专利名称：用于加热地下地层的循环流体系统的泄漏检测的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及由各种地下地层如含烃地层生产烃、氢和/或其它产品的方法和系统。
背景技术：
由地下地层获得的烃通常用作能源、原料和消费品。对于可获得烃源枯竭的关注以及对于所生产的烃整体质量下降的关注已经导致开发了更有效的采收、处理和/或使用可获得烃源的方法。原位方法可用来从地下地层脱除烃物质。可能需要改变地下地层内烃物质的化学和/或物理性能，以使烃物质更容易从地下地层内脱除。所述化学和物理变化可能包括产生可脱除流体的地层内烃物质的原位反应、组成变化、溶解度变化、密度变化、相态变化和/或粘度变化。流体可以是但不限于气体、液体、乳液、浆液、和/或具有类似于液体流动的流动特性的固体颗粒物流。 Sandberg等人的美国专利US 7，575，052描述了一种利用循环系统加热一个或多个处理区域的原位热处理方法。所述循环系统可以应用流过地层内管道以向地层传热的加热的液态传热流体。Vinegar等人的美国专利申请公开US 2008-0135254描述了应用循环系统加热一个或多个处理区域的用于原位热处理方法的系统和方法。所述循环系统应用流过地层内管道以向地层传热的加热的液态传热流体。在一些实施方案中，所述管道设置在至少两个井孔中。Nguyen等人的美国专利申请US 2009-0095476描述了包括位于地下地层内的开孔中的导管的用于地下地层的加热系统。在所述导管中设置有绝缘导体。在部分绝缘导体和部分导管之间的导管内放置一种物质。这种物质可以为盐。所述物质在加热系统的操作温度下为流体。热从绝缘导体传递给流体，从流体传递给导管，和从导管传递给地下地层。已经进行了大量的努力来开发从含烃地层经济地生产烃、氢和/或其它产品的方法和系统。但目前仍有许多含烃地层不能从中经济地生产烃、氢和/或其它产品。仍需要改进的方法和系统，与应用地面基设备的烃采收方法相比，所述改进的方法和系统降低了处理地层的能量成本、减少了处理过程的排放、利于加热系统的安装和/或减少了到上覆地层的热损失。
发明内容
这里描述的实施方案总体上涉及处理地下地层的系统、方法和加热器。这里描述的实施方案总体上还涉及在其中具有新组件的加热器。这种加热器可以通过应用这里描述的系统和方法获得。在某些实施方案中，本发明提供一种或多种系统、方法和/或加热器。在一些实施方案中，应用所述系统、方法和/或加热器处理地下地层。在某些实施方案中，一种处理地下地层的方法，包括循环至少一种熔融盐通过位于地层内的管道，以加热至少部分地层并将地层内的至少一些烃加热到至少烃的移动温度；向至少部分管道提供氧化流体；和氧化管道内形成的焦炭。在某些实施方案中，一种处理地下地层的方法，包括循环至少一种熔融盐通过位于地层内的管道，以加热至少部分地层并将地层内的至少一些烃加热到至少烃的移动温度；和在至少部分管道内和/或周围设置衬层，以抑制地层流体进入管道和与熔融盐接触。在某些实施方案中，一种处理地下地层的方法，包括循环至少一种熔融盐通过位于地层内的套管加热器的至少一个导管，以将地层内的至少一些烃加热到至少烃的移动温度；由地层生产至少一些烃；评价套管加热器的至少一个导管的电阻；和基于所评价的电阻判断至少一个导管内泄漏的存在。在某些实施方案中，一种处理地下地层的方法，包括循环至少一种熔融盐通过位于地层内的套管加热器的至少一个导管，以将地层内的至少一些烃加热到至少烃的移动温度；由地层生产至少一些烃；与熔融盐一起循环惰性气体；和通过评价至少一个导管壁内惰性气体的存在来判断至少一个导管内泄漏的存在。
在某些实施方案中，一种处理地下地层的方法，包括循环至少一种熔融盐通过地层内的管道，以将地层内的至少一些烃加热到至少烃的移动温度；由地层生产至少一些烃；在已经由地层生产选定量的烃后，终止熔融盐在管道内的循环；和向管道内提供压缩气体以脱除管道内剩余的熔融盐。在某些实施方案中，一种加热地下地层的方法，包括应用流体循环系统使包含碳酸盐熔融盐的加热的传热流体循环通过位于多个井孔的至少两个中的管道，其中所述多个井孔设置于地层内；和加热至少部分所述地层。在某些实施方案中，用于处理含烃地层的方法，包括在部分地层中注入包含固体盐的组合物；由一个或多个加热器向所述部分地层提供热量，从而将组合物加热到约为组合物中固体盐的熔点或高于所述熔点；和熔化至少部分固体盐以形成熔融盐和在所述部分地层内产生裂缝。在其它实施方案中，具体实施方案的特征可以与其它实施方案的特征组合。例如，一个实施方案的特征可以与任何其它实施方案的特征组合。在其它实施方案中，应用这里描述的任意方法、系统、电源或加热器处理地下地层。在其它实施方案中，可以将附加特征添加到这里描述的具体实施方案中。
