BR112016002053B1 - método de redução de assentamento de material hidrocarbonáceo fragmentado residual durante o processamento - Google Patents
método de redução de assentamento de material hidrocarbonáceo fragmentado residual durante o processamento Download PDFInfo
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Abstract
MATÉRIA-PRIMA DE COMPÓSITO PARA RECUPERAÇÃO DE HIDROCARBONETOS A PARTIR DE MATERIAL HIDROCARBONÁCEO Trata-se de um método de redução de assentamento de material hidrocarbonáceo fragmentado residual durante o processamento (10) que pode compreender formar uma infraestrutura de controle de permeabilidade construída (12) que define um volume substancialmente encapsulado. O método também pode incluir introduzir um material hidrocarbonáceo fragmentado de compósito na infraestrutura de controle para formar um corpo permeável (14), em que o material hidrocarbonáceo de compósito inclui um material hidrocarbonáceo fragmentado e um material estrutural. O método pode incluir, ainda, aquecer o corpo permeável o suficiente para remover os hidrocarbonetos do mesmo (16). O material hidrocarbonáceo é substancialmente estacionário durante o aquecimento, com exceção da subsidência e do assentamento. O material estrutural pode fornecer integridade estrutural ao corpo permeável o suficiente para manter o fluxo convectivo de fluidos ao longo do corpo permeável durante o aquecimento.
Description
[0001] Este pedido reivindica a prioridade do pedido provisório de patente US n° 61/859.679, depositado em 29 de julho de 2013, que é incorporado por referência na presente invenção.
[0002] O processamento de materiais hidrocarbonáceos pode, muitas vezes, envolver aquecer o aquecimento de materiais de matéria-prima para produzir e remover hidrocarbonetos. Uma ampla variedade de processos pode ser usada, no entanto, a maioria dos processos tem, inerentemente, desafios específicos que limitam a produtividade e uso em grande escala. Os materiais hidrocarbonáceos como areias asfálticas e xisto betuminoso foram processados com o uso tanto de processamento acima do solo quanto in situ. Outros materiais hidrocarbonáceos como hulha foram processados com o uso de uma ampla variedade de tecnologias como gaseificação de hulha e liquefação de hulha. Os desenvolvimentos recentes em tecnologias de processamento de areias asfálticas e xisto betuminoso, especificamente, continuam a aprimorar as eficiências de produção e a reduzir o impacto ambiental. No entanto, vários desafios permanecem em termos de estabilidade de processo, impacto ambiental e rendimento, dentre outros.
[0003] O assentamento de materiais hidrocarbonáceos durante o processamento pode reduzir a porosidade que afeta adversamente o fluxo convectivo de calor ao longo dos materiais. O assentamento pode ser especialmente evidente para materiais tendo um teor orgânico relativamente alto. Desse modo, um método de redução de assentamento de material hidrocarbonáceo fragmentado residual durante o processamento pode compreender formar uma infraestrutura de controle de permeabilidade construída que define um volume substancialmente encapsulado. A infraestrutura de controle pode ser formada para criar um envelope de contorno através do qual a transferência de massa pode ser controlada e, em alguns casos, substancialmente eliminada. Um material hidrocarbonáceo fragmentado de compósito pode ser introduzido na infraestrutura de controle para formar um corpo permeável. Especificamente, o material hidrocarbonáceo de compósito pode incluir um material hidrocarbonáceo fragmentado e um material estrutural. O corpo permeável é, então, aquecido o suficiente para remover os hidrocarbonetos do mesmo. Embora nem sempre exigido, o material hidrocarbonáceo pode ser típica e substancialmente estacionário durante o aquecimento, com exceção da subsidência e do assentamento. O material estrutural fornece integridade estrutural ao corpo permeável suficiente para manter o fluxo convectivo de fluidos ao longo do corpo permeável durante o aquecimento.
[0004] Adicionalmente, uma infraestrutura de controle de permeabilidade construída correspondente pode compreender um represamento de controle de permeabilidade que define um volume substancialmente encapsulado e um material hidrocarbonáceo fragmentado de compósito dentro do volume encapsulado que forma um corpo permeável de material hidrocarbonáceo. O material hidrocarbonáceo fragmentado de compósito pode compreender similarmente material hidrocarbonáceo fragmentado e material estrutural tendo uma porosidade inicial. Durante o aquecimento do corpo permeável, a porosidade pode, em geral, diminuir ao longo do tempo. Entretanto, o material estrutural é selecionado e adaptado para manter a porosidade do corpo permeável durante o aquecimento do corpo permeável dentro de uma faixa de porosidade alvo.
[0005] As características mais importantes da invenção foram esboçadas, de modo um tanto amplo, para que a descrição detalhada das mesmas que segue possa ser mais bem compreendida, e de modo de que a presente contribuição para a técnica possa ser mais bem observada. Outras características da presente invenção irão tornar-se mais claras a partir da descrição detalhada da invenção a seguir, feita com os desenhos e reivindicações anexos, ou poderão ser aprendidos pela prática da invenção.
[0006] A Figura 1 é um fluxograma de um método de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0007] A Figura 2 é uma vista em seção transversal lateral de uma infraestrutura de controle de permeabilidade construída tendo zonas dentro do corpo permeável tendo volume de vão variado de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0008] A Figura 3 é uma vista esquemática em recorte parcial lateral de uma infraestrutura de controle de permeabilidade construída de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0009] A Figura 4 é uma vista plana de topo de uma pluralidade de represamentos de controle de permeabilidade que formam uma matriz de represamento de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0010] A Figura 5 é uma vista em recorte lateral de um represamento de controle de permeabilidade de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0011] Deve-se notar que as figuras são meramente exemplares de várias modalidades da presente invenção e nenhuma limitação no escopo da presente invenção é destinada pelas mesmas. Ademais, as figuras são, em geral, desenhadas em escala, mas são delineadas para propósitos de conveniência e clareza na ilustração de vários aspectos da invenção.
[0012] Embora essas modalidades exemplificadoras sejam descritas com detalhes suficientes para permitir que versados na técnica pratiquem a invenção, deve-se compreender que outras modalidades podem ser realizadas e que diversas alterações à invenção podem ser feitas sem que se afaste do espírito e escopo da presente invenção. Dessa forma, a descrição mais detalhada das modalidades da presente invenção a seguir não se destina a limitar o escopo da invenção, conforme reivindicado, mas é apresentada para propósitos ilustrativos apenas e não de limitação para descrever os recursos e características da presente invenção, para apresentar o melhor modo de operação da invenção e para permitir que o versado na técnica pratique a invenção. Consequentemente, o escopo da presente invenção deve ser definido apenas pelas reivindicações anexas.
[0013] Na descrição e reivindicação da presente invenção, será usada a seguinte terminologia. As formas singulares “um”, “uma”, “a” e “o” incluem referências no plural, a menos que o contexto determine claramente o contrário. Assim, por exemplo, a referência a “uma parede” inclui a referência a uma ou mais de tais estruturas, “um corpo permeável” inclui a referência a um ou mais de tais materiais e “uma etapa de aquecimento” se refere a uma ou mais de tais etapas.
[0014] Como usado aqui, “infraestrutura construída” e “infraestrutura de controle de permeabilidade construída” se refere a uma estrutura de encapsulamento que é substancial e inteiramente feita pelo homem, em oposição às paredes congeladas, paredes de enxofre ou outras barreiras que são formadas através de modificação ou do enchimento de poros de uma formação geológica existente. A infraestrutura de controle de permeabilidade construída pode ser típica e substancialmente isenta de formações geológicas inalteradas, embora a infraestrutura possa ser formada adjacente ou em contato direto com uma formação inalterada. A infraestrutura pode ser tipicamente formada com o uso de material de terra compactado ou material de particulado compactado. Desse modo, as paredes da infraestrutura frequentemente não têm integridade estrutural independente além da base de terra subjacente.
[0015] Como usado aqui, “material de terra” se refere a materiais naturais que são recuperados da terra apenas com modificações mecânicas como, mas não se limitando à argila (por exemplo, argila bentonita, montmorilonita, caulinita, ilita, clorito, vermiculita e outras argilas expansivas), cascalho, pedra, enchimento compactado, solo e similares. O cascalho, por exemplo, pode ser combinado com cimento para formar concreto. Frequentemente, o solo tratado com argila pode ser combinado com água para formar uma camada de argila hidratada que age como uma barreira de fluidos. Entretanto, o xisto betuminoso retortado também pode ser usado para formar pelo menos uma porção do material de terra usado em paredes da infraestrutura.
[0016] Como usado aqui, “material hidrocarbonáceo” se refere a material contendo hidrocarboneto a partir do qual os produtos de hidrocarboneto podem ser extraídos ou derivados. Por exemplo, os hidrocarbonetos podem ser extraídos diretamente como um líquido, removidos por meio de extração com solvente, diretamente vaporizados ou, de outra forma, removidos do material. Entretanto, muitos materiais hidrocarbonáceos contêm querogênio, betume ou outros hidrocarbonetos complexos que são convertidos em um hidrocarboneto através de aquecimento e pirólise. Os materiais hidrocarbonáceos podem incluir, mas não se limitam a, xisto betuminoso, areias asfálticas, hulha, linhita, betume, turfa, biomassa e outra pedra rica em materiais orgânicos.
