从地下岩层获得的烃通常作为能源、原料和消费品来使用。对可 利用烃源枯竭的担忧驱使人们开发能够更加有效对可利用烃源进行开 采、处理和/或利用的方法。现场方法可以用来采出地下岩层的烃原料。 为将烃原料从地下岩层采出，可能需要改变地下岩层内烃原料的化学 和/或物理性质。一些能使地层内烃原料产生可采出流体、组分变化、 溶解度变化、相变化和/或粘度变化的现场反应可导致化学和物理性质 变化。所述的流体可以是但不限于是气体、液体、乳化液、浆液和/ 或流动性类似于液流的固体颗粒流。
在北美洲、南美洲和亚洲已发现在地层中含有大量重烃沉积物(如 重油和/或焦油)。沥青砂沉积层是可以开采的。地面处理工艺可将沥 青与砂和/或与烃一起采出的其它物质分离开来。可采用常规炼油方法 将分离出的沥青转化为轻烃。开采和改质沥青砂的成本通常比从传统 油层中生产轻烃的方法要高。
授权Gregoli等人的美国专利5340467和授权等人的美国专利 5316467描述了一种将水和化学添加剂加入沥青砂来形成浆液的方法。 该浆液可分离成烃和水。
授权Hanson等人的美国专利4409090描述了一种将沥青砂物理 分离成仍含一些砂的富沥青浓缩液的方法。可在流化床内进一步从砂 中分离出富沥青浓缩液。
授权Humphreys的美国专利5985138和授权Duyvesteyn等人的 美国专利5968349描述了开采沥青砂和从沥青砂中物理分离出沥青的 方法。在地面设施中进一步对沥青进行处理可改质从沥青生产的油。
现场从沥青砂生产烃的过程可采用加热或将气体注入地层的方法 来实施。授权Ostapovich等人的美国专利5211230和授权Leaute的 5339897描述了一种位于油藏内的水平采出井。纵向导管可用来将氧 化剂气体注入油藏进行现场燃烧。
授权Ljungstrom的美国专利US2780450描述了一种现场加热含 沥青地质岩层而使焦油状物质转化或者裂解为石油或者天然气的方 法。
授权给Ware等人的美国专利4597441描述了在一个油层内将油、 热量和氢气同时接触的方法，氢气化作用可提高油从油层中的回收率。
授权给Glandt的美国专利5046559和授权给Glandt等人的 5060726描述了一种将注入井和采出井之间的一部分沥青砂地层进行 预热的方法。可将蒸汽从注入井注入到地层内以在采出井采出烃。
如上所述，已做出很多努力来开发用于从沥青砂地层经济地开采 烃、氢气和/或其它产品的方法和系统。但是，目前还有许多地层中的 烃、氢气和/或其它产品无法被经济地开采。因此，需要一种从各种沥 青砂地层生产烃、氢气和/或其它产品的改进方法和系统。

在根据本发明方法的一个优选实施方案中，对流体从地层采出的 过程进行控制来调节烃在裂解区或流入裂解区或者置于裂解温度下的 平均时间。控制采出过程的方法能从地层内采出大量满足期望品质的 烃。
在一个实施方案中，由第一组热源提供热量给沥青砂地层的第一 区段，将第一区段内的一部分烃热解。也可以由第二组热源提供热量 给地层的第二区段。该热量可降低第二区段内烃的粘度而使第二区段 内一部分烃可以移动。第二区段的一部分烃可被导向流入第一区段。 从地层采出烃混合物。采出的混合物可包括至少一些热解烃。
在一个实施方案中，由热源给一部分沥青砂地层提供热量。热量 可以从热源传递到地层的选定区段，以降低选定区段内烃的粘度。可 以向地层的选定区段提供气体。该气体可使烃从选定区段朝着采出井 或若干采出井移动。可通过采出井或若干采出井从选定区段采出烃混 合物。
在一些实施方案中，对提供给热源或者热源区段的能量进行选择 性限制来控制温度和阻止在热源附近形成焦炭。在一些实施方案中， 可通过以抑制焦炭形成方式操作的热源部分采出烃混合物。
在某些实施方案中，通过改变采出混合物的位置可以控制采出混 合物的品质。通过改变采出流体的地层相对于上覆岩层和下覆岩层的 深度来改变采出位置。也可以通过改变用于采出流体的采出井来改变 采出位置。在某些实施方案中，可根据采出井与激活热源的距离来选 择采出流体的采出井。
在一个实施方案中，可从沥青砂地层的一个选定区段生产调合剂。 一部分调合剂可与重烃混合来生产具有选定特性(密度、粘度和/或稳 定性)的混合物。
在某些实施方案中，可向地层的一个选定区段提供热量以使地层 较下部分的一些烃热解。可从地层的较上部分采出烃混合物。烃混合 物可以包括至少一些来自地层较下部分的热解烃。
根据本发明方法的这些和更多实施方案以及可得产品将在所附权 利要求书和附图中详细说明。

借助于下面有关优选实施方案的描述并参照下列附图，本领域普 通技术人员将更容易理解本发明的优点，这些附图包括：
图1示出一个处理沥青砂地层的实施方案；
图2示出一个处理沥青砂地层的实施方案；
图3示出一个能选择性加热的加热井的实施方案；
图4示出一个有多个加热层区段的处理含重烃沥青砂地层实施方 案的剖面图；
图5示出沥青砂地层现场处理模拟实验中使用的加热井和采出井 的大规模布局图；
图6示出一个组合使用地层内采出井和加热井来处理沥青砂地层 的实施方案的端视图；
图7示出图6实施方案的侧视图；
图8示出一个在地层中使用增压流体实施方案的示意图；
图9示出另一个在地层中使用增压流体实施方案的示意图；
图10示出一个处理沥青砂地层的实施方案的平面图；
图11示出一个位于地层内的采出井的实施方案的剖面图；
图12示出一个用来采出第一混合物以便与第二混合物调合的沥 青砂地层实施方案的平面图。
图13示出五种调合物的SARA结果(饱和烃/芳烃比与沥青质/树 脂比的关系)；
图14示出三种调合物的粘度与温度的关系；
图15示出从沥青砂地层采出的不同碳原子数的碳化合物所对应 的重量百分比；
图16示出从沥青砂滚筒实验所产出液体的API比重；
图17例示说明在一个模拟实验中重烃和轻烃油产率与时间的关 系；
图18例示说明在一个模拟实验中，前期加热的500天不采出条件 下重烃和轻烃油产率与时间的关系；
图19例示说明在一个模拟实验中，三个不同位置的水平采出井的 油累积回收百分率与时间的关系；
图20例示说明在一个模拟实验中，中部和底部采出井位置的重烃 和轻烃油产率与时间的关系；
图21示出用于3-D STARS模拟实验的另一种加热井模型图；
图22例示说明在一个模拟实验中，中部采出井的重烃和轻烃油产 率与时间的关系；
图23例示说明在一个模拟实验中底部采出井的重烃和轻烃油产 率与时间的关系；
图24例示说明用于模拟实验的另一种加热井布局图；
图25例示说明在一个模拟实验中，采用底部采出井采出时重烃和 轻烃油产率与时间的关系；
图26例示说明在一个模拟实验中，采用中部采出井采出时重烃和 轻烃油产率与时间的关系；
图27说明在一个模拟实验中，采用顶部采出井采出时重烃和轻烃 油产率与时间的关系；
虽然本发明能够做出各种改进和替换形式，但本文通过图示例举 方式示出了其具体实施方案并进行了详细描述。附图并不是成比例的。 应该能够理解，附图和说明书的详细描述不是把本发明限制为所公开 的具体形式，相反，本发明将覆盖所有所附权利要求定义的属于本发 明精神实质和范围的改进、等同和替换方案。
发明详细描述
下面的说明广义涉及处理沥青砂地层的系统和方法。将这些地层 进行处理来获得较高品质的烃产品、氢气和其它产品。
在说明书和所附权利要求书中常用的一些术语的定义如下。
“烃”是指其分子结构包括碳和氢气的有机物。烃也可以包括其 它元素，例如但不限于卤素、金属元素、氮、氧和/或硫。烃可以但不 限于是沥青、焦沥青和油。烃可以在位于或邻近于地层内的矿物基岩 中。基岩包括但不限于沉积岩、砂岩、沉积石英岩、碳酸岩、硅藻土 和其它多孔性媒质。“烃流体”是包括烃的流体。烃流体可包含、夹带 有非烃流体(例如氢气(“H2”)、氮(“N2”)、一氧化碳、二氧化碳、 硫化氢气、水和氨)或是被夹带在非烃流体内。
“沥青”是指基本上可溶于二硫化碳的非晶固体或者粘性烃原料。 “油”通常定义为含有可凝烃的复合物。
“地层”包括一或多个含烃层、一或多个无烃岩层、一个上覆岩 层和/或一个下覆岩层。“上覆岩层”和/或“下覆岩层”包括一或多个 不同类型的不渗透材料。例如，上覆岩层和/或下覆岩层可以包括岩石、 页岩、泥岩或者湿/致密碳酸岩(即无烃的不渗透碳酸岩)。在某些现 场转化过程中，上覆岩层和/或下覆岩层可包括一个含烃层或一个低渗 透的含烃层且在转化过程中不经加温处理来使上覆岩层和/或下覆岩 层的含烃层的性质发生显著变化。例如下覆岩层可包括一个基本上无 裂缝的煤层。
术语“地层流体”和“采出流体”是指从沥青砂地层采出的流体， 可以包括热解流体、合成气、可移动烃和水(蒸汽)。术语“可移动流 体”是指地层内因热处理地层而能够流动的流体。地层流体包括烃流 体和非烃流体。
“碳原子数”是指一个烃分子中的碳原子数。烃流体可包括具有 不同碳原子数的各种烃。烃流体可以用碳数分布来描述。碳原子数和/ 或碳数分布可以通过真沸点分布和/或气液色谱分析来确定。
“热源”是指一些主要能通过传导和/或辐射传热把热量提供给至 少一部分地层的任何系统。例如，热源可以包括电加热器例如一个绝 缘导体、一个加长元件和一个置于导管内的导体。热源还可以包括能 通过在地层外或内燃烧燃料产生热量的热源，例如象地面燃烧器、无 火焰分布的燃烧器和自然分布的燃烧器。此外，应该能够预见，在某 些实施方案中提供给一或若干热源的热量或者在一或若干热源内产生 的热量可以通过其它能源来提供。其它能源可以直接加热地层或者将 该能源施用于传热介质来直接或间接加热地层。应该能够理解，用来 加热地层的一或若干热源可以使用不同的能源。例如，对于给定的地 层来说，某些热源可以由电阻加热器来提供热量，某些热源可以由燃 烧过程来提供热量，而某些热源可以由一或多个其它能源(例如化学 反应、太阳能、风能和其它可再生能源)提供热量。化学反应可以包 括放热反应(例如氧化反应)。热源也可以包括一个能给一个接近和/ 或围绕加热位置如加热井的区域提供热量的加热器。加热器可以但不 限于是电加热器、炉子和自然分布燃烧器。
术语“加热器”是指任何能在井眼或靠近井眼区域产生热量的系 统。加热器可以但不限于是电加热器、炉子、能与地层内或从地层采 出物料反应的燃烧剂和或它们的组合形式。“热源单元”是指由若干 热源形成的一个样板，地层内的热源布局图则由此样板重复构成。
术语“井眼”是指通过钻孔或将导管插入地层的方法在地层中形 成的一个孔。井眼可以具有基本为圆形的截面或其它横截面形状(例 如：圆形、椭圆形、正方形、矩形、三角形、狭缝或是其它规则或不 规则形状)。在涉及有关地层内的孔洞时，本文所用术语“井”和“孔 洞”可与  “井眼”互换使用。
“热解”是指因加热而使化学键断裂的反应。热解过程包括仅靠 热量而使一种化合物转化为一或多种其它物质的反应。热解过程所用 热量可源自于一个氧化反应。该热量被传递到一区段地层从而引起热 解反应。
本文所用术语“热解流体”或“热解产物”指基本是在烃热解过 程中产生的流体。热解反应所产生的流体可与地层内的其它流体混合。 混合物也被认为是热解流体或热解产物。本文所用术语“热解区”是 指能够进行反应或经反应形成热解流体的一大块沥青砂。
