CZ307771B6

CZ307771B6 - Equipment for efficiently drilling bitumen and crude oil and the method of preparing the drilling equipment

Info

Publication number: CZ307771B6
Application number: CZ2017-562A
Authority: CZ
Inventors: Dmitri Anatoljevich LEMENOVSKI; Zdeněk Koller; Pavel Jablonský; Vladimíra Beňová; Ladislav Pavličko
Original assignee: Dmitri Anatoljevich LEMENOVSKI; Zdeněk Koller; Pavel Jablonský; Vladimíra Beňová; Ladislav Pavličko
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2017-09-19
Publication date: 2019-04-24
Also published as: CZ2017562A3; WO2019057226A3; WO2019057226A8; WO2019057226A2; CA3076406A1; US20200284129A1; EA202090810A1

Abstract

The equipment (1) for efficiently drilling for bitumen and crude oil consists of the drilling part (17) a crude oil trap (13) and the control unit (14) linked to the technological part (15), which are on the surface, and the drilling part (17) has a casing (2), which has a perforation (3), in the casing (2) there are internal climbing irons (4), and around this internal climbing iron (4) there is an external climbing iron (5), which also has a perforation (7) and has a fixed bottom (11). The internal climbing iron (4) is opened from the bottom and its lower end (16) is above the bottom (11) of the external climbing iron (5), and a rope (9) runs through the internal climbing iron, which is anchored to the bottom (11) of the external iron (5) and the second end runs to the surface to the control unit (14). In the space between the bottom (11) and the lower end (16) of the internal climbing iron (4) on the rope (9) there is at least one sensor (10), linked by a cable with the control unit (14) and the control unit (14) is connected to the technological unit (15).

Description

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká způsobu efektivní těžby bitumenu, břidličné ropy a velmi těžké ropy s využitím její částečné konverze na lehké uhlovodíky in-situ za využití přesné regulace teploty a částečně i tlaku v reálném čase.The invention relates to a process for the efficient extraction of bitumen, shale oil and very heavy oil by using its partial conversion into light hydrocarbons in situ using precise temperature control and, in part, real-time pressure control.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Obecně platí, že čím je ropa těžší a čím má vyšší viskozitu, tím obtížněji se těží. Pokud se sníží její viskozita, těžba se může prudce zvýšit. Pokud se její viskozita sníží trvale, je snazší nejen její těžba, ale i její přeprava zejména v arktických končinách a taková ropa je obvykle prodejná za podstatně vyšší cenu. I částečná přeměna komplexních uhlovodíkových molekul na molekuly jednoduché výrazně zvýší výtěžnost ložiska.In general, the heavier the oil and the higher its viscosity, the more difficult it is to extract. If its viscosity decreases, mining can increase sharply. If its viscosity decreases permanently, it is not only easier to extract it, but also to transport it especially in the Arctic region, and such oil is usually marketable at a substantially higher price. Even partial conversion of complex hydrocarbon molecules into simple molecules will significantly increase the yield of the deposit.

Obecně také platí, že čím je nižší porozita roponosného kolektoru a čím je nižší jeho permeabilita, tím obtížněji se ropa (ale i plyn) z něho těží. Typickým příkladem jsou břidlice, které ale navíc obsahují kerogeny. Pokud změníme porozitu a permeabilitu kolektoru, je mnohem snazší těžba uhlovodíků z něho (toho využívá např. hydraulické štěpení horniny - tzv. hydrofracturing), ale pokud navíc dokážeme komplexní uhlovodíky přeměnit na syntetickou lehčí ropu, zvýší se až mnohonásobně výtěžnost ropy z celého ložiska. De facto se zvýší nejen výtěžnost, ale v případě břidlic se může až mnohonásobně zvýšit i obsah ropy v ložisku.In general, the lower the porosity of the oil collector and the lower its permeability, the harder it is to extract oil (but also gas) from it. A typical example is slate, but additionally containing kerogens. If we change the porosity and permeability of the collector, it is much easier to extract hydrocarbons from it (which is used for example by hydrofracturing), but if we can convert complex hydrocarbons into synthetic lighter oil, the yield of oil from the whole deposit will increase many times. In fact, not only will the yield increase, but in the case of shale, the oil content of the deposit can be increased many times.

V minulosti se objevilo několik patentů, které navrhovaly použít pro přeměnu těžkých uhlovodíků na lehké uhlovodíky vodu v superkritickém stavu (teplota > 374 °C, tlak > 22 MPa) za přítomnosti některých katalyzátorů.Several patents have been proposed in the past suggesting the use of supercritical water (temperature> 374 ° C, pressure> 22 MPa) in the presence of some catalysts to convert heavy hydrocarbons to light hydrocarbons.

Lze uvést například kanadské patentové přihlášky CA 220804 (AI) nebo CA 2000251 AI nebo americké patentové přihlášky US 2011/0049016 AI a US 2009/0159498 AI či ruský patent RU 0002576267. Všechna řešení v těchto spisech však mají jeden závažný nedostatek, který buď úplně, nebo téměř znemožňuje jejich praktické využití. Žádný z nich totiž neřeší, zdaje možno přivést vodu do superkritického stavu přímo v roponosném kolektoru - všechny předpokládají, že se nějakým blíže nespecifikovaným způsobem dá dostat superkritická voda dolů. RU 2576267 dokonce připouští, že v tepelně izolovaných stupačkách, jimiž by se taková voda dolů přiváděla, bude na každý běžný kilometr energetická ztráta asi 10%. Pokud břidličné ložisko leží 3 až 4 km hluboko (a to je hloubka, kde se většina zajímavých ložisek nalézá), je zde vážný problém, a to i přesto, že ruský patent navrhuje doplnit ztracenou energii vhodnými okysličovadly, která by reagovala s uhlovodíky. Katalyzátory uváděné v těchto patentech jsou heterogenní. Aby plnily svou funkci, musí se molekula katalyzátoru dostat do styku s molekulou složitého uhlovodíku, což je při obrovské viskozitě těchto materiálů a mnohdy i při velice nízké porozitě a permeabilitě problém. Katalyzátory se na místo určení dostanou jen obtížně a reakce nebude probíhat rovnoměrně.For example, Canadian patent applications CA 220804 (AI) or CA 2000251 A1 or US patent applications US 2011/0049016 A1 and US 2009/0159498 A1 or Russian patent RU 0002576267 may be mentioned. However, all the solutions in these documents have one serious drawback that either completely , or almost makes their practical use impossible. Neither of them solves whether it is possible to bring water to the supercritical state directly in the oil collector - all assume that the supercritical water can be brought down in some unspecified way. RU 2576267 even admits that in thermally insulated footrests, which would bring such water down, there would be an energy loss of about 10% per kilometer. If the slate deposit lies 3 to 4 km deep (and this is the depth where most of the interesting deposits are found), there is a serious problem, even though the Russian patent proposes to supplement the lost energy with suitable oxidants that would react with hydrocarbons. The catalysts disclosed in these patents are heterogeneous. In order to perform their function, the catalyst molecule has to come into contact with a complex hydrocarbon molecule, which is a problem at the high viscosity of these materials and often at very low porosity and permeability. The catalysts are difficult to reach and the reaction will not proceed uniformly.

U břidlic se běžně vytěží 4 až 5 % celkové zásoby a nejrůznější navržené stimulační metody tuto hodnotu hypoteticky posunou na úroveň 5 až 7 %, což ale znamená navýšení nákladů skoro o 50 %. Odhady odborníků uvádějí, že při konverzi kerogenů na syntetickou ropu může výtěžnost dosáhnou 40 až 50 %. Kerogenů je v břidlicích 10 až 30 % hmotnostních, s ohledem na měrnou hmotnost, ale přesahují víc než polovinu objemu. Pokud by se přání odborníků vyplnilo a kerogen se částečně přeměnil na syntetickou lehkou ropu a/nebo plyn, měli bychom velice porézní horninu, s vysokou permeabilitou, a těžba nebude problémem. Problémem však zůstává doprava dostatečné energie do kolektoru.For shale, 4 to 5% of the total stock is normally mined and the various proposed stimulation methods hypothetically shift this value to 5 to 7%, which means an increase in costs of almost 50%. Experts estimate that the conversion of kerogens to synthetic petroleum can yield 40-50%. Kerogenes are in slate 10 to 30% by weight, based on specific gravity, but exceed more than half the volume. If the wishes of the experts were fulfilled and kerogen was partially transformed into synthetic light oil and / or gas, we would have a very porous rock with high permeability, and mining would not be a problem. However, transport of sufficient energy to the collector remains a problem.

