將自調節核反應堆用於處理地下地層的製作方法

2023-09-24 03:09:50 4

專利名稱：將自調節核反應堆用於處理地下地層的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及自各種地下地層例如含烴地層產生烴、氫、和/或其它產品的方法和系統。2.
背景技術：
得自地下地層的烴常常用作能源、原料和消費品。對現有烴資源耗盡的擔憂和所得烴整體品質下降的擔憂引起對更有效採收、處理和/或使用現有烴資源的過程的開發。 可以用原位過程來自地下地層移出烴物質。可能需要改變地下地層中烴物質的化學和/或物理特性以使得更易自地下地層移出烴物質。化學和物理變化可以包括在地層中產生烴物質的可移動流體、組成變化、溶解度變化、密度變化、相變和/或粘度變化的原位反應。流體可以是，但不限於，氣體、液體、乳液、漿料和/或具有類似液流的流體特徵的固體顆粒料流。可以將加熱器置於井眼中以在原位過程期間加熱地層。有許多不同類型的可以用來加熱地層的加熱器。自地下地層轉化和/或移出烴物質所必需的能量將最主要地決定所產生烴物質的效率和利潤率。因此，需要可以引起產生烴物質所需的能量需求和/或能量成本減少的任意系統和/或方法。Kehler的美國專利號3，170，842描述了適用於井的鑽孔中的亞臨界核反應堆和中子產生裝置。Kehler描述用核反應堆測井鑽孔，用核反應堆加熱鑽孔，或者通過加熱原位熱解油母巖，其中採用鑽孔中的核反應堆作為所述母巖中的熱來源。核反應堆具有變化寬廣的、預先確定的功率輸出和中子產生速率以及將所述功率輸出或中子產生速率改變或保持不變在適於核反應堆所選使用意圖的預先確定的水平的裝置。核反應堆包括激勵至中子產生水平或功率輸出的多個亞臨界階段，其取決於可通過適合機械裝置相對核反應堆主體移動的初級中子發生器的位置。Justheim的美國專利號3，237，689描述用於原位蒸餾油母巖沉積物和其它固體碳質物質的方法和裝置，通過其完成更有效且完全的蒸餾並且實現顯著的勞動節省。採用相鄰於有關區域的核反應堆來向循環通過一個或多個換熱器的換熱介質供熱，所述換熱器向一個或多個熱鋒供熱以進行油母巖沉積物的原位蒸餾。Justheim的美國專利號3，598，182描述蒸餾和氫化碳質物質的烴內含物的方法， 其中用熱氫來釋放和蒸餾烴內容物。實施該方法的優選設備包括氫來源，改變氫溫度的裝置，碳質物質中的地下洞穴，和母巖表面處用於調節氫溫度的溫度調節裝置。熱氫可以來自任意來源，但優選得自用氫作冷卻劑的核反應堆或者得自煤的碳化。Justheim的美國專利號3，766，982描述原位處理油母巖或其它烴類物質的方法， 其通過熱流體例如空氣或煙道氣作為傳熱劑來使油母質或其它烴類物質揮發，優選還作為具有充足熱量的載體來使物質裂解和裂開從而使其可滲透自其通過的氣流。通過遠離熱氣引入位置的一個或多個鑽孔採收揮發化烴類物質。在核反應堆、卵石加熱器或者其它適合的加熱裝置中實現在地上或地下將空氣或其它相對便宜的換熱氣體加熱至所需溫度。
Frohling的美國專利號4，765，406描述通過將熱載體注射入含油層來測試原油採收的方法。該方法這樣進行通過進行催化甲烷化反應並將所得熱量傳遞至可以是蒸汽或惰性氣體的熱載體，在原油儲層中或在井進入該儲層的位置產生熱能。將熱載體引入粗含油層並增加原油的流動性。可以使用各種能量來源，包括煤，油，氣體火焰加熱器，太陽能裝置等，雖然申請人優選使用高溫核反應堆。Jager的美國專利號4，930，574描述通過將核加熱蒸汽引入油田和移出、分離並製備逸出的油-氣-水混合物進行三次油採收和氣體利用的方法。該方法包括用來自氦冷高溫反應堆的熱量來加熱蒸汽重整器並在蒸汽發生器中產生蒸汽，將蒸汽發生器中製得的蒸汽通過管道部分加料至油田，分離甲烷和來自逸出的油-氣-水混合物的其它組分，在預熱器中預熱甲烷，並隨後將蒸汽發生器中產生的蒸汽和甲烷部分加料至蒸汽重整器以將甲烷分離為氫和一氧化碳。0' Brien的美國專利申請公開No. 20070181301描述自油母巖萃取烴產品的系統和方法。該方法包括將核能源用於斷裂油母巖地層的並提供充足熱量和壓力以產生液態和氣態烴產品的能量。該方法也包括自油母巖地層萃取烴產品的步驟。迄今已付出大量努力來開發自含烴地層經濟地產生烴、氫、和/或其它產品的方法和系統。然而，目前還存在許多無法從其經濟地產生烴、氫和/或其它產品的含烴地層。 因此，需要改善的方法和系統，其降低處理地層的能耗，減少處理過程的排放，使得便於安裝加熱系統，和/或與運用地表基設備的烴採收過程相比減少向上覆地層的熱損失。
發明概要本文描述的實施方案一般涉及用於處理地下地層的系統和方法。在某些實施方式中，本發明提供用於處理地下地層的一種或多種系統和一種或多種方法。在某些實施方式中本發明提供，自地下地層產生烴的原位熱處理系統，其包括地層中的多個井眼；置於至少兩個井眼中的至少一個加熱器；和自調節核反應堆，將其配置以向至少一個加熱器提供能量以將地層溫度提高至使得可以自地層產生烴的溫度。在某些實施方式中本發明提供，自地下地層產生烴的原位熱處理系統，包括地層中的多個井眼；置於至少兩個井眼中的至少一個加熱器；和自調節核反應堆，將其配置以向至少一個加熱器提供能量以將地層溫度提高至使得可以自地層產生烴的溫度；其中自調節核反應堆的溫度通過控制向自調節核反應堆所供給的氫壓力來控制，而其中所述壓力基於地層條件來調節。在某些實施方式中本發明提供自地下地層產生烴的方法，其可以包括如本文描述的系統。在其它實施方式中，特定實施方案的特徵可以與其它實施方案的特徵相組合。比如說，一個實施方案的特徵可以與任意其它實施方案的特徵相組合。在其它實施方式中，用本文描述的任意系統和方法進行地下地層的處理。在其它實施方式中，可以將額外特徵加入本文描述的特定實施方案。