“裂解”是指一种包括有机化合物分解和分子重组反应而产生比 最初更多种类分子的过程。裂解时，伴随分子之间氢原子的转移会发 生一系列反应。例如石脑油可经过热裂解反应可以形成乙烯和H2。
“流体压力”是指由地层内流体所产生的压力。“静岩压力”(有 时称为“岩层静应力”)是指地层内的压力，等于每单位面积的上覆岩 体的重量。“静水压力”是由水柱施加到岩层内的压力。
“可凝烃”是指25℃和一个绝对大气压条件下可冷凝的烃。可凝 烃包括碳原子数大于4的烃的混合物。“不凝烃”是指25℃和一个绝 对大气压条件下不能冷凝的烃。不凝烃包括碳原子数小于5的烃。
“烯烃”是一些包括有一或多个非芳香属碳-碳双键的不饱和烃 的分子。
地层的“厚度”指一个地层横截面的厚度，所述横截面与地层立 面垂直。
术语“选定移动区段”是指平均温度处于可移动温度范围的一区 段沥青砂地层。若将一个驱动力施加到选定移动区段内的流体上，则 该流体可以移动。在某些实施方案中，驱动力可以是经一或若干采出 井采出流体所形成的压差。在某些实施方案中，驱动力可以是引入地 层的驱动流体。术语“选定热解区段”指平均温度处于热解温度范围 的一区段沥青砂地层。
“重烃”是指一些粘性的烃流体。重烃可以包括高粘烃流体如重 油、焦油和/或沥青。重烃可包括碳和氢以及少量浓度的硫、氧和氮。 其它微量元素也可以存在于重烃中。重烃的API比重通常低于约20°。 例如，重油的API比重通常约为10-20°，而沥青砂的API比重通常 低于约10°。重烃15℃下的粘度通常大于100厘泊。重烃还可以包括 芳烃或其它复杂的环烃。
“焦油”是指一些15℃下的粘度大于10000厘泊的粘性烃。焦油 的比重通常超过1.000。焦油的API比重小于10°。
“沥青砂地层”是指该地层中的烃主要是以夹带在砂、砂岩、碳 酸岩、碎碳酸岩、火山岩、基岩或其它岩石中的重烃和/或焦油形式存 在。在某些情况下，一部分或所有沥青砂地层的烃部分可主要是重烃 和/或焦油，不含支承构架且仅有浮动的(或不含有)矿物质。
术语“改质”是指提高烃的品质。例如，对重烃进行改质可使重 烃的API比重得以提高。
词语“非高峰时间”通常是指运转时间处于用能闲时因而比较便 宜的时区段。
图1示出一种使用水平式热源来处理沥青砂地层的实施方案。热 源30可以水平放置在沥青砂地层的含烃层32中。含烃层32可在岩层 34之下(例如一个上覆岩层)。岩层34可包括但不限于是泥岩、碳酸 岩和/或其它类型的沉积岩。岩层34的厚度为约10m或更厚。但岩层 34的厚度例如可根据地层类型不同而变动。热源30可基本是水平放 置，或在某些实施方案中与含烃层32的水平方向和垂直方向成一定角 度放置。热源30可将热量提供给一部分含烃层32。
热源30可以包括一个低温热源和/或一个高温热源。低温热源可 以是一个能够给含烃层32中选定移动区段提供热量的热源或加热器， 选定移动区段可以邻近低温热源。所提供的热量可将选定移动区段的 一部分或全部加热到平均温度处于含烃层32所含重烃可移动温度范 围内。可移动温度范围在约50-210℃之间。选定的可移动温度约为 100℃。但可移动温度随含烃层32所含重烃的粘度不同而不同。例如， 对于含烃层32中较高粘度的流体就需要较高的可移动温度。
高温热源可以是一个能为含烃层32中选定热解区段提供热量的 热源或者加热器。选定热解区段可以邻近高温热源。所提供的热量可 将选定裂解区段的一部分或全部加热到平均温度处于含烃层32所含 重烃裂解温度范围内。热解温度范围可在约225-400℃之间。选定的 热解温度可约为300℃。但热解温度可根据地层特性、组成、压力和/ 或含烃层32所生产产品的期望品质的不同而变动。产品的品质可以根 据产品的性质(例如产品的API比重)来确定。热解过程可包括将重 烃裂解成烃碎片和/或轻烃的步骤。重烃热解过程可对重烃品质进行改 质。
所提供的热量可使含烃层32中的一部分重烃可移动。所提供的热 量也可以将含烃层32中的一部分重烃热解。置于含烃层32中的热源 30的长度约在50m-1500m之间。但含烃层32中的热源30的长度可 以依据沥青砂层宽度、期望的产率、热源30的能量输出和/或井眼和/ 或热源的最大可能长度的不同而变动。
图2示出一种基本使用水平式热源来处理沥青砂地层的实施方 案。热源30可水平放置在含烃层32中。含烃层32可位于岩层34以 下。采出井36可按垂直、水平方向或与含烃层32成一定角度进行布 置。采出井36在含烃层32中的位置取决于多种因素(例如：期望的 产品和/或期望的产率)。在某些实施方案中，采出井36可布置在接近 含烃层32底部处。在接近含烃层32底部处采出的方法能够采出较低 API比重的流体。在另一些实施方案中，采出井36可以布置在接近含 烃层32顶部处。在接近含烃层32顶部处采出能够采出较高API比重 的流体。
热源30可以提供热量使含烃层32中的一部分重烃可移动。可移 动流体在重力作用下流向含烃层32的底部。经采出井36采出可移动 流体。放置在含烃层32底部或者底部附近的每一个热源30可将沥青 砂地层底部附近的某些区段或所有区段加热到足以热解该区段内重烃 的温度。该区段称为选定热解区段。选定热解区段内的温度可在约225 ℃-400℃之间。选定热解区段内重烃的热解反应可将重烃转化为热解 流体。
热解流体可通过采出井36采出。采出井36可布置在选定热解区 段。在某些实施方案中，含烃层32中的大部分重烃移动后可减少和/ 或关闭一个或若干热源30。这样做可以更有效地加热地层和/或节省相 关现场处理过程的能量输出成本。此外，若加热器是电加热器，则可 在电费较便宜的非高峰时间对地层进行加热。
在某些实施方案中，可在采出井36内提供能使地层流体汽化的热 量。也在采出井36内提供能使地层流体热解和/或改质的热量。
在某些实施方案中，可经热源30向含烃层32提供增压流体。增 压流体能使可移动流体朝采出井36流动的速度提高。提高热源30附 近的增压流体的压力往往能使可移动流体朝采出井36流动的速度提 高。增压流体可包括但不限于N2、CO2、CH4、H2、蒸汽、燃烧产 物、从地层采出流体中的不凝组分和/或它们的混合物。在某些实施方 案中，增压流体可以经布置在含烃层32中的注入井来提供。
可调控含烃层32中的压力以便控制从地层采出的地层流体的产 率。可通过调节连接采出井36、热源30和/或置于含烃层32的控制井 的控制阀对含烃层32中的压力进行控制。
在一个实施方案中，在地层内至少有一些烃被热解之前禁止从地 层采出烃的操作。当混合物包括了选定的混合物品质(例如API比重、 氢气浓度、芳烃含量等等)时，可从地层内采出混合物。在某些实施 方案中，选定的品质包括API比重至少约为20°、30°或40°。在至少 一些烃被热解之前禁止采出的方法可以提高重烃变为轻烃的转化率。 禁止初期采出的方法可使从地层采出的重烃最少。采出较多数量的重 烃需要昂贵的设备和/或会降低生产设备的寿命。
在一个实施方案中，可通过对从地层采出的样流进行取样来确定 开始生产的时间。样流可以是经采出井或测试井采出的一定量流体。 样流可以是为控制地层内压力而从地层移出的流体的一部分。可对样 流进行测试以确定样流是否具有选定的品质。例如，选定的品质可以 是选定的最低API比重或最高重烃重量百分比。当样流具有选定的品 质时，可开始经地层内的采出井和/或热源采出混合物。
在一个实施方案中，可通过对从地层获得的样流进行实验室处理 来确定开始生产的时间。例如，实验室处理可以包括热解实验，用于 确定从样流到产生选定的最小API比重所需的处理时间。
在一个实施方案中，可从一个处理地层的模拟实验来确定开始生 产的时间。该模拟实验可以是能模拟地层条件(例如压力、温度、产 率等)来确定从地层采出流体品质的计算机模拟实验。
当从地层内采出烃才操作受抑制时，随地层内温度的升高，地层 内的重烃和其它流体(例如水)发生热膨胀和/或相变化，从而使地层 内的压力增加。为防止出现不期望采出、上覆或者下覆岩层破裂和/或 地层中的烃结焦的现象，地层内的压力要维持在选定压力以下。在一 个实施方案中，选定的压力可以是约35巴(绝对值)。对采出井的产 率进行调控可以控制地层内的压力。在某些实施方案中，可通过地层 内一或多个压力释放井释放出地层内汽体的方法对地层内的压力进行 调控。压力释放井可以是热源或者插入地层的独立井。经压力释放井 从地层移出的地层流体可被送到地面设施中。将至少一部分烃从地层 采出的方法可防止地层内的压力升高到选定压力以上。
在某些实施方案中，可经一个热源井眼逆向采出一些地层流体。 例如，在加热沥青砂地层的初期阶段，可经一个热源井眼逆向采出一 些地层流体。在一个实施方案中，可经热源井眼的一部分采出一些地 层流体。可调节沿井眼长度方向的注热量以使经井眼采出的流体不会 过热。可经热源井眼中温度低于井眼其它部分的那部分采出流体。
经热源井眼采出至少一些地层流体的方法可减免对地层内其它采 出井的需求量。此外，经热源井眼采出流体的方法可以降低地层内(特 别是热源井眼周围区域内)的压力。降低地层内的压力可使从地层采 出的液体产量增加和汽体产量减少。在某些实施方案中，经热源井眼 采出流体的方法使流体得以更早地从地层内采出。地层中最靠近热源 井眼的部分要先于地层中靠近采出井的部分升温到可移动和/或热解 温度。因此，在更早的时间里就可从靠近热源井眼的部分采出流体。
图3示出一种能选择性加热的加热井的实施方案。热源30可以放 置在含烃层32内的孔洞38中。在某些实施方案中，孔洞38在含烃层 32中是一个基本水平方向的孔洞。孔洞38中可放置一个有孔套管40。 有孔套管40可起支撑作用以防止含烃层32中的烃和/或其它材料塌陷 到孔洞38内。有孔套管40上的孔眼允许流体从含烃层32流到孔洞 38内。热源30可以包括高热部分42。高热部分42可以是热源30中 以输出热量高于热源其它部分进行操作的那部分。在一个实施方案中， 高热部分42的输出热量约在650瓦/米到1650瓦/米之间。高热部分 42可位于靠近热源30的“脚趾”处(即靠近热源进入含烃层32的 入口端最远的热源端)。
在一个实施方案中，热源30可以包括温热部分44。温热部分44 可以是热源中30中以输出热量低于高热部分42进行操作的部分。例 如温热部分44的输出热量可在约150瓦/米到650瓦/米之间。温热部 分44可位于靠近热源30的“脚后跟”处。热源30的脚后跟可以是热 源中靠近热源进入含烃层32的进入点处的那部分。在某些实施方案 中，温热部分44可以是介于高热部分42和顶头部分46之间的一个过 渡部分(亦即过渡导体)。顶头部分46可以位于上覆岩层48内。顶头 部分46所提供的输出热量低于温热部分44。例如，顶头部分的输出 热量可在约30瓦/米到90瓦/米之间。在某些实施方案中，顶头部分 46尽可能不给上覆岩层48提供什么热量(0瓦/米)。但可用一些热量 来使经孔洞38采出的流体在上覆岩层48内保持汽相状态。