受益于如下详细说明和参考附图，本发明的优点对本领域的熟练技术人员来说可以变得很明显，其中图I给出了用于处理含烃地层的原位热处理系统的一部分的实施方案的示意图。图2描述了用于加热部分地层的传热流体循环系统的实施方案的示意图。图3描述了用于加热部分地层的利用传热流体循环系统的L型加热器的实施方案的示意图。图4描述了用于加热部分地层的利用传热流体循环系统的垂直加热器的实施方案的示意图，其中所述加热器的热膨胀容纳于地面以下。
图5描述了用于加热部分地层的利用传热流体循环系统的垂直加热器的另一个实施方案的示意图，其中所述加热器的热膨胀容纳于地面以上和以下。图6描述了用于加热部分地层的利用传热流体循环系统的垂直加热器的实施方案的示意图，其中包括电阻泄漏检测系统。图7的图线描述了套管加热器内管电阻与套管加热器内管内形成裂缝的深度之间的关系。图8的图线描述了套管加热器外管电阻与套管加热器外管内形成裂缝的深度之间的关系。图9的图线描述了套管加热器内管电阻和盐块高度与泄漏的熔融盐量之间的关系O
图10的图线描述了套管加热器外管电阻和盐块高度与泄漏的熔融盐量之间的关系O图11的图线描述了裂缝形成时套管加热器导管电阻与熔融盐平均温度之间的关系O图12描述了用于加热部分地层的利用传热流体循环系统的垂直加热器的实施方案的示意图，其中包括基于惰性气体的泄漏检测系统。图13的图线描述了针对三个不同的压缩空气质量流量盐置换效率与时间的关系O图14的图线描述了针对三个不同的压缩空气质量流量导管入口处空气体积流量与时间的关系。图15的图线描述了针对三个不同的压缩空气质量流量压缩机出口压力与时间的关系。图16的图线描述了针对三个不同的压缩空气质量流量导管出口处盐体积分数与时间的关系。图17的图线描述了针对三个不同的压缩空气质量流量导管出口处盐体积流量与时间的关系。图18描述了压缩空气停车系统的实施方案的示意图。图19描述了应用碳酸盐熔融盐加热地层的系统的示意图。图20描述了应用碳酸盐熔融盐加热地层后系统的示意图。图21描述了应用碳酸盐熔融盐加热地层后地层的一部分的实施方案的剖面示意图。虽然本发明易于进行各种改进和具有各种替代形式，但它的具体实施方案在附图中通过实施例的方式给出和可能在这里更为详细地进行描述。附图可能不是按比例的。但应该理解的是所述附图及其详细说明不将本发明局限于所公开的特定方式，相反，本发明将涵盖在所附权利要求定义的本发明的实质和范围内的所有改进、等价和替代形式。
具体实施例方式如下描述总体上涉及处理地层内烃的系统和方法。可以处理所述地层以获得烃产品、氢和其它产品。
"API比重〃指在15. 5°C (60。F)下的API比重。API比重按ASTM方法D6822或ASTM方法D1298测定。“ASTM”指美国标准测试和材料。在减少热输出的加热系统、设备和方法的上下文中，术语“自热”指所述系统、设备和方法在不应用外部控制(例如外部控制器如带有温度传感器和反馈回路的控制器、PID控制器或预测控制器)的情况下以一定方式起作用。“柏油/浙青”指可溶于二硫化碳中的半固态粘性物质。柏油/浙青可以由炼制操作获得或者由地下地层生产。“碳数”指分子中碳原子的个数。烃流体可以包括具有不同碳数的各种烃。烃流体可以按碳数分布描述。碳数和/或碳数分布可以通过真实沸点分布和/或气-液色谱测 定。“可冷凝烃”为在25°C和一个大气压(绝对压力)下冷凝的烃。可冷凝烃可以包括碳数大于4的烃的混合物。“不可冷凝烃”为在25°C和一个大气压(绝对压力)下不冷凝的烃。不可冷凝烃可以包括碳数小于5的烃。“流体”可以是但不限于气体、液体、乳液、浆液、和/或具有类似于液体流动的流动特性的固体颗粒物流。 “地层”包括一个或多个含烃层、一个或多个非烃层、上覆地层和/或下伏地层。“烃层”指地层内包含烃的层。烃层可以包含非烃物质和烃物质。“上覆地层”和/或“下伏地层”包括一种或多种不同类型的不可渗透材料。例如，上覆地层和/或下伏地层可以包括岩石、页岩、泥岩、或湿/密碳酸盐。在原位热处理方法的一些实施方案中，上覆地层和/或下伏地层可以包括在原位热处理过程中相对不可渗透和不耐受温度的一个或多个含烃层，其中所述热处理过程会导致上覆地层和/或下伏地层的含烃层的特性发生明显变化。例如，下伏地层可以包含页岩或泥岩，但在原位热处理过程中不允许将下伏地层加热到热解温度。在一些情况下，上覆地层和/或下伏地层可以是某种程度可渗透的。“地层流体”指在地层内存在的流体，和可以包括热解流体、合成气、移动的烃和水(蒸汽)。地层流体可以包括烃流体以及非烃流体。术语“移动的流体”指含烃地层内由于地层热处理的结果能够流动的流体。“产生的流体”指从地层脱除的流体。“热源”为主要通过热传导和/或热辐射向至少部分地层提供热量的任何系统。例如，热源可以包括导电材料和/或电加热器如在导管内设置的绝缘导体、细长元件和/或导体。热源还可以包括通过燃烧地层外部或其中的燃料产生热量的系统。所述系统可以是地面燃烧器、井下气体燃烧器、无焰分布燃烧室和自然分布燃烧器。在一些实施方案中，由一个或多个热源提供或产生的热可以通过其它能源来供应。其它能源可以直接加热地层，或者可以将所述能量施用于直接或间接加热地层的传递介质。应理解的是向地层施加热量的一个或多个热源可以应用不同能源。因此，例如，对于给定地层，一些热源可以由导电材料、电阻加热器提供热量，一些热源可以由燃烧提供热量，和一些热源可以由一种或多种其它能源(例如化学反应、太阳能、风能、生物质或其它可再生能源)提供热量。化学反应可以包括放热反应(例如氧化反应)。热源也可以包括导电材料和/或向加热位置(如加热器井)附近和/或周围区域提供热量的加热器。
