專利名稱：用于原位法處理地層的硫屏蔽層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及在至少一部分地下處理區(qū)周圍提供屏蔽層的方法 和系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及一種使用硫在處理區(qū)周圍形成屏蔽層 的方法。處理區(qū)可為已被原位熱處理法處理過的處理區(qū)、正在被原位 熱處理法處理的處理區(qū)或者將要被原位熱處理法處理的處理區(qū)。
背景技術(shù)：
原位法可用于處理地下地層。在一些原位法期間，可向地層加入 流體或在地層中產(chǎn)生流體。加入或產(chǎn)生的流體可能需要容納于處理區(qū) 中以最小化或消除原位法對相鄰區(qū)域的影響。在一些原位法期間，可 在全部或部分處理區(qū)周圍形成屏蔽層以抑制流體流入或流出處理區(qū)。
出于多種目的，可使用低溫區(qū)以隔離選定的地下地層區(qū)域。在一 些系統(tǒng)中，在土壤修復期間使土地冷凍以抑制流體從處理區(qū)遷移。 Krieg等人的美國專利No. 4， 860， 544、 Krieg等人的美國專利No. 4， 974， 425、 Dash等人的美國專利No. 5, 507, 149、 Briley等人的美 國專利No. 6， 796， 139和Vinegar等人的美國專利No. 6， 854， 929描
述了用于冷凍土地的系統(tǒng)。
為形成低溫屏蔽層，可在將要形成屏蔽層的地層內(nèi)形成間隔的井 孔。可在井孔中放置管道。可使低溫傳熱流體循環(huán)通過管道以降低鄰 近井孔的溫度。井孔周圍的低溫區(qū)可向外膨脹。最終通過兩個相鄰井孔產(chǎn)生的低溫區(qū)合并。低溫區(qū)的溫度可足夠低以冷凍地層流體從而形
成基本不可滲透的屏蔽層。井孔間距可為l米-3米或更長。在使用原 位熱法期間，低溫屏蔽層可以與將要加熱的地層部分之間存在較大的距離。
在原位處理一些地層期間，可從地層產(chǎn)生硫化氫或其它含硫化合 物。在一些操作中，可從硫化合物產(chǎn)生元素硫。可使用克勞斯法產(chǎn)生 硫。克勞斯法可導致生成氣相硫。
形成低溫屏蔽層在裝置、能量和時間上的投資可能很大。同時， 在完成原位熱處理法后，希望保持原位處理區(qū)與周圍的處理后或未處 理地層的部分隔離。因此，希望能夠使用在原位處理法的位置可獲得 的材料在地層中形成屏蔽層，該屏蔽層在原位法操作完成后留在地層 中。

發(fā)明內(nèi)容
此處所描述的實施方案主要涉及在至少一部分地下處理區(qū)周圍提 供硫屏蔽層的系統(tǒng)和方法。
在一些實施方案中，用于在地下地層中的至少一部分處理區(qū)周圍 形成屏蔽層的方法包括將硫加入一個或多個位于地層中的處理區(qū)邊 界內(nèi)的井孔中；和允許至少部分硫朝向比硫的熔點低的地層部分移動 以在地層中固化硫從而形成屏蔽層。
在一些實施方案和其它實施方案中，處理區(qū)的滲透性可以為至少 0.1達西，至少l達西，至少IO達西，至少100達西。
在一些實施方案和其它實施方案中，通過溶液采礦法和/或通過原 位熱處理法提高處理區(qū)的滲透性。
在一些實施方案和其它實施方案中，硫以液體和/或蒸氣形式提供 入地層中。在一些實施方案和其它實施方案中，引導硫朝向處理區(qū)的 邊界流動。在一些實施方案和其它實施方案中，硫通過位置靠近處理 區(qū)邊界的井孔加入地層中。在一些實施方案和其它實施方案中，至少 部分圍繞處理區(qū)的低溫屏蔽層加強硫的固化以形成屏蔽層。在一些實施方案中，在地層中形成屏蔽層的方法包括加熱鄰近 多個井孔的一部分地層以提高鄰近井孔的地層的溫度至高于硫的熔點 和低于地層中烴的熱解溫度，將熔融態(tài)硫加入至少部分井孔中；和使 硫從井孔向外朝向比硫的熔點低的地層部分流動，使得硫在地層中固 化以形成屏蔽層。
在一些實施方案和其它實施方案中，用于加熱鄰近井孔的地層部 分的至少一個加熱器包括限溫加熱器。在一些實施方案和其它實施方 案中，屏蔽層內(nèi)的處理區(qū)被溶液采礦和/或在屏蔽層內(nèi)的處理區(qū)上使用 原位熱處理法。在一些實施方案和其它實施方案中，在第一屏蔽層和 用于從地層產(chǎn)生地層流體的處理區(qū)之間形成屏蔽層。在一些實施方案 和其它實施方案中，加入地層中的熔融態(tài)硫的溫度接近硫的熔點。在 一些實施方案和其它實施方案中，二氧化碳儲存于處理區(qū)中。
在另外的實施方案中，具體實施方案的特征可與其它實施方案的 特征結(jié)合。例如， 一個實施方案的特征可與任意其它實施方案的特征 結(jié)合。
在另外的實施方案中，使用此處所述的任意方法或系統(tǒng)處理地下 地層。
在另外的實施方案中，此處所述的具體實施方案可加入附加特征。


在受益于下述詳細說明和參考附圖的情況下，本發(fā)明的優(yōu)點對于 本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將變得顯而易見，其中 圖1描述了對加熱含烴地層的階段的說明。