- 1 CZ 307771 B6- 1 GB 307771 B6

Nejčastější stimulační metodou pro těžbu ropy z těchto formací je tzv. hydro-fracturing (hydraulické štěpení horniny). Je vhodný pouze pro lehčí ropu, je problematický z hlediska ekologie a náklady na 1 barel jsou velmi vysoké.The most common stimulating method for extracting oil from these formations is the so-called hydro-fracturing. It is only suitable for lighter oil, is ecologically problematic and the cost per barrel is very high.

Co se týče těžké ropy a bitumenu, tak běžné termické metody využívají buď horkou vodu, nebo přehřátou páru. Přehřátá pára se používá pro těžbu bitumenu a velmi těžké ropy do hloubek 800 až 900 metrů. Naprostá většina bitumenů měkne při teplotách v rozsahu 70 až 110 °C. Opět je zde důležitý ekonomický faktor. Bitumenů se vytěží kolem 20 %, ale čtvrtina se hned na místě spotřebuje na výrobu tepla.For heavy oil and bitumen, conventional thermal methods use either hot water or superheated steam. Superheated steam is used to extract bitumen and very heavy oil to a depth of 800 to 900 meters. The vast majority of bitumen soften at temperatures ranging from 70 to 110 ° C. Again, there is an important economic factor. Bitumens are extracted at around 20%, but a quarter is consumed on site to generate heat.

Všechny známé technologie spojuje jeden princip - vysoký ohřev, pokud možno co největšího objemu horniny, při němž je možno dosáhnout pyrolytického efektu, a všechny rozděluje způsob, jak tohoto cíle dosáhnout. Některé z technologií mohou dávat velmi dobré výsledky především na mělkých břidličných vrtech nebo na vrtech s těžkou ropou. Žádná z dosud známých technologií však zřejmě nemá širší všeobecné použití pro těžbu ropy z břidlic nebo pro těžbu bitumenu a velmi těžké ropy bez ohledu na jejich geologickou strukturu a hloubku depozitu.All known technologies are connected by one principle - high heating, as much as possible rock volume, which can achieve pyrolytic effect, and all divide the way to achieve this goal. Some of the technologies can give very good results especially on shallow shale wells or heavy oil wells. However, none of the known technologies seems to have a wider general application for extracting shale oil or bitumen and very heavy oil, regardless of their geological structure and deposit depth.

Všechny technologie se potýkají s problémem efektivní dopravy dostatečného množství tepla (energie) do roponosné sloje obsahujícího komplexní uhlovodíky a s dopravou vhodných katalyzátorů, jejichž rozměry musí být nejméně o řád menší, než jsou rozměry mikropórů v kolektoru.All technologies are faced with the problem of efficiently transporting sufficient heat (energy) to a petroleum bed containing complex hydrocarbons and transporting suitable catalysts whose dimensions must be at least one order of magnitude smaller than those of the micropores in the collector.

Cílem vynálezu je představit způsob těžby bitumenu, břidličné ropy a velmi těžké ropy který by byl spolehlivě provozovatelný v plně automatizovaném režimu a zařízení k jeho provádění.It is an object of the present invention to provide a method for extracting bitumen, shale oil and very heavy oil which is reliably operable in a fully automated mode and apparatus for carrying it out.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Výše uvedené nedostatky odstraňuje do značné míry zařízení pro efektivní těžbu bitumenu a ropy podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že v pažnici je uspořádaná vnitřní stupačka, a kolem této vnitřní stupačky je uspořádána vnější stupačka, která je rovněž opatřená perforací a má pevné dno, přičemž vnitřní stupačka je vespod otevřená a její konec je nad dnem vnější stupačky, přičemž vnitřní stupačkou je vedeno lano, které je svým koncem v roponosné pasti ukotveno na dnu vnější stupačky a druhým koncem je vyvedeno na povrch k řídicí jednotce na povrchu, přičemž do prostoru mezi dnem a koncem vnitřní stupačky je na lanu uspořádáno alespoň jedno čidlo, které je spojeno kabelem s řídicí jednotkou, a řídicí jednotka je napojená na technologickou jednotku.The aforementioned drawbacks are largely eliminated by the bitumen and oil extraction equipment of the present invention, which consists in having an inner footboard in the casing and an outer footboard, which is also perforated and has a solid bottom, around the inner footboard. wherein the inner step is open at the bottom and its end is above the bottom of the outer step, the inner step is guided by a rope which is anchored in its oil trap to the bottom of the outer step and led to the surface by the other end. At least one sensor is provided on the cable between the bottom and the end of the inner footrest, which is connected by a cable to the control unit, and the control unit is connected to the processing unit.

Dalším předmětem vynálezu je způsob přípravy těžebního zařízení pro monitoring poměrů ve vrtu pro následující efektivní těžbu, kdy se v roponosné pasti v místě těžby uspořádá těžební sestava s vnitřní stupačkou, která slouží k přívodu jedné chemické kompozice, do vrtné sestavy se spustí lano, které se ukotví ve vnější stupačce pro přívod druhé chemické kompozice, která se uspořádá kolem vnitřní stupačky, přičemž toto lano se opatří pod výstupem z vnitřní stupačky alespoň jedním čidlem, spojeným kabelem s řídicí jednotkou, a podle signálů od čidel ohledně teploty a tlaku řídicí jednotka ovládá činnost technologické jednotky ohledně přívodů kompozic, katalyzátorů a vody.Another object of the present invention is a method of preparing a drilling device for monitoring well conditions for the following efficient extraction, wherein a drilling assembly with an inner step is provided in the oil trap at the extraction site to feed one chemical composition. anchored in the outer footrest for supplying a second chemical composition which is arranged around the inner footrest, the rope being provided with at least one sensor connected to the control unit under the exit of the inner footrest, and according to the temperature and pressure sensor signals technological units for the supply of compositions, catalysts and water.

Ve výhodném provedení se do kompozice buď předem, nebo současně, nebo se zpožděním, přidávají katalyzátory na bázi kovů ze skupiny jako jsou hliník, zinek, železo, vanad, molybden, wolfram, mangan, výhodně ve formě roztoků nebo suspenzí.In a preferred embodiment, metal-based catalysts such as aluminum, zinc, iron, vanadium, molybdenum, tungsten, manganese, preferably in the form of solutions or suspensions, are added to the composition either in advance or simultaneously or with a delay.

V dalším výhodném provedení je způsob analogicky použit pro vrty vedené do roponosných pastí šikmo nebo horizontálně.In another preferred embodiment, the method is analogously applied to boreholes led to oil traps at an angle or horizontally.

-2CZ 307771 B6-2GB 307771 B6

Do kompozice se buď předem, nebo současně, nebo se zpožděním, přidávají katalyzátory na bázi kovů ze skupiny jako jsou např. hliník, zinek, železo, vanad, molybden, wolfram, mangan nejlépe ve formě roztoků, suspenzí apod., následně doplněné vhodnými kyselinami nebo zásadami a podle volby kompozice též dostatečné množství vody nezbytné pro přeměnu komplexních uhlovodíků na syntetickou ropu, přičemž u vody se po dosažení superkritických podmínek, při nichž se sama může rozkládat, umožní stav, kdy voda za přítomnosti katalyzátorů štěpí těžké polymerické molekuly na lehčí, a celý takový proces je regulován v reálném čase bez ohledu na hloubku roponosné pasti, a to tak, že lze předem nastavit dostatečnou pracovní teplotu, kterou bude systém v sondě udržovat v úzkém rozmezí, a zároveň bude využívat tlaku vznikajících plynů k plynotermickému štěpení horniny. Důležité je dopravit do roponosné pasti dostatečné množství zdrojů vodíku, aby mohlo snáze dojít ke snazší tvorbě syntetické lehké ropy.Metal-based catalysts such as aluminum, zinc, iron, vanadium, molybdenum, tungsten, manganese, preferably in the form of solutions, suspensions, etc., are added to the composition, either beforehand or simultaneously or with a delay, followed by appropriate acids. or with bases and, depending on the composition, sufficient water to convert complex hydrocarbons into synthetic petroleum, allowing water to break down heavy polymer molecules into lighter ones after supercritical conditions under which it can decompose itself, and the whole process is regulated in real time, regardless of the depth of the oil trap, so that a sufficient working temperature can be set in advance to keep the system within a narrow range while utilizing the pressure of the gases to gas-thermal fracture the rock. It is important to bring enough hydrogen sources into the oil trap to make it easier to produce synthetic light oil.

