專利名稱：井筒中的崩落的禁止效應(yīng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明基本涉及用于從如含烴巖層之類的各種地下巖層生產(chǎn)烴、氫和/或其它產(chǎn)品的方法和系統(tǒng)。尤其是，此處所述某些實(shí)施例涉及用于防止崩落材料影響加熱器或生產(chǎn)井筒中設(shè)備和/或操作的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
從地下巖層獲得的烴經(jīng)常用作能源，如原料和消費(fèi)產(chǎn)品。對現(xiàn)有烴資源耗盡的關(guān)注和生產(chǎn)的烴的整體質(zhì)量改變已經(jīng)導(dǎo)致現(xiàn)有烴資源的更加有效恢復(fù)、處理和/或使用的方法的改進(jìn)。原地處理可以用于從地下巖層去除烴材料。地下巖層中烴材料的化學(xué)和/或物理屬性可能需要改變，以允許烴材料更加容易從地下巖層去除。化學(xué)和物理改變可以包括生產(chǎn)可去除流體的原地反應(yīng)，成分變化，溶解度變化，密度變化，相位變化，和/或巖層中烴材料的粘性變化。流體可以是但不局限于氣體、液體、乳狀液、漿液和/或具有類似于液流的流動特征的固體顆粒流。
加熱器可以放置在井筒中，以在原地處理期間加熱巖層。使用井地加熱器的原地處理的例子在Ljungstrom的美國專利Nos.2,634,961；Ljungstrom的2,732,195；Ljungstrom的2,780,450；Ljungstrom的2,789,805；Ljungstrom的2,923,535；和Van Meurs等的4,886,118中進(jìn)行了說明。
某些巖層層可能具有導(dǎo)致在井筒中崩落的材料特征。材料在井筒中的崩落可能導(dǎo)致過熱、堵塞、設(shè)備變形，和/或井筒中的流體流動問題。禁止崩落具有允許巖層中井的更加有效和容易操作的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供用于處理加熱器井筒和將加熱器安裝在地下巖層中的方法，包括將一個或多個爆炸物放入巖層中的選擇用于爆炸的一個或多個井筒的部分中，該井筒形成在巖層中的一個或多個區(qū)域中；在一個或多個井筒中使該爆炸物進(jìn)行可控制地爆炸，從而環(huán)繞所選擇的井筒的至少某些巖層具有增強(qiáng)的滲透率；及在該一個或多個井筒中設(shè)置一個或多個加熱器。
本發(fā)明還提供一個或多個上述發(fā)明的組合(a)允許熱量從一個或多個加熱器傳遞給巖層的一個或多個區(qū)域；(b)從一個或多個加熱器將熱量提供給巖層的至少一部分，其中一個或多個加熱器處于一個或多個井筒中，該井筒至少部分經(jīng)過尺寸加工，從而井筒和井筒中其中一個加熱器之間的空間具有一寬度，該寬度禁止所選尺寸的顆粒在該空間中自由移動；及(c)控制巖層的各區(qū)域的加熱，從而一個或多個區(qū)域的加熱速度保持在20攝氏度/天以下至少15天，在10攝氏度/天以下至少30天，或在5攝氏度/天以下至少60天，從而禁止加熱器附近的材料在加熱期間和/或加熱之后崩落。
本發(fā)明還提供一個或多個上述發(fā)明的組合(a)評估巖層的一部分的滲透率，和選擇用于爆炸的井筒，加工井筒的尺寸，和/或以所評估的滲透率為基礎(chǔ)控制各區(qū)域的加熱；及(b)評估巖層的一部分的粘土含量，和選擇用于爆炸的井筒，加工井筒的尺寸，和/或以所評估的粘土含量為基礎(chǔ)控制各區(qū)域的加熱。
本發(fā)明還提供一個或多個上述發(fā)明的組合其中至少其中一個井筒具有放置在井筒中的加熱器和巖層之間的襯里，并且該襯里包括開口，將該開口的尺寸加工成使得流體能夠通過襯里，但是所選尺寸的顆粒無法通過該襯里。
附圖描述參照下面的詳細(xì)描述和附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，其中附

圖1說明了加熱含烴巖層的步驟。
附圖2示出了用于處理含烴巖層的原地轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的一部分的實(shí)施例的示意性視圖。
附圖3說明了用于在開口中提供受控爆炸的實(shí)施例。
附圖4說明了在開口中進(jìn)行受控爆炸之后該開口的實(shí)施例。
