專(zhuān)利名稱：用于原地轉(zhuǎn)換過(guò)程的雙阻擋層系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及用于提供從各種地下地層，比如含碳?xì)浠衔锏牡貙樱a(chǎn)碳?xì)浠衔?、氫?或其它產(chǎn)品用的阻擋層(barrier)的 方法和系統(tǒng)。實(shí)施例涉及圍繞一處理區(qū)域的至少一部分的雙阻擋層的 形成。
技術(shù)背景原地過(guò)程可以用于處理地下地層。在某些原地過(guò)程中，流體可以 引入或產(chǎn)生在地層內(nèi)。引入或產(chǎn)生的流體可能需要被保持在一處理區(qū) 域內(nèi)，以減少或消除原地過(guò)程對(duì)相鄰區(qū)域的沖擊。在某些原地過(guò)程中 可以圍繞處理區(qū)域的全部或一部分形成一阻擋層，以阻止流體遷移出 或遷移入處理區(qū)域。為了許多目的，一低溫區(qū)域可以用于隔離地下地層的選擇的區(qū)域。 在某些系統(tǒng)中，土地被冷凍，以阻止流體在土壤修復(fù)(remediation) 時(shí)從處理區(qū)域遷移。下列美國(guó)專(zhuān)利描述了用于冷凍土地的系統(tǒng)授予 Krieg等人的4，860，544;授予Krieg等人的4,974,425;授予Dash等 人的5,507,149;授予Briley等人的6,796,139;以及授予Vinegar等人 的6,854,929。為了形成低溫阻擋層，可以在待形成阻擋層的地層內(nèi)形成間隔開(kāi) 的井孔。導(dǎo)管可以放置在井孔內(nèi)。 一種低溫?zé)醾鬟f流體可以通過(guò)導(dǎo)管 循環(huán)，以降低鄰近井孔的溫度。圍繞井孔的低溫區(qū)域可以向外擴(kuò)張。 最終，由兩個(gè)相鄰井孔產(chǎn)生的低溫區(qū)域融合。低溫區(qū)域的溫度足夠低， 以冷凍地層流體，從而形成一基本上不滲透的阻擋層。井孔間距可以 從約lm至3m或更大。井孔間距可以是一 系列因數(shù)的函數(shù)，這些因數(shù)包括地層的組分和 性能、地層流體和性能、可用于形成阻擋層的時(shí)間、以及低溫?zé)醾鬟f
流體的溫度和性能。通常，低溫?zé)醾鬟f流體的非常冷的溫度允許較大的間距和/或阻擋層較快的形成。非常冷的溫度可以為-20^或更低。確定圍繞一處理區(qū)域的阻擋層何時(shí)形成可能存在問(wèn)題。同樣，如 果在阻擋層內(nèi)產(chǎn)生缺口，確定缺口的位置以及限制缺口對(duì)處理區(qū)域或 相鄰區(qū)域的影響可能是困難的。因此，希望具有用于原位過(guò)程的阻擋 層系統(tǒng)，該系統(tǒng)允許確定阻擋層的形成。該阻擋層系統(tǒng)應(yīng)該是，如果 出現(xiàn)阻擋層系統(tǒng)的一部分的缺口 ，則對(duì)處理區(qū)域和/或相鄰區(qū)域的影響 最小或沒(méi)有影響。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明一般地涉及用于提供從各種地下地層，比如含碳?xì)浠衔?的地層，生產(chǎn)碳?xì)浠衔?、氫?或其它產(chǎn)品用的阻擋層的方法和系統(tǒng)。 實(shí)施例涉及圍繞處理區(qū)域的至少一部分的雙阻擋層的形成。在某些實(shí)施例中，本發(fā)明提供用于地下處理區(qū)域的阻擋層系統(tǒng)， 該系統(tǒng)包括圍繞地下處理區(qū)域的至少一部分形成的第一阻擋層，該 第一阻擋層構(gòu)造為阻止流體排出或進(jìn)入地下處理區(qū)域；以及圍繞第一 阻擋層的至少一部分形成的第二阻擋層，其中在第一阻擋層和第二阻 擋層之間存在分離空間。本發(fā)明還提供使用所述本發(fā)明以建立圍繞地下處理區(qū)域的雙阻擋 層的方法。在另一些實(shí)施例中，特定的實(shí)施例的特點(diǎn)可以與其它實(shí)施例的特 點(diǎn)相結(jié)合。例如， 一個(gè)實(shí)施例的特點(diǎn)可以與任何其它實(shí)施例的特點(diǎn)相 結(jié)合。在另一些實(shí)施例中，地下地層的處理可以使用這里所述的任何方 法或系統(tǒng)進(jìn)行。在另一些實(shí)施例中，附加的特點(diǎn)可以增加至這里所述的特定的實(shí) 施例。


本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)熟練人員在閱讀下列詳細(xì)說(shuō)明并參 見(jiàn)附圖之后而變得明顯，其中 圖1示出用于處理含碳?xì)浠衔锏牡貙拥脑剞D(zhuǎn)換系統(tǒng)一部分的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖2示出用于一循環(huán)液體冷凍系統(tǒng)的冷凍井的一個(gè)實(shí)施例，其中 冷凍井的剖面圖表示低于地表面；圖3示出一雙阻擋層保持系統(tǒng)的示意圖；圖4示出一雙阻擋層保持系統(tǒng)的橫剖面圖；圖5示出在一雙阻擋層保持系統(tǒng)的第一阻擋層內(nèi)一個(gè)缺口的示意圖；圖6示出在一雙阻擋層保持系統(tǒng)的第二阻擋層內(nèi)一個(gè)缺口的示意圖。雖然本發(fā)明易于接受各種改進(jìn)和代替形式，但在附圖中以實(shí)例方 式示出其特定實(shí)施例，并在文中詳細(xì)地說(shuō)明。附圖可能不是按比例的。 然而，應(yīng)該理解，這里的附圖和詳細(xì)說(shuō)明不是有意地限制本發(fā)明為公 開(kāi)的特定的形式，相反，本發(fā)明覆蓋如所附權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明 的精神和范圍內(nèi)的全部改進(jìn)、等同物和替代方案。
具體實(shí)施方式
下列的說(shuō)明一般地涉及用于處理地層內(nèi)的碳?xì)浠衔锏南到y(tǒng)和方 法。這種地層可以被處理以產(chǎn)生碳?xì)浠衔锂a(chǎn)品、氫和其它產(chǎn)品。"碳?xì)浠衔? 一般地定義為主要由碳和氫原子形成的分子。碳 氬化合物可以還包括其它元素，比如，但不局限于卣族元素、金屬元 素、氮、氧和/或疏。碳?xì)浠衔锟梢允?，但不局限于油母質(zhì)、瀝青、 焦瀝青、油類(lèi)、天然礦物蠟和地瀝青。碳?xì)浠衔锟梢晕挥诨蜞徑?球內(nèi)的礦物母巖(mineral matrices )。礦物母巖可包括，但不局限于 沉積巖、砂子、硅化巖、碳酸鹽類(lèi)，硅藻土和其它疏松介質(zhì)。"碳?xì)浠?合物流體"是包含碳?xì)浠衔锏牧黧w。碳?xì)浠衔锪黧w可以包括、夾 雜或被夾雜在非碳?xì)浠衔锪黧w中，比如氫、氮、 一氧化碳、二氧化 碳、硫化氫、水和氨。"地層"包括一個(gè)或更多個(gè)含碳?xì)浠衔锏膶印?一個(gè)或更多個(gè)非 碳?xì)浠衔飳印⑸细矌r層(overburden )和/或下伏巖層(underburden )。