在某些实施方案中，热源30的高热部分42可将烃加热到温度高 至足以导致含烃层32中形成焦炭50。在孔洞38周围可能出现结焦现 象。温热部分44是在较低输出热量下进行操作的，因此在热源30的 温热部分处或其附近不会形成焦炭。当热源30的热从孔洞向外传递 时，焦炭50可从孔洞38沿径向外延。但延伸到一定距离后就不再会 形成焦炭50，因为一定距离后含烃层32的温度将达不到结焦温度。 不发生结焦的距离与输出热量(从热源30输出的瓦数/米)、地层类型、 地层的含烃量和/或地层内的其它条件密切相关。
所形成的焦炭50会阻止流体流入孔洞38。但地层内的流体可在 几乎没有焦炭的热源30脚后根处(亦即热源的温热部分44)经孔洞 38采出。热源30的脚后跟处温度较低，因而降低了经脚后跟处采出 的地层流体更深度裂解的可能性。经孔洞38采出地层流体的时间可以 比经含烃层32内的采出井采出地层流体的时间更早。由于热量是从热 源30穿过含烃层32进行传导，所以靠近孔洞处的温度比远离孔洞处 的温度上升得快，因此经孔洞38进行早期采出是可能的。采用将地层 流体早期采出的方法能使含烃层32中的压力在进行地层加热期间(亦 即地层内采出井开始采出之前)保持较低。降低地层内的压力可使从 地层采出的液体产量增加。此外，经孔洞38采出地层流体的方法可减 少含烃层32内所需采出井的数量。
在处理沥青砂地层的一个实施方案中，可从地层内采出可移动流 体，该可移动流体经过了有限热解处理或未经热解处理和/或改质处 理。采出的流体进一步在该地层附近或远处的地面设施中进行处理。 可对采出流体进行处理而使流体便于(如通过管道或轮船等)输送。 在此实施方案中的热源间距要比采出已热解地层流体所需的热源间距 更大。例如，从沥青砂地层采出基本未热解流体所需热源间距可以约 为15m、约30m甚或40m。地层的平均温度可在约50℃-250℃之间， 或者在某些实施方案中平均温度是在约150℃-200℃之间或约100℃ -150℃之间。可采用较小的热源间距来加强地层内的温升。井眼间距 较大则能使建造井眼、购买和安装加热设备以及为地层提供热量等所 涉及的费用(且并不局限于这些费用)减少。
在某些实施方案中，使从地层采出的重烃百分比高于轻烃可提高 地层输出能量/输入地层能量比。重烃的含能量往往高于轻烃的含能 量。采出更多重烃可提高输出能量/输入能量比。此外，从沥青砂地层 采出重烃的生产费用(如供热量)要低于采出轻烃的费用。在某些实 施方案中，输出能量/输入能量比约为5。在其它一些实施方案中，输 出能量/输入能量比至少约为6或者至少约为7。
在地层内可形成“热区”(或者“热区段”)，以便能够从地层采出 烃。在热区内流体可移动的温度下，原在热区内的烃流体可被采出。 流体从热区移出会产生一个压力或流动梯度场，这样在其它区加热到 可移动温度时可移动流体就能从地层其它区(或区段)流到热区。一 或多个热区可以加热到能热解流入热区内烃的温度。地层其它区的温 度只要高到足以使其它区内的流体可移动并流入热区即可。在这些其 它区内维持较低温度与加热整个地层(包括热区和其它区)到热解温 度相比，能使加热沥青砂地层所需的能耗降低。此外，流体从一或多 个热区而不是从整个地层采出的方法能减少建造和操作采出井所需费 用。
图4示出一种经多个加热区段对地层内重烃进行处理的实施方案 的剖面图。热源30可布置在第一区段52内。可按期望的布局图(例 如六边形、三角形、正方形等等)布置若干热源30。在一个实施方案 中，热源30以如图4所示的三角形进行布置。第一区段52内，热源 30间的距离可小于约25m，或者在某些实施方案中小于约20m或小于 约15m。第一区段52(及第二区段54和第三区段56)的体积可由该 区段内的热源30布局图和热源间距和/或热源的输出量来确定。在第 一区段52内可布置一些采出井36。采出井36数量、走向和位置的确 定因素包括但不限于期望的产率、选定的产品品质和/或重烃-轻烃比。 例如，可如图4所示在第一区段52的上部布置一个采出井36。在一 些实施方案中，第一区段52内要布置一个注入井58。注入井58(和/ 或热源或者采出井)可用来给第一区段52提供增压流体。增压流体包 括但不限于二氧化碳、N2、CH4、蒸汽、燃烧产物、从地层采出的不 凝流体或它们的组合形式。在某些实施方案中，注入井58的位置应选 择在能使从第一区段52回收的流体量随所提供的增压流体而提高的 地方。
在一个实施方案中，热源30用来给第一区段52提供热量。第一 区段52被加热到能使第一区段内的至少一些重烃可移动的温度。能使 至少一些烃可移动的温度(即可移动温度)约在50℃-210℃之间。在 其它一些实施方案中，可移动温度约在50℃-150℃之间或约在50℃ -100℃之间。
在一个实施方案中，可从第一区段52采出第一混合物。第一混合 物可经采出井36或若干采出井和/或热源30采出。第一混合物可包括 第一区段的可移动流体。可移动流体可包括至少一些第一区段52的 烃。在某些实施方案中，所采出的可移动流体包括重烃。第一混合物 的API比重为小于约20°、小于约15°或者小于约10°。在某些实施方 案中，第一混合物包括至少一些热解烃。有一些烃是在第一区段52中 温度比第一区段其余部分要高的区域热解。例如，靠近热源30的区域 就比第一区段52其余部分的温度略高(约高出约50℃-100℃)。
如图4所示，第二区段54可邻近第一区段52。第二区段54可包 括热源30。第二区段54内的热源30可采用类似第一区段52的热源 30布局图进行布置。在一些实施方案中，为给第二区段54提供所期 望的加热，第二区段54的热源30布局图可与第一区段52的热源30 布局图不同。在某些实施方案中，第二区段54中的热源30间距比第 一区段52中的热源30间距要大。热源30可给第二区段54提供热量 以使第二区段内的至少一些烃可移动。
在一个实施方案中，采出第一混合物后，可将第一区段52内的温 度提高到热解温度。第一区段中的热解温度可在约225℃-375℃之间。 在某些情况下，第一区段的热解温度至少约250℃或至少约275℃。可 移动流体(如可移动重烃)就能从第二区段54流入第一区段52。从 第二区段54流入第一区段52的一些可移动流体可在第一区段52内被 热解。在第一区段52内热解可移动流体的方法可改善流体的品质(例 如：提高流体的API比重)。
在某些实施方案中，可从第一区段52采出第二混合物。第二混合 物可经采出井36或若干采出井和/或热源30采出。第二混合物可包括 至少一些在第一区段52内热解的烃。来自第二区段54的可移动流体 和/或原在第一区段52内的烃可在第一区段52内被热解。可通过调控 供给第一区段52和第二区段54的热量大小来控制重烃热解成轻烃的 转化率。在一些实施方案中，可通过调节第一区段内的热源或者若干 热源30的输出热量来控制供给第一区段52和第二区段54的热量。在 林一些实施方案中，可通过调节第二区段内的热源或者若干热源30的 输出热量来控制供给第一区段52和第二区段54的热量。可调节第一 区段52和第二区段54内热源30的输出热量以便对因含烃层32内的 热量分布而导致流体在地层中沿垂直和/或水平面的流动进行控制。例 如输出热量可调节为地层内热流量和品质流量保持平衡，从而使地层 中的物质(即地层内的流体和矿物基岩)能基本被均匀加热。
从第一区段采出井采出流体的方法可使采出井处的压力较低，从 而产生一个压力梯度场。此压力梯度场可使邻近区段的可移动流体流 入第一区段。在一些实施方案中，第二区段54中要提供增压流体(如 通过注入井58提供)来增加第二区段中的烃向第一区段52的移动量。 该增压流体可加大地层内的压力梯度，以便使可移动流体向第一区段 52流动。一些实施方案中，从第一区段52采出流体的方法可使第二 区段54内的压力维持在静岩压力之下(例如，低于能使上覆岩层破裂 的压力)。
如图4所示，第三区段56可邻近第二区段54。可由热源30向第 三区段56供热。第三区段56内的热源30可采用类似第一区段52和/ 或第二区段54的热源30布局图进行布置。在一些实施方案中，按与 第一区段52和/或第二区段54的热源30布局图不同的方式布置第三 区段56的热源30。一些实施方案中，第三区段56中的热源30间距 比第一区段52中的热源30间距要大。热源30可给第三区段56提供 热量以使第三区段内的至少一些烃可移动。
在一个实施方案中，采出第一混合物之后，可将第二区段54内的 温度提高到热解温度。可移动流体就能从第三区段56流入第二区段 54。从第三区段56流入第二区段54的一些可移动流体可在第二区段 54内被热解。可从第二区段54采出该混合物。从第二区段54采出的 混合物包括至少一些热解烃。从第二区段54采出的混合物的API比 重为至少约20°、30°或40°。可经采出井36和/或位于第二区段54内 的热源30采出该混合物。可调控供给第三区段56和第二区段54的热 量来控制重烃变轻烃的转化率和/或第二区段内采出的混合物具有所 期望的性质。
在另一个实施方案中，使来自第三区段56的可移动流体流过第二 区段54并进入第一区段52。至少有一些来自第三区段56的可移动流 体在第一区段52被热解。另外，来自第三区段56的至少一些可移动 流体是作为第二混合物的一部分在第一区段52采出。随地层从第一区 段52开始经过几个区段的采出，所采出流体中的重烃成分依次减少。
在一些实施方案中，在第三区段56中要提供增压流体(如通过注 入井58提供)来增加第三区段56内的烃移动量。该增压流体能使可 移动烃向第一区段52和/或第二区段54的流速提高。例如，在第三区 段56和第一区段52之间形成压力梯度场以使流体从第三区段向第一 区段的流速提高。
在一个实施方案中，可同时或间隔较短时间内开启向第一区段52、 第二区段54和/或其它区段的供热。在一个实施方案中，可在第一区 段52中烃和其它流体(如盐水)基本枯竭后的同时开启向第二区段 54、第三区段56和任何其它后续区段的供热。在其它一些实施方案中， 第一区段52与后续区段(例如第二区段54、第三区段56)间的开启 推后时间例如可为约1年、1.5年或2年。
可从第一区段52和/或第二区段54采出烃，使地层内最初所含烃 物质有50％(重量)被采出。在其它一些实施方案中，地层内最初所 含烃物质有至少60％或者70％(重量)被采出。
采用3-D模拟实验进行现场处理沥青砂地层的大规模布局模拟。 图5示出一个布置在含烃层32中并用于大规模布局模拟的热源30和 采出井36(A-E)的布局图。热源30和采出井36(A-E)沿水平 方向布置在长度为1000m的含烃层32中。含烃层32的水平方向宽度 为145m米，垂直高度为28米。五个采出井36(A-E)位于热源30 的布局图内，间距如图5所示。
第一级加热包括开启第一区段62中的热源30。第一级加热过程 中经第一区段62内的采出井36A进行采出。采出井36A的最小采出 压力设定为6.8巴(绝对值)。当流体在含烃层32中可移动和/或被热 解时，可经采出井36A采出流体。第一级加热过程在模拟实验的前360 天进行。
第二级加热过程包括开启第二区段64、第三区段66、第四区段 68和第五区段70中的热源30。第二区段64、第三区段66、第四区段 68和第五区段70中的热源30在第360天时开启。采出井36(B-E) 的最小采出压力设定为6.8巴(绝对值)。