Dalším předmětem vynálezu je zařízení na provádění výše zmíněného způsobuAnother object of the invention is an apparatus for carrying out the aforementioned method

Objasnění výkresůClarification of drawings

Vynález bude dále přiblížen pomocí výkresů, na kterých je na obr. 1 znázorněn fázový diagram pro vodu, na obr. 2 je pohled na zařízení pro řízené čerpání ropy v roponosné pasti s aplikovanými čidly pro monitorování provozních parametrů v ložisku podle vynálezu a obr. 3 představuje technologické schéma se znázorněním uspořádání a propojení prvků technologické jednotky, která je spojena s těžební sestavou podle vynálezu z obr. 2, nacházející se v roponosné pasti.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 2 is a view of an oil pumping device in an oil trap with sensors applied to monitor operating parameters in a bearing according to the invention; and FIG. is a flow diagram illustrating the arrangement and interconnection of elements of a processing unit associated with a mining assembly of the invention of FIG. 2 in an oil trap.

Příklady uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Předmětem ochrany je efektivní způsob těžby komplexních uhlovodíků z málo propustných hornin, břidlic, roponosných pastí obsahujících bitumen, těžkou ropu apod. Metoda spočívá v ošetření rozsáhlé oblasti roponosné pasti v okolí sondy komplexním automatizovaně řízeným systémem termochemických reakcí, kdy při teplotách kolem 450 až 550 °C a za přítomnosti superkritické vody a katalyzátorů dojde k přeměně složitých uhlovodíků na syntetickou ropu a dále též dojde k plynotermickému štěpení horniny, přičemž celkový efekt zajišťuje jak každá z uvedených účinných složek (jevů, činností) samostatně, tak i jejich celková kombinace. Klíčovým pro ekonomicky efektivní výsledek je fakt, že veškeré reakce probíhají pouze částečně přímo v sondě, a většina probíhá v kolektoru dále od sondy, přičemž navržený přesný řídicí systém kontroluje v reálném čase prakticky bez zpoždění a bez ohledu na hloubku sondy optimální rychlost čerpání reagentů, iniciátorů nebo inhibitorů reakce, a tedy teplotu a částečně i tlak a zamezí přehřátí a zničení sondy,The subject of protection is an effective way of extracting complex hydrocarbons from low permeability rocks, shales, oil traps containing bitumen, heavy oil, etc. The method consists in treating a large area of oil trap around the probe with a complex automated controlled thermochemical reaction system. C, and in the presence of supercritical water and catalysts, complex hydrocarbons are converted to synthetic petroleum, and gas-thermal cleavage of the rock also occurs, with the overall effect provided by each of these active ingredients (phenomena, activities) separately, as well as their overall combination. The key to an economically efficient result is that all reactions take place only partially in the probe, and most are in the collector farther away from the probe, with the precision control system designed in real time monitoring virtually without delay and regardless of probe depth for optimal reagent pumping speed. initiators or inhibitors of the reaction, and hence temperature and, in part, pressure, to prevent overheating and destruction of the probe,

Lze snadno dosáhnout i mnohem vyšších pracovních teplot (700 až 800 °C), avšak otázkou je celková ekonomika procesu, protože ta je dána především spotřebou energie a mírou jejího efektivního využití. Také je třeba mít na zřeteli technické řešení roponosné pasti. Staré vrty by se snadno mohly příliš poškodit, avšak nové mohou být přímo konstruovány na takové extrémní podmínky.Much higher working temperatures (700 to 800 ° C) can easily be achieved, but the overall economy of the process is a question, as it is mainly due to energy consumption and the rate of energy efficiency. It is also necessary to take into account the technical solution of the oil trap. Old boreholes could easily be damaged too much, but new ones can be directly designed for such extreme conditions.

Z fyzikálně chemického hlediska, pro zvýšení těžby komplexních uhlovodíků je principiální dostatek energie a vodíku, který způsobí, že se jejich podstatná část trvale přemění na uhlovodíky jednoduché, čímž se viskozita výrazně sníží.From a physicochemical point of view, in order to increase the extraction of complex hydrocarbons, there is in principle enough energy and hydrogen to cause a substantial part of them to be permanently converted to simple hydrocarbons, thereby significantly reducing the viscosity.

Břidlice obsahující ropu a kerogeny, případně fylity a některé další horniny se obvykle vyznačují nízkou porozitou a propustností a obsahují ropu a kerogeny. Těžké uhlovodíky mají značnou teplotní roztažnost a při jejich ohřevu o 100 °C se jejich objem zvýší o jednotky procent, což pomáhá zvětšit porozitu díky štěpení horniny expanzí kapaliny, která je v hornině přítomná.Shale containing oil and kerogens, possibly phyllites and some other rocks are usually characterized by low porosity and permeability and contain oil and kerogens. Heavy hydrocarbons have considerable thermal expansion and, when heated by 100 ° C, their volume increases by one percent, helping to increase porosity by breaking down the rock by expanding the liquid present in the rock.

-3CZ 307771 B6-3GB 307771 B6

Většinou se v depositu nalézá i voda a pokud tam není, může být cíleně dodána jako rozpouštědlo některých chemických reagentů, které se využijí pro termochemický ohřev.Mostly water is also present in the deposit and, if it is not, it can be deliberately supplied as a solvent for some chemical reagents that will be used for thermochemical heating.

Vhodně zvolené reagenty nám pomohou dosáhnout určité teploty horniny beze ztrát. V další etapě pak okysličovadla, produkty prvotních reakcí spolu s katalyzátory a vodou v superkritickém stavu nebo v jeho blízkosti vstoupí do reakcí s uhlovodíky a dochází k jejich štěpení, což změní jejich podstatu a ulehčí těžbu. K bezpečnému průběhu reakce je třeba používat regulaci, která zamezí poškození vrtu, k němuž by velmi snadno mohlo dojít, pokud bychom neudržovali teplotu v určitém předem zvoleném rozsahu.Properly selected reagents will help us reach a certain rock temperature without loss. In the next stage, the oxidants, the products of the initial reactions, together with the catalysts and water in or near the supercritical state, enter into reactions with the hydrocarbons and break down, which changes their nature and facilitates extraction. To ensure safe reaction, control must be used to prevent damage to the well, which could very easily occur if we did not maintain the temperature within a preselected range.

Na obr. 1 je znázorněn fázový diagram pro vodu. Za hranicí 374 °C a nad hranicí 220 atmosfér (~22 MPa) se voda nachází v tzv. superkritickém stavu (superkritická kapalina). Přítomnost některých látek může posouvat teplotu kritického bodu dolů (například CO2) nebo nahoru (některé soli a jiné materiály). Většina látek však obvykle posouvá hodnotu tlaku směrem vzhůru (viz obrázek).Fig. 1 shows a phase diagram for water. Beyond 374 ° C and above 220 atmospheres (~ 22 MPa), the water is in the so-called supercritical state (supercritical fluid). The presence of some substances may shift the temperature of the critical point downwards (for example CO2) or upwards (some salts and other materials). However, most substances usually move the pressure upwards (see figure).

V roponosné pasti jsou za superkritických podmínek přítomné i uhlovodíky a vhodné katalyzátory, pak se voda může především při dosažení ještě vyšších teplot částečně rozložit a uvolněný kyslík bude exotermicky okysličovat přítomné uhlovodíky za vzniku CO2 a vodní páry a pomůže udržovat vysokou teplotu, zatímco uvolněný vodík způsobí štěpení největších uhlovodíkových molekul a vzniklý CO2 pomůže snižovat hranici teploty pro vznik superkritických podmínek (a viskozitu ropy). Vazby mezi atomy uhlíku se štěpí a na uvolněné vazby se napojí volné atomy vodíku. K tomuto štěpení přispívá výraznou měrou i teplota, jejíž hodnotu budeme udržovat nejméně na úrovni 450 až 500 °C, kdy štěpení probíhá mnohem rychleji než při teplotách nad 300 °C (de facto pyrolýza). Zároveň do reakce vstupuje i voda, která se také částečně štěpí na vodík a kyslík. Tím se může výrazně změnit chemické složení fluida obsaženého v břidlicích, neboť se polymemí látky, z nichž se skládají kerogeny, rozbijí na molekuly podstatně menší a ty dále ještě na menší atd., až vznikne syntetická lehká ropa, a to trvale. Stupeň transformace kerogenu na lehčí uhlovodíky je závislý na velikosti vodíkového indexu (HI). Volbou vhodných reagentů lze vodíkový index za určitých podmínek zvýšit. Obecně lze odhadnout, že u kerogenů typu I se pyrolýzou může transformovat až 80 % kerogenu na uhlovodíky a 20 % se změní v koks. U typu II může být poměr kolem 50:50 a u typu III naopak 20:80. Celkový objem kerogenů v břidlici bývá konzervativně kolem 15 % hmotn. (ovšem vzácností není ani 20 až 30 %), celkový objem pórů (tedy včetně těch zaplněných těžitelnými uhlovodíky) bývá do 5 %. Specifická hmotnost kerogenu je obvykle 1020 až 1070 kg/m³, specifická hmotnost anorganických materiálů v břidlicích se pohybuje kolem hodnoty 2500 kg/m³. Pyrolýzou kerogenů se celkový objem pórů zaplněných těžitelnými uhlovodíky znásobí. Tento způsob zvýšení porosity tak trvale významně pomůže zvýšit těžitelnost uhlovodíků z břidlic. Porosita může dosáhnout desítek procent. Maximální hodnoty teploty pro maximální zvýšení permeability se obvykle pohybují kolem 500 °C, přičemž prudký nárůst počtu trhlin začíná obvykle kolem 300 °C. Při vyšších teplotách již významně nenarůstá. Této vlastnosti navržený proces optimálně využívá kombinaci pyrolýzy za přítomnosti superkritické vody a katalyzátorů. Ne vždy bude možné dosáhnout požadovaného tlaku (zejména u mělčích depositů), ale vliv teploty a vhodných katalyzátorů na proces konverze kerogenů na syntetickou ropu může být vyšší, než vliv vysokého tlaku, zejména proto, že při ohřevu ložiska bude vysoká teplota zachována poměrně dlouho a nedostatek tlaku může být částečně kompenzován delším časem, při němž se polymery (kerogeny, bitumeny apod.) mohou rozkládat na podstatně jednodušší frakce.Hydrocarbons and suitable catalysts are also present in the oil trap under supercritical conditions, then water can partially decompose, especially at even higher temperatures, and the released oxygen will exothermicly oxygenate the hydrocarbons present to form CO2 and water vapor and help maintain high temperatures while releasing hydrogen causes cleavage of the largest hydrocarbon molecules and generated CO2 will help lower the temperature threshold for supercritical conditions (and oil viscosity). The bonds between the carbon atoms are cleaved and free hydrogen atoms are attached to the released bonds. This cleavage is significantly contributed to by the temperature, which will be maintained at a level of at least 450 to 500 ° C, where cleavage proceeds much faster than at temperatures above 300 ° C (de facto pyrolysis). At the same time, water also enters the reaction, which also partially breaks down into hydrogen and oxygen. This can significantly alter the chemical composition of the shale fluid, since the polymeric constituents of kerogenes break down into substantially smaller molecules, and further into smaller molecules, etc., until a synthetic light oil is formed permanently. The degree of transformation of kerogen to lighter hydrocarbons is dependent on the size of the hydrogen index (HI). By selecting suitable reagents, the hydrogen index can be increased under certain conditions. In general, it can be estimated that up to 80% of kerogen can be transformed into hydrocarbons in type I kerogens by pyrolysis and 20% is converted to coke. For type II, the ratio may be around 50:50 and for type III, 20:80. The total volume of kerogen in the slate is conservatively about 15% by weight. (however, it is rarely 20 to 30%), the total pore volume (including those filled with extractable hydrocarbons) is up to 5%. The specific weight of kerogen is usually 1020 to 1070 kg / m ³ , the specific weight of inorganic materials in shale is about 2500 kg / m ³ . The pyrolysis of kerogenes multiplies the total pore volume filled by the hydrocarbons. Thus, this method of increasing porosity will permanently significantly help to increase the recoverability of shale hydrocarbons. Porosity can reach tens of percent. The maximum temperature values for a maximum increase in permeability are typically around 500 ° C, with a sharp increase in the number of cracks usually beginning around 300 ° C. It does not increase significantly at higher temperatures. The proposed process optimally utilizes this combination of pyrolysis in the presence of supercritical water and catalysts. It will not always be possible to achieve the required pressure (especially for shallower deposits), but the effect of temperature and suitable catalysts on the process of converting kerogenes to synthetic oil may be higher than the effect of high pressure. the lack of pressure can be partially compensated for by a longer time at which polymers (kerogens, bitumens, etc.) can decompose into substantially simpler fractions.

Bude-li se zvyšovat teplota nad hodnoty 450 °C, bude se voda částečně rozkládat na vodík a kyslík, což dále zrychlí proces konverze těžkých uhlovodíků.If the temperature rises above 450 ° C, water will partially decompose into hydrogen and oxygen, further accelerating the heavy hydrocarbon conversion process.

Rozkladovou reakci komplexních uhlovodíků (KXHC) při pyrolýze lze zhruba popsat takto:The decomposition reaction of complex hydrocarbons (KXHC) during pyrolysis can be roughly described as follows:

-4CZ 307771 B6-4GB 307771 B6

KXHC CO2KXHC CO2

KXHC —* C(m*n)H2(m+«)*2 —» CmHžm +2 + CaHnKXHC - * C (m * n) H2 (m +)) * 2 - »CmHžm +2 + CaHn

Orestes ⁵² Ojvýhřevnost spala vaně ho kerogenu) + Q(výhřevnost látek ípůsabujicich pyroíýzu)Orestes ⁵² Calorific value of burnt kerogen bath) + Q (calorific value of pyrosis agents)

Výhřevnosti již obsahují entalpii rozkladových reakcí (tedy energii, kterou je třeba na počátku dodat, aby k reakcím vůbec mohlo dojít).Calorific values already contain the enthalpy of decomposition reactions (ie the energy that must be supplied at the outset in order for the reactions to occur at all).

Správnou volbou z celé škály reagentů snadno dosáhneme teplot kolem 500 °C A není žádným problémem dosáhnout vysokých tlaků. Tam jsme omezeni de facto jen hloubkou, pevností horniny a konstrukcí vrtu, přičemž povrchové vystrojení vrtu lze přinejmenším dočasně změnit.With the right choice from a wide range of reagents, temperatures of around 500 ° C can easily be achieved. There we are de facto limited only by the depth, strength of the rock and the construction of the borehole, while the surface of the borehole can be changed at least temporarily.

Spisy WO 2010/043239 (AI) a WO 2017/041772 (AI) popisují celou řadu použitelných chemikálií. Z hlediska použitých koncentrací doporučujeme na rozdíl od uvedených patentů použít maximálně možné, avšak ještě bezpečné koncentrace. Tyto materiály jsou označeny jako TGEC (Thermal Gas Evolving Component). Dále jsou přítomny iniciátory, resp. stabilizátory, označované jako RIS (Reaction Initiation Stabilizer).WO 2010/043239 (A1) and WO 2017/041772 (A1) disclose a variety of useful chemicals. Regarding the used concentrations, unlike the above-mentioned patents, we recommend using the maximum possible but still safe concentrations. These materials are referred to as Thermal Gas Evolving Component (TGEC). In addition, initiators, resp. stabilizers, referred to as RIS (Reaction Initiation Stabilizer).

Zde se navrhuje rozšířit tyto materiály o peroxid vodíku, metanol a etanol. Z hlediska katalytických vlastností je zajímavé přidávat do TGEC poměrně vysoké procento rozpustných solí některých kovů, například dusičnan železitý, nebo jej přímo použít jako okysličovadlo. Jako katalyzátory můžeme použít například hliník a zinek (například ve formě prášků, solí nebo kysličníků rozpuštěných ve vhodném rozpouštědle, aby bylo dosaženo co největšího povrchu katalyzátorů) nebo některé katalyzátory používané při krakování ropy (obvykle na bázi molybdenu, vanadu nebo wolframu; například kyselina wolframová). Katalyzátory lze přidávat k TGEC poté, kdy reakce v kolektoru započala, ale je možné dopravit je do kolektoru i před započetím reakcí. Katalyzátory se přidávají k hlavní účinné látce (TGEC) ve vhodném poměru podle jejich účinnosti. Katalyzátory volíme podle toho, jakého výsledku chceme dosáhnout: zda je žádoucí získat větší podíl kapalných nebo větší podíl plynných uhlovodíků.Here it is proposed to extend these materials with hydrogen peroxide, methanol and ethanol. In terms of catalytic properties, it is interesting to add a relatively high percentage of soluble salts of some metals, such as ferric nitrate, to the TGEC, or to use it directly as an oxidant. As catalysts, for example, aluminum and zinc (for example in the form of powders, salts or oxides dissolved in a suitable solvent to maximize the surface of the catalysts) or some of the catalysts used in cracking oil (usually based on molybdenum, vanadium or tungsten; ). Catalysts can be added to the TGEC after the reaction in the collector has begun, but can be transported to the collector even before the reactions have begun. Catalysts are added to the main active ingredient (TGEC) in an appropriate ratio according to their activity. We choose the catalysts according to the result we want to achieve: whether it is desirable to obtain a larger proportion of liquid or a larger proportion of gaseous hydrocarbons.