附圖5說明了開口中的襯里的實(shí)施例。
附圖6說明了拉伸構(gòu)造中襯里的實(shí)施例。
附圖7說明了膨脹構(gòu)造中襯里的實(shí)施例。
盡管本發(fā)明易于進(jìn)行各種修改和備選形式，但是在附圖中利用例子示出了其特定實(shí)施例，并且在此處可以對其詳細(xì)描述。附圖不對范圍進(jìn)行限定。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，附圖及其詳細(xì)描述不將本發(fā)明局限于所公開的特定形式，但是相反，試圖包括所有落入由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的修改、等效物和備選方案。
具體實(shí)施例方式
下面的描述基本涉及用于處理巖層中的烴的系統(tǒng)和方法。這些巖層可以處理成生產(chǎn)烴產(chǎn)品、氫和其他產(chǎn)品。
“烴”基本上定義為主要由碳和氫原子形成的分子。烴還可以包括其它元素，如但不局限于鹵素、金屬元素、氮、氧和/或硫。烴可以是但不局限于油母、瀝青、焦瀝青、油、天然礦物蠟和瀝青巖。烴可以位于地球中的礦物矩陣中或其附近。矩陣可以包括但不局限于水成巖、沙子、沉積石英巖、碳酸鹽、硅藻土和其他多孔介質(zhì)?！盁N流體”是包括烴的流體。烴流體可以包括、夾帶或夾帶到非烴流體中(例如，氫、氮、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、水和氨)。
“重?zé)N”是粘稠的烴流體。重?zé)N可以包括高粘度烴流體，如重油、焦油和/或?yàn)r青。重?zé)N可以包括碳和氫，以及小濃度的硫、氧和氮。在重?zé)N中也可以存在微量輔助元素。重?zé)N可以用API重力分類。重?zé)N基本具有20以下的API重力。例如，重油一般具有10-20的API重力，而焦油一般具有10以下的API重力。重?zé)N的粘度在15攝氏度下一般為至少100厘泊。重?zé)N還可以包括芳族化合物或其它復(fù)環(huán)烴。
“API重力”指的是15.5攝氏度(60華氏度)下的API重力。API重力用ASTM方法D6822決定?！癆STM”指的是美國材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。
“巖層”包括一個或多個含烴層，一個或多個無烴層，上覆巖層和/或下伏巖層。該“上覆巖層”和/或“下伏巖層”包括一個或多個不同類型的不滲透材料。例如，上覆巖層和/或下伏巖層可以包括巖層、頁巖、泥巖或濕/緊碳酸鹽。在原地轉(zhuǎn)換過程的某些實(shí)施例中，上覆巖層和/或下伏巖層可以包括含烴層或多個含烴層，它們在原地轉(zhuǎn)換處理期間是不滲透的并不受到加溫，這導(dǎo)致了上覆巖層和/或下伏巖層的含烴層的顯著特性變化。例如，下伏巖層可以含有頁巖或泥巖，但是下伏巖層在原地轉(zhuǎn)換過程期間不允許加熱到熱解溫度。在某些情況下，上覆巖層和/或下伏巖層可以是稍微滲透的。
“巖層流體”和“采出液”指的是從巖層去除的流體，并可以包括熱解流體、合成氣、流動烴和水(蒸汽)。巖層流體可以包括烴流體以及非烴流體。
“碳數(shù)”指的是分子中碳原子的數(shù)量。烴流體可以包括具有不同碳數(shù)的各種烴?？梢杂锰紨?shù)分布描述烴流體。碳數(shù)和/或碳數(shù)分布可以由真沸點(diǎn)分布和/或氣-液色譜法決定。
“熱源”是用于基本通過傳導(dǎo)和/或輻射熱量傳遞向巖層的至少一部分提供熱量的任何系統(tǒng)。
“加熱器”是用于在井或近似井筒區(qū)域中產(chǎn)生熱量的任何系統(tǒng)。加熱器可以是但不局限于電加熱器、循環(huán)的熱傳遞流體或蒸汽、燃燒器、與其中的材料或巖層的生成物和/或其組合反應(yīng)的燃燒室。詞語“井筒”指的是巖層中的孔，通過將導(dǎo)管鉆孔或插入到巖層中制成。如此處所使用的那樣，詞語“井”和“開口”，當(dāng)指的是巖層中的開口時，可以與詞語“井筒”互換使用。
“熱解”是化學(xué)鍵由于受熱而斷裂。熱解包括只通過加熱將化合物轉(zhuǎn)換成一種或多種其它物質(zhì)。熱量可以處遞給一部分巖層以導(dǎo)致熱解。“熱解流體”或“熱解產(chǎn)物”指的是在烴的熱解期間產(chǎn)生的流體。通過熱解反應(yīng)產(chǎn)生的流體可以與巖層中其它流體混合。該混合物可以看作熱解流體或熱解產(chǎn)物。熱解流體包括但不局限于，烴、氫、二氧化碳、一氧化碳、硫化氫、氨、氮、水和其混合物。