第一区段62中的热源30在1860天时关闭。1860天时采出井36A 停止采出。类似地，其它区段64、66、68、70中的热源30在2200天 后关闭。模拟实验在2580天时终止，但经采出井36(B-E)进行的 采出继续进行。热源30维持在相对恒定的1150瓦输出热量/米。
第一级加热后可经采出井36(A-E)的任何一个进行采出。因为 前期阶段是经采出井36A采出流体，当含烃层32其它区段中的流体 可移动和/或被热解时，地层中的流体往往会流向采出井36A。流体流 动主要归因于含烃层32中流体的汽相输运。
进入模拟实验约800天时，第五区段70中的最大平均压力仍低于 约100巴(绝对值)。当第五区段70中的流体可移动(即平均温度提 高约到100℃以上)时压力就随之降低。
油产量在前1500天左右慢慢增加，约1500天后快速增加，1785 天时到最大值880m3/天。约1785天后，由于大部分流体已从含烃层 32中采出，因而产率下降。1785天时的高产率可能是因为地层中烃热 解后使地层内汽相输运速度较高的缘故。
前期的1500天左右气体产率慢慢增加，约1500天后快速增加， 约1800天时达到最大值23500m3/天。达到最高气体产率的时间与达 到最高油产率的时间基本相同。因此，最高油产率主要是源于高气体 产率。
图6示出一种在地层中组合使用采出井和加热井来处理沥青砂地 层的实施方案的示意图。热源30和72基本是水平布置在含烃层32内。 热源30可以布置在含烃层32的上部74。热源72可布置在含烃层32 的下部76。在一些实施方案中，热源30、72或是选定的热源可用作 流体注入井。热源30和/或热源72在含烃层32中可成三角形分布。 含烃层32中的热源布局图可依据各种因素(例如：地层宽度、所需加 热速度和/或所需产率)按需要重复布置。
在一些实施方案中，热源72可布置在含烃层32的近底部处。热 源72可布置在距地层底部约1m-6m处，距地层底部约1m-4m处或距 地层底部约1m-2m处。在一些实施方案中，热源30和72的输入热量 有所不同。输入热量有差异可降低成本和/或能生产所期望的产品。例 如，可在地层内有一些流体可移动后将含烃层32上部的热源30关闭 或关小。关停或减小加热器的热量输出可抑制烃蒸汽从地层采出之前 发生蒸汽过度裂解的现象。关停或减小加热器或若干加热器的热量输 出可降低加热地层的能耗。
图7是从另一个角度描述图6实施方案的示意图。热源30和72 基本是水平布置在含烃层32中。热源30和72可经一或多个穿过上覆 岩层48所形成的直井或斜井而进入含烃层32。在一些实施方案中， 每一热源都有各自的井眼。在其它一些实施方案中，从一个公共井眼 可分支出一或若干热源。
可如图6和7所示经采出井36采出地层流体。在一些实施方案中， 采出井36位于含烃层32的上部74。采出井36可布置在接近地层的 上覆岩层48处。例如，采出井36可位于距上覆岩层48约1-20m处、 距上覆岩层48约1-4m处、距上覆岩层48约1-3m处。在一些实施 方案中，至少有一些地层流体要经热源30、72或选定热源采出。
在一些实施方案中，为了移送烃或是说提高烃的移动性，要为沥 青砂地层提供增压流体(例如气体)。提供增压流体的做法可提高施加 于地层中烃流体上的剪切速率，使地层中的烃流体粘度降低。在一些 实施方案中，是在有效加热地层之前给选定的区段提供增压流体。增 压流体的注入可增加地层的可采部分。增压流体的注入可提高地层能 量输出(亦即从地层采出产品的能含量)与输入地层能量(亦即处理 地层的能耗)之比。
如图6所示，注入井58或若干注入井可布置在含烃层32中，以 将增压流体引入地层。在某些实施方案中，注入井58可位于两个热源 30、72之间。但注入井的位置是可以变动的。在某些实施方案中，增 压流体是经布置在地层中的热源或者采出井注入的。在一些实施方案 中，含烃层32中布置了一个以上的注入井58。增压流体可包括气体 例如象二氧化碳、N2、蒸汽、CH4和/或它们的组合形式。在一些实施 方案中，从地层采出的流体(例如：燃烧气体、加热剂废气或采出的 地层流体)可用作增压流体。供入增压流体将会使含烃层32中选定区 段的压力增加。选定区段的压力可维持在选定压力以下。例如，该压 力可以维持在约35巴(绝对值)、约30巴(绝对值)或者约25巴(绝 对值)以下。压力的大小可由许多因素(例如：地层的深度、期望的 产率、地层中焦油的初粘度等)来决定。
在一些实施方案中，通过控制增压流体进入选定区段的流速(即 注射速率)来维持压力。在另一些实施方案中，通过变动增压流体的 注入位置来控制压力。在另一些实施方案中，通过控制采出井36的产 率来维持压力。
在某些实施方案中，热源可用来在注入井和采出井之间建立一个 流体流动通道。热源所提供的热量可降低热源处或热源附近重烃的粘 度。在烃流动通道建立之前减粘烃是不能移动的。通过沿着热源长度 的不同位置和靠近热源处布置注入井和采出井的方法可建立起烃流动 通道。经注入井提供的增压流体可产生一个减粘烃向采出井的流动。
图8示出一个在地层中使用增压流体实施方案的示意图。热源30 基本是垂直布置在含烃层32中。注入井58和采出井36基本是水平布 置在含烃层32中。热源30可为含烃层32提供热量以降低地层中烃的 粘度。由于热前缘是自热源向外径向传播的，因此热源30或附近处烃 的粘度比远离热源处烃的粘度更早下降。可经注入井58向含烃层32 提供增压流体。增压流体可产生一个减粘烃向采出井36的流动。用增 压流体的注入速率和/或采出井36处的压力来控制流速。
在一些实施方案中，当沿热源30长度上注入井58和采出井36之 间已产生烃流动后，可减小或关闭热源。减小和/或关闭热源30能节 省从含烃层32采出流体能量费用。采用注入增压流体使流体移向和清 扫向注入井36的方法，可连续从含烃层32中采出流体。在某些实施 方案中，可以在地面设施(如加热器)中将增压流体加热到较高温度。 加热的增压流体可用来为含烃层32提供一些热量。在一个实施方案 中，在热源30所提供的热量减小和/或关停后，加热的增压流体可用 来维持地层内的温度。
在某些实施方案中，注入井58、采出井36和热源30可采用另一 类角度布置在含烃层32中。图9示出在含烃层32中使用增压流体的 另一实施方案示意图。如图9所示，注入井58和采出井36基本是垂 直布置在含烃层32中。热源30基本是水平布置在含烃层32中。如图 8的实施方案中所示，通过注入增压流体而使粘度降低的烃是沿热源 30的长度在注入井58和采出井36之间流动，
在选定的区段中提供增压流体的方法可以加大从地层中清扫出烃 的力度(亦即提高被加热和从地层采出烃的总量)。加大对地层中烃的 清扫力度可提高地层中烃的总采收率。在一些实施方案中，可从地层 中采出最初估计烃量的50％(重量)以上。在其它实施方案中，可从 地层中采出最初估计烃量的60％或者70％(重量)以上。
可通过控制流体从地层中的移出量和/或控制流体注入地层的速 率来控制地层内的压力。在一个实施方案中，在重烃变为可移动和/或 热解过程中部分沥青砂地层中的压力可提高到理想压力。理想压力与 烃在地表下的深度有关。在一些实施方案中，理想压力可在从2巴到 70巴(绝对值)的范围。当压力维持在7-30巴(绝对值)范围时就 可采出烃液体。在可移动和/或热解过程中压力可发生变化或者被改 变。可改变压力来控制采出流体的组成、控制可凝流体/不凝流体重量 百分比和/或控制要采出流体的API比重。增加压力可以提高采出流体 的API比重。增加压力也可以提高采出流体中链烷烃的百分比。
增加地层压力会提高地层采出流体中的氢气分压(hydrogen)。采 出流体中的氢气分压源自于地层中升高的氢气分压。例如，采出流体 中的氢气分压可能会自动升高或通过注入氢气而升高。升高氢气分压 可进一步改质重烃。重烃可以减小为较轻的高品质烃。通过氢气与采 出流体中的重烃碎片反应可生成较轻的烃。流体内溶解的烃还可还原 采出流体中的烯烃。因此流体内氢气分压升高能减少采出流体中烯烃 的百分比。减少采出流体中烯烃和/或重烃的百分比可提高采出流体的 品质(如API比重)。
在一个实施方案中，可对部分沥青砂地层进行加热来提高H2分 压。可在采出井、监测井、加热井和/或注入井处对H2分压进行测量。 在一些实施方案中，升高的H2分压可包括从约0.5巴到7巴(绝对值) 的范围的H2分压。或者，升高的H2分压包括从约5巴到7巴(绝对 值)范围的H2分压。例如，大部分采出烃流体中的H2分压是在约5 巴到7巴(绝对值)范围内。属于热解H2分压的H2分压范围例如可 根据地层被加热部分的温度和压力而变动。
在一个实施方案中，可控制地层内的压力以提高理想碳数分布烃 的产量。地层压力低有利于具有大部分采出流体是可凝烃的碳数分布 烃的生产。在一些实施方案中，碳数分布的主峰碳数(最可几值)在 约12到16之间。地层压力低可减少烃裂解成较轻烃的现象。地层压 力高会使碳数分布主峰碳数移向左侧(向低碳原子数)方向移动。降 低地层压力能提高可凝烃的产量而降低不凝烃的产量。较低地层压力 下进行操作可抑制地层中产生二氧化碳和/或增加地层中烃的采收率。
通过在地层中形成一个压差可控制或降低沥青砂地层中的压力。 在一个实施方案中，地层的第一区段可先于地层其它区段(亦即邻近 区段)进行加热。第一区段加热过程中，第一区段中的至少一些烃被 热解。在其它区段开始加热之前或者开始加热的过程中(亦即在其它 区段中的温度达到可移动温度之前的前期加热阶段)从第一区段采出 热解的烃(例如轻烃)。在一些实施方案中，可以从第一区段采出一些 未热解烃(例如重烃)。可在第一区段温度未达到热解温度的前期加热 阶段采出未热解烃。从第一区段采出流体可在地层中建立一个压力梯 度场，采出井处的压力为最低。
当邻近第一区段的地层区段被加热时，加给地层的热量可以降低 烃的粘度而使烃可以移动。这些烃被称为可移动烃。可移动的液态烃 在重力排泄作用下向下移动。因从第一区段采出流体而形成的压力梯 度场使可移动的汽态烃向第一区段移动。可移动汽态烃向第一区段的 运动可防止被加热和/或被热解区段中累积的压力过大。第一区段的温 度可维持在要从第一区段的采出井采出的期望烃流体的冷凝温度以 下。
经第一区段采出井采出来自其它区段流体的做法可减少从地层采 出流体所需的采出井数量。地层其它区段中的压力(例如，其它区段 中邻近热源处的压力)仍然较低。即使在相对较深的沥青砂地层中仍 维持较低的地层压力。例如，在地面以下约540m处地层的压力可维 持在约15巴(绝对值)以下。
控制被加热区段中的压力可防止热源中的套管挤坏。控制被加热 区段中的压力可防止在热源处或附近处形成过量焦炭。通过控制烃从 邻近区段采出井采出的产率和/或释放热源处或邻近处的压力来对被 加热区段的压力进行控制。
图10示出一个处理沥青砂地层实施方案的平面视图。热源30可 用来为含烃层32的52、54和56区段提供热量。热源30可按类似图 4实施方案所示的布局图进行布置。采出井36可位于第一区段52的 中心。采出井36基本是水平布置在第一区段52中。根据所期望的产 率、所期望的产品品质或者特性等因素，可采用另外的采出井36位置 和/或走向。