[0017] Como usado aqui, “material estrutural” se refere a material de rendimento não hidrocarbonáceo ou não hidrocarboneto que fornece integridade estrutural a um corpo permeável suficiente para manter o fluxo convectivo de fluidos ao longo do corpo permeável durante a extração de hidrocarbonetos. Por exemplo, durante o aquecimento uma porção do corpo permeável é removida à medida que os hidrocarbonetos são liberados. Os materiais restantes (por exemplo, a sílica e outros minerais) da porção hidrocarbonácea do corpo permeável podem se achatar pelo menos parcialmente. O grau de colapso corresponde tipicamente às proporções de mineral contra material hidrocarbonáceo conversível (isto é, querogênio, betume, etc.). Um material estrutural fornece um suporte mecânico para o corpo permeável à medida que o material hidrocarbonáceo circundante é removido como hidrocarbonetos.
[0018] Como usado aqui, “represamento” refere-se a uma estrutura projetada para segurar ou manter uma acumulação de materiais móveis fluidos e/ou sólidos. Um represamento geralmente deriva pelo menos uma porção substancial de fundação e suporte estrutural a partir de materiais de terra. Dessa forma, as paredes de controle da presente invenção nem sempre têm força independente ou integridade estrutural além da formação da terra e/ou nativa sobre o qual são formadas. Ademais, um represamento utiliza tipicamente materiais de terra e pelo menos uma porção de paredes formada como bermas de material de terra compactado.
[0019] Como usado aqui, “material hidrocarbonáceo fragmentado de compósito” se refere a uma mistura de material hidrocarbonáceo fragmentado e material estrutural. A material estrutural tem uma composição diferente do material hidrocarbonáceo fragmentado e confere integridade estrutural aumentada ao corpo permeável sobre um corpo permeável com o uso exclusivamente do material hidrocarbonáceo fragmentado.
[0020] Como usado aqui, “corpo permeável” se refere a uma massa de material hidrocarbonáceo fragmentado de compósito tendo uma permeabilidade relativamente alta, que excede a permeabilidade de uma formação inalterada sólida da mesma composição. Os corpos permeáveis adequados para uso na presente invenção podem ter mais do que cerca de 10% de espaço livre e tipicamente têm espaço livre a partir de cerca de 20% a 50%, apesar de outras faixas poderem ser adequadas. Permitindo-se que a alta permeabilidade facilite o aquecimento do corpo através de convecção como o mecanismo de transferência de calor primário enquanto também reduz, substancialmente, os custos associados ao esmagamento em tamanhos muito pequenos, por exemplo, abaixo de cerca de 2,5 a cerca de 1 cm. O espaço livre alvo específico pode variar dependendo do material hidrocarbonáceo específico e dos tempos e condições de processo.
[0021] Como usado aqui, “extraído” se refere a um material que foi removido ou alterado a partir de uma localização estratográfica ou geológica original para uma segunda e diferente localização. Tipicamente, o material extraído pode ser produzido por fricção, esmagamento, detonação de modo explosivo ou, de outro modo, remoção do material de uma formação geológica.
[0022] Como usado aqui, “substancialmente estacionário” se refere ao posicionamento quase estacionário de materiais com um grau de permissão para subsidência e/ou assentamento à medida que os hidrocarbonetos são removidos do material hidrocarbonáceo. Em contraste, qualquer circulação e/ou fluxo de material hidrocarbonáceo, como encontrado em leitos fluidizados ou retortas rotativas envolve o movimento e manuseamento altamente significativo de material hidrocarbonáceo.
[0023] Como usado aqui, “cerca de” refere-se a um grau de desvio com base no erro experimental típico para a propriedade particular identificada. A latitude que forneceu o termo “cerca de” dependerá do contexto específico e da propriedade particular e pode ser prontamente compreendido pelos versados na técnica. O termo “cerca de” não se destina a expandir ou limitar o grau de equivalentes, que pode ser, de outro modo, fornecido de um valor específico. Adicionalmente, exceto onde especificado em contrário, o termo “cerca de” deve incluir expressamente “exatamente”, consistente com a discussão abaixo sobre faixas e dados numéricos.
[0024] Como usado aqui, “adjacente” refere-se à proximidade de duas estruturas ou elementos. Particularmente, os elementos que são identificados como sendo “adjacentes” podem quer estar em contiguidade ou conectados. Tais elementos também podem estar perto de ou próximos uns dos outros, sem necessariamente se contatar entre si. O grau exato de proximidade pode, em alguns casos, depender do contexto específico.
[0025] Concentrações, dimensões, quantidades e outros dados numéricos podem ser aqui apresentados em um formato de faixa. Deve ser entendido que tal formato de faixa é usado meramente por conveniência e brevidade e deve ser interpretado de forma flexível para incluir não apenas os valores numéricos expressamente referidos como os limites da faixa, mas também para incluir todos os valores numéricos individuais ou subfaixas abrangidas dentro dessa faixa como se cada valor numérico e subfaixa fossem explicitamente referidos. Por exemplo, uma faixa de cerca de 1 a cerca de 200 deve ser interpretada de modo a incluir não apenas os limites expressamente referidos de 1 e cerca de 200, mas também para incluir tamanhos individuais, como 2, 3, 4, e subfaixas, como 10 a 50, 20 a 100, etc.
[0026] Como usado aqui, uma pluralidade de itens, elementos estruturais, elementos composicionais e/ou materiais pode ser apresentada em uma lista comum por questão de conveniência. Entretanto, estas listas devem ser interpretadas como se cada membro da lista fosse identificado individualmente como um membro separado e único. Dessa forma, nenhum membro individual da tal lista deve ser interpretado como um equivalente de fato de qualquer outro membro da mesma lista unicamente com base em sua apresentação em um grupo comum sem indicações em contrário.
[0027] Quaisquer etapas referidas em qualquer método ou reivindicações do processo podem ser executadas em qualquer ordem e não se limitam à ordem apresentada nas reivindicações. As limitações de meios-mais-função ou etapa- mais-função só serão empregadas onde, para uma limitação de reivindicação específica, todas as condições a seguir estão presentes nessa limitação: a) “meios para” ou “etapa para” é expressamente referido; e b) uma função correspondente é expressamente referida. A estrutura, material ou ações que sustentam os meios-mais-função são expressamente referidos na descrição da presente invenção. Consequentemente, o escopo da invenção deve ser determinado apenas pelas reivindicações anexas e seus equivalentes legais, em vez das descrições e dos exemplos aqui apresentados.
[0028] Com referência à Figura 1, um método 10 de redução de assentamento de material hidrocarbonáceo fragmentado residual durante o processamento pode incluir formar 12 uma infraestrutura de controle de permeabilidade construída que define um volume substancialmente encapsulado. O método inclui, ainda, introduzir 14 um material hidrocarbonáceo fragmentado de compósito na infraestrutura de controle para formar um corpo permeável. Mais especificamente, o material hidrocarbonáceo de compósito pode incluir um material hidrocarbonáceo fragmentado e um material estrutural. As etapas de formar o volume encapsulado e introduzir o material de compósito no volume encapsulado podem, e mais frequentemente irão, ocorrer simultaneamente. O método pode incluir, ainda, aquecer 16 o corpo permeável o suficiente para remover os hidrocarbonetos do mesmo. Dependendo da composição específica e estrutura do corpo permeável, as condições podem variar a fim de produzir e/ou liberar hidrocarbonetos a partir do corpo permeável. Tipicamente, o material hidrocarbonáceo é substancialmente estacionário durante o aquecimento, com exceção do assentamento e da subsidência devido à remoção de material do corpo permeável. O material estrutural pode fornecer integridade estrutural ao corpo permeável suficiente para manter o fluxo convectivo de fluidos ao longo do corpo permeável durante o aquecimento. Em uma modalidade, as etapas de formação e introdução podem ocorrer de modo substancialmente simultâneo. Adicionalmente, o método pode compreender, ainda, coletar e remover 18 os hidrocarbonetos.
[0029] Em geral, o presente método pode fornecer um meio eficaz de recuperar hidrocarbonetos de materiais hidrocarbonáceos ricos em materiais orgânicos sem a subsidência substancial dentro da infraestrutura de controle de permeabilidade construída. O uso de materiais estruturais no corpo permeável pode manter uma porosidade desejada de tal modo que o fluxo convectivo de fluidos seja mantido durante o processamento. Tal método pode ser particularmente eficaz para os materiais hidrocarbonáceos fragmentados que, em geral, não mantêm a porosidade em condições de processamento típicas. A infraestrutura construída pode definir um volume substancialmente encapsulado em que um material hidrocarbonáceo fragmentado de compósito, que inclui um material hidrocarbonáceo e um material estrutural extraídos ou colhidos, pode ser introduzido na infraestrutura de controle para formar um corpo permeável de material de compósito. A infraestrutura de controle pode geralmente ser formada pelo menos parcialmente de material de terra para formar uma barreira para o escape não controlado de fluidos do represamento. O corpo permeável pode ser aquecido o suficiente para remover os hidrocarbonetos do mesmo. Durante o aquecimento, o material hidrocarbonáceo fragmentado de compósito é substancialmente estacionário à medida que a infraestrutura construída é uma estrutura fixa e à medida que o material estrutural dentro do compósito fornece integridade estrutural durante o processamento. Os hidrocarbonetos removidos podem ser coletados para o processamento adicional, uso no processo e/ou uso conforme recuperado.