“可冷凝烴”是在25攝氏度101kPa絕對壓力下冷凝的烴。可冷凝烴可以包括具有大于4的碳數(shù)的烴的混合物?！胺强衫淠裏N”是在25攝氏度和101kPa絕對壓力下不冷凝的烴。非可冷凝烴可以包括具有小于5的碳數(shù)的烴。
可以以各種方式處理巖層中的烴，以產(chǎn)生多種不同產(chǎn)物。在某些實(shí)施例中，分步處理這些巖層。附圖1說明了加熱含烴巖層的幾個步驟。附圖1還說明了在來自巖層的每噸巖層流體的油等效物的桶產(chǎn)量(“Y”)(y軸)與受熱巖層的攝氏溫度(“T”)(X軸)對比的例子。
在第1階段加熱期間發(fā)生甲烷的解吸和水的蒸發(fā)。通過第1階段可以盡快進(jìn)行巖層的加熱。例如，當(dāng)含烴巖層最初受熱時，巖層中的烴將吸附的甲烷解吸。巖層可以產(chǎn)生解吸的甲烷。如果含烴巖層進(jìn)一步受熱，則含烴巖層中的水受到蒸發(fā)。在某些含烴巖層中，水可能占到巖層中孔隙體積的10％至50％。在其它巖層中，水占孔隙體積的更大或更小的部分。水通常在巖層中在160℃至285℃之間600kPa絕對壓力至7000kPa絕對壓力下蒸發(fā)。在某些實(shí)施例中，蒸發(fā)的水在巖層中產(chǎn)生濕度變化和/或增大的巖層壓力。濕度變化和/或增大的壓力可以影響巖層中的熱解反應(yīng)或其他反應(yīng)。在某些實(shí)施例中，巖層產(chǎn)生蒸發(fā)的水。在其它實(shí)施例中，蒸發(fā)的水用于巖層中或巖層外的抽汽和/或蒸汽蒸餾。從巖層中去除水和增大巖層中孔隙體積增大了孔隙體積中烴的存儲空間。
在某些實(shí)施例中，在步驟1加熱之后，巖層進(jìn)一步受熱，從而巖層中的溫度達(dá)到(至少)初始熱解溫度(如步驟2所示溫度范圍低端處的溫度)。巖層中的烴可以通過步驟2熱解。熱解溫度范圍根據(jù)巖層中烴的類型而改變。該熱解溫度范圍可以包括250℃至900℃之間的溫度。用于產(chǎn)生期望產(chǎn)品的熱解溫度范圍可以只延伸通過總熱解溫度范圍的一部分。在某些實(shí)施例中，用于產(chǎn)生期望產(chǎn)品的熱解溫度范圍可以包括250℃至400℃之間的溫度或270℃至350℃之間的溫度。如果巖層中烴的溫度通過250℃至400℃的溫度范圍緩慢升高，則當(dāng)溫度達(dá)到400℃時熱解產(chǎn)品的產(chǎn)生可以基本完成。用數(shù)個熱源加熱含烴巖層可以在熱源周圍建立熱梯度，該熱梯度緩慢升高巖層中烴的溫度使其通過熱解溫度范圍。
在某些原地轉(zhuǎn)換實(shí)施例中，巖層的一部分加熱到期望溫度，而不是緩慢加熱溫度使其通過溫度范圍。在某些實(shí)施例中，期望溫度是300℃、325℃或350℃。也可以選擇其它溫度作為期望溫度。來自熱源的熱量的疊加允許在巖層中較快和較有效地建立期望溫度?？梢哉{(diào)節(jié)從熱源輸入到巖層中的能量，以將巖層中的溫度基本保持在期望的溫度。巖層的受熱部分基本保持在期望溫度，直到熱解衰退為止，從而來自巖層的期望巖層流體的產(chǎn)品變得不經(jīng)濟(jì)。進(jìn)行熱解的巖層的部分可以包括通過只從一個熱源傳遞的熱量達(dá)到熱解溫度范圍的區(qū)域。
在某些實(shí)施例中，巖層產(chǎn)生包括熱解流體的巖層流體。隨著巖層的溫度升高，所產(chǎn)生的巖層流體中可冷凝烴的數(shù)量可能降低。在高溫下，巖層可能主要產(chǎn)生甲烷和/或氫。如果含烴巖層加熱穿過整個熱解范圍，則巖層可能朝熱解范圍的上限只產(chǎn)生少量氫。在所有現(xiàn)有的氫用盡時，將通常發(fā)生巖層產(chǎn)生最少量的流體產(chǎn)品。
在烴的熱解之后，在巖層中可能仍然存在大量的碳和一些氫。含在巖層中的碳的主要部分可以從巖層生產(chǎn)成合成氣的形式。合成氣的產(chǎn)生可以發(fā)生在附圖1中所示第3階段加熱期間。第3階段可以包括將含烴巖層加熱到足以允許合成氣產(chǎn)生的溫度。例如，合成氣可以在從400℃到1200℃、500℃到1100℃，或550℃到1000℃的溫度范圍中產(chǎn)生。合成氣產(chǎn)生流體導(dǎo)入巖層時巖層的受熱部分的溫度決定巖層中所產(chǎn)生的合成氣的成分。所產(chǎn)生的合成氣體可以通過一個或多個生產(chǎn)井從巖層去除。
附圖2說明了用于處理含烴巖層的原地轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的一部分的實(shí)施例的示意圖。熱源20放置在巖層的至少一部分中。熱源20可以包括如絕緣導(dǎo)體之類的電加熱器、導(dǎo)管中的導(dǎo)體加熱器、表面燃燒器、無焰分布式燃燒室，和/或自然分布式燃燒室。熱源20也可以包括其它類型的加熱器。熱源20向巖層的至少一部分提供熱量，以加熱巖層中的烴。能量可以通過供料管線22供給熱源20。供料管線22可以根據(jù)用于加熱巖層的熱源或多個熱源的類型而結(jié)構(gòu)不同。用于熱源的供料管線22可以為電加熱器傳送電流，可以為燃燒室傳輸燃料，或者可以傳輸在巖層中循環(huán)的熱交換流體。
生產(chǎn)井24用于從巖層去除巖層流體。生產(chǎn)井24所產(chǎn)生的巖層流體可以通過收集管26輸送到處理設(shè)備28。巖層流體也可以從熱源20產(chǎn)生。例如，流體可以從熱源20產(chǎn)生，以控制與熱源相鄰的巖層中的壓力。從熱源20產(chǎn)生的流體可以通過管道或管輸送到收集管26，或者產(chǎn)生的流體可以通過管道或管直接輸送到處理設(shè)備28。處理設(shè)備28可以包括分離單元、反應(yīng)單元、濃縮單元、燃料井、渦輪、貯存罐，和/或用于處理所產(chǎn)生的巖層流體的其它系統(tǒng)和單元。
該用于處理烴的原地轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以包括柵欄井30。柵欄井用于在處理區(qū)域周圍形成柵欄。該柵欄禁止流體流入和/或流出處理區(qū)域。柵欄井包括但不局限于脫水井、真空井、捕獲井、噴射井、灌漿井、凍結(jié)井或其組合。在某些實(shí)施例中，柵欄井30為脫水井。脫水井可以去除液體水和/或禁止液體水進(jìn)入將加熱的巖層的一部分，或正在加熱的巖層。在附圖2中所示的實(shí)施例中，脫水并示出為只沿著熱源20的一側(cè)延伸，但是脫水井通常環(huán)繞用于或?qū)⒂糜诩訜釒r層的所有熱源20。
如附圖2中所示，除了熱源20之外，一個或多個生產(chǎn)井24放置在巖層中。巖層流體可以通過生產(chǎn)井24生產(chǎn)。在某些實(shí)施例中，生產(chǎn)井24包括熱源。生產(chǎn)井中的熱源可以加熱生產(chǎn)井處或其附近的巖層的一個或多個部分，并允許巖層流體的氣相去除。可以減少或消除對液體從生產(chǎn)井的高溫泵送的需要。避免或限制液體的高溫泵送可以明顯降低生產(chǎn)成本。倘若在生產(chǎn)井處或通過生產(chǎn)井加熱(1)當(dāng)這種生產(chǎn)流體在生產(chǎn)井中移動接近超載時，禁止生產(chǎn)流體的凝結(jié)和/或回流，(2)增加輸入到巖層中的熱量，和/或(3)增強(qiáng)生產(chǎn)井處或其附近巖層的滲透率。在某些原地轉(zhuǎn)換過程的實(shí)施例中，每米生產(chǎn)井從生產(chǎn)井供給巖層的熱量少于從熱源應(yīng)用到巖層的熱量，該熱源加熱每米熱源的巖層。
某些巖層層可以具有導(dǎo)致崩落井筒中的材料特征。例如，油頁巖巖層的貧粘土層受熱時可能崩落。崩落指的是巖層材料(例如，巖層或粘土)的脫落或擺脫到井筒中。富有膨脹粘土的層具有較高的崩落趨勢。粘土可以降低貧層中的滲透率。當(dāng)熱量快速提供給具有降低的滲透率的層時，水和/或其他流體可能無法從層中排出，直到壓力導(dǎo)致材料的機(jī)械損壞為止。當(dāng)內(nèi)壓超過層中巖層的拉伸強(qiáng)度時，發(fā)生機(jī)械損壞，并產(chǎn)生崩落。
材料在井筒中的崩落可能導(dǎo)致井筒中過熱、堵塞、設(shè)備變形和/或流體流動問題。崩落的材料可能捕獲或陷落到井筒中加熱器中或其周圍。例如，崩落的材料可能陷落到加熱器和巖層的壁之間接觸或接近加熱器的膨脹富層上方。崩落的材料可以松散地包裹，并具有較低的熱傳導(dǎo)性。低熱傳導(dǎo)性的崩落材料可能導(dǎo)致加熱器的過熱和/或熱量緩慢傳遞給巖層。含烴巖層(如油頁巖巖層)中的崩落材料可能具有在1毫米(“mm”)和2.5厘米(“cm”)之間，1.5毫米和2厘米之間，或5毫米和1厘米之間的平均顆粒直徑。