在一个实施方案中，可由热源30给第一区段52供热。提供给第 一区段的热量可使第一区段内的至少一些烃可移动。在温度超过约50 ℃或在一些实施方案中超过约75℃或100℃时第一区段52内的烃变 为可移动(粘度显著降低)。在一个实施方案中，第一区段52达到热 解温度之前不采出可移动烃。在提高第一区段52温度的同时不采出烃 的做法会使第一区段内的压力升高。在一些实施方案中，经采出井36 采出至少一些可移动烃，以防止地层内的压力过高。采出的可移动烃 包括重烃、液态轻烃和/或未热解烃。在某些实施方案中，仅采出能使 第一区段52中的压力维持在选定压力以下的部分可移动烃即可。选定 压力例如可以是地层的静岩压力、天然静水压力或是一个为产生所期 望产品特性而选择的压力。
在一个实施方案中，可由热源30给第一区段52供热以将第一区 段52的温度升高热解温度。热解温度包括250℃以上的温度。在一些 实施方案中，热解温度可在约270℃、300℃或325℃以上。可经采 出井36或若干采出井从第一区段52采出热解烃。经采出井36或若干 采出井采出的过程中，可由热源30给第二区段54供热以使第二区段 内的烃可移动。将第二区段54进一步加热可使第二区段内的至少一些 烃发生热解。还可由热源30给第三区段56提供热量以使第三区段内 的一些烃变为可移动和/或发生热解。在一些实施方案中，第三区段56 中的热源30是在第二区段54中的热源30之后开启。在另一些实施方 案中，第三区段56中的热源30与第二区段54中的热源30同时开启。
利用采出井36或若干采出井从第一区段52开采烃可以在采出井 处形成压降。压降是指与含烃层32中的压力相比采出井36或若干采 出井四周为一个低压区。由于采出井处有压降，流体可从第二区段54 和第三区段56流向采出井36或若干采出井。流向采出井36的流体包 括至少一些汽态轻烃。在一些实施方案中，流体包括一些液态烃。与 流体仍留在第二区段54和第三区段56中并被加热到较高温度的情况 相比，流体向采出井36的流动能使第二区段54和第三区段56中维持 较低压力。另外，流向采出井36的流体在加热区段的停留时间较短， 与仍留在加热区段的流体相比所经历的热解反应要少。可经采出井36 采出第二区段54和/或第三区段56中的至少一部分流体。在某些实施 方案中，在第二区段54和/或第三区段56中布置一或若干采出井，以 便从这些区段采出一些烃。
最初在各区段(第一区段52、第二区段54和第三区段56)中存 在的烃基本被采出后，关小或者关闭各区段的热源30以减小对给定区 段的供热量。关小和/或关闭热源30可降低加热含烃层32的能耗。此 外，关小和/或关闭热源30可在烃流向地层的采出井36或其它采出井 时防止发生进一步的裂解。在一个实施方案中，第一区段52的热源 30要先于第二区段54的热源30或第三区段56的热源30被关闭。各 区段52、54和56中每个热源30的开启和持续时间可根据实验和/或 模拟数据进行确定。
流体向采出井36的流动可增加含烃层32的烃采收率。一般来说， 降低含烃层32中的压力往往能增加烃从地层的累积采收率，并减少不 凝烃从地层的采出量。减少不凝烃的采出可使从地层采出混合物的 API比重降低。在某些实施方案中，压力的选择应使所期望的采出混 合物API比重和烃从地层的采收率之间保持平衡。流体向采出井36 的流动可提高烃从地层清扫出来的效率。清扫效率的提高可使烃从地 层的采收率增加。
在某些实施方案中，要选择含烃层32中的压力以便从地层采出具 有期望品质的混合物。例如，可通过控制地层内加热速度、控制经采 出井36或若干采出井的产率、控制热源30的启动时间、控制使用热 源30的持续时间等来控制含烃层32中的压力。可对含烃层32中的压 力连同其它操作条件(例如：温度、产率等)进行选择和控制来采出 所期望品质的混合物。在某些实施方案中，地层中的压力和/或其它操 作条件是根据所采出混合物的价格特点进行选择的。
在地层上部采出地层流体的方法能够采出基本为汽态的烃。可从 位于沥青砂地层上部的采出井采出较轻的烃。从地层上部采出的烃品 质要高于从地层下部采出的烃。经上层部位的井进行采出还可防止所 采出流体在采出井眼处结焦。经位于地层下部的井进行采出的方法能 采出比上部采出烃更重的烃。较重的烃流体可含有大量的冷沥青或焦 油。当经位于地层上部的井眼采出时，冷沥青或焦油采出量往往会减 少。在一些实施方案中，地层上部包括地层的上半部分。但上部的尺 寸会根据若干因素(例如：地层厚度、地层的垂向渗透率、地层深度、 所期望的采出流体品质和/或所期望的产率)而有所变动。
在一些实施方案中，从地层采出混合物的品质可通过变动地层中 混合物的采出位置来进行控制。采出混合物的品质可以根据不同指标 (如混合物的API比重，碳数分布、混合物中各组分重量比和/或混合 物中氢气分压)进行评级。混合物的其它品质包括但不限于混合物中 重烃与轻烃比值和/或混合物中芳烃与链烷烃比值。在一个实施方案 中，通过在处理过程的不同时间从不同采出井采出流体来改变混合物 的采出位置。例如，通过变动采出井与热源间的距离来改变混合物的 品质。从位于热源附近的采出井采出流体的方法能增强在采出井处或 附近的裂解作用。采出的流体具有高API比重和高不凝烃分数。从不 靠近热源或若干热源的采出井处采出流体的方法能够采出含较少不凝 烃的流体。
在一些实施方案中，变动采出位置的方法包括改变混合物从烃层 采出的部位。例如，可在地层采出过程中在不同时间从烃层的上层部 位、烃层的中层部位和/或烃层的下层部位采出混合物。改变混合物从 烃层采出部位的方法包括变动烃层中采出井的深度和/或变动采出井 中采出混合物的深度。在某些实施方案中，上层部位采出比中层部位 和下层部位采出更能提高采出混合物的品质。上层部位采出往往能增 加从地层采出汽相和/或轻烃的量。下层部位采出会降低采出混合物的 品质，但在较低部位(例如中层部位和下层部位)采出可使从地层和/ 或选定处理的一部分地层的总物质采收率(亦即采出物与烃层或选定 那部分烃层中最初存在物的重量百分比)。在一些实施方案中，下层部 位采出可提供最高的总物质采收率。
在某些实施方案中，上层部位包括最接近地层上覆岩层的约三分 之一烃层。但上层部位可包括最接近地层上覆岩层的高至约35％、40 ％或者45％烃层。下层部位可包括最接近地层下覆地层或基岩的一部 分烃层，这部分烃层所占的百分比基本与上层部位所占的烃层百分比 相等。中层部位可包括上层部位和下层部位间剩余的烃层。例如，上 层部位包括最接近上覆岩层的约三分之一烃层，下层部位包括最接近 下覆岩层的约三分之一烃层，则中层部位包括上层部位和下层部位之 间的其余约三分之一烃层。图11(如下文所述)示出在含烃层32中 沿采出井36的上层部位78、中层部位80和下层部位82的实施方案。
在一些实施方案中，下层部位在烃层中所占的百分比与上层部位 所占百分比不同。例如，上层部位包括最接近上覆岩层的约30％烃层 而下层部位包括最接近下覆岩层的约40％烃层，则中层部位包括上层 部位和下层部位间剩余的约30％烃层。烃层中上层部位、中层部位和 下层部位所占的百分比例如可根据地层中热源的位置、地层中热源的 间距、地层的结构(如烃层内的不渗透层)等参数而变动。在一些实 施方案中，烃层只包括上层部位和下层部位。上层部位、中层部位和/ 或下层部位在烃层中所占的百分比随烃层的渗透率不同而变动。渗透 率在地层的垂直方向上可能有变动。例如，上层部位的渗透率可能低 于下层部位的渗透率。
在一些地层中，烃层的上层部位、中层部位和下层部位可由各部 位的特性来确定。例如，中层部位可包括地层中位置高至足以在至少 一些烃可流动后不会有重烃在该部分沉积的部分。底层部位可包括在 可移动化作用后因重力渗泄作用而使重烃基本沉积在此的部分。顶层 部位可以是在至少一些重烃可移动后生产过程基本为汽相采出的部 分。
在一个实施方案中，可通过变动采出井中的采出深度来改h变采出 混合物的位置。可从烃层的不同部位或不同位置采出混合物来控制采 出混合物的品质。可调节采出井中的采出深度来改变混合物从烃层采 出的部位。在一些实施方案中，在从地层采出混合物之前确定采出深 度。在另一些实施方案中，采出深度可在采出混合物的过程中进行调 节，以便控制采出混合物的品质。在某些实施方案中，采出井中的采 出深度包括沿采出井长度对采出位置进行变动。例如，采出位置可以 是沿地层中采出井长度的任何深度。变动地层中的采出位置的深度可 改变从地层采出的混合物品质。
在一些实施方案中，变动采出井中采出位置的方法包括改变采出 井中填充层的高度。例如可改变采出井中填充层的高度来改变采出井 中从地层采出流体的部位。采出井中的填充层往往能阻止流体在填充 层所在位置采出。在其它实施方案中，变动采出井中采出位置的方法 包括改变在采出混合物所用采出井眼上的穿孔位置。采出井眼上的穿 孔用来使流体进入采出井内。变动这些穿孔的位置可改变流体进采出 井的位置或若干位置。
图11示出一个位于含烃层32中的采出井36的实施方案的剖面 图。含烃层32包括上层部位78、中层部位80和下层部位82。采出井 36可处于含烃层32的全部三个部位78、80和82内或者只处在含烃 层一或多个部位内。如图11所示，采出井36基本是垂直于含烃层32 进行设置。然而，例如可根据所期望的产品品质、上覆岩层48的深度 和所期望的产率等因素，采出井36可采取另一些角度(例如水平向或 者介于水平向和垂直向之间的其它角度)布置在含烃层32中。
采出井36内可布置一个填充层84。填充层84往往能阻止在采出 井中填充层位置处采出流体(亦即在填充层处流体不能流向采出井 36)。可以调节采出井36内填充层84的高度来改变采出井中采出流体 处的深度。例如，增大填充层高度降低地层中经采出井36采出流体处 的最大深度。减小填充层高度将增加采出深度。在某些实施方案中， 填充层84可布置在井眼内的不同深度以便能在不同高度处阻止流体 的采出。可布置一个穿过填充层84的导管86以便深入到采出井36的 填充层以下处采出流体。
可沿采出井36的长度布置一或多个穿孔88。穿孔88用来使流体 能够进入采出井36内。在某些实施方案中，可沿采出井36的全长布 置穿孔88，使流体能在沿采出井长度的任何位置处进入采出井36。在 其它实施方案中，可变动穿孔88的位置来调节沿采出井36长度方向 上用来从含烃层32采出流体的区段。在一些实施方案中，可以关闭一 或若干穿孔88以禁止经一或若干穿孔采出流体。例如，可在想要禁止 采出而关闭的穿孔88上方布置一个滑动元件。沿采出井36的某些穿 孔88可在选定时间关闭或打开，以便能在选定时间里沿采出井的不同 位置采出流体。
