважины могут удалять жидкую воду и/или препятствовать проникновению жидкой воды в нагреваемую часть пласта или в нагреваемый пласт.
Замораживающие скважины могут быть использованы для установления зоны низкой температуры вокруг всей области обработки или ее части. Для образования зон низкой температуры вокруг каждой замораживающей скважины в них циркулирует охлаждающее вещество. Замораживающие скважины так расположены в пласте, что зоны низкой температуры перекрываются и образуют зону низкой температуры вокруг области обработки. Температура зоны низкой температуры, установленной замораживающими скважинами, поддерживается на уровне ниже температуры замерзания водного флюида пласта. Водный флюид, поступающий в зону низкой температуры, замерзает и образует замерзший барьер. В варианте осуществления изобретения на фиг.2 показаны барьерные скважины 200, расположенные только вдоль одной стороны источников 202 теплоты, но обычно барьерные скважины окружают все источники 202 теплоты, используемые или планируемые к использованию для нагревания области обработки пласта.
Источники 202 теплоты расположены, по меньшей мере, в части пласта. Источники 202 теплоты могут представлять собой нагревательные устройства и такие как изолированные проводники, нагревательные устройства с проводником в трубе, беспламенные горелки, беспламенные распределенные камеры сгорания и/или природные распределенные камеры сгорания. Источники 202 теплоты могут также представлять собой нагревательные устройства других типов. Источники 202 теплоты обеспечивают подачу теплоты, по меньшей мере, к части пласта с целью нагревания углеводородов пласта. Энергия может подаваться к источнику 202 теплоты по линиям 204 питания. Линии 204 питания могут конструктивно различаться в зависимости от типа источника теплоты или источников теплоты, используемых для нагревания пласта. Линии 204 питания для источников теплоты могут передавать электричество для электрических нагревательных устройств, могут транспортировать топливо для камер сгорания или могут перемещать жидкий теплоноситель, циркулирующий в пласте. В некоторых вариантах осуществления изобретения электричество для процесса тепловой обработки на месте залегания может поставляться атомной электростанцией или атомными электростанциями. Использование атомной энергии может позволить уменьшить или полностью исключить выбросы диоксида углерода в ходе процесса тепловой обработки на месте залегания.
Добывающие скважины 206 используются для удаления пластового флюида из пласта. В некоторых вариантах осуществления изобретения добывающая скважина 206 может содержать источник теплоты. Источник теплоты, расположенный в добывающей скважине, может нагревать одну или несколько частей пласта в самой добывающей скважине или рядом с ней. В некоторых вариантах осуществления процесса тепловой обработки на месте залегания количество теплоты, подводимой к пласту от добывающей скважины, на метр длины добывающей скважины меньше количества теплоты, подводимого к пласту от источника теплоты, который нагревает пласт, на метр источника теплоты. Теплота, подводимая к пласту от добывающей скважины, может увеличить проницаемость пласта рядом с добывающей скважиной благодаря парообразованию и удалению жидкой фазы флюидов рядом с добывающей скважиной и/или благодаря увеличению проницаемости пласта рядом с добывающей скважиной, являющегося следствием образования макро- и микротрещин.
В некоторых вариантах осуществления изобретения источник теплоты в добывающей скважине 206 позволяет извлекать из пласта паровую фазу пластовых флюидов. Подвод теплоты к добывающей скважине или по добывающей скважине может: (1) препятствовать конденсации и/или обратному потоку добываемого флюида, когда такой добываемый флюид перемещается в добывающей скважине близко к покрывающему слою, (2) увеличить подвод теплоты в пласт, (3) увеличить темп добычи добывающей скважины по сравнению с добывающей скважиной без источника теплоты, (4) препятствовать конденсации соединений с большим количеством атомов углерода (С6 и больше) в добывающей скважине и/или (5) увеличить проницаемость пласта у добывающей скважины или рядом с ней.
Подземное давление в пласте может соответствовать давлению флюида в пласте. Когда температура в нагретой части пласта увеличивается, давление в нагретой части может увеличиваться в результате увеличенной выработки флюидов и испарения воды. Управление скоростью извлечения флюидов из пласта может позволить управлять давлением в пласте. Давление в пласте может быть определено в нескольких различных местах, например рядом с добывающими скважинами или у них, рядом с источниками теплоты или у них, или у контрольных скважин.
В некоторых содержащих углеводороды пластах добыча углеводородов из пласта сдерживается до тех пор, пока, по меньшей мере, некоторое количество углеводородов пласта не подверглось пиролизу. Пластовый флюид можно добывать из пласта тогда, когда качество пластового флюида соответствует выбранному уровню. В некоторых вариантах осуществления изобретения выбранный уровень качества представляет собой плотность в градусах Американского нефтяного института (АНИ), которая составляет, по меньшей мере, примерно 20°, 30° или 40°. Запрет на добычу до тех пор, пока, по меньшей мере, часть углеводородов не подверглась пиролизу, может увеличить преобразование тяжелых углеводородов в легкие углеводороды. Запрет на добычу в начале может минимизировать добычу тяжелых углеводородов из пласта. Добыча значительных объемов тяжелых углеводородов может потребовать дорогого оборудования и/или уменьшения срока эксплуатации производственного оборудования.
После достижения температур пиролиза и разрешения добычи из пласта давление в пласте можно изменять с целью изменения и/или управления составом добываемых пластового флюида с целью регулирования процента конденсирующегося флюида относительно неконденсирующегося флюида в пластовом флюиде и/или с целью регулирования плотности в градусах АНИ добываемого пластового флюида. Например, уменьшение давления может привести к добыче бóльшей доли конденсирующегося компонента флюида. Конденсирующийся компонент флюида может содержать больший процент олефинов.
В некоторых вариантах осуществления процесса тепловой обработки на месте залегания давление в пласте может поддерживаться достаточно высоким с целью содействия добыче пластового флюида с плотностью более 20° в градусах АНИ. Поддержание повышенного давления в пласте может препятствовать оседанию пласта во время тепловой обработки на месте залегания. Поддержание повышенного давления может способствовать добыче паровой фазы флюидов из пласта. Добыча паровой фазы из пласта может позволить уменьшить размеры собирающих труб, используемых для транспортировки флюидов, добытых из пласта. Поддержание повышенного давления может уменьшить или исключить необходимость сжатия пластовых флюидов на поверхности с целью транспортировки флюидов по трубам до установок обработки.
Как ни удивительно, но поддержание повышенного давления в нагретой части пласта может позволить добывать большие количества углеводородов улучшенного качества и сравнительно малой молекулярной массы. Давление может поддерживаться таким образом, что добытый пластовый флюид содержит минимальное количество соединений, в которых углеродное число превышает выбранное углеродное число. Выбранное углеродное число может составлять самое большее 25, самое больше 20, самое большее 12 или самое большее 8. Некоторые соединения с большим углеродным числом могут быть в пласте захвачены паром и могут быть извлечены из пласта с паром. Поддержание повышенного давления в пласте может препятствовать захвату паром соединений с большим углеродным числом и/или полициклических углеводородных соединений. Соединения с большим углеродным числом и/или полициклические углеводородные соединения могут оставаться в пласте в жидкой фазе в течение значительных периодов времени. Эти значительные периоды времени могут предоставлять достаточное количество времени для пиролиза соединения с целью получения соединений с меньшим углеродным числом.
Пластовый флюид, извлекаемый из добывающих скважин 206, может быть перекачан по собирающему трубопроводу 208 до обрабатывающих установок 210. Также пластовые флюиды могут быть добыты из источников 202 теплоты. Например, флюид может быть добыт из источника 202 теплоты с целью регулирования давления в пласте рядом с источниками теплоты. Флюид, добытый из источников 202 теплоты, может быть перекачан по трубе или трубопроводу до собирающего трубопровода 208 или добытый флюид может быть перекачен по трубе или трубопроводу непосредственно к обрабатывающим установкам 210. Обрабатывающие установки 210 могут содержать блоки сепарации, блоки проведения реакций, блоки обогащения, топливные ячейки, турбины, контейнеры для хранения и/или другие системы и блоки, предназначенные для обработки пластовых флюидов. В обрабатывающих установках, по меньшей мере, из части углеводородов, добытых из пласта, может образовываться транспортное топливо. В некоторых вариантах осуществления изобретения транспортное топливо может представлять собой реактивное топливо, такое как JP-8.
Углеводороды или другие нужные продукты пласта могут быть добыты с использованием различных процессов, осуществляемых на месте залегания. Некоторые процессы, которые осуществляются на месте залегания и которые могут быть использованы для добычи углеводородов или нужных продуктов, представляют собой процессы преобразования, осуществляемые на месте залегания: нагнетание пара в пласт, создание в пласте движущегося очага горения, гравитационное дренирование при закачке пара и добычу растворением. При осуществлении процессов на месте залегания могут понадобиться или могут быть нужны барьеры. Барьеры могут препятствовать флюиду, такому как пластовый флюид, поступать в область обработки. Также барьеры могут препятствовать нежелательному выходу флюида из области обработки. Препятствование нежелательному выходу флюида из области обработки может минимизировать или исключить влияние процесса, осуществляемого на месте залегания, на области, прилегающие к области обработки.
В некоторых вариантах осуществления изобретения барьеры формируют на значительном расстоянии от скважин, используемых для нагревания или другой обработки области обработки. Барьер может быть сформирован на расстоянии в
10 м, 30 м, 50 м, 100 м и далее от скважин, используемых для нагревания или другой обработки области обработки.
Процессы тепловой обработки на месте залегания и процессы добычи растворением могут нагревать область обработки, удалять массу из области обработки и значительно увеличивать проницаемость области обработки. В некоторых вариантах осуществления изобретения проницаемость области обработки после обработки может составлять, по меньшей мере, 0,1 Д. В некоторых вариантах осуществления изобретения проницаемость области обработки после обработки может составлять, по меньшей мере, 1 Д, по меньшей мере, 10 Д, по меньшей мере, 100 Д. Увеличенная проницаемость позволяет флюиду в пласте проникать в трещины, микротрещины и/или поровые пространства пласта. За границами области обработки проницаемость может оставаться на первоначальном уровне. Увеличенная проницаемость дает возможность закачанному флюиду легче течь в пласте.
В определенных вариантах осуществления изобретения барьеры в пласте могут быть сформированы после осуществления процесса добычи растворением и/или процесса тепловой обработки на месте залегания, при этом формирование барьера осуществляется с нагнетанием флюида в пласт. Барьер может препятствовать пластовому флюиду поступать в область обработки после завершения добычи растворением и/или процесса тепловой обработки на месте залегания. Барьер, сформированный нагнетанием флюида в пласт, может дать возможность изолировать область обработки.
Флюид, закачанный в пласт с целью формирования барьера, может содержать смесь твердых углеводородов, битум, необработанную нефть, серу, полимер, гель, насыщенный соляной раствор и/или большее количество реагентов, участвующих в реакциях по формированию выпавшего в осадок твердого или высоковязкого флюида в пласте. В некоторых вариантах осуществления изобретения битум, необработанная нефть, реагенты и/или сера, которые используются для формирования барьера, доставляются от обрабатывающих установок, связанных с процессом тепловой обработки на месте залегания. Например, сера может быть получена из Клаус-процесса, используемого для обработки добытых газов с целью извлечения сероводорода и других соединений серы.
Флюид может быть закачан в пласт в виде жидкости, пара или флюида со смешанными фазами. Флюид может быть закачан в часть пласта, температура которой повышена. В некоторых вариантах осуществления изобретения флюид закачивают в пласт по скважинам, расположенным рядом с периметром области обработки. Флюид могут направлять от области обработки. Повышенная температура пласта поддерживает малую вязкость флюида или дает возможность флюиду сохранять малую вязкость, чтобы флюид перемещался от скважины. Часть флюида может распространяться в пласте наружу, по направлению к более холодной части пласта. Сравнительно высокая проницаемость пласта позволяет флюиду, закачанному из одного ствола скважины, распространяться и смешиваться с флюидом, закачанным из других стволов скважин. В более холодной части пласта вязкость флюида больше, часть флюида выпадает в осадок и/или флюид затвердевает или сгущается, так что флюид образует барьер для течения пластового флюида в область обработки или из нее.
В некоторых вариантах осуществления изобретения низкотемпературный барьер, сформированный замораживающими скважинами, окружает всю область обработки или часть области обработки. Когда флюид, закачанный в пласт, приближается к низкотемпературному барьеру, температура пласта понижается. Более низкая температура повышает вязкость флюида, усиливает выпадение в осадок и/или затвердевание флюида, формируя барьер для потока пластового флюида, движущегося в пласт или из него. После рассеивания низкотемпературного барьера флюид может оставаться в пласте в виде флюида высокой вязкости или твердого вещества.
