專(zhuān)利名稱(chēng)：通過(guò)u形開(kāi)口現(xiàn)場(chǎng)加熱含有烴的地層的方法與系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的背景發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及加熱各種用于生產(chǎn)烴、氫、和/或其它產(chǎn)品的含烴的地層的方法與系統(tǒng)。某些實(shí)施例涉及使用向地層中一個(gè)開(kāi)口供熱的一或多個(gè)加熱器加熱地下含烴地層。該開(kāi)口可能在地面上的第一位置具有第一端同時(shí)在地面上的第二位置具有第二端。
相關(guān)技術(shù)的描述從地下(例如沉積的)地層獲取烴通常用作能源、原料和消費(fèi)產(chǎn)品。考慮到可能的烴資源的貧化以及生產(chǎn)的烴總體質(zhì)量的下滑導(dǎo)致開(kāi)發(fā)為更有效地恢復(fù)的工藝，處理和/或使用可能的烴資源。在現(xiàn)場(chǎng)可能使用從地下地層提取烴的工藝。地下地層中的烴材料的化學(xué)和/或物理特性可能需要改變以允許更容易地從地下地層提取烴材料。化學(xué)與物理變化可能包括在現(xiàn)場(chǎng)的反應(yīng)中，這些反應(yīng)產(chǎn)生可提取的流體、地層內(nèi)烴材料的成分改變、可溶性變化、密度變化、相變化、和/或粘度變化。一種流體可以是，但不局限于，一種氣體、一種液體、一種乳膠、一種稀漿，和/或具有類(lèi)似于液體流動(dòng)的流動(dòng)特性的固體顆粒的蒸汽。
使用井下加熱器的現(xiàn)場(chǎng)工藝的例子在美國(guó)專(zhuān)利授于Ljungstrom的2634961、授于Ljungstrom的2732195、授于Ljungstrom的2780450、授于Ljung-strom的2789805、授于Ljungstrom的2923535、授于VanMeurs等的4886118中加以說(shuō)明。
燃料的內(nèi)燃可用于加熱地層。內(nèi)燃一種燃料以加熱地層可能比用電力和熱地層要經(jīng)濟(jì)。幾種不同型式的加熱器可以使用燃料內(nèi)燃作為熱源加熱地層。內(nèi)燃可發(fā)生在地層中、井中、和/或靠近表面。地層中的內(nèi)燃可能是一種注火?？赡軐⒁环N氧化劑泵入地層中?？梢詫⒀趸瘎c(diǎn)火以促進(jìn)火焰朝向生產(chǎn)井。泵入地層的氧化劑可以經(jīng)過(guò)地層沿地層中的裂縫流動(dòng)。氧化劑的點(diǎn)火不會(huì)造成經(jīng)過(guò)地層的火焰前鋒均勻流動(dòng)。
熱量可以從一表面加熱器提供到地層。表面加熱器可以產(chǎn)生經(jīng)井孔循環(huán)的內(nèi)燃?xì)怏w以加熱地層。另一方式，可以使用表面燃燒器以加熱通過(guò)井孔的熱傳導(dǎo)流體以加熱地層?？捎糜诩訜岬叵碌貙拥幕鹧婕訜崞骰虮砻嫒紵髟谑谟赩inegar等的和授于Mikus等的美國(guó)專(zhuān)利No.6056057和No.6079499中加以說(shuō)明。
如上所概括的，已經(jīng)有大量的努力開(kāi)發(fā)方法及系統(tǒng)以便從含烴地層經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)烴、氫氣、和/或其它產(chǎn)品。然而，目前，仍不能經(jīng)濟(jì)地從許多含烴地層中生產(chǎn)烴、氫氣、和/或其它產(chǎn)品。在某些地層中(例如，具有較薄烴層的地層，具有較長(zhǎng)水平烴層的地層等等)，水平加熱器井的使用可能是更經(jīng)濟(jì)可取的。對(duì)于能夠有效用于以形成較大直徑水平井的系統(tǒng)和/或方法是需要的，該水平井轉(zhuǎn)而用于加熱地層。為有效和比較便宜地從加熱器井向烴包含的地層提供熱的系統(tǒng)和/或方法是需要的。也需要能被構(gòu)造成允許燃燒器和/或氧化器被置于地層的表面上或靠近表面的加熱器井。也需要能構(gòu)造成一種加熱器井使來(lái)自燃燒器和/或氧化劑的熱流體可以從加熱器井的第一端流過(guò)加熱器井然后在第二端流出加熱器井。
本發(fā)明的概述在一個(gè)實(shí)施例中，在含烴地層內(nèi)(例如，一種包含煤、油頁(yè)巖、重?zé)N、或其組合)可以現(xiàn)場(chǎng)在地層內(nèi)被轉(zhuǎn)變以產(chǎn)生比較高質(zhì)量烴產(chǎn)品、氫、和/或其它產(chǎn)品的混合物。一或多個(gè)熱源可用來(lái)加熱含烴地層到能使烴熱分解的溫度。經(jīng)過(guò)一或多個(gè)生產(chǎn)井可以從地層中提取烴、氫和其它地層流體。在某些實(shí)施例中，地層流體可以蒸汽相中提取。在其它實(shí)施例中，地層流體可以在液體與蒸汽相中或在液相中提取。在熱分解的過(guò)程中可以至少部分地控制地層的溫度與壓力。
在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)系統(tǒng)和一種方法可以包括一個(gè)開(kāi)口在地層中從地表面上的第一位置延伸到地表面上的第二位置。熱源可以被置于開(kāi)口以?xún)?nèi)以提供熱到地層的至少一部分。
一管道可以置于開(kāi)口中的第一位置延伸到第二位置。在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)熱源可以置于靠近和/或在管道中以向管道提供熱量。熱量通過(guò)管道的傳輸可以提供熱量到地層的一部分。在某些實(shí)施例中，在一附加的管道中放置一附加的加熱器以便通過(guò)附加的管道將熱量提供到地層的一部分。
在某些實(shí)施例中，在開(kāi)口壁與管道壁之間形成一環(huán)狀通道，該管道置于開(kāi)口中從第一位置延伸到第二位置。一熱源可以放置在貼近和/或管道中以便向開(kāi)口的一部份提供熱量。
附圖簡(jiǎn)述得益于以下最佳實(shí)施例的詳細(xì)描述和參照附圖對(duì)那些技術(shù)人員來(lái)說(shuō)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。


圖1表示加熱含烴地層的幾個(gè)階段的說(shuō)明。
圖2表示為處理含烴地層的現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)變系統(tǒng)一部分的一實(shí)施例的示意視圖。
圖3說(shuō)明井下燃燒器的一個(gè)實(shí)施例的橫剖面視圖。
圖4表示用于含烴地層的熱源的一個(gè)實(shí)施例。
圖5表示使用井下燃燒器加熱地層的管道布置的一部分的視圖。
圖6表示置于含烴地層以?xún)?nèi)的加熱器井的一實(shí)施例的示意圖。
圖7表示置于含烴地層中一熱源的實(shí)施例。
圖8表示置于含烴地層中一熱源的實(shí)施例示意圖。
圖9表示表面燃燒器熱源的一實(shí)施例。
圖10表示熱源管道的一實(shí)施例，其內(nèi)管道的一部分已切去以表示中心管。
盡管本發(fā)明可以有各種修改與變型，在圖中以舉例方式表示其特定的實(shí)施例并在此予以詳述。附圖可能不按比例。但應(yīng)該理解，所作詳述及附圖不是要將本發(fā)明局限于公開(kāi)的特殊型式，反之，其意圖是要涵蓋所有的修改、等效和改變它們均處于由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神與范圍以?xún)?nèi)。
本發(fā)明的詳細(xì)描述以下說(shuō)明總體地涉及使用U型加熱器加熱地層的用于處理含烴地層的系統(tǒng)與方法(例如包含煤[包括褐煤、腐泥煤等]、油頁(yè)巖、碳質(zhì)頁(yè)巖、不純石墨、油母巖、瀝青、石油、低滲透性母巖的瀝青與石油、重?zé)N類(lèi)、石墨、天然礦石臘的地層，這些地層中油母巖妨礙其它烴類(lèi)等的生產(chǎn))?？梢蕴幚磉@些地層以獲得較高質(zhì)量的烴產(chǎn)品、氫和其它產(chǎn)品。
“烴類(lèi)”通常被定義成主要由碳和氫原子構(gòu)成的分子。烴類(lèi)也可以包括其它元素，諸如，但不局限于，鹵族、金屬元素、氮、氧、和/或硫。烴類(lèi)可以是，但不局限于，油母巖、瀝青、焦瀝青、石油、天然礦石臘和石墨。烴類(lèi)可以處于地球內(nèi)的礦母巖以?xún)?nèi)或鄰近于它。母巖可以包括，但不局限于，沉積的巖石、砂子、硅化物、碳化物、硅藻土及其它多孔的介質(zhì)。“烴流體”是包括烴的流體。烴流體可以包括、攜帶或被攜帶在非烴流體中(例如氫(“H2”)、氮(“N2”)、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、水和氨)。
一種“地層”包括一或多個(gè)含烴層、一或多個(gè)非烴層、一個(gè)上覆巖層和/或下伏巖層。一個(gè)“上覆巖層”和/或“下伏巖層”包括一或多種不同型式的不滲透材料。例如，上覆巖層和/或下伏巖層可能包括巖石、板巖、泥石或濕/密碳酸鹽(即一種不滲透的無(wú)烴的碳酸鹽。在現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化工藝的某些實(shí)施例中，上覆巖層和/或下伏巖層可以包括一或多于一個(gè)含烴層，它們比較不滲透并且未受到造成上覆巖層和/或下伏巖層的含烴層明顯的特性變化的現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化工藝中的溫度的影響。例如，一種下伏巖層可能包含頁(yè)巖或泥石。在某些情況中，上覆巖層和/或下伏巖層可能稍許滲透。
術(shù)語(yǔ)“地層流體”和“生產(chǎn)的流體”指從含烴地層中提取的流體并且可能包括熱分解流體、含成氣體、活動(dòng)的烴、和水(蒸汽)。術(shù)語(yǔ)“活動(dòng)的流體”涉及因?yàn)榈貙拥臒崽幚砟軌蛄鲃?dòng)的地層以?xún)?nèi)的流體。地層流體可能包括烴流體還有非烴流體。
一種“熱源”是任何用于基本上通過(guò)傳導(dǎo)和/或輻射熱傳遞向地層的至少一部分提供熱的系統(tǒng)。例如，熱源可以包括電加熱器諸如絕緣的導(dǎo)體、細(xì)長(zhǎng)的構(gòu)件、和/或置于管道內(nèi)的導(dǎo)體。熱源也可以包括通過(guò)在地層外或在地層內(nèi)燃燒燃料而產(chǎn)生熱的熱源，諸如表面燃燒器、井下氣體燃燒器、無(wú)焰分布燃燒器、和自然分布燃燒器。此外，可以想像，在某些實(shí)施例中提供到一或多個(gè)熱源或在一個(gè)或多個(gè)熱源中產(chǎn)生的熱可以由其它能源來(lái)供給。其它能源可以直接加熱地層，或者能量可以供給到傳遞介質(zhì)，由介質(zhì)直接或間接加熱地層。應(yīng)該理解，供給熱到地層的一個(gè)或多個(gè)熱源可以使用不同的能源。例如，對(duì)給定的地層某些熱源可以從電阻加熱供給熱量，某些熱源可以從燃燒提供熱量，同時(shí)某些熱源可從一個(gè)或多個(gè)其它能源(例如化學(xué)反應(yīng)、太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物量，或其它再生的能源)提供熱量。一種化學(xué)反應(yīng)可包括一種放熱反應(yīng)(例如氧化反應(yīng))。一個(gè)熱源可以包括向靠近和/或包圍加熱位置如加熱器井的區(qū)域提供熱的加熱器。
一個(gè)“加熱器”是任何在井中或靠近井孔區(qū)域產(chǎn)生熱的系統(tǒng)。加熱器可以是，但不局限于，電加熱器、燃燒器、與地層中的或從地層產(chǎn)生的材料反應(yīng)的燃燒器(例如天然分布的燃燒器)、和/或它們的組合。一個(gè)“熱源裝置”涉及許多個(gè)熱源，它們構(gòu)成在地層中重復(fù)產(chǎn)生以產(chǎn)生熱源圖形的模型。
術(shù)語(yǔ)“井孔”涉及通過(guò)鉆孔或通過(guò)將管道插入地層中而構(gòu)成的地層中的孔。井孔可以具有基本上圓形橫截面，或其它橫截面形狀(例如，圓形、橢圓、正方形、長(zhǎng)方形、三角形、細(xì)長(zhǎng)裂口、或其它規(guī)則與不規(guī)則形狀)。如此處所使用的，術(shù)語(yǔ)“井”和當(dāng)涉及在地層中一個(gè)開(kāi)口時(shí)的“開(kāi)口”可與“井孔”互換地使用。
“熱分解流體”或“熱分解產(chǎn)品”涉及到基本上在熱分解烴過(guò)程中產(chǎn)生的流體。由熱分解反應(yīng)產(chǎn)生的流體可以與地層中其它流體混合。該混合物可被認(rèn)為是熱分解流體或熱分解產(chǎn)物。如此處所使用的，“熱分解區(qū)域”涉及被反應(yīng)或反應(yīng)以產(chǎn)生熱分解流體的一定體積的地層(例如，比較可滲透的地層如瀝青砂)。
“可凝結(jié)的烴類(lèi)”是在25℃在一個(gè)絕對(duì)大氣壓力下凝結(jié)的烴?？赡Y(jié)的烴包括具有大于4個(gè)的碳數(shù)的烴的混合物?！胺强赡Y(jié)烴”是在25℃在一個(gè)絕對(duì)大氣壓力下不凝結(jié)的烴。不凝結(jié)的烴可以包括具有碳數(shù)小于5的烴。
地層中的烴類(lèi)可以用許多種方法處理以產(chǎn)生不同的產(chǎn)品。在某些實(shí)施例中，這些地層可以分階段處理。圖1說(shuō)明加熱含烴地層的幾個(gè)階段。圖1還表示從含烴地層產(chǎn)生地層流體的產(chǎn)量(相當(dāng)每噸的油的桶數(shù))(barrels of oil equivalent perton)(y軸)對(duì)地層溫度(℃)(x軸)(地層在較低的速率被加熱)的例子。
在階段1加熱的過(guò)程中出現(xiàn)甲烷退吸(解除吸附(desorption))和水的蒸發(fā)。地層的加熱經(jīng)過(guò)階段1可以盡快地執(zhí)行。例如，當(dāng)初始加熱含烴地層時(shí)地層中的烴可以退吸已吸收的甲烷。退吸的甲烷可以從地層產(chǎn)生出來(lái)。如果含烴地層進(jìn)一步被加熱，含烴地層以?xún)?nèi)的水可以被蒸發(fā)。在某些含烴地層中，水可能占地層中細(xì)孔容積的大約10％到大約50％。在其它地層中，水可能占細(xì)孔容積的更大或更小部分。在地層中水典型的是在大約160℃與大約285℃之間在大約6巴絕對(duì)壓力到70巴絕對(duì)壓力被蒸發(fā)。在某些實(shí)施例中，蒸發(fā)的水可以產(chǎn)生地層中濕潤(rùn)度的變化和/或增加地層壓力。該濕潤(rùn)度的變化和/或增加的壓力可能影響地層中的熱分解反應(yīng)或其它反應(yīng)。在某些實(shí)施例中，可以從地層中產(chǎn)生蒸發(fā)的水。在其它實(shí)施例中，蒸發(fā)的水可用于地層中或地層外的蒸汽提取和/或蒸餾。從地層中細(xì)孔容積去除水和增加細(xì)孔容積可以增加在細(xì)孔容積以?xún)?nèi)的烴的存儲(chǔ)空間。
在階段1加熱之后，地層可以進(jìn)一步加熱，這樣地層以?xún)?nèi)的溫度達(dá)到(至少)初始熱分解溫度(例如，階段2所示的溫度范圍的低端的溫度)。地層以?xún)?nèi)的烴可以在整個(gè)階段2被熱分解。根據(jù)地層內(nèi)烴的類(lèi)型熱分解的溫度范圍可以變化。熱分解溫度范圍可以包括大約250°與大約900℃之間的溫度。為生產(chǎn)希望的產(chǎn)品的熱分解溫度范圍可以?xún)H僅通過(guò)整個(gè)熱分解溫度范圍的一部分延伸。在某些實(shí)施例中，為生產(chǎn)希望的產(chǎn)品的熱分解溫度范圍可以包括大約250℃與大約400℃之間的溫度。如果地層中烴的溫度經(jīng)過(guò)從大約250℃到大約400℃的溫度范圍緩慢地升高，但溫度接近400℃時(shí)熱分解產(chǎn)品的生產(chǎn)可以基本上完成。使用若干個(gè)熱源加熱含烴地層可以在熱源的周?chē)崽荻?，它?jīng)過(guò)熱分解溫度范圍緩慢地升高地層中的烴的溫度。
在某些現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化的實(shí)施例中，烴為熱分解的經(jīng)受的溫度在整個(gè)從大約250℃到大約400℃的溫度范圍內(nèi)可能不緩慢地增加。地層中的烴類(lèi)可能加熱到一要求的溫度，例如大約325℃。也可以選擇其它溫度作為要求的溫度。來(lái)自熱源的熱的疊加可以使地層中的溫度比較快和有效地建立。從熱源輸入到地層中的能量可以調(diào)節(jié)以保持地層中的溫度基本上在要求的溫度，烴可以基本上保持在要求的溫度直到熱分解減少這樣希望的從地層生產(chǎn)的地層流體變得不經(jīng)濟(jì)了。
包括熱分解流體的地層流體可以從地層來(lái)產(chǎn)生。該熱分解流體可以包括，但不局限于，烴、氫、二氧化碳、一氧化碳、硫化氫、氨、氮、水及其混合物。隨著地層溫度的升高，在產(chǎn)生的地層流體中的可凝結(jié)的烴的量趨于減小。在高溫處，地層可主要產(chǎn)生甲烷和/或氫。如果含烴地層在整個(gè)完全的熱分解范圍被加熱。該地層可能在向著熱分解的上限僅產(chǎn)生少量的氫。在所有可能的氫被排除之后。從地層產(chǎn)生流體的最小量通常將出現(xiàn)。
在一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化工藝的實(shí)施例中，在熱分解過(guò)程中壓力可以在一個(gè)含烴地層的一部分的選擇段以?xún)?nèi)增加到一選擇的壓力。選擇的壓力可以處在從大約2巴絕對(duì)壓力到大約72巴絕對(duì)壓力的范圍以?xún)?nèi)，或者，在某些實(shí)施例中，2巴絕對(duì)壓力到36巴絕對(duì)壓力。另外的，選擇的壓力可以處在從大約2巴絕對(duì)壓力到大約18巴的絕對(duì)壓力范圍以?xún)?nèi)。
在一個(gè)實(shí)施例中，可以加熱含烴地層的一部分以增加H2的部分壓力。在某些實(shí)施例中，增加的H2的部分壓力(partial pressure)可以包括在從大約0.5巴絕對(duì)壓力到大約7巴絕對(duì)壓力的范圍中的H2的部分壓力。另外的，增加的H2的部分壓力范圍可以包括在從大約5巴絕對(duì)壓力到大約7巴絕對(duì)壓力范圍中H2的部分壓力。例如，可以生產(chǎn)的大多數(shù)烴流體其中H2的部分壓力處在大約5巴絕對(duì)壓力到大約7巴絕對(duì)壓力的范圍以?xún)?nèi)。處于熱分解H2的部分壓力范圍以?xún)?nèi)的H2的部分壓力范圍可能根據(jù)，例如，地層的加熱的部分的溫度和壓力而變化。
在烴類(lèi)的熱分解之后，大量的碳和某些氫可能仍存在于地層中。地層中剩余碳的相當(dāng)大的部分可以從地層中以合成氣體形式被產(chǎn)生。合成氣體的產(chǎn)生可以在圖1中所示的階段3加熱過(guò)程中發(fā)生。階段3可能包括加熱含烴地層到足以使合成氣體能產(chǎn)生的溫度。例如，在從大約400℃到大約1200℃的溫度范圍內(nèi)可以產(chǎn)生合成氣體。當(dāng)合成氣體產(chǎn)生的流體被引入到地層時(shí)，地層的溫度可以確定在地層以?xún)?nèi)產(chǎn)生的合成氣體的成分。如果在足以使合成氣體產(chǎn)生的溫度將合成氣體產(chǎn)生的流體引入到地層中，則合成氣體可以在地層以?xún)?nèi)產(chǎn)生。
在地層的至少一部分的性質(zhì)的基礎(chǔ)上可以選擇含烴地層以便在現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化。例如，根據(jù)地層的豐富程度、厚度和/或深度(即上覆巖層的厚度)可以選擇地層。此外，可從地層生產(chǎn)的流體的型式可能是為現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化地層的選擇的一個(gè)因素。在某些實(shí)施例中，要產(chǎn)生的流體的質(zhì)量可以在處理之前予以評(píng)價(jià)?？梢詮牡貙赢a(chǎn)生的產(chǎn)品的評(píng)價(jià)可能產(chǎn)生明顯的成本節(jié)約，因?yàn)橹挥袑a(chǎn)生要求產(chǎn)品的地層才是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化所需要的?？梢杂糜谠u(píng)價(jià)地層中烴的特性包括，但不局限于，可從烴產(chǎn)生的適量的烴液體、生產(chǎn)烴液體的可能的API(美國(guó)石油協(xié)會(huì))比重、可以從地層生產(chǎn)的適量烴氣體、以及/或適量的二氧化碳和在現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化中將產(chǎn)生的水。
圖2表示為處理包含烴的地層的一現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)一部分的實(shí)施例的示意圖。熱源100可放置在含烴地層的至少一部分內(nèi)。熱源100可以包括，例如，電加熱器如絕緣的導(dǎo)體、管道內(nèi)的導(dǎo)體加熱器、表面燃燒器、無(wú)火焰的分布燃燒器、和/或天然分布的燃燒器。熱源100也可以包括其它型式的加熱器。熱源100向含烴地層的至少一部分提供熱量。能量可以通過(guò)供應(yīng)管線102供應(yīng)到熱源100。根據(jù)熱源的型式或用于加熱地層的熱源的型式供應(yīng)管線可以構(gòu)造得不同。熱源的供應(yīng)管線可以為電加熱器傳輸電能、可以為燃燒器運(yùn)送燃料、或者可以運(yùn)送在地層內(nèi)循環(huán)的熱交換流體。
可以使用生產(chǎn)井104從地層中提取地層流體。從生產(chǎn)井104生產(chǎn)的地層流體可以通過(guò)匯集管106運(yùn)送到處理設(shè)備108。地層流體也可以從熱源100生產(chǎn)。例如，流體可以從熱源100被生產(chǎn)以控制地層以?xún)?nèi)鄰近熱源處的壓力。從熱源100生產(chǎn)的流體可以通過(guò)管子運(yùn)送到匯集管106或者生產(chǎn)的流體可以被通過(guò)管子直接運(yùn)送到處理設(shè)備108。處理設(shè)備108可以包括分離裝置、反應(yīng)裝置、濃縮裝置、燃料電池、汽輪機(jī)、存儲(chǔ)容器和其它為處理生產(chǎn)的地層流體的系統(tǒng)和裝置。
在用于處理烴的現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中可以包括阻擋層井(barrier well)110。在某些實(shí)施例中，阻擋層井110可包括凝固井(freeze well)。在某些實(shí)施例中，阻擋層井可用于阻止流體(例如產(chǎn)生的流體和/或地下水)流動(dòng)到和/或出進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化處理的地層的一部分。阻擋層井可以包括，但不局限于，天然出現(xiàn)的部分(例如，上覆巖層和/或下伏巖層)、凝固井、凝固的阻擋層區(qū)域、低溫阻擋層區(qū)域、水泥墻、硫磺井、脫水井、注射蠅、由地層中產(chǎn)生的凝膠形成的阻擋層、由地層中鹽的沉積物形成的阻擋層井、由地層中聚合反應(yīng)形成的阻擋層井、打入到地層中的薄板，或它們的組合。
如圖2所示，除去熱源100以外，還有一或多個(gè)生產(chǎn)井104通常將置于含烴地層的部分內(nèi)。地層流體可以通過(guò)生產(chǎn)井104生產(chǎn)出。在某些實(shí)施例中，生產(chǎn)井104可以包括一熱源。該熱源可以加熱在或靠近生產(chǎn)井的地層的部分并能使蒸汽相從地層流體去除。液體從生產(chǎn)井的高溫泵出的需要可以減少或免除。避免或限制液體的高溫泵出可以顯著降低生產(chǎn)成本。通過(guò)生產(chǎn)井或在生產(chǎn)井處提供加熱可以(1)當(dāng)生產(chǎn)流體移到靠近上覆巖層的生產(chǎn)井時(shí)阻止生產(chǎn)流體的凝固和/或回流，(2)增加輸入到地層中的熱量，和/或(3)在/或靠近生產(chǎn)井處增加地層的滲透性。在某些現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化工藝的實(shí)施例中，供應(yīng)到生產(chǎn)井的適量的熱量顯著地小于供應(yīng)到加熱地層的熱源的熱量。
可以使用穿越河流的鉆井機(jī)(river crossing rig)來(lái)鉆通過(guò)烴層的水平井孔或基本上水平的井孔。在某些實(shí)施例中，使用穿越河流的鉆井機(jī)通過(guò)具有在烴層內(nèi)的基本上水平的井孔的地層的上覆巖層鉆有角度的井孔。穿越河流的鉆井機(jī)可形成一井孔具有在表面上的第一位置的第一開(kāi)口和在井孔另一端的表面上第二位置的第二開(kāi)口。穿越河流的鉆井機(jī)可包括在工地為第一和第二開(kāi)口選擇的機(jī)械。可以使用該機(jī)械(例如，在第一開(kāi)口現(xiàn)場(chǎng))以鉆井孔同時(shí)可以使用同樣的機(jī)械或其它機(jī)械(例如，在第二開(kāi)口的現(xiàn)場(chǎng))拉動(dòng)設(shè)備(例如，熱源、生產(chǎn)管道等等)進(jìn)入井孔。在用穿越河流的鉆井機(jī)形成井孔時(shí)，河流跨過(guò)鉆井機(jī)的鉆具組可以在鉆機(jī)鉆具組進(jìn)入地層的上覆巖層時(shí)以一角度鉆井孔。對(duì)穿越河流的鉆井機(jī)鉆入的角度可以在大約5°和大約20°之間變化，使用的典型角度大約10°或大約12°。在鉆進(jìn)角度處鉆井孔直到達(dá)一特定深度(通常在地層的烴層以?xún)?nèi)的某個(gè)位置)，在該深度鉆具組轉(zhuǎn)動(dòng)以便在基本上水平的方向通過(guò)地層鉆削。鉆削井孔的基本上水平的段直到井孔達(dá)到預(yù)定的水平長(zhǎng)度。在達(dá)到預(yù)定的水平長(zhǎng)度之后，轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具組到一出口角度，該角度通常，但不是必需，與鉆入角度相同以便在井孔的第二端與機(jī)械相遇。
在形成井孔之后，在井孔第一端和/或第二端的任意一端可用機(jī)械將設(shè)備拉入井孔內(nèi)。在某些實(shí)施例中，隨著鉆具組從井孔拉動(dòng)，可使用該鉆具組擴(kuò)大井孔和/或增加井孔的直徑。拉動(dòng)設(shè)備(例如，加熱器或熱源)進(jìn)入長(zhǎng)水平井孔可以比推動(dòng)設(shè)備進(jìn)入井孔更有效。河流跨越的鉆機(jī)通常提供價(jià)廉與有效的方法以在烴層中形成水平的井孔。該水平井孔可以在表面的第一位置具有一第一開(kāi)口并在表面的第二位置具有一第二開(kāi)口。穿越河流的鉆井機(jī)由諸如The Crossing Company Inc.(Nisku，Alberta)的公司經(jīng)營(yíng)。
圖3表示為加熱地層的井下燃燒器的一個(gè)實(shí)施例的橫剖面圖。開(kāi)口112是烴層114內(nèi)的單一開(kāi)口，它可具有第一端116和第二端118。氧化劑120可置于開(kāi)口112中靠近上覆巖層122與在第一端116和第二端118處的烴層114的連接頭。絕緣體124可放置靠近每個(gè)氧化劑120處?？墒褂萌剂瞎艿?26以從燃料源130將燃料128提供到氧化器120。通過(guò)管道136可將氧化流體132從氧化流體源134供到開(kāi)口112中。殼138可放置在開(kāi)口112中。殼138可由碳鋼制成。可能經(jīng)受非常高溫度的殼138的部份(例如靠近氧化劑120的)可包括不銹鋼或其它高溫抗腐蝕的金屬。在某些實(shí)施例中，殼138可以延伸到上覆巖層122內(nèi)的開(kāi)口112的部分中。
在一熱源實(shí)施例中，在第一端116將氧化流體132和燃料128提供到氧化器120。加熱的流體從第一端116的氧化器120趨于向著第二端118流過(guò)開(kāi)口112。沿著開(kāi)口112的長(zhǎng)度熱量可以從加熱的流體傳到烴層126。該加熱的流體可以通過(guò)第二端從地層中去除。此時(shí)，第二端118處的氧化器120可以關(guān)閉。排除的流體可以供應(yīng)到地層中的第二開(kāi)口并用作第二開(kāi)口中的氧化流體和/或燃料，在一選擇的時(shí)間(例如，大約一周)之后，在第一端116的氧化器120可以關(guān)閉。此時(shí)，氧化流體132和燃料128可以供應(yīng)到第二端118處氧化器120同時(shí)氧化器被打開(kāi)。加熱的流體可在此時(shí)間中經(jīng)過(guò)第一端116被除去。在第一端116和在第二端118的氧化器120可在選擇的時(shí)間(例如，大約一周)交替使用以加熱烴層114。這樣可以提供烴層114的基本上更均勻的加熱分布。通過(guò)距氧化器較遠(yuǎn)一端從開(kāi)口去除加熱的流體可以減少開(kāi)口112內(nèi)的焦化的可能性因?yàn)榧訜岬牧黧w從開(kāi)口與進(jìn)入的流體分開(kāi)地去除。氧化的流體的熱含量的使用也可以更有效因?yàn)榧訜岬牧黧w可用于第二開(kāi)口或第二井下燃燒器中。
圖4表示用于含烴地層的熱源的一實(shí)施例。燃料管道126可置于開(kāi)口112內(nèi)。在某些實(shí)施例中，開(kāi)口112可包括殼138。開(kāi)口112是一地層內(nèi)的單一開(kāi)口，它在地表面上第一位置具有第一端116以及地表面上第二位置的第二端118。氧化器120可以放置在靠近烴層114的燃料管道。氧化器120可以分開(kāi)一距離，其范圍從大約3米至50米(例如，大約30米)。燃料可以供應(yīng)到燃料管道126。此外，可向燃料管道126提從蒸汽135以降低靠近氧化器120和/或燃料管道126的焦化。氧化的流體132(例如，空氣和/氧)可以通過(guò)開(kāi)口112提供到氧化器120。燃料129的氧化可以產(chǎn)生熱。該熱可以傳到地層的一部分。氧化的產(chǎn)品140可從靠近第二位置118開(kāi)口112排出。
圖5表示圖3實(shí)施例的使用井下燃燒器的實(shí)施例的從正視的示意圖，在某些，圖5中示意表示的，實(shí)施例和示意的變型中，可用于其它類(lèi)型的加熱器(例如，表面燃燒器，無(wú)焰分布燃燒器等等)，它們可以在含烴地層中的一或多個(gè)開(kāi)口中使用燃料和/或氧化的流體。開(kāi)口142、144、146、148、150和152可具有置于每一開(kāi)口中的井下燃燒器(如圖3的實(shí)施例所示)。按需要可使用多個(gè)或少數(shù)幾個(gè)開(kāi)口(即有井下燃燒器的開(kāi)口)。開(kāi)口的數(shù)量取決于，例如，處理面積的尺寸、要求的加熱速度或所選井的間隔。管道154可用于將流體從開(kāi)口142的井下燃燒器運(yùn)送到開(kāi)口144、146、148、150、和152中的井下燃燒器。這些開(kāi)口可用管道154串聯(lián)。按需要，在各開(kāi)口之間可使用壓縮機(jī)156以增加各開(kāi)口之間的流體的壓力。附加的氧化的流體可以從管道158提供到每個(gè)壓縮機(jī)156。從燃料源的可選擇的燃料流量可提從到每個(gè)開(kāi)口中。
對(duì)一選擇的時(shí)間，流體的流動(dòng)可以從第一開(kāi)口朝向開(kāi)口152。在第一開(kāi)口142內(nèi)的流體流動(dòng)可以基本上對(duì)著第二開(kāi)口144內(nèi)的流動(dòng)。接著，第二開(kāi)口144內(nèi)的流動(dòng)可以基本上對(duì)著第三開(kāi)口146內(nèi)的流動(dòng)，等等。這可能使用每個(gè)開(kāi)口內(nèi)的井下燃燒器提供對(duì)地層的基本上均勻的加熱。在選定的時(shí)間之后，流體的流動(dòng)可以與從開(kāi)口152向第一開(kāi)口142的流動(dòng)相反。此過(guò)程在地層處理所需時(shí)間當(dāng)中可按需要加以重復(fù)。流體變化的流動(dòng)可以增強(qiáng)地層加熱分布的均勻性。
圖6表示置于含烴地層內(nèi)的加熱器井的實(shí)施例的示意圖。加熱器井159可以放置在開(kāi)口112內(nèi)。在某些實(shí)施例中，開(kāi)口112是地層內(nèi)的單一開(kāi)口，它具有接觸地球表面的第一端116和第二端118。開(kāi)口112可以包括細(xì)長(zhǎng)部分160、162、164。細(xì)長(zhǎng)部份160、164可以基本上設(shè)置在非烴包含的層(例如，上覆巖層)中。細(xì)長(zhǎng)部分162可以基本上設(shè)置在烴層114和/或處理區(qū)內(nèi)。
在某些熱源實(shí)施例中，殼138可放置在開(kāi)口112中。在某些實(shí)施例中，殼138可以由碳鋼制成?？梢越?jīng)受高溫的殼138的部分可以由更抗溫度的材料(例如，不銹鋼)制成。在某些實(shí)施例中，殼138可以延伸到上覆巖層122內(nèi)的細(xì)長(zhǎng)部分160、164中。氧化器120、166可以放置在靠近在開(kāi)口112的第一端116和第二端118處上覆巖層122與烴層114的結(jié)合處。氧化器120、166可以包括燃燒器(例如，排成行的燃燒器和/或環(huán)燃燒器)。絕緣體124可置于靠近每個(gè)氧化器120、166處。可以從John Zink公司(Tulsa，Oklahom)或Callidus Technologies(Tulsa，Ohlahoma)獲得燃燒器。
管道168可以放置在開(kāi)口112內(nèi)形成管道168的外表面與殼138的內(nèi)表面之間的環(huán)形空間170。環(huán)形空間170可在開(kāi)口以?xún)?nèi)具有規(guī)則的和/或不規(guī)則的形狀。在某些實(shí)施例中，氧化器可放置在環(huán)形空間和/或管道內(nèi)的便提供熱到地層的一部分。氧化器120被放置在環(huán)形空間170內(nèi)并可以包括一環(huán)形燃燒器。來(lái)自氧化器120的加熱的流體可以在環(huán)形空間170內(nèi)流動(dòng)到第二端118。來(lái)自氧化器166的加熱的流體可以由管道168經(jīng)開(kāi)口112導(dǎo)引。加熱的流體可以包括，但不局限于，氧化產(chǎn)品、氧化的流體和/或燃料。加熱的流體的、經(jīng)環(huán)形空間170的流動(dòng)可以是與在管道168中加熱的流體流動(dòng)方向相反。在另一實(shí)施例中，氧化器120、160可以放置在靠近開(kāi)口112的同一端便能使加熱的流體經(jīng)開(kāi)口112在相同方向流動(dòng)。
可以使用燃料管道126從燃料源130提供燃料128到氧化器120、166。氧化的流體132可以被從氧化的流體源134通過(guò)管道136提供到氧化器120、166。燃料128的和氧化的流體的流動(dòng)可以在氧化器120、166處產(chǎn)生氧化產(chǎn)物。在某些實(shí)施例中，可以控制氧化的流體132的流動(dòng)以控制氧化器120、166處的氧化。另一選擇，可以控制燃料的流動(dòng)以控制在氧化器120、166處的氧化。
在熱源的實(shí)施例中，氧化的流體132和燃料128被提供到氧化器120。來(lái)自第一端116的氧化器120的加熱的流體趨于經(jīng)過(guò)開(kāi)口112流向第二端118。熱量可以沿開(kāi)口112的一段從加熱的流體傳遞到烴層114。加熱的流體可以從地層經(jīng)第二端118除去。在某些實(shí)施例中，從地層除去的加熱流體的一部分可以在第二端118提供到燃料管道126以便用作為氧化器166中的燃料。由氧化器166加熱的流體可以通過(guò)管道168中的開(kāi)口引導(dǎo)到第一端116。在某些實(shí)施例中，加熱的流體的一部分在第一端116提供到燃料管道126。另一選擇，從開(kāi)口的任一端生產(chǎn)的加熱的流體可以被引導(dǎo)到地層中的第二開(kāi)口的即可用作氧化的流體和/或燃料。在某些實(shí)施例中，加熱的流體可以導(dǎo)引向開(kāi)口的一端以便用作單一的氧化劑。
同時(shí)可以利用氧化器120、166。在某些實(shí)施例中，氧化器的使用可以交替進(jìn)行。在一選定時(shí)間期間(例如，大約一周)之后氧化器120可以被關(guān)閉。此時(shí)，氧化的流體132和燃料128可以提供到氧化器166。在此期間氧化的流體可以通過(guò)第一端116除去。氧化器120和氧化器166的使用對(duì)選擇的時(shí)間可以被交替以加熱烴層114。在相反方向的流動(dòng)的氧化流體可以在烴層114產(chǎn)生更均勻的加熱分布。從開(kāi)口經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)離氧化器的一端除去的加熱流體可以減少在開(kāi)口以?xún)?nèi)焦化的可能性，在該氧化器處產(chǎn)生加熱的流體。在某些實(shí)施例中，可以從排放管道中的地層除去加熱的流體。此外，通過(guò)分離地從進(jìn)入的流體(例如，燃料和/或氧化的流體)中從開(kāi)口除去加熱的流體可進(jìn)一步減少焦化的可能性。在某些例子中，加熱的流體內(nèi)的某些熱量可以傳遞到進(jìn)入的流體以增加氧化器的效率。
圖7表示一個(gè)置于含烴地層內(nèi)的熱源的實(shí)施例。表面裝置171(例如，氧化器、燃燒器和/或爐子)向地層中的一開(kāi)口提供熱量。表面裝置171可以向置于管道173內(nèi)的管道168提供熱量。置于靠近開(kāi)口112第一端116的表面裝置171可以加熱供給表面裝置171的流體(例如，空氣、氧、蒸汽、燃料和/或煙道氣體)。管道168可以延伸到表面裝置171中以能使在靠近第一端116的表面裝置171中加熱的流體流到管道168中去。管道168可以引導(dǎo)流體流到第二端118。在第二端118處管道168可以向表面裝置171提供流體。表面裝置171可以加熱流體。被加熱的流體可以流到管道173中。然后被加熱的流體可以經(jīng)管道173流向第一端116。在某些實(shí)施例中，管道168和管道173可以是同心的。
在可選的實(shí)施例中，流體在進(jìn)入表面裝置以前可以被壓縮。流體的壓縮可以保持流體經(jīng)開(kāi)口的流動(dòng)。流體經(jīng)過(guò)管道的流動(dòng)可以影響熱從管道到地層的傳遞。
在可選的實(shí)施例中，單一的表面裝置可以用于靠近第一端116的加熱。管道可以這樣來(lái)設(shè)置，即內(nèi)管道以?xún)?nèi)的流體流入內(nèi)管道和外管道之間的環(huán)形空間。因此流體在內(nèi)管道和環(huán)形空間中的流動(dòng)是反向流。
圖8說(shuō)明一熱源實(shí)施例。管道168、172可以放置在開(kāi)口112以?xún)?nèi)。開(kāi)口112可以是一個(gè)敞開(kāi)的井孔。在一可選實(shí)施例中，殼可以包括在開(kāi)口的一部分中(例如，上覆巖層中的一部分中)。此外，某些實(shí)施例可以包括包圍管道168、172一部分的絕緣材料。例如，上覆巖層122內(nèi)的管道的部分可以被絕緣以防止熱量從加熱的流體傳遞到上覆巖層和/或靠近氧化器的地層的一部分。
圖9表示可以加熱含烴地層的一部分的表面燃燒器的一個(gè)實(shí)施例。燃料128可以通過(guò)管道136提供到燃燒器178。氧化的流體可以從氧化的流體源134提供到燃燒器178中。燃料128可以用燃燒器178中的氧化的流體被氧化以形成氧化產(chǎn)品140。燃料128可以包括，但不局限于，氫、甲烷、乙烷和/或其它烴。燃燒器178可以處于地層的外面或烴層114中的開(kāi)口112以?xún)?nèi)。源182可以將燃料128加熱到一個(gè)足以支撐燃燒器178中的氧化的溫度。源182可以將燃料加熱到大約1425℃的溫度。源182可以聯(lián)結(jié)到管道180的一端上。在熱源的一個(gè)實(shí)施例上，源182是一控制的火焰。該控制的火焰可以用一小的燃料128流燃燒。在其它實(shí)施例中，源182可以是一電點(diǎn)火源。
氧化產(chǎn)品140可以被提供到聯(lián)結(jié)到燃燒器178的內(nèi)管道184內(nèi)的開(kāi)口112中。熱量可以從氧化產(chǎn)品140通過(guò)外管道186傳遞到開(kāi)口112中并沿內(nèi)管道184的長(zhǎng)度傳遞到烴層114。氧化產(chǎn)品140可以沿內(nèi)管道184的長(zhǎng)度冷卻。例如，氧化產(chǎn)品140可以在靠近內(nèi)管道184的頂部具有大約870℃的溫度同時(shí)在靠近內(nèi)管道184底部具有大約650℃的溫度?？拷紵?78的內(nèi)管道184的一段可具有設(shè)置在內(nèi)管道184的一個(gè)內(nèi)表面上的陶瓷絕熱器188。陶瓷絕熱器188可以防止內(nèi)管道184和/或靠近燃燒器178的絕緣物124的熔化。開(kāi)口112可以在表面190的下面延伸到地層中的達(dá)大約550米的一個(gè)長(zhǎng)度。
內(nèi)管道184可以將氧化產(chǎn)品140提供到靠近開(kāi)口112的底部的外管道186中。內(nèi)管道184可具有絕緣物124。圖10表示具有設(shè)置在內(nèi)管道184的內(nèi)表面上的絕緣物124和陶瓷絕熱器188的內(nèi)管道184的一個(gè)實(shí)施例。絕緣物124可以防止內(nèi)管道184中的流體與外管道186中流體之間的熱傳遞。絕緣物124的厚度沿內(nèi)管道184的長(zhǎng)度可以變化，這樣沿內(nèi)管道184的長(zhǎng)度熱量傳遞到氧化物層114可以變化。例如，從開(kāi)口112中的內(nèi)管道184的頂部到底部絕緣物124的厚度可分別從較大厚度減縮到較小厚度。這種減縮的厚度可以沿開(kāi)口112內(nèi)的內(nèi)管道184的長(zhǎng)度提供烴層114的更均勻的加熱。絕緣物124可包括陶瓷和金屬材料。氧化產(chǎn)品可以通過(guò)外管道186返回到表面190。外管道186可以具有絕緣物124’，如圖9所示。絕緣物124’可以防止熱量從外管道186傳遞到上覆巖層122。
氧化產(chǎn)品140可以通過(guò)表面190處的管道192提供到一附加的燃燒器。氧化產(chǎn)品140可用作附加的燃燒器中燃料流體的一部分。這樣做就可以增加為加熱烴層114的能量輸出對(duì)能量輸入的效率。該附加的燃燒器可以通過(guò)烴層114中的一個(gè)附加開(kāi)口提供熱量。
在某些實(shí)施例中，除去從一表面燃燒器提供的熱量外電加熱器可以提供熱量。如任何上述實(shí)施例所描述的該電加熱器，例如，可以是一個(gè)絕緣的導(dǎo)體電加熱器或者管道中的導(dǎo)體加熱器。該電加熱器可以向含烴地層提供附加的熱量因此該含烴地層沿地層中開(kāi)口的深度基本上均勻地被加熱。
含烴地層中的表面壓力相當(dāng)于在地層以?xún)?nèi)產(chǎn)生的流體壓力。該加熱的流體可以在地層以?xún)?nèi)蒸發(fā)。蒸發(fā)與熱分解反應(yīng)可以增加地層以?xún)?nèi)的壓力。對(duì)增加壓力有影響的流體可以包括，但不局限于，熱分解過(guò)程產(chǎn)生的流體和加熱過(guò)程中蒸發(fā)的水。隨著地層的加熱部分選定段以?xún)?nèi)的溫度增加，選定段以?xún)?nèi)的壓力由于增加的流體產(chǎn)生和水的蒸發(fā)而可能增加?？刂茝牡貙尤コ黧w的速度可以使得能控制地層中的壓力。
在某些實(shí)施例中，含烴地層的加熱部分選定段內(nèi)的壓力可根據(jù)以下因素而變化，諸如，深度、與熱源的距離、含烴地層以?xún)?nèi)的烴的富有程度、和/或距生產(chǎn)井的距離。地層以?xún)?nèi)的壓力可以在許多不同的位置來(lái)確定(例如，靠近或處于生產(chǎn)井處，或在監(jiān)測(cè)井處)。
在含烴地層中產(chǎn)生明顯的滲透性之前含烴地層加熱到熱分解溫度范圍可以發(fā)生。滲透性的原始缺乏可以防止產(chǎn)生的流體從地層中的熱分解區(qū)域輸送到一生產(chǎn)井。由于熱量初始從一熱源被傳遞到含烴地層，所以含烴地層以?xún)?nèi)的流體壓力可以增到接近一熱源。這種流體壓力的增加可以由至少地層中某些烴的熱分解過(guò)程中流體的產(chǎn)生而造成。該增加的流體壓力可以通過(guò)熱源來(lái)釋放、監(jiān)測(cè)、改變和/或控制。例如，熱源可包括一個(gè)閥，該閥可以使某些流體從地層中去除。在某些熱源的實(shí)施例中，熱源可以包括防止壓力損壞熱源的敞開(kāi)的井孔地層。
在一現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化過(guò)程的實(shí)施例中，在熱分解的過(guò)程中含烴地層一部分的選定的一段以?xún)?nèi)的壓力可以增加到一選定的壓力。一個(gè)選定的壓力可以處在從大約2巴的絕對(duì)壓力到大約72巴絕對(duì)壓力的范圍以?xún)?nèi)或者，在某些實(shí)施例中，在2巴絕對(duì)壓力到36巴絕對(duì)壓力的范圍之內(nèi)。另可選擇，一選定的壓力可處在大約2巴絕對(duì)壓力到大約18巴絕對(duì)壓力的范圍之內(nèi)。在某些現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化過(guò)程實(shí)施例中，大多數(shù)烴流體可以從具有從大約2巴絕對(duì)壓力到大約18巴絕對(duì)壓力范圍以?xún)?nèi)的壓力的地層中生產(chǎn)。在熱分解過(guò)程中該壓力可以變化或被變化。該壓力可以被變化以改變和/或控制生產(chǎn)的地層流體的成分，以控制可凝固流體與非可凝固流體相比的反分比，和/或控制被生產(chǎn)的流體的API比重。例如，降低壓力可以導(dǎo)致較大的可凝固流體成分的生產(chǎn)。該可凝固的流體成份可以保持烯烴的較大反分比。
在某些現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化過(guò)程實(shí)施例中，由于流體產(chǎn)生而增加的壓力可以保持在地層的加熱部分以?xún)?nèi)。在現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化過(guò)程中在地層以?xún)?nèi)保持增加的壓力可以防止地層沉淀。在熱分解過(guò)程中增加的地層壓力可以促進(jìn)高質(zhì)量產(chǎn)品的產(chǎn)生。增加的地層壓力可以促進(jìn)從地層中流體的蒸汽相的產(chǎn)生。蒸汽相的產(chǎn)生可以允許用于運(yùn)送從地層產(chǎn)生的流體的匯集管道的尺寸的減小。增加的地層壓力可以減少或消除壓縮表面的地層流體以便將匯集管道中的流體運(yùn)送到表面設(shè)備。保持地層以?xún)?nèi)的增加的壓力還可以促進(jìn)從生產(chǎn)的非凝固流體產(chǎn)生電力。例如，生產(chǎn)的非凝固流體可以經(jīng)過(guò)一渦流機(jī)以發(fā)電。
也可以保持地層中增加的壓力以生產(chǎn)更多和/或改進(jìn)的地層流體。在某些現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化過(guò)程的實(shí)施例中，從地層產(chǎn)生的烴流體的有效的量(例如，大多數(shù))可以是非凝固的烴?？梢赃x擇地增加和/或保持地層以?xún)?nèi)的壓力以促進(jìn)地層中較小鏈烴的地層。在地層中生產(chǎn)小鏈烴可使較多不凝固烴從地層中產(chǎn)生。在較高壓力下從地層生產(chǎn)的可凝固的烴可能比在較低壓力下從地層生產(chǎn)的可凝的烴是較高質(zhì)量的(例如，較高的API比重)。
在含烴地層的加熱部分以?xún)?nèi)可以保持高壓力以防止具有例如，大于大約25個(gè)碳原子的地層流體的產(chǎn)生。某些高碳數(shù)的化合物可能在地層中的蒸汽中產(chǎn)生同時(shí)可以從地層中的蒸汽而去除。一個(gè)高的壓力在地層中可以防止在蒸汽中產(chǎn)生高碳數(shù)的化合物和/或多環(huán)碳?xì)浠衔铩Ｔ黾雍瑹N地層以?xún)?nèi)的壓力可以增加該部份以?xún)?nèi)流體的沸點(diǎn)。高碳數(shù)量的化合物和/或多環(huán)烴化合物可以保留在地層中的液體相中以有效的時(shí)間期間。該有效的時(shí)間期間可對(duì)該化合物提供足夠的時(shí)間以便熱分解而形成較低碳數(shù)量的化合物。
在地層的加熱部分以?xún)?nèi)保持增加的壓力可以驚奇地使能夠大量生產(chǎn)高質(zhì)量的烴。保持增加的壓力可以促進(jìn)該地層以?xún)?nèi)的熱分解流體的蒸汽相運(yùn)送。增加壓力通常允許低分子量烴的生產(chǎn)，因?yàn)榈头至繜N類(lèi)將比較容易地在地層中以蒸汽相運(yùn)送。
低分子量烴類(lèi)的產(chǎn)生(并伴隨增加的蒸汽相運(yùn)送)相信是由于，部分地，在含烴地層的一部分以?xún)?nèi)氫的自然的發(fā)生和反應(yīng)。例如，保持一個(gè)增加的壓力可以迫使熱分解過(guò)程生產(chǎn)的氫成為液態(tài)相(例如，通過(guò)溶解)。加熱該部分到達(dá)熱分解溫度范圍以?xún)?nèi)的一個(gè)溫度可以在地層以?xún)?nèi)熱分解烴以產(chǎn)生液態(tài)相的熱分解流體。該產(chǎn)生的成分可包括雙鍵的和/或原子團(tuán)的。液體相的H2降低產(chǎn)生的熱分解流體的雙鍵，從而減少來(lái)自產(chǎn)生的熱分解流體的聚合或長(zhǎng)鏈化合物形成的可能性。此外氫也可能在產(chǎn)生的熱分解流體中抵銷(xiāo)原子團(tuán)。因此，在液態(tài)相的H2可以防止來(lái)自彼此的和/或與地層中其它化合物的反應(yīng)產(chǎn)生的熱分解流體。較短鏈烴可以進(jìn)入蒸汽相和可能從地層產(chǎn)生。
在增加的壓力下運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化過(guò)程可以從地層允許產(chǎn)生地層流體的蒸汽相。蒸汽相的產(chǎn)生可以允許較輕的(和比較高質(zhì)量的)熱分解流的增加的再生。蒸汽相的產(chǎn)生可以導(dǎo)致在通過(guò)熱分解產(chǎn)生流體之后較少的地層流體余留在地層中。蒸汽相產(chǎn)生可以允許比現(xiàn)在使用液態(tài)相和/或液/蒸汽相生產(chǎn)中在地層中較少的生產(chǎn)井。較少的生產(chǎn)井可以顯著地降低與現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)化過(guò)程相關(guān)連的設(shè)備成本。
在一個(gè)實(shí)施例中，含烴地層的一部分可以被加熱以提高H2的部分壓力。在某些實(shí)施例中，一個(gè)提高的H2的部分壓力可以包括在從大約0.5巴到大約7巴的范圍的H2的部分壓力。另一種選擇，一個(gè)提高的H2的部分壓力可以包括從大約5巴到大約7巴的范圍中的H2的部分壓力。例如，大多數(shù)的烴流體可以在其中H2的部分壓力在大約5巴到7巴的范圍內(nèi)生產(chǎn)。在熱分解H2部分壓力范圍以?xún)?nèi)的H2部分壓力的一個(gè)范圍可以，例如，根據(jù)地層的加熱部分的溫度和壓力而變化。
保持地層以?xún)?nèi)的大于大氣壓的H2的部分壓力可以增加生產(chǎn)的可凝固烴流體的API比重值。保持一個(gè)提高的H2的部分壓力可以提高生產(chǎn)的可凝固的烴流體的API值到大于25°或，在某些例子中，大于大約30°。在含烴地層的加熱部分以?xún)?nèi)保持一提高的H2的部分壓力可以提高H2在加熱部分以?xún)?nèi)的濃度。該H2可以能夠與烴的熱分解成分反應(yīng)。H2與烴熱分解成分的反應(yīng)可以減少烯烴的聚合成焦油和其它交叉鏈結(jié)的、難于濃縮的產(chǎn)品。因此，可以防止具有低的API比重值的烴流體的產(chǎn)生。
控制含烴地層以?xún)?nèi)的壓力與溫度可以能使產(chǎn)生的地層流體的特性得到控制。例如，從地層生產(chǎn)的地層流體的成分與質(zhì)量可以通過(guò)改變地層的加熱部分的選定段中的平均壓力和/或平均溫度而變化。生產(chǎn)的流體的質(zhì)量可基于以下流體的特性來(lái)評(píng)估，但不局限于，諸如，API比重、在生產(chǎn)的地層流體中烯烴反分比、乙烯對(duì)乙烷的比、原子氫對(duì)碳的比、在生產(chǎn)的地層流體內(nèi)具有碳數(shù)大于25的烴的反分比、總當(dāng)量產(chǎn)量(氣體和液體)、總液體產(chǎn)量和/或作為Fischer Assay反分比的液體產(chǎn)量。
本發(fā)明的不同方面的修改與可選的實(shí)施例鑒于此描述對(duì)那些技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。因而，這一描述僅為說(shuō)明而構(gòu)成并為了指導(dǎo)技術(shù)人員實(shí)施本發(fā)明的通用方式。應(yīng)該理解，此處表示和描述的本發(fā)明的形式是作為優(yōu)選實(shí)施例而進(jìn)行的。
對(duì)此處說(shuō)明并描述的元件和材料可以置換，零件和過(guò)程可以例置，同時(shí)本發(fā)明的某些特征可以獨(dú)立地應(yīng)用，在得益于本發(fā)明的此描述之后對(duì)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)所有的均是顯然的。此處描述的元件中可以進(jìn)行改變而不偏離以下權(quán)利要求中描述的本發(fā)明的原則與范圍。此外，應(yīng)該理解，此處所描述的特征可以在某些實(shí)施例中加以組合。
權(quán)利要求
1.一種現(xiàn)場(chǎng)加熱含烴地層的方法，它包括從一或幾個(gè)加熱器提供熱量到地層中的一個(gè)開(kāi)口，其中該開(kāi)口的第一端在第一位置與地表面接觸，同時(shí)該開(kāi)口的第二端在第二位置與地表面接觸；以及允許熱量從該開(kāi)口傳遞到該地層的至少一部份以便在地層中熱分解壓力某些烴類(lèi)。
2.權(quán)利要求1的方法，其中提供到開(kāi)口的熱量包括提供熱量、加熱的材料和/或從至少一個(gè)加熱器到該開(kāi)口的氧化產(chǎn)品。
3.權(quán)利要求1-2的任意一款的方法，還包括允許熱量從設(shè)置在開(kāi)口至少一部份的管道傳遞。
4.權(quán)利要求3的方法，還包括允許熱量從管道并經(jīng)過(guò)一個(gè)在開(kāi)口壁和管道壁之間形成的環(huán)形空間傳遞。
5.權(quán)利要求1-4的任意一款的方法，其中至少加熱器至少包括一氧化器，該方法還包括提供燃料到氧化器；氧化至少某些燃料；以及允許熱量、加熱的材料、和/或氧化產(chǎn)品經(jīng)過(guò)開(kāi)口、管道和環(huán)形空間移動(dòng)，并因而傳遞熱到地層的至少一部分。
6.權(quán)利要求5的方法，還包括回收某些燃料到至少一個(gè)附加的氧化器。
7.權(quán)利要求1-6的任意一款的方法，其中至少一個(gè)加熱器包括一表面裝置，該方法還包括使用該表面裝置加熱流體或其它材料；以及允許加熱的流體或其它材料經(jīng)過(guò)開(kāi)口、管道、和/或環(huán)狀通道移動(dòng)并因而將熱量傳遞到地層的至少一部分。
8.權(quán)利要求1-7任意一款的方法，包括提供燃料到設(shè)置在開(kāi)口中的一管道；提供一氧化流體到該開(kāi)口；在至少一個(gè)設(shè)置在管道中，或聯(lián)結(jié)到管道的氧化器中氧化燃料；以及允許熱量傳遞到地層的至少一部分。
9.權(quán)利要求1-8的任意一款的方法還包括提供氧化物產(chǎn)品到靠近第一位置的開(kāi)口，然后使氧化物產(chǎn)品離開(kāi)靠近第二位置的開(kāi)口。
10.權(quán)利要求1-9的任意一款的方法，還包括控制地層的至少主要部份以?xún)?nèi)的壓力和溫度，其中控制壓力作為溫度的函數(shù)，和/或控制溫溫度作為壓力的函數(shù)。
11.權(quán)利要求1-10的任意一款的方法，還包括控制地層的至少主要部分以?xún)?nèi)的壓力和溫度，其中控制壓力作為溫度的函數(shù)，和/或控制溫度作為壓力的函數(shù)。
12.權(quán)利要求1-11的任意一款的方法，還包括從地層產(chǎn)生的混合物，其中產(chǎn)生的混合物包括具有至少大約25°的API比重的凝固的烴。
13.權(quán)利要求1-12的任意一款的方法，還包括控制地層的至少主要部分以?xún)?nèi)的壓力，其中控制的壓力是至少大約2.0巴絕對(duì)壓力。
14.權(quán)利要求1-13的任意一款的方法，還包括控制地層狀態(tài)，這樣生產(chǎn)的混合物包括在混合物以?xún)?nèi)的大于大約0.5巴的H2的部分壓力。
15.權(quán)利要求1-14的任意一款的方法，還包括改變地層以?xún)?nèi)的壓力以防止從地層產(chǎn)生具有碳數(shù)大于大約25的烴。
16.權(quán)利要求1-15的任意一款的方法，其中地層的部分的至少一部分被加熱到一個(gè)大約270℃的最小熱分解溫度。
17.一種為實(shí)施權(quán)利要求1-16的任意一款的方法的系統(tǒng)，包括一或多個(gè)可構(gòu)造的加熱器提供熱量到地層的至少一部分通過(guò)傳熱到地層的開(kāi)口。
18.權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中傳熱到地層的開(kāi)口包括提供熱量、加熱的材料、和/或氧化產(chǎn)品到開(kāi)口。
19.權(quán)利要求17-18的任意一款的系統(tǒng)，還包括設(shè)置在開(kāi)口的至少一部份中的殼。
20.權(quán)利要求17-19的任意一款的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)加熱器是處于開(kāi)口中的，或與開(kāi)口結(jié)合的一個(gè)氧化器。
21.權(quán)利要求17-20的任意一款的系統(tǒng)，其中加熱器包括至少一個(gè)第一氧化器和一個(gè)第二氧化器。
22.權(quán)利要求17-21的任意一款的系統(tǒng)，其中熱量、加熱的材料、和/或氧化產(chǎn)品經(jīng)過(guò)開(kāi)口從第二氧化器流動(dòng)，從第二端向第一端流動(dòng)。
23.權(quán)利要求17-22的任意一款的系統(tǒng)，還包括可放置在開(kāi)口的至少一部份中的管道。
24.權(quán)利要求23的系統(tǒng)，其中傳熱到地層中的開(kāi)口包括提供熱量、加熱的材料、和/或氧化產(chǎn)品到管道。
25.權(quán)利要求23-24的任意一款的系統(tǒng)，其中加熱器包括至少一個(gè)第一氧化器和一個(gè)第二氧化器。
26.權(quán)利要求25的系統(tǒng)，其中第二氧化器放置在，或聯(lián)結(jié)到，管道內(nèi)/上，同時(shí)其中第二氧化器被構(gòu)造成提供熱量到地層的至少一部份。
27.權(quán)利要求25-26的任意一款的系統(tǒng)，其中熱量，加熱的材料和/或氧化產(chǎn)品從第一氧化器經(jīng)開(kāi)口流動(dòng)從第一端流向第二端同時(shí)熱量，加熱的材料和/或氧化產(chǎn)物從第二氧化器經(jīng)開(kāi)口流動(dòng)從第二端流向第一端。
28.權(quán)利要求17-27任意一款的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)加熱器包括一可構(gòu)成的氧化器以氧化燃料以產(chǎn)生熱量，該系統(tǒng)還包括可構(gòu)成的回收管道以回收至少某些具有氧化產(chǎn)品的燃料從氧化器流到至少一個(gè)附加的氧化器。
29.權(quán)利要求23-28任意一款的系統(tǒng)，還包括在管道壁和開(kāi)口壁之間形成的環(huán)形空間。
30.權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中傳遞到地層的開(kāi)口的熱量包括提供的熱量，加熱的材料、和/或氧化產(chǎn)品到環(huán)形空間。
31.權(quán)利要求29-30的任意一款的系統(tǒng)，其中加熱器包括一或多個(gè)置于環(huán)形空間內(nèi)或聯(lián)結(jié)到管道上的氧化器，其中提供燃料到管道，同時(shí)其中燃料經(jīng)管道流到氧化器。
32.權(quán)利要求29-30的任意一款的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)氧化器置于環(huán)形空間中，或聯(lián)結(jié)到環(huán)形空間，同時(shí)其中至少一個(gè)氧化器構(gòu)造成提供熱量到至少地層的一部分。
33.權(quán)利要求32的系統(tǒng)，還包括置于環(huán)形空間中或聯(lián)結(jié)到環(huán)形空間的第一氧化器，以及置于管道中或聯(lián)結(jié)到管道的第二氧化器。
34.權(quán)利要求33的系統(tǒng)，其中熱量，加熱的材料、和/或氧化產(chǎn)品從第一氧化器流到環(huán)形空間并且與從第二氧化器流到管道的熱量、加熱的材料、和/或氧化產(chǎn)品逆流。
35.權(quán)利要求33-34任意一款的方法，還包括第一回收管道可構(gòu)成為回收至少某些環(huán)形空間中的燃料到第二氧化器；以及第二回收管道可構(gòu)成為回收至少某些管道中的燃料到第一氧化器。
36.權(quán)利要求17-35的任意一款的系統(tǒng)，還包括可置于開(kāi)口中的第二管道，和一個(gè)或多個(gè)可構(gòu)成以通過(guò)該第二管道提供熱量到地層的至少一部分。
37.權(quán)利要求36的系統(tǒng)，其中加熱器包括至少一個(gè)第一氧化器，它可構(gòu)形成通過(guò)向管道提供熱量，加熱的材料、和/或氧化產(chǎn)品而向地層的至少一部分提供熱量，及一個(gè)第二氧化器，它可構(gòu)形成通過(guò)向第二管道提供熱量，加熱的材料、和/或氧化產(chǎn)品而向地層的至少一部分提供熱量。
38.權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中該第一氧化器可設(shè)置在管道中，或者第二氧化器可設(shè)置在第二管道中。
39.權(quán)利要求37-38任意一款的系統(tǒng)，其中氧化產(chǎn)品從第一氧化器以與氧化產(chǎn)品從第二氧化器的流動(dòng)相反的方向流動(dòng)。
40.權(quán)利要求17-39的任意一款的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)加熱器包括一個(gè)氧化器，同時(shí)還包括可設(shè)置在靠近氧化器的絕緣物。
41.權(quán)利要求17-40的任意一款的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)加熱器包括一氧化器，同時(shí)其中至少一個(gè)氧化器包括一環(huán)狀燃燒器或一列燃燒器。
42.權(quán)利要求17-41的任意一款的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)加熱器是一可構(gòu)造成向開(kāi)口提供熱的表面裝置。
43.權(quán)利要求42的系統(tǒng)，還包括構(gòu)造成向開(kāi)口或在第一位置的管道提供熱量、加熱的材料或氧化產(chǎn)品的表面裝置。
44.權(quán)利要求17-43的任意一款的系統(tǒng)，其中熱量、加熱的材料、和/或氧化產(chǎn)品從第一氧化器在與熱量、加熱的材料、和/或氧化產(chǎn)品從第二氧化器的相反的方向流動(dòng)。
45.權(quán)利要求17-44的任意一款的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)構(gòu)造成向地層的選定段提供熱量并熱分解選定段中的烴的至少一部分。
全文摘要
在一個(gè)實(shí)施例中，一種加熱含有烴地層的方法可以包括從一或多個(gè)加熱器提供熱量到地層中的一個(gè)開(kāi)口。該開(kāi)口的第一端可在第一位置接觸地面同時(shí)開(kāi)口的第二端可在第二位置接觸地面。熱量可以被允許從開(kāi)口傳到地層的至少一部分。傳遞的熱量可以熱分解地層中的至少某些烴。在某些實(shí)施例中，提供熱量到開(kāi)口可以包括從至少一個(gè)加熱器提供熱量、加熱的材料、和/或氧化產(chǎn)品到開(kāi)口。
文檔編號(hào)E21B43/24GK1666006SQ02821043
公開(kāi)日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2002年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月24日
發(fā)明者哈羅德·J·維內(nèi)加, 約翰·M·卡拉尼卡斯, 彼得·維恩斯特拉, 埃里克·P·德魯菲格納克, 斯科特·L·韋林頓 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司