Система для совместного производства теплоты и электричества и способ обработки углеводородсодержащих пластов

Номер патента: 13579

Опубликовано: 30.06.2010

Авторы: Фоулер Томас Дейвид, Винигар Харолд Дж., Караникас Джон Майкл

Есть еще 4 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Система обработки углеводородсодержащего пласта, включающая

средство когенерации водяного пара и электричества;

по меньшей мере одну нагнетательную скважину, размещенную в первой части пласта, выполненную с возможностью подачи водяного пара, полученного из средства когенерации пара и электричества, в первую часть пласта;

по меньшей мере одну эксплуатационную скважину, размещенную в первой части пласта, выполненную с возможностью добычи первых углеводородов;

по меньшей мере один электрический нагреватель, расположенный в первой части пласта и/или второй части пласта, причем по меньшей мере один из электрических нагревателей выполнен с возможностью получения электропитания от средства когенерации водяного пара и электричества; при этом указанный по меньшей мере один электрический нагреватель находится в скважине, отличной от нагнетательной скважины, и отделен от средства когенерации водяного пара и электричества,

по меньшей мере одну эксплуатационную скважину, размещенную в первой части пласта и/или второй части пласта, при этом эксплуатационная скважина выполнена с возможностью добычи вторых углеводородов; а

средство когенерации пара и электричества выполнено с возможностью использования первых углеводородов и/или вторых углеводородов для производства электричества.

2. Система по п.1, в которой указанное средство выполнено с возможностью использования углеводородов при выработке электричества.

3. Система по любому из пп.1, 2, в которой указанное средство выполнено с возможностью использования углеводородов при производстве водяного пара.

4. Система по любому из пп.1-3, в которой плотность в градусах IPA первых углеводородов составляет не более 15°.

5. Система по любому из пп.1-4, в которой плотность в градусах IPA вторых углеводородов составляет не более 20°.

6. Система по любому из пп.1-5, характеризующаяся тем, что выполнена с возможностью смешивания по меньшей мере части первых углеводородов и по меньшей мере части вторых углеводородов.

7. Система по любому из пп.1-6, характеризующаяся тем, что выполнена с возможностью изменения количества производимого электричества и водяного пара с целью изменения добычи первых углеводородов и/или вторых углеводородов.

8. Система по любому из пп.1-7, содержащая средство для переработки первых углеводородов и/или вторых углеводородов перед их использованием в указанном средстве когенерации пара и электричества.

9. Система по любому из пп.1-8, содержащая по меньшей мере одну нагнетательную скважину, размещенную во второй части пласта, при этом по меньшей мере одна из нагнетательных скважин выполнена с возможностью подачи пара, полученного из средств когенерации пара и электричества, во вторую часть пласта.

10. Система по любому из пп.1-9, в которой средство когенерации водяного пара и электричества выполнено с возможностью сжигания газообразных и жидких углеводородов.

11. Способ обработки углеводородсодержащего пласта с использованием системы по любому из пп.1-10, включающий этапы, на которых

подают водяной пар в первую часть пласта;

добывают первые углеводороды из первой части пласта;

обеспечивают теплоту для её подвода от одного или более электрических нагревателей в первую часть пласта и/или вторую часть пласта, при этом электрический нагреватель находится отдельно от средства когенерации пара и электричества;

обеспечивают передачу теплоты от нагревателей к первой части пласта и/или второй части пласта;

добывают вторые углеводороды из второй части пласта и

используют первые углеводороды и/или вторые углеводороды в средстве когенерации пара и электричества, при этом указанное средство обеспечивает подачу пара в первую часть пласта и электричество для нагревателей.

12. Способ по п.11, в котором по меньшей мере один электрический нагреватель находится в скважине, отличной от нагнетательной скважины, и, кроме того, включающий использование первых углеводородов и/или вторых углеводородов для производства электричества.

13. Способ по любому из пп.11-12, характеризующийся тем, что используют первые углеводороды и/или вторые углеводороды для производства водяного пара.

14. Способ по любому из пп.11-13, в котором плотность в градусах IPA первых углеводородов составляет не более 10°.

15. Способ по любому из пп.11-14, в котором плотность в градусах IPA вторых углеводородов составляет не более 15°.

16. Способ по любому из пп.11-15, характеризующийся тем, что смешивают по меньшей мере часть первых углеводородов и по меньшей мере часть вторых углеводородов.

17. Способ по любому из пп.11-16, характеризующийся тем, что смешивают по меньшей мере часть первых углеводородов и по меньшей мере часть вторых углеводородов для получения топлива для электрических генераторов.

18. Способ по любому из пп.11-17, характеризующийся тем, что используют по меньшей мере часть вторых углеводородов в качестве газа для одного или более установленных в пласте нагревателей.

19. Способ по любому из пп.11-18, характеризующийся тем, что используют все первые углеводороды и/или вторые углеводороды в качестве топлива для генерирования электричества и/или производства водяного пара.

20. Способ по любому из пп.11-19, характеризующийся тем, что изменяют количество генерируемого электричества и количество производимого пара с целью изменения добычи первых углеводородов и/или вторых углеводородов.

21. Способ по любому из пп.11-20, характеризующийся тем, что подают пар во вторую часть пласта до подвода теплоты от электрических нагревателей.

22. Способ по любому из пп.11-21, характеризующийся тем, что перерабатывают первые углеводороды и/или вторые углеводороды до использования первых углеводородов и/или вторых углеводородов в средстве когенерации пара и электричества.

23. Способ по любому из пп.11-22, характеризующийся тем, что подают водяной пар, полученный из средства когенерации пара и электричества, во вторую часть пласта.

Текст

Смотреть все

013579 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится, в общем, к способам и системам для добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из различных пластов, например углеводородсодержащих пластов. В частности, некоторые воплощения относятся к использованию средств когенерации совместного производства водяного пара и электрической энергии в комбинации с нагнетанием в пласт водяного пара и обработкой углеводородсодержащего пласта in situ. Уровень техники Углеводороды, добываемые из подземных пластов, часто используют в качестве энергетических ресурсов, сырья и потребительских продуктов. Беспокойства по поводу истощения доступных ресурсов углеводородов и снижения качества добываемых углеводородов в целом привели к разработке способов более эффективного извлечения, переработки и/или использования доступных углеводородных ресурсов. Для извлечения углеводородных материалов из пластов подземных месторождений могут быть использованы внутрипластовые процессы. При этом для более легкого удаления углеводородного материала из подземного пласта может возникнуть необходимость в изменении химических и/или физических свойств углеводородного материала в пласте. Изменения химических и физических свойств могут включать проведение в пласте реакций, приводящих к получению извлекаемых флюидов, изменению состава, растворимости, плотности, фазового состава и/или изменению вязкости углеводородного материала в пласте. Флюидом может быть, но не в качестве ограничения, газ, жидкость, эмульсия, суспензия и/или поток тврдых частиц с текучестью, подобной текучести жидкости. Большие залежи тяжлых углеводородов (тяжлая нефть и/или смола), содержащиеся в относительно проницаемых пластах (например, в пластах битуминозных песков), обнаружены в Северной Америке,Южной Америке, Африке и Азии. Смола может быть добыта в карьере и превращена в более лгкие углеводороды, например сырую нефть, нафту, керосин и/или газойль. Кроме того, с помощью процессов размола на поверхности можно отделить битум от песка. Отделнный битум может быть превращен в лгкие углеводороды обычными способами нефтепереработки. Добыча и переработка битуминозного песка обычно значительно дороже получения более лгких углеводородов из обычных продуктивных нефтяных пластов. Получение углеводородов из битуминозного песка in situ может быть осуществлено нагревом и/или введением в пласт газа. В патентных документах US 5211230 (Ostapovich) и US 5339897 (Leaute) описана горизонтальная эксплуатационная (добывающая) скважина, расположенная в нефтеносном продуктивном пласте. Для ввода в нефтеносный пласт газообразного окислителя с целью осуществления процесса сгорания in situ может быть использован вертикальный трубопровод. В патентном документе US 2780450 (Ljungstrom) описано нагревание битумных геологических пластов in situ или крекинг жидкого смолообразного вещества с превращением его в нефть и газы. В патентном документе US 4597441 (Ware et al.) описан одновременный контакт нефти и водорода при осуществлении нагрева в нефтеносном пласте. Извлечение нефти из нефтеносного пласта можно повысить посредством гидрирования. В документах US 5046559 (Glandt) и US 5060726 (Glandt et al.) описан предварительный нагрев части пласта битуминозного песка, находящейся между нагнетающей и добывающей скважинами. Для извлечения углеводородов по эксплуатационной скважине в пласт через нагнетательную скважину может нагнетаться пар. Как отмечено выше, прилагались значительные усилия для разработки способов и систем для экономически выгодной добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из углеводородсодержащих пластов. Увеличение общего количества извлекаемых углеводородов из углеводородсодержащего пласта может быть достигнуто посредством добычи углеводородов совместным осуществлением способа нагнетания водяного пара и способа термической переработки in situ. При этом использование обоих указанных способов может быть более экономичным, чем использование каждого способа по отдельности. Сущность изобретения Описанные здесь воплощения, в общем, относятся к системам, способам и нагревателям для обработки подземного пласта месторождения. Описанные здесь воплощения относятся также, в общем, к нагревателям, которые содержат новые элементы конструкции. Такие нагреватели могут быть получены с использованием раскрытых в описании систем и способов. В некоторых воплощениях изобретение обеспечивает одну или большее количество систем, способов и/или нагревателей. В некоторых воплощениях системы, способы и/или нагреватели применяются для обработки подземного продуктивного пласта. В некоторых воплощениях изобретение обеспечивает систему для обработки углеводородсодержащего пласта, включающую средства когенерации водяного пара и электричества; по меньшей мере одну нагнетательную скважину, размещенную в первой части пласта и выполненную так, что она обеспечивает подачу водяного пара от средств когенерации пара и электричества в первую часть пласта; по меньшей мере одну эксплуатационную скважину, расположенную в первой части пласта, предназначенную для добычи первых углеводородов; по меньшей мере один электрический нагреватель, расположенный в-1 013579 первой части пласта и/или во второй части пласта, при этом по меньшей мере один из электрических нагревателей выполнен с возможностью запитки электрической энергией от средств когенерации пара и электричества; по меньшей мере одну эксплуатационную скважину, расположенную в первой части пласта и/или во второй части пласта, предназначенную для добычи вторых углеводородов; и средства когенерации водяного пара и электричества, выполненные с возможностью использования первых углеводородов и/или вторых углеводородов для получения электричества. В некоторых воплощениях изобретение обеспечивает способ обработки углеводородсодержащего пласта, включающий: подачу водяного пара в первую часть пласта; добычу первых углеводородов из первой части пласта; подвод теплоты от одного или более электрических нагревателей к первой части пласта и/или второй части пласта; создание возможности передачи теплоты от нагревателей к первой части пласта и/или второй части пласта; добычу вторых углеводородов из второй части пласта и использование первых углеводородов и/или вторых углеводородов в средстве когенерации водяного пара и электричества, при этом указанное средство обеспечивает подвод пара в первую часть пласта и электричество для работы нагревателей. В дальнейших воплощениях признаки, присущие определнным воплощениям, могут быть объединены с признаками других воплощения. Например, признаки одного воплощения могут быть объединены с признаками любого из других воплощений. В других воплощениях обработку