具有非常低的滲透率(例如，10微達(dá)西(“μdarcy”)或以下，20微達(dá)西或以下，或50微達(dá)西或以下)的地下巖層的體積可能具有崩落的趨勢。對于油頁巖，這些體積通常是具有5％或更大體積含量的粘土的貧層。粘土可以是蒙脫石粘土或伊利粘土。具有非常低的滲透率的體積材料可能在地下巖層的加熱期間碎石化(rubbilize)。該碎石化可能由粘土結(jié)合水的膨脹、其它粘土結(jié)合流體和/或巖體中的氣體導(dǎo)致。
幾項技術(shù)可以用于禁止崩落或與崩落相關(guān)的問題。這些技術(shù)包括初始加熱井筒，從而在近井筒區(qū)域中具有初始緩慢的溫度上升，在加熱之前用穩(wěn)定流體預(yù)處理井筒，在加熱之前在井筒中提供受控爆炸，將襯里或篩網(wǎng)放置在井筒中，并將井筒和放置在井筒中的設(shè)備的尺寸加工成使得崩落材料無法導(dǎo)致井筒中的問題。各種技術(shù)都可以獨(dú)立使用或彼此組合使用。
在某些實(shí)施例中，大量地下巖層的滲透率受到評估。在某些實(shí)施例中，該區(qū)域地下巖層的粘土含量受到評估。所評估的體積或區(qū)域的滲透率和/或粘土含量處于井筒處或其附近(例如，在井筒的1米、0.5米，或0.3米之內(nèi))?？梢酝ㄟ^例如Stoneley波衰減聲速測井評估滲透率?？梢酝ㄟ^例如脈沖中子測井系統(tǒng)(如來自Schlumberger OilfieldServices(H0uston，TX，USA)的RST(水庫飽和工具)評估粘土含量。從密度和中子測井之間的差評估粘土含量。如果評估顯示井筒附近的一個或多個區(qū)域具有低于所選值的滲透率(例如，最多10微達(dá)西，最多20微達(dá)西，或最多50微達(dá)西)和/或高于所選值的粘土含量(例如，至少5％體積，至少3％體積，或至少2％體積)，則井筒處或其附近的巖層的初始加熱可以受到控制，以將加熱速度保持在所選值之下。所選加熱速度根據(jù)巖層的類型，巖層中井筒的圖案，使用的加熱器類型，巖層中井筒的間隔或其它因素改變。
初始加熱可以保持在所選加熱速度或以下特定的時間長度。在一定時間之后，井筒處或其附近的滲透率可能增大到由于層中氣體的緩慢膨脹而不再可能發(fā)生崩落的值。較緩慢的加熱速度允許水或其它流體具有從層中蒸發(fā)和溢出的時間，禁止層中壓力快速增長。緩慢的初始加熱速度允許膨脹的水蒸氣和其他流體在巖層中產(chǎn)生微裂縫，而不是巖層快速受熱時可能發(fā)生的井筒損壞。隨著熱前端從井筒移開，溫度上升速度減慢。例如，溫度上升速度通常在距離井筒0.1米、0.3米、0.5米、1米、3米或更大距離處極大減小。在某些實(shí)施例中，井筒處或其附近的地下巖層的加熱速度(例如井筒的3米之內(nèi)，井筒的1米之內(nèi)，井筒的0.5米之內(nèi)，或井筒的0.3米之內(nèi))保持在20攝氏度/天以下至少15天。在某些實(shí)施例中，井筒處或其附近的地下巖層加熱速度保持在10攝氏度/天以下至少30天。在某些實(shí)施例中，井筒處或其附近的地下巖層的加熱速度保持在5攝氏度/天以下至少60天。在某些實(shí)施例中，井筒處或其附近的地下巖層的加熱速度保持在2攝氏度/天以下至少150天。
在某些實(shí)施例中，具有導(dǎo)致崩落的區(qū)域的巖層中的井筒受到預(yù)處理，以禁止在加熱期間崩落。在加熱器放入到井筒中之前可以處理井筒。在某些實(shí)施例中，具有所選粘土含量的井筒用一個或多個粘土穩(wěn)定劑進(jìn)行處理。例如，粘土穩(wěn)定劑可以加入到在井筒的形成期間使用的鹽水溶液中。粘土穩(wěn)定劑包括但不局限于氧化鈣或油田工業(yè)中已知的其他含鈣材料。在某些實(shí)施例中，限制(或避免)包括鹵素的粘土穩(wěn)定劑的使用，以減少(或避免)對井筒中使用的加熱器或其它設(shè)備的腐蝕問題。
在某些實(shí)施例中，通過在井筒中提供受控爆炸處理井筒。該受控爆炸可以沿著所選長度或在井筒的所選區(qū)域中進(jìn)行。通過將受控的爆炸系統(tǒng)放置到井筒中進(jìn)行受控爆炸。通過控制井筒中爆炸的垂直傳播速度實(shí)施該受控爆炸。受控爆炸系統(tǒng)的一個例子是可從Ensign-Bickford Company(Spanish Fork，Utah，USA)獲得的Primacord導(dǎo)炸索。受控爆炸系統(tǒng)可以設(shè)置成沿著井筒的所選長度或所選區(qū)域爆炸?？梢钥刂票ㄏ到y(tǒng)，以限制井筒中爆炸的量。
附圖3說明了用于在開口中提供受控爆炸的實(shí)施例。開口32形成在烴層34中。爆炸系統(tǒng)36放置在開口32中。在實(shí)施例中，爆炸系統(tǒng)36包括Primacord。在某些實(shí)施例中，爆炸系統(tǒng)36具有爆炸區(qū)域38。在某些實(shí)施例中，爆炸區(qū)域38位于具有較高粘土含量的層和/或?qū)⑹艿郊訜岬木哂泻艿蜐B透率的層(如貧層40)附近。在某些實(shí)施例中，爆炸系統(tǒng)36的非爆炸部分可以放置在富有烴并且粘土含量低的層(如富層42)附近。在某些實(shí)施例中，爆炸部分可以鄰近貧層40和富層42延伸。爆炸區(qū)域38可以在井筒處或其附近進(jìn)行受控爆炸。
附圖4說明了在開口中進(jìn)行受控爆炸之后開口的實(shí)施例。受控爆炸增大了區(qū)域44的滲透率。在某些實(shí)施例中，區(qū)域44具有從開口32的壁向外延伸到貧層40和富層42中0.1米至0.3米之間，0.2米至2米之間，或0.3米至1米之間的寬度。在一個實(shí)施例中，該寬度為0.3米。通過在區(qū)域中微裂縫，增大區(qū)域44的滲透率。在已經(jīng)產(chǎn)生區(qū)域44之后，加熱器46安裝在開口32中。在某些實(shí)施例中，在將加熱器46安裝到開口中之前，將開口32中通過受控爆炸形成的碎石去除(例如，鉆出或挖出)。在某些實(shí)施例中，在開始受控爆炸之前，將開口32鉆得較深(鉆得超過所需長度)。過度鉆深的開口可以允許爆炸產(chǎn)生的碎石落入開口的額外部分(底部)中，從而禁止碎石干擾安裝在開口中的加熱器。
在井筒中進(jìn)行受控爆炸產(chǎn)生微裂縫，并增大井筒附近區(qū)域中巖層的滲透率。在實(shí)施例中，受控爆炸產(chǎn)生微裂縫，在巖層中具有受限的碎石或沒有碎石。增大的滲透率允許氣體在加熱的早期階段在巖層中釋放。氣體釋放禁止巖層中氣體壓力增大，該壓力增大可能導(dǎo)致井筒區(qū)域附近材料的崩落。
在某些實(shí)施例中，通過進(jìn)行受控爆炸產(chǎn)生的增大的滲透率在加熱巖層的早期階段中是有利的。在某些實(shí)施例中，增大的滲透率包括增大的水平滲透率和增大的垂直滲透率。增大的垂直滲透率可以連接巖層中的層(例如富層和貧層)。如附圖4中箭頭所示，由加熱器46提供的熱量在富層42中所產(chǎn)生的流體從富層通過區(qū)域44流到貧層40。區(qū)域44的增大的滲透率有利于從富層42流到貧層40。貧層40中的流體流到生產(chǎn)井筒或用于生產(chǎn)的低溫井筒。該流動方式禁止流體受到加熱器46過度加熱。加熱器46對流體的過度加熱可能導(dǎo)致開口32中或開口32處焦化。區(qū)域44具有寬度，該寬度延伸超過從開口32的壁的焦化半徑，以允許流體在焦化半徑外側(cè)的距離處與開口同軸或平行流動。通過禁止熱量裂化和烯烴以及其它低質(zhì)量產(chǎn)品的產(chǎn)生，流體的減少加熱也可能提高產(chǎn)品質(zhì)量。在加熱的早期階段中，由于巖層流體從區(qū)域44通過貧層40流動，所以加熱器46以更高的速度提供給烴層34更多熱量。
在某些實(shí)施例中，穿孔襯里(或穿孔導(dǎo)管)放置在加熱器外側(cè)的井筒中，以禁止崩落材料接觸加熱器。附圖5說明了開口中襯里的實(shí)施例。在某些實(shí)施例中，襯里48用碳鋼或不銹鋼制成。在某些實(shí)施例中，襯里48禁止膨脹材料使加熱器46變形。襯里48具有只比開口32的初始直徑略小的直徑。襯里48具有允許流體通過襯里的開口50。開口50為例如狹槽或狹縫。開口50將尺寸加工成使得流體通過襯里48但是崩落材料或其它顆粒不通過襯里。
在某些實(shí)施例中，襯里48可選擇地放置在可能導(dǎo)致崩落的層(如富層42)處或其附近。例如，具有較低滲透率(例如，最多10微達(dá)西，最多20微達(dá)西，或最多50微達(dá)西)的層可能導(dǎo)致崩落。在某些實(shí)施例中，襯里48為篩網(wǎng)，線網(wǎng)或其它線結(jié)構(gòu)，和/或可變性襯里。例如，襯里48可以是具有開口50的可膨脹管狀。在襯里安裝到開口中之后，襯里48可以用心軸或“錠塊”張開。當(dāng)巖層受熱時，襯里48可以變形或彎曲，但是來自巖層的崩落材料將過大，而無法通過襯里中的開口50。
在某些實(shí)施例中，襯里48是以拉伸構(gòu)造安裝在開口中的可膨脹篩網(wǎng)。襯里48可以松散地進(jìn)行如下安裝。附圖6說明了處于拉伸構(gòu)造的襯里48的實(shí)施例。襯里48具有連接到襯里底部上的重物52。重物52自由懸掛，并提供張力，以拉伸襯里48。當(dāng)重物接觸底部表面(例如，開口的底部)時，重物52可能停止移動。在某些實(shí)施例中，重物從襯里釋放。在來自重物52的張力去除的情況下，襯里48釋放到膨脹構(gòu)造，如附圖7中所示。在某些實(shí)施例中，襯里48以緊湊構(gòu)造安裝在開口中，并用心軸或錠塊張開。通常，可膨脹的襯里為穿孔的或開縫的管狀，它們放置在井筒中，并通過迫使心軸穿過襯里而展開。這些可膨脹襯里可以展開靠在井筒的壁上，以禁止壁材料崩落。典型可膨脹襯里的例子可從Weatherford U.S.，L.P.(Alice，TX)和HalliburtonEnergy Services(Houston，TX)獲得。
在某些實(shí)施例中，井筒或開口將尺寸加工使得井筒中崩落的材料不防礙井筒中加熱。井筒和加熱器可以將尺寸加工成使得加熱器和井筒之間的環(huán)帶較小，足以禁止所選尺寸(例如，崩落材料的尺寸)的顆粒在環(huán)帶中自由移動(例如，由于重力而落下，由于流體壓力而移動，或由于地質(zhì)現(xiàn)象而移動)。在某些實(shí)施例中，環(huán)帶的所選部分將尺寸加工成禁止顆粒自由移動。在某些實(shí)施例中，加熱器和井筒之間的環(huán)帶具有最多2.5厘米，最多2厘米，或最多1.5厘米的寬度。此處所述減小崩落效應(yīng)的不同方法都可以單獨(dú)使用或組合使用。
在該描述的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚本發(fā)明的各個方面的其他修改和備選實(shí)施例。尤其是，此處所公開的禁止崩落效應(yīng)的不同方法可以組合或單獨(dú)使用。因此，該描述將構(gòu)造成只是說明性的，并出于向本領(lǐng)域技術(shù)人員說明實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的基本方式的目的。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所示和所描述的本發(fā)明的形式用作優(yōu)選實(shí)施例。此處說明和描述的元件和材料可以替換，部件和過程可以顛倒，并且本發(fā)明的某些特征可以單獨(dú)使用。在不脫離如所附權(quán)利要求中公開的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在此處所述元件中進(jìn)行改變。另外，將理解的是，此處所述特征可以是獨(dú)立的，在某些實(shí)施例中可以組合。
權(quán)利要求
1.用于處理地下巖層的方法，包括將一個或多個爆炸物放入巖層中一個或多個井筒的選擇用于爆炸的部分中，該井筒形成在巖層中的一個或多個區(qū)域中；在一個或多個井筒中使該爆炸物進(jìn)行可控制地爆炸，從而環(huán)繞所選擇的井筒的至少某些巖層具有增強(qiáng)的滲透率；及在該一個或多個井筒中設(shè)置一個或多個加熱器。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法還包括在將加熱器設(shè)置在所選擇的井筒中之前，對所選擇的井筒進(jìn)行擴(kuò)孔。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，增強(qiáng)的滲透率發(fā)生在半徑距離至少一個井筒至少0.3米，至少0.5米，或至少1米處。
4.如權(quán)利要求1至3所述的方法，其特征在于，該增強(qiáng)的滲透率增大了一個或多個井筒附近的垂直滲透率。
5.如權(quán)利要求1至4所述的方法，其特征在于，爆炸物包括細(xì)長的柔性材料，該材料構(gòu)造成將放置在至少一個井筒的長度中。
6.如權(quán)利要求1至5所述的方法，其特征在于，爆炸禁止至少一個井筒中的材料在加熱期間崩落。
7.如權(quán)利要求1至6所述的方法，其特征在于，該方法還包括允許熱量從一個或多個加熱器傳遞給巖層的一個或多個區(qū)域。