[0030] Desse modo, uma infraestrutura de controle de permeabilidade construída correspondente pode compreender um represamento de controle de permeabilidade que define um volume substancialmente encapsulado e um material hidrocarbonáceo fragmentado de compósito dentro do volume encapsulado que forma um corpo permeável de material hidrocarbonáceo. O material hidrocarbonáceo fragmentado de compósito pode compreender material hidrocarbonáceo fragmentado e material estrutural tendo uma porosidade, em que o material estrutural é capaz de manter a porosidade do corpo permeável durante o aquecimento do corpo permeável dentro de uma faixa de porosidade alvo.
[0031] Cada um desses aspecto da presente invenção é descrito em mais detalhes abaixo. A infraestrutura de controle de permeabilidade construída pode ser formada com o uso da grade existente como suporte de piso e/ou como suporte de parede lateral para a infraestrutura construída. Por exemplo, a infraestrutura de controle pode ser formada como uma estrutura de sustentação independente, isto é, com o uso apenas da grade existente como um piso com paredes laterais e teto que é feito pelo homem. Alternativamente, a infraestrutura de controle pode ser formada dentro de um poço escavado. Independentemente, as infraestruturas de controle da presente invenção são sempre formadas acima da grade.
[0032] Uma infraestrutura de controle de permeabilidade construída pode incluir um represamento de controle de permeabilidade que define um volume substancialmente encapsulado. O represamento de controle de permeabilidade pode ser substancialmente isento de formações geológicas inalteradas. Especificamente, o aspecto de controle de permeabilidade do represamento pode ser completamente construído e feito pelo homem como um mecanismo de isolamento separado para a prevenção de migração não controlada de material para dentro ou para fora do volume encapsulado. Em uma modalidade, a infraestrutura de controle de permeabilidade construída pode incluir um corpo permeável de material hidrocarbonáceo fragmentado de compósito, uma camada de finos de cascalho, uma camada de barreira de fluidos de solo tratado com bentonita (camada BAS) e formação nativa adjacente. Em uma outra modalidade, a infraestrutura de controle compreende pelo menos parcialmente um material de terra compactado. Em um aspecto, o material de terra pode incluir argila (por exemplo, argilas altamente expansivas, argila bentonita e similares), enchimento compactado, cimento refratário, cimento, solo tratado com argila, terra compactada, xisto de grau baixo ou combinações dos mesmos. Em um aspecto, a infraestrutura de controle pode compreender solo tratado com argila.
[0033] A infraestrutura de controle pode ser frequentemente formada como bermas de sustentação independente tendo terra subjacente como base estrutural e suporte para pisos da infraestrutura. Em uma modalidade, o represamento de controle de permeabilidade ou a infraestrutura de controle, pode ser formado ao longo de paredes de um depósito de material hidrocarbonáceo escavado. Em um aspecto alternativo, pelo menos um depósito de material hidrocarbonáceo escavado adicional pode ser formado de tal modo que uma pluralidade de represamentos possa ser operada. Ademais, tal configuração pode facilitar uma redução na distância de transporte do material extraído. Especificamente, o material hidrocarbonáceo extraído para qualquer volume encapsulado específico pode ser extraído de um depósito de material hidrocarbonáceo escavado adjacente. Dessa maneira, uma rede de estruturas construídas pode ser criada de tal modo que o material extraído possa ser imediata e diretamente preenchido em um represamento adjacente.
[0034] O represamento pode ser formado de um material adequado que fornece isolamento de transferência de material através das paredes do represamento. Dessa maneira, a integridade das paredes é retida durante o funcionamento da infraestrutura de controle o suficiente para impedir a migração não controlada de fluidos para fora da infraestrutura de controle. Os exemplos não limitadores adequados de material adequado para uso na formação do represamento da infraestrutura de controle de permeabilidade construída podem incluir argila, argila bentonita (por exemplo, argila que compreende pelo menos uma porção de bentonita que inclui montmorilonita), enchimento compactado, cimento refratário, cimento, geogrelhas sintéticas, fibra de vidro, viga de reforço, aditivos de fulereno de nanocarbono, bolsas geotêxteis preenchidas, resinas poliméricas, forros de PVC resistentes a óleo ou combinações dos mesmos. Para as operações de grande escala que formam o represamento pelo menos parcialmente de material de terra podem fornecer uma barreira eficaz. Os materiais de compósitos cimentícios manipulados (ECC), compósitos reforçados com fibra e similares podem ser particularmente fortes e podem ser prontamente manipulados para satisfazer os requisitos de tolerância de permeabilidade e de temperatura de uma dada instalação.
[0035] Como uma diretriz geral, para o represamento, os materiais que têm baixa permeabilidade e alta integridade mecânica nas temperaturas operacionais da infraestrutura podem ser usados. Por exemplo, os materiais tendo um ponto de fusão acima da temperatura operacional máxima da infraestrutura podem ser úteis para manter o confinamento durante e depois o aquecimento e a recuperação. No entanto, os materiais com temperatura mais baixa também podem ser usados se uma zona de tampão não aquecida for mantida entre as paredes e as porções aquecidas do corpo permeável. Tais zonas de tampão podem se situar na faixa de 15 cm a 16 metros dependendo do material específico usado para o represamento e a composição do corpo permeável.
[0036] As paredes de represamento podem ser substancialmente contínuas de tal modo que o represamento defina o volume encapsulado suficientemente para impedir o movimento substancial dos fluidos para dentro ou para fora do represamento além das entradas e saídas definidas, por exemplo, por meio de condutos ou similares, conforme discutido na presente invenção. Dessa maneira, os represamentos podem satisfazer prontamente as regulações governamentais de migração de fluido. Alternativamente ou em combinação com uma barreira fabricada, as porções das paredes do represamento podem ser a formação geológica inalterada e/ou terra compactada. Em tais casos, a infraestrutura de controle de permeabilidade construída é uma combinação de paredes permeáveis e impermeáveis, conforme descrito em detalhe abaixo.
[0037] Em um aspecto detalhado, uma porção de material hidrocarbonáceo, pré ou pós-processado, pode ser usada como uma fortificação para o cimento e/ou base para o cimento que são, então, despejados no local para formar porções ou as paredes, integralmente, da infraestrutura de controle. Esses materiais podem ser formados no local ou podem ser pré- formados e, então, montados no lugar para formar uma estrutura de represamento integral. Por exemplo, o represamento pode ser construído através de formação por moldagem no lugar como um corpo monolítico, extrusão, empilhamento de peças pré-formadas ou pré-moldadas, painéis de concreto unidos por uma argamassa (cimento, ECC ou outro material adequado), forma inflada ou similares. As formas podem ser construídas contra uma formação ou podem ser estruturas independentes. As formas podem ser construídas a partir de um material adequado como, mas não se limitando a, aço, madeira, fibra de vidro, polímero ou similares. Os ligantes opcionais podem ser adicionados para acentuar a compactação das paredes de controle de permeabilidade. A infraestrutura de controle pode, opcionalmente, compreender ou consistir essencialmente em selante, argamassa, viga de reforço, argila sintética, argila bentonita, argila forro, cimento refratário, geomembranas de alta temperatura, canos de drenagem, folhas de liga ou combinações dos mesmos.
[0038] Em uma modalidade, a construção de paredes e pisos de represamento pode incluir múltiplas camadas compactadas de xisto de grau baixo nativo ou manipulado com qualquer combinação de areia, cimento, fibra, fibra vegetal, nanocarbonos, vidro triturado, aço de reforço, rede de reforço de carbono manipulada, cálcio e similares. Além de tais paredes de compósito, os designs que inibem a migração de gás e fluido a longo prazo através de engenharia de impermeabilidade adicional podem ser empregados incluindo, mas não se limitando a, forros, geomembranas, solos compactados, areia importada, cascalho ou pedra e contornos de drenagem por gravidade para mover os fluidos e gases em direção oposta às camadas impenetráveis para a saída. A construção de parede e piso do represamento pode, mas não precisa, compreender um declive ou plataforma para cima ou para baixo como o caso do curso de extração pode ditar seguir a extração ideal do grau de minério. Em quaisquer tais aplicações escalonadas para cima ou para baixo, a construção de nivelamento de piso e de parede de confinamento pode tipicamente drenar ou inclinar para um lado ou para uma(s) área(s) de junção central(is) específica(s) para a remoção de fluidos através da drenagem por gravidade assistida.
[0039] Opcionalmente, a construção de piso e parede em cápsulas pode incluir o isolamento que impede a transferência de calor fora da infraestrutura construída ou fora das cápsulas internas ou condutos dentro do confinamento de cápsula construída primária. O isolamento pode compreender materiais fabricados, cimento ou vários materiais, outros materiais que são menos termicamente condutivos do que as massas circundantes, isto é, o corpo permeável, formação, infraestruturas adjacentes, etc. As barreiras termicamente isolantes também podem ser formadas dentro do corpo permeável, ao longo de paredes de represamento, tetos e/ou pisos. O represamento pode ser formado como um sistema de único uso de tal modo que isolamentos, canos e/ou outros componentes possam ter uma vida útil relativamente curta, por exemplo, menos que 1 a 2 anos. Dessa maneira, os condutos, barreira e materiais de isolamento podem ser deixados no lugar juntamente com os materiais de matéria-prima usados na conclusão da recuperação e interrupção do sistema. Isso pode reduzir os custos com equipamento assim como reduzir o impacto ambiental a longo prazo.
[0040] As estruturas e os métodos apresentados na presente invenção podem ser aplicados quase em qualquer escala. Os maiores volumes encapsulados e números de represamentos aumentados podem produzir prontamente produtos de hidrocarbonetos e desempenho comparável ou superior a infraestruturas construídas menores. Como uma ilustração, os represamentos individuais podem variar em tamanho de dezenas de metros através de dezenas de acres na área superficial plana de topo. Similarmente, as profundidades de represamento podem variar de vários metros até 100 metros, com cerca de 50 metros fornecendo uma profundidade exemplificadora. Os tamanhos de represamento ideais podem variar dependendo do material hidrocarbonáceo e dos parâmetros operacionais, entretanto, espera-se que as áreas adequadas por célula de represamento possam variar de cerca de metade de quinze acres na área superficial plana do topo. Uma matriz de células de represamento pode ser disposta adjacente a outra para formar uma pluralidade de unidades individualmente controláveis que podem ser operadas pelo menos parcialmente independente das células adjacentes. O reconhecimento e o ajuste dos parâmetros operacionais também podem levar em consideração a transferência de calor a partir das células adjacentes.
[0041] Os métodos e as infraestruturas podem ser usados para a recuperação de hidrocarbonetos a partir de uma variedade de materiais hidrocarbonáceos. Uma vantagem específica é um amplo grau de latitude no controle de tamanho de partícula, condições e composição do corpo permeável introduzido no volume encapsulado. Os exemplos não limitadores de material hidrocarbonáceo extraído que pode ser tratado compreendem xisto betuminoso, areias asfálticas, hulha, linhita, betume, turfa ou combinações dos mesmos. Adicionalmente, o material com alto teor orgânico que pode ser tratado pode compreender turfa, hulha, biomassa, areias asfálticas ou combinações dos mesmos. Em alguns casos, pode ser desejável fornecer um único tipo de material hidrocarbonáceo em conjunto com o material estrutural de modo que o corpo permeável consista essencialmente em um material estrutural e um dos materiais hidrocarbonáceos acima. Entretanto, o corpo permeável pode incluir misturas desses materiais, de modo que o grau, o teor de óleo, o teor de hidrogênio, permeabilidade e similares podem ser ajustados para alcançar um resultado desejado. Os exemplos não limitadores de materiais estruturais que podem ser usados incluem pedra, xisto, material hidrocarbonáceo residual, matéria-prima gasta, cimento ou combinações dos mesmos. Em geral, os materiais estruturais adequados podem ser formados de material natural ou feito pelo homem que tem força compressiva mecânica suficiente para preservar o espaço livre dentro de uma faixa alvo durante o processamento. Ademais, os múltiplos materiais hidrocarbonáceos podem ser colocados em camadas separadas ou de uma maneira misturada, como a combinação de hulha, xisto betuminoso, areias asfálticas, biomassa e/ou turfa.
[0042] Conforme discutido na presente invenção, em geral, o material hidrocarbonáceo fragmentado de compósito é misturado de tal modo que a porosidade do corpo permeável seja mantida dentro de uma faixa de porosidade alvo durante as fases de recuperação de hidrocarboneto do processamento. Em uma modalidade, o corpo permeável pode ter uma porosidade de cerca de 10% a cerca de 80% do volume total do corpo permeável antes e durante o aquecimento. Em um aspecto, o corpo permeável pode manter uma porosidade de cerca de 40% a cerca de 70% do volume total do corpo permeável antes e durante o aquecimento. Desse modo, em uma modalidade, o material hidrocarbonáceo fragmentado de compósito pode compreender 10% em peso a 60% em peso de material estrutural e 40% em peso a 90% em peso de material hidrocarbonáceo fragmentado. Em um aspecto, o material hidrocarbonáceo fragmentado de compósito pode compreender 20% em peso a 40% em peso de material estrutural e 60% em peso a 80% em peso de material hidrocarbonáceo fragmentado. Em um outro aspecto, o material hidrocarbonáceo fragmentado de compósito pode fornecer 50% a 60% de porosidade. Em uma modalidade, o corpo permeável pode ter uma primeira porosidade antes do aquecimento e uma segunda porosidade inferior durante e depois do aquecimento que é mantido acima de 10%.
[0043] Em uma modalidade, o material contendo hidrocarboneto pode ser classificado em várias cápsulas internas ou células dentro de uma infraestrutura construída primária por razões de otimização. Por exemplo, as camadas e profundidades de formações de xisto betuminoso extraído podem ser mais ricas em determinadas zonas produtoras de profundidades à medida que a extração progride. Uma vez detonados, extraídos, cavados e arrastados para dentro de uma cápsula para a colocação, os minérios que produzem petróleo mais ricos podem ser classificados ou misturados por grau para rendimentos ideias, recuperação mais rápida ou para a média ideal dentro de cada represamento. A habilidade de controlar seletivamente as características e a composição do corpo permeável adiciona uma quantidade significativa de liberdade na otimização de rendimentos e na qualidade de petróleo. Ademais, os produtos líquidos e gasosos liberados podem agir como um solvente produzido in situ que suplementa a remoção de querogênio e/ou a remoção adicional de hidrocarboneto do material hidrocarbonáceo.
[0044] Opcionalmente, o corpo permeável pode compreende adicionalmente um aditivo ou biomassa. Os aditivos podem incluir composições que agem para aumentar a qualidade dos hidrocarbonetos removidos, por exemplo, API aumentada, viscosidade diminuída, propriedade de fluxo melhoradas, umedecimento reduzido de xisto residual, redução de enxofre, agentes de hidrogenação, etc. Os exemplos não limitadores de aditivos adequados podem incluir betume, querogênio, propano, gás natural, condensado de gás natural, óleo cru, retornos de refino, asfaltenos, solventes comuns, outros diluentes e combinações desses materiais. Em uma modalidade específica, o aditivo pode incluir um agente de aprimoramento de fluxo e/ou um agente doador de hidrogênio. Ademais, os materiais feitos pelo homem também podem ser usados como aditivos como, mas não se limitando a, pneus, refuso polimérico ou outros materiais contendo hidrocarboneto.
[0045] Os tamanhos de partícula ao longo do corpo permeável podem variar consideravelmente, dependendo do tipo de material, taxas de aquecimento desejadas e outros fatores. Como uma diretriz geral, o corpo permeável pode incluir partículas hidrocarbonáceas fragmentadas de cerca de 0,3 cm a cerca de 2 metros em média e, em alguns casos, menos que 30 cm e, em outros casos, menos que cerca de 16 cm em média. Entretanto, como uma questão prática, os tamanhos de cerca de 5 cm a cerca de 60 cm em média ou, em um aspecto, cerca de 16 cm a cerca de 60 cm em média, pode fornecer bons resultados com cerca de 30 cm de diâmetro médio que é útil para o xisto betuminoso especialmente. Adicionalmente, o corpo permeável pode incluir materiais estruturais tendo um tamanho médio de cerca de 16 cm a cerca de 1,5 metros. Em um aspecto, os materiais estruturais podem ter um tamanho médio de cerca de 30 cm a cerca de 1 metro. Em uma modalidade, o corpo permeável pode compreender uma distribuição de tamanho bimodal de material hidrocarbonáceo fragmentado e material estrutural. Os materiais estruturais podem ser particulado e, muitas vezes, ter um tamanho médio de cerca de 0,3 cm a cerca de 2 metros. Embora o tamanho médio possa ser fragmentado com faixas de tamanho de partícula do material hidrocarbonáceo, em alguns casos, o material estrutural pode ter um diâmetro médio que é maior do que um diâmetro médio do material hidrocarbonáceo. Consequentemente, pode ser desejável fornecer material estrutural tendo um tamanho médio que é de cerca de 10% a cerca de 500% maior do que um tamanho médio do material hidrocarbonáceo. Em um aspecto, a distribuição de tamanho bimodal pode incluir uma maioria de material estrutural tendo um diâmetro médio que é pelo menos duas vezes um diâmetro médio do material hidrocarbonáceo fragmentado. Em um outro aspecto, a distribuição de tamanho bimodal pode fornecer uma porosidade entre 10% e 80% para o corpo permeável antes e durante o aquecimento. Em um aspecto específico, a distribuição de tamanho bimodal pode fornecer uma porosidade entre 40% e 70% para o corpo permeável antes e durante o aquecimento.