В определенных вариантах осуществления изобретения насыщенный соляной раствор закачивают в пласт. Компоненты насыщенного соляного раствора могут выпадать в осадок из раствора при понижении его температуры. Затвердевшие частицы могут формировать барьер для потока пластового флюида в пласт или из него. Затвердевшие компоненты, по существу, могут быть нерастворимы в пластовом флюиде.
В определенных вариантах осуществления изобретения в пласт в качестве реагента закачивают минерализованную воду. Второй реагент, такой как диоксид углерода, может быть закачан в пласт для вступления в реакцию с минерализованной водой. В результате этой реакции может быть получено минеральное комплексное соединение, которое увеличивается в пласте. Минеральное комплексное соединение может быть, по существу, нерастворимым в пластовом флюиде. В одном варианте осуществления изобретения концентрированный соляной раствор включает в себя раствор натрия и алюминия. Вторым реагентом, закачиваемым в пласт, является диоксид углерода.
Диоксид углерода реагирует с концентрированным соляным раствором с целью получения даусонита. Полезные ископаемые могут затвердевать и образовывать барьер для течения пластового флюида в пласт или из него.
В некоторых вариантах осуществления изобретения барьер вокруг области обработки может быть сформирован с использованием серы. Целесообразно, чтобы свободная сера не была растворима в воде. Жидкая и/или твердая сера в пласте может образовывать барьер для пластового флюида, текущего в область обработки или из нее.
Барьер из серы может быть установлен в пласте во время начала нагревания или до начала нагревания области обработки, указанное нагревание осуществляется в процессе тепловой обработки на месте залегания. В некоторых вариантах осуществления изобретения серу можно закачивать в стволы скважин в пласте, которые расположены между областью обработки и первым барьером (например, низкотемпературным барьером, установленным с помощью замораживающих скважин). Пласт, прилегающий к стволам скважин, по которым закачивается сера, может быть осушен. В некоторых вариантах осуществления изобретения пласт, прилегающий к стволам скважин, по которым закачивается сера, может быть нагрет для облегчения извлечения воды и подготовки стволов скважин и прилегающего пласта к закачке серы. Пласт, прилегающий к стволам скважин, может быть нагрет для температуры, меньшей температуры пиролиза углеводородов пласта. Пласт может быть нагрет таким образом, чтобы оба соседних нагревательных устройства влияли на температуру части пласта между двумя этими нагревательными устройствами. В некоторых вариантах осуществления изобретения теплота может так увеличить проницаемость пласта, что первый ствол скважины будет сообщаться с соседним стволом скважины.
После нагревания пласта, прилегающего к стволам скважин, расплавленную серу, находящуюся при температуре меньшей температуры пиролиза углеводородов пласта, закачивают в пласт. В определенном температурном диапазоне вязкость расплавленной серы увеличивается при увеличении температуры. Температура расплавленной серы, закачиваемой в пласт, может быть близка к температуре плавления серы (115°С), так что вязкость серы сравнительно мала (4·10-3 - 1·10-2 Па·с). Нагревательные устройства в стволах скважин могут являться нагревательными устройствами с ограничением рабочих температур с температурой Кюри, близкой к температуре плавления серы, так что температура расплавленной серы остается сравнительно постоянной и не превосходит температуру пласта с вязкой расплавленной серой. В некоторых вариантах осуществления изобретения область, прилегающая к стволам скважин, может быть нагрета до температуры, которая превышает температуру плавления серы, но меньше температуры пиролиза углеводородов пласта. Нагревательные устройства могут быть выключены и можно будет отслеживать температуру в стволах скважин (например, с использованием волоконно-оптической системы контроля температуры). Когда температура в стволе скважины уменьшится до температуры, близкой к температуре плавления серы, расплавленную серу можно закачивать в пласт.
Сере, закачанной в пласт, дают возможность течь из стволов скважин и распространяться по пласту. Когда сера попадет в части пласта, температура которых ниже температуры плавления, сера затвердеет и образует барьер для потока флюида в пласте. Серу могут закачивать до тех пор, пока пласт способен принимать ее дополнительное количество. Нагревание может быть остановлено и пласту могут дать возможность остыть естественным образом, так что сера в пласте затвердеет. После закачивания серы может быть проверена целостность сформированного барьера с использованием проверок с подачей импульсов и/или проверок с мечеными атомами.