在一个实施方案中，从上层部位78采出第一混合物，从中层部位 80采出第二混合物，从下层部位82采出第三混合物。可在处理含烃 层32的过程中于不同时间采出第一、第二和第三混合物。例如，第一 混合物可在第二混合物或者第三混合物之前采出，而第二混合物可在 第三混合物之前采出。在某些实施方案中，所采出第一混合物应达到 使其API比重大于约20°。所采出第二混合物或第三混合物也应达到 使各混合物的API比重大于约20°。每个API比重大于约20°的混合 物的采出时间对每个混合物都不相同。例如，第一混合物的采出时间 可早于第二混合物和第三混合物。第一混合物可更早采出的原因是第 一混合物从上层部位78采出。前期上层部位78处的流体往往比中层 部位80或下层部位82的流体具有更高的API比重，这是因地层内较 重流体(例如重烃)的重力渗泄作用和/或在地层较高部位汽相产量较 高的缘故，
从沥青砂地层采出的烃流体品质可用碳数分布来描述。通常，较 低碳数分布的产品如碳原子数小于25的产品被认为比碳原子数高于 25的产品更有价值。在一个实施方案中，沥青砂地层处理过程可包括 给至少一些地层供热以便能从该地层采出大部分流体为碳原子数小于 约25或例如小于约20的烃流体。例如所采出的可凝流体中碳原子数 大于约20的流体要少于20％(重量)。
现场处理方法可为沥青砂地层内的烃提供用来可移动化和/或热 解的热量，以便从一些采用常规开采技术如地面采矿、溶解萃取等技 术无法采出的地层中采出烃。这些烃存在于相对较深的沥青砂地层中。 例如这些烃可存在于比地表下500m深但比地表下700m浅的沥青砂地 层中。这些较深沥青砂地层中的烃处于较冷温度下而使这些烃基本是 不可移动的。由于随着地层在地表下深度的增加会使地层自然加热现 象加剧，因而在较深地层(例如大于地面以下700m的深度)中发现 的烃可移动性要略高一些。因其可移动性烃可能更容易从这些较深地 层中采出。但这些烃通常是API比重低于20°的重烃。在一些实施方 案中，API比重可能会低于15°或者10°。
从沥青砂地层采出的重烃可与轻烃混合，以使重烃可输送到地面 设施(例如经管线泵送烃)。在一些实施方案中，经第二管线(或用货 车)从其它地方(例如地面设施或另一采出点)将轻烃(例如石脑油) 运来与重烃混合。购买轻烃和/或运送轻烃到地层处所花费用会使从地 层采烃过程的费用显著增加。在一个实施方案中，采出轻烃的地点就 在采出重烃的地层处或附近(如距地层处100公里以内)而不是用第 二管线供应轻烃，这样就可使第二管线用于其它目的。除已用于泵送 采出流体的第一管线外，第二管线可用来将采出流体从地层处泵送到 地面设施。第二管线的这种利用方式进一步加大了在地层处或附近采 出轻烃(调合剂)的经济可行性。另一个任选方法是在地层处建设一 个地面设施或炼油厂。但这样做成本高且在某些情况下是不可能的。
在一个实施方案中，可在采出重烃的地层处或附近(亦即重烃采 出点附近)采出轻烃(例如调合剂)。轻烃可与重烃混合以便形成可输 送的混合物。将可输送混合物引入第一管线内，将流体输送到距采出 点约100公里外的远方炼油厂或者运送设备。可输送混合物也可被引 入到先前用来将调合剂(例如石脑油)输送到采出点或附近的第二管 线中。在采出点或附近处采出调合剂的方法能使向远方炼油厂或运送 设备的输送量显著提高而不用安装另外管线。另外，所用调合剂可由 炼油厂回收和出售而不用送回重烃采出点。可输送混合物也用作作为 远方炼油厂生产过程的原料。
在使用两条管线系统且其中的一条管线专门用于把调合剂输送到 重烃采出点的实施方案中，重烃向现有的远方地面设施的输送量可能 是一个限制因素。使用在重烃采出点或者附近处采出的调合剂能使重 烃向远方地面设施的输送量显著提高。在一些实施方案中，调合剂可 用于清洗罐、管线、井眼等等。用于这些用途的调合剂将使从罐、管 线或者井洗出的组分不会沉淀。
在一个实施方案中，重烃以第一混合物的形式从沥青砂地层的第 一区段采出。重烃可以包括API比重低于20°、15°或者10°的烃。提 供给第一区段的热量可使第一区段内至少一些烃可移动。第一混合物 可包括至少一些来自第一区段的可移动烃。第一混合物中的重烃可包 括含量高于饱和烃含量的沥青。例如，第一混合物的重烃中沥青与饱 和烃的比例大于约1、约1.5或大于约2。
提供给地层第二区段的热量可将第二区段内的至少一些烃热解。 可从第二区段采出第二混合物。第二混合物包括至少一些来自第二区 段的热解烃。来自第二区段的热解烃包括第二区段采出的轻烃。第二 混合物可包括较多量(与地层内发现的重烃或烃相比)的诸如石脑油、 甲烷、乙烷或丙烷(即饱和烃)和/或芳烃的烃。在一些实施方案中， 轻烃中的沥青与饱和烃比例小于约0.5、小于约0.05或者小于约0.005。
第二混合物的轻烃中的可凝成分可用作调合剂。除石脑油外，调 合剂中还存在一些组分能使调合剂溶解大量的沥青和/或固体烃。调合 剂可用于清洗罐、管线和其它有固体(或半固体)烃沉淀的容器。
与重烃相比，第二混合物的轻烃包括更少的氮、氧气和/或硫。例 如，轻烃可结合有重量总百分比小于约5％、小于约2％或小于约1％ 的氮、氧和硫。重烃可结合有重量总百分比大于约10％、大于约15 ％或者大于约18％的氮、氧和硫。轻烃的API比重大于约20°、大于 约30°或者大于约40°。
可将第一混合物和第二混合物进行调合来形成第三混合物。第三 混合物可在重烃采出设备处或附近的地面生产设施处形成。第三混合 物可有选定的API比重。选定的API比重可以为至少10°且在一些实 施方案中为至少20°或30°。所选定的API比重应能使第三混合物进行 有效运输(例如经管线输送)。
第三混合物中第一混合物与第二混合物的比例可由第一混合物与 第二混合物的API比重来确定。例如，第一混合物的API比重越低， 则要生产具有选定API比重的第三混合物所需的第二混合物就越多。 类似地，若要提高第二混合物的API比重，就要增大第一混合物/第二 混合物的比值。在一些实施方案中，第三混合物中第一混合物/第二混 合物的比值至少为3∶1。也可采用其它比例来生产具有所期望API比 重的第三混合物。在某些实施方案中，可选择第一混合物与第二混合 物的比例从而使地层的总物质采收率尽可能高。在一个实施方案中， 第一混合物与第二混合物的比例选定为能将地层中最初烃质量的至少 50％(重量)采出。在其它一些实施方案中，地层中最初烃质量的至 少60％或者70％重量被采出。在一些实施方案中，第一混合物和第二 混合物按能使从地层的采收率高于仅从地层采出第二混合物(亦即现 场处理地层来生产轻烃)的特定比例进行调合。
可根据所期望的粘度、所期望的沸点、所期望的组成、所期望的 各组分比例(例如所期望的沥青与饱和烃之比或者所期望的芳烃与饱 和烃之比)和/或所期望的第三混合物的密度来选择第三混合物中第一 混合物与第二混合物的比例。所选定的粘度和密度应使第三混合物能 经管线输送或者可在地面设施中使用。在一些实施方案中，粘度(在 大约4℃时)可选择为小于约7500厘沲(cs)、小于约2000厘沲、小 于约100厘沲或小于约10厘沲。厘沲是运动粘度单位。运动粘度乘以 密度绝对粘度。密度(在大约4℃时)可以选择为小于约1.0g/cm3、小 于约0.95g/cm3或者小于约0.9g/cm3。沥青与饱和烃之比可以选择为 小于约1、小于约0.9或者小于约0.7。芳烃与饱和烃之比可选为小于 约4、小于约3.5或者小于约2.5。
在一个实施方案中，第三混合物中第一混合物与第二混合物的比 例可根据第三混合物的相对稳定性来选择。第三混合物的一或若干组 分可能从第三混合物中沉淀出来。例如沥青沉淀物可能是因一些重烃 和轻烃混合物所带来的问题。当流体被减压(如从增压地层或容器移 出时)和/或混合物组分有变化时沥青质可能会沉降。为使第三混合物 能经管线输送或在地面设施中使用，可能需要第三混合物有最低相对 稳定性。最低相对稳定性包括第一混合物与第二混合物之比应能使沥 青质不会在室温和/或升温条件下从第三混合物中沉降出来。可用实验 来确定能形成相对稳定第三混合物所需要的第一混合物与第二混合物 之比。例如，诱导沉降法、色谱分析法、滴定法和/或激光技术可用来 确定第三混合物中沥青的稳定性。在一些实施方案中，沥青质从混合 物中沉降出来但仍能悬浮于混合物中，因而该混合物可以进行运输。 通过现场处理采出的调合剂具有良好的与重烃调合特性(即重烃从与 调合剂的混合物中沉降出来的可能性很小)。
在某些实施方案中，第二混合物(亦即轻烃混合物)中的树脂含 量可以决定第三混合物的稳定性。例如，第二混合物中可能存在诸如 软沥青或含杂原子如N、S或O树脂的一些树脂。通过将第一混合物 与第二混合物进行混合，这些树脂可提高所形成的第三混合物的稳定 性。在一些情况下，树脂可使沥青悬浮于混合物中并阻止沥青质沉降。
在某些实施方案中，市场状况可决定第三混合物的性质。市场状 况的实例包括但不限于对选定的辛烷值汽油的需求、寒冷气候下需要 加热油品的需求、选定的柴油十六烷值的需求、选定的喷气燃料烟点 的需求、化学合成所用的气态产品混合物的需求、含一定硫或氧化物 量的车用燃料的需求或选定化学过程对原料的需求。
在一个实施方案中，可从沥青砂地层的一个区段采出调合剂。“调 合剂”是一种能与另一种材料混合而形成具有所期望性质(例如粘度、 密度、API比重等)混合物的材料。调合剂可以包括至少一些热解烃。 调合剂可以包括上述轻烃的第二混合物的一些性质。例如，调合剂的 API比重可为大于约20°、大于约30 °或大于约40°。调合剂可与重烃 调合来形成具有选定API比重的混合物。例如，调合剂可与API比重 约15°以下的重烃调合来形成API比重至少约为20°的混合物。在某 些实施方案中，调合剂可与重烃调合来形成可输送混合物(例如可在 管线中流动)。在某些实施方案中，重烃是从沥青砂地层的另一区段采 出的。在另一些实施方案中，重烃是从另一个沥青砂地层或含重烃的 任何其它地层采出的。
在一些实施方案中，地层的第一区段和第二区段可以位于同一地 层的不同深度。例如，可从深度约500m到约1500m之间的区段、从 深度约500m到约1200m之间的区段或从深度约500m到约800m之 间区段采出重烃。在这些深度处，因油藏内自然温度较高，重烃略可 移动(和可采出)。可从深度约10m到约500m之间的区段、从深度约 10m到约400m之间的区段或从深度约10m到约250m之间的区段采 出轻烃。在这些深度较浅处，因深度较浅处的自然温度较低，重烃不 易采出。此外，由于水冲刷和/或细菌降解作用增强，在这些深度较浅 处重烃的API比重较低。在其它实施方案中，重烃和轻烃是从地下深 度接近的第一区段和第二区段采出。在另一个实施方案中，轻烃和重 烃是从不同地层中采出，但是两个不同地层的相互距离较近。
在一个实施方案中，重烃是从深度约760m到约1070m之间的地 层中(例如Faja(委内瑞拉)的地层)冷采的。采出烃的API比重小 于约9°。重烃冷采法的定义一般是指不给地层或采出井提供热量(或 者仅提供很少热量)而采出温热(亦即可移动)重烃的过程。在其它 实施方案中，可通过蒸汽注入法或蒸汽注入与冷采法相结合来采出重 烃。重烃可与调合剂混合，以便将所采出重烃经管线输送。在一个实 施方案中，调合剂是石脑油。石脑油可在远离地层的一个地面设施中 生产。