подземных пластов выполняют с применением любых раскрытых в описании способов, систем или нагревателей. В других воплощениях к конкретным воплощениям, раскрытым в настоящем описании, могут быть добавлены дополнительные признаки. Краткое описание чертежей Преимущества настоящего изобретения могут стать очевидными специалисту в данной области техники из нижеследующего подробного описания со ссылками на прилагаемые чертежи. Фиг. 1 - иллюстрация стадий нагрева углеводородсодержащего пласта; фиг. 2 - схематическое изображение воплощения некоторой части системы термической обработкиin situ, предназначенной для обработки углеводородсодержащего пласта; фиг. 3 иллюстрирует вариант осуществления добычи углеводородов из углеводородсодержащего пласта. Хотя изобретение и допускает различные модификации и альтернативные формы выполнения, его конкретные варианты осуществления показаны в качестве примера на чертежах, выполненных не в масштабе, и могут быть описаны здесь подробно. Следует понимать, однако, что чертежи и их детальное описание не предназначены для ограничения изобретения конкретной формой воплощения, раскрытой в описании. Напротив, изобретение предполагает включение всех модификаций, эквивалентов и альтернатив, входящих в объм притязаний настоящего изобретения в соответствии с приложенными пунктами формулы изобретения. Подробное описание изобретения Нижеследующее описание, в общем, относится к системам и способам обработки углеводородов в пластах. Такие пласты могут быть обработаны для получения углеводородных продуктов, водорода и других продуктов."Углеводороды" обычно определяют как молекулы, образованные, прежде всего атомами углерода и водорода. Углеводороды могут также содержать другие элементы, например, галогены, металлы, азот,кислород и/или серу, но не ограничиваются ими. Углеводородами могут быть (не в качестве ограничения) кероген, битум, пиробитум, нефти, природные минеральные парафины и асфальтиты. Углеводороды могут находиться в минеральной матрице в земле или непосредственно примыкать к ней. Матрицы могут представлять собой (не в качестве ограничения) осадочные горные породы, пески, силициты, карбонаты,диатомиты и другими пористые среды. "Углеводородные флюиды" представляют собой флюиды, которые содержат углеводороды. Углеводородные флюиды могут включать, переносить или переноситься в неуглеводородных флюидах, таких как водород, азот, окись углерода, двуокись углерода, сульфид водорода, вода и аммиак."Пласт" включает в себя один или более углеводородсодержащих слоев, один или более неуглеводородных слоев, покрывающий слой и/или подстилающий слой. "Покрывающий слой" и/или "подстилающий слой" включают один или более различных типов непроницаемых материалов. Например, покрывающий слой и/или подстилающий слой могут включать скальную породу, сланец, аргиллит или влажный/напряжнный карбонат. В некоторых вариантах осуществления способов термической обработки in situ покрывающий слой и/или подстилающий слой могут включать углеводородсодержащий слой или утлеводородсодержащие слои, которые относительно непроницаемы и не подвергаются воздействию температуры в ходе термической обработки in situ, которая приводит к существенным изменениям характеристик углеводородсодержащих слоев в покрывающем слое и/или подстилающем слое. Например, подстилающий слой может содержать сланец или аргиллит, но в ходе термической обработки in situ не допускают нагрева подстилающего слоя до температуры пиролиза. В некоторых случаях покрывающий слой и/или подстилающий слой могут быть в некоторой степени проницаемыми.-2 013579 Понятие "пластовые флюиды" относится к содержащимся в пласте флюидам, которые могут включать в себя продукты пиролиза, синтез-газ, подвижный углеводород и воду (водяной пар). Пластовые флюиды могут включать как углеводородные, так и неуглеводородные флюиды. Термин "подвижный флюид" относится к флюидам, содержащимся в углеводородсодержащем пласте, которые могут стать текучими в результате термической обработки пласта. Понятие "флюид лгкого крекинга" относится к флюиду, вязкость которого была снижена в результате термической обработки пласта. Понятие "добываемые флюиды" относится к флюидам, извлекаемым из пласта."Источником тепла" является любая система для передачи тепла по меньшей мере в часть пласта,по существу, путем теплопроводности и/или теплообмена излучением. Например, источник теплоты может включать электрические нагреватели, например изолированный проводник, протяженный элемент и/или проводник, размещенный в трубопроводе. Нагреватель также может включать системы, которые генерируют теплоту за счет сжигания топлива вне пласта или внутри самого пласта. Указанные системы могут быть образованы поверхностными горелками, глубинными горелками, беспламенными распределнными топочными агрегатами и распределенными топочными агрегатами, работающими на природном топливе. В некоторых воплощениях теплота, подводимая к одному или большему количеству тепловых источников или генерируемая в них, может быть получена от других источников энергии. Эти другие источники энергии могут нагревать пласт непосредственно, или энергия может быть передана теплоносителю, который нагревает пласт непосредственно или косвенным путем. Следует понимать, что один или большее число источников тепла, которые передают теплоту в пласт, могут использовать различные источники энергии. Так, например, для определенного пласта некоторые источники тепла могут подавать тепло от резистивных электрических нагревателей, некоторые источники тепла могут обеспечивать подвод теплоты сгорания топлива, и некоторые источники тепла могут подводить теплоту от одного или большего числа других источников энергии (например, химических реакций, солнечной энергии, энергии ветра, биомассы или других источников возобновляемой энергии). Химическая реакция может быть экзотермической реакцией (например, реакцией окисления). Источник тепла также может включать нагреватель, который передат теплоту в зону, ближайшую и/или окружающую место нагрева. Такой источник теплоты может представлять нагревательную скважину."