"上覆巖層"和/或"下伏巖層"包括一種或更多種不同類(lèi)型的不可滲 透的材料。例如，上覆巖層和/或下伏巖層可以包括巖石、頁(yè)巖、泥石 巖或濕/致密碳酸鹽。在原地轉(zhuǎn)換過(guò)程的某些實(shí)施例中，上覆巖層和/ 或下伏巖層可以包括一個(gè)含碳?xì)浠衔锏膶踊驇讉€(gè)含碳?xì)寤衔锏?層，這些層較不可滲透，以及在原地轉(zhuǎn)換過(guò)程中不經(jīng)受溫度，該原地 轉(zhuǎn)換過(guò)程導(dǎo)致上覆巖層和/或下伏巖層的含碳?xì)浠衔飳语@著的性能 改變。例如，下伏巖層可能含有頁(yè)巖或泥石巖，但下伏巖層不允許在 原地轉(zhuǎn)換過(guò)程中加熱至熱分解溫度。在某些情況下，上覆巖層和/或下 伏巖層可能稍有可滲透性。"地層流體"是指存在于地層內(nèi)的流體，以及可以包括熱分解流 體、合成氣體、可移動(dòng)的碳?xì)浠衔锖退?蒸汽)。地層流體可以包括 碳?xì)浠衔锪黧w以及非碳?xì)浠衔锪黧w。術(shù)語(yǔ)"可移動(dòng)的流體"是指 在含碳?xì)浠衔锏貙觾?nèi)作為地層熱處理結(jié)果可以流動(dòng)的流體。"生產(chǎn)的 流體，，是指從地層移出的地層流體。"熱源"是基本借助傳導(dǎo)和/或輻射熱傳遞提供熱量至地層的至少 一部分的任何系統(tǒng)。例如，熱源可以包括電加熱器，比如設(shè)置在一導(dǎo) 管內(nèi)的絕緣導(dǎo)體、細(xì)長(zhǎng)部件和/或?qū)w。熱源還可以包括借助在地層外 部或地層內(nèi)燃燒燃料產(chǎn)生熱量的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可以是地面燃燒器、 孔下氣體燃燒器、無(wú)焰分布燃燒室式燃燒器和自然分布燃燒室式燃燒 器。在某些實(shí)施例中，提供至一個(gè)或更多個(gè)熱源或在其中產(chǎn)生的熱量 可以由其它能源供給。其它能源可以直接加熱地層或?qū)⒛芰渴┘又羵?遞介質(zhì)，該傳遞介質(zhì)直接地或間接地加熱地層。應(yīng)該理解，施加熱量 至地層的一個(gè)或更多個(gè)熱源可以使用不同的能源。因此，例如，對(duì)于 一個(gè)給定的地層，某些熱源可以由電阻加熱器供熱，某些熱源可以由 燃燒器供熱，以及某些熱源可以由一個(gè)或更多個(gè)其它能源(例如，化 學(xué)反應(yīng)、太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物物質(zhì)或其它可再生能源)供熱?；瘜W(xué)反 應(yīng)可以包括放熱反應(yīng)(例如氧化反應(yīng))。熱源還可以包括提供熱量至鄰 近區(qū)域和/或圍繞加熱位置，比如一個(gè)加熱井的加熱器。"加熱器"是用于在鉆井內(nèi)或鄰近井孔區(qū)產(chǎn)生熱量的任何系統(tǒng)或
熱源。加熱器可以是，但不局限于電加熱器、燃燒器、燃燒室式燃燒 器，這些加熱器可以與地層內(nèi)存在或從地層產(chǎn)生的材料和/或這些材料 的組合反應(yīng)。"原地轉(zhuǎn)換過(guò)程"是指這樣的過(guò)程，即，由熱源加熱含碳?xì)浠?物的地層以使地層的至少一部分的溫度升高超過(guò)熱分解溫度從而在地 層中產(chǎn)生熱分解流體。術(shù)語(yǔ)"井孔"是指在地層中鉆出的一個(gè)孔，或在地層內(nèi)插入一根 導(dǎo)管形成的孔。井孔可以具有基本上圓橫截面或其它的橫截面形狀。 在這里使用的術(shù)語(yǔ)"鉆井，，和"開(kāi)口，，當(dāng)指地層內(nèi)的開(kāi)口時(shí)可以與術(shù) 語(yǔ)"井孔"互換地使用。"熱分解"是由于施加熱量而使化學(xué)鍵破壞。例如，熱分解可以 包括單獨(dú)依靠熱量使一種化合物轉(zhuǎn)換成一種或多種其它物質(zhì)。熱量可 以傳遞至地層的一段，以引起熱分解。在某些地層內(nèi)，地層的各部分 和/或在地層內(nèi)的其它材料可以通過(guò)催化劑活性促進(jìn)熱分解。"熱分解流體"或"熱分解產(chǎn)品"是指基本上在碳?xì)浠衔餆岱?解時(shí)產(chǎn)生的流體。借助熱分解反應(yīng)產(chǎn)生的流體可能與地層內(nèi)的其它流 體混合。這種混合物被認(rèn)為是熱分解流體或熱分解產(chǎn)品。在此處使用 的"熱分解區(qū)域"是指地層的某一體積(例如，較可滲透的地層，比 如，焦油妙、地層)該地層可以反應(yīng)以形成熱分解流體。"熱傳導(dǎo)性"是材料的一種性能，它描述在靜態(tài)下在材料的兩個(gè) 表面之間對(duì)于兩表面之間一給定的溫差下熱量流動(dòng)的速率。在地層內(nèi)的碳?xì)浠衔锖推渌Ｍ漠a(chǎn)品可以使用各種原地過(guò)程 產(chǎn)生。能夠用于產(chǎn)生碳?xì)浠衔锘蛳Ｍ漠a(chǎn)品的某些原地過(guò)程是原地轉(zhuǎn)換過(guò)程、蒸氣驅(qū)(flooding)、火焰驅(qū)、蒸氣輔助重力排泄以及溶液 開(kāi)采。在某些原地轉(zhuǎn)換過(guò)程中，阻擋層可能是需要或要求的。阻擋層 可以阻止流體，比如地層水進(jìn)入處理區(qū)域。阻擋層還可以阻止流體從 處理區(qū)域不被希望的排出。阻止流體從處理區(qū)域不被希望的排出可以 減少或消除原地過(guò)程對(duì)處理區(qū)域的鄰近區(qū)域的影響。圖1示出用于處理含碳?xì)浠衔锏牡貙拥脑剞D(zhuǎn)換系統(tǒng)100的一 部分的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。原地轉(zhuǎn)換系統(tǒng)100可以包括阻擋層鉆井 102。阻擋層鉆井102用于形成圍繞處理區(qū)域的阻擋層。阻擋層阻止流 體流入和/或流出處理區(qū)域。阻擋層鉆井包括，但不局限于脫水鉆井、 真空鉆井、捕獲鉆井、注射鉆井、灌漿鉆井、冷凍井或它們的組合。 在圖l所示的實(shí)施例中，阻擋層鉆井102被示出為僅沿著熱源104— 側(cè)延伸，但是阻擋層鉆井典型地環(huán)繞已使用的或待使用的用于加熱地 層的處理區(qū)域的全部熱源104。熱源104放置在地層的至少一部分內(nèi)。熱源104可以包括加熱器， 比如絕緣導(dǎo)體、導(dǎo)管內(nèi)導(dǎo)體加熱器、地面燃燒器、無(wú)火焰分布燃燒室 式燃燒器和/或天然分布燃燒室式燃燒器。熱源104還可以包括其它類(lèi) 型的加熱器。熱源104提供熱量至地層的至少一部分，以加熱地層內(nèi) 的碳?xì)浠衔?。