“加热器”为在井内或井孔区域附近产生热量的任何系统或热源。加热器可以为但不限于电加热器、燃烧器、与地层内的材料或由地层产生的材料发生反应的燃烧器、和/或它们的组合。“重烃”为粘性烃流体。重烃可以包括高粘性烃流体如重油、焦油和/或柏油。重烃可以包含碳和氢以及较小浓度的硫、氧和氮。重烃中也可以存在微量附加元素。重烃可以按API比重分类。重烃通常具有低于约20°的API比重。例如重油的API比重通常为约10-20°，而焦油的API比重通常低于约10°。重烃在15°C下的粘度通常大于约100厘泊。重烃可以包括芳烃或其它复杂环状烃。重烃可以在相对可渗透地层内发现。所述相对可渗透地层可以包括在例如砂子或碳酸盐中夹带的重烃。“相对可渗透”针对地层或部分地层定义为10毫达西或更大(如10或100毫达西)的平均渗透率。“相对低的渗透率”针对地层或部分地层定义为小于约10毫达西的平均渗透率。一达西等于约O. 99平方微米。不可渗透层的渗透率通常小于约O. I毫达西。
包含重烃的一些地层类型还可以包括但不限于天然矿物蜡或天然硬浙青。“天然矿物蜡”通常存在于可能有几米宽、几公里长和几百米深的基本管状的矿脉中。“天然硬浙青”包括芳族组成的固态烃和通常存在于大矿脉中。由地层原位采收烃例如天然矿物蜡和天然硬浙青可以包括熔化以形成液态烃和/或从地层进行烃的溶液采矿。“烃”通常定义为主要由碳和氢原子形成的分子。烃还可以包含其它元素例如但不限于卤素、金属元素、氮、氧和/或硫。烃可以为但不限于油母岩、浙青、焦浙青、油、天然矿物蜡和硬浙青。烃可以位于地球的矿物基质中或与之邻近。基质可以包括但不限于沉积岩、砂岩、沉积石英岩、碳酸盐岩、硅藻岩和其它多孔介质。“烃流体”为包含烃的流体。烃流体可以包括、夹带或被夹带于非烃流体如氢、氮、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、水和氨中。“原位转化方法”指用热源加热含烃地层使至少部分地层的温度提高至高于热解温度从而在地层内产生热解流体的方法。“原位热处理方法”指用热源加热含烃地层使至少部分地层的温度升高到高于导致流体移动、减粘和/或热解含烃材料的温度从而在地层内产生移动流体、减粘流体和/或热解流体的方法。“绝缘导体”指能够导电且全部或部分被电绝缘材料覆盖的任何细长材料。“油母岩”为已经通过天然降解发生转化和主要包含碳、氢、氮、氧和硫的固态不溶性烃。煤和油页岩是含油母岩的物质的典型实例。“浙青”为基本可溶于二硫化碳的非结晶固体或粘性烃物质。“油”为包含可冷凝烃的混合物的流体。“穿孔”包括在导管、管子、管道或其它流动通道壁上的开孔、缝、孔或洞，它们允许流入或流出所述导管、管子、管道或其它流动通道。“热解”为由于应用热而破坏了化学键。例如，热解可以包括通过只使用热将化合物转化为一种或多种其它物质。热可以传递至部分地层而引起热解。“热解流体”或“热解产品”指在烃的热解过程中主要产生的流体。通过热解反应产生的流体可以与地层内的其它流体混合。所述混合物将被当成热解流体或热解产品。正如这里所应用的，“热解区”指已经反应或正在反应形成热解流体的地层体积(例如相对可渗透地层如焦油砂地层)。
含烃地层内的“富层”是相对薄的层(通常为约O. 2-0. 5m厚)。富层通常具有约O. 150L/kg或更大的富集度。有些富层的富集度为约O. 170L/kg或更大、约O. 190L/kg或更大、或约O. 210L/kg或更大。地层的贫层的富集度为约O. 100L/kg或更小，和通常比富层厚。各层的富集度和位置例如通过取岩芯和随后对岩芯Fischer分析、密度或中子测井或其它测井方法来测定。相比于地层内的其它各层来说富层可能具有较低的初始热导率。通常，富层热导率为贫层热导率的1/1. 5-1/3。另外，地层的富层比贫层具有更高的热膨胀系数。“热量叠加”指由两个或多个热源向地层的选定区域提供热量从而使热源间至少一个位置处地层的温度受所述热源影响。“合成气”为包含氢和一氧化碳的混合物。合成气的附加组分可以包括水、二氧化碳、氮、甲烷和其它气体。合成气可以通过各种方法和原料产生。合成气可用来合成多种化合物。“焦油”为在15°C下粘度通常大于约10，000厘泊的粘性烃。焦油的比重通常大于 1.000。焦油的API比重小于10°。“焦油砂地层”为一种地层，其中烃主要以在矿物颗粒骨架或其它宿主岩石(例如砂子或碳酸盐)中夹带的重烃和/或焦油的形式存在。焦油砂地层的例子包括地层如Athabasca地层、Grosmont地层和PeaceRiver地层(这三种地层均位于加拿大的Alberta)和委内瑞拉的Orinoco带中的Faja地层。“限温加热器”通常指在不利用外部控制如温度控制器、功率调节器、整流器或其它设备的条件下调节高于特定温度的热量输出(例如减小热量输出)的加热器。限温加热器可以为AC(交流)或调制(例如“斩波”)DC(直流)供电的电阻加热器。层“厚度”指层的剖面的厚度，其中所述剖面与层的表面正交。“U形井孔”指从地层内的第一开孔延伸通过至少部分地层并通过地层内的第二开孔出去的井孔。在该上下文中，所述井孔可以只是粗略地为"V"或"U"形，应理解对于被认为是"U"形的井孔来说，"U"形的两腿不需要相互平行或与"U"的〃底〃垂直。“提质”指提高烃的质量。例如，提质重烃可以导致重烃的API比重增加。“减粘”指在热处理过程中使流体中的分子解缠结和/或在热处理过程中将大分子分解为较小分子，从而导致流体粘度降低。除非另有说明，“粘度”指在40°C下的运动粘度。粘度通过ASTM方法D445测定。“蜡”指一种低熔点有机混合物，或在较低温下为固体而在较高温下为液体的高分子量化合物，和当处于固态时它可以形成对水的屏障。蜡的例子包括动物蜡、植物蜡、矿物蜡、石油蜡和合成蜡。术语“井孔”指通过钻探或向地层内插入导管而形成的地层内的孔。井孔可以具有基本为圆形的截面或者其它截面形状。正如这里所应用的，当指地层内的开孔时，术语“井”和“开孔”可以与术语“井孔”互换使用。可以以各种方式处理地层以产生许多不同的产品。在原位热处理过程中可以应用不同的阶段或过程来处理地层。在一些实施方案中，对一个或多个地层区域进行溶液采矿以从所述区域中脱除可溶性矿物质。在原位热处理过程之前、之中和/或之后可以对矿物质进行溶液采矿。在一些实施方案中，进行溶液采矿的一个或多个区域的平均温度可以保持低于约120°C。在一些实施方案中，将一个或多个地层区域加热以从所述区脱除水和/或从所述区脱除甲烷和其它挥发性烃。在一些实施方案中，在脱除水和挥发性烃的过程中，平均温度可以从环境温度升高到低于约220°C的温度。在一些实施方案中，将一个或多个地层区域加热到允许地层内烃运动和/或减粘的温度。在一些实施方案中，将一个或多个地层区域的平均温度升高到区域中烃的移动温度(例如至 100-2500C >120-2400C^ 150-230°C 的温度)。在一些实施方案中，加热一个或多个区域至允许地层内发生热解反应的温度。在一些实施方案中，可以将一个或多个地层区域的平均温度升高到区域中烃的热解温度(例如 230-900°C、240-400°C或 250-350°C 的温度)。用多个热源加热含烃地层可以围绕热源建立起热梯度，所述热梯度以理想的加热速率将地层内烃的温度升高到想要的温度。对于想要产品来说，通过移动温度范围和/或 热解温度范围的温升速率可能影响由含烃地层生产的地层流体的质量和数量。缓慢升高地层温度通过移动温度范围和/或热解温度范围可能允许由地层生产高质量、高API比重的烃。缓慢升高地层温度通过移动温度范围和/或热解温度范围可能允许作为烃产品脱除地层内存在的大量烃。在一些原位热处理实施方案中，将部分地层加热到想要的温度而不是缓慢升高温度通过一个温度范围。在一些实施方案中，想要的温度为300°C、325°C或350°C。可以选择其它温度作为想要的温度。来自热源的热量叠加允许在地层内相对迅速和有效地建立想要的温度。可以调节热源向地层的能量输入以将地层内的温度基本保持为想要的温度。可以通过生产井由地层生产移动和/或热解产品。在一些实施方案中，将一个或多个区域的平均温度升高到移动温度，和从生产井生产烃。在由于移动生产降低至低于选定值后，一个或多个区域的平均温度可以升高到热解温度。在一些实施方案中，在达到热解温度之前没有大量生产的条件下，一个或多个区域的平均温度可以升高到热解温度。可以通过生产井生产包含热解产品的地层流体。在一些实施方案中，在移动和/或热解后，可以将一个或多个区域的平均温度升高到足以允许合成气产生的温度。在一些实施方案中，在达到足以允许合成气产生的温度之前，可以在没有大量生产的条件下将烃升高到足以允许合成气产生的温度。例如，合成气可以在约400-1200°C、约500-1100°C或约550_1000°C的温度范围内生产。可以向所述区域中加入合成气生成流体(如蒸汽和/或水)以产生合成气。合成气可以由生产井生产。在原位热处理过程中可以实施溶液采矿、脱除挥发性烃和水、移动烃、热解烃、生成合成气和/或其它过程。在一些实施方案中，在原位热处理过程之后可以实施一些过程。这些过程可以包括但不限于由已处理区域回收热量、在以前处理过的区域中贮存流体(如水和/或烃)和/或在以前处理过的区域中隔离二氧化碳。图I描述了用于处理含烃地层的原位热处理系统的一部分的实施方案的示意图。所述原位热处理系统可以包括屏蔽井190。应用屏蔽井在处理区域周围形成屏蔽。