藉助下述詳細描述的益處並參照附圖，本領域技術人員能夠明晰本發明的優勢。圖1顯示一個實施方案的示意圖，其涉及處理含烴地層的原位熱處理系統的一部分。圖2描述一個實施方案的示意圖解，其涉及使用核反應堆的原位熱處理系統。圖3描述一個實施方案的前視圖，其涉及使用球床式反應堆的原位熱處理系統。圖4描述一個實施方案的示意圖解，其涉及自調節核反應堆。圖5描述一個實施方案的示意圖解，其涉及具有使用自調節核反應堆的U-形井眼的原位熱處理系統。圖6描述原位熱處理功率注入要求的功率(W/ft) (y_軸)-時間(yr) (χ-軸)圖。圖7描述對於井眼間不同間距的原位熱處理功率注入要求的功率(W/ft) (y-軸)-時間(天)(χ-軸)圖。圖8描述對於井眼間不同間距的原位熱處理的儲層平均溫度(°C ) (y-軸)-時間 (天)(χ-軸)圖。雖然本發明容易具有各種變型和備擇形式，仍通過舉例方式將特定實施方案展示在附圖中並且可以在本文中詳細描述。附圖可能不是按比例的。然而，應理解附圖和對其的詳細說明並不期望將本發明限制於所公開的特定形式，恰恰相反，本發明意圖是涵蓋屬於權利要求所定義的本發明主旨和範圍內的全部變型、等價物和替代物。發明詳述下述描述一般涉及在地層中處理烴的系統和方法。可以處理所述地層以產生烴產品、氫和其它產品。『『 API比重度〃是指15. 5°C (60)下的API比重度。API比重度通過ASTM方法 D6822或ASTM方法D1298來測定。「流體壓力"是地層中的流體所產生的壓力。「巖石靜壓力"(有時稱為"巖石靜應力")是地層中的壓力，其等於每單位面積上覆巖體的重量。「靜水壓力"是地層中由水柱所施加的壓力。「地層"包括一種或多種含烴層，一種或多種非烴層，上覆地層，和/或下伏地層。「烴層"是指地層中含有烴的層。烴層可以含有非烴物質和烴物質。「上覆地層" 和/或"下伏地層"包括一種或多種不同類型的不可滲透的物質。例如，上覆地層和/或下伏地層可以包括巖石，母巖，泥巖，或溼潤/緊密的碳酸鹽。在原位熱處理過程的某些實施方式中，上覆地層和/或下伏地層可以包括含烴層，所述含烴層相對不可滲透並且在原位熱處理處理期間不經受引起上覆地層和/或下伏地層的含烴層顯著特徵變化的溫度。例如，下伏地層可以含有母巖或泥巖，但是在原位熱處理過程期間下伏地層不可加熱至熱解溫度。在某些情況下，上覆地層和/或下伏地層可以具有一定滲透性。「地層流體"是指地層中存在的流體並且可以包括熱解流體，合成氣，流動的 (mobilized)烴，和水(蒸汽)。地層流體可以包括烴流體以及非烴流體。術語"流動的流體"是指含烴地層中作為地層熱處理的結果能夠流動的流體。「產生的流體"是指自地層移出的流體。「熱源"是基本上通過傳導和/或輻射傳熱向至少一部分地層供熱的任意系統。 例如，熱源可以包括導電物質和/或電加熱器例如絕緣的導體，細長的構件，和/或配備在導管中的導體。熱源還可以包括通過在地層外部或在地層中燃燒燃料產生熱量的系統。所述系統可以是表面噴燃器，井下氣體噴燃器，無焰分布式燃燒器，和天然分布式燃燒器。在某些實施方式中，提供給一個或多個熱源或在一個或多個熱源中產生的熱量可以通過其它能量來源供給。其它能量來源可以直接加熱地層，或者可以將能量施加至直接或間接加熱地層的傳遞介質。應理解向地層施加熱量的一個或多個熱源可以使用不同的能量來源。因此，舉例來說，對於給定地層某些熱源可以自導電物質、電阻式加熱器供熱，某些熱源可以自燃燒供熱，而某些熱源可以自一個或多個其它能量來源供熱(例如，化學反應，太陽能， 風能，生物質，或可再生能量的其它來源)。化學反應可以包括放熱反應(例如，氧化反應)。 熱源還可以包括導電物質和/或加熱器，其向緊鄰的和/或圍繞加熱位置例如加熱器井的區域供熱。「加熱器"是用於在井或近井眼區域中產生熱量的任意系統或熱源。加熱器可以是，但不限於，利用地層中或自地層產生的物質進行反應的電加熱器、噴燃器、燃燒器，和/ 或其組合。「重烴"是粘稠的烴流體。重烴可以包括高度粘稠的烴流體例如重油，焦油，和/ 或浙青混合料。重烴可以包括碳和氫，以及較低濃度的硫、氧和氮。其它元素也可以在重烴中以痕量存在。重烴可以通過API比重度分類。重烴一般地具有約20°之下的API比重度。重油，例如，一般具有約10-20°的API比重度，而焦油一般具有約10°之下的API比重度。重烴的粘度於15°C—般大於約100釐泊。重烴可以包括芳族化合物或其它複雜環烴。重烴可以存在於相對可滲透的地層中。相對可滲透的地層可以包括在例如砂或碳酸鹽中夾帶的重烴。「相對可滲透的"是針對地層或其一部分的定義，其平均滲透性為10 毫達西或更大(例如，10或100毫達西)。「相對低的滲透性"是針對地層或其一部分的定義，其平均滲透性小於約10毫達西。1達西等於約0.99平方微米。不可滲透層一般具有的滲透性為小於約0. 1毫達西。包括重烴的某些類型地層還可以包括，但不限於，天然礦物蠟，或天然浙青礦。「 天然礦物蠟"一般在基本上管狀礦脈中發生，該礦脈可以寬數米、長數千米且深數百米。「 天然浙青礦"包括含芳族組成的固體烴並一般在大礦脈中發生。自地層例如天然礦物蠟和天然浙青礦原位採收烴可以包括熔化以形成液體烴和/或用溶液法自地層開採烴。「烴"一般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例如， 但不限於，商素，金屬元素，氮，氧，和/或硫。烴可以是，但不限於，油母質，浙青，焦浙青， 油，天然礦物蠟，和浙青礦。烴可以位於或相鄰於土地中的礦物母巖中。母巖可以包括，但不限於，沉積巖，砂巖，沉積石英巖，碳酸鹽，硅藻土，和其它多孔介質。「烴流體"是包括烴的流體。烴流體可以包括、夾帶非烴流體例如氫、氮、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、水和氨， 或被夾帶在它們當中。「原位轉化過程"是指這樣的過程，其中自熱源加熱含烴地層以將至少一部分地層的溫度提高至熱解溫度以上，從而使得地層中產生熱解流體。「原位熱處理過程"是指這樣的過程，其中用熱源加熱含烴地層以將至少一部分地層的溫度提高至引起流動的流體、減粘裂化和/或含烴物質熱解的溫度以上，從而使得地層中產生流動流體、經減粘裂化的流體和/或熱解流體。「絕緣的導體"是指任意的細長物質，其能夠導電並且整個或部分被電絕緣材料覆蓋。