S ohledem na mnohdy velmi nízkou porozitu a fyzikální rozměry pórů navrhujeme použít katalyzátory v co nejjemnější formě, tedy tzv. nano-katalyzátory nebo katalyzátory na bázi roztoků nebo kapalin, kdy rozměry částic jsou na molekulární úrovni.Due to the often very low porosity and physical pore dimensions, we propose to use catalysts in the finest possible form, so-called nano-catalysts or catalysts based on solutions or liquids, where the particle dimensions are at the molecular level.

Zařízení 1 pro efektivní těžbu je tvořeno těžební sestavou 17 v roponosné pasti 13, která je na obr. 2, a řídicí jednotkou 14 spojenou s technologickou jednotkou 15, které jsou na povrchu. Ta je vidět ve schématu na obr. 3.The efficient extraction device 1 comprises a mining assembly 17 in the oil trap 13 shown in FIG. 2 and a control unit 14 connected to a processing unit 15 which are on the surface. This can be seen in the diagram in Fig. 3.

Na obr. 2 je schematicky zobrazena spodní část roponosné pasti 13 s těžební sestavou 17. Ta obsahuje některé známé části, ale i nové části podle vynálezu. V roponosné pasti 13 je známá pažnice 2, která je opatřená perforací 3. V ní je uspořádaná vnitřní stupačka 4, což je nový prvek podle vynálezu, a kolem této vnitřní stupačky 4, jejíž vnitřní průměr je s výhodou 3,80 cm, je uspořádána sama o sobě známá vnější stupačka 5, která je však nově opatřená perforací 7, přičemž vnější stupačka 5 má pevné dno 11. Vnitřní stupačka 4 je vespod otevřená a její spodní konec 16 je nad dnem 11 vnější stupačky 5. Prostor mezi pažnicí 2 a vnější stupačkou 5 je uzavřen packerem 8. Ten je umístěn asi 100 m nad perforací 3, ale může být i níže nebo výše, podle tepelné odolnosti. Vnitřní stupačkou 4 je vedeno lano 9, které je svým koncem v roponosné pasti 13 ukotveno závažím 12 a druhým koncem u řídicí jednotky 14 na povrchu. Do prostoru mezi dnem 11 se závažím 12 a spodním koncem 16 vnitřní stupačky 4 se na lanu 9 uspořádají čidla 10, resp. jejich kabely. Na dnu 11 vnější stupačky 5 ukotvené lano 9 opatřené čidly 10 je další významnou součástí těžební sestavy 17 podle vynálezu.FIG. 2 schematically depicts a lower portion of an oil trap 13 with a mining assembly 17. This includes some known parts, but also new parts according to the invention. In the oil trap 13, a casing 2 is known which is provided with a perforation 3. An inner footboard 4, which is a novel element according to the invention, is arranged therein and around this inner footboard 4, the inner diameter of which is preferably 3.80 cm. an outer leg 5 known per se but newly provided with perforation 7, the outer leg 5 having a fixed bottom 11. The inner leg 4 is open at the bottom and its lower end 16 is above the bottom 11 of the outer leg 5. The space between the casing 2 and the outer the footboard 5 is closed by a packer 8. This is located about 100 m above the perforation 3, but may be lower or higher, depending on the heat resistance. A rope 9 is guided through the inner step 4, which is anchored by a weight 12 at its end in the oil trap 13 and the other end at the control unit 14 on the surface. In the space between the bottom 11 with the weight 12 and the lower end 16 of the inner footrest 4, sensors 10 and 10 are arranged on the rope 9, respectively. their cables. An anchor rope 9 provided with sensors 10 on the bottom 11 of the outer step 5 is another important part of the mining assembly 17 according to the invention.

-5CZ 307771 B6-5GB 307771 B6

Vnitřní stupačkou 4 se přivádí chemická kompozice A, což je znázorněno šipkou A a mezikružím mezi vnitřní stupačkou 4 a vnější stupačkou 5 a přivádí se chemická kompozice B což je znázorněno šipkou B.The inner footboard 4 is fed the chemical composition A as shown by the arrow A and the annulus between the inner footboard 4 and the outer footboard 5 and the chemical composition B as shown by the arrow B is fed.

Složení chemických kompozic není předmětem tohoto vynálezu, je zmíněno v předchozích odstavcích, zvláště těch pojednávajících o TGEC, resp. RIS.The composition of the chemical compositions is not an object of the present invention, it is mentioned in the previous paragraphs, especially those dealing with TGECs, respectively. RIS.

Řídicí jednotka 14 je napojená na technologickou jednotku 15, která bude podrobně popsána s odvoláním na obr. 3.The control unit 14 is connected to the process unit 15, which will be described in detail with reference to FIG. 3.

Cílem je získávání informací pomocí čidel 10 o prostředí ve spodní části roponosné pasti, kde v důsledků reakcí chemických složek A a B dochází k tvorbě horkých plynů, které kolem čidel 10, která tak mohou měřit teplotu, tlak či jiné veličiny, prostupují díky perforacím 7 ve vnější stupačce 5 do roponosné pasti 13. V oblasti kolem čidel 10 je tedy měřicí prostředí, které v zásadě odpovídá prostředí pod dnem 11 vnější stupačky 5.The aim is to obtain information by means of sensors 10 about the environment at the bottom of the oil trap, where the reaction of the chemical components A and B generates hot gases that pass around sensors 10, which can measure temperature, pressure or other quantities due to perforations 7 Thus, in the area around the sensors 10 there is a measuring environment which essentially corresponds to the environment below the bottom 11 of the outer leg 5.

Čidla 10 a k nim vedoucí kabely od řídicí jednotky 14 mohou být elektrického nebo optického charakteru, a informace, kterou tato čidla podávají průběžně řídicímu systému, slouží k udržování teploty (a někdy i tlaku) kolem předem zvoleného pracovního bodu, který je optimální jak z hlediska rychlosti šíření horkého fluida do kolektoru, tak i z hlediska konverze komplexních uhlovodíků na lehké, přičemž teplotu a částečně i tlak systém reguluje v reálném čase změnou rychlosti nebo poměrů začerpávaných reagentů nebo inhibitorů reakce nejméně dvěma kanály s možností využití speciálního vstřikovacího zařízení, přičemž kanály vyúsťují pod packerem 8 (obturátorem) v okolí zóny perforace roponosné pasti 13 (jedná-li se o roponosnou past zapaženou až ke dnu).The sensors 10 and the cables leading therefrom from the control unit 14 may be of an electrical or optical nature, and the information provided by these sensors continuously to the control system is used to maintain temperature (and sometimes pressure) around a preselected operating point that is optimal the rate of hot fluid propagation into the collector as well as the conversion of complex hydrocarbons to light, while the system regulates the temperature and partially the pressure in real time by changing the rate or proportions of the pumped reagents or reaction inhibitors by at least two channels, using a special injection device. packer 8 (obturator) in the vicinity of the zone of perforation of the oil trap 13 (if it is an oil trap trapped to the bottom).

Je zřejmé, že místo dvou koncentrických stupaček 4 a 5 může být použito jiné technické řešení kanálů pro dopravu kompozic a měřicích zařízení, jako jsou například pružné stočené trubky, označované jako coiled tubing, nebo stupačky s integrovanými vstřikovacími trubkami, označované injection line, apod.Obviously, instead of two concentric footrests 4 and 5, another technical solution of the channels for conveying the compositions and measuring devices, such as flexible coiled tubing, or footrings with integrated injection pipes, referred to as injection line, may be used.