圖2給出了用于處理含烴地層的原位熱處理系統(tǒng)的一部分的實施 方案的示意圖。
盡管本發(fā)明易于進行各種改進和替代形式，但其具體實施方案通 過附圖內(nèi)的實施例方式給出，和可在此處詳細描述。附圖可能不是按 比例的。然而應當理解，附圖及其詳細說明不用于限定本發(fā)明于所公 開的特定形式，相反，本發(fā)明擬覆蓋落在所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)的所有改進、等價和替代方案。
具體實施例方式
下述說明主要涉及處理地層內(nèi)的烴的系統(tǒng)與方法?？墒褂迷晦D(zhuǎn) 化法處理地層以得到烴產(chǎn)物、氫氣和其它產(chǎn)物。在進行原位熱處理法 的全部或部分處理區(qū)周圍可形成一個或多個屏蔽層。
"居里溫度"是在這個溫度之上鐵磁材料失去其所有鐵磁性質(zhì)的 溫度。除去在居里溫度之上失去所有鐵磁性質(zhì)之外，當漸增的電流流 經(jīng)鐵磁材料時，鐵磁材料開始失去其鐵磁性質(zhì)。
"地層"包括一層或多層含烴層、 一層或多層非烴層、上覆地層 和/或下伏地層。"烴層"指地層中含烴的層。烴層可包含非烴材料和 烴材料。"上覆地層"和/或"下伏地層"包括一類或更多不同類的不 可滲透材料。例如，上覆地層和/或下伏地層可包括巖石、頁巖、泥巖 或濕/致密碳酸鹽。在原位熱處理法的一些實施方案中，上覆地層和/ 或下伏地層可包括一層含烴層或多層含烴層，所述含烴層相對不可滲 透和沒有經(jīng)歷導致上覆地層和/或下伏地層中含烴層顯著特征變化的 原位熱處理處理期間的溫度。例如，下伏地層可包含頁巖或泥巖，但 原位熱處理法期期間不允許加熱下伏地層至熱解溫度。在一些情況下， 上覆地層和/或下伏地層可具有一定的滲透性。
"地層流體"是指存在于地層內(nèi)的流體，和可包括熱解流體、合 成氣、運動烴和水(蒸汽)。地層流體可包括烴流體以及非烴流體。術(shù) 語"運動流體"是指作為熱處理地層的結(jié)果能流動的含烴地層內(nèi)的流 體。"產(chǎn)生的流體"是指從地層移出的流體。
"熱源"是基本通過傳導和/或輻射傳熱提供熱量到至少一部分地 層的任意系統(tǒng)。例如熱源可包括電加熱器，例如絕緣導體、細長構(gòu)件 和/或在導管內(nèi)布置的導體。熱源也可包括通過在地層外部或者內(nèi)部燃 燒燃料生成熱的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以是表面燃燒器、井下氣體燃燒器、 無火焰分布式燃燒器和自然分布式燃燒器。在一些實施方案中，可通 過其它能量源供應在一個或多個熱源內(nèi)提供或生成的熱量。其它能量源可直接加熱地層，或者可施加能量到傳遞介質(zhì)上，所述傳遞介質(zhì)直 接或間接加熱地層。應理解向地層施加熱量的一個或多個熱源可使用 不同的能量源。因此，例如對于給定的地層來說，某些熱源可由電阻 加熱器供應熱量，某些熱源可由燃燒提供熱量，而某些熱源可由一種 或多種其它能量源(例如化學反應、太陽能、風能、生物物質(zhì)或其它可 再生的能量源)提供熱量?；瘜W反應可包括放熱反應(例如氧化反應)。 熱源也可包括提供熱量到與加熱位置相鄰的區(qū)域和/或在其周圍的區(qū) 域例如加熱器井的加熱器。
"加熱器"是在井內(nèi)或者在附近的井孔區(qū)域內(nèi)生成熱的任意系統(tǒng) 或熱源。加熱器可以是但不限于電加熱器、燃燒器、與在地層內(nèi)的材 料或者從地層中產(chǎn)生的材料反應的燃燒器和/或它們的組合。
"烴"通常定義為主要由碳和氫原子形成的分子。烴也可包括其 它元素，例如但不限于鹵素、金屬元素、氮、氧和/或硫。烴可以是但 不限于油母質(zhì)、瀝青、焦瀝青、油、天然礦物蠟和瀝青巖。烴可位于 地殼內(nèi)的礦物母巖內(nèi)或者與之相鄰。母巖可包括但不限于沉積巖、砂 子、沉積石英巖、碳酸鹽、硅藻土和其它多孔介質(zhì)。"烴流體"是包 含烴的流體。烴流體可包含、夾帶或者被夾帶在非烴流體內(nèi)，所述非 烴流體例如氫氣、氮氣、 一氧化碳、二氧化碳、疏化氫、水和氨氣。
"原位轉(zhuǎn)化法"指通過熱源加熱含經(jīng)地層以將至少 一部分地層的 溫度提高至高于熱解溫度從而在地層中產(chǎn)生熱解流體的方法。
"原位熱處理法"是指用熱源加熱含烴地層以將至少一部分地層 的溫度升高到導致流體流動、減粘和/或含烴材料熱解的溫度之上從而 在地層中生成流動的流體、減粘流體和/或熱解流體的方法。
"熱解，，是由于施加熱量導致的化學鍵斷裂。例如熱解可包括通 過單獨加熱將化合物轉(zhuǎn)化成一種或多種其它物質(zhì)。熱量可轉(zhuǎn)移到一部 分地層上以引起熱解。在一些地層中，可通過催化活性促進部分地層 和/或地層中其它材料的熱解。