在其它实施方案中，可采用现场转化处理法，将重烃与从地层较 浅区段采出的调合剂进行混合。较浅区段可在深度小于约400m(例如 小于150m)处。地层较浅区段可含有API比重小于约7 °的重烃。调 合剂可包括通过将地层较浅区段中的某些重烃进行热解而生成的轻 烃。调合剂的API比重约在35°以上(例如在40°以上)。
在某些实施方案中，可在沥青砂地层的第一部分采出调合剂，再 将其注入到(例如注入采出井)沥青砂地层的第二部分(或者，在某 些实施方案中，第二部分在另一个沥青砂地层中)。可以从第二部分采 出重烃(例如通过冷采法)。与调合剂的混合过程可在采出井中和/或 地层第二部分中进行。可经第一部分中的采出井采出调合剂再将其泵 送到第二部分的采出井。在一些实施方案中，可在与重烃混合浅将调 合剂中的非烃流体(例如水或二氧化碳)、相-相分离烃和/或其它不 期望的流体分离出去。
将调合剂注入沥青砂地层一部分的方法能使调合剂与该部分中的 重烃混合。调合剂可用来帮助从该地层中采出重烃。调合剂可降低该 地层内重烃的粘度。降低地层内重烃的粘度可减轻与重烃冷采有关的 结块问题或其它问题。在一些实施方案中，调合剂可处于较高温度并 可用来给地层提供至少一些热量以加大地层内重烃的可移动性(亦即 降低粘度)。调合剂升高的温度可以是一个大约为调合剂采出时的温度 减去调合剂采出和运输过程中一些热量损失后的温度。在某些实施方 案中，调合剂可经一个绝热管线输送以降低输送过程中的热量损失。
调合剂可与冷采重烃按照选定比例混合来形成具有选定API比重 的第三混合物。例如，调合剂可与冷采重烃按1∶2或者1∶4的比例 混合，以形成API比重大于约20°的第三混合物。在某些实施方案中， 第三混合物的API比重大于约25°或是API比重高至足以使第三混合 物可经导管或管线输送。在一些实施方案中，第三烃混合物的API比 重介于约20°到约45°之间。在其它实施方案中，调合剂可与冷采重烃 混合形成具有选定粘度、选定稳定性和/或选定密度的第三混合物。
第三混合物可经一个地层与地面设施或炼油厂之间的导管例如管 线来输送。第三混合物可经管线输送到另一个用于进一步运输的地方 (例如，混合物可经管线输送到位于河流或者海岸的一个设备，混合 物将从这些地方被油轮输送到处理厂或者炼油厂)。在地层处采出调合 剂(亦即从地层采出调合剂)的方法可降低从地层采出烃的总成本。 此外，在地层处采出第三烃混合物的方法可省去另外供应轻烃和/或在 该地点建造地面设施的需求。
在一个实施方案中，从沥青砂地层采出的第三烃混合物可包括约 20％(重量)或以上的轻烃(例如约50％(重量)或者80％(重量) 的轻烃)和80％(重量)或以下的重烃(例如约50％(重量)或者约 20％(重量)的重烃)。轻烃和重烃的重量百分比可根据例如轻烃和重 烃的重量分布(或API比重)、第三混合物的相对稳定性或者所期望 的混合物API比重而变动。在某些实施方案中，可选择轻烃的重量百 分比，以便能将最少量的轻烃与重烃混合形成具有所期望密度和粘度 的混合物。
图12示出一个用来采出第一混合物以便与第二混合物调合的沥 青砂地层的实施方案的平面图。沥青砂地层90可包括第一区段92和 第二区段94。例如，第一区段92可处在例如大于地表下约800m的深 度。第一区段92中的重烃可经第一区段中的采出井96采出。由于第 一区段92的深度所致，第一区段92中的重烃无须加热就可采出。第 一区段92可处于能自然加热而使第一区段中重烃可移动的深度以下。 在一些实施方案中，可给第一区段92提供至少一些热量以使第一区段 92中的流体可移动。
可用位于第二区段内的热源30来加热第二区段94。图12示出的 热源30为基本上水平的热源。热源30所提供的热量可将第二区段94 内的至少一些烃热解。热解的流体可经采出井36从第二区段94采出。 图12示出的采出井36为基本上垂直的采出井。
在一个实施方案中，重烃在第一混合物中经采出井96从第一区段 92中采出。轻烃(亦即热解烃)是在第二混合物中经采出井36采出。 第一混合物和第二混合物可在地面设施100中混合以形成第三混合 物。第一混合物和第二混合物可按选定比例混合以便能形成所期望的 第三混合物。第三混合物可经管线98输送到生产设施或者运输设备。 生产设施或者运输设备可在远离地面设施100的地方。在一些实施方 案中，可用卡车或者轮船将第三混合物运送到生产设施或者运输设备。 在某些实施方案中，地面设施100可以是一个将采出井96采出混合物 与采出井36采出混合物进行混合的简单混合站，。
在某些实施方案中，从第二区段94采出的调合剂可经采出井96 注入到第一区段92中。调合剂与第一区段92中的重烃混合后可经采 出井96采出重烃与轻烃的混合物。在一些实施方案中，可通过将第二 区段94采出的混合物中一些不期望的组分(例如水)分离出后形成调 合剂。调合剂可在地面设施生产。可经采出井96将调合剂从地面设施 泵送并进入第一区段92。
图13和14示出一个实验结果。在该实验中，经热解过程形成的 调合剂102以不同比例与阿萨巴斯卡焦油(重烃110)混合形成三种 调合混合物。第一混合物104包括80％调合剂102和20％重烃110。 第二混合物106包括50％调合剂102和50％重烃110。第三混合物108 包括20％调合剂102和80％重烃110。测定调合剂、重烃和各混合物 的组成、性质和沥青质稳定性。
表1是混合物组成的测定结果。SARA分析法测定基于拔顶油的 组成。SARA分析包括结合使用诱导沉降(对于沥青)法和色谱柱分 析法。还测定了基于全油的组成。
表1

关键词：
Sat   饱和烃
Aro   芳烃
NSO   树脂(含杂原子例如N、S和O)
Asph  沥青质
全油基本组成中沥青质含量随混合物中调合剂102的百分比呈线 性变化。图13示出各个调合物(102、104、106、108和110)的SARA 分析结果(饱和烃/芳烃比与沥青质/树脂比的关系)。图13的曲线示出 依据SARA分析结果稳定混合物和不稳定混合物之间的差别。SARA 分析过程的拔顶处理步骤去除了调合剂102的大部分影响(与基于全 油的组成相比)，造成图13中的非线性分布。所绘的第一混合物104、 第二混合物106和第三混合物108比调合剂102更靠近重烃110。此 外，所绘的第二混合物106和第三混合物108比较接近。所有调合物 (102、104、106、108和110)都绘在临界稳定性区域内。
调合剂102中包括极少量的沥青质(0.01％(重量)，基于全油组 成)，重烃110约占13.2％(重量)(基于全油组成)，混合物(104、 106和108)中沥青质的量在2.2％(重量)到10.3％(重量)(基于全 油组成)间变动。全油性质的其它指标是饱和烃/芳烃比和沥青质/树脂 比。第一混合物104的沥青质/树脂比最低，该混合物所用的调合剂102 百分比最大。第二混合物106和第三混合物108的沥青质/树脂比近似， 这表明混合物中的大部分树脂源于重烃110的贡献。各混合物的饱和 物/芳烃比相对近似。
在三个温度4.4℃(40°F)、21℃(70°F)和32℃(90°F)下测定 混合物的密度和粘度。还测定了混合物在15℃(60°F)下的密度和 API比重，并用于计算在其它温度下的API比重。此外，测定了三个 混合物(104、106和108)各自的絮凝点分析值(FPA)。FPA是通过 正庚烷滴定法来确定的。用近红外激光器确定絮凝点。从溶液沉降出 的沥青质会阻断光源。FPA实验用一组已知问题和没问题混合物的值 进行修正。通常，FPA值小于2.5被认为是不稳定的，大于3.0被认为 是稳定的，2.5-3.0之间认为是临界状态。表2示出三个混合物在四个 温度下的FPA、密度、粘度和API比重的值。

FPA实验结果表明含有较少量重烃的混合物不太稳定。稳定性较 差原因可能是已在这些混合物中有一定比例的会降低沥青质溶解度的 脂族组分的缘故。第一混合物104是最不稳定的，其FPA值为1.5， 示出不稳定性与沥青质沉降的关系。
第二组合物106呈现出不同性能。第二混合物106的FPA值为2.2， 示出不稳定性与沥青质沉降的关系。FPA分析表明沥青质发生沉降、 重新溶解、然后随着正庚烷的持续加入而再次沉降。
第三混合物108的FPA分析表明，如同第二混合物106所出现的 情况，沥青质发生沉降、重新溶解、然后随着正庚烷的持续加入而再 次沉降。但第三混合物108的第一次沉降没有第二混合物106的明显。 第三混合物108的FPA值为2.8，表明第三混合物具有临界稳定性。 样品混合物的高粘度所带来的缓慢均质化问题最可能是导致沉降、重 新溶解、然后随着正庚烷的持续加入而再次沉降的原因。
随着温度的提高，各个混合物(104、106和108)都示出相似的 密度变化。API值随密度的降低而相应增加。但各混合物的粘度变化 有所不同。
第一混合物104的粘度受温度影响最小，21℃和32℃下的粘度分 别为4.4℃下粘度的约70％和约57％。第二混合物106的21℃下粘度 降低到原值(4.4℃下的粘度)的约48％且32℃下降低到原值的约30 ％。第三混合物108受温度影响最大，21℃和32℃时的粘度分别为原 值的约21％和约9％。如图14所示，在粘度与温度的对数曲线上，粘 度变化近似呈线性关系。
对三个天然沥青砂基岩中所含的焦油样品进行实验室实验。三个 焦油样品从西加拿大的阿萨巴斯卡沥青砂矿区采集。在每种情况下， 将从井眼收集的岩芯材料混合然后进行破碎处理。破碎后的岩芯材料 一份用于蒸馏处理，而另一个重复抽样的等分样品则保存用于对比分 析。所取样材料包括砂矿基岩内的焦油样品。
各实验所采用的加热速率为1℃/天、5℃/天和10℃/天不等。各实 验所采用的压力为1巴、7.9巴和28.6巴不等。实验#78在无背压(约 1巴绝对值)和加热速率为1℃/天的条件下进行。实验#79在无背压(约 1巴绝对值)和加热速率为5℃/天的条件下进行。实验#81在无背压(约 1巴绝对值)和加热速率为10℃/天的条件下进行。实验#86在7.9巴 (绝对值)和加热速率为10℃/天的条件下进行。实验#96在28.6巴(绝 对值)和加热速率为10℃/天的条件下进行。通常，最初需要0.5到1.5 千克样品才能装满蒸馏室。
表3示出实验#81、实验#86和实验#96中最初焦油样品和所产出 流体的元素分析结果。这些数据全部采用10℃/天的加热速率。各实验 的差别仅是压力不同。
表3
  实验#   P   (巴)   C   (重％)   H   (重％)   N   (重％)   O   (重％)   S   (重％)   最初焦油   ----   76.58   11.28   1.87   5.96   4.32   81   1   85.31   12.17   0.08   ----   2.47   86   7.9   81.78   11.69   0.06   4.71   1.76   96   28.6   82.68   11.65   0.03   4.31   1.33
如表3所示，沥青砂的热解过程降低了产出流体中的氮、硫和氧 的重量百分比。提高热解实验中的压力看来能降低采出流体中的氮、 硫和氧的重量百分比。