所述屏蔽抑制流体流入和/或流出处理区域。屏蔽井包括但不限于脱水井、真空井、捕集井、注射井、灌浆井、冷冻井或它们的组合。在一些实施方案中，屏蔽井190为脱水井。脱水井可以脱除液态水和/或抑制液态水进入待加热的地层部分或正在加热的地层。在图I描述的实施方案中，屏蔽井190表示为仅沿热源192的一侧延伸，但屏蔽井通常包围所应用或待应用的所有热源192，从而加热地层的处理区域。将热源192放置于至少部分地层内。热源192可以包括加热器如绝缘导体、套管加热器、地面燃烧器、无焰分布燃烧室和/或自然分布燃烧器。热源192还可以包括其它类型的加热器。热源192为至少部分地层提供热量以加热地层内的烃。可以通过供应管线194为热源192提供能量。取决于用于加热地层的热源或各个热源的类型，供应管线194可以在结构上不同。用于热源的供应管线194可以为电加热器送电，可以为燃烧器输送燃料，或者可以输送在地层内循环的换热流体。在一些实施方案中，用于原位热处理过程的电可以通过一个或多个核电站提供。应用核动力可以允许减少或消除由原位热处理过程排放二氧化碳。当加热地层时，输入地层的热量可以导致地层膨胀和地质运动。可以在脱水过程之前、同时或过程中打开热源。计算机模拟可以模拟地层对加热的响应。可以应用计算机模拟来开发激活地层内热源的模式和时序，从而使地层的地质运动不会负面影响地层内热 源、生产井和其它设备的功能。加热地层可以使地层渗透率和/或孔隙率增加。渗透率和/或孔隙率的增加可能源于地层内物质由于水的汽化和脱除、烃的脱除和/或裂缝的形成而减少。由于增加的地层渗透率和/或孔隙率，流体可能更容易在加热的地层部分内流动。由于增加的渗透率和/或孔隙率，加热的地层部分内的流体可能移动通过地层内相当大的距离。所述相当大的距离可以超过1000m，这取决于各种因素如地层的渗透率、流体的特性、地层的温度和使流体移动的压力梯度。流体在地层内移动相当大距离的能力允许生产井196在地层内间隔相对较远。应用生产井196由地层脱除地层流体。在一些实施方案中，生产井196包括热源。生产井中的热源可以在生产井处或附近加热地层的一个或多个部分。在一些原位热处理方法的实施方案中，由生产井以每米生产井计提供给地层的热量小于由加热地层的热源以每米热源计施加到地层的热量。由生产井施加到地层的热量可以通过蒸发和脱除生产井附近的液相流体增加生产井附近的地层渗透率，和/或通过形成大和/或小的裂缝增加生产井附近的地层渗透率。在生产井中可以放置一个以上热源。当来自相邻热源的热量叠加将地层加热到足以抵消用生产井加热地层提供的好处时，生产井下部的热源可以关闭。在一些实施方案中，生产井上部的热源在生产井下部的热源失活后可以保持开启。井上部的热源可以抑制地层流体冷凝和回流。在一些实施方案中，生产井196中的热源允许从地层内气相脱除地层流体。在生产井处或通过生产井提供加热可以(I)当生产流体在接近上覆地层的生产井中移动时抑制这种生产流体冷凝和/或回流，(2)增加输入到地层的热量，(3)与没有热源的生产井相t匕，增加生产井的产出速率，(4)抑制生产井中高碳数化合物((6烃及以上)的冷凝，和/或
(5)增加生产井处或附近的地层渗透率。地层内的地下压力可以对应于地层内产生的流体压力。当加热的地层部分温度升高时，作为原位流体热膨胀、增加的流体产生和水汽化的结果，加热部分的压力可能会增力口。控制从地层脱除流体的速率允许控制地层内的压力。地层内的压力可以在多个不同位置进行测定，例如在生产井处或附近、在热源处或附近、或者在监测井处。在一些含烃地层内，由地层生产烃受到抑制直到地层内的至少一些烃已经移动和/或热解。当地层流体具有选定品质时才可以由地层生产所述地层流体。在一些实施方案中，所述选定品质包括至少约20°、30°或40°的API比重。抑制生产直到至少一些烃移动和/或热解可以增加重烃至轻烃的转化率。抑制初始生产可以最小化从地层内生产重烃。生产大量重烃可能需要昂贵的设备和/或缩短生产设备的寿命。在一些含烃地层内，在加热的地层部分内已经产生相当大的渗透率之前，可以将地层内的烃加热到移动和/或热解温度。渗透率的初始不足可能抑制所产生的流体输送至生产井196。在初始加热期间，邻近热源192处地层内的流体压力可能增加。该增加的流体压力可以通过一个或多个热源192释放、监测、改变和/或控制。例如，选定热源192或单独的减压井可以包括允许从地层内脱除一些流体的泄压阀。在一些实施方案中，虽然在地层内可能还不存在至生产井196或任何其它压力阱 的开放路径，但可以允许由地层内产生的移动流体、热解流体或其它流体的膨胀产生的压力增加。可以使流体压力朝着岩石静压增加。当流体接近岩石静压时在含烃地层内可能形成裂缝。例如，可能在加热的地层部分内由热源192至生产井196形成裂缝。受热部分内产生裂缝可以释放所述部分内的一些压力。可能必须保持地层内的压力低于选定压力，以抑制不想要的生产、压裂上覆地层或下伏地层和/或使地层内的烃焦化。在达到移动和/或热解温度并允许从地层生产后，可以改变地层内的压力以改变和/或控制所生产的地层流体的组成，控制地层流体中与不可冷凝流体相比可冷凝流体的百分比，和/或控制产生的地层流体的API比重。例如，降低压力可以导致产生更多的可冷凝流体组分。可冷凝流体组分可能包含较大百分比的烯烃。在一些原位热处理方法的实施方案中，地层内的压力可以保持足够高以促进API比重大于20°的地层流体的生产。在原位热处理过程中保持地层内高压可以抑制地层沉陷。保持高压可以减小或取消在地面压缩地层流体以在收集管中将所述流体输送至处理设备的需要。在加热的地层部分内保持高压可以令人惊奇地生产大量高品质且相对低分子量的烃。可以保持压力从而使所产生的地层流体具有最少量的高于选定碳数的化合物。所述选定碳数可以为至多25、至多20、至多12或至多8。一些高碳数化合物可能被夹带在地层内的蒸气中，和可以用蒸气从地层内脱除。保持地层内的高压可以抑制高碳数化合物和/或多环烃化合物夹带在蒸气中。高碳数化合物和/或多环烃化合物可以在地层内保持液相很长时间。所述很长时间可以为化合物提供足够的时间以热解形成低碳数化合物。据信产生相对低分子量烃部分是由于部分含烃地层内氢的自动生成和反应。例如，保持高压可以迫使在热解过程中产生的氢进入地层内的液相。加热所述部分至热解温度范围内的温度可以使地层内的烃热解，从而产生液相热解流体。所产生的液相热解流体组分可以包含双键和/或自由基。液相中的氢(H2)可以还原所产生的热解流体的双键，从而降低所产生的热解流体聚合或形成长链化合物的可能性。另外，H2也可以中和所产生的热解流体中的自由基。液相中的H2可以抑制所产生的热解流体相互之间反应和/或与地层内的其它化合物反应。
可以输送由生产井196生产的地层流体通过收集管198至处理设备200。也可以由热源192生产地层流体。例如，可以由热源192生产流体以控制热源附近地层内的压力。可以输送由热源192生产的流体通过管子或管道至收集管198或者可以输送所生产的流体通过管子或管道直接至处理设备200。处理设备200可以包括分离单元、反应单元、提质单元、燃料电池、透平机、贮存容器和/或用于处理所生产的地层流体的其它系统和单元。处理设备可以由至少一部分由地层生产的烃形成运输燃料。在一些实施方案中，所述运输燃料可以为航空煤油，例如JP-8。在一些原位热处理方法的实施方案中，应用循环系统加热地层。对于原位热处理含烃地层来说，应用循环系统可以降低处理地层的能量成本、减少处理过程的排放和/或利于加热系统的安装。在某些实施方案中，所述循环系统为闭环循环系统。可以应用该系统加热在地下相对较深和相对较大范围的地层内的烃。在一些实施方案中，所述烃可以在地面下100m、200m、300m或更深。也可以用循环系统加热在地下较浅的烃。所述烃可以在 沿长度方向上延伸至多1000m、3000m、5000m或更长的地层内。循环系统的加热器可以相对于相邻加热器进行设置，从而使循环系统的加热器之间的热量叠加允许地层的温度升高到至少高于地层内含水地层流体的沸点。在一些实施方案中，通过钻探第一井孔和然后钻探与第一井孔相连的第二井孔而在地层内形成加热器。可以在U形井孔中放置管道以形成U形加热器。加热器通过管道与传热流体循环系统相连。在一些实施方案中，加热器以三角形图案设置。在一些实施方案中，使用其它规则或不规则图案。生产井和/或注射井也可以位于地层内。生产井和/或注射井可以具有类似于加热器的加热部分的长的基本水平的区域，或者可以使生产井和/或注射井沿其它方向取向(例如所述井可以为垂直取向的井或者包括一个或多个倾斜部分)。如图2所示，传热流体循环系统202可以包括供热204、第一换热器206、第二换热器208和流体推进器210。供热204将传热流体加热到高温。供热204可以为炉子、太阳能收集器、化学反应器、核反应堆、燃料电池和/或其它能够为传热流体供热的高温源。如果传热流体为气体，则流体推进器210可以是压缩机。如果传热流体为液体，则流体推进器210可以是栗。流出地层212后，传热流体通过第一换热器206和第二换热器208进入流体推进器210。第一换热器206在流出地层212的传热流体和流出流体推进器210的传热流体之间传递热量，以将进入供热204的传热流体的温度升高，和降低流出地层212的流体的温度。第二换热器208进一步降低传热流体的温度。在一些实施方案中，第二换热器208包括或者为传热流体的贮罐。传热流体从第二换热器208流入流体推进器210。可以将流体推进器210设置在供热204之前，从而流体推进器不必在高温下操作。在一个实施方案中，传热流体为二氧化碳。供热204为炉子，该炉子将传热流体加热到约700-920°C、约770-870°C或约800-850°C的温度。在一个实施方案中，供热204将传热流体加热到约820°C的温度。传热流体从供热204流入加热器201。热从加热器201传递至加热器附近的地层212。