После осуществления процесса тепловой обработки на месте залегания вокруг области обработки может быть сформирован барьер. Сера может образовывать, по существу, постоянный барьер в пласте. В некоторых вариантах осуществления изобретения низкотемпературный барьер может быть сформирован с помощью замораживающих скважин, окружающих область обработки. Сера может быть закачана с одной стороны низкотемпературного барьера или с обеих сторон этого барьера с целью формирования барьера в пласте. Серу могут закачивать в пласт в виде пара или жидкости. При приближении серы к низкотемпературному барьеру сера в пласте может конденсироваться и/или затвердевать и образовывать барьер.
В некоторых вариантах осуществления изобретения сера может быть закачана в нагретую часть пласта. Серу можно закачивать в пласт по скважинам, расположенным рядом с периметром области обработки. Температура пласта может превышать температуру испарения серы (445°С). Сера могут закачивать в виде жидкости, пара или флюида из смешанных фаз. Если часть закачанной серы находится в жидком состоянии, то из-за температуры пласта сера может испаряться. Сера может течь наружу от скважин для закачивания по направлению к более холодным частям пласта. Сера может конденсироваться и/или затвердевать в пласте и образовывать барьер.
В некоторых вариантах осуществления изобретения для получения серы после осуществления процесса тепловой обработки на месте залегания может быть использована реакция Клауса. Реакция Клауса является реакцией равновесия для газообразной фазы. Реакция Клауса представляет собой следующее:
4H2S+2SO2↔3S2+4Н2O.
Сероводород может быть получен посредством его отделения из добытого флюида при непрерывном процессе тепловой обработки на месте залегания. Часть сероводорода может быть сожжена для получения нужного количества диоксида серы. Сероводород может быть закачан в пласт по нескольким скважинам в пласте. Диоксид серы может быть закачан в пласт по другим скважины. При осуществлении процесса тепловой обработки области обработки на месте залегания скважины, используемые для нагнетания диоксида серы или сероводорода, могут являться добывающими скважинами, нагревательными скважинами, контрольными скважинами или скважинами других типов. Скважины, используемые для нагнетания диоксида серы или сероводорода, могут быть расположены рядом с периметром области обработки. Нескольких скважин может быть достаточно, чтобы пласт вблизи нагнетательных скважин не охлаждался до температуры, когда диоксид серы и сероводород могут образовывать серу и конденсат, а не оставаться в парообразном состоянии. В некоторых вариантах осуществления изобретения сероводород и диоксид серы могут закачивать в пласт по тем же самым скважинам (например, по трубам, расположенным в той же скважине). Сероводород и диоксид серы могут вступать в пласте в реакцию с целью получения серы и воды. Сера может течь в пласте наружу и конденсироваться и/или затвердевать с целью образования барьера в пласте.
Барьер из серы может быть расположен в пласте за пределами области, где в пласте конденсируются углеводороды пластового флюида, полученного при осуществлении процесса тепловой обработки. Температура областей, расположенных рядом с периметром обрабатываемой области, может быть меньше температуры обрабатываемой области. Сера, находящаяся в парообразном состоянии, может конденсироваться и/или затвердевать в этих областях низкой температуры. В эти области низкой температуры может проникать дополнительное количество сероводорода и/или диоксида серы. Дополнительное количество серы может образовываться благодаря реакции Клауса и поддерживать равновесную концентрацию серы в паровой фазе. В конечном итоге барьер из серы можно сформировать вокруг обрабатываемой области. Паровая фаза в обрабатываемой области остается в равновесной смеси серы, сероводорода, диоксида серы, водяного пара. Также паровая фаза может содержать другие парообразные продукты, присутствующие в пласте или выделяемые из пласта.
Преобразование серы предпочтительно осуществлять при низких температурах, так что преобразование сероводорода и диоксида серы в серу может осуществляться на расстоянии от скважин, по которым в пласт закачивают реагенты. Реакция Клауса может осуществляться в пласте серы, где температура пласта меньше (например, где температура пласта составляет примерно от 180°С до примерно 240°С).
В свете настоящего описания специалистам в рассматриваемой области могут быть ясны дополнительные модификации и альтернативные варианты осуществления различных аспектов настоящего изобретения. Соответственно это описание надо рассматривать только как иллюстрацию и оно приведено с целью обучения специалистов в рассматриваемой области общему способу осуществления этого изобретения. Ясно, что показанные и описанные здесь формы изобретения надо рассматривать как предпочтительные в настоящее время варианты осуществления изобретения. Показанные и описанные здесь элементы и материалы могут быть заменены, части и способы могут быть изменены и некоторые отличительные признаки изобретения могут быть использованы независимо, что ясно специалисту в рассматриваемой области после понимания описания настоящего изобретения. В описанные здесь элементы могут быть внесены изменения, не выходящие за пределы объема и новизны изобретения, которые описаны в прилагаемой формуле изобретения. Кроме того, ясно, что описанные здесь независимые отличительные признаки могут быть объединены в некоторых вариантах осуществления изобретения.
1. Способ формирования барьера вокруг, по меньшей мере, части области обработки подземного пласта, включающий этапы, на которых:
закачивают серу в один или более стволов скважин, расположенных внутри периметра области обработки в пласте, при этом проницаемость области обработки составляет, по меньшей мере, 0,1 Д; и
обеспечивают возможность перемещения, по меньшей мере, части серы по направлению к частям пласта, температура которых меньше температуры плавления серы, с тем чтобы сера затвердевала в пласте и формировала барьер,
при этом область, прилегающую к стволам скважины нагревают до температуры, превышающую температуру плавления серы, но меньше температуры пиролиза углеводородов, после чего нагрев останавливают для охлаждения пласта естественным образом, с тем чтобы сера в пласте затвердела.
2. Способ по п.1, в котором проницаемость области обработки составляет, по меньшей мере, 1 Д.
3. Способ по п.1, в котором проницаемость области обработки составляет, по меньшей мере, 10 Д.
4. Способ по п.1, в котором проницаемость области обработки составляет, по меньшей мере, 100 Д.
5. Способ по любому из пп.1-4, в котором проницаемость области обработки увеличена посредством процесса добычи растворением.
6. Способ по п.1, в котором проницаемость области обработки увеличена посредством процесса тепловой обработки на месте залегания.
7. Способ по п.1, в котором закачивание, по меньшей мере, части серы в один или более стволов скважин включает в себя введение сероводорода и диоксида серы в стволы скважин, при этом сероводород и диоксид серы вступают в реакцию в пласте с образованием серы.
8. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, часть серы, закачиваемой в стволы скважин, находится в жидком состоянии.
9. Способ по п.8, в котором жидкая сера испаряется благодаря теплоте пласта, прилегающего к стволам скважины.
10. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, часть серы, закачиваемой в стволы скважин, находится в паровой фазе.
11. Способ по п.1, в котором поток серы направляют к периметру области обработки.
12. Способ по п.1, в котором стволы скважин, по которым серу закачивают в пласт, расположены рядом с периметром области обработки.
13. Способ по п.1, в котором низкотемпературный барьер, по меньшей мере, частично окружающий область обработки, улучшает затвердевание серы с образованием барьера.
14. Способ формирования барьера в пласте, включающий этапы, на которых:
нагревают часть пласта, прилегающую к множеству стволов скважин для повышения температуры пласта рядом со стволами скважин до значения, превышающего температуру плавления серы, но меньше температуры пиролиза углеводородов в пласте;
вводят серу в пласт из, по меньшей мере, некоторых стволов скважин; и
обеспечивают возможность сере перемещаться от стволов скважин по направлению к частям пласта, температура которых меньше температуры плавления серы, с тем чтобы сера затвердевала в пласте и формировала барьер.
15. Способ по п.14, в котором введение серы в пласт включает в себя подачу сероводорода и диоксида серы в пласт, так чтобы, по меньшей мере, некоторое количество сероводорода и диоксида серы вступало в пласте в реакцию с образованием серы.
16. Способ по любому из пп.14 и 15, в котором, по меньшей мере, один нагреватель, используемый для нагревания части пласта, прилегающей к стволам скважины, содержит нагреватель с ограничением температуры.
17. Способ по п.14, дополнительно включающий добычу растворением в области обработки внутри барьера.
18. Способ по п.14, дополнительно включающий использование процесса термообработки на месте залегания в области обработки внутри барьера.
19. Способ по п.14 дополнительно включающий в себя формирование указанного барьера между первым барьером и областью обработки, используемой для добычи пластового флюида из пласта.
20. Способ по п.14, в котором ввод серы в пласт включает в себя закачку расплавленной серы в пласт, по меньшей мере, по нескольким стволам скважин.