Нагреватель" представляет собой любую систему или источник тепла, предназначенный для выделения теплоты в скважине или вблизи ствола скважины. Нагревателями могут быть (не в качестве ограничения) электрические нагреватели, горелки, камеры сгорания, в которых происходит химическая реакция с материалом, содержащимся в пласте или извлеченным из пласта, и/или комбинации указанных нагревателей. Понятие "способ термической обработки in situ" относится к способу нагрева углеводородсодержащего пласта источниками теплоты для повышения температуры по меньшей мере части пласта выше температуры перехода в текучее состояние, снижения вязкости, пиролиза так, чтобы образовывались подвижные флюиды пониженной вязкости или флюиды-продукты пиролиза. Понятие "нагреватель с ограниченной температурой", в общем, относится к нагревателю, который контролирует или регулирует тепловую мощность (например, снижает тепловую мощность) при температурах выше заданной температуры, без использования внешнего регулирования, осуществляемого,например, с помощью терморегуляторов, регуляторов мощности, выпрямителей или других устройств. Нагревателями с ограниченной температурой могут быть резистивные электрические нагреватели, которые питаются переменным током (АС) или модулированным (например, "прерывистым") постоянным током (DC). Термин "ствол скважины" относится к отверстию в пласте, образованному бурением или внедрением в пласт трубы. Ствол скважины может иметь по существу круглое поперечное сечение, или другую форму поперечного сечения. Используемые здесь термины "скважина" и "отверстие", когда речь идет об образованном в пласте отверстии, могут применяться взаимозаменяемым образом с термином "ствол скважины". Понятие "U-образный ствол скважины" относится к стволу скважины, который проходит от первого отверстия в пласте по меньшей мере через часть пласта и выходит через второе отверстие в пласте. В этом контексте ствол скважины только приблизительно может иметь "v"- или "u"-образную форму, учитывая, что для того, чтобы ствол скважины можно было считать имеющим "u"-образную форму, "ноги" буквы "u" не обязательно должны быть параллельными друг другу или перпендикулярными к "основанию" буквы "u"."Лгкий крекинг" означает расщепление молекул флюида и/или разрушение больших молекул до меньших молекул в ходе термической переработки, что приводит к снижению вязкости флюида."Пиролиз" представляет собой разрыв химических связей за счт подвода тепла. Например, пиролиз может включать превращение соединения в одно или большее количество других веществ только под действием нагревания. Чтобы вызвать пиролиз, в некоторый участок пласта может быть подведена теплота. Понятия "флюиды пиролиза" или "продукты пиролиза" относятся к флюиду, полученному в основном при пиролизе углеводородов. Жидкие продукты реакций пиролиза могут перемешиваться с другими-3 013579 содержащимися в пласте флюидами. При этом смесь следует рассматривать как флюид пиролиза или продукт пиролиза. Используемый в описании термин "зона пиролиза" относится к объму пласта (например, относительно проницаемого пласта, например пласта битуминозных песков), в котором происходит реакция с образованием флюидов пиролиза."Крекинг" представляет собой процесс, включающий разложение и рекомбинацию молекул органических соединений с получением большего числа молекул, чем присутствовало первоначально. При крекинге проходит ряд реакций, сопровождаемых переносом атомов водорода между молекулами. Например, нафта может претерпевать реакцию термического крекинга с образованием этана и Н 2. Понятие "суперпозиция теплоты" относится к передаче тепла от двух или больше источников тепла выбранному участку пласта, так, что в результате эти источники тепла оказывают влияние на температуру пласта по меньшей мере в одном месте между ними."Давление флюида" представляет собой давление, создаваемое флюидом в пласте. "Литостатическое давление" (иногда называемое "литостатическим напряжением") - давление в пласте, равное весу вышележащей породы на единицу площади. "Гидростатическое давление" - давление в пласте, создаваемое высотой столба воды. Понятие "плотность в градусах API (в градусах Американского нефтяного института)" относится кAPI плотности при 15,5 С (60F). Плотность в градусах API определяется по методу ASTM (Американское общество по испытанию материалов) D6822. Термин "толщина" слоя относится к толщине поперечного сечения слоя, при этом поперечное сечение перпендикулярно к поверхности слоя."Тяжлые углеводороды" являются вязкими жидкими углеводородами. Тяжлые углеводороды могут представлять собой очень вязкие жидкие углеводороды, например тяжлую нефть, смолу и/или асфальт. Тяжлые углеводороды могут содержать углерод и водород, а также меньшие концентрации серы,кислорода и азота. В тяжлых углеводородах могут также присутствовать дополнительные элементы в следовых количествах. Тяжлые углеводороды могут классифицироваться по плотности в градусах API. Обычно тяжлые углеводороды имеют плотность в градусах API около 20. Тяжлая нефть, например,обычно имеет плотность в градусах API около 10-20, тогда как смола обычно имеет плотность в градусах API ниже около 10. Вязкость тяжлых углеводородов обычно составляет примерно более 100 сП при 15 С. Тяжлые углеводороды могут включать ароматические или другие сложные кольцевые углеводороды. Тяжлые углеводороды могут быть обнаружены в относительно проницаемом пласте. Относительно проницаемый пласт может содержать тяжлые углеводороды, удерживаемые, например, в песке или карбонате. Понятие "относительно проницаемый" относится к пластам или их частям, имеющим среднюю проницаемость 10 мД или более (например, 10 или 100 мД). Понятие "относительно низкая проницаемость" относится к пластам или их частям со средней проницаемостью, составляющей приблизительно менее 10 мД. Один дарси приблизительно равен 0,99 кв. мкм. Непроницаемым слоем обычно считается слой с проницаемостью менее чем приблизительно 0,1 мД."Смола" представляет собой вязкий углеводород, вязкость которого обычно составляет примерно более 10000 сП при 15 С. Удельный вес смолы обычно превышает 1,000. Плотность смолы в градусах"Пласт битуминозных песков" представляет собой пласт, в котором преобладающей формой присутствующих углеводородов являются тяжлые углеводороды и/или смола, распределнные в минеральной зернистой структуре или другой литологии вмещающих пород (например, песок или карбонат). Примерами пластов битуминозных песков являются пласт битуминозных песков Атабаски (Athabasca) и карбонатный пласт Громон (Grosmont), оба пласта находятся в провинции Альберта (Alberta), Канада. В некоторых случаях часть или все углеводороды относительно проницаемого пласта могут быть,главным образом, тяжлыми углеводородами и/или смолой без вмещающей минеральной зернистой структуры и только с плавающим (или не плавающим) минеральным материалом (например, асфальтовые озера). Определенные типы пластов, которые содержат тяжлые углеводороды, могут быть также (не в качестве ограничения) природными минеральными восками или природными асфальтитами. "Природные минеральные воски" обычно встречаются, по существу, в трубчатых пропластках, которые могут иметь размеры в несколько метров ширины, несколько километров длины и сотни метров глубины. "Природные асфальтиты" включают тврдые углеводороды ароматического состава и обычно встречаются в больших пропластках. Извлечение углеводородов из пластов in situ, таких как природные минеральные воски и природные асфальтиты, может включать расплавление для образования жидких углеводородов и/или добычу углеводородов из пластов растворением."