EA026039B1

EA026039B1 - Способ получения углеводородов из углеводородсодержащих материалов

Info

Publication number: EA026039B1
Application number: EA201171028A
Authority: EA
Inventors: Тодд Дана; Джеймс В. Пэттен
Original assignee: Ред Лиф Рисорсиз, Инк.
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2017-02-28
Also published as: IL214552A0; PE20120709A1; US20100200468A1; CN102395654A; GEP20156359B; EP2396387A2; CA2752161A1; ZA201106552B; WO2010093957A3; BRPI1008449A2; EA201171028A1; EG26474A; US8267481B2; AP2011005872A0; IL214552A; EP2396387A4; MX2011008535A; CN102395654B; AU2010213607A1; AU2010213607B2

Abstract

Способ получения углеводородов из углеводородсодержащих материалов, включающий стадию формирования инфраструктуры (100) с контролируемой проницаемостью, которая может включать накопительный резервуар с контролируемой проницаемостью, который определяет, по существу, замкнутый объем. Инфраструктура (100) также может включать раздробленный углеводородсодержащий материал внутри замкнутого объема. Раздробленный углеводородсодержащий материал может формировать проницаемый массив (120) из углеводородсодержащего материала. Инфраструктура (100) может дополнительно включать по меньшей мере один возбуждающий конвекцию трубопровод, размещенный в нижней части проницаемого массива (120), для генерирования объемных схем конвективных потоков через проницаемый массив (120). Заявленный способ получения углеводородов из углеводородсодержащих материалов может включать стадию, в которой формируют сооруженную инфраструктуру (100) с контролируемой проницаемостью, которая определяет, по существу, замкнутый объем. Раздробленный углеводородсодержащий материал может быть введен в контролируемую инфраструктуру (100) с образованием проницаемого массива (120) из углеводородсодержащего материала. Нагретая текучая среда может быть пропущена через проницаемый массив (120) по объемным схемам конвективных потоков для удаления углеводородов из проницаемого массива (120). Удаленные углеводороды могут быть собраны для дополнительной обработки и/или использования.

Description

Способ извлечения углеводородов из углеводородсодержащих материалов может включать стадию, в которой формируют сооруженную инфраструктуру с контролируемой проницаемостью. Эта сооруженная инфраструктура определяет, по существу, замкнутый объем. Добытый или раздробленный углеводородсодержащий материал может быть введен в контролируемую инфраструктуру для формирования проницаемого массива из углеводородсодержащего материала. Проницаемый массив нагревают пропусканием нагретой текучей среды конвективными потоками через весь объем проницаемого массива в достаточной степени для удаления из него углеводородов. Объемные схемы конвективных потоков формируют по меньшей мере одним возбуждающим конвекцию трубопроводом, размещенным в нижней части проницаемого массива. Во время нагревания углеводородсодержащий материал может быть, по существу, неподвижным. Удаленные углеводородные текучие среды могут быть собраны для дальнейшей переработки, использованы в процессе в качестве дополнительного топлива или добавок и/или непосредственно применены без дополнительной обработки.

Этот подход может помочь в разрешении сложных проблем, имеющих отношение к извлечению уг- 1 026039 леводородных жидкостей и газов из разработанных поверхностных или подземных залежей, содержащих углеводороды, таких как битуминозный сланец, битуминозные пески, бурый уголь и каменный уголь, и из биомассы, образовавшейся после сбора урожая. Помимо всего прочего, этот подход может способствовать сокращению расходов, повышению объема производства, сокращению выбросов в атмосферу, ограничению потребления воды, предотвращению загрязнения подземных водоносных горизонтов, рекультивации повреждений поверхности, снижению стоимости погрузочно-разгрузочных работ с материалами, устранению загрязняющих тонкодисперсных частиц и улучшению состава извлекаемых углеводородных жидкости или газа. Этот подход также разрешает проблемы загрязнения воды благодаря более надежной, более предсказуемой, продуманной, поддающейся наблюдению, ремонтопригодной, приспособляемой и профилактически эффективной водозащитной конструкции.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет схематический вид сбоку, частично в разрезе, сооруженной инфраструктуры с контролируемой проницаемостью в соответствии с одним вариантом исполнения.

Фиг. 2А и 2В представляют вид сверху и горизонтальную проекцию многочисленных накопительных резервуаров с контролируемой проницаемостью в соответствии с одним вариантом исполнения.