[0046] O espaço livre pode ser um fator na determinação dos diâmetros das partículas ideais. Entretanto, cerca de 15% a cerca de 40% e, em alguns casos, cerca de 30% normalmente fornece resultados adequados. Os volumes de espaço livre podem ser variados um pouco variando-se outros parâmetros, como a colocação de condutos de aquecimento, distribuições de tamanho de partícula (isto é, distribuições multidomais), aditivos e similares. A separação mecânica de materiais hidrocarbonáceos extraídos pode permitir a criação de partículas de alta permeabilidade de malha fina que melhoram as taxas de dispersão térmica, uma vez colocadas em cápsulas dentro do represamento, que podem ser acentuadas ainda mais pelos materiais estruturais presentes. A permeabilidade adicionada permite que temperaturas baixas mais razoáveis, o que também ajuda a evitar as temperaturas mais altas, que resultam em maior produção de CO2 a partir da decomposição de carbonato e da liberação associada de traços de metais pesados, orgânicos voláteis e outros compostos que podem criar efluentes tóxicos e/ou materiais indesejáveis que devem ser monitorados e controlados.
[0047] Os materiais hidrocarbonáceos fragmentados de compósito podem ser preenchidos na infraestrutura de controle para formar o corpo permeável de qualquer maneira adequada. Tipicamente, o material hidrocarbonáceo fragmentado pode ser transportado para a infraestrutura de controle por imersão, transportadores ou outras abordagens adequadas. Conforme mencionado anteriormente, o corpo permeável pode ter um volume de vão elevado cuidadosamente adaptado. A imersão indiscriminada pode resultar em compactação excessiva e redução de volume de espaços vazios. Assim, o corpo permeável pode ser formado através de transporte de baixa compactação do material hidrocarbonáceo de compósito para a infraestrutura. Por exemplo, os transportadores de retração podem ser usados para liberar o material perto de uma superfície de topo do corpo permeável à medida que é formado. Dessa forma, o material hidrocarbonáceo de compósito pode reter um volume de vão significativo entre as partículas sem esmagamento ou compactação substancial adicional, apesar do pequeno grau de compactação, que, frequentemente, resulta da pressão litostática à medida que o corpo permeável é formado. Em uma alternativa ilustrada de modo geral na Figura 2, as zonas de material hidrocarbonáceo podem ser formadas tendo volumes de vão variados. As paredes de represamento 20 isolam o corpo permeável 22 da formação circundante 24. Os volumes de vão inferiores podem resultar em correntes de calor convectivas inferiores. Consequentemente, os fluxos convectivos de calor podem ser controlados fornecendo-se variações em volumes de vão através do corpo permeável. Por exemplo, as camadas de material hidrocarbonáceo podem ter volumes de vão maiores ou menores alternantes (isto é, camadas de volume de vão alto 26, 28 e 30, com camadas de volume de vão baixo 32, 34 e 36). Consequentemente, o fluxo convectivo de calor pode fluir mais livremente ao longo das zonas tendo maior volume de vão sobre as zonas tendo volume de vão relativamente mais baixo. As camadas de volume de vão baixo podem agir, então, como camadas de retardo de fluxo convectivo. Alternativamente ou em combinação com variações verticais, o volume de vão pode ser variado horizontalmente a fim de desenvolver fluxos convectivos que distribuem calor em um padrão desejado. Por exemplo, as zonas de volume de vão baixo 38, 40 e 42 podem ser distribuídas para interpretar e/ou redirecionar o fluxo convectivo de calor. A uniformidade de distribuição de calor pode ser aumentada, os pontos quentes localizados podem ser reduzidos e/ou as taxas de fluxo convectivo podem ser reduzidas.
[0048] Uma vez que um corpo permeável desejado foi formado dentro da infraestrutura de controle, o calor pode ser introduzido suficiente para iniciar a remoção de hidrocarbonetos, por exemplo, por meio de pirólise. Uma fonte de calor adequada pode ser termicamente associada com o corpo permeável. As temperaturas operacionais ideais dentro do corpo permeável podem variar, dependendo da composição e dos produtos desejados. Entretanto, como uma diretriz geral, as temperaturas operacionais podem variar de cerca de 93°C a cerca de 430°C. As variações de temperatura ao longo do volume encapsulado podem variar e podem chegar a tão alto quanto 482°C (900°F) ou mais em algumas áreas. Em uma modalidade, a temperatura operacional pode ser uma temperatura relativamente baixa para facilitar a produção de produto líquido como de cerca de 93°C a cerca de 340°C. Essa etapa de aquecimento pode ser uma operação de torrefação que resulta no benefício do minério triturado do corpo permeável. Em geral, os produtos podem incluir tanto produtos líquidos quanto gasosos, enquanto os produtos líquidos podem exigir menos etapas de processamento como purificadores, etc.
[0049] O calor pode ser transferido para e ao longo do corpo permeável principalmente por meio de convecção. Os gases aquecidos podem ser injetados na infraestrutura de controle de tal modo que os gases aquecidos passam ao longo do corpo permeável. Os gases aquecidos podem ser produzidos através da combustão de gás natural, produto de hidrocarboneto ou outra fonte adequada. Os gases aquecidos podem ser importados de fontes externas ou recuperados do processo da presente invenção. Os gases aquecidos podem ser direcionados através do corpo permeável por meio de condutos de aquecimento embutidos. Dessa maneira, os gases de aquecimento podem ser fornecidos em um sistema fechado para impedir a mistura dos gases aquecidos com o corpo permeável.
[0050] A pluralidade de condutos pode ser prontamente orientada em uma variedade de configurações, independente de serem substancialmente horizontais, verticais, inclinados, ramificados ou similares. Pelo menos uma porção dos condutos pode ser orientada ao longo de rotas predeterminadas antes de incorporar os condutos no corpo permeável. As rotas predeterminadas podem ser projetadas para melhorar a transferência de calor, o contato de gás-líquido-sólido, maximizar o fornecimento de fluido ou a remoção de regiões específicas dentro do volume encapsulado ou similares. Ademais, pelo menos uma porção dos condutos pode ser dedicada ao aquecimento do corpo permeável. Estes condutos de aquecimento podem ser perfurados seletivamente para permitir que os gases aquecidos ou outros fluidos se aqueçam por convecção e se misturem em todo o corpo permeável. Alternativamente, os condutos de aquecimento podem formar um circuito fechado de tal modo que os gases ou fluidos de aquecimento são segredados do corpo permeável. Dessa forma, um “circuito fechado” não exige, necessariamente, a recirculação, mas o isolamento de fluido de aquecimento a partir do corpo permeável. Dessa maneira, o aquecimento pode ser realizado principal ou substancialmente apenas através de condução térmica ao longo das paredes do conduto a partir de fluidos de aquecimento para o corpo permeável. A transferência de calor dentro do corpo permeável prossegue, então, principalmente por meio de aquecimento convectivo.
[0051] Durante o aquecimento ou torrefação do corpo permeável, as áreas de calor localizadas que excedem as temperaturas de decomposição de parentais, frequentemente acima de cerca de 480°C, podem reduzir a qualidade do produto e formar dióxido de carbono e liberar componentes de contaminação indesejáveis, o que pode levar a lixiviados contendo metais pesados, orgânicos solúveis e similares. Os condutos de aquecimento podem permitir a eliminação substancial de tais pontos quentes localizados enquanto mantêm uma grande maioria do corpo permeável dentro de uma faixa de temperatura desejada. O grau de uniformidade na temperatura pode ser um saldo de custo (por exemplo, para condutos de aquecimento adicionais) contra rendimentos. Entretanto, pelo menos cerca de 85% do corpo permeável pode ser prontamente aquecido até uma faixa de temperatura alvo substancialmente sem pontos quentes, isto é, que excedem a temperatura de decomposição dos materiais hidrocarbonáceos como cerca de 482°C (cerca de 900°F). Assim, operados conforme aqui descritos, os sistemas podem permitir a recuperação de hidrocarbonetos enquanto eliminam ou substancialmente evitam a produção de lixiviados indesejáveis.
[0052] Embora os produtos possam variar consideravelmente dependendo dos materiais de partida, os produtos líquidos e gasosos de alta qualidade são possíveis. Por exemplo, sem tratamento adicional, o material de xisto betuminoso triturado pode produzir diretamente um produto líquido tendo uma API de cerca de 30 a cerca de 45, com cerca de 33 a cerca de 38 sendo atualmente típica. De modo interessante, descobriu-se que a pressão parece ser um fator de menor influência na qualidade de hidrocarbonetos recuperados do que a temperatura e os tempos de aquecimento. Embora os tempos de aquecimento possam variar consideravelmente, dependendo do espaço livre, da composição de corpo permeável, da qualidade, etc., como uma diretriz geral, os tempos podem variar de uma hora até cerca de um ano. Em um exemplo específico, os tempos de aquecimento podem variar de cerca de 2 semanas a cerca de 4 meses. O subaquecimento do xisto betuminoso em tempos de residência curtos, isto é, minutos, pode levar à formação de hidrocarbonetos lixiviáveis e/ou um tanto voláteis. Consequentemente, os tempos de residência prolongados em temperaturas moderadas podem ser usados de modo que os materiais orgânicos presentes no xisto betuminoso possam ser volatilizados e/ou carbonizados, deixando os materiais orgânicos lixiviáveis insubstanciais. Além disso, o xisto subjacente não é geralmente decomposto ou alterado, o que reduz a liberação de componentes de liberação mineral.
[0053] Ademais, as paredes da infraestrutura construída podem ser configuradas para minimizar a perda de calor. Em um aspecto, as paredes podem ser construídas tendo uma espessura substancialmente uniforme que é otimizada para fornecer força mecânica suficiente enquanto também minimiza o volume do material de parede através da qual passam os condutos. Especificamente, as paredes excessivamente espessas podem reduzir a quantidade de calor que é transferida para o corpo permeável através da absorção da mesma através de condução. Por outro lado, as paredes também podem agir como uma barreira térmica para isolar um pouco o corpo permeável e reter calor nas mesmas durante o funcionamento.
[0054] Adicionalmente, em uma modalidade, a infraestrutura de controle de permeabilidade construída presente pode ser aquecida e/ou resfriada sob perfis de temperatura específicos para eliminar ou minimizar substancialmente a formação de material de hidrocarboneto acumulado indesejado. Em geral, as infraestruturas presentes podem ser operadas para aquecer pelo menos uma porção do corpo permeável até uma temperatura média acima de uma temperatura de produção suficiente para remover hidrocarbonetos das mesmas, em que as condições nas zonas não produtoras são mantidas abaixo da temperatura de produção. Em um aspecto, a infraestrutura pode ter uma temperatura de produção que varia de pelo menos 93°C a 480°C. Em um outro aspecto, a infraestrutura pode ter uma temperatura média que varia de acima de 93°C a 480°C. Em um aspecto detalhado, a temperatura média pode estar entre 200°C e 480°C.
[0055] A fim de diminuir ou eliminar a quantidade de líquidos retida na zona não produtora, diversas condições podem ser mantidas. Conforme discutido acima, durante o funcionamento do sistema, as temperaturas abaixo do sistema de coleta de líquido podem ser mantidas abaixo de uma temperatura de produção para os materiais hidrocarbonáceos correspondentes. Como resultado, os materiais na zona não produtora não produzem hidrocarbonetos. Ademais, as propriedades de barreira de fluidos da camada de barreira do represamento podem ser mantidas. Por exemplo, quando se usa o solo tratado com bentonita (BAS) as propriedades de barreira de fluidos são mantidas contanto que a camada de BAS seja hidratada. Durante o funcionamento, a hidratação pode ser mantida mantendo-se as temperaturas ao longo da camada de BAS abaixo de cerca de 100°C, ou mais tipicamente, abaixo de cerca de 93°C a fim de evitar os pontos quentes e a desidratação localizada da BAS.
[0056] Com a descrição acima em mente, a Figura 3 representa uma vista lateral de um represamento de confinamento e extração de cápsula manipulado 100 em que a grade existente 108 é usada principalmente como suporte para a camada de piso impermeável 112. As paredes laterais de represamento de cápsula exterior 102 fornecem confinamento e podem, mas sem necessidade, ser subdivididas pelas paredes interiores. A subdivisão pode criar cápsulas ou células de confinamento separadas dentro de um confinamento de cápsula maior do represamento 100 que pode ser qualquer geometria, tamanho ou subdivisão. As subdivisões adicionais podem ser horizontal ou verticalmente empilhadas. Criando-se cápsulas ou câmeras de confinamento separadas, a classificação de materiais de grau inferior, gases variados, líquidos variados, estágios do processo variados ou outros processos com estágios e desejados podem ser prontamente acomodados. Tais cápsulas em seção podem fornecer monitoramento ambiental adicional e podem ser criadas de bermas forradas e de restos manipulados similares às paredes exteriores primárias. O material que carrega hidrocarboneto com teor inferior pode ser útil como um material de combustão, como enchimento ou como um material de construção de parede de berma.
[0057] As paredes 102, assim como as a cobertura 116 e o piso 112 podem ser manipuladas e reforçadas por gabiões e/ou geogrelhas em camadas na compactação de enchimento. Alternativamente, essas paredes 102, 112 e 116 que compreendem o represamento de controle de permeabilidade e coletivamente definem o volume encapsulado podem ser formadas de qualquer outro material adequado conforme anteriormente descrito. Nessa modalidade, o represamento 100 inclui paredes laterais 102 que são autossuportadas. Em uma modalidade, as bermas de restos, paredes e pisos podem ser compactadas e manipuladas para a estrutura assim como a permeabilidade. Como tal, as paredes e os pisos podem ser frequentemente formados de material de terra de particulado compactado (por exemplo, solo compactado, solo tratado com bentonita, xisto retortado, cascalho, combinações desses ou similares). O uso de geogrelhas compactadas e outras estruturas âncoras para o suporte de bermas e os aterros podem ser incluídos antes ou incorporados com camadas de controle de permeabilidade, o que pode incluir areia, argila, argila bentonita, cascalho, cimento, argamassa, cimento reforçado, cimentos refratários, isolamentos, geomembranas, canos de drenagem, isolamentos resistentes à temperatura de canos aquecidos penetrantes, etc. Em uma modalidade, a infraestrutura de controle pode ser de sustentação independente tendo bermas como paredes laterais. Em um aspecto, as bermas podem compreender um material de terra compactado.
[0058] Em uma modalidade alternativa, o represamento de controle de permeabilidade pode incluir paredes laterais que são formações de terra compactada e/ou formações geológicas inalteradas enquanto a cobertura e o piso são impermeáveis. Especificamente, em tais modalidades uma cobertura impermeável pode ser usada para impedir o escape de gases não controlado do represamento de tal modo que as saídas de coleta de gás adequadas possam ser usadas. Similarmente, um piso impermeável 112 pode ser usado para conter e direcionar líquidos coletados para uma saída adequada como o sistema de drenagem 133 para remover produtos líquidos das regiões inferiores do represamento 100. Em um aspecto, o piso substancialmente impermeável pode ser sustentado pela terra. Embora as paredes laterais impermeáveis possam ser desejáveis em algumas modalidades, as mesmas nem sempre são necessárias. Em alguns casos, as paredes laterais podem ser expostas à terra inalterada ou enchimento compactado ou terra ou outro material permeável. Ter paredes laterais permeáveis pode permitir algum egresso pequeno de gases e/ou líquidos do represamento. As paredes impermeáveis são formadas de modo a impedir o egresso substancial de fluidos produzidos a partir do represamento através da parede impermeável durante o funcionamento do sistema.
[0059] Uma vez que as estruturas de parede 102 tenham sido construídas acima de uma camada de piso impermeável e construída 112, os entulhos extraídos 120 (que podem ser triturados ou classificados de acordo com o tamanho ou riqueza de hidrocarboneto), podem ser colocados em camadas nos canos de aquecimento tubulares 118, canos de drenagem de fluido 124, e/ou canos de injeção ou coleta de gás 126 (ou perto dos mesmos). Esses canos podem ser orientados e projetados em uma variedade de padrão de fluxo ideal, ângulo, comprimento, tamanho, volume, intersecção, grade, dimensionada de parede, construção de liga, design de perfuração, taxa de injeção e taxa de extração. Em alguns casos, os canos como aqueles usados para a transferência de calor podem ser conectados, reciclados ou podem derivar calor da fonte de calor 134. Alternativamente, ou em combinação, os gases recuperados podem ser condensados por um condensador 140. O calor recuperado pelo condensador pode ser opcionalmente usado para suplementar o aquecimento do corpo permeável ou para outras necessidades do processo.
[0060] A fonte de calor 134 pode derivar, amplificar, reunir, criar, combinar, separar, transmitir ou incluir o calor derivado de uma fonte de calor adequada que inclui, mas não se limitando a, células de combustível, células de combustível de óxido sólido, fontes solares, fontes eólicas, aquecedores de combustão de gás ou líquido de hidrocarboneto, fontes de calor geotérmicas, usina de energia nuclear, usina de energia alimentada por hulha, calor gerado por radiofrequência, energia das ondas, combustores sem chamas, combustores distribuídos naturais, calor geotérmico ou combinações dos mesmos. Em uma outra modalidade, o material eletricamente condutivo pode ser distribuído ao longo do corpo permeável e uma corrente elétrica pode ser passada através do material condutivo o suficiente para gerar calor. Em uma modalidade, o aquecimento do corpo permeável pode ser alcançado através do aquecimento convectivo a partir da combustão de hidrocarboneto. É de interesse específico a combustão de hidrocarboneto realizada em condições estequiométricas de combustível para oxigênio. As condições estequiométricas podem permitir as temperaturas de gás com calor significativamente aumentado. Os efluentes gasosos de combustão podem ser, então, sequestrados sem a necessidade de separação adicional, isto é, devido ao fato de o efluente gasoso ser predominantemente dióxido de carbono e água.
[0061] Alternativamente, a combustão em cápsula pode ser iniciada dentro de cápsulas isoladas dentro de uma estrutura de confinamento de cápsula construída primária. Esse processo combusta parcialmente o material hidrocarbonáceo para fornecer calor e a pirólise intrínseca. As emissões de ar indesejadas podem ser capturadas e sequestradas em uma formação 108 uma vez derivadas do confinamento de cápsula ou da fonte de calor 134 e liberadas por um furo de poço perfurado. A fonte de calor 134 também pode criar eletricidade e transmitir energia através de linhas de transmissão elétricas. Os líquidos ou gases extraídos da área de tratamento de represamento em cápsula podem ser armazenados em um tanque de retenção próximo 136 ou dentro de um confinamento de cápsula como o represamento 100. Por exemplo, a camada de piso impermeável 112 pode incluir opcionalmente uma área inclinada que direciona os líquidos para o sistema de drenagem 133 em que os líquidos são direcionados para o tanque de retenção 136.
[0062] À medida que o material de entulho 120 é colocado com o encanamento 118 e 126, vários dispositivos ou sensores de medição 130 podem ser usados para monitorar a temperatura, pressão, fluidos, gases, composições, taxas de aquecimento, densidade e outros atributos do processo durante o processo extrativo dentro, ao redor ou sob o represamento de confinamento de cápsula manipulado 100. Tais dispositivos e sensores de monitoramento 130 podem ser distribuídos em qualquer lugar dentro, ao redor, ser parte de, ser conectados a, ou estar no topo do encanamento colocado 118 e 126 ou no topo de, cobertos por ou enterrados no material de entulho 120 ou piso de barreira impermeável 112.
[0063] À medida que o material de entulho colocado 120 preenche a área de tratamento de cápsula, o material de entulho se torna o suporte para teto para a cobertura impermeável manipulada 116, e a construção de barreira de parede, que pode incluir qualquer combinação de impermeabilidade e barreira de gás e fluido manipulada ou construção de cápsula construída que compreende aquela que pode constituir as paredes 102 e 112 que inclui, mas não se limitando a argila, enchimento compactado ou material de importação, cimento ou material contendo cimento refratário, membrana geossintética, forro ou isolamento. Acima, o material de enchimento é colocado para criar pressão litostática no material de entulho 120 dentro das áreas de tratamento de cápsula. Tipicamente, uma camada de finos e/ou isolamento 114 também pode ser incluída e a qual encapsula o material de entulho. Essa camada de isolamento pode incluir, por exemplo, argilas expansíveis hidratadas, finos ou similares. A cobertura do corpo permeável com enchimento compactado o suficiente para criar uma pressão litostática aumentada dentro do corpo permeável pode ser útil no aumento adicional da qualidade do produto de hidrocarboneto. Um teto de enchimento compactado pode cobrir substancialmente o corpo permeável, enquanto o corpo permeável, em resposta, pode sustentar substancialmente o teto de enchimento compactado. O teto de enchimento compactado pode ser adicional e suficientemente impermeável ao hidrocarboneto liberado ou uma camada adicional de material de controle de permeabilidade pode ser adicionada de uma maneira similar como paredes laterais e/ou de piso.
[0064] A pressão adicional pode ser introduzida na área de tratamento de cápsula de extração aumentando-se o gás ou fluido extraído, tratado ou reciclado, como pode ser o caso, através de qualquer encanamento adequado. As medições, taxas de otimização, taxas de injeção, taxas de extração, temperaturas, taxas de aquecimento, taxas de fluxo, taxas de pressão, indicadores de capacidade, composições químicas relativos ou outros dados relativos ao processo de aquecimento, extração, estabilização, sequestro, represamento, aprimoramento, refino ou análise de estrutura dentro do represamento de cápsula 100 podem ser adquiridas através de conexão a um dispositivo de computação 132 que opera o software de computador para o gerenciamento, cálculo e otimização de todo o processo e que é conectado de operacional à fonte de calor 134, ao sensor 130, e quaisquer outros componentes associados como o tanque de retenção 136 ou condensador 140.
[0065] A Figura 4 mostra uma coleção de represamentos que inclui um sistema de cápsula não coberto ou não tampado 142, contendo represamentos de cápsula individuais 100. Em algumas modalidades, prevê-se que o entulho da extração pode ser transferido calhas abaixo ou através de transportadores para os represamentos de cápsula da pedreira 100. Independentemente, múltiplos represamentos podem ser orientados adjacentes entre si para formar uma matriz. As trajetórias de acesso para o transporte, manutenção, o conduto ou outras características podem ser introduzidas para facilitar a operação do sistema.
[0066] Com referência novamente à Figura 3, o computador 130 pode ser usado para controlar várias entradas de propriedade e saídas dos condutos conectados à fonte de calor 134 durante o processo e pode coordenar os fluxos dentre os represamentos subdivididos dentro de um sistema de represamento coletivo 142 conforme ilustrado na Figura 4 para controlar o aquecimento do corpo permeável. Similarmente, o líquido e o vapor coletados dos represamentos podem ser monitorados e coletados no tanque 136 e no condensador 140, respectivamente. Conforme anteriormente descrito, os produtos líquidos e de vapor podem ser combinados ou, com mais frequência, deixados como produtos separados dependendo da capacidade de condensação, produto alvo e similares. Uma porção do produto de vapor pode ser condensada e combinada com os produtos líquidos no tanque 136. Entretanto, uma parte do produto de vapor será, frequentemente, C4 e gases mais leves que podem ser queimados, vendidos ou usados dentro do processo. Por exemplo, o gás hidrogênio pode ser recuperado com o uso da separação de gás convencional e usado para hidrotratar os produtos líquidos de acordo com os métodos de aprimoramento convencionais, por exemplo, catalítico, etc. ou o produto gasoso não condensável pode ser queimado para produzir calor para uso no aquecimento do corpo permeável, aquecimento de um represamento adjacente ou próximo, aquecimento de áreas de serviço ou pessoais ou na satisfação de outros requisitos de calor do processo. A infraestrutura construída pode incluir termopares, medidores de pressão, medidores de fluxo, sensores de dispersão de fluido, sensores de riqueza e outros dispositivos de controle de processo convencionais distribuídos ao longo da infraestrutura construída. Esses dispositivos podem ser, cada um, associados de modo operacional a um computador de modo que as taxas de aquecimento, taxas de fluxo de produto e pressões possam ser monitoradas ou alteradas durante o aquecimento do corpo permeável.
[0067] Com referência à Figura 5, uma camada de barreira de fluidos 502 de solo tratado com bentonita (BAS) é formada adjacente à formação nativa 504 ou outra estrutura (por exemplo, um represamento adjacente). Uma camada de finos de cascalho 506 também é fornecida adjacente à camada de BAS para formar uma camada isolante. É encapsulado dentro da camada de finos de cascalho um corpo permeável 508 (porção do qual é circulada) de xisto betuminoso fragmentado 510 e material estrutural 512 que forma um volume de produção tendo tamanhos médio de partícula que são adequados para a produção de hidrocarbonetos. Tipicamente, a camada de finos de cascalho pode compreender xisto betuminoso triturado tendo um tamanho médio de partícula substancialmente menor do que o tamanho de partícula médio dentro do volume de produção.
[0068] Um sistema de coleta de líquido primário opcional 514 pode ser orientado dentro de uma porção inferior do xisto betuminoso triturado dentro da camada de finos de cascalho. Embora o sistema de coleta de líquido primário seja mostrado no meio do caminho da camada de cascalho entre o corpo permeável e a camada de BAS, tal localização é para propósitos de ilustração e não se destina a ser limitadora. Como tal, o sistema de coleta de líquido primário pode estar situado aproximadamente no meio do caminho, na porção superior da camada de cascalho ou na porção inferior da camada de cascalho. O sistema de coleta de líquido pode ser configurado para coletar fluidos através de toda a seção transversal do corpo permeável. O sistema de coleta pode ser uma única camada contínua ou pode ser formado de múltiplas bandejas de coleta discreta. Em um exemplo, o sistema de coleta de líquido pode ser uma bacia de drenagem que se estende através da camada de finos de cascalho até a camada de BAS circundante. A bacia de drenagem pode incluir opcionalmente um ou mais canais de drenagem que direcionam o fluxo para um ponto de coleta comum para a remoção através de uma saída correspondente. Embora a remoção possa ser alcançada através de bombeamento, tipicamente, a drenagem por gravidade pode fornecer taxas de fluxo de remoção suficientes. Em um aspecto, a bacia de drenagem pode cobrir todo o piso da infraestrutura. Uma pluralidade de condutos de aquecimento 516 pode ser embutida dentro do corpo permeável de modo a aquecer o xisto betuminoso o suficiente para iniciar a pirólise e a produção de hidrocarbonetos.