Řídicí jednotka 14 je napojená na technologickou jednotku 15, která je schematicky zobrazena na obr. 3. Je zde vidět uspořádání a propojení jednotlivých prvků této technologické jednotky. Technologická jednotka 15 obecně slouží k přípravě kompozice A a kompozice B tvořené ze sypkých chemických látek smíšených s vodou a k jejich řízenému dopravení přes čtyřcestný řídicí ventil 41, a dále přes vysokotlaké plunžrové čerpadlo 40, do roponosné pasti spolu s katalyzátorem C, kde spolu reagují a intenzifikují těžbu ropy z ložiska. Co se týče přípravy kompozice A sestává technologická jednotka 15 z nádrže 18 na vodu, která je spojena přepadem 45 s nádrží 19, kam jsou přiváděny prvky pro kompozici A. Co se týče přípravy kompozice B, tak technologická jednotka 15 sestává z vodní nádrže 38, která je spojena přepadem 46 s nádrží 27, kam jsou přiváděny prvky pro kompozici B. Sypké chemické látky jsou do nádrže 27 pro kompozici B dodávány šnekovým dopravníkem 39 s běžným neznázoměným dávkovačem a neznázoměnou násypkou.The control unit 14 is connected to the process unit 15, which is shown schematically in FIG. 3. The arrangement and interconnection of the individual elements of the process unit can be seen. The process unit 15 generally serves to prepare composition A and composition B made up of bulk chemicals mixed with water and to deliver them in a controlled manner via a four-way control valve 41, and then a high pressure plunger pump 40 to an oil trap together with catalyst C where intensify oil extraction from the deposit. With respect to the preparation of composition A, the processing unit 15 consists of a water tank 18, which is connected via an overflow 45 to the tank 19, where the elements for the composition A are fed. The bulk chemicals are supplied to the container 27 for composition B by a screw conveyor 39 with a conventional dispenser and hopper (not shown).

V prostoru 43 pro čerpadla se nacházejí dvě nízkotlaká čerpadla 31 pro primární vodní okruh 24 a sekundární vodní okruh 26, a dále vysokotlaké plunžrové čerpadlo 40 a čtyřcestný řídicí ventil 41. Voda je vedena od zdroje 37 přes nízkotlaké čerpadlo 31 potrubím 26 pro sekundární vodní okruh do nádrže 18 a přepadem 45 do nádrže 19 na kompozici A a také do nádrže 38, a dále přepadem 46 do nádrže 27 pro kompozici B. Z nádrže 27 pro kompozici B vede potrubí 28 pro kompozici B dále přes čtyřcestný ventil 41 a do vysokotlakého plunžrového čerpadla 40. Z nádrže na kompozici A vede potrubí 23 pro kompozici A do vysokotlakého čtyřcestného ventilu 41, a dále též do vysokotlakého plunžrového čerpadla 40. Primární okruh 24 na vodu vede od prvního nízkotlakého čerpadla 31 na rozdělovači ventil 25 a sekundární okruh 26 na vodu, vede od druhého nízkotlakého čerpadla 31 rovněž na rozdělovači ventil 25 a jsou tak spolu vIn the pump compartment 43 there are two low pressure pumps 31 for the primary water circuit 24 and a secondary water circuit 26, as well as a high pressure plunger pump 40 and a four-way control valve 41. The water is routed from the source 37 through the low pressure pump 31 through line 26 for the secondary water circuit. into tank 18 and via overflow 45 into tank 19 on composition A as well as into tank 38, and then through overflow 46 into tank 27 for composition B. From tank 27 for composition B, line 28 for composition B continues through the four-way valve 41 and into the high pressure plunger. From the tank A for composition A, the line 23 for composition A leads to the high-pressure four-way valve 41, and also to the high-pressure plunger pump 40. The primary water circuit 24 runs from the first low pressure pump 31 to the manifold 25 and the secondary water circuit 26 from the second low-pressure pump 31 also extends on the manifold 25 and are thus connected lu v

-6CZ 307771 B6 rozdělovacím ventilu 25 na vodu spojeny. Odkud, jak již bylo uvedeno, voda proudí do vodních nádrží 38 a 18.The water distributor valve 25 is connected. From there, as already mentioned, the water flows into the water tanks 38 and 18.

Z nádrže 18 proudí voda potrubím 24 od okruhového nízkotlakého ventilu 32 na vodu také buď do čtyřcestného ventilu 41, nebo k čerpadlu 31 na vodu primárního a sekundárního okruhu. Do vysokotlakového systému je nádrž připojena proto, aby voda z ní byla schopna ochlazovat roponosnou past. Voda v roponosné pasti proudí prostorem mezi stupačkou 5 a pažnicí 2, viz obr.From tank 18, water flows through line 24 from circuit low pressure water valve 32 to either the four-way valve 41 or to the water pump 31 of the primary and secondary circuits. The tank is connected to the high pressure system so that the water from it is able to cool the oil trap. The water in the oil trap flows through the space between the footboard 5 and the casing 2, see fig.

2.2.

V nádrži 27 na kompozici B je uspořádána ještě menší nádrž 29 na katalyzátor C, která je spojena potrubím 30 na katalyzátor C se čtyřcestným ventilem 41. Z horkovzdušného dmychadla 42 vede okruh 21 horkého vzduchu do nádrže 19 pro kompozici A a do nádrže 27 pro kompozici B, a to přes vzduchové ventily 22. Od čtyřcestného ventilu 41 pak vedou potrubí 28, 23, 30, 24 na hlavu roponosné pasti 13 a na základě povelů z řídicí jednotky 14 jsou volitelně dávkovány kompozice A, B, C nebo voda.An even smaller catalyst tank 29 is provided in tank 27 for composition B, which is connected via catalyst line 30 to four-way valve 41. From the hot air blower 42, the hot air circuit 21 leads to tank 19 for composition A and tank 27 for composition. B, via air valves 22. Pipes 28, 23, 30, 24 are then routed from the four-way valve 41 to the head of the oil trap 13, and compositions A, B, C or water are optionally dosed based on commands from the control unit 14.

Nádrž 19 na kompozici A a nádrž 27 na kompozici B je dále vybavena celkem třemi neznázoměnými čidly, a to hladinoměrem, který ovládá nízkotlaké čerpadlo 31 pro plnění nádrže 18 a 38 na vodu. Jakmile se nádrž 27 na kompozici B přepadem naplní do potřebného objemu, přepíná se dvoucestný ventil 25 a voda je čerpána do nádrže 38 na vodu a odtud teče přepadem do nádrže 27. Tímto systémem je stále doplňována voda čili v nádržích 18 a 38 voda vždy bude. Hladinoměr tedy přepíná ventil 25 na základě zaznamenání maximálního a minimálního objemu v nádržích 18 a 38.The reservoir 19 on composition A and the reservoir 27 on composition B are further equipped with a total of three sensors (not shown), a level meter which controls the low pressure pump 31 for filling the water tanks 18 and 38. Once the tank 27 on the composition B has been filled with the overflow to the required volume, the two-way valve 25 is switched and the water is pumped into the water tank 38 and from there flows through the overflow into the tank 27. . Thus, the level meter switches the valve 25 upon recording the maximum and minimum volumes in the tanks 18 and 38.

Vysokotlaké plunžrové čerpadlo 40 řídí začerpávání kompozic nebo vody do roponosné pasti 13.The high pressure plunger pump 40 controls the pumping of the compositions or water into the oil trap 13.

Chod dmychadla 42 je řízen měřením teploty v nádržích 19 a 27 napojených na systém přes řídicí jednotku 14 a takto se může upravit prostředí v nádržích.The operation of the blower 42 is controlled by measuring the temperature in the tanks 19 and 27 connected to the system via the control unit 14, and thus the environment in the tanks can be modified.

Další funkcí čidel v nádrži 27 na kompozici Bav nádrži 19 na kompozici je tato: Jedno je umístěno v horní části tak, aby v předstihu dalo povel pro vypnutí plnicího čerpadla. Druhé měří teplotu a dává provozní povely pro horkovzdušné dmychadlo 42 a třetí čidlo měří koncentraci kompozice a dává tak pokyny pro dávkování sypkých chemických látek do kompozice.Another function of the sensors in the tank 27 on the composition of the Bav tank 19 on the composition is as follows: One is located at the top so as to in advance command to shut off the charging pump. The second measures the temperature and gives operating commands to the hot air blower 42, and the third sensor measures the concentration of the composition, giving instructions for dispensing the bulk chemicals into the composition.