Фиг. 3 представляет вид сбоку в разрезе накопительного резервуара с контролируемой проницаемостью в соответствии с одним вариантом исполнения.

Фиг. 4 схематически представляет часть сооруженной инфраструктуры в соответствии с одним вариантом исполнения.

Фиг. 5 представляет схематическое изображение, показывающее теплоперенос между двумя накопительными резервуарами с контролируемой проницаемостью в соответствии с еще одним вариантом исполнения.

Следует отметить, что фигуры являются только примерными для нескольких вариантов исполнения и тем самым не предполагают никаких ограничений области настоящего изобретения. Кроме того, фигуры в общем вычерчены не в масштабе, но сделаны как эскизы в целях удобства и ясности в иллюстрировании разнообразных аспектов изобретения.

Подробное описание

Теперь будут привлечены примерные варианты осуществления, и для их описания будет использована специфическая терминология. Тем не менее, будет понятно, что это никак не предполагает ограничения области изобретения. Изменения и дополнительные модификации описанных здесь соответствующих изобретению признаков и дополнительные варианты применения принципов изобретения, как здесь описанных, которые могли бы быть произведены квалифицированным специалистом в соответственной технологии, который располагает этим описанием, должны рассматриваться в пределах области изобретения. Далее, прежде чем будут раскрыты и описаны конкретные варианты исполнения настоящего изобретения, должно быть понятно, что настоящее изобретение не ограничивается конкретными способом и материалами, раскрытыми здесь, поскольку таковые могут в некоторой степени варьировать. Должно быть также понятно, что используемая здесь терминология применяется только с целью описания конкретных вариантов осуществления и не предполагается быть ограничивающей, так как область настоящего изобретения будет определена только прилагаемыми пунктами патентной формулы и их эквивалентами.

Определения

В описании и в патентной формуле настоящего изобретения будет употребляться следующая терминология.

Формы единственного числа а, ап и Ле включают множественные объекты, если только контекст четко не оговаривает иного. Так, к примеру, ссылка на а \уаП (стенку) включает ссылку на одну или более таких конструкций, проницаемый массив включает указание на один или более таких материалов, и стадия нагревания имеет отношение к одной или более таких стадий.

Как здесь применяемые, термин существующий уровень грунта или подобная терминология имеют отношение к уровню земли или плоскости, параллельной местному поверхностному рельефу в месте, содержащем инфраструктуру, как здесь описываемую, каковая инфраструктура может быть выше или ниже существующего уровня грунта.

Как применяемый здесь, термин трубопроводы имеет отношение к любому пропускному каналу, протяженному на конкретное расстояние, который может быть использован для транспортировки материалов и/или теплоты из одной точки в другую точку. Хотя трубопроводы в общем могут представлять собой трубы круглого сечения, могут быть также применимыми трубопроводы другого, некруглого профиля. Трубопроводы преимущественно могут быть использованы либо для введения текучих сред в проницаемый массив, либо для выведения текучих сред из него, для передачи теплоносителя и/или для транспорта радиочастотных устройств, механизмов топливных элементов, резистивных нагревателей или прочих устройств.

Как применяемое здесь, выражение возбуждающий конвекцию трубопровод имеет отношение к конкретному типу трубопровода, который может быть применен для передачи теплоты из одной точки в другую точку, а также для создания конвективного теплового потока внутри замкнутого объема.

- 2 026039

Как применяемый здесь, термин сооруженная инфраструктура имеет отношение к конструкции, которая, по существу, полностью сделана руками человека, в противоположность замороженным стенкам, серным стенкам или другим барьерам, которые формируются путем модификации или заполнения пор в существующей геологической формации.

Сооруженная инфраструктура с контролируемой проницаемостью зачастую, по существу, не содержит нетронутых геологических формаций, хотя инфраструктура может быть сформирована по соседству или в непосредственном контакте с нетронутым пластом. Такая контролируемая инфраструктура может быть незакрепленной или зафиксированной на нетронутом пласте с помощью механических приспособлений, химических средств или комбинации таких средств, например, закрепленной болтами на пласте с использованием анкеров, растяжек или других пригодных механических крепежных устройств.

Как применяемый здесь, термин раздробленный имеет отношение к разрушению пласта или крупных масс на куски. Раздробленная масса может быть измельчена взрывом или иным образом разрушена на фрагменты.