"限溫加熱器"通常是指在不使用外部控制例如溫度控制器、功 率調(diào)節(jié)器、整流器或者其它設(shè)備的情況下在特定溫度之上調(diào)節(jié)熱輸出(例如降低熱輸出)的加熱器。限溫加熱器可以是AC(交流電流)或調(diào)制 的(例如"斬波的")DC(直流電流)供電的電阻加熱器。
"導熱系數(shù)"是材料的性質(zhì)，其描述對于給定的兩個表面之間溫 度差下，材料的兩個表面之間在穩(wěn)定狀態(tài)下熱量流動的速率。
術(shù)語"井孔"是指通過在地層內(nèi)鉆探或者插入導管形成的地層內(nèi) 的孔。井孔可具有基本上圓形的截面，或者為其它截面形狀。此處所 使用的術(shù)語"井"和"開口"當是指在地層內(nèi)的開口時，可與術(shù)語"井 孔"互換使用。
一些含經(jīng)地層例如油頁巖地層可包括地層中的蘇打石、天然堿和/ 或其它礦物質(zhì)。在一些實施方案中，可在用原位熱處理法從地層生產(chǎn) 烴和其它化合物之前，從地層采收一些礦物質(zhì)。
可在待溶液采礦的地層部分周圍形成邊界屏蔽層以定義處理區(qū)。 邊界屏蔽層可抑制水流入處理區(qū)中。在溶液采礦和/或原位熱處理法期 間，邊界屏蔽層可抑制溶解礦物質(zhì)和地層流體遷移出處理區(qū)。處理區(qū) 可用熱源加熱。在初始加熱期間，可使一部分待處理的地層升高至低 于待采收礦物質(zhì)解離溫度的溫度。溫度可為增加礦物質(zhì)在水中溶解速 率的任意溫度，但是也低于發(fā)生解離的溫度(對于蘇打石在大氣壓下高 于95。C)。
可將第一流體注入加熱部分。第一流體可包括水、鹽水、蒸汽或 其它與礦物蘇打石形成溶液的流體。第一流體可為高溫的，例如90°C、 95'C或IOO'C。所述高溫可與地層部分的溫度相似。
在一些實施方案中，第一流體以高溫注入一部分尚未被熱源加熱 的地層中。所述高溫可為低于第一流體沸點的溫度，例如對于水為90 。C。提供高溫下的第一流體提高了一部分地層的溫度。在一些實施方 案中，可在注入第一流體期間和/或之后，從地層中的一個或多個熱源 提供附加的熱量。
在一些實施方案中，第一流體是蒸汽或包括蒸汽。蒸汽可通過在 之前加熱過的地層部分中形成蒸汽(例如通過使水流經(jīng)已用于加熱地 層的u-形井孔)、通過與從地層產(chǎn)生的流體換熱和/或通過在標準蒸汽生產(chǎn)裝置中產(chǎn)生蒸汽而生成。在一些實施方案中，第一流體可為直接 加入熱部分中的和從地層的熱部分產(chǎn)生的流體。隨后可將第一流體用 作用于溶液采礦的第一流體。
在一些實施方案中，將源自之前處理過的熱的地層部分的熱量用 于加熱用于地層新部分溶液采礦的水、鹽水和/或蒸汽?？蓪鳠崃黧w 加入之前處理過的熱的地層部分中。傳熱流體可為水、蒸汽、二氧化 碳和/或其它流體。熱量可從熱地層傳遞至傳熱流體。傳熱流體是從地 層通過生產(chǎn)井制得。將傳熱流體送入換熱器。換熱器可加熱用作第一 流體以溶液采礦地層新部分的水、鹽水和/或蒸汽?？蓪鳠崃黧w再次 加入加熱過的地層部分以生產(chǎn)另外的熱傳熱流體。在一些實施方案中， 在從地層產(chǎn)生的傳熱流體被再次加入地層中之前，作為用于對加熱過 的地層部分的補救方法的一部分，對從地層產(chǎn)生的傳熱流體進行處理 以移除烴或其它材料。
注入的用于溶液采礦的蒸汽的溫度可低于地層中烴的熱解溫度。
注入的蒸汽的溫度可低于250°C、低于30(TC或低于40(TC。注入的蒸 汽的溫度可為至少150°C、至少135。C或至少125。C。注入在熱解溫 度下的蒸汽可產(chǎn)生問題，例如烴發(fā)生熱解和烴細粒與蒸汽混合。細粒 和蒸汽的混合物可降低滲透性和/或引起生產(chǎn)井和地層的堵塞。因此， 選定注入的蒸汽的溫度以抑制地層和/或地層中井的堵塞。
溶液采礦法期間第 一流體的溫度可發(fā)生變化。隨著溶液采礦的進 行和被溶液采礦的礦物質(zhì)離注入點越來越遠，第一流體溫度可升高使
離溫度的高溫。到達礦物質(zhì)的蒸汽和/或水的溫度也低于促進地層和/ 或地層中的井堵塞的溫度(例如地層中烴的熱解溫度)。
在將第一流體注入地層之后，可從地層制得第二流體。第二流體 可包括溶解于第一流體中的材料。例如，第二流體可包括礦物質(zhì)溶解 于第一流體中形成的碳酸或其它水合碳酸鹽化合物。第二流體也可包 括礦物質(zhì)和/或金屬。礦物質(zhì)和/或金屬可包括鈉、鋁、磷和其它元素。
原位熱處理法之前溶液采礦地層允許通過來自溶液采礦期間所用的第一流體的傳熱提供對地層的初始加熱。溶液采礦在原位熱處理法 之前通過吸熱反應分解或解離的蘇打石或其它礦物質(zhì)，避免了提供能 量以加熱用于支撐這些吸熱反應的地層。溶液采礦可產(chǎn)生具有商用價 值的礦物質(zhì)。原位熱處理法之前移除蘇打石或其它礦物質(zhì)從地層中移 除了物質(zhì)。因此，地層中存在較少的需要加熱至更高溫度的物質(zhì)，和 可更快和/或更有效率地實現(xiàn)加熱地層至更高溫度。從地層移除物質(zhì)也 可增加地層的滲透性。增加滲透性可降低原位熱處理法所需要的生產(chǎn) 井的數(shù)目。在一些實施方案中，原位熱處理法之前的溶液采礦使啟動 對地層的加熱和生產(chǎn)烴之間的時間延遲減少兩年或更多。