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「熱解"是由於施加熱量而導致的化學鍵斷裂。例如，熱解可以包括僅通過熱量將化合物轉化為一種或多種其它物質。可以將熱轉移至地層的一部分以導致熱解。「熱解流體"或"熱解產品"是指基本上在烴熱解期間產生的流體。通過熱解反應產生的流體可以與地層中其它流體混合。混合物被視為熱解流體或熱解產品。如本文所用，「熱解區域"是指已經反應或正在反應以形成熱解流體的地層體積(例如，相對可滲透的地層例如焦油砂地層)。「熱疊加"是指從兩個或更多個熱源向地層的選定區域供熱，從而使得熱源之間至少一個位置的地層溫度被熱源所影響。「焦油砂地層"是這樣的地層，其中烴主要以夾帶在礦物晶粒框架或其它主體巖 (例如，砂或碳酸鹽)中的重烴和/或焦油形式存在。焦油砂地層的實例包括下述地層，例如Athabasca地層，Grosmont地層，和Peace River地層，上述三種都位於加拿大阿爾伯塔； 和委內瑞拉Orinoco帶中的!^aja地層。層的"厚度"是指層截面厚度，其中截面與層表面垂直。「 U-形井眼"是指這樣的井眼，其自地層的第一開孔，經過地層的至少一部分， 並且通過地層中的第二開孔向外延伸。在本上下文中，井眼可以是僅大致為"ν"或"U" 形，應理解對於視為〃 U-形〃的井眼，"U"的〃腿部〃不需要相互平行或者與〃 U"的〃 底部"垂直。「提質"是指提高烴的品質。例如，提質重烴可以引起重烴API比重度的增加。「減粘裂化"是指在熱處理期間流體中的分子解開(untangling)和/或在熱處理期間大分子斷裂為較小分子，這引起流體粘度的降低。術語"井眼"是指通過鑽井或將導管插入地層形成的地層中的孔道。井眼可以具有基本上圓形的截面，或其它截面形狀。如本文所用，在意指地層中開孔的情況下術語" 井〃和〃開孔〃可以與術語〃井眼〃互換使用。可以以各種方式處理地層以產生許多不同的產品。在原位熱處理過程期間，可以用不同階段或過程來處理地層。在某些實施方式中，對地層的一個或多個部分進行溶液開採以將可溶礦物自這些部分移出。溶液採礦可以在原位熱處理過程之前，在原位熱處理過程期間，和/或在原位熱處理過程之後進行。在某些實施方式中，進行溶液開採的一個或多個部分的平均溫度可以保持在約120°C之下。在某些實施方式中，加熱地層的一個或多個部分以將水自這些部分移出和/或將自這些部分移出甲烷和其它揮發性烴。在某些實施方式中，在移出水和揮發性烴期間可以將平均溫度自環境溫度提高至約220°C之下的溫度。在某些實施方式中，將地層的一個或多個部分加熱至使得地層中的烴可以運動和 /或減粘裂化的溫度。在某些實施方式中，將地層的一個或多個部分的平均溫度提高至這些部分中烴的流動溫度(例如，至100°c至250°C、120°C至240°C或150°C至230°C的溫度)。在某些實施方式中，將一個或多個部分加熱至地層中可以進行熱解反應的溫度。 在某些實施方式中，可以將地層的一個或多個部分的平均溫度提高至這些部分中烴的熱解溫度(例如，230°C至 900°C、24(rC至 400°C或 250°C至 350°C 的溫度)。用多個熱源加熱含烴地層可以確立熱源周圍的熱梯度，其以希望的加熱速率將地層中烴的溫度提高至希望的溫度。通過希望產品的流動溫度範圍和/或熱解溫度範圍的升溫速率可以影響自含烴地層產生的地層流體的質量和數量。將地層溫度經過流動溫度範圍和/或熱解溫度範圍緩慢提高使得可以自地層製備高品質、高API比重度的烴。將地層溫度經過流動溫度範圍和/或熱解溫度範圍緩慢提高使得可以將地層中存在的大量烴移出作為烴產品。在某些原位熱處理實施方式中，將地層的一部分加熱至希望的溫度而不是將溫度經過溫度範圍緩慢加熱。在某些實施方式中，所希望的溫度是300°C，325°C，或350°C。可以選擇其它溫度作為所希望的溫度。來自熱源的熱疊加允許在地層中相對快速且有效地確立所希望的溫度。可以調節自熱源進入地層的能量輸入以保持地層中的溫度基本上處於希望的溫度。可以自地層經過生產井製備流動和/或熱解產品。在某些實施方式中，將一個或多個部分的平均溫度提高至流動溫度並且自生產井產生烴。在生產之後由於在所選值之下流動性降低，可以將一個或多個部分中的平均溫度提高至熱解溫度。在某些實施方式中，在到達熱解溫度之前，可以將一個或多個部分的平均溫度提高至熱解溫度並且沒有顯著進行生產。包括熱解產品的地層流體可以經過生產井產生。在某些實施方式中，可以將一個或多個部分的平均溫度提高至在流動和/或熱解之後足以允許合成氣產生的溫度。在某些實施方式中，可以將烴提高至足以允許合成氣產生的溫度並且在到達足以允許合成氣產生的溫度之前沒有顯著進行生產。例如，可以在約 400°C至約1200°C，約500°C至約1100°C，或約550°C至約1000°C的溫度範圍產生合成氣。 可以將合成氣產生流體(例如，蒸汽和/或水)引入各部分中以產生合成氣。合成氣可以自生產井產生。溶液開採，移出揮發性烴和水，使烴流動，熱解烴，產生合成氣，和/或其它過程都可以在原位熱處理過程期間進行。在某些實施方式中，某些過程可以在原位熱處理過程之後進行。所述過程可以包括，但不限於，自經處理的部分回收熱量，將流體(例如，水和/或烴)儲存在經預先處理的部分中，和/或將二氧化碳固定在經預先處理的部分中。圖1描述一個實施方案的示意圖，其涉及用於處理含烴地層的原位熱處理系統的一部分。原位熱處理系統可以包括屏蔽井100。屏蔽井用來形成處理區域周圍的屏障。該屏障抑制流體流入處理區域和/或自其流出。屏蔽井包括，但不限於，脫水井，真空井，捕集井，注射井，泥漿井，冷凍井，或其組合。在某些實施方式中，屏蔽井100是脫水井。脫水井可以除去液體水和/或抑制液體水進入待加熱的地層部分或進入正在加熱的地層。在圖1 描述的實施方式中，屏蔽井100顯示僅沿熱源102的一側延伸，但是屏蔽井一般圍繞所用或待用以加熱地層的處理區域的全部熱源102。熱源102位於至少一部分地層中。熱源102可以包括導電物質。在某些實施方式中，熱源包括加熱器例如絕緣的導體，導管包導體式加熱器，表面噴燃器，無焰分布式燃燒器，和/或天然分布式燃燒器。熱源102還可以包括其它類型的加熱器。熱源102向至少一部分地層供熱以加熱地層中的烴。可以經過供給線104向熱源102供給能量。取決於用來加熱地層的一個或多個熱源的類型，供給線104在結構上可以不同。熱源的供給線104 可以為導電物質或電加熱器傳播電力，可以為燃燒器運輸燃料，或者可以運輸在地層中循環的換熱流體。在某些實施方式中，可以通過一個或多個核電站提供用於原位熱處理過程的電力。使用核電使得可以減少或消除自原位熱處理過程的二氧化碳排放。