Как применяемый здесь, термин углеводородсодержащий материал имеет отношение к любому содержащему углеводороды материалу, из которого могут быть извлечены или произведены углеводородные продукты. Например, углеводороды могут быть извлечены непосредственно в виде жидкости, удалены с помощью экстракции растворителями, непосредственно испарены или иным образом удалены из материала. Однако многие углеводородсодержащие материалы содержат кероген или битум, которые преобразуются в углеводороды в результате нагревания и пиролиза. Углеводородсодержащие материалы могут включать, но не ограничиваются таковыми, битуминозный сланец, битуминозные пески, каменный уголь, бурый уголь, битум, торф и другие органические материалы.

Как применяемый здесь, термин накопительный резервуар имеет отношение к конструкции, предназначенной для содержания или сохранения накапливающихся текучей среды и/или твердых подвижных материалов. Накопительный резервуар Е общем составлен, по меньшей мере в существенной части, земляным основанием и опорной системой из земляных материалов. Таким образом, контролируемые стенки не всегда имеют независимую прочность или структурную целостность без земляного материала и/или пласта, в контакте с которыми они сформированы.

Как применяемый здесь, термин проницаемый массив имеет отношение к любой массе раздробленного углеводородсодержащего материала, имеющей относительно высокую проницаемость, которая превосходит проницаемость сплошного нетронутого пласта с таким же составом. Подходящие проницаемые массивы могут иметь больше чем около 10% свободного порового пространства и типично имеют свободный поровый объем от около 30 до 45%, хотя могут быть пригодными другие диапазоны. Создание высокой проницаемости, например, путем введения крупных частиц с неоднородной формой облегчает нагревание массива путем конвекции как основного способа теплопереноса, в то же время также существенно снижая затраты, связанные с измельчением до очень мелких размеров, например, ниже чем от около 1 до около 0,5 дюйма (25,4-12,7 мм).

Как применяемый здесь, термин стенка имеет отношение к любой сооруженной конструкции, участвующей в контроле проницаемости для ограничения материала внутри замкнутого объема, определенного, по меньшей мере частично, контролируемыми стенками. Стенки могут быть ориентированы любым образом, таким как вертикальный, хотя потолки, полы и прочие контуры, формирующие замкнутый объем, также могут быть стенками, как применяемыми здесь.

Как применяемый здесь, термин добытый имеет отношение к материалу, который был извлечен или перемещен из первоначального стратиграфического или геологического местоположения во второе и иное местоположение, или возвращен в то же местоположение. Как правило, добытый материал может быть получен в результате взрывных работ, дробления, детонационного разрушения или иным путем удаления материала из геологической формации.

Как применяемое здесь, выражение объемная схема конвективных потоков имеет отношение к конвективному тепловому потоку, который охватывает практически весь объем проницаемого массива. В основном, конвективный поток создают размещением одного или более трубопроводов или источников тепла в нижней, или базовой, части определенного объема. При размещении трубопроводов таким образом нагретые текучие среды могут протекать вверх, и охлажденные текучие среды могут стекать обратно вниз, по существу, через весь объем, занятый проницаемым массивом углеводородсодержащего материала, в рециркуляционном режиме.

Как применяемый здесь, термин по существу, неподвижный имеет отношение к почти стационарному расположению материалов со степенью допущения оседания, расширения и/или усадки по мере удаления углеводородов из углеводородсодержащего материала внутри замкнутого объема, оставляя после себя обедненный материал. Напротив, любая циркуляция и/или течение углеводородсодержащего материала, такие, каковые имеют место в псевдоожиженных слоях или вращающихся ретортах, включают весьма интенсивное перемещение и транспортирование углеводородсодержащего материала.

Как применяемый здесь, термин существенный, будучи употребляемым в отношении величины или количества материала или специфических характеристик такового, имеет отношение к количеству, которое является достаточным для достижения эффекта, который предназначен обеспечить материал или

- 3 026039 характеристику. Точная степень допустимого отклонения может в некоторых случаях зависеть от конкретного контекста. Подобным образом, выражение по существу, не содержащий или тому подобное имеет отношение к отсутствию указанного элемента или средства в составе. В частности, элементы, которые указаны как по существу, не содержащиеся, либо полностью отсутствуют в составе, либо наличествуют лишь в количествах, которые малы в достаточной мере, чтобы не оказывать измеримого влияния на состав.