可以多種方式處理地層中的烴以生產(chǎn)多種不同的產(chǎn)物。在一些實 施方案中，地層中的烴分階段進行處理。圖l描述了對加熱含烴地層 的階段的說明。圖1還描述了來自地層的地層流體以桶油當量/噸計的
產(chǎn)率("Y" ) (y軸)對以。C計的加熱地層的溫度("T" )(x軸)的實例。 在階段1加熱期間出現(xiàn)了曱烷的解吸和水的汽化。通過階段1加 熱地層可以盡可能迅速地進行。例如當最初將含烴地層加熱時，地層 中的烴解吸所吸附的甲烷?？梢詮牡貙又猩a(chǎn)解吸的甲烷。如果將含 烴地層進一步加熱，則含烴地層中的水汽化。在一些含烴地層中，水 可以占據(jù)地層中的孔體積的10-50%。在其它地層中，水占據(jù)更大或更 小部分的孔體積。水通常在地層中在160-28S。C在600-7000kPa絕壓 的壓力下汽化。在一些實施方案中，汽化的水導致地層中的潤濕性變 化和/或增加的地層壓力。該潤濕性變化和/或增加的壓力可以影響地 層中的熱解反應或其它反應。在一些實施方案中，從地層中生產(chǎn)汽化 的水。在其它實施方案中，汽化的水用于在地層中或地層外的蒸汽提 取和/或蒸餾。將水從地層中移出和提高地層中的孔體積增加了孔體積 中烴的儲存空間。
在一些實施方案中，在階段1加熱之后將地層進一步加熱，以使 得地層中的溫度達到(至少)最初的熱解溫度(例如在如階段2所示的 溫度范圍下端的溫度)。地層中的烴可能在階段2被熱解。熱解溫度范 圍取決于地層中烴的種類而變化。熱解溫度范圍可以包括250-900°C的溫度。用于生產(chǎn)所希望的產(chǎn)物的熱解溫度范圍可以延伸通過總熱解 溫度范圍的僅僅一部分。在一些實施方案中，用于生產(chǎn)所希望的產(chǎn)物
的熱解溫度范圍可以包括250-400。C的溫度或者270-350。C的溫度。如 果地層中烴的溫度緩慢升高通過250-400'C的溫度，則當溫度達到400 。C時熱解產(chǎn)物的生產(chǎn)可能基本完成。烴的平均溫度可以在小于5'C/
天、小于2'c/天、小于rc/天或小于0. 5'C/天的速率下升高通過用
于生產(chǎn)所希望的產(chǎn)物的熱解溫度范圍。用多個熱源加熱含烴地層可以 在熱源周圍建立熱梯度，以緩慢升高地層中烴的溫度通過熱解溫度范圍。
通過用于所希望的產(chǎn)物的熱解溫度范圍的溫度升高速率可能影響 從含烴地層中生產(chǎn)的地層流體的質(zhì)量和數(shù)量。將溫度緩慢升高通過用 于所希望的產(chǎn)物的熱解溫度范圍可能抑制地層中長鏈分子的流動。將 溫度緩慢升高通過用于所希望的產(chǎn)物的熱解溫度范圍可能限制在流動 的烴之間產(chǎn)生不希望的產(chǎn)物的反應。將地層的溫度緩慢升高通過用于 所希望的產(chǎn)物的熱解溫度范圍可以使得從地層中生產(chǎn)高質(zhì)量、高API 比重度的烴。將地層的溫度緩慢升高通過用于所希望的產(chǎn)物的熱解溫 度范圍可以使得作為烴產(chǎn)物移出在地層中.存在的大量的烴。
在一些原位熱處理實施方案中，將一部分地層加熱至所希望的溫 度而不是緩慢加熱使溫度通過溫度范圍。在一些實施方案中，所希望 的溫度為300°C、 325'C或350°C。可以選擇其它的溫度作為所希望的 溫度。來自熱源的熱的疊加使得在地層中相對迅速和有效地建立所希 望的溫度?？梢哉{(diào)節(jié)從熱源到地層中的能量輸入以將地層中的溫度基 本保持在所希望的溫度下。將加熱部分的地層基本保持在所希望的溫 度下直到熱解減少使得從地層中生產(chǎn)所希望的地層流體變得不經(jīng)濟。 經(jīng)受熱解的地層部分可以包括通過僅由一個熱源傳熱而被帶入熱解溫 度范圍內(nèi)的區(qū)域。
在一些實施方案中，從地層中生產(chǎn)包括熱解流體的地層流體。當 地層溫度增加時，生產(chǎn)的地層流體中可冷凝的烴的數(shù)量可能降低。在 高溫下，地層可能產(chǎn)出大部分曱烷和/或氫氣。如果將含烴地層加熱通過整個熱解范圍，則對于熱解范圍的上限，地層可能產(chǎn)出僅僅少量的 氫氣。在所有可獲得的氫氣枯竭之后，將通常出現(xiàn)來自地層的最小數(shù) 量的流體產(chǎn)量。
在烴熱解之后，大量碳和一些氫氣可能仍然存在于地層中。保留 在地層中的明顯比例的碳可以以合成氣的形式從地層中產(chǎn)出。在圖1
中描述的階段3加熱期間，可以出現(xiàn)合成氣生成。階段3可以包括將 含烴地層加熱至足以使得合成氣生成的溫度。例如可以在400-1200 。C、 500-1100。C或者550-1000。C的溫度范圍內(nèi)生產(chǎn)合成氣。當將產(chǎn)生 合成氣的流體加入地層時，地層的加熱部分的溫度決定了在地層中生 產(chǎn)的合成氣的組成?？梢酝ㄟ^生產(chǎn)井從地層中移出所產(chǎn)生的合成氣。 在熱解和合成氣生成期間，從含烴地層中生產(chǎn)的流體的總能量含