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加熱地層可以導致地層滲透性和/或孔隙率的增加。由於氣化和除水、除烴和/ 或形成裂縫引起地層質量減少可以導致滲透性和/或孔隙率的增加。由於地層滲透性和/ 或孔隙率增加，流體可以更容易地流入地層的加熱部分。因為滲透性和/或孔隙率增加，地層加熱部分中的流體可以通過地層移動可觀的距離。所述可觀的距離可以超過1000m，其取決於各種因素，例如地層滲透性，流體特性，地層溫度，和導致流體運動的壓力梯度。流體在地層中移動可觀的距離的能力使得生產井106可以在地層相對較遠的間隔分布。生產井106用於自地層移出地層流體。在某些實施方式中，生產井106包括熱源。 生產井中的熱源可以加熱在生產井處或其附近的地層的一個或多個部分。在某些原位熱處理過程實施方式中，每米生產井自生產井供給至地層的熱量小於每米熱源自加熱地層的熱源施加至地層的熱量。自生產井施用至地層的熱量可以通過相鄰於生產井的氣化和移出液相流體增加相鄰於生產井的地層滲透性和/或通過形成大裂縫和/或微小裂縫來增加相鄰於生產井的地層滲透性。在某些實施方式中，生產井106中的熱源允許地層流體自地層以蒸氣相移出。在生產井處或經過其提供加熱可以(1)在生產流體在緊鄰上覆地層的生產井中移動的情況下，抑制產生流體的冷凝和/或回流，( 增加向地層中的熱量輸入，( 與不設熱源的生產井相比增加自生產井的生產速率，(4)抑制高碳數化合物(C6烴及以上)在生產井中的冷凝，和/或( 在生產井處或在其附近增加地層滲透性。地層中的地下壓力可以相應於地層中產生的流體壓力。隨著地層加熱部分中的溫度上升，作為原位流體的熱膨脹、增加的流體產生和水氣化的結果，加熱部分的壓力也可以增加。控制自地層的流體移出速率使得可以控制地層中的壓力。地層中的壓力可以在許多不同位置進行測定，例如生產井附近或生產井處，熱源附近或熱源處，或監測井處。在一些含烴地層中，抑制自地層產生烴直至地層中的至少一些烴已流動和/或熱解。在地層流體具有所選品質的情況下，可以自地層產生地層流體。在某些實施方式中，所選品質包括API比重度為至少約20°、30°或40°。抑制生產直至至少一些烴流動和/或熱解可以增加重烴至輕烴的轉化。抑制初始生產可以使得自地層最小化地產生重烴。產生大量重烴將需要昂貴的設備和/或縮短生產設備的壽命。在某些實施方式中，可以允許由地層中產生的流動流體、熱解流體或其它流體膨脹所產生壓力增加，儘管地層中可能還不存在向生產井106的開放通路或任意其它散壓裝置。可以允許流體壓力增加至巖石靜壓力。在流體逼近巖石靜壓力的情況下，含烴地層中可以形成裂縫。例如，在地層的加熱部分中熱源102至生產井106可以形成裂縫。加熱部分中裂縫的產生可以緩解該部分中的一些壓力。必須將地層壓力保持在所選壓力之下以抑制不希望的生產，上覆地層或下伏地層的破裂，和/或地層中烴的焦化。在到達流動和/或熱解溫度並允許自地層生產之後，可以變化地層中的壓力以改變和/或控制所產生地層流體的組成，控制地層流體中可凝流體對比非可凝流體的百分比，和/或控制產生中的地層流體的API比重度。例如，降低壓力會引起較多可凝流體組分的產生。可凝流體組分可以含有較大百分比的烯烴。在某些原位熱處理過程實施方式中，可以保持足夠高的地層壓力以促進產生API 比重度大於20°的地層流體。保持增加的地層壓力可以在原位熱處理期間抑制地層下沉。 保持增加的壓力可以降低或消除在地表壓縮地層流體以在收集導管中運輸流體至處理設施的需要。在地層的加熱部分中保持增加的壓力可以令人驚訝地允許產生大量具有增加的品質和相對低分子量的烴。可以保持壓力，從而使得所產生的地層流體具有最低量的含所選定碳數以上的化合物。所選定碳數可以是最多25，最多20，最多12，或最多8。某些高碳數化合物可以被夾帶在地層蒸氣中並隨蒸氣自地層移出。保持增加的地層壓力可以抑制蒸氣中夾帶高碳數化合物和/或多環烴化合物。高碳數化合物和/或多環烴化合物可以在地層中以液相保持顯著的時間間隔。顯著時間間隔可以提供充足的時間以使化合物熱解形成較低碳數的化合物。產生自生產井106的地層流體可以通過收集管線108運輸至處理設施110。地層流體還可以從熱源102產生。例如，流體可以從熱源102產生以控制相鄰於熱源的地層壓力。產生自熱源102的流體可以通過管道或管線運輸至收集管線108或所產生的流體可以通過管道或管線直接運輸至處理設施110。處理設施110可以包括分離設備，反應設備，提質設備，燃料室，渦輪機，貯藏容器，和/或用於處理所產生地層流體的其它系統和設備。處理設施可以從自地層產生的至少一部分烴形成運輸燃料。在某些實施方式中，運輸燃料可以是噴氣燃料，例如JP-8。在某些實施方式中，將熱源、熱源電源、生產設備、供給線和/或其它熱源或生產支持設備置於隧道中以使得可以使用較小尺寸的加熱器和/或較小尺寸的設備用來處理地層。將上述設備和/或結構置於隧道中還可以減少處理地層的能耗，減少自處理過程的排放，使得便於加熱系統安裝，和/或與運用地表基設備的烴採收過程相比減少向上覆地層的熱損失。在某些實施方式中，用核能來加熱用於循環系統的傳熱流體以加熱地層的一部分。核能可以通過核反應堆提供，例如球床式反應堆、輕水反應堆或者可裂變金屬氫化物反應堆。使用核能提供很少或無二氧化碳排放的熱源。另外，在某些實施方式中，因為通過直接運用產生自核反應的熱量而不產生電，避免了熱電轉化和電熱轉化導致的能量損失，所以使用核能更為有效。在某些實施方式中，核反應堆加熱傳熱流體例如氦。例如，氦流經球床式反應堆， 而熱量傳遞至氦。可以將氦用作加熱地層的傳熱流體。在某些實施方式中，核反應堆加熱氦，而氦通過換熱器以向用來加熱地層的另一傳熱流體供熱。核反應堆可以包括含有包封的二氧化鈾富集燃料的壓力容器。可以將氦用作從核反應堆移出熱量的傳熱流體。可以在換熱器中將熱量自氦傳遞至循環系統中所用的傳熱流體。循環系統所用的傳熱流體可以是二氧化碳、熔融鹽或其它流體。在某些溫度下，傳熱流體當然可能實際上不是流體。傳熱流體可以在較低溫度下具有固體的許多特性而在較高溫度下具有流體的許多特徵。球床式反應堆系統可以例如從PBMR Ltd (Centurion，南非)獲得。圖2描述使用核能來熱處理區域200的系統的示意圖。該系統可以包括氦系統氣體運料車202，核反應堆204，換熱器設備206，和傳熱流體運料車208。氦系統氣體運料車 202可以將加熱氦從核反應堆204吹送、泵送或壓縮至換熱器設備206。