[0069] Durante o funcionamento, o corpo permeável de material hidrocarbonáceo é aquecido até uma temperatura de produção predeterminada que corresponde à liberação e/ou produção de hidrocarbonetos do material hidrocarbonáceo correspondente. Entretanto, todo o sistema exibe tipicamente os gradientes de temperatura que variam ao longo do mesmo. Por exemplo, para o processamento de xisto betuminoso, o corpo permeável pode ter uma temperatura média de pico ao redor de 400°C com um gradiente de temperatura decrescente que se aproxima da formação circundante que é, frequentemente, em torno de 15°C. A fim de diminuir ou eliminar a quantidade de líquidos retidos na zona não produtora, diversas condições podem ser criadas e mantidas. Durante o funcionamento do sistema, as temperaturas abaixo do sistema de coleta de líquido podem ser mantidas abaixo de uma temperatura de produção para os materiais hidrocarbonáceos correspondentes. Como resultado, os materiais na zona não produtora não produzem hidrocarbonetos.
[0070] Ademais, as propriedades da barreira de fluidos da camada de BAS podem ser mantidas contanto que a camada de BAS seja hidratada. Na desidratação, a camada de BAS reverte para um estado de particulado que permite que os fluidos passem. Durante o funcionamento, a hidratação pode ser mantida mantendo-se as temperaturas ao longo da camada de BAS abaixo de 93°C. Adicionalmente, as infraestruturas podem incluir, ainda, os mecanismos de hidratação para supri água para a camada de BAS. Tais mecanismos de hidratação podem estar situados ao longo da camada de BAS de tal modo que a hidratação adequada da camada de BAS seja alcançada de modo a preservar a impermeabilidade a fluido substancial durante o funcionamento.
[0071] A temperatura no sistema de coleta de líquido primário e na camada de BAS pode ser controlada ajustando- se as taxas de aquecimento dos condutos de aquecimento aparentes, variando-se o espaço livre dentro do corpo permeável, variando-se a espessura da camada de finos de cascalho e ajustando-se as taxas de remoção de fluxo por meio do sistema de drenagem. Os ciclos de resfriamento suplementares opcionais podem ser fornecidos para remover calor de perto do sistema de coleta de líquido primário e/ou da camada de BAS.
[0072] Os produtos de hidrocarboneto recuperados do corpo permeável podem ser adicionalmente processados (por exemplo, refinados) ou usados conforme produzidos. Os produtos gasosos condensáveis podem ser condensados através de resfriamento e coleta, enquanto os gases não condensáveis podem ser coletados, queimados como combustível, reinjetados ou de outro modo utilizados ou descartados. Opcionalmente, o equipamento móvel pode ser usado para coletar gases. Essas unidades podem ser prontamente orientadas próximas da infraestrutura de controle e do produto gasoso direcionado para a mesma através de condutos adequados de uma região superior da infraestrutura de controle.
[0073] Em ainda outra modalidade alternativa, o calor dentro do corpo permeável pode ser recuperado subsequente à recuperação primária de materiais de hidrocarboneto a partir do mesmo. Por exemplo, uma grande quantidade de calor é retida no corpo permeável. Em uma modalidade opcional, o corpo permeável pode ser inundado com um líquido de transferência de calor como água para formar um líquido aquecido, por exemplo, água aquecida e/ou vapor d'água. Ao mesmo tempo, esse processo pode facilitar a remoção dos mesmos produtos de hidrocarboneto residuais através de um enxágue físico dos sólidos de xisto retortado. Em alguns casos, a introdução de água e a presença de vapor d'água podem resultar nas reações de mudança de água e gás e na formação de gás de síntese. O vapor d'água recuperado desse processo pode ser usado para acionar um gerador, direcionar para uma outra infraestrutura próxima ou ser usado de outro modo. Os hidrocarbonetos e/ou gás de síntese podem ser separados do vapor d'água ou podem aquecer o fluido através de métodos convencionais.
[0074] O gás de síntese também pode ser recuperado do corpo permeável durante a etapa de aquecimento. Vários estágios de produção de gás podem ser manipulados através dos processos que elevam ou diminuem as temperaturas operacionais dentro do volume encapsulado e ajustam outras entradas para o represamento para produzir gases sintéticos que podem incluir, mas não se limitam a, monóxido de carbono, hidrogênio, sulfeto de hidrogênio, hidrocarbonetos, amônia, água, nitrogênio ou várias combinações dos mesmos.
[0075] O produto de hidrocarboneto recuperado das infraestruturas construídas pode, com máxima frequência, ser adicionalmente processado, por exemplo, através do aprimoramento, refino, etc. similarmente, o material hidrocarbonáceo gasto restante na infraestrutura construída pode ser deixado no lugar ou pode ser utilizado na produção de cimento e produtos agregados para uso na construção ou estabilização da própria infraestrutura ou na formação de infraestruturas construídas fora do local. Tais produtos de cimento produzidos com o xisto retortado podem incluir, mas não se limitam a, misturas com cimento Portland, cálcio, cinza vulcânica, perlita, nanocarbonos sintéticos, areia, fibra de vidro, vidro triturado, asfalto, piche, resinas aglutinantes, fibras vegetais celulósicas e similares.
[0076] A descrição detalhada anterior descreve a invenção com referência a modalidades exemplificadoras específicas. Entretanto, será apreciado que várias modificações e alterações podem ser feitas sem se afastar do escopo da presente invenção como definida nas reivindicações anexas. A descrição detalhada e os desenhos anexos devem ser considerados como meramente ilustrativos, e não como restritivos, e todas essas modificações ou alterações, se houver, são destinadas a estar dentro do escopo da presente invenção como descrita e estabelecida aqui.
Claims (22)
1. Método de redução de assentamento de material hidrocarbonáceo fragmentado residual durante o processamento caracterizado pelo fato de que compreende: a) formar uma infraestrutura de controle de permeabilidade construída que define um volume encapsulado; b) introduzir um material hidrocarbonáceo fragmentado de compósito na infraestrutura de controle para formar um corpo permeável, sendo que o dito material hidrocarbonáceo de compósito compreende um material hidrocarbonáceo fragmentado e um material estrutural de particulado; e c) aquecer o corpo permeável o suficiente para remover hidrocarbonetos do mesmo de tal modo que o material hidrocarbonáceo seja substancialmente estacionário durante o aquecimento, com exceção da subsidência e do assentamento; em que o material estrutural fornece integridade estrutural ao corpo permeável suficiente para manter o fluxo convectivo de fluidos para preservar o espaço livre ao longo do corpo permeável durante o aquecimento.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a formação e a introdução ocorrem de modo simultâneo.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente coletar e remover os hidrocarbonetos.
4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a etapa de coletar e remover os hidrocarbonetos inclui coletar um produto líquido de uma região inferior da infraestrutura de controle e coletar um produto gasoso de uma região superior da infraestrutura de controle, e em que a região superior é orientada acima da região inferior.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a infraestrutura de controle compreende pelo menos parcialmente um material de terra de particulado compactado.
6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o material de terra inclui argila, argila bentonita, enchimento compactado, cimento refratário, cimento, solo tratado com bentonita, terra compactada, xisto de grau baixo ou combinações dos mesmos.
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a infraestrutura de controle de permeabilidade construída compreende solo tratado com bentonita.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a infraestrutura tem um piso que é estruturalmente sustentado pela terra subjacente.
9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a infraestrutura de controle é de sustentação independente tendo bermas como paredes laterais.
10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material hidrocarbonáceo fragmentado compreende xisto betuminoso, areias asfálticas, hulha, linhita, betume, turfa ou combinações dos mesmos.
11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material hidrocarbonáceo fragmentado compreende um material com alto teor orgânico que inclui turfa, hulha, biomassa, areias asfálticas ou combinações dos mesmos.
12. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material estrutural compreende pedra, xisto, material hidrocarbonáceo fragmentado residual, cimento convencional ou combinações dos mesmos.
13. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o corpo permeável compreende uma distribuição de tamanho bimodal de material hidrocarbonáceo fragmentado e de material estrutural.
14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a distribuição de tamanho bimodal inclui uma maior parte de material estrutural tendo um diâmetro médio que é pelo menos duas vezes um diâmetro médio do material hidrocarbonáceo fragmentado.
15. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a distribuição de tamanho bimodal fornece uma porosidade entre 10% e 80% para o corpo permeável antes e durante o aquecimento.
16. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o corpo permeável mantém uma porosidade de 40% a 70% do volume total do corpo permeável antes e durante o aquecimento.
17. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o corpo permeável tem uma primeira porosidade antes do aquecimento e uma segunda porosidade inferior durante o aquecimento que é mantida acima de 10%.
18. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a infraestrutura de controle é isenta de formações geológicas inalteradas.
19. Método, de acordo com a reivindicação 1, 5 caracterizado pelo fato de que o corpo permeável compreende adicionalmente uma pluralidade de condutos de aquecimento embutidos no corpo permeável, a dita pluralidade de condutos de aquecimento é adaptada para aquecer o corpo permeável.
20. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o corpo permeável preenche o volume encapsulado.
21. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que infraestrutura de controle de permeabilidade forma uma barreira de fluidos.
22. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material estrutural não é eletricamente condutivo.
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