量可以保持相對恒定。在相對低的地層溫度下的熱解期間，明顯比例 的所生產(chǎn)的流體可以是具有高能量含量的可冷凝烴。然而在更高的熱 解溫度下，較少的地層流體可以包括可冷凝的烴。更多的不可冷凝地 層流體可以從地層中生產(chǎn)。在主要為不可冷凝地層流體的生成期間， 每單位體積的所生產(chǎn)的流體的能量含量可能稍微降低。在合成氣產(chǎn)生
期間，與熱解流體的能量含量相比，每單位體積的所生產(chǎn)的合成氣的 能量含量明顯降低。然而，生產(chǎn)的合成氣的體積在許多情況下將明顯 增加，由此補償降低的能量含量。
圖2描述了用于處理含烴地層的原位熱處理系統(tǒng)一部分的實施方 案的示意圖。原位熱處理系統(tǒng)可包括屏蔽井200。使用屏蔽井在處理 區(qū)域周圍形成屏蔽層。屏蔽層抑制流體流入和/或流出處理區(qū)域。屏蔽 井包括但不限于脫水井、真空井、捕集井、注射井、泥漿井、冷凍井 或它們的組合。在一些實施方案中，屏蔽井200是脫水井。脫水井可 除去液體水和/或抑制液體水進入待加熱的一部分地層內(nèi)或者正在加 熱的地層內(nèi)。
冷凍井可用于在全部或一部分處理區(qū)周圍建立低溫區(qū)。制冷劑循 環(huán)通過冷凍井以在各冷凍井周圍形成低溫區(qū)。冷凍井放置于地層中使 得低溫區(qū)交迭和在處理區(qū)周圍形成低溫區(qū)。通過冷凍井建立的低溫區(qū)保持在低于地層中含水流體的冷凍溫度。進入低溫區(qū)的含水流體冷凍
和形成凍結(jié)屏蔽層。在圖2中描述的實施方案中，所示出的屏蔽井200 僅沿熱源202的一側(cè)延伸(但是屏蔽井通常圍繞全部所用的或待用的 熱源202)以加熱地層的處理區(qū)。
熱源202置于至少一部分地層內(nèi)。熱源202可包括加熱器，例如 絕緣導體、導管內(nèi)的導體加熱器、表面燃燒器、無火焰分布式燃燒器 和/或自然分布式燃燒器。熱源202也可包括其它類型的加熱器。熱源 202提供熱量到至少一部分地層以加熱地層內(nèi)的烴?？赏ㄟ^供應管線 204供應能量到熱源202。供應管線204在結(jié)構(gòu)上可以不同，這取決于 加熱地層所使用的一種熱源或多種熱源的類型。用于熱源的供應管線 204可輸送用于電加熱器的電，可運輸用于燃燒器的燃料，或者可運 輸在地層內(nèi)循環(huán)的換熱流體。在一些實施方案中，用于原位熱處理法 的電可通過核電站供應。使用核動力可減少或消除從原位熱處理法排 放的二氧化碳。
使用生產(chǎn)井206從地層中移出地層流體。在一些實施方案中，生 產(chǎn)井206包括熱源。在生產(chǎn)井內(nèi)的熱源可加熱在生產(chǎn)井處或其附近的 地層的一個或多個部分。在一些原位熱處理法實施方案中，以每米生 產(chǎn)井計，從生產(chǎn)井供應到地層內(nèi)的熱量小于以每米熱源計從加熱地層 的熱源施加到地層的熱量。從生產(chǎn)井施加到地層的熱量可通過汽化和 移出鄰近生產(chǎn)井的液相流體增加鄰近生產(chǎn)井的地層滲透性，和/或通過 地層的巨大和/或微小的裂縫增加鄰近生產(chǎn)井的地層滲透性。
在一些實施方案中，生產(chǎn)井206中的熱源允許從地層移出地層流 體的氣相。在生產(chǎn)井處或通過生產(chǎn)井提供熱量可以(l)當生產(chǎn)流體在 上覆地層附近的生產(chǎn)井中移動時，抑制這些生產(chǎn)流體冷凝和/或回流， (2)增加輸入到地層中的熱量，(3)與沒有熱源的生產(chǎn)井相比，增加生 產(chǎn)井的生產(chǎn)速率，(4)抑制生產(chǎn)井中高碳數(shù)化合物(C6和C6以上)的 冷凝，和/或(5)增加生產(chǎn)井處或其附近地層的滲透性。
地層的地下壓力可相當于地層中產(chǎn)生的流體的壓力。當?shù)貙蛹訜?部分中的溫度升高時，由于產(chǎn)生的流體和水的汽化增加，加熱部分的壓力也增大?？刂茝牡貙又幸瞥隽黧w的速率可以允許控制地層中的壓 力。在很多不同的位置可以確定地層的壓力，例如靠近或在生產(chǎn)井處、 靠近或在熱源處或在監(jiān)測井處。
在一些含烴地層中，直到地層中的至少一些烴已經(jīng)熱解，從地層 中生產(chǎn)烴都是受抑制的。當?shù)貙恿黧w具有選定的質(zhì)量時，可以從地層
中生產(chǎn)地層流體。在一些實施方案中，選定的質(zhì)量包括API比重度至 少為約20。 、 30°或40° 。抑制生產(chǎn)直到至少一些烴熱解可以提高重 質(zhì)烴到輕烴的轉(zhuǎn)化率。抑制初期生產(chǎn)可以使從地層生產(chǎn)的重質(zhì)烴最小 化。大量重質(zhì)烴的生產(chǎn)可能需要昂貴的設(shè)備和/或縮短生產(chǎn)設(shè)備的壽 命。
在達到熱解溫度和允許從地層生產(chǎn)之后，可以改變地層壓力以改 變和/或控制生產(chǎn)的地層流體的組成，以控制地層流體中與不可冷凝流 體相比可冷凝流體的百分比，和/或控制所生產(chǎn)的地層流體的API比重 度。例如壓力下降可能導致生產(chǎn)更多的可冷凝流體組分?？衫淠黧w 組分可以包含更大百分比的烯烴。
在一些原位熱處理法的實施方案中，地層中的壓力可以保持足夠 高，以促進API比重度大于20°的地層流體的生產(chǎn)。在地層中保持增 大的壓力可以抑制地層在原位熱處理中下沉。保持增大的壓力可以促 進從地層中生產(chǎn)氣相流體。生產(chǎn)氣相可以允許用于輸送從地層中產(chǎn)生 的流體的收集管的尺寸降低。保持增大的壓力可以減少或消除在地面 將收集管內(nèi)的流體輸送到處理設(shè)施時壓縮地層流體的需要。
在地層的加熱部分保持增大的壓力可以驚人地允許生產(chǎn)大量質(zhì)量 提高和分子量相對低的烴?？梢员３謮毫Γ允股a(chǎn)的地層流體具有 最小量的選定碳數(shù)以上的化合物。選定碳數(shù)可以是最多25、最多20、 最多12或最多8。 一些高碳數(shù)化合物可以夾帶在地層中的蒸氣中，和 可以與蒸氣一起從地層中移出。在地層中保持增大的壓力可以抑制蒸 氣中夾帶高碳數(shù)化合物和/或多環(huán)烴化合物。高碳數(shù)化合物和/或多環(huán) 經(jīng)化合物可以在相當長的時期內(nèi)在地層中保持液相。所述相當長的時由生產(chǎn)井206生產(chǎn)的地層流體可通過收集管道208輸送到處理設(shè) 施210中。也可由熱源202生產(chǎn)地層流體。例如可由熱源202生產(chǎn)流 體，以控制與熱源相鄰的地層內(nèi)的壓力。由熱源202生產(chǎn)的流體可通 過管線或管道輸送到收集管線208中，或者所生產(chǎn)的流體可通過管線 或管道直接輸送到處理設(shè)施210中。處理設(shè)施210可包括處理所生產(chǎn) 的地層流體用的分離單元、反應單元、提質(zhì)單元、燃料電池、渦輪機、 儲存容器和/或其它系統(tǒng)和單元。處理設(shè)施可由地層生產(chǎn)的至少一部分
烴形成運輸燃料。在一些實施方案中，運輸燃料可以是噴氣燃料例如 JP-8。
可使用多種原位法生產(chǎn)地層中的烴或其它所需產(chǎn)物。 一些可用于 生產(chǎn)烴或所需產(chǎn)物的原位法是原位轉(zhuǎn)化法、蒸汽驅(qū)動、火驅(qū)動、蒸汽 輔助重力泄油和溶液釆礦。在一些原位法期間，可能需要或要求屏蔽 層。屏蔽層可抑制流體例如地層水進入處理區(qū)。屏蔽層也可抑制源自 處理區(qū)流體的不希望的排出。抑制源自處理區(qū)流體的不希望的排出可 最小化或消除原位法對鄰近處理區(qū)的區(qū)域的影響。
在一些實施方案中，所形成的屏蔽層與用于加熱或另外處理處理 區(qū)的井之間有明顯距離。所形成的屏蔽層與用于加熱或另外處理處理 區(qū)的井之間可為10 m、 30 m、 50 m、 100 m或更大的距離。
原位熱處理法和溶液采礦法可加熱處理區(qū)，從處理區(qū)移出物質(zhì)和 大大增加處理區(qū)的滲透性。在一些實施方案中，被處理過的處理區(qū)的 滲透性可為至少0.1達西。在一些實施方案中，被處理過的處理區(qū)的 滲透性為至少l達西、至少10達西或至少100達西。增加的滲透性 允許流體在地層中蔓延入地層中的裂縫、微小裂縫和/或孔隙中。在處 理區(qū)之外，滲透性可保持為地層的初始滲透性。增加的滲透性允許加 入的流體在地層內(nèi)易于流動。
在一些實施方案中，可在溶液采礦法和/或原位熱處理法之后，通 過將流體加入地層中在地層中形成屏蔽層。在溶液采礦和/或原位熱處 理法結(jié)束之后，屏蔽層可抑制地層流體進入處理區(qū)。通過將流體加入 地層中形成的屏蔽層可允許用于隔離處理區(qū)。加入地層中以形成屏蔽層的流體可包括蠟、瀝青、重油、硫、聚 合物、凝膠、飽和鹽水溶液和/或一種或多種在地層中反應形成沉淀物、 固體或高粘性流體的反應物。在一些實施方案中，瀝青、重油、反應
例如，硫可從用于處理所產(chǎn)生的氣體以去除硫化氫和其它疏化合物的 克勞斯法獲得。
流體可以以液體、蒸氣或混合相流體的形式加入地層中。可將流 體加入高溫下的一部分地層。在一些實施方案中，將流體通過位于處 理區(qū)的邊界附近的井加入地層中。流體可從處理區(qū)導出。地層的高溫 保持或允許流體具有低的粘度使得流體從井中流出。 一部分流體可從 地層中向外蔓延流向地層較冷的部分。地層相對高的滲透性允許從一 個井孔加入的流體蔓延和與從另外的井孔加入的流體混合。在地層較 冷的部分中，流體的粘度增加， 一部分流體沉淀和/或流體固化或增稠 使得流體形成用于地層流體流入或流出處理區(qū)的屏蔽層。