來自換熱器設備 206的氦可以通過氦系統氣體運料車202到達核反應堆204。來自核反應堆204的氦的溫度可以是約900°C至約1000°C。來自氦氣運料車202的氦的溫度可以是約500°C至約600°C。 傳熱流體運料車208可以使傳熱流體自換熱器設備206流經處理區域200。傳熱流體可以通過傳熱流體運料車208到達換熱器設備206。傳熱流體可以是二氧化碳、熔融鹽，和/或其它流體。在離開換熱器設備206之後，傳熱流體的溫度可以是約850°C至約950°C。在某些實施方式中，系統包括輔助發電設備210。在某些實施方式中，輔助發電設備210將氦自換熱器設備206通過發生器以發電來產生動力。可以將氦送至一個或多個壓縮機和/或換熱器以在將氦送至核反應堆204之前調節氦的壓力和溫度。在某些實施方式中，輔助發電設備210用傳熱流體(例如，氨或氨水)發電。可以將來自換熱器設備206的氦送至額外的換熱器設備以將熱量傳遞至傳熱流體。可以使傳熱流體經過動力循環(例如 Kalina循環)以發電。在一個實施方式中，核反應堆204是400MW反應堆而輔助發電設備 210產生約30MW的電力。圖3描述用於原位熱處理過程的布置的示意性前視圖。可以在地層中形成井眼 (其可以是U-形或其它形狀)以限定處理區域200A，200B，200C，200D。所顯示處理區域的各側能形成額外的處理區域。處理區域200A，200B，200C，200D可以具有的寬度超過300m， 500m，1000m，或1500m。可以在井開口區域212中形成井眼的井出口和入口。可以沿處理區域200各側形成軌道線214。倉庫，管理辦公室，和/或廢燃料的貯藏設施可以位於軌道線 214的近端。設施216可以沿軌道線214的支線間隔形成。設施216可以包括核反應堆，壓縮機，換熱器設備，和/或循環熱傳熱流體至井眼所需的其它設備。設施216還可以包括處理產生自地層的地層流體的地面設施。在某些實施方式中，設施216'中產生的傳熱流體可以在經過處理區域200A之後在設施216"中由反應堆再加熱。在某些實施方式中，用各個設施216來向相鄰於所述設施的處理區域200的一半中的井提供熱處理流體。在自處理區域的生產完成之後，可以通過軌道將設施216移動至另一設施位置。在某些實施方式中，用核能來直接加熱地下地層的一部分。地下地層的一部分可以是烴處理區域的一部分。與使用核反應堆設施來加熱傳熱流體，然後將其提供至地下地層以加熱地下地層相反，可以將一個或多個自調節核加熱器置於地下以直接加熱地下地層。可以將自調節核反應堆置於一個或多個隧道中或與其緊鄰。在某些實施方式中，處理地下地層需要將地層加熱至希望的初始上端範圍(例如，約250°C至350°C )。在將地下地層加熱至所希望的溫度範圍之後，溫度可以保持在該範圍內持續希望的時間(例如，直至已熱解的烴百分比或地層中的平均溫度達到所選值)。隨著地層溫度上升，在一段時間內可以緩慢降低加熱器溫度。目前，本文說明的某些核反應堆 (例如，球形燃料核反應堆)，在活化時達到約900°C的天然溫度輸出極限，最終隨著鈾-235 燃料耗盡而衰減並在加熱器處造成隨時間產生更低的溫度。某些核反應堆(例如，球形燃料核反應堆)的天然功率輸出曲線可以用來對某些地下地層提供希望的加熱-時間特徵。在某些實施方式中，通過自調節核反應堆(例如，球床式反應堆或可裂變金屬氫化物反應堆)提供核能。基於其設計，自調節核反應堆不可以超過一定溫度。相對傳統核反應堆，自調節核反應堆可以是基本緊湊的。自調節核反應堆的尺寸可以是，例如，大約2 平方米，3平方米，或5平方米或更小。自調節核反應堆可以是模塊化的。圖4描述自調節核反應堆218的示意圖解。在某些實施方式中，自調節核反應堆包括可裂變金屬氫化物220。可裂變金屬氫化物可以充當核反應的燃料和核反應的減速劑。 核反應堆的核心可以包括金屬氫化物材料。包含於氫化物中的氫同位素的溫度驅動的流動性可以起控制核反應的作用。如果在自調節核反應堆218的核心222中溫度增加至設定點以上，則氫同位素自氫化物解離並逸出核心，從而功率產生下降。如果核心溫度降低，則氫同位素與可裂變金屬氫化物重新結合從而使上述過程逆轉。在某些實施方式中，可裂變金屬氫化物可以是粉化形式，這使得氫可以更容易地滲透可裂變金屬氫化物。由於其基本設計，自調節核反應堆可以包括很少的，如果存在，與核反應本身的控制有關的移動部分。自調節核反應堆的小尺度和簡單結構可以具備明顯的優勢，特別是相對全球目前普遍使用的常規商業核反應堆。優勢可以包括相對容易的製備，可運輸性，可靠性，安全性，和財政可行性。自調節核反應堆的緊湊設計使得反應堆可以在有關設施處構建並運輸至使用場所，例如含烴地層。在到達和安裝時，自調節核反應堆可以是活化的。自調節核反應堆可以以數十兆瓦每設備的數量級產生熱功率。可以在含烴地層使用兩個或更多個自調節核反應堆。可以在約450°C至約900°C，約500°C至約800°C，或約 550°C至約650°C的燃料溫度下操作自調節核反應堆。工作溫度可以為約550°C至約600°C。 工作溫度可以為約500°C至約650°C。自調節核反應堆可以包括核心222中的能量提取系統224。能量提取系統2 可以以由活化的核反應堆所產生的熱量的形式提取能量。能量提取系統可以包括循環通過管線224A和224B的傳熱流體。可以將管道的至少一部分置於核反應堆的核心中。流體循環系統可以將傳熱流體連續循環通過管線。置於核心中的管線的密度和體積可以取決於可裂變金屬氫化物的富集程度。在某些實施方式中，能量提取系統包括鹼金屬(例如，鉀)熱管。熱管可以通過免除對傳送傳熱流體通過核心的機械泵的需要進一步簡化自調節核反應堆。自調節核反應堆的任意簡化可以減少發生任意故障的機會並增加核反應堆的安全性。能量提取系統可以包括聯接至熱管的換熱器。傳熱流體可以自換熱器傳送熱能。核反應堆的尺度可以由可裂變金屬氫化物的富集程度決定。較高富集程度的核反應堆引起相對較小的反應堆。合適的尺度可以最終由含烴地層的特定規格和地層的能量需求確定。在某些實施方式中，用可轉換氫化物稀釋可裂變金屬氫化物。可轉換氫化物可以形成自可裂變部分的其它同位素。可裂變金屬氫化物可以包括可裂變U235氫化物而可轉換氫化物可以包括同位素U238。在某些實施方式中，核反應堆的核心可以包括形成自約5% U235 和約95% U238的核燃料。