8.如權(quán)利要求1至7所述的方法，其特征在于，該方法還包括從一個或多個加熱器向巖層的至少一部分提供熱量，其中該加熱器的一個或多個處于一個或多個井筒中，該井筒至少部分將尺寸加工成使得井筒和井筒中的其中一個加熱器之間的距離具有一寬度，該寬度禁止所選尺寸的顆粒在該空間中自由移動。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，該空間的寬度最大為2.5厘米，最大為2厘米，或最大為1.5厘米。
10.如權(quán)利要求7至9所述的方法，其特征在于，該方法還包括控制巖層的該區(qū)域的加熱，從而一個或多個區(qū)域的加熱速度保持在20攝氏度/天以下至少15天，10攝氏度/天以下至少30天，或者5攝氏度/天以下至少60天，從而禁止加熱器附近的材料在加熱期間和/或加熱之后崩落。
11.如權(quán)利要求7至10中任意一個所述的方法，其特征在于，加熱控制在至少一個井筒的1米之內(nèi)，0.5米之內(nèi)，或0.3米之內(nèi)。
12.如權(quán)利要求7至11中任意一個所述的方法，其特征在于，該方法還包括加熱巖層中的某些烴，從而這些烴的至少一部分熱解。
13.如權(quán)利要求7至12中任意一項所述的方法，其特征在于，該方法還包括從巖層生產(chǎn)混合物，其中所生產(chǎn)的混合物包括可凝結(jié)烴，該可凝結(jié)烴具有至少25的API重力。
14.如權(quán)利要求7至13中任意一項所述的方法，其特征在于，該方法還包括控制所提供的熱量，以禁止具有高于25的碳數(shù)的巖層產(chǎn)生烴。
15.如權(quán)利要求7至14中任意一項所述的方法，其特征在于，該方法還包括將巖層的一部分加熱到至少270攝氏度的最小熱解溫度。
16.如權(quán)利要求1至15中任意一項所述的方法，其特征在于，該方法還包括評估巖層的一部分的滲透率，并選擇井筒用于爆炸，加工井筒的尺寸，和/或以所評估的滲透率為基礎(chǔ)控制各區(qū)域的加熱。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于(a)選擇用于爆炸的井筒處于，(b)將井筒和加熱器之間的空間尺寸加工處于，和/或(c)將加熱控制在具有最多50微達(dá)西，最多20微達(dá)西，或最多10微達(dá)西的滲透率的巖層的部分中。
18.如權(quán)利要求1至17所述的方法，其特征在于，該方法還包括評估巖層的一部分的粘土含量，并選擇井筒用于爆炸，加工井筒的尺寸，和/或以所評估的粘土含量為基礎(chǔ)控制各區(qū)域的加熱。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于(a)選擇用于爆炸的井筒處于，(b)將井筒和加熱器之間的空間尺寸加工處于，和/或(c)將加熱控制在具有至少2％，至少3％，或至少5％的粘土體積含量的巖層的部分中。
20.如權(quán)利要求18或19所述的方法，當(dāng)在具有至少大約2％，至少3％，或至少5％粘土體積含量的區(qū)域中形成井筒時，在鉆井液中使用粘土穩(wěn)定劑。
21.如權(quán)利要求1至20中任意一項所述的方法，其特征在于，各區(qū)域靠近巖層中一個或多個井筒。
22.如權(quán)利要求1至21中任意一項所述的方法，其特征在于，至少其中一個井筒具有放置在井筒中加熱器和巖層之間的襯里，并且該襯里包括開口，該開口將尺寸加工成使得流體能夠通過襯里，但是所選尺寸的顆粒無法通過襯里。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于處理地下巖層的方法。該方法包括將一個或多個爆炸物放入巖層中的選擇用于爆炸的一個或多個井筒的部分中。所形成的井筒處于巖層中的一個或多個區(qū)域中。該方法還包括在一個或多個井筒中可控制地爆炸該爆炸物，從而環(huán)繞所選擇的井筒的至少某些巖層具有增強(qiáng)的滲透率。該方法還包括在一個或多個井筒中提供一個或多個加熱器。
文檔編號H05B3/14GK1946918SQ200580012726
公開日2007年4月11日 申請日期2005年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月23日
發(fā)明者白太緒, D·S·金, F·H·K·蘭博, H·J·維內(nèi)加 申請人:國際殼牌研究有限公司