在一些實施方案中，由冷凍井形成的低溫屏蔽層圍繞全部或一部 分處理區(qū)。隨著加入地層中的流體接近低溫屏蔽層，地層的溫度變得 更冷。所述更冷的溫度增加了流體的粘度、促進了沉淀和/或固化流體 以形成用于使地層流體流入或流出地層的屏蔽層。在低溫屏蔽層消散 后流體可作為高粘性流體或者固體保留在地層中。
在一些實施方案中，將飽和鹽水溶液加入地層中。當飽和鹽水溶 液達到更低的溫度時，溶液中的組分可從溶液中沉淀出來。固化顆粒 可形成用于使地層流體流入或流出地層的屏蔽層。固化組分可基本不 溶于地層流體中。
在一些實施方案中，將鹽水作為反應物加入地層中。可將第二反 應物例如二氧化碳加入地層中以與鹽水反應。反應可產(chǎn)生在地層中生 長的礦物配合物。礦物配合物可基本不溶于地層流體中。在一個實施 方案中，鹽水溶液包括鈉和鋁溶液。加入地層中的第二反應物是二氧 化碳。二氧化碳與鹽水溶液反應生成片鈉鋁石。礦物質(zhì)可固化和形成 用于使地層流體流入或流出地層的屏蔽層。在一些實施方案中，可用硫在處理區(qū)周圍形成屏蔽層。有利地， 元素硫不溶于水中。地層中的液體和/或固體硫可形成用于使地層流體 流入或流出處理區(qū)的屏蔽層。
可在原位熱處理法加熱處理區(qū)的初始加熱期間或之前在地層中建 立硫屏蔽層。在一些實施方案中，可將硫加入位于處理區(qū)和第一屏蔽 層(例如通過冷凍井建立的低溫屏蔽層)之間的地層中的井孔中。鄰近 加入硫的井孔的地層可為脫水的。在一些實施方案中，對鄰近加入硫 的井孔的地層進行加熱以促進水的移除和預先形成用于加入硫的井孔 和相鄰地層。鄰近井孔的地層可加熱至低于地層中烴的熱解溫度的溫 度?？杉訜岬貙邮沟梦挥趦蓚€相鄰加熱器之間的地層部分的溫度被兩 個加熱器影響。在一些實施方案中，加熱可增加地層的滲透性從而第 一井孔與相鄰井孔流體連通。
在鄰近井孔的地層加熱后，將溫度低于地層中烴的熱解溫度的熔 融態(tài)石克加入地層中。在一定的溫度范圍內(nèi)，熔融態(tài)石克的粘度隨溫度升
高而增加。加入地層中的熔融態(tài)硫可接近硫的熔點(115'C)，使得硫具 有相對低的粘度(4-10 cp)。井孔中的加熱器可為居里溫度接近硫的熔 點的限溫加熱器5使得熔融態(tài)硫的溫度保持相對穩(wěn)定和低于導致形成 粘性熔融態(tài)硫的溫度。在一些實施方案中，鄰近井孔的區(qū)域可加熱至 高于硫的熔點但低于地層中烴的熱解溫度的溫度。可關(guān)閉加熱器和可 監(jiān)控井孔中的溫度(例如使用光纖溫度監(jiān)控系統(tǒng))。當井孔中的溫度冷 卻至接近硫的熔點的溫度時，可將熔融態(tài)石克加入地層中。
加入地層中的石危允許從井孔流動和擴散至地層中。隨著硫進入低 于熔點的地層部分，疏固化和形成用于流體在地層中流動的屏蔽層。 可加入疏直至地層無法容納另外的硫?？赏Ｖ辜訜幔涂墒沟貙幼匀?冷卻使得地層中的硫固化。在加入硫之后，可使用脈沖測試和/或示蹤 劑測試對所形成的屏蔽層的整體性進行測試。
原位熱處理法之后可在處理區(qū)周圍形成屏蔽層。硫可在地層中形 成基本永久的屏蔽層。在一些實施方案中，通過冷凍井形成的低溫屏 蔽層圍繞處理區(qū)?？蓪⒘蚣尤氲蜏仄帘螌拥囊粋?cè)或兩側(cè)以在地層中形成屏蔽層。硫可以以蒸氣或液體形式加入地層中。隨著硫接近低溫屏 蔽層，硫可在地層中冷凝和/或固化以形成屏蔽層。
在一些實施方案中，可將硫加入加熱部分中。硫可通過位于處理
區(qū)的邊界附近的井加入地層中。地層的溫度可比硫的氣化溫度(445 。C) 高。碌b可以以液體、蒸氣或混合相流體形式加入。如果一部分加入的 硫在液相中，則地層的熱量可使硫氣化。硫可從引入井向外朝向地層 更冷的部分流動。硫可在地層中冷凝和/或固化以形成屏蔽層。
在一些實施方案中，在原位熱處理法之后可使用克勞斯反應以在 地層中形成硫?？藙谒狗磻菤庀嗥胶夥磻??？藙谒狗磻?br> 4112S + 2S02 — 3S2 + 4H20
硫化氫可通過從正在進行的原位熱處理法所產(chǎn)生的流體分離硫化 氫獲得?？扇紵徊糠至蚧瘹湟孕纬伤璧亩趸颉Ａ蚧瘹淇赏ㄟ^ 地層中的多個井加入地層中。二氧化疏可通過其它井加入地層中。在 處理區(qū)的原位熱處理法期間，用于注入二氧化硫或硫化氬的井可為生 產(chǎn)井、加熱器井、監(jiān)測井或其它類型的井。用于注入二氧化硫或硫化 氫的井可接近處理區(qū)的邊界。井的數(shù)目可以足夠多使得鄰近注射井的 地層未冷卻至在其中二氧化硫和硫化氫可形成硫和冷凝而不是停留在 氣相中的溫度。在一些實施方案中，疏化氫和二氧化硫可通過相同的 井加入地層中(例如通過位于相同井孔中的兩條管道)。疏化氫和二氧 化石克可在地層中反應以形成石克和水。石克可在地層中向外流動和冷凝和/ 或固化以在地層中形成屏蔽層。