流出地层212的传热流体的温度可以为约350_580°C、约400-530°C或约450-500°C。在一个实施方案中，流出地层212的传热流体的温度为约480°C。可以改变用于形成传热流体循环系统202的管道的金属材料，以明显降低管道的成本。可以从供热204至温度足够低的点处应用高温钢，从而从该点至第一换热器206可以应用略不昂贵的钢。可以应用几种不同等级的钢来形成传热流体循环系统202的管道。在一些实施方案中，应用垂直、倾斜或L形井孔代替U形井孔(例如在第一位置有入口和在另一位置有出口的井孔)。图3描述了 L形加热器201。加热器201可以与传热流体循环系统202偶合和可以包括入口导管214和出口导管216。传热流体循环系统202可以为多个加热器提供传热流体。来自传热流体循环系统202的传热流体可以沿入口导管214向下流和向上返回出口导管216。入口导管214和出口导管216可以通过上覆地层218隔热。在一些实施方案中，入口导管214通过上覆地层218和含烃层220隔热，以抑制流入和流出的传热流体之间不想要的热传递。在一些实施方案中，邻近上覆地层218的井孔222的部分比邻近含烃层220的井孔部分更大。邻近上覆地层具有更大的开孔可以允许容纳用于隔热入口导管214和/或出口导管216的隔热层。一些由回流至上覆地层的热损失可能对效率的影响并不明显，特别是当传热流体为熔融盐或需要加热保持为液体的其它流体时。如果传热流体的循环停止， 则邻近加热器201的加热的上覆地层可在较长时间内保持传热流体为液体。允许一些热量 传递至上覆地层218可以不再需要在出口导管216和上覆地层之间的昂贵的隔热系统。在一些实施方案中，在上覆地层218和出口导管216之间应用隔热水泥。对于垂直、倾斜或L型加热器，可以将井孔钻得比需要的更长，以容纳未活化加热器(例如已经安装但闲置的加热器)。活化后加热器的热膨胀可能导致部分加热器移动进入设计用来容纳加热器热膨胀的井孔额外长度内。对于L型加热器，当加热器在用传热流体预热和/或加热的过程中膨胀时，井孔内剩余的钻探流体和/或地层流体可以促进加热器移动进入井孔的更深处。对于垂直或倾斜井孔，可以将井孔钻得比需要的更深，以容纳未活化加热器。当加热器用传热流体预热和/或加热时，加热器可以膨胀进入井孔的额外深度。在一些实施方案中，可以在加热器的端部连接膨胀套管，以确保在不稳定井孔的情况下热膨胀的可获得空间。图4描述了垂直加热器201的一部分的实施方案的不意图。传热流体循环系统202可以为加热器201的入口导管214提供传热流体。传热流体循环系统202可以接收来自加热器的出口导管216的传热流体。入口导管214可以通过焊接228紧固到出口导管216上。入口导管214可以包括绝缘套管224。绝缘套管224可以由多个区段构成。用于入口导管214的绝缘套管224的每个区段能够容纳由于入口导管的温度和绝缘套管外侧的温度间的温差导致的热膨胀。由于热膨胀导致的入口导管214和绝缘套管224的长度变化容纳在出口导管216中。出口导管216可以包括绝缘套管22V。绝缘套管22^可以在上覆地层218和烃层220之间的边界附近结束。在一些实施方案中，绝缘套管224'应用盘管设备安装。绝缘套管224'上部的第一部分可以在高于或接近井头226处通过焊接228紧固到出口导管216上。可以通过在绝缘套管224'的外部支撑元件与井头之间的偶合将加热器201支撑在井头226中。绝缘套管224'的外部支撑元件可以具有足够的强度以支撑加热器201。在一些实施方案中，绝缘套管224'包括单独的且比绝缘套管224'的第一部分低的第二部分(绝缘套管部分224")。绝缘套管部分224"可以通过焊接228或能够耐受封隔器230下方的高温的其它类型密封紧固到出口导管216上。绝缘套管部分224"和出口导管216之间的焊接228可以抑制地层流体在绝缘套管和出口导管之间流过。在加热过程中，绝缘套管224'的较冷的外表面和较热的内表面之间的热膨胀差异可能会导致绝缘套管的第一部分与绝缘套管的第二部分(绝缘套管部分224")之间分离。这种分离可能在封隔器230上方邻近加热器201的上覆地层部分发生。套管238和地层间的隔热水泥可以进一步抑制至地层的热损失和提高所述系统的总能量效率。封隔器230可以为抛光孔座。可以将封隔器230固定到井孔222的套管238上。在一些实施方案中，封隔器230在地下IOOOm或更深处。如果需要，封隔器230可以位于高于IOOOm的深度处。封隔器230可以抑制地层流体从加热的地层部分向上流过井孔至井头226。封隔器230可以允许绝缘套管部分224"向下移动以容纳加热器201的热膨胀。在一些实施方案中，井头226包括固定密封232。固定密封232可以为抑制地层流体通过加热器201的井孔222到达地面的第二密封。图5描述了井孔222内垂直加热器201的一部分另一个实施方案的不意图。图5 描述的实施方案类似于图4描述的实施方案，但固定密封232位于上覆地层218附近，和滑动密封234位于井头226中。