能量可以通過(guò)供給管路106供給至熱源104。供給管 路106根據(jù)用于加熱地層的熱源的類(lèi)型而在結(jié)構(gòu)上是不同的。用于熱 源的供給管路106可以傳送用于電加熱器的電能，可以傳送用于燃燒 器的燃料，或可以傳送在地層內(nèi)循環(huán)的熱交換流體。生產(chǎn)鉆井108使用于從地層移出地層流體。在某些實(shí)施例中，生 產(chǎn)鉆井108可包括一個(gè)或更多個(gè)熱源。在生產(chǎn)鉆井內(nèi)的熱源可以加熱 在生產(chǎn)鉆井處或接近生產(chǎn)鉆井的地層的一個(gè)或更多個(gè)部分。在生產(chǎn)鉆 井內(nèi)的熱源可以阻止從地層移出的地層流體的冷凝和回流。從生產(chǎn)鉆井108生產(chǎn)的地層流體可以通過(guò)收集管路110運(yùn)輸至處 理設(shè)備112。地層流體還可以從熱源104產(chǎn)生。例如，流體可以從熱 源104產(chǎn)生以控制鄰近熱源的地層內(nèi)的壓力。從熱源104產(chǎn)生的流體 可以通過(guò)管道或管路運(yùn)輸至收集管路110或產(chǎn)生的流體可以通過(guò)管道 或管路直接運(yùn)輸至處理設(shè)備112。處理設(shè)備112可以包括分離單元、 反應(yīng)單元、提質(zhì)(upgrading)單元、燃料電池、渦輪、儲(chǔ)存罐和/或 用于加工生產(chǎn)的地層流體的其它系統(tǒng)和裝置。處理設(shè)備可以由從地層 生產(chǎn)的碳?xì)杌衔锏闹辽?一部分形成運(yùn)輸燃料。在地層內(nèi)形成的某些井孔可以用于方便形成圍繞處理區(qū)域的周邊 阻擋層。周邊阻擋層可以是，但不局限于由形成在地層內(nèi)的冷凍井、
脫水鉆井、灌漿鉆井形成的低溫或冷凍阻擋層，硫化水泥阻擋層；由 在地層中產(chǎn)生的凝膠形成的阻擋層；由地層內(nèi)鹽分的沉積形成的阻擋 層；由地層內(nèi)熱分解反應(yīng)形成的阻擋層；和/或插入地層的鋼板。熱源、 生產(chǎn)鉆井、注射鉆井、脫水鉆井和/或監(jiān)測(cè)鉆井可以在設(shè)置阻擋層之前、 同時(shí)或之后設(shè)置在由阻擋層限定的處理區(qū)域內(nèi)。圍繞處理區(qū)域的至少一部分的低溫區(qū)域可以由冷凍井形成。在一 個(gè)實(shí)施例中，致冷劑通過(guò)冷凍井循環(huán)，以形成圍繞每個(gè)冷凍井的低溫 區(qū)域。各冷凍井設(shè)置在地層內(nèi)，從而使低溫區(qū)域重疊并形成圍繞處理 區(qū)域的低溫區(qū)域。借助冷凍井建立的低溫區(qū)域保持在低于地層內(nèi)水流 體的冰點(diǎn)。進(jìn)入低溫區(qū)域的水流體凍結(jié)和形成冷凍阻擋層。在其它實(shí) 施例中，冷凍阻擋層是借助成批工作的冷凍井形成的。 一種冷流體， 比如液氮，被引入冷凍井，以形成圍繞冷凍井的低溫區(qū)域。該流體按 照需要補(bǔ)充。在某些實(shí)施例中，兩排或更多排冷凍井位于處理區(qū)域周邊的全部 或一部分周?chē)?，以形成厚的互相連接的低溫區(qū)域。厚的低溫區(qū)域可以形成在地層內(nèi)水流體流動(dòng)速率高的地層內(nèi)的區(qū)域附近，厚的阻擋層可 以保證由冷凍井建立的冷凍阻擋層不會(huì)被穿透。豎直定位的冷凍井和/或水平定位的冷凍井可以定位成圍繞處理 區(qū)域的各側(cè)。如果地層的上層(上覆巖層)或下層(下伏巖層)有可 能允許流體流入或流出處理區(qū)域，則水平定位的冷凍井可以用于形成 用于處理區(qū)域的上和/或下阻擋層。在某些實(shí)施例中，如果上層和/或 下層是至少基本上不可滲透的，則上阻擋層和/或下阻擋層可能是不需 要的。如果上冷凍阻擋層形成，則穿過(guò)由冷凍井產(chǎn)生的低溫區(qū)域形成 上冷凍阻擋層鉆井的熱源、生產(chǎn)鉆井、注射鉆井和/或脫水鉆井的各部 分可以被隔離和/或熱跟蹤，從而使低溫區(qū)域不會(huì)不利地影響穿過(guò)低溫 區(qū)域的熱源、生產(chǎn)鉆井、注射鉆井和/或脫水鉆井的功能。相鄰的冷凍井之間的間距是一系列不同因數(shù)的函數(shù)。這些因數(shù)可 以包括，但不局限于地層材料的物理性能、冷凍系統(tǒng)的類(lèi)型、致冷劑 的冷度和熱性能、流入和流出處理區(qū)域的材料的流動(dòng)速率、用于形成
低溫區(qū)域的時(shí)間以及經(jīng)濟(jì)性的考慮。固結(jié)的或部分固結(jié)的地層材料可 以允許冷凍井之間大的分離距離。在固結(jié)的或部分固結(jié)的地層材料內(nèi)的冷凍井之間的分離距離為從約3m至約20m，從約4m至約15m或 從約5m至約10m。在一個(gè)實(shí)施例中，相鄰的冷凍井之間的間距為約 5m。在非固結(jié)的或基本上非固結(jié)的地層材料內(nèi)，比如在焦油砂內(nèi)，冷 凍井之間的間距可能需要小于在固結(jié)的地層材料內(nèi)的間距。在非固結(jié) 的地層材料內(nèi)冷凍井之間的分離距離可以為從約lm至約5m。冷凍井可以設(shè)置在地層內(nèi)，從而使一個(gè)冷凍井相對(duì)于一相鄰的冷 凍井的取向偏移最小。過(guò)大的偏移可能導(dǎo)致相鄰的冷凍井之間大的分 離距離，這樣的分離距離可能不允許在相鄰的冷凍井之間形成互相連 接的低溫區(qū)域。影響冷凍井插入地層的方式的因素包括，但不局限于 冷凍井的插入時(shí)間、冷凍井的插入深度、地層性能、希望的鉆井取向 以及經(jīng)濟(jì)性。用于冷凍井的較低深度井孔，可以采用沖擊和/或振動(dòng)方式插入某 些地層。在某些類(lèi)型的地層內(nèi)，用于冷凍井的井孔可以釆用沖擊和/ 或振動(dòng)方式插入地層的深度從約lm至約100m，冷凍井相對(duì)于相鄰的 冷凍井沒(méi)有過(guò)大的取向偏移。用于設(shè)置在地層深處的冷凍井的井孔或用于設(shè)置在帶有難以用沖鉆進(jìn)和/或地質(zhì)導(dǎo)向(geosteering)設(shè)置在地層內(nèi)。在笫一井孔內(nèi)產(chǎn)生 的聲頻信號(hào)、電信號(hào)、磁信號(hào)和/或其它信號(hào)可以用于引導(dǎo)相鄰井孔的 鉆進(jìn)，從而能夠保持相鄰的鉆井之間希望的間距。嚴(yán)格控制用于冷凍 井的井孔之間的間距是減少阻擋地層構(gòu)造完成時(shí)間的 一個(gè)重要因素。在用于冷凍井的井孔形成之后，井孔可以使用鄰近準(zhǔn)備降低溫度 以形成冷凍阻擋層一部分的地層部分的水反沖洗(backflush)。該水 可以排出保留在井孔內(nèi)的鉆進(jìn)流體。該水可以排出在鄰近地層的空穴 內(nèi)的固有的氣體。在某些實(shí)施例中，井孔用來(lái)自上通至上覆巖層水平 的管路的水充填。在某些實(shí)施例中，井孔分段用水反沖洗。井孔可以 按長(zhǎng)度為約6m、 10m、 14m、 17m或更大的分段進(jìn)行處理。在井孔內(nèi) 的水的壓力保持低于地層的斷裂壓力。在某些實(shí)施例中，水或部分水 從井孔移出，并在地層內(nèi)設(shè)置冷凍井。圖2示出冷凍井114的一個(gè)實(shí)施例。冷凍井114可以包括筒罐116、 入口管路118、隔片120和鉆井帽122。隔片120可以將入口管路118 定位在筒罐116內(nèi)，從而在筒罐和管路之間形成一個(gè)環(huán)形空隙。隔片 120可以促進(jìn)在入口管路118和筒罐116之間的環(huán)形空隙內(nèi)致冷劑的 紊流，但該隔片也會(huì)引起流體壓力的顯著降低。紊流流體在環(huán)形空間 內(nèi)的流動(dòng)可以借助下列措施增強(qiáng)將筒罐116的內(nèi)表面粗糙化，將入 口管路118的外表面粗糙化和/或?qū)h(huán)形空間的橫截面縮小，從而允許 在環(huán)形空間內(nèi)高的致冷劑流速。在某些實(shí)施例中，不使用隔片。地層致冷劑可以通過(guò)冷側(cè)面管路124從一致冷單元流至冷凍井 114的入口管路118。地層致冷劑可以通過(guò)入口管路118和筒罐116之 間的環(huán)形空間流動(dòng)至暖側(cè)面管路126。熱量可以從地層傳送至筒罐 116,并從筒罐傳送至環(huán)形空間內(nèi)的地層致冷劑。入口管路118可以是 隔熱的，以阻止在地層致冷劑移動(dòng)進(jìn)入冷凍井114時(shí)熱量傳遞至地層 致冷劑。在一個(gè)實(shí)施例中，入口管道118是高密度聚乙烯管。在冷溫 度下，某些聚合物可以顯示出大量熱收縮。例如， 一條260m初始長(zhǎng) 度的聚乙烯管路經(jīng)受約-25。C的溫度，收縮可能達(dá)6m或更大。如果使 用高密度聚乙烯管路或其它聚合物管路，在確定冷凍井的最終深度時(shí)， 材料的大的熱收縮必須考慮在內(nèi)。例如，冷凍井可能鉆得比需要的深， 以及管路可能允許在使用時(shí)縮回。在某些實(shí)施例中，入口管路118是 隔熱的金屬管。在某些實(shí)施例中，隔熱層可以是聚合物涂層，比如， 但不局限于聚氯乙烯、高密度聚乙烯和/或聚苯乙烯。冷凍井114可以使用螺旋管鉆具引導(dǎo)進(jìn)入地層。在一個(gè)實(shí)施例中， 筒罐116和入口管路118纏繞在一個(gè)單獨(dú)巻軸上。螺旋管鉆具引導(dǎo)筒 罐和入口管路118進(jìn)入地層。在一個(gè)實(shí)施例中，筒罐116纏繞在第一 巻軸上，并且入口管路118纏繞在第二軸上。螺旋管鉆具引導(dǎo)筒罐116 進(jìn)入地層。隨后，螺旋管鉆具用于引導(dǎo)入口管路118進(jìn)入筒罐。在其 它實(shí)施例中，冷凍井在井孔位置分段組裝，并被引導(dǎo)進(jìn)入地層。
冷凍井114的隔離段可以放置成鄰接上覆巖層128。冷凍井114 的非隔離段可以放置成鄰接將形成低溫區(qū)域的一個(gè)或更多個(gè)層130。 在某些實(shí)施例中，冷凍井的非隔離段可以定位成僅鄰近允許流體流入 或流出處理區(qū)域的地層的含水層或其它可滲透部分。準(zhǔn)備放置冷凍井 的非隔離段的地層部分可以使用鉆芯分析和/或測(cè)井技術(shù)確定。各種類(lèi)型的致冷系統(tǒng)可以用于形成低溫區(qū)域。合適的致冷系統(tǒng)的 確定可以根據(jù)許多因素，包括，但不局限于冷凍井類(lèi)型；相鄰的冷 凍井之間的距離；致冷劑；形成低溫區(qū)域的時(shí)限；低溫區(qū)域的深度； 致冷劑將經(jīng)受的溫差；致冷劑的化學(xué)和物理性能；有關(guān)潛在的致冷劑 釋放、泄漏或溢出的環(huán)境考慮；經(jīng)濟(jì)性；在地層內(nèi)地層水的流動(dòng)；地 層水的成分和性能，包括地層水的鹽濃度；以及地層的各種性能，比 如，熱傳導(dǎo)性、熱擴(kuò)散性和熱容。循環(huán)流體致冷系統(tǒng)可以使用通過(guò)冷凍井循環(huán)的液體致冷劑(地層 致冷劑)。對(duì)于地層致冷劑的某些希望的性能是低的工作溫度、處在 和接近工作溫度時(shí)的低粘度、高密度、高比熱容、高熱傳導(dǎo)性，低成 本、低腐蝕性和低毒性。地層致冷劑的低工作溫度允許圍繞冷凍井建 立大的低溫區(qū)域。地層致冷劑的低工作溫度應(yīng)為約-20。C或更低。具有 至少為-60。C的低工作溫度的地層致冷劑可以包括氨水、甲酸鉀溶液， 比如，Dynalene HC-50 ( Dynalene⑧熱傳遞流體公司(美國(guó)賓夕法尼 亞州的懷特霍爾鎮(zhèn)))或FREEZIUM (Kemira化學(xué)品公司(芬蘭的 赫爾辛基))；硅酮熱傳遞流體，比如，Syltherm XLT ( Dow Corning公司(美國(guó)密歇根州的米德蘭市))；碳?xì)浠衔镏吕鋭?，比如，丙烯?以及氯氟化烴，比如R-22。氨水是氨和水的溶液，氨的重量百分比在約20%和約40%之間。氨水具有一些性能和特點(diǎn)，使得氨水可作為希望的地層致冷劑使用，這些性能和特點(diǎn)包括，但不局限于極低的冰點(diǎn)、 低粘度、易獲取性和低成本。能夠急冷至水地層流體的冰點(diǎn)以下溫度的地層致冷劑可以用于形成圍繞處理區(qū)域的低溫區(qū)域。下列公式(Sanger公式)可以為用于形 成圍繞具有表面溫度L的冷凍井半徑為R的冷凍阻擋層所需時(shí)間"
建模:(1)<formula>formula see original document page 14</formula>w"。 A式中A = ￡在這些公式中，kf是冷凍材料的熱導(dǎo)率；q和Cvu分別是冷凍的 和未冷凍的材料的體積熱容；r。是冷凍井的半徑；v^是冷凍井表面溫 度Ts和水的冰點(diǎn)T。之間的溫差；v。是周?chē)貙訙囟萒g和水的冰點(diǎn)T。 之間的溫差；L是地層冷凍的體積潛熱；R是冷凍一未冷凍界面處的 半徑；以及RA是沒(méi)有受到致冷管的影響的半徑。Sanger公式可提供 形成半徑為R的冷凍阻擋層所需時(shí)間的保守估計(jì)，因?yàn)樵摴經(jīng)]有考 慮來(lái)自其它冷凍井的冷卻的重疊。地層致冷劑的溫度是一個(gè)可調(diào)節(jié)的 變量，它可以顯著地影響冷凍井之間的間距。公式1意味著可以使用具有非常低的初始溫度的致冷劑形成大的 低溫區(qū)域。使用初始冷溫度為約-30°C或更低的地層致冷劑是希望的。 初始溫度暖于約-30。C的地層致冷劑也可以使用，但這種地層致冷劑對(duì) 于借助單獨(dú)的冷凍井連接產(chǎn)生的低溫區(qū)域需要較長(zhǎng)的時(shí)間。此外，這 種地層致冷劑可能需要使用更近的冷凍井間距和/或更多的冷凍井。用于建造冷凍井的材料的物理性能可以是確定用于形成圍繞處理 區(qū)域的低溫區(qū)域的地層致冷劑的最冷溫度的一個(gè)因素。碳鋼可以用作 冷凍井的結(jié)構(gòu)材料。ASTMA333, 6級(jí)鋼合金和ASTM A333， 3級(jí)鋼 合金可以用于低溫用途。ASTMA333, 6級(jí)鋼合金典型地含有少量或 不含鎳，并具有約-50。C的低工作溫度極限。ASTMA333, 3級(jí)鋼合金 典型地含有鎳和具有冷得多的低工作溫度極限。ASTMA333， 3級(jí)合 金增加在冷溫度時(shí)的延展性，但也顯著地提高金屬的成本。在某些實(shí) 施例中，致冷劑的最冷溫度為從約-35。C至約-55。C，從約-38。C至約-47 。C，或從約-40。C至約-45。C，以允許使用ASTM A333， 6級(jí)鋼合金以 建造用于冷凍井的筒罐。不銹鋼，比如304不銹鋼，可以用于形成冷凍井，但不銹鋼的成本典型地大大高于ASTMA333， 6級(jí)鋼合金。在某些實(shí)施例中，用于形成冷凍井的筒罐的金屬可以作為管子提 供。在某些實(shí)施例中，用于形成冷凍井的筒罐的金屬可以作為板材形 式提供。金屬板可以被縱向地焊接，以形成管子和/或螺旋管。使用板 材金屬成形筒罐通過(guò)允許螺旋管絕熱和減少使用管子形成和安裝筒罐 所需的設(shè)備和人力而改進(jìn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。一種致冷單元可用于降低地層致冷劑的溫度至低工作溫度。在某 些實(shí)施例中，致冷單元使用氨蒸發(fā)循環(huán)。致冷單元可以從下列公司買(mǎi) 到Cool Man公司(美國(guó)威斯康星州密爾沃基市)，Gartner Refrigeration & Manufacturing 7>司(美國(guó)明尼蘇達(dá)州明尼阿波利斯 市)，以及其它供應(yīng)商。在某些實(shí)施例中，可以使用級(jí)聯(lián)的致冷系統(tǒng)， 其第一級(jí)為氨以及第二級(jí)為二氧化碳。通過(guò)冷凍井的循環(huán)致冷劑可以 是在水中30%重量的氨(氨水)?；蛘撸彩褂脝渭?jí)二氧化碳致冷系 統(tǒng)。在某些實(shí)施例中，使用雙阻擋層系統(tǒng)以隔離處理區(qū)域。雙阻擋層 系統(tǒng)可以由第一阻擋層和第二阻擋層組成。第一阻擋層可以圍繞處理 區(qū)域的至少一部分形成，以阻止流體流入或排出處理區(qū)域。第二阻擋 層可以圍繞第一阻擋層的至少一部分形成，以隔離在第一阻擋層和第 二阻擋層之間的阻擋層間區(qū)域。雙阻擋層系統(tǒng)可以允許比單阻擋層系 統(tǒng)大的設(shè)計(jì)深度。使用雙阻擋層系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)較大深度是因?yàn)榭邕^(guò)第 一阻擋層和第二阻擋層的階梯壓差小于跨過(guò)一個(gè)單獨(dú)阻擋層的壓差。 對(duì)于雙阻擋層系統(tǒng)，跨過(guò)第一阻擋層和第二阻擋層較小的壓差使得雙 阻擋層系統(tǒng)的缺口比單阻擋層系統(tǒng)在此深度處發(fā)生的可能性小。雙阻擋層系統(tǒng)減少阻擋層缺口影響處理區(qū)域或缺口形成在雙阻擋 層外側(cè)的可能性。這就是說(shuō)，在第一阻擋層內(nèi)缺口發(fā)生的位置和/或時(shí) 間與在第二阻擋層內(nèi)缺口發(fā)生的位置和/或時(shí)間重合的可能性低，尤其 是，如果在第一阻擋層和第二阻擋層之間的距離較大時(shí)(例如，大于 約15m )。具有雙阻擋層可以減少或消除流體跟隨第一或第二阻擋層 的缺口流入處理區(qū)域。如果第二阻擋層出現(xiàn)缺口，處理區(qū)域不會(huì)受影
響。如果第一阻擋層出現(xiàn)缺口，僅有阻擋層間區(qū)域中的一部分流體能 夠進(jìn)入保持區(qū)域。而且，來(lái)自保持區(qū)域的流體將不會(huì)通過(guò)第二阻擋層。 修復(fù)雙阻擋層系統(tǒng)的 一個(gè)阻擋層的 一個(gè)缺口比修復(fù)一個(gè)單獨(dú)阻擋層系 統(tǒng)的一個(gè)缺口需要更少時(shí)間和資源。例如，跟隨一個(gè)雙阻擋層系統(tǒng)的 一個(gè)缺口的處理區(qū)域的再加熱比跟隨一個(gè)單獨(dú)阻擋層的一個(gè)缺口的同 樣尺寸處理區(qū)域的再加熱需要更少的能量。第一阻擋層和第二阻擋層可以是相同類(lèi)型的阻擋層或不同類(lèi)型的 阻擋層。在某些實(shí)施例中，第一阻擋層和第二阻擋層是通過(guò)冷凍井形 成的。在某些實(shí)施例中，第一阻擋層是通過(guò)冷凍井形成的，以及第二阻擋層是灌漿墻。灌漿墻可以由水泥、石克膠漿(sulfur )、石克水泥或它 們的組合形成。在某些實(shí)施例中，第一阻擋層的一部分和/或第二阻擋 層的一部分是一個(gè)天然阻擋層，比如，不可滲透的巖石地層。圖3示出雙阻擋層系統(tǒng)132的一個(gè)實(shí)施例。處理區(qū)域134的周邊 可以被第一阻擋層136圍繞。第一阻擋層136可以被第二阻擋層138 圍繞。阻擋層間區(qū)域140可以隔離在第一阻擋層136、第二阻擋層138 以及分隔部142之間。用分隔部142在笫一阻擋層136和第二阻擋層 138之間產(chǎn)生的分段限制保持在單獨(dú)的阻擋層間區(qū)域140內(nèi)的流體的 量。分隔部142可以增強(qiáng)雙阻擋層系統(tǒng)132。在某些實(shí)施例中，雙阻 擋層系統(tǒng)可以不包括分隔部。阻擋層間區(qū)域可以具有從約lm至約300m的厚度。在某些實(shí)施 例中，阻擋層間區(qū)域的厚度為從10m至約100m，或從約20m至約50m。泵送/監(jiān)測(cè)鉆井144可以定位在保持區(qū)域134、阻擋層間區(qū)域140 和/或第二阻擋層138外側(cè)的外部區(qū)域146內(nèi)。泵送/監(jiān)測(cè)鉆井144允 許從處理區(qū)域134、阻擋層間區(qū)域140或外部區(qū)域146移出流體。泵 送/監(jiān)測(cè)鉆井144還允許監(jiān)測(cè)在處理區(qū)域134、阻擋層間區(qū)域140和外 部區(qū)域146內(nèi)的流體水平。在某些實(shí)施例中，由熱源加熱處理區(qū)域134的一部分。最接近第 一阻擋層136的熱源可以安裝在離開(kāi)第一阻擋層的一個(gè)希望的距離 處。在某些實(shí)施例中，在最近熱源和第一阻擋層136之間的希望的距 離在約5m和約300m之間范圍內(nèi)，在約10m和約200m之間或在約 15m和約50m之間范圍內(nèi)。例如，在最近熱源和第一阻擋層136之間 希望的距離可以是約40m。圖4示出使用于隔離在地層內(nèi)的處理區(qū)域134的雙阻擋層系統(tǒng) 132的橫剖面圖。地層可以包括一個(gè)或更多個(gè)流體承載區(qū)域148以及 一個(gè)或更多個(gè)不可滲透的區(qū)域150。第一阻擋層136可以至少部分地 圍繞處理區(qū)域134。第二阻擋層138可以至少部分地圍繞第一阻擋層 136。在某些實(shí)施例中，不可滲透的區(qū)域150位于處理區(qū)域134的上面 和/或下面。因此，處理區(qū)域134圍繞各側(cè)面和從頂部和底部#1密封。 在某些實(shí)施例中，形成一條或多條路徑152以允許在處理區(qū)域134內(nèi) 的兩個(gè)或更多個(gè)流體承載區(qū)域148之間的連通。在處理區(qū)域134內(nèi)的 流體可以從此區(qū)域jf皮泵送。在阻擋層間區(qū)域140和外部區(qū)域146內(nèi)的 流體被阻止到達(dá)處理區(qū)域。在處理區(qū)域134內(nèi)碳?xì)浠衔锏脑剞D(zhuǎn)換140和外部區(qū)域146。在密封處理區(qū)域134之后，在一個(gè)給定的流體承載區(qū)域148內(nèi)的 流體水平可以改變，從而使在阻擋層間區(qū)域140內(nèi)的流體高差和在外 部區(qū)域146內(nèi)的流體高差是不同的。在第一阻擋層136和第二阻擋層 138形成之后，各個(gè)流體承載區(qū)域148內(nèi)的流體壓力和/或流體的量可 以被調(diào)節(jié)。在各流體承載區(qū)域148內(nèi)保持流體不同的量和/或壓力的能 力可以指示第一阻擋層136和第二阻擋層138的形成和完整性。具有 在處理區(qū)域134、流體承載區(qū)域148、阻擋層間區(qū)域140以及在外部區(qū) 域146的流體承載區(qū)域內(nèi)不同的流體高差水平允許確定在第一阻擋層 136和/或第二阻擋層138內(nèi)的缺口的發(fā)生。在某些實(shí)施例中，跨過(guò)第 一阻擋層136和第二阻擋層138的不同壓差可以被調(diào)節(jié)以減少施加至 第一阻擋層136和/或第二阻擋層138的應(yīng)力，以及地層的某一巖層上 的應(yīng)力。某些流體承載區(qū)域148可能含有天然流體，這些流體由于高的鹽 含量或化合物而使得流體的冰點(diǎn)降低，因而是難以冷凍的。如果第一
阻擋層136和/或第二阻擋層138是通過(guò)冷凍井建立的低溫區(qū)域，則難 以冷凍的天然流體可以通過(guò)泵送/監(jiān)測(cè)鉆井144從阻擋層間區(qū)域140內(nèi) 的流體承載區(qū)域148移出。天然流體被冷凍井更容易冷凍的流體代替。在某些實(shí)施例中，泵送/監(jiān)測(cè)鉆井144可以定位在處理區(qū)域134、 阻擋層間區(qū)域140和/或外部區(qū)域146內(nèi)。泵送/監(jiān)測(cè)鉆井144可用于 測(cè)試?yán)鋬龅淖钃鯇拥睦鋬鐾瓿珊?或壓力測(cè)試?yán)鋬龅淖钃鯇雍?或巖 層。泵送/監(jiān)測(cè)鉆井144可用于移出流體和/或監(jiān)測(cè)在處理區(qū)域134、阻 擋層間區(qū)域140和/或外部區(qū)域146內(nèi)的流體水平。使用泵送/監(jiān)測(cè)鉆 井144監(jiān)測(cè)在保持區(qū)域134、阻擋層間區(qū)域140和/或外部區(qū)域146內(nèi) 的流體水平可允許探測(cè)在第一阻擋層136和/或第二阻擋層138內(nèi)的缺 口。泵送/監(jiān)測(cè)鉆井144允許在處理區(qū)域134、阻擋層間區(qū)域140內(nèi)每 個(gè)流體承載區(qū)域148和外部區(qū)域146內(nèi)每個(gè)流體承載區(qū)域內(nèi)的壓力被 獨(dú)立地監(jiān)測(cè)，從而使在第一阻擋層136和/或第二阻擋層138內(nèi)的缺口 的發(fā)生和/或位置能夠被確定。在某些實(shí)施例中，在阻擋層間區(qū)域140內(nèi)的流體壓力保持大于在 處理區(qū)域134內(nèi)的流體壓力，并小于在外部區(qū)域146內(nèi)的流體壓力。 如果出現(xiàn)第一阻擋層136的缺口 ，則流體從阻擋層間區(qū)域140流動(dòng)進(jìn) 入處理區(qū)域134,結(jié)果在阻擋層間區(qū)域內(nèi)可探測(cè)的流體水平下降。如 果出現(xiàn)第二阻擋層138的缺口 ，則流體從外部區(qū)域流動(dòng)進(jìn)入阻擋層間 區(qū)域140，結(jié)果在阻擋層間區(qū)域內(nèi)可探測(cè)的流體水平升高。第一阻擋層136的缺口可以允許流體從阻擋層間區(qū)域140進(jìn)入處 理區(qū)域134。圖5示出雙阻擋層保持系統(tǒng)132的第一阻擋層136中的缺口 154。 箭頭156指示從阻擋層間區(qū)域140通過(guò)缺口 154至處理區(qū)域134的流 體158的流動(dòng)方向。在流體承載區(qū)域148內(nèi)，阻擋層間區(qū)域140的缺 口 154附近的流體水平下降至缺口的高度。路徑152允許流體158從缺口 154流至處理區(qū)域134的底部，增 加在保持區(qū)域的底部?jī)?nèi)的流體水平。從阻擋層間區(qū)域140流動(dòng)進(jìn)入處 理區(qū)域134的流體體積典型地比處理區(qū)域的體積小。能夠從阻擋層間
區(qū)域140流動(dòng)進(jìn)入處理區(qū)域134的流體體積是受限制的，因?yàn)榈诙?擋層138阻止流體158再充入受影響的流體承載區(qū)域。在某些實(shí)施例 中，進(jìn)入處理區(qū)域134的流體可以用在處理區(qū)域內(nèi)的泵送/監(jiān)測(cè)鉆井 144從處理區(qū)域泵送。在某些實(shí)施例中，進(jìn)入處理區(qū)域134的流體可 以使用處理區(qū)域中的組成原地轉(zhuǎn)換過(guò)程系統(tǒng)一部分的加熱器蒸發(fā)。從 阻擋層間區(qū)域140吸入流體引起的冷卻用于處理區(qū)域134的加熱部分 的恢復(fù)時(shí)間是短暫的。恢復(fù)時(shí)間可以是小于一個(gè)月、小于一星期或小 于一天。在阻擋層間區(qū)域140內(nèi)的泵送/監(jiān)測(cè)鉆井144可以允許估計(jì)缺口 154的位置。當(dāng)缺口 154開(kāi)始形成時(shí)，從缺口附近的流體承載區(qū)域148 流動(dòng)進(jìn)入處理區(qū)域134的流體在阻擋層間區(qū)域140內(nèi)產(chǎn)生受影響的流 體承栽區(qū)域的流體水平降低的錐形。來(lái)自與缺口 154相同的流體承載 區(qū)域的泵送/監(jiān)測(cè)鉆井144的流體水平數(shù)據(jù)的時(shí)間分析可用于確定缺口 的大致位置。當(dāng)?shù)谝蛔钃鯇?36的缺口 154^皮^:測(cè)到時(shí)，位于允許流體流動(dòng)進(jìn) 入處理區(qū)域134流體承載區(qū)域內(nèi)的泵送/監(jiān)測(cè)鉆井144可以被激勵(lì)，以 泵出阻擋層間區(qū)域的流體。泵出阻擋層間區(qū)域的流體減少了能夠移動(dòng) 通過(guò)缺口 154進(jìn)入處理區(qū)域134的流體158的量。缺口 154可以是由于大地移動(dòng)引起的。如果第一阻擋層136是由 冷凍井形成的低溫區(qū)域，則在第一阻擋層內(nèi)缺口 154處的地層溫度低 于阻擋層間區(qū)域140內(nèi)流體158的水點(diǎn)。流體158從阻擋層間區(qū)域140 通過(guò)缺口 154的移動(dòng)可以導(dǎo)致缺口內(nèi)的流體凍結(jié)和第一阻擋層136的 自修復(fù)。第二阻擋層的缺口可允許外部區(qū)域內(nèi)的流體進(jìn)入阻擋層間區(qū)域。 第 一阻擋層可以阻止進(jìn)入阻擋層間區(qū)域的流體到達(dá)處理區(qū)域。圖6示出在雙阻擋層系統(tǒng)132的第二阻擋層138內(nèi)的缺口 154。 箭頭156指示從第二阻擋層138的外側(cè)通過(guò)缺口 154至阻擋層間區(qū)域 140的流體158的流動(dòng)方向。當(dāng)流體158流動(dòng)通過(guò)在第二阻擋層138 內(nèi)的缺口 154時(shí)，在缺口附近的阻擋層間區(qū)域140部分內(nèi)的流體水平 從開(kāi)始水平160升高至等于外部區(qū)域146內(nèi)相同的流體承載區(qū)域內(nèi)的 流體水平162之水平。在流體承載區(qū)域146內(nèi)流體158的增加可以通 過(guò)位于缺口 154附近流體承載區(qū)域內(nèi)的泵送/監(jiān)測(cè)鉆井144探測(cè)。缺口 154可以是由大地移動(dòng)引起的。如果第二阻擋層138是通過(guò) 冷凍井形成的低溫區(qū)域，則在第二阻擋層內(nèi)缺口 154處的地層溫度低 于從外部區(qū)域146進(jìn)入的流體的水點(diǎn)。來(lái)自外部區(qū)域146的流體在缺 口 154內(nèi)可以凍結(jié)和自修復(fù)第二阻擋層138。雙阻擋層保持系統(tǒng)的第一阻擋層和第二阻擋層可以通過(guò)冷凍井形 成。在一個(gè)實(shí)施例中，首先形成第一阻擋層。保持第一阻擋層所需要 的冷卻負(fù)荷顯著地小于形成第一阻擋層需要的冷卻負(fù)荷。在第一阻擋 層形成之后，致冷系統(tǒng)用于形成第一阻擋層的多余的冷卻能力可用于 形成第二阻擋層的一部分。在某些實(shí)施例中，首先形成第二阻擋層， 以及致冷系統(tǒng)用于形成第二阻擋層的多余的冷卻能力可用于形成第一 阻擋層的一部分。在第一和第二阻擋層形成之后，通過(guò)用于形成第一 阻擋層和第二阻擋層的一個(gè)或更多個(gè)致冷系統(tǒng)提供的多余的冷卻能力 可用于形成圍繞待通過(guò)原地轉(zhuǎn)換過(guò)程處理的下一個(gè)保持區(qū)域的一個(gè)或 更多個(gè)阻擋層。灌漿可以與冷凍井組合使用以提供用于原地轉(zhuǎn)換過(guò)程的阻擋層。 灌漿填充入地層內(nèi)的空穴(巖孔)并減小地層的可滲透性。灌漿可以 具有比填入地層空穴內(nèi)的氣體和/或地層流體更好的熱傳導(dǎo)性。將灌漿 放置入空穴內(nèi)允許較快地形成低溫區(qū)域。灌漿形成在地層內(nèi)的永久的 阻擋層，該阻擋層可以增強(qiáng)地層。在非固結(jié)的或基本上非固結(jié)的地層 材料內(nèi)使用灌漿可以允許比不使用灌漿可能實(shí)現(xiàn)的更大的鉆井間距。 灌漿與通過(guò)冷凍井形成的低溫區(qū)域的組合可以組成用于環(huán)境管理目的 的雙阻擋層。灌漿可以通過(guò)冷凍井井孔引入地層。灌漿可以允許被設(shè)置。灌漿 墻的整體性可以被檢查。灌漿墻的整體性可以借助測(cè)井技術(shù)和/或液壓 靜力測(cè)試檢查。如果一個(gè)灌漿段的可滲透性過(guò)高，則額外的灌漿可以 通過(guò)冷凍井井孔引入到地層中。在灌漿段的可滲透性充分地降低后，
冷凍井可以安裝到冷凍井井孔內(nèi)。灌漿在一高壓，但低于地層的破壞壓力下注射進(jìn)入地層。在某些實(shí)施例中，灌漿在冷凍井井孔內(nèi)以16m增量進(jìn)行。如果希望，可以使 用較大或較小的增量。在某些實(shí)施例中，灌漿僅施加至地層的某一些 部分。例如，灌漿可以通過(guò)僅鄰近蓄水區(qū)域和/或較高可滲透性區(qū)域(例 如，具有可滲透性大于約0.1達(dá)西的區(qū)域)的冷凍井井孔施加至地層。 施加灌漿至蓄水層可以防止當(dāng)一個(gè)建立好的低溫區(qū)域解凍時(shí)，水從一 個(gè)蓄水層遷移至不同的蓄水層。在地層內(nèi)使用的灌漿可以是包括但不局限于細(xì)水泥、微細(xì)水泥、 硫膠漿、硫水泥、粘性熱塑性塑料或它們的組合中的任何類(lèi)型的灌漿。 細(xì)水泥可以是ASTM3型波特蘭水泥。細(xì)水泥比微細(xì)水泥價(jià)廉。在一 個(gè)實(shí)施例中， 一個(gè)冷凍井井孔成形在地層內(nèi)。冷凍井井孔的選擇部分 使用細(xì)水泥灌漿。隨后微細(xì)水泥通過(guò)冷凍井井孔注射入地層。細(xì)水泥 可以將可滲透性降低至約10毫達(dá)西。微細(xì)水泥可以將可滲透性進(jìn)一步 降低至約0.1毫達(dá)西。在灌漿引入地層之后，冷凍井井孔的筒罐可以 被插入地層。此過(guò)程可以對(duì)于將用于形成阻擋層的每個(gè)冷凍井重復(fù)進(jìn) 行。在某些實(shí)施例中，細(xì)水泥被每隔一個(gè)地引導(dǎo)進(jìn)入冷凍井井孔內(nèi)。 微細(xì)水泥被引導(dǎo)進(jìn)入剩余的井孔內(nèi)。例如，灌漿可用于帶有設(shè)置為約 5m間距的冷凍井井孔的地層內(nèi)。第一井孔被鉆出，并且細(xì)水泥通過(guò) 該井孔引導(dǎo)進(jìn)入地層。在第一井孔內(nèi)定位有冷凍井筒罐。第二井孔在 距第一井孔10m處鉆出。細(xì)水泥通過(guò)第二井孔引導(dǎo)進(jìn)入地層。在第二 井孔內(nèi)定位有冷凍井筒罐。第三井孔在第一井孔和第二井孔之間鉆出。 在某些實(shí)施例中，來(lái)自第一和/或第二井孔的灌漿可以在第三井孔的切 縫內(nèi)被探測(cè)到。微細(xì)水泥通過(guò)第三井孔引導(dǎo)進(jìn)入地層。在第三井孔內(nèi) 定位有冷凍井筒罐。相同的程序用于形成其余的冷凍井，這些冷凍井 將形成圍繞處理區(qū)域的阻擋層。本說(shuō)明后顯而易見(jiàn)。因此，本說(shuō)明應(yīng)考慮僅作為示范性的，并僅用于
本領(lǐng)域技術(shù)熟練人員以一般的方式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明時(shí)的教導(dǎo)目的。應(yīng)該理 解，在文中所示和說(shuō)明的本發(fā)明的形式被認(rèn)為是現(xiàn)在優(yōu)選的實(shí)施例。 對(duì)于在文中所示和說(shuō)明的元件和材料可以被代替，部件和過(guò)程可以修 改，以及本發(fā)明的一定的特征可以單獨(dú)地使用，在本領(lǐng)域技術(shù)熟練人 員了解本發(fā)明的說(shuō)明的利益之后全部將變得明顯。在不脫離本發(fā)明所 附權(quán)利要求書(shū)中所述本發(fā)明的精神和范圍條件下，文中所述的部件可 以改變。此外，應(yīng)該理解，在文中獨(dú)立描述的特征，在某些實(shí)施例中 可以纟且合。
權(quán)利要求
1.一種用于地下處理區(qū)域的雙阻擋層系統(tǒng)，所述雙阻擋層系統(tǒng)包括圍繞地下處理區(qū)域的至少一部分形成的第一阻擋層，所述第一阻擋層構(gòu)造為阻止流體排出或進(jìn)入地下處理層；以及圍繞第一阻擋層的至少一部分形成的第二阻擋層，其中第一阻擋層和第二阻擋層之間存在分離空間。
2. 按照權(quán)利要求1的阻擋層系統(tǒng)，其特征在于，第一阻擋層是通 過(guò)若干冷凍井建立的冷凍阻擋層。
3. 按照權(quán)利要求2的阻擋層系統(tǒng)，還包括通過(guò)用于形成第一阻擋層的冷凍井的至少一個(gè)冷凍井井孔引導(dǎo)入地層中的灌漿。
4. 按照權(quán)利要求1-3中的任何一項(xiàng)的阻擋層系統(tǒng)，其特征在于， 第二阻擋層是通過(guò)若干冷凍井建立的冷凍阻擋層。
5. 按照權(quán)利要求4的阻擋層系統(tǒng)，還包括通過(guò)用于形成第二阻擋層的冷凍井的至少一個(gè)冷凍井井孔引導(dǎo)入地層中的灌漿。
6. 按照權(quán)利要求1-5中的任何一項(xiàng)的阻擋層系統(tǒng)，其特征在于， 處理區(qū)域包括含碳?xì)浠衔锏牡貙樱⑶以撟钃鯇酉到y(tǒng)還包括在處理 區(qū)域內(nèi)的多個(gè)加熱器，加熱器構(gòu)造為加熱含碳?xì)浠衔锏牡貙拥奶細(xì)?化合物層。
7. 按照權(quán)利要求1-6中的任何一項(xiàng)的阻擋層系統(tǒng)，還包括在第一 阻擋層和第二阻擋層之間形成的阻擋層分段，其中，阻擋層分段構(gòu)造 為分隔在第一阻擋層和第二阻擋層之間的空間。
8. 按照權(quán)利要求1-7中的任何一項(xiàng)的阻擋層系統(tǒng)，還包括在第一 阻擋層和笫二阻擋層之間的空間內(nèi)的至少一個(gè)監(jiān)測(cè)鉆井，其中，至少 一個(gè)監(jiān)測(cè)鉆井構(gòu)造為監(jiān)測(cè)第一阻擋層和/或第二阻擋層的完整性。
9. 按照權(quán)利要求1-7中的任何一項(xiàng)的阻擋層系統(tǒng)，還包括在第一 阻擋層和第二阻擋層之間的空間內(nèi)的第 一 監(jiān)測(cè)鉆井，以及位于第 一 阻 擋層對(duì)面的第二監(jiān)測(cè)鉆井，其中，第一監(jiān)測(cè)鉆井和第二監(jiān)測(cè)鉆井構(gòu)造為監(jiān)測(cè)第一阻擋層的整體性。
10. 按照權(quán)利要求1-7中的任何一項(xiàng)的阻擋層系統(tǒng)，還包括在第 一阻擋層和第二阻擋層之間的空間內(nèi)的第一監(jiān)測(cè)鉆井，以及位于第二 阻擋層外側(cè)的第二監(jiān)測(cè)鉆井，其中，第一監(jiān)測(cè)鉆井和第二監(jiān)測(cè)鉆井構(gòu) 造為監(jiān)測(cè)第二阻擋層的整體性。
11. 建立按照權(quán)利要求1-8中的任何一項(xiàng)的雙阻擋層的方法，所 述方法包括圍繞地下處理區(qū)域的至少一部分形成第一阻擋層；以及 圍繞第一阻擋層形成第二阻擋層，其中， 一個(gè)空間存在于第一阻 擋層和第二阻擋層之間。
12. 按照權(quán)利要求ll的方法，還包括在第一阻擋層和第二阻擋層 之間形成一個(gè)或更多個(gè)阻擋層分段，以將在第一阻擋層和第二阻擋層 之間的空間分隔成為不同的部分。
13. 按照權(quán)利要求12的方法，還包括監(jiān)測(cè)所述部分中的一個(gè)或更 多個(gè)，以監(jiān)測(cè)第一阻擋層和/或第二阻擋層的整體性。
14. 按照權(quán)利要求11-13中的任何一項(xiàng)的方法，還包括加熱地下 處理區(qū)域內(nèi)的碳?xì)寤衔铩?br> 15. 按照權(quán)利要求11-14中的任何一項(xiàng)的方法，還包括降低在第 一阻擋層和第二阻擋層之間的空間內(nèi)水的鹽度。
16. 按照權(quán)利要求11-15中的任何一項(xiàng)的方法，還包括監(jiān)測(cè)該空 間以監(jiān)測(cè)第 一阻擋層和/或第二阻擋層的整體性。
17. 按照權(quán)利要求11-16中的任何一項(xiàng)的方法，還包括將灌漿引 導(dǎo)入地層中。
18. 包括從地下地層產(chǎn)生的碳?xì)浠衔锏暮铣晌?，所述地下地?包括按照權(quán)利要求1-10中的任何一項(xiàng)的雙阻擋層系統(tǒng)，或包括使用按 照權(quán)利要求11-17中的任何一項(xiàng)的方法形成的雙阻擋層。
19. 一種由按照權(quán)利要求18的合成物制成的包括碳?xì)浠衔锏倪\(yùn) 輸燃料。
全文摘要
本發(fā)明提供用于地下處理區(qū)域的雙阻擋層系統(tǒng)(132)，該系統(tǒng)包括圍繞地下處理區(qū)域至少一部分形成的第一阻擋層(136)，第一阻擋層構(gòu)造為阻止流體排出或進(jìn)入地下處理區(qū)域；以及圍繞第一阻擋層的至少一部分形成的第二阻擋層(138)，其中，第一阻擋層和第二阻擋層之間存在分離空間。本發(fā)明還提供形成該雙阻擋層系統(tǒng)的方法。
文檔編號(hào)E21B36/00GK101163851SQ200680013092
公開(kāi)日2008年4月16日 申請(qǐng)日期2006年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月22日
發(fā)明者B·J·麥金齊, H·J·維訥格, K·M·考恩, S-W·翁, W·迪格 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司