表4示出实验#81、实验#86、实验#96和最初焦油的NOISE(氮 氧化物离子化频谱分析评价法)分析数据。高分子量残渣中发现仍留 有一定重量百分比(47.2％)的最初焦油。
表4
  实验#   P   (巴)   链烷烃   (重％)   环烷烃   (重％)   苯酚   (重％)   单环芳烃   (重％)   最初焦油   ----   7.08   29.15   0   6.73   81   1   15.36   46.7   0.34   21.04   86   7.9   27.16   45.8   0.54   16.88   96   28.6   26.45   36.56   0.47   28.0
    实验#     P     (巴)     双环芳烃     (重％)     三环芳烃     (重％)     四环芳烃     (重％)     最初焦油     ----     8.12     1.70     0.02     81     1     14.83     1.72     0.01     86     7.9     9.09     0.53     0     96     28.6     8.52     0     0
如表4所示，沥青砂热解所产出的流体产物中链烷烃、环烷烃和 单环芳烃的重量百分比最初沥青砂中所发现的明显要高。压力提高到 7.9巴(绝对值)看来基本上消除了四环芳烃的产出。进一步将压力提 高到28.6(绝对值)看来基本上消除了三环芳烃的产出。提高压力看 来还能减少双环芳烃的产出。压力提高到28.6(绝对值)看来还能显 著增加单环芳烃的产出。这可能是因为较高压力下氢气分压提高的缘 故。氢气分压提高能减少多环芳烃化合物的数量并增加单环芳烃、链 烷烃和/或环烷的数量。
图15示出最初焦油112和压力为1巴(绝对值)的实验114、压 力为7.9巴(绝对值)的实验116和压力为28.6巴(绝对值)的实验 118中不同碳原子数的碳化合物所对应重量百分比的曲线，加热速率 为10℃/天。从最初焦油112和压力为1巴(绝对值)的实验114的曲 线可以看出，热解作用使平均碳数分布移向较低的碳数。例如，112 的碳数分布曲线中平均碳数约为碳原子数19，而114的碳数分布曲线 中平均碳数约为碳原子数17。压力提高到7.9巴(绝对值)的实验116 则使平均碳数分布进一步移向更低的碳原子数。压力提高到7.9巴(绝 对值)的实验116使碳数分布中平均碳数移到约碳原子数13。压力提 高到28.6巴(绝对值)的实验118使平均碳数降低到约11。据信提高 压力能够通过提高产物流体中的氢气分压而降低平均碳数。产物流体 中氢气分压升高能使氢化反应、脱芳构化反应和/或大分子热解形成较 小分子的反应得以进行。增加压力还能提高产出流体的品质。例如， 流体的API比重从最初焦油样品的约6°提高到压力1巴(绝对值)时 的31°、压力为7.9巴(绝对值)时的39°和压力为28.6巴(绝对值) 时的45°。
在一个滚筒中装入阿萨巴斯卡沥青砂并加热。从滚筒中产出蒸汽， 将其冷却、分离成液体和气体，然后进行分析。进行两个独立实验， 每个实验使用来自同一批次的沥青砂，但一个实验中滚筒压力维持在 1巴(绝对值)(低压实验)，而另一个实验中滚筒压力维持在6.9巴(绝 对值)(高压实验)。温度升高时，使滚筒压力自动提高到所维持的压 力。
图16示出当滚筒温度升高时滚筒所产出液体的API比重。曲线 120表示高压实验的结果而曲线122表示低压实验的结果。如图16所 示，较高滚筒压力下能够产出较高品质的流体。据信在较高滚筒压力 下形成较高品质流体的原因是在高压实验过程中滚筒内发生了更多的 氢化反应。尽管高压实验中气体内的氢气浓度较低，但滚筒压力很高， 因此，高压实验中滚筒内的氢气分压较大。
采用三维(3-D)模拟模型(STARS，计算机建模小组(CMG)， 卡尔加里，加拿大)来模拟沥青砂地层现场转化处理过程。采用另一 类数字编码(CFX，AEA Technology，Oxfordshire，UK)来计算注热量。 初始注热量计算为500瓦/英尺(1640瓦/米)。该三维模拟以沥青砂所 用的膨胀-再压缩模型为基础。所用的目标区厚度为50米。依据加拿 大北阿尔伯达省的沥青砂地层的平均油藏性质，模拟过程所输入数据 如下：
目标区深度＝280m；
厚度＝50m；
孔隙度＝0.27；
油饱和度＝0.84；
水饱和度＝0.16；
渗透率＝1000毫达；
垂向渗透率/横向渗透率＝0.1；
上覆岩层＝页岩；和
基岩＝湿碳酸岩。
根据阿萨巴斯卡沥青砂中所发现的流体种类，在STARS模拟过程 中使用6个组分的流体。这6个组分流体是：重流体、轻流体、气体、 水、预焦物(pre-char)和焦炭。加热井间的间距设定为9.1m，呈三 角形布局分布，在一个模拟实验中，使用11个水平加热器，每个加热 器长度为91.4m，初始输出热量按预先计算的值设定为约1640瓦/米。 在地层中央布置一个垂直采出井。
图17例示说明重烃124和轻烃126的油产率(m3/天)与时间(天) 的关系。重烃124在约150天时达到最大值3m3/天。轻烃126在约 950天时达到最大值9.6m3/天。此外，在轻烃126开始产出之前几乎 所有重烃124就已采完。重烃较早产出要归因于冷重烃(相对未加热 和未热解重烃而言)的产出。
在一些实施方案中，不需要过早产出重烃。图18说明在加热前期 500天禁采条件下重烃128和轻烃的130的油产率(m3/天)与时间的 关系。图18中重烃128的产量显著低于图17中重烃124的产量。而 图18中轻烃130的产量要高于图17中轻烃126的产量，约950天时 达到最大值11.5m3/天。通过在加热前期500天禁采的方法可提高轻烃 /重烃百分比。
图19说明三个不同位置的水平采出井：顶部132、中部134和底 部136所得到的油累积采收百分率与时间(天)的关系。最高的油累 积采收率是用底层部位采出井136获得的。中部采出井134和顶部采 出井132的油累积采收率差别较小。图20说明在中部采出井和底部采 出井处重烃和轻烃产率(m3/天)与时间关系。如图20所示，底部采 出井138的重烃产量高于中部采出井140的重烃产量。底部采出井142 的轻烃产量与中部采出井144的轻烃产量之间的差别较小。底部采出 井获得较高油累积采收率(如图19所示)的原因是重烃产量增加。
用3-D模拟模型(STARS)来模拟沥青砂地层现场转化过程。 采用有限差分模拟(CFX)的另一类数字编码来计算地层的井眼布局 所需的热量输入值数据。热量输入值数据用作三维模拟模型的边界条 件。
模拟所用参数以加拿大阿尔伯达省Peace River盆地的地层性质 为基础：
地层厚度＝28m，地层有三层(河口层，下河口层和河流沉积层)；
河口层厚度＝10m(地层的上层部位)；
孔隙度＝0.28；
渗透率＝150毫达；
垂向渗透率/横向渗透率＝0.07；
油饱和度＝0.79；
下河口层厚度＝9m(地层的中层部位)；
孔隙度＝0.28；
渗透率＝825毫达；
垂向渗透率/横向渗透率＝0.6；
油饱和度＝0.81；
河流沉积层厚度＝9m(地层下部)；
孔隙度＝0.30；
渗透率＝1500毫达；
垂向渗透率/水平渗透率＝0.7；和
油饱和度＝0.81。
图21示出在3-D STARS模拟实验中所用的6个加热井146在地 层148中的布局图。如图21所示，加热井之间的水平间距为约15m， 且加热井的水平长度为91.4m。采出井位置在中层部位150和底层部 位152之间变动，图22和23示出实验数据。
图22说明采用中层部位采出井和井底压力为7.9巴(绝对值)条 件下采出的油API比重以及重烃和轻烃的油产率(m3/天)。如图22 所示，轻烃154的产出时间要晚于重烃156的产出时间。在轻烃154 产率达到最大(约第900天)和重烃156基本采完的同时，组合采出 的158的API比重增加到最大值40°。
图23说明采用底层部位采出井和井底压力约为7.9巴(绝对值) 条件下采出的油API比重以及重烃和轻烃的油产率(m3/天)。如图23 所示，与图22对中部采出井所示出的情况相似，轻烃160的产出时间 晚于重烃162的产出时间。组合采出的164的API比重在1200天达 到最大值35°，约同一时间重烃156采完。与用中层部位采出井得到的 API比重(图22所示)相比，图23中API比重较低的原因可能缘于 早期采出过程中重(冷)烃产出量的增加。
图24说明3-D STARS模拟实验所采用的另一种加热井和采出井 布局图。加热井166(a-l)以如图24所示的交替三角形布局水平布置 在地层148中。加热井166(a-l)之间的水平间距约为6m。以交替三 角形布局的加热井的水平长度为91.4m。水平采出井布置在地层顶部 (顶部采出井168)、地层中部(中部采出井170)或者地层底部(底 部采出井172)附近。加热井距地层的不渗透部分(例如下覆和/或上 覆岩层)约3m。
图25说明采用底部采出井和井底压力约为7.9巴(绝对值)条件 下重烃174和轻烃176的油产率(m3/天)与时间(天)的关系。如图 25所示，在生产早期(约前250天)重烃174的采出量非常显著。约 200天后油生产似乎移向轻烃176的产出。曲线178说明地层中的平 均压力与时间的关系。在重烃采出的早期阶段地层中的平均压力示出 是上升的。当轻烃开始采出时，平均压力开始下降。
图26说明采用中部采出井和井底压力约为7.9巴(绝对值)条件 下重烃180和轻烃182的油产率(m3/天)与时间(天)的关系。如图 26所示，在轻烃产出之前就有一些重烃产出。但与采用底部采出井的 模拟实验相比(如图25所示)，重烃产量要少。在图26中重烃最高产 率为9m3/天，而图25中重烃最高产率为23m3/天。曲线184说明地层 中的平均压力与时间的关系。在重烃采出的早期阶段地层中的平均压 力略有增加，随着轻烃开始采出则压力会略有下降。
图27说明采用顶部采出井和井底压力约为7.9巴(绝对值)条件 下重烃186和轻烃188的油产率(m3/天)与时间(天)的关系。如图 27所示，顶部采出井的轻烃产量略高于中部采出井的轻烃产量(如图 26所示)。顶部采出井的重烃产量小于底部采出井的重烃产量(如图 25所示)。采出井越靠近地层的顶部，重烃的产量就越低。重烃产量 降低的原因可能是当重烃可移动时因重烃的重力渗泄作用而造成的， 以及在地层顶部汽相流体产出量增加导致的。曲线190说明地层中的 平均压力与时间的关系。地层中的平均压力基本成上升趋势，一直到 轻烃开始采出才开始下降。
从本说明书中，本领域技术人员可显见本发明各个方面的进一步 改进和替换实施方案。因此，本说明书应理解为是说明性的，只是用 来为本领域技术人员讲解实施本发明的通常方式。应该理解，本文所 示出和描述的本发明形式是作为目前的优选实施方案。所说明和描述 的要素和材料都可以替换，部分过程和整个过程可反向进行，且本发 明的某些特点可独立使用，所有这些对已了解本发明说明书的本领域 技术人员来说都是显而易见的。在不偏离下述权利要求定义的本发明 精神实质和范围的前提下，本文所述的要素可以做出变动。