可裂變金屬氫化物與可轉換或非可裂變氫化物混合的其它組合也是可行的。可裂變金屬氫化物可以包括鈽。鈽的低熔化溫度(約640°C )使得其氫化物顆粒不優選作為反應堆燃料以驅動蒸汽發生器，但是可以用於需要較低反應堆溫度的其它用途。可裂變金屬氫化物可以包括氫化釷。因為其高熔化溫度(約1755°C )，釷使得可以進行反應堆的較高溫度操作。在某些實施方式中，使用可裂變金屬氫化物的不同組合以便實現不同的能量輸出參數。在某些實施方式中，核反應堆218可以包括一個或多個貯氫容器226。貯氫容器可以包括一種或多種非可裂變吸氫材料以吸收自核心排出的氫。非可裂變吸氫材料可以包括核心氫化物的非可裂變同位素。非可裂變吸氫材料可以具有接近可裂變材料的氫化物解離壓力。核心222和貯氫容器2 可以被絕緣層2 隔開。絕緣層可以充當中子反射器以減少自核心的中子滲漏。絕緣層可以減低熱反饋。絕緣層可以保護貯氫容器免於被核核心加熱(例如，來自室中氣體的輻射加熱或對流加熱)。可以通過環境氫氣壓力來控制核心有效穩態溫度。可以通過非可裂變吸氫材料所保持的溫度來控制環境氫氣壓力。可裂變金屬氫化物的溫度可以獨立於提取中的能量的量。能量輸出可以取決於能量提取系統自核反應堆提取動力的能力。可以監測反應堆核心中的氫氣的純度並周期性再加壓以保持正確的量和同位素含量。在某些實施方式中，經由通過一個或多個管(例如，管230A和230B)通到核反應堆核心來保持氫氣。可以通過控制供給至自調節核反應堆的氫氣壓力來控制自調節核反應堆的溫度。可以基於在一個或多個點(例如，在傳熱流體進入一個或多個井眼的點)的傳熱流體溫度來調節壓力。在某些實施方案中，可以基於與處理中地層有關的一個或多個條件來調節壓力，並從而調節自調節核反應堆產生的熱能。地層條件可以包括，例如，地層一部分的溫度，地層類型(例如，煤或焦油砂)，和/或應用至地層的處理方法的類型。在某些實施方式中，發生在自調節核反應堆中的核反應可以通過引入中子吸收氣體來控制。足量的中子吸收氣體可以猝滅自調節核反應堆中的核反應(最終將反應堆溫度降低至環境溫度)。中子吸收氣體可以包括氙「5。在某些實施方式中，用控制棒來控制活化的自調節核反應堆的核反應。可以將控制棒至少部分地置於自調節核反應堆的核核心的至少一部分中。控制棒可以形成自一種或多種中子吸收物質。中子吸收物質可以包括，但是不限於，銀，銦，鎘，硼，鈷，鉿，鏑，釓，釤， 鉺，和銪。目前，本文描述的自調節核反應堆在活化時，到達約900°C的天然溫度輸出極限， 最終隨燃料消耗而衰減。在某些實施方式中，自調節核反應堆可以具有這樣的天然能量輸出，其以約1/E(E 有時稱為歐拉指數並相當於約2. 71828)的速率衰減。在某些實施方式中，自調節核反應堆可以具有這樣的天然功率輸出，其在約4年至約8年的時間段內衰減至初始功率的1/E。一般地，一旦地層已加熱至希望的溫度，則需要更少的熱量並且輸入地層以加熱地層的熱能的量隨時間減少。加熱系統一般包括兩個或更多個加熱器。一般將加熱器置於位於地層各處的井眼中。井眼可以包括，例如U-形和L-形井眼或其它形狀的井眼。自調節核反應堆最初可以向至少一部分井眼提供約300瓦/英尺的功率輸出；並在此後，隨預先確定的時間間隔降低至約120瓦/英尺。該預先確定的時間間隔可以通過自調節核反應堆本身的設計(例如，核核心所用燃料以及燃料的富集程度)來確定。產品物流(例如，包括甲烷，烴，和/或重烴的物流)可以產生自用由核反應堆加熱的傳熱流體加熱的地層。由核反應堆或第二核反應堆所產生的熱量而產生的蒸汽可以用來重整至少一部分產品物流。可以重整產品物流以製備至少一些分子氫。分子氫可以用來提質至少一部分產品物流。可以將分子氫注射入地層。產品物流可以產生自地面提質過程。產品物流可以產生自原位熱處理過程。產品物流可以產生自地下蒸汽加熱過程。可以將至少一部分蒸汽注入地下蒸汽加熱過程。至少一些蒸汽可以用來重整甲烷。至少一些蒸汽可以用於發電。地層中的至少一部分烴可以通過蒸汽和/或來自蒸汽的熱量來使之流動。在某些實施方式中，自調節核反應堆可以用來發電(例如，經由蒸汽驅動渦輪機)。電可以用於通常與電有關的任意數量的用途。特別地，電可以用於與需要能量的原位熱處理過程有關的用途。來自自調節核反應堆的電可以用來對井下電加熱器提供能量。電可以用來冷卻流體以形成處理區域周圍的低溫屏障(冷凍屏障)，和/或向位於原位熱處理過程場所或其附近的處理設施供電。在某些實施方式中，核反應堆所產生的電用於電阻式加熱用於使傳熱流體循環通過處理區域的導管。在某些實施方式中，核電用來發電，其驅動原位熱處理過程所需要的壓縮機和/或泵(壓縮機/泵提供壓縮氣體(例如到達多個氧化器組件的氧化流體和/或燃料)至處理區域)。如果用常規電能來源來驅動原位熱處理過程的壓縮機和/或泵，則在原位熱處理過程的壽命期間運行壓縮機和/或泵將需要原位熱處理過程的大量成本。自調節核反應堆的熱轉化為電可以不是核反應堆產生的熱能的最有效用途。在某些實施方式中，用自調節核反應堆產生的熱能來直接加熱地層部分。在某些實施方式中，將一個或多個自調節核反應堆在地下置於地層中，從而使得產生的熱能直接加熱地層的至少一部分。可以將一個或多個自調節核反應堆在地下置於地層中、在上覆地層之下，從而增加自調節核反應堆產生的熱能的有效使用。可以將置於地下的自調節核反應堆包入用於進一步保護的材料。例如，可以將置於地下的自調節核反應堆包入混凝土容器。在某些實施方式中，可以用傳熱流體提取自調節核反應堆產生的熱能。可以用傳熱流體將自調節核反應堆產生的熱能轉移至和分布通過地層的至少一部分。傳熱流體可以循環通過自調節核反應堆能量提取系統的管線。隨著傳熱流體在自調節核反應堆核心中循環並由其通過，核反應所產生的熱量加熱傳熱流體。在某些實施方式中，可以用兩種或更多種傳熱流體來傳遞自調節核反應堆產生的熱能。第一傳熱流體可以循環通過自調節核反應堆能量提取系統的管線。第一傳熱流體可以通過換熱器並用來加熱第二傳熱流體。第二傳熱流體可以用於原位處理烴流體，為電解設備提供動力和/或用於其它意圖。第一傳熱流體和第二傳熱流體可以是不同的物質。使用兩種傳熱流體可以降低系統和人員不必要地暴露於第一傳熱流體所吸收的任意輻射的風險。可以使用抗核輻射吸收(例如，亞硝酸鹽或硝酸鹽)的傳熱流體。在某些實施方式中，能量提取系統包括鹼金屬(例如，鉀)熱管。