的區(qū)域之外的地層中形成?？拷幚韰^(qū)邊界的區(qū)域的溫度可低于處理 區(qū)的溫度。在這些較低溫度的區(qū)域中，硫可從氣相冷凝和/或固化。附 加的硫化氳和/或二氧化硫可擴散至這些較低溫度的區(qū)域。附加的硫可 通過克勞斯反應形成以保持氣相中硫的平衡濃度。最終，硫屏蔽層可 圍繞處理區(qū)形成。處理區(qū)中的氣相可仍然是疏、硫化氫、二氧化硫和 水蒸氣的平衡混合物。氣相也可包括其它存在于地層中或從地層中產(chǎn) 生的蒸氣產(chǎn)物。在較低的溫度下有利于生成硫的轉(zhuǎn)化，因此硫化氬和二氧化硫轉(zhuǎn) 化成硫可在離將反應物加入地層中的井有一定距離處發(fā)生?？藙谒狗?br> 應可在溫度更低的地層處形成硫(例如地層的溫度為約180'C至約 240°C)。
基于本說明書，本發(fā)明多個方面的其它改進和替代實施方案對于 本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。因此，本說明書應僅用于說明和用 于教導本領(lǐng)域技術(shù)人員實施本發(fā)明的常規(guī)方式的目的。本文所示和描
述的本發(fā)明的形式應理解為當前優(yōu)選的實施方案。在受益于本發(fā)明說 明書之后，要素和材料可替換本文說明和描述的那些，部件和工藝可 以反轉(zhuǎn)，可獨立使用本發(fā)明的一些特征，所有這些對本領(lǐng)域技術(shù)人員 來說都是顯而易見的。在不偏離本發(fā)明所附權(quán)利要求描述的精神和范 圍的情況下，可變換本文描述的元素。此外，應理解在一些實施方案 中可以將本文描述的特征獨立地進行組合。
權(quán)利要求
1. 一種用于在地下地層中在至少一部分處理區(qū)周圍形成屏蔽層的方法，該方法包括將硫加入一個或多個位于地層中的處理區(qū)邊界內(nèi)的井孔中，其中處理區(qū)的滲透性至少為0.1達西；和允許至少一些硫朝向比硫的熔點低的地層部分流動以在地層中固化硫從而形成屏蔽層。
2. 權(quán)利要求1的方法，其中處理區(qū)的滲透性至少為1達西。
3. 權(quán)利要求1的方法，其中處理區(qū)的滲透性至少為10達西。
4. 權(quán)利要求1的方法，其中處理區(qū)的滲透性至少為100達西。
5. 權(quán)利要求1-4任一項的方法，其中已經(jīng)通過溶液采礦法提高了 處理區(qū)的滲透性。
6. 權(quán)利要求l-5任一項的方法，其中已經(jīng)通過原位熱處理法提高 了處理區(qū)的滲透性。
7. 權(quán)利要求l-6任一項的方法，其中將至少一部分硫加入一個或 多個井孔中包括將疏化氬和二氧化硫供入井孔中，和其中硫化氫和二 氧化硫在地層中反應以產(chǎn)生硫。
8. 權(quán)利要求l-7任一項的方法，其中至少一部分加入井孔中的硫 是液體狀態(tài)。
9. 權(quán)利要求8的方法，其中鄰近井孔的地層熱量使液體硫氣化。
10. 權(quán)利要求1-9任一項的方法，其中至少一部分加入井孔中的 硫是在氣相中。
11. 權(quán)利要求l-10任一項的方法，其中引導疏朝向處理區(qū)的邊界 流動。
12. 權(quán)利要求1-11任一項的方法，其中硫加入地層中所通過的井 孔位置靠近處理區(qū)的邊界。
13. 權(quán)利要求l-12任一項的方法，其中至少部分圍繞處理區(qū)的低 溫屏蔽層強化疏的固化以形成屏蔽層。
14. 一種在地層中形成屏蔽層的方法，該方法包括 加熱一部分鄰近多個井孔的地層以將鄰近井孔的地層的溫度升高至硫的熔點以上和低于地層中烴的熱解溫度； 將硫從至少一些井孔加入地層中；和使硫從井孔向外朝向比硫的熔點低的地層部分流動，使得硫在地 層中固化以形成屏蔽層。
15. 權(quán)利要求14的方法，其中將硫加入地層中包括向地層供應硫 化氫和二氧化硫使得至少一些硫化氫和二氧化硫在地層中反應以產(chǎn)生硫。
16. 權(quán)利要求14或15的方法，其中用于加熱鄰近井孔的地層部 分的至少一個加熱器包括限溫加熱器。
17. 權(quán)利要求14-16任一項的方法，進一步包括在屏蔽層內(nèi)溶液 采礦處理區(qū)。
18. 權(quán)利要求14-17任一項的方法，進一步包括在屏蔽層內(nèi)對處 理區(qū)使用原位熱處理法。
19. 權(quán)利要求14-18任一項的方法，進一步包括在第一屏蔽層和 用于從地層生成地層流體的處理區(qū)之間形成屏蔽層。
20. 權(quán)利要求14-19任一項的方法，其中將硫加入地層中包括將 熔融態(tài)硫通過至少一些井孔注入地層中。
全文摘要
本文描述了用于在地下地層中的至少一部分處理區(qū)周圍形成屏蔽層的方法?？蓪⒘蚣尤胍粋€或多個位于地層中的處理區(qū)邊界內(nèi)的井孔中，所述處理區(qū)的滲透性至少為0.1達西。允許至少一些硫流向比硫的熔點低的地層部分使得硫在地層中固化以形成屏蔽層。
文檔編號E21B33/138GK101427004SQ200780014195
公開日2009年5月6日 申請日期2007年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月21日
發(fā)明者D·S·克里斯坦森, H·J·維內(nèi)加爾 申請人:國際殼牌研究有限公司