Повышение качества" относится к повышению качества углеводородов. Например, повышение качества тяжлых углеводородов может приводить к увеличению плотности в градусах API тяжлых углеводородов. Углеводороды в пластах могут быть переработаны различными способами с получением большого количества различных продуктов. В некоторых воплощениях углеводороды в пластах перерабатываются-4 013579 с прохождением определенных стадий. Фиг. 1 иллюстрирует стадии нагрева углеводородсодержащего пласта. На фиг. 1 представлен также пример выхода ("Y") нефтяного эквивалента в баррелях на тонну(ось у) пластового флюида из пласта в зависимости от температуры ("Т") нагретого пласта в градусах Цельсия (ось х). На стадии 1 нагрева происходят десорбция метана и испарение воды. Нагрев пласта на стадии 1 может быть проведен настолько быстро, насколько это возможно. Например, при первоначальном нагревании углеводородсодержащего пласта находящиеся в нм углеводороды выделяют адсорбированный метан. Десорбированный метан может быть добыт из пласта. При дальнейшем нагревании углеводородсодержащего пласта в нм испаряется вода. Вода в некоторых углеводородсодержащих пластах может занимать 10-50% объма пор. В других пластах вода занимает большую или меньшую часть объма пор. Обычно вода испаряется в пласте при температуре 160-285 С и давлении 600-7000 кПа абсолютном. В некоторых воплощениях испарнная вода вызывает изменения смачиваемости в пласте и/или увеличение пластового давления. Изменения смачиваемости и/или увеличение давления могут повлиять на реакции пиролиза или другие происходящие в пласте реакции. Испарнная вода в некоторых воплощениях добывается из пласта. В других воплощениях испарнная вода используется для экстракции паром и/или дистилляции в пласте или вне пласта. Удаление воды из пласта и увеличение объма пор пласта увеличивает пространство хранения углеводородов в объме пор. В определенных воплощениях после стадии 1 нагревания производят дальнейший нагрев пласта таким образом, что пластовая температура достигает, по меньшей мере, температуры начала пиролиза(температуры в нижнем конце температурного интервала, показанного как характеризующего стадию 2). Находящиеся в пласте углеводороды могут быть пиролизованы на стадии 2. Интервал температур процесса пиролиза изменяется в зависимости от видов углеводородов, содержащихся в пласте. При этом интервал температур пиролиза может включать температуры от 250 до 900 С. Для производства желательных продуктов интервал температур пиролиза может включать только некоторую часть всего интервала температур пиролиза. В некоторых воплощениях интервал температур пиролиза для получения желательных продуктов может включать температуры от 250 до 400 С или температуры от 270 до 350 С. Если температура углеводородов в пласте медленно повышается в пределах интервала температур от 250 до 400 С, производство продуктов пиролиза может быть по существу завершено при достижении температуры 400 С. Для получения желательных продуктов среднюю температуру углеводородов в интервале температур пиролиза можно повышать со скоростью менее 5 С в день, менее чем 2 С в день, менее 1 С в день или менее 0,5 С в день. В результате прогрева пласта, содержащего углеводороды, с помощью большого количества источников тепла вокруг этих источников тепла могут создаваться температурные градиенты, за счет которых температура углеводородов в пласте медленно повышается, находясь в пределах интервала температур пиролиза. Скорость повышения температуры в интервале температур пиролиза для желательных продуктов может оказывать влияние на качество и количество пластовых флюидов, добываемых из углеводородсодержащего пласта. За счет медленного подъема температуры в пределах интервала температур пиролиза для желательных продуктов можно сдерживать в пласте придание подвижности молекулам с большими цепями. Медленно повышая температуру в пределах интервала температур пиролиза для желательных продуктов, можно ограничивать реакции между подвижньми углеводородами, которые производят нежелательные продукты. Медленный подъем температуры пласта в пределах интервала температур пиролиза для желательных продуктов позволяет добывать из пласта продукты высокого качества с высокой плотностью в градусах API. Кроме того, медленный подъем температуры пласта в пределах интервала температур пиролиза для желательных продуктов позволяет извлекать в качестве углеводородного продукта большое количество находящихся в пласте углеводородов. В некоторых воплощениях проведения конверсии in situ часть пласта прогревают до желательной температуры вместо медленного повышения температуры в некотором интервале температур от его начала до конца. В некоторых воплощениях желательная температура составляет 300, 325 или 350 С. В качестве желательных могут быть выбраны и другие температуры. Суперпозиция теплоты, получаемой пластом от тепловых источников, позволяет относительно быстро и эффективно установить желательную пластовую температуру. Для поддерживания пластовой температуры в основном на уровне желательной температуры можно регулировать подвод энергии в пласт от источников теплоты. Нагретую часть пласта поддерживают по существу при желательной температуре до тех пор, пока интенсивность процесса пиролиза не уменьшиться до такой степени, что добыча желательных пластовых флюидов из пласта станет экономически невыгодной. Части пласта, которые подвергаются пиролизу, могут включать в себя зоны, нагретые до температур, находящихся в пределах интервала температур пиролиза, за счет передачи теплоты только от одного теплового источника. В определенных воплощениях из пласта добывают пластовые флюиды, включающие в себя пиролизированные пластовые флюиды. По мере увеличения температуры пласта количество конденсируемых углеводородов, содержащихся в добываемых пластовых флюидах, может уменьшаться. При высоких температурах пласт может производить главным образом метан и/или водород. Если углеводородсодер-5 013579 жащий пласт прогревают с прохождением всего интервала температур пиролиза, при приближении к верхнему пределу интервала температур пиролиза пласт может выделять лишь небольшое количество водорода. В конце концов, располагаемое количество водорода уменьшается, при этом, как правило, количество получаемых из пласта флюидов будет минимальным. По окончании процесса пиролиза углеводородов в пласте ещ может находиться большое количество углерода и некоторое количество водорода. Значительная часть углерода, остающегося в пласте,может быть добыта из пласта в виде синтетического газа. Образование синтетического газа может происходить на стадии 3 нагревания, отображенной на фиг. 1. Стадия 3 может включать нагревание пласта,содержащего углеводороды, до температуры, достаточной для образования синтетического газа. Например, синтетический газ может быть получен в интервалах температур от 400 до 1200 С, от 500 до 1100 С или от 550 до 1000 С. При этом состав синтетического газа, произведенного в пласте, определяется температурой нагреваемой части пласта при вводе в пласт текучей среды, необходимой для образования синтетического газа. Образовавшийся синтетический газ может быть извлечен из пласта через эксплуатационную скважину или эксплуатационные скважины. Общее энергосодержание флюидов, добываемых из углеводородсодержащего пласта, может оставаться относительно постоянным в течение всего процесса пиролиза и генерирования синтетического газа. В процессе пиролиза при относительно низких температурах пласта значительная часть полученных флюидов может представлять собой конденсируемые углеводороды, которые имеют высокое энергосодержание. Однако при более высоких температурах пиролиза пластовые флюиды могут содержать меньше углеводородов. Из пласта может быть извлечено больше неконденсируемых углеводородов. При этом во время образования преобладающе неконденсируемых пластовых флюидов энергосодержание на единицу объема полученных флюидов может слегка уменьшиться. В процессе генерирования синтетического газа энергосодержание полученного синтетического газа на единицу объема значительно снижается по сравнению с энергосодержанием пиролизованного флюида. Однако объем произведенного синтетического газа во многих случаях будет значительно увеличиваться, компенсируя тем самым пониженное энергосодержание. На фиг. 2 схематически представлено воплощение части системы для проведения термической обработки in situ, предназначенной для тепловой обработки пласта, содержащего углеводороды. Указанная система для проведения конверсии in situ включает в себя барьерные скважины 200. Эти барьерные скважины 200 используют для образования барьера вокруг зоны обработки. Барьер препятствует прохождению потока флюидов в зону и/или из зоны обработки. Барьерные скважины включают в себя (но не в качестве ограничения) водопонижающие скважины, скважины для вакуумирования, перехватывающие скважины, нагнетательные скважины, тампонажные скважины, замораживающие скважины или их комбинации. В некоторых воплощениях барьерные скважины 200 представляют собой водопонижающие скважины. Водопонижающие скважины могут обеспечивать удаление жидкой фазы воды и/или предотвращение поступления жидкой фазы воды в некоторую часть нагреваемого пласта или к нагреваемому пласту. В воплощении, представленном на фиг. 2, барьерные скважины 200 показаны проходящими только с одной стороны от тепловых источников 202, но обычно барьерные скважины окружают все используемые тепловые источники 202 или те, которые предполагается использовать для прогрева зоны обработки пласта. Тепловые источники 202 размещают по меньшей мере в части пласта. Эти тепловые источники 202 могут включать в себя нагреватели, например электроизолированные нагреватели-проводники, нагреватели типа "проводник в трубе", поверхностные камеры сгорания, беспламенные распределенные топочные агрегаты и/или распределенные топочные агрегаты, работающие на природном топливе. В качестве тепловых источников 202 могут быть использованы и другие типы нагревателей. Тепловые источники 202 обеспечивают подвод тепла по меньшей мере к части пласта для нагревания содержащихся в пласте углеводородов. Энергию к тепловым источникам 202 можно подводить с помощью подводящих линий 204. Подводящие линии 204 могут конструктивно отличаться друг от друга в зависимости от типа теплового источника или тепловых источников, используемых для нагревания пласта. Подводящие линии 204 для тепловых источников могут передавать электрическую энергию электрическим нагревателям, могут транспортировать топливо для топочных камер или могут транспортировать теплоноситель, который циркулирует с прохождением через пласт. Для извлечения пластовых флюидов из пласта используют эксплуатационные скважины 206. В некоторых воплощениях эксплуатационные скважины 206 могут быть снабжены тепловым источником. Тепловой источник, размещенный в эксплуатационной скважине, может нагревать одну или более чем одну часть пласта вблизи эксплуатационной скважины или может осуществлять нагревание в самой эксплуатационной скважине. В некоторых воплощениях способа термической обработки in situ количество теплоты, подводимой в пласт от эксплуатационной скважины на метр длины эксплуатационной скважины, меньше количества теплоты, подводимого к пласту источником тепла на метр длины источника теплоты. Пластовый флюид, добытый из эксплуатационных скважин 206, может транспортироваться по сис-6 013579 теме коллекторных трубопроводов 208 к оборудованию 210 для его переработки. Кроме того, пластовый флюид может добываться из источников 202 тепла. Например, флюид может добываться из источников 202 тепла для регулирования давления в пласте вблизи места расположения источников тепла. Флюид,добытый из источников 202 тепла, может быть транспортирован через насосно-компрессорную колонну или систему подъемных трубопроводов в коллекторный трубопровод 208, или же добытый флюид может быть транспортирован через насосно-компрессорную колонну или систему трубопроводов непосредственно в оборудование 210 для переработки. Указанное оборудование 210 для обработки может включать сепараторы, реакционные аппараты, аппараты для повышения качества добытого продукта, топливные элементы, турбины, мкости для хранения и/или другие системы и аппараты для переработки добываемых пластовых флюидов. Оборудование для обработки может производить транспортное топливо по меньшей мере из части углеводородов, добытых из пласта. В некоторых воплощениях транспортное топливо может быть реактивных топливом, например, марки JP-8. Фиг. 3 иллюстрирует воплощение, относящееся к добыче углеводородов из углеводородсодержащего пласта (например, пласта битуминозных песков). Углеводородный слой 212 включает в себя одну или более частей с тяжлыми углеводородами. Углеводороды могут быть добыты из углеводородного слоя 212 с применением более чем одного способа. В некоторых воплощениях углеводороды добывают из первой части углеводородного слоя 212 с использованием способа нагнетания водяного пара (например, циклическое нагнетание пара или гравитационное дренирование при закачке пара) и второй части углеводородного слоя с использованием способа термической