熱管可以通過避免需要機械泵來將傳熱流體傳送通過核心來進一步簡化自調節核反應堆。自調節核反應堆的任意簡化可以降低發生故障的機會並提高核反應堆的安全性。能量提取系統可以包括聯接至熱管的換熱器。傳熱流體可以自換熱器傳送熱能。傳熱流體可以包括天然或合成油，熔融金屬，熔融鹽，或其它類型的高溫傳熱流體。傳熱流體可以具有在普通操作條件下的低粘度和高熱容。在傳熱流體是熔融鹽或具有在地層中固化潛力的其它流體的情況下，系統的管線可以與電源電連通以在需要時對管線進行電阻式加熱和/或可以將一個或多個加熱器置於管線中或相鄰於管線以保持傳熱流體為液態。在某些實施方式中，將絕緣的導體加熱器置於管線之中。絕緣的導體可以熔化管中的固體。圖5描述原位熱處理系統一個實施方案的示意圖解，其置於地層232中，具有使用自調節核反應堆218的U-形井眼234。圖5描述的自調節核反應堆218可以產生約70麗的熱能。U-形井眼可以通過上覆地層236下伸並進入含烴層238。相鄰於上覆地層236的
14井眼234中的管線可以包括絕緣部分M0。隔熱的儲油罐242可以經過管線244接收來自地層232的熔融鹽。管線244可以運輸溫度為約350°C至約500°C的熔融鹽。儲油罐中的溫度可以取決於所用熔融鹽的類型。儲油罐中的溫度可以為大約350°C。泵可以通過管線 246將熔融鹽移動至自調節核反應堆218。各泵可能需要移動，例如Wcg/秒至Ukg/秒的熔融鹽。各自調節核反應堆218可以向熔融鹽供熱。熔融鹽可以自管線248通至井眼234。 在某些實施方式中，通過層238的井眼234的加熱部分可以自約8，000英尺(約MOOm)延展至約10，000英尺(約3000m)。來自自調節核反應堆218的熔融鹽的出口溫度可以是約 550°C。各自調節核反應堆218可以供給熔融鹽至進入地層的約20個或更多個井眼234。 熔融鹽流經地層並經過管線244流返儲油罐M2。在某些實施方式中，核能用於熱電聯產過程。在自含烴地層(例如焦油砂地層)產生烴的實施方式中，所產生的烴可以包括一種或多種含重烴的部分。烴可以用多於一種過程產生自地層。在某些實施方式中，核能用來幫助產生至少某些烴。可以將所產生的重烴中的至少某些經受熱解溫度。可以用熱解重烴來產生蒸汽。蒸汽可以用於許多意圖包括， 但不限於，發電，轉化烴，和/或提質烴。在某些實施方式中，用自調節核反應堆加熱傳熱流體。可以將傳熱流體加熱至允許蒸汽產生的溫度(例如，約550°C至約600°C)。在某些實施方式中，原位熱處理過程氣體和/或燃料通至重整設備。在某些實施方式中，原位熱處理過程氣體與燃料混合，然後通至重整設備。原位熱處理過程氣體的一部分可以進入氣體分離設備。氣體分離設備可以自原位熱處理過程氣體移出一種或多種組分以產生燃料和一種或多種其它物流(例如，二氧化碳或硫化氫)。燃料可以包括，但是不限於，氫、具有最大碳數5的烴或其混合物。重整器設備可以是蒸汽重整器。重整器設備可以將蒸汽與燃料(例如甲烷)組合以產生氫。例如，重整設備可以包括水煤氣變換反應催化劑。重整設備可以包括一個或多個能使氫與其它組分分離的分離系統(例如膜和/或變壓吸附系統)。燃料和/或原位熱處理過程氣體的重整可以產生氫物流和碳氧化物物流。燃料和/或原位熱處理過程氣體的重整可以用本領域用於催化和/或熱重整烴以產生氫的已知技術來進行。在某些實施方式中，用電解來自蒸汽產生氫。氫物流的一部分或全部可以用於其它意圖例如，但不限於，用於原位或易位氫化烴的能源和/或氫源。自調節核反應堆可以用來在相鄰位於含烴地層的設施處產生氫。由於氫以多種方式用於在含烴地層就地轉化和提質烴，在含烴地層就地產生氫的能力是高度有利的。在某些實施方式中，用地層中儲存的熱能加熱第一傳熱流體。按照多種不同熱處理方法，可以在地層中獲得熱能。相對許多目前的恆定輸出核反應堆，自調節核反應堆具有數種優勢。然而，存在數種新核反應堆，其設計已受到建築管理批准。核能可以通過多種不同類型的可用核反應堆和目前正在研發的核反應堆(例如IV代反應堆)來提供。在某些實施方式中，核反應堆包括超高溫反應堆(VHTR)。VHTR可以使用例如氦作為冷卻劑來驅動用於原位處理烴流體的氣體渦輪機，為電解設備提供動力，和/或用於其它意圖。VHTR可以產生的熱多至約950°C或更高。在某些實施方式中，核反應堆包括鈉冷式快速反應堆(SFR)。SFR可以設計為較小規模(例如，50MWe)並因此可以以更高性價比就地製備以用於原位處理烴流體，為電解設備提供動力，和/或用於其它意圖。SFR可以具有
15模塊化設計並因此可能便於移動。SFR可以產生的溫度為約500°C至約600°C，約525°C至約5751，或討01至約560°C。在某些實施方式中，用球床式反應堆來提供熱能。球床式反應堆可以產生多至 165MWe。球床式反應堆可以產生的溫度為約500°C至約1100°C，約800°C至約1000°C，或約900°C至約950°C。在某些實施方式中，核反應堆包括超臨界水冷式反應堆(SCWR)，其至少部分基於先前的輕水反應堆(LWR)和超臨界化石燃料鍋爐。SCWR可以產生的溫度為約 400°C至約 650°C，約 450°C至約 550°C，或約 500°C至約 550°C。在某些實施方式中，核反應堆包括鉛冷式快速反應堆(LFR)。LFR可以以一系列尺寸製成，從模塊化系統直至數百兆瓦或更高。LFR可以產生的溫度為約400°C至約900°C，約 500°C至約 850°C，或約 550°C至約 800°C。在某些實施方式中，核反應堆包括熔融鹽反應堆(MSR)。MSR可以包括可裂變，可轉換，和裂變同位素，其溶於沸點為約1400°C的熔化氟化物鹽。熔化氟化物鹽可以充當反應堆燃料和冷卻劑。MSR可以產生的溫度為約400°C至約900°C，約500°C至約850°C，或約 600°C至約 800°C。在某些實施方式中，用兩種或更多種傳熱流體(例如，熔融鹽)來將熱能傳遞至含烴地層和/或自其傳遞出熱能。可以加熱(例如用核反應堆)第一傳熱流體。可將第一傳熱流體循環通過地層的至少一部分中的多個井眼以便加熱地層的該部分。第一傳熱流體可以具有第一溫度範圍，在此範圍中第一傳熱流體為液體形式且穩定存在。可將第一傳熱流體循環通過地層的一部分直至該部分到達希望的溫度範圍(例如，接近第一溫度範圍上端的溫度)。