从固定密封232至井头226的部分绝缘套管224'能够向上膨胀出井头以容纳热膨胀。位于固定密封232以下的加热器部分能够膨胀进入井孔222的过量长度以容纳热膨胀。在一些实施方案中，加热器包括流动开关。该流动开关可以允许传热流体从循环系统向下流过加热器入口导管内的上覆地层。来自加热器的返回流可以向上流过入口导管和出口导管之间的环形区域。流动开关可以将来自入口导管的向下流动改变为进入入口导管和出口导管之间的环形区域中。流动开关也可以将来自入口导管的向上流动改变为进入所述环形区域内。应用流动开关可以在不增加提供给加热器的传热流体的初始温度的条件下，允许加热器在邻近处理区域处在较高的温度下操作。对于其中传热流体沿入口导管向下流动和通过入口导管和出口导管之间的环形区域返回的垂直、倾斜或L型加热器，可能在加热器中形成温度梯度，其中最热部分位于加热器的远端。对于L型加热器，第一组加热器的水平部分可以与第二组加热器的水平部分交替。用于加热地层的第一组加热器的最热部分可以邻近于用于加热地层的第二组加热器的最冷部分，而用于加热地层的第二组加热器的最热部分邻近于用于加热地层的第一组加热器的最冷部分。对于垂直或倾斜加热器，选定加热器中的流动开关可以允许加热器按如下方式排布用于加热地层的第一加热器的最热部分邻近于用于加热地层的第二加热器的最冷部分。使用于加热地层的第一组加热器的最热部分邻近于用于加热地层的第二组加热器的最冷部分可以允许更均匀地加热地层。在一些实施方案中，将晒制盐(例如含60wt%NaN03和40wt%KN03的盐)用作循环流体系统中的传热流体。晒制盐可以具有约230°C的熔点和约565°C的工作温度上限。在一些实施方案中，可以向晒制盐中加入LiNO3(例如约10-30wt%的LiNO3)以生产三元盐混合物，与晒制盐相比，该三元盐混合物具有更宽的操作温度范围和更低的熔点，只是最大工作温度稍有降低。所述三元盐混合物的熔点较低可以降低预热要求，和允许使用加压水和/或加压盐水作为预热循环系统管道的传热流体。三元盐组合物在550°C下引起的加热器金属腐蚀速率与晒制盐在565°C下引起的加热器金属腐蚀速率相当。表I给出了晒制盐和三元盐混合物的熔点和上限。三元盐混合物的水溶液在没有固化的条件下脱除水可以转变为熔融盐，这样就允许熔融盐以水溶液的形式提供和/或贮存。表I
权利要求
1.一种处理地下地层的方法，包括 使至少一种熔融盐循环通过位于所述地层内的套管加热器的至少一个导管，以将所述地层内的烃加热到至少所述烃的流动温度； 从所述地层生产至少一些烃； 评价套管加热器的至少一个导管的电阻；和 基于所评价的电阻判断至少一个导管内泄漏的存在。
2.权利要求I的方法，其中所述泄漏包括导管壁内的裂缝。
3.权利要求I的方法，还包括连续评价电阻以判断泄漏的存在。
4.权利要求I的方法，还包括间歇评价电阻以判断泄漏的存在。
5.权利要求I的方法，还包括评价电阻以判断至少一个导管内两处或多处泄漏的存在。
6.权利要求I的方法，还包括判断泄漏在地下的深度。
7.权利要求I的方法，还包括基于深度与电阻之间的线性关系判断泄漏在地下的深度。
8.一种处理地下地层的方法，包括 使至少一种熔融盐循环通过位于所述地层内的套管加热器的至少一个导管，以将所述地层内的烃加热到至少所述烃的流动温度； 从所述地层生产至少一些烃； 与熔融盐一起循环惰性气体；和 通过评价至少一个导管壁内惰性气体的存在判断至少一个导管内泄漏的存在。
9.权利要求8的方法，其中所述泄漏包括导管壁内的裂缝。
10.权利要求8的方法，还包括连续评价惰性气体的存在以判断泄漏的存在。
11.权利要求8的方法，还包括间歇评价惰性气体的存在以判断泄漏的存在。
12.权利要求8的方法，还包括评价惰性气体的存在以判断至少一个导管内两处或多处泄漏的存在。
13.权利要求8的方法，还包括判断泄漏在地下的深度。
14.权利要求8的方法，还包括应用偶合到导管上的气体检测系统评价惰性气体的存在。
15.权利要求8的方法，其中所述惰性气体选自氮、氩、氦或它们的混合物。
16.权利要求8的方法，其中在熔融盐的循环过程中在导管内存在的压力下惰性气体从熔融盐中释放出来。
17.一种处理地下地层的方法，包括 使至少一种熔融盐循环通过至少一个导管； 评价套管加热器的至少一个导管的电阻；和 基于所评价的电阻判断至少一个导管内泄漏的存在。
全文摘要
一种处理地下地层的方法，包括使至少一种熔融盐循环通过位于所述地层内的套管加热器的至少一个导管，以将所述地层内的烃加热到至少所述烃的流动温度；从所述地层生产至少一些烃；评价套管加热器的至少一个导管的电阻，以判断至少一个导管内泄漏的存在。
文档编号E21B43/24GK102834587SQ201180018308
公开日2012年12月19日 申请日期2011年4月7日 优先权日2010年4月9日
发明者S·V·源 申请人:国际壳牌研究有限公司