Nádrž 19 pro kompozici A a nádrž 27 pro kompozici B jsou vybaveny u dna nerezovým potrubím, které je umístěno cca 100 až 200 mm nade dnem a má délku cca 25 000 mm a je ve své první polovině délky provedeno s plnými stěnami a ve své druhé polovině je perforované. Do tohoto potrubí v nádrži 27 na kompozici B je vháněn horký vzduch horkovzdušným dmychadlem 42 a ten ohřívá v první polovině své délky kompozici, a druhá polovina ho také částečně ohřívá, ale především míchá.The tank 19 for composition A and the tank 27 for composition B are equipped with a stainless steel tubing at the bottom which is approximately 100 to 200 mm above the bottom and has a length of approximately 25,000 mm and is solid-walled in its first half and half is perforated. A hot air blower 42 is blown into this duct in the tank 27 on the composition B and it heats the composition in the first half of its length, and the second half also partially heats it, but above all stirs it.

V rohu nádrže 29 na kompozici B je umístěno výtokové zařízení opatřené přírubou se sroubením na připojení nízkotlakých hadic. Součástí výtokového zařízení je jednoduchý ručně ovládaný kulový ventil, který bude v otevřené poloze po celou dobu práce v roponosné pasti. Po jejím ukončení se vždy musí ventil ručně uzavřít.In the corner of the tank 29 on the composition B there is an outlet device provided with a flange with a screw connection for connecting low pressure hoses. The discharge device includes a simple, manually operated ball valve that will be in the open position throughout the oil trap. The valve must always be closed manually after completion.

Ve stejném kontejneru, jako je nádrž pro kompozici A nádrž pro kompozici B, jsou umístěny laboratoře 20 s prostorem pro rozvaděče vysokého a nízkého napětí, sklad 34, šatna s velínem 33, místo pro cívku 35 s kabely a měřicím zařízením.In the same container as the composition tank A, the composition tank B contains the laboratories 20 with the space for the high and low voltage switchgear, the warehouse 34, the dressing room with the control room 33, the space for the coil 35 with the cables and the measuring device.

V kontejneru B budou ještě umístěny barely, ve kterých jsou uskladněny katalyzátory, což jsou chemické látky v kapalném stavu, které se neředí ani nezahřívají a v průběhu práce jimi bude naplněna nádrž 29.In the container B there will still be barrels in which the catalysts are stored, which are chemical substances in liquid state, which do not dilute or heat and during the work they will fill the tank 29.

-7 CZ 307771 B6-7 GB 307771 B6

Z nádrže 29 vede potrubí na vysokotlaké čerpadlo 41. Nádrž 29 musí být opatřena sroubením pro montáž nízkotlakých hadic a výpustní ventil.The pipe 29 leads from the tank to the high pressure pump 41. The tank 29 must be provided with a screw connection for the assembly of low pressure hoses and an outlet valve.

Na tomto kontejneru jsou nainstalována veškerá čerpadla, horkovzdušné dmychadlo 42 a stanice hlavního řídicího ventilu, který bude zapínat a vypínat vysokotlaké čerpadlo a v podstatě podle pokynů z měření teploty a tlaku v roponosné pasti řídit celý systém. V kontejneru jsou spolu s nádržemi 27, 29 a 38 čerpadly a ventilového zařízení, rozvaděče vysokého a nízkého napětí také dva šnekové dopravníky 39. Řízení čtyřcestného ventilu 41 a vysokotlakého čerpadla 40 je řízeno řídicí jednotkou 14 napojenou na čidla 10 v roponosné pasti 13, tato je ovládaná softwarem, který zajišťuje bezpečnost systému, řízení procesu v reálném čase a udržováním teplot a částečně tlaku v rozmezích kolem hodnot zadaných buď obsluhou, nebo automaticky stanovených výpočtem na základně parametrů roponosné pasti, geologických a dalších informací.All the pumps, the hot air blower 42 and the main control valve station will be installed on this container, which will turn the high pressure pump on and off, and essentially follow the system's temperature and pressure measurements in the oil trap. In the container, along with the tanks 27, 29 and 38 of the pump and valve device, the high and low voltage switchgear, are also two screw conveyors 39. The control of the four-way valve 41 and the high pressure pump 40 is controlled by the control unit 14 connected to the sensors 10 in the oil trap 13. it is controlled by software that ensures system security, real-time process control, and maintaining temperatures and partial pressure within the range of values entered either by the operator or automatically determined by calculation based on oil trap parameters, geological and other information.

Ekonomicky atraktivní je vhánění vzduchu o vysoké vlhkosti velmi výkonným kompresorem (pochopitelně po dosažení dostatečné teploty v dostatečně velkém objemu kolektoru tak, aby docházelo k oxidaci a hydrogenaci potřebného množství kerogenu).Economically attractive is injecting high humidity air with a very powerful compressor (of course, after reaching a sufficient temperature in a sufficiently large collector volume to oxidize and hydrogenate the necessary amount of kerogen).

Řídicí systém pro provádění metody je s výhodou v mobilním provedení, kdy potřebná čerpadla, nádrže na pracovní roztoky, kabeláž, systém rozvodů pracovních roztoků a systém řídicích ventilů je spolu s řídicí jednotkou umístěn v kontejnerech, které mohou být standardního typu o délce 12 metrů nebo ve speciálně upravených skříňových vozidlech v kombinaci se samostatnými cisternami, přičemž řídicí systém může být ovládán lokálně i vzdáleně pomocí telekomunikačních prostředků včetně umožnění podrobného záznamu své činnosti lokálně i vzdáleně a může pracovat jak v režimu plně automatizovaném, tak i v režimu ručního řízení, a předchozí výsledky může později využívat pro optimalizaci budoucích procesů stimulace sond.The control system for carrying out the method is preferably in a mobile version where the necessary pumps, working solution tanks, cabling, working solution distribution system and control valve system together with the control unit are placed in containers which can be of the standard type of 12 meters in length or in specially adapted box vehicles in combination with separate tanks, the control system can be operated locally and remotely by means of telecommunication means including the detailed recording of its activity locally and remotely and can operate in both fully automated and manual control modes, and it can later use the results to optimize future probe stimulation processes.

Technické řešení je maximálně flexibilní a mobilní. Standardizované kontejnery nebo speciálně upravené skříňové vozidlo jsou navrženy tak, aby byla zajištěna snadná manipulace a implementace celého systému. Ten zahrnuje i měřicí a dávkovači (vstřikovací) jednotku, která se do sondy spouští až k zóně perforace některým kanálem neboje součástí takového kanálu. Povrchové vystrojení sondy musí být přizpůsobeno napojení na zvolený počet kanálů (nejméně 2) a systém se přes ovládací a bezpečnostní ventily a klapky na povrchové vystrojení sondy připojí standardním způsobem tak, aby bylo možné pomocí čerpadel, která jsou součástí systému, do sondy jednotlivými kanály vhánět potřebné předem stanovené reagenty, a to rychlostí, kterou si systém určuje podle průběhu reakce sám a v množství a pořadí tak, jak si je opět systém určí sám na základě aplikovaného software. Vhodně uspořádané řešení umožňuje dosahovat prakticky libovolných rozumných a potřebných teplot pro účel, o kterém tento vynález pojednává, a rovněž eliminuje nevýhody všech generátorů tepla a plynu, které pracují na povrchu a vhánějí horké plyny nebo kapaliny sondami z povrchu do roponosné pasti. Systém umožňuje dosáhnout velmi rychle i vysokých tlaků, které postačují ke štěpení kolektoru, přičemž štěpení horkým fluidem je efektivnější než štěpení studenou vodou, neboť vysoká teplota snižuje pevnost horniny. Toto vše bez použití extrémně výkonných čerpadel a obrovského množství kapaliny, neboť veškeré systémem začerpávané kapaliny (reagenty) se mění na horké plyny a vytvářejí tak vysoké tlaky přímo v sondě.The technical solution is highly flexible and mobile. Standardized containers or specially adapted box vehicles are designed to ensure easy handling and implementation of the entire system. It also includes a measuring and dosing (injection) unit which is lowered into the probe to the perforation zone by one of the channels or is part of such a channel. The probe surface must be matched to the selected number of channels (at least 2) and the system must be connected via the control and safety valves and the probe surface flaps in a standard manner so that it can be pumped into the probe through the channels the required predetermined reagents at a rate at which the system determines itself according to the course of the reaction and in a quantity and order as determined by the system itself based on the software applied. A suitably arranged solution makes it possible to achieve virtually any reasonable and necessary temperature for the purpose of the present invention, and also eliminates the disadvantages of all heat and gas generators operating on the surface and injecting hot gases or liquids by probes from the surface into the oil trap. The system allows very high pressures to be achieved very quickly enough to break down the collector, and hot fluid splitting is more efficient than cold water splitting because high temperature reduces rock strength. All this without the use of extremely powerful pumps and a huge amount of liquid, as all the pumped liquid (reagents) turns into hot gases, creating high pressures directly in the probe.

Navrhovaný postup nevyžaduje žádných zvláštních investic (u již vyvrtaných sond), vyžaduje však použití značného množství chemikálií, které může u delších horizontálních vrtů dosahovat až mnoho set tun (a u břidlic můžeme čerpat i tisíce tun s tím, že efekt těžby bude skutečně dlouhodobý). Důležité je, že reakce budou probíhat z větší části přímo v kolektoru, a tedy tepelné ztráty budou minimální. Celý proces je regulovaný plně automatizovaným systémem, který zajišťuje maximální efektivitu a bezpečnost a respektuje technické parametry, podle nichž byl každý vrt navržen a zkonstruován, a díky až několika desítkám čidel s rychlou odezvou umožňuje udržovat v sondě teploty (a částečně i tlaky) ve velice úzkém rozpětí kolem předem nastaveného pracovního bodu. Vyčkáme-li, až se kolektor dostatečně prohřeje a až se teplo rozšíří dále od sondy, můžeme očekávat velice dlouhodobý efekt.The proposed procedure does not require any special investment (for wells already drilled), but requires the use of a considerable amount of chemicals, which can reach as many as hundreds of tons for longer horizontal wells (and thousands of tons can be used for shale, with the mining effect really long). Importantly, the reactions will take place for the most part directly in the collector, and therefore heat losses will be minimal. The whole process is controlled by a fully automated system that ensures maximum efficiency and safety and respects the technical parameters by which each well has been designed and constructed, and thanks to up to several dozens of fast response sensors it allows to maintain temperature (and partially pressures) narrow span around a preset operating point. If we wait for the collector to warm up sufficiently and the heat spreads further from the probe, we can expect a very long-term effect.

-8CZ 307771 B6-8EN 307771 B6

Celkový i jednotlivý účinek všech zmíněných faktorů vede k přeměně podstatné části komplexních uhlovodíků na lehčí syntetickou ropu bez tepelných ztrát způsobených dopravou horkých fluid připravovaných na povrchu, ke zvýšení tlaku v kolektoru, k naštěpení horniny, a tedy k mnohonásobnému zvýšení produkce uhlovodíků z obtížně těžitelných kolektorů.The overall and individual effect of all these factors leads to the conversion of a significant proportion of complex hydrocarbons into lighter synthetic oil without heat losses due to the transport of hot fluids prepared on the surface, increased collector pressure, rock splitting, and thus multiple production of hydrocarbons from difficult to extract collectors. .

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Technologie je předurčena k tomu, aby vrátila do provozu sondy, které byly stimulovány hydraulickým štěpením nebo termickými metodami (pára, SAGD), nebo jsou silně zavodněné a již přestaly ropu produkovat efektivně. V těchto roponosných pastích lze při dosažení superkritických podmínek pro vodu předpokládat, že dojde k dokonalému promísení vody s ropou (superkritická voda rozpouští ropu) a bude-li se jednat o vhodný depozit, dojde navíc ke konverzi komplexních uhlovodíků na lehčí. Faktor rozpustítelnosti ropy v superkritické vodě lze uplatnit právě u silně zavodněných roponosných pastech. Využití námi navrhovaného postupu spatřujeme především v těchto oblastech:The technology is designed to return to operation probes that have been stimulated by hydraulic fracturing or thermal methods (steam, SAGD), or are heavily watered and have stopped producing oil efficiently. In these oil traps, when supercritical conditions for water are reached, it can be assumed that the water and oil are perfectly mixed (supercritical water dissolves oil) and, if this is a suitable deposit, the conversion of complex hydrocarbons to lighter ones will occur. The oil solubility factor in supercritical water can be applied to heavily watered oil pastes. We see the application of our proposed approach mainly in the following areas:

a) břidličné deposity, kde jsou již vrty vyvrtány a kde (s velkou pravděpodobností, avšak nikoliv nezbytně nutně) byla použita technologie hydraulického štěpení;(a) slate deposits where the wells are already drilled and where (with a high probability but not necessarily) hydraulic fracturing technology has been applied;

b) tight formations (kolektory s velmi nízkou permeabilitou), které dosud nebyly z ekonomických důvodů exploatovány nebo jsou považovány za vyčerpané (s lehčí ropou není nutné hřát tolik, plynotermické štěpení horniny postačí);b) tight formations (collectors with very low permeability) that have not been exploited or are considered exhausted for economic reasons (it is not necessary to heat as much with lighter oil, gas-thermal rock splitting is sufficient);

c) ložiska bitumenů nebo velmi těžké ropy, která jsou obtížně těžitelná konvenčními metodami, je možné zpracovat jak s konverzí komplexních uhlovodíků na lehčí, tak i bez konverze;(c) deposits of bitumen or very heavy oil, which are difficult to extract by conventional methods, can be processed with or without conversion of complex hydrocarbons to lighter;

d) ložiska již vytěžená především za použití přehřáté páry;(d) bearings already extracted, in particular using superheated steam;

e) ložiska, která leží ve větších hloubkách, a tedy dosud z ekonomických důvodů, nebyla ani otevřena;(e) bearings that are located at greater depths and hence for economic reasons have not been opened;

f) ostatní sondy (včetně nově vrtaných pro využití této technologie) prakticky bez omezení, pouze s přihlédnutím k ekonomice.f) other probes (including newly drilled for the use of this technology) with virtually no restrictions, only taking into account the economy.

Ve všech případech je třeba zvážit hloubku, a tedy bezpečně dosažitelný maximální tlak, pokud chceme využít superkritických kapalin k trvalé změně chemického složení ropy. U mělkých roponosných pastí může být obtížné, ne-li nemožné, dosažení potřebného tlaku.In all cases, the depth and hence the maximum pressure to be safely reached should be considered if we want to use supercritical fluids to permanently change the chemical composition of the oil. For shallow oil traps, it may be difficult, if not impossible, to achieve the necessary pressure.

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS

Claims

An apparatus (1) for the efficient extraction of bitumen and oil, comprising an extraction assembly (17) in an oil trap (13), and a control unit (14) coupled to a processing unit (15) on the surface, the drilling assembly (17). ) is provided with a casing (2) provided with a perforation (3), characterized in that an inner leg (4) is arranged in the casing (2), and an outer leg (5) is arranged around the inner leg (4), which is also provided with a perforation (7) and has a fixed bottom (11), the inner leg (4) being open at the bottom and its lower end (16) being above the bottom (11) of the outer leg (5), the inner leg (4) a cable (9) is guided which is anchored to the bottom (11) of the outer footrest (5) at its end in the oil trap (13) and is led to the surface of the control unit (14) on the other end. 11) and the lower end (16) of the inner footrest (4) is disposed on the rope (9) given at least one sensor (10) which is

-30GB 307771 B6 is connected by cable to the control unit (14) and the control unit (14) is connected to the process unit (15).

Method for preparing a drilling device (1) for monitoring the well ratio for the following efficient extraction, wherein a technological unit (15) and a control unit (14) are arranged on the surface, characterized in that in the oil trap (13) the mining assembly is arranged with an inner footboard (4), which serves to feed one chemical composition, the rope (9) is lowered into the drilling assembly, which is anchored in the outer footboard (5) for feeding the second chemical composition, which is arranged around the inner footboard (4) wherein the cable (9) is provided with at least one sensor (10) connected to the control unit (14) by a cable connected to the control unit (14) and according to the temperature and pressure signals (10) controls the operation of the processing unit (15) with respect to the feeds of the compositions, catalysts and water.

Method according to claim 2, characterized in that metal-based catalysts from the group such as aluminum, zinc, iron, vanadium, molybdenum, tungsten, manganese are added to the composition, either in advance or simultaneously or with a delay. in the form of solutions or suspensions.

Method according to claims 2 and 3, characterized in that it is used analogously for boreholes led into oil-bearing traps (13) obliquely or horizontally.