обработки in situ. В способе нагнетания водяного пара пар вводят в первую часть углеводородного слоя 212 по нагнетательной скважине 216. Первые углеводороды добывают из первой части через эксплуатационную скважину 206 А. Первые углеводороды включают углеводороды, которые стали подвижными за счт нагнетания пара. В некоторых воплощения плотность в градусах API первых углеводородов составляет не более 15, не более 10, не более 8 или не более 6. Для нагрева второй части углеводородного слоя 212 до температур придания подвижности, лгкого крекинга и/или пиролиза используются нагреватели 214. Вторые углеводороды добывают из второй части через эксплуатационную скважину 206 В. В некоторых воплощениях вторые углеводороды включают,по меньшей мере, некоторые пиролизованные углеводороды. В некоторых воплощениях плотность в градусах API вторых углеводородов составляет по меньшей мере 15, по меньшей мере 20 или по меньшей мере 25. В некоторых воплощениях первую часть углеводородного слоя 212 обрабатывают с использованием нагревателей после применения способа нагнетания водяного пара. Нагреватели могут использоваться для повышения температуры первой части и/или обработки первой части с использованием способа термической обработки in situ. Вторые углеводороды (включая, по меньшей мере, некоторые пиролизованные углеводороды) могут быть добыты из первой части по эксплуатационной скважине 206 А. В некоторых воплощениях вторую часть углеводородного слоя 212 обрабатывают с использованием способа нагнетания пара перед использованием нагревателей 214 для обработки второй части. Способ нагнетания водяного пара может быть использован для добычи некоторого количества флюидов (например, первых углеводородов или углеводородов, получивших подвижность за счет нагнетания пара) по эксплуатационной скважине 206 В из второй части и/или для предварительного нагрева второй части перед использованием нагревателей 214. В некоторых осуществлениях способ нагнетания пара может быть использован после применения нагревателей 214 для обработки первой части и/или второй части углеводородного слоя. Добыча углеводородов обоими способами увеличивает полное извлечение углеводородов из углеводородного слоя 212 и может быть более экономичнjq, чем использование каждого способа по отдельности. В некоторых воплощениях первая часть обрабатывается способом термической обработки in situ после завершения способа нагнетания водяного пара. Например, после того как способ нагнетания пара больше не дает необходимых количеств углеводорода из первой части, в первой части может использоваться способ термической обработки in situ. Водяной пар податся по нагнетающей скважине 216 от средства 218. Средство 218 является средством когенерации пара и электричества. Средство 218 может сжигать углеводороды в генераторных установках для производства электричества. При этом для производства электричества средство 218 может сжигать газообразные и/или жидкие углеводороды. Полученное электричество используется для питания нагревателей 214 электрической энергией. Отходящее тепло из генераторных установок используется для производства пара. В определенных воплощениях некоторые из углеводородов, добытые из пласта, используются для подачи газа для нагревателей 214, если для нагрева пласта нагреватели используют газ. Количество электричества и пара, производимое средством 218, может регулироваться для изменения скорости добычи и/или качества углеводородов, извлекаемых из первой части и/или второй части углеводородного слоя 212. Скорость добычи и/или качество углеводородов, добытых из первой части и/или второй части, могут быть различными для обеспечения выбранной плотности в градусах IPA смеси, полученной смешиванием первых углеводородов со вторыми углеводородами. Первый углеводород и вторые углеводороды могут быть смешаны после добычи для получения выбранной плотности в граду-7 013579 сах IP А. Добыча из первой части и/или второй части может меняться в соответствии с изменениями,происходящими на рынке, для первых углеводородов, вторых углеводородов и/или смеси первых и вторых углеводородов. Первые углеводороды, добытые по эксплуатационной скважине 206 А, и/или вторые углеводороды,добытые по эксплуатационной скважине 206 В, могут использоваться в качестве топлива для средств 218. В некоторых воплощениях первые углеводороды и/или вторые углеводороды, прежде чем использовать их в качестве топлива для средства 218, перерабатывают (например, удаляя нежелательные продукты). Количество первых углеводородов и вторых углеводородов, используемых в качестве топлива для средства 218, может определяться, например, экономическими качествами способа в целом, рынком первых или вторых углеводородов, доступностью средств переработки первых или вторых углеводородов и/или доступностью средств транспортирования первых или вторых углеводородов. В некоторых воплощениях большая часть или все углеводородные газы, добытые из углеводородного слоя 212, используются в качестве топлива для средства 218. Сжигание всего углеводородного газа в средстве 218 устраняет необходимость в переработке и/или транспортировке газов, добытых из углеводородного слоя 212. Добытые первые углеводороды и вторые углеводороды могут быть переработаны и/или смешаны с использованием средства 220. В некоторых воплощениях первые и вторые углеводороды смешивают для получения смеси, которую можно транспортировать по трубопроводу. В некоторых воплощениях первые и вторые углеводороды смешивают для создания смеси, пригодной для применения в качестве сырья для нефтеперерабатывающего завода. Количество добытых первых и вторых углеводородов может изменяться в соответствии с изменениями требований, предъявляемых к переработке и/или смешиванию углеводородов. В некоторых воплощениях переработанные углеводороды используются в средстве 218. Специалистам в данной области техники из настоящего описания могут быть очевидны иные модификации и альтернативные воплощения различных аспектов настоящего изобретения. Соответственно,данное описание следует рассматривать лишь как иллюстративное и служащее целям раскрытия для специалистов основного пути осуществления изобретения. Необходимо понимать, что формы воплощения изобретения, представленные и раскрытые в этом описании, следует считать предпочтительными в настоящее время воплощениями. Иллюстрируемые и описанные здесь химические элементы и материалы могут быть заменены другими, элементы конструкции и используемые методы могут быть заменены,а определенные особенности изобретения могут быть использованы независимо и таким образом, как это будет очевидно специалистам в данной области техники из описания изобретения. Описанные здесь элементы конструкции могут быть изменены без выхода за пределы объема и сущности настоящего изобретения, которые определены нижеследующими пунктами формулы изобретения. Кроме того, следует понимать, что в определенных воплощениях раскрытые здесь независимо друг от друга особенности изобретения могут быть скомбинированы. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Система обработки углеводородсодержащего пласта, включающая средство когенерации водяного пара и электричества; по меньшей мере одну нагнетательную скважину, размещенную в первой части пласта, выполненную с возможностью подачи водяного пара, полученного из средства когенерации пара и электричества,в первую часть пласта; по меньшей мере одну эксплуатационную скважину, размещенную в первой части пласта, выполненную с возможностью добычи первых углеводородов; по меньшей мере один электрический нагреватель, расположенный в первой части пласта и/или второй части пласта, причем по меньшей мере один из электрических нагревателей выполнен с возможностью получения электропитания от средства когенерации водяного пара и электричества; при этом указанный по меньшей мере один электрический нагреватель находится в скважине, отличной от нагнетательной скважины, и отделен от средства когенерации водяного пара и электричества,по меньшей мере одну эксплуатационную скважину, размещенную в первой части пласта и/или второй части пласта, при этом эксплуатационная скважина выполнена с возможностью добычи вторых углеводородов; а средство когенерации пара и электричества выполнено с возможностью использования первых углеводородов и/или вторых углеводородов для производства электричества. 2. Система по п.1, в которой указанное средство выполнено с возможностью использования углеводородов при выработке электричества. 3. Система по любому из пп.1,2, в которой указанное средство выполнено с возможностью использования углеводородов при производстве водяного пара. 4. Система по любому из пп.1-3, в которой плотность в градусах IPA первых углеводородов составляет не более 15. 5. Система по любому из пп.1-4, в которой плотность в градусах IPA вторых углеводородов составляет не более 20.-8 013579 6. Система по любому из пп.1-5, характеризующаяся тем, что выполнена с возможностью смешивания по меньшей мере части первых углеводородов и по меньшей мере части вторых углеводородов. 7. Система по любому из пп.1-6, характеризующаяся тем, что выполнена с возможностью изменения количества производимого электричества и водяного пара с целью изменения добычи первых углеводородов и/или вторых углеводородов. 8. Система по любому из пп.1-7, содержащая средство для переработки первых углеводородов и/или вторых углеводородов перед их использованием в указанном средстве когенерации пара и электричества. 9. Система по любому из пп.1-8, содержащая по меньшей мере одну нагнетательную скважину,размещенную во второй части пласта, при этом по меньшей мере одна из нагнетательных скважин выполнена с возможностью подачи пара, полученного из средств когенерации пара и электричества, во вторую часть пласта. 10. Система по любому из пп.1-9, в которой средство когенерации водяного пара и электричества выполнено с возможностью сжигания газообразных и жидких углеводородов. 11. Способ обработки углеводородсодержащего пласта с использованием системы по любому из пп.1-10, включающий этапы, на которых подают водяной пар в первую часть пласта; добывают первые углеводороды из первой части пласта; обеспечивают теплоту для е подвода от одного или более электрических нагревателей в первую часть пласта и/или вторую часть пласта, при этом электрический нагреватель находится отдельно от средства когенерации пара и электричества; обеспечивают передачу теплоты от нагревателей к первой части пласта и/или второй части пласта; добывают вторые углеводороды из второй части пласта и используют первые углеводороды и/или вторые углеводороды в средстве когенерации пара и электричества, при этом указанное средство обеспечивает подачу пара в первую часть пласта и электричество для нагревателей. 12. Способ по п.11, в котором по меньшей мере один электрический нагреватель находится в скважине, отличной от нагнетательной скважины, и, кроме того, включающий использование первых углеводородов и/или вторых углеводородов для производства электричества. 13. Способ по любому из пп.11-12, характеризующийся тем, что используют первые углеводороды и/или вторые углеводороды для производства водяного пара. 14. Способ по любому из пп.11-13, в котором плотность в градусах IPA первых углеводородов составляет не более 10. 15. Способ по любому из пп.11-14, в котором плотность в градусах IPA вторых углеводородов составляет не более 15. 16. Способ по любому из пп.11-15, характеризующийся тем, что смешивают по меньшей мере часть первых углеводородов и по меньшей мере часть вторых углеводородов. 17. Способ по любому из пп.11-16, характеризующийся тем, что смешивают по меньшей мере часть первых углеводородов и по меньшей мере часть вторых углеводородов для получения топлива для электрических генераторов. 18. Способ по любому из пп.11-17, характеризующийся тем, что используют по меньшей мере часть вторых углеводородов в качестве газа для одного или более установленных в пласте нагревателей. 19. Способ по любому из пп.11-18, характеризующийся тем, что используют все первые углеводороды и/или вторые углеводороды в качестве топлива для генерирования электричества и/или производства водяного пара. 20. Способ по любому из пп.11-19, характеризующийся тем, что изменяют количество генерируемого электричества и количество производимого пара с целью изменения добычи первых углеводородов и/или вторых углеводородов. 21. Способ по любому из пп.11-20, характеризующийся тем, что подают пар во вторую часть пласта до подвода теплоты от электрических нагревателей. 22. Способ по любому из пп.11-21, характеризующийся тем, что перерабатывают первые углеводороды и/или вторые углеводороды до использования первых углеводородов и/или вторых углеводородов в средстве когенерации пара и электричества. 23. Способ по любому из пп.11-22, характеризующийся тем, что подают водяной пар, полученный из средства когенерации пара и электричества, во вторую часть пласта.

МПК / Метки

МПК: E21B 36/04, E21B 43/24

Метки: производства, пластов, совместного, теплоты, обработки, углеводородсодержащих, система, электричества, способ

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/12-13579-sistema-dlya-sovmestnogo-proizvodstva-teploty-i-elektrichestva-i-sposob-obrabotki-uglevodorodsoderzhashhih-plastov.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Система для совместного производства теплоты и электричества и способ обработки углеводородсодержащих пластов</a>

Похожие патенты