可以加熱(例如用核反應堆)第二傳熱流體。第二傳熱流體可以具有第二溫度範圍，在此範圍內第二傳熱流體為液體形式並穩定存在。第二溫度範圍的上端可以更熱並超過第一溫度範圍。第二溫度範圍的低端可以與第一溫度範圍重疊。可將第二傳熱流體循環通過地層的一部分中的多個井眼以便將地層的該部分加熱至比用第一傳熱流體所可能實現的溫度更高的溫度。使用兩種或更多種不同的傳熱流體的優勢可以包括例如下述能力將地層的一部分加熱至比通常可能溫度高得多的溫度並且儘可能少地使用其它補充加熱方法(例如電加熱器)以增加整體效率。如果無法獲得具有能將地層的一部分加熱至所希望溫度的溫度範圍的傳熱流體，則將必需使用兩種或更多種不同的傳熱流體。在某些實施方式中，在含烴地層的一部分已被加熱至希望的溫度範圍之後，可將第一傳熱流體再循環通過地層的該部分。在再循環通過地層之前第一傳熱流體可以是不加熱的(而不是在熔融鹽的情況下(如果必需)，將傳熱流體加熱至熔點)。可以使用由於地層的先前原位熱處理已經儲存在地層該部分中的熱能來加熱第一傳熱流體。然後，可將第一傳熱流體自地層轉移出來，從而使得第一傳熱流體回收的熱能可以重新用於在地層該部分中，在該地層第二部分，和/或其它地層中的某些其它過程。
實施例下文描述非限制性實施例。功率需求模擬。進行模擬以確定用熔融鹽加熱地層的功率需求。將熔融鹽循環通過含烴地層中的井眼並隨時間評價用熔融鹽加熱地層的功率需求。改變井眼之間的距離以確定其對功率需求的效果。圖6描述原位熱處理功率注入需求的曲線250，其涉及功率(W/ft) (y_軸)_時間 (yr)(x-軸)。圖7描述井眼間不同間距的原位熱處理功率注入需求，其涉及功率(W/ft) (y-軸)-時間(天)(x-軸)。曲線252-260描述圖7中的結果。曲線252描述間距約14. 4 米的加熱器井眼的所需功率-時間。曲線254描述間距約13. 2米的加熱器井眼的所需功率-時間。曲線256描述加拿大阿爾伯塔的Grosmont地層的所需功率-時間，其中加熱器井眼呈六角形式分布且間距約12米。曲線258描述間距約9. 6米的加熱器井眼的所需功率-時間。曲線260描述間距約7. 2米的加熱器井眼的所需功率-時間。從圖7的圖示可知，曲線258表示的井眼間距是大約相關於某些核反應堆隨時間的功率輸出的間距(例如，至少一些核反應堆具有在例如約4至約9年內衰減至約1/E的功率輸出)。圖7中的曲線252-256描述間距約12米至約14. 4米的加熱器井眼的所需功率輸出。大於約12米的加熱器井眼之間的間距將需要比某些核反應堆將所能提供的更多的能量輸入。小於約8米的加熱器井眼之間的間距(例如，圖7曲線260所示)可能無法有效利用某些核反應堆所提供的能量輸入。圖8描述對於井眼間不同間距的原位熱處理的儲層平均溫度(°C ) (y_軸)-時間 (天)(X-軸)。曲線252-260基於井間距的功率輸入需求描述地層溫度隨時間的增加。在某些實施方式中，含烴地層原位熱處理的目標溫度例如可以為約350°C。目標地層溫度可以取決於至少地層類型和/或所希望的烴產品而變化。圖8中曲線252460的井眼間距與圖 7中曲線252460的那些相同。圖8中的曲線252-256描述間距約12米至約14. 4米的加熱器井眼的地層溫度隨時間的增加。大於約12米的加熱器井眼之間的間距可能過於緩慢地加熱地層，從而使得可能需要比某些核反應堆將所能提供的更多的能量(在該實施例中特別是在約5年之後)。小於約8米的加熱器井眼之間的間距(例如圖8曲線260所示) 對於某些原位熱處理情況來說將過於快速地加熱地層。由圖8的圖示可知，曲線258所示的井眼間距可以是在希望的時間框架(例如約5年)內實現約350°C的典型目標溫度的間距。基於本說明書，本發明各個方面的其它變型和備擇實施方案對本領域技術人員來說將是明顯的。因此，本說明書僅解釋為示例性，其目的是教導本領域技術人員實施本發明的一般方式。應理解，本文所展示和描述的發明形式視為目前優選的實施方式。可以取代本文說明和描述的那些要素和物質，可以顛倒各部分和過程，並且可以獨立地運用的本發明的某些特徵，而本領域技術人員在獲得本說明書的教益之後對其都將明了。可以對本文描述的要素進行改變而不背離下述權利要求中所描述的本發明的主旨和範圍。此外，應理解本文獨立描述的特徵可以在某些實施方式加以組合。
權利要求
1.用於自地下地層產生烴的原位熱處理系統，其包括 地層中的多個井眼；置於至少兩個井眼中的至少一個加熱器；和自調節核反應堆，將其配置以向至少一個加熱器提供能量以將地層溫度提高至使得可以自地層產生烴的溫度；其中自調節核反應堆的溫度通過控制向自調節核反應堆供給的氫壓力來控制，而其中所述壓力基於地層條件來調節。
2.權利要求1的系統，其中所述自調節核反應堆包括核心，其中所述核心包括粉化的可裂變金屬氫化物材料。
3.權利要求1的系統，其中通過引入中子吸收物質降低自調節核反應堆的溫度。
4.權利要求1的系統，其中通過引入中子吸收氣體降低自調節核反應堆的溫度。
5.權利要求1的系統，其中所述自調節核反應堆將溫度保持在約500°C至約650°C。
6.權利要求1的系統，其中所述自調節核反應堆在地下置於地層中。
7.權利要求1的系統，其中所述自調節核反應堆在地下置於地層中、在上覆地層之下。
8.權利要求1的系統，其中所述自調節核反應堆提供的能量包括通過循環系統使其循環經過至少一個加熱器的傳熱流體。
9.權利要求8的系統，其中所述傳熱流體是熔融鹽。
10.權利要求8的系統，其中傳熱流體的至少一部分直接循環經過自調節核反應堆。
11.自地下地層產生烴的方法，所述方法包括使用如權利要求1-10中任一項所描述的系統。
全文摘要
本文描述處理地下地層的系統和方法。用於處理地下地層的系統可以包括地層中的多個井眼。系統可以包括位於至少兩個井眼中的至少一個加熱器。系統可以包括自調節核反應堆。自調節核反應堆可以向至少一個加熱器提供能量以將地層溫度提高至使得可以自地層產生烴的溫度。自調節核反應堆的溫度可以通過控制向自調節核反應堆供給的氫壓力來控制。壓力可以基於地層條件來調節。
文檔編號E21B36/00GK102203377SQ200980143670
公開日2011年9月28日 申請日期2009年10月9日 優先權日2008年10月13日
發明者H·J·萬嘉, S·V·源 申請人:國際殼牌研究有限公司