Как применяемый здесь, термин около имеет отношение к степени отклонения, основанной на экспериментальной погрешности, типичной для конкретной определяемой характеристики. Диапазон, обусловленный термином около, будет зависеть от конкретного контекста и конкретного свойства, и может быть без труда распознан квалифицированными специалистами в этой области технологии. Термин около не предполагает ни расширения, ни ограничения интервала эквивалентных значений, который во всем остальном может быть обусловлен конкретной величиной. Далее, если не оговорено нечто иное, термин около должен определенно включать в точности, в согласии с нижеприведенным обсуждением относительно диапазонов и численных данных.

Концентрации, размеры, количества и прочие численные данные могут быть представлены здесь в формате диапазонов. Должно быть понятно, что такой диапазонный формат употребляется исключительно для удобства и краткости, и его следует интерпретировать гибко как включающий не только численные значения, явно указанные как пределы диапазона, но также включающий все индивидуальные численные значения или поддиапазоны, попадающие в пределы этого диапазона, как если бы каждое численное значение и поддиапазон были четко обозначены. Например, диапазон от около 1 до около 200 должен быть интерпретирован как включающий не только явно указанные пределы 1 и 200, но также включающий индивидуальные величины, такие как 2, 3, 4, и поддиапазоны, такие как от 10 до 50, от 20 до 100, и так далее.

Как применяемые здесь, многочисленные объекты, конструкционные элементы, композиционные элементы и/или материалы могут быть представлены в общем списке для удобства. Однако эти списки должны быть истолкованы так, как если бы каждый представитель списка был индивидуально идентифицирован в качестве отдельного и уникального представителя. Таким образом, ни один индивидуальный представитель такого списка не должен толковаться как фактический эквивалент любого другого представителя из того же списка, только лишь на основании их представления в общей группе без указаний на нечто обратное.

Системы конвективного нагревания

Способ извлечения углеводородов из углеводородсодержащих материалов может включать стадию, в которой формируют сооруженную инфраструктуру с контролируемой проницаемостью. Эта сооруженная инфраструктура определяет, по существу, замкнутый объем. Раздробленный, добытый или полученный после уборки урожая углеводородсодержащий материал может быть введен в контролируемую инфраструктуру с образованием проницаемого массива из углеводородсодержащего материала. Проницаемый массив нагревают пропусканием нагретой текучей среды конвективными потоками через весь объем проницаемого массива в достаточной степени для удаления из него углеводородов. Во время нагревания углеводородсодержащий материал является, по существу, неподвижным, так как сооруженная инфраструктура представляет собой фиксированную конструкцию. Удаленные углеводородные текучие среды могут быть собраны для дальнейшей переработки, использования в процессе, и/или применены в том виде, как получены.

Сооруженная инфраструктура с контролируемой проницаемостью может быть сформирована с использованием существующего грунта как опорной подушки и/или как боковой опорной стенки для сооруженной инфраструктуры. Например, контролируемая инфраструктура может быть сформирована как отдельно стоящая конструкция, то есть с использованием только существующего грунта в качестве подстилающей породы, с построенными искусственно боковыми стенками. Альтернативно, контролируемая инфраструктура может быть сформирована внутри выкопанного котлована.

Сооруженная инфраструктура с контролируемой проницаемостью может включать накопительный резервуар с контролируемой проницаемостью, который определяет, по существу, замкнутый объем. Накопительный резервуар с контролируемой проницаемостью, по существу, не содержит нетронутых геологических формаций. Более конкретно, аспект контролируемой проницаемости накопительного резервуара может быть полностью искусственным и созданным руками человека как отдельный изолирующий механизм для предотвращения неконтролируемой миграции материала внутрь замкнутого объема или вовне из него.

В одном аспекте накопительный резервуар с контролируемой проницаемостью может быть сформирован вдоль стенок вскопанной залежи углеводородсодержащего материала. Например, битуминозный сланец, битуминозные пески или каменный уголь могут быть добыты из залежи с образованием котлована, который приблизительно соответствует желательному замкнутому объему для накопительного резервуара. Выкопанный котлован затем может быть использован в качестве формирующей и поддерживающей структуры для создания накопительного резервуара с контролируемой проницаемостью.

В одном альтернативном аспекте по меньшей мере одна дополнительная вырытая залежь углеводо- 4 026039 родсодержащего материала может быть сформирована так, что могут быть задействованы многочисленные накопительные резервуары. Кроме того, такая компоновка может способствовать сокращению дистанции транспортирования добытого материала. Более конкретно, раздробленный или добытый углеводородсодержащий материал для любого конкретного замкнутого объема может быть извлечен из соседней, разрабатываемой открытым способом залежи углеводородсодержащего материала. Этим путем может быть построена сеть из сооруженных структур так, что добытый материал может быть немедленно и непосредственно размещен в соседнем накопительном резервуаре.

Добыча и/или разработка открытым способом углеводородсодержащих залежей могут производиться с использованием любой пригодной техники. Может быть использована традиционная поверхностная добыча, хотя могут быть также применены альтернативные экскаваторы без необходимости транспортировать добытые материалы. В одном конкретном варианте исполнения углеводородсодержащая залежь может быть вырыта с использованием навесного экскаваторного устройства на кране. Один пример подходящего экскаватора может включать машины для бурения вертикальных туннелей. Такие машины могут быть скомпонованы для выкапывания скальной породы и материала под экскаватором. По мере извлечения материала экскаватор погружается для обеспечения, по существу, непрерывного контакта с пластом. Вынутый материал может быть транспортирован из разрабатываемой выемки с использованием транспортеров или подъемников. Альтернативно, экскавация может происходить в условиях заполнения водной суспензией, сокращающей проблемы запыленности и служащей в качестве смазки/охладителя. Материал суспензии можно откачивать с места экскавации для отделения твердых компонентов в отстойном баке или другом подобном сепараторе для разделения твердого вещества и жидкости, или может быть обеспечена возможность осаждения твердых веществ непосредственно в накопительном резервуаре. Этот подход может быть без труда скомбинирован с одновременным или последовательным извлечением металлов или других материалов с использованием растворения, как более подробно описано ниже.

Кроме того, экскавация и формирование накопительного резервуара с контролируемой проницаемостью могут быть проведены одновременно. Например, экскаватор может быть скомпонован для извлечения углеводородсодержащего материала с попутным формированием боковых стенок накопительного резервуара. Материал может извлекаться непосредственно из-под нижних кромок боковых стенок так, что стенки могут нарастать по высоте вниз, обеспечивая возможность размещения стеновых сегментов в дополнение к уложенным выше. Этот подход может обеспечить возможность увеличивать глубины, в то же время устраняя или сокращая опасности обрушения до формирования опорных стенок накопительного резервуара.

Накопительный резервуар может быть сформирован из любого пригодного материала, который обеспечивает изоляцию против переноса материала сквозь стенки накопительного резервуара. Этим путем целостность стенок во время действия контролируемой инфраструктуры сохраняется в достаточной степени, чтобы, по существу, предотвратить бесконтрольную миграцию текучих сред наружу из контролируемой инфраструктуры. Неограничивающие примеры пригодного материала для применения в формировании накопительного резервуара сооруженной инфраструктуры с контролируемой проницаемостью могут включать глину, бентонитовую глину (например, глину, включающую по меньшей мере часть бентонита), улучшенный бентонитом грунт, уплотненную наброску, огнеупорный цемент, цемент, синтетические геотекстильные материалы Ссодпй. стекловолокно, арматурный пруток, наноуглеродные фуллереновые добавки, набитые мешки из геотекстиля, полимерные смолы, маслостойкую облицовку из поливинилхлорида (РУС) или их комбинации. Проектируемые цементные композитные (ЕСС) материалы, армированные волокном композиты и тому подобные могут быть в особенности прочными и могут быть без труда приспособлены для соответствия требованиям проницаемости и температурной устойчивости для данного сооружения. В качестве общей методической рекомендации, высокую эффективность могут обеспечить материалы, имеющие низкую проницаемость и высокую механическую целостность при рабочих температурах инфраструктуры, хотя они не являются обязательными. Например, могут быть применимыми материалы, имеющие температуру плавления выше максимальной рабочей температуры инфраструктуры, чтобы сохранять герметичность во время и после нагревания и извлечения. Однако могут быть также использованы низкотемпературные материалы, если между стенками и нагретыми частями проницаемого массива поддерживается ненагреваемая буферная зона. Такие буферные зоны могут варьировать по величине от 6 дюймов (15,24 см) до 50 футов (15,24 м), в зависимости от конкретного материала, используемого для накопительного резервуара, и состава проницаемого массива. В еще одном аспекте стенки накопительного резервуара могут быть устойчивыми к кислотам, воде и/или рассолу, например, в достаточной мере для противостояния воздействию экстракционного растворителя и/или растворов для промывания кислотами или рассолом, а также водяного пара и воды. Для стенок накопительного резервуара, сформированных вдоль пластов или прочих сплошных опорных поверхностей, стенки накопительного резервуара могут быть сформированы путем набрызгивания жидкого цементного раствора, набрызгивания жидких эмульсий или другого набрызгиваемого материала, такого как набрызгиваемый цементный раствор огнеупорного сорта, который образует уплотнение на пласте и создает стенку с контролируемой проницаемостью для накопительного резервуара. Стенки накопительного

- 5 026039 резервуара могут быть, по существу, сплошными так, что накопительный резервуар определяет замкнутый объем, достаточный для предотвращения существенного перемещения текучих сред в накопительный резервуар или из него в иных местах, нежели предусмотренные входы и выходы, например, через трубопроводы или тому подобные, как здесь обсуждается. Этим путем накопительные резервуары могут без проблем соответствовать правительственным предписаниям относительно миграции текучих сред. Альтернативно или в сочетании с искусственно изготовленным барьером, части стенок накопительного резервуара могут представлять собой нетронутую геологическую формацию и/или уплотненный грунт. В таких случаях сооруженная инфраструктура с контролируемой проницаемостью представляет собой комбинацию проницаемых и непроницаемых стенок, как более подробно описано ниже.

В одном подробном аспекте часть углеводородсодержащего материала, либо до переработки, либо после переработки, может быть использована в качестве цементного укрепления и/или цементной основы, которые затем отливают на месте с образованием фрагментов или цельных стенок контролируемой инфраструктуры. Зги материалы могут быть сформированы на месте или могут быть изготовлены предварительно и затем собраны на рабочей площадке, чтобы образовать цельную конструкцию накопительного резервуара. Например, накопительный резервуар может быть сооружен с помощью литьевого формования на месте в виде монолитного блока, путем экструзии, штабелированием предварительно сформованных или отлитых тюбингов, бетонных панелей, соединенных цементным раствором (цементом, проектируемым цементным композитом (ЕСС) или другим пригодным материалом), надувных сегментов или тому подобных. Опалубки могут быть сооружены с опорой на пласт, или могут представлять собой отдельно стоящие конструкции. Опалубки могут быть изготовлены из любого подходящего материала, такого, но не ограничивающегося таковыми, как сталь, древесина, стекловолокно, полимер или тому подобные. Опалубки могут быть собраны на месте или могут быть размещены с использованием крана или другого пригодного механизма. Альтернативно, сооруженная инфраструктура с контролируемой проницаемостью может быть сформирована из набитых камнями сетчатых ящиков (габионов) и/или синтетических геотекстильных материалов, собранных в слои с уплотненным материалом засыпки. Для повышения герметичности стенок с контролируемой проницаемостью необязательно могут быть добавлены связующие средства. В еще одном дополнительном подробном аспекте контролируемая инфраструктура может включать или, по существу, состоит из уплотнительного материала, цементного раствора, арматурного прутка, синтетической глины, бентонитовой глины, глиняной облицовки, огнеупорного цемента, высокотемпературных геомембран, дренажных труб, листовых сплавов или их комбинаций. Стенки накопительного резервуара необязательно могут включать непроницаемую изоляцию и/или слои для улавливания тонкодисперсных частиц. Эти проницаемые слои могут быть размещены между барьером с контролируемой проницаемостью и проницаемым массивом. Например, может быть предусмотрен слой из углеводородсодержащего раздробленного материала, который позволяет текучим средам поступать в него, охлаждаться и, по меньшей мере, частично конденсироваться внутри слоя. Такой материал проницаемого слоя в основном может иметь частицы с размером, меньшим, чем в проницаемом массиве. Кроме того, такой углеводородсодержащий материал может удалять тонкодисперсные частицы из проходящих сквозь него текучих сред с помощью разнообразных сил притяжения. В одном варианте исполнения конструкция стенок и полов накопительного резервуара может включать множественные утрамбованные слои местных или обработанных низкосортных глинистых сланцев в любой комбинации с песком, цементом, волокном, растительным волокном, наноуглеродным волокном, толченым стеклом, стальной арматурой, специально приспособленной углеродной армирующей сеткой, солями кальция и тому подобным. В дополнение к таким композитным стенкам, могут быть привлечены конструкции, которые долговременно подавляют миграцию текучей среды и газа через дополнительное непроницаемое уплотнение, включающие, но не ограничивающиеся таковыми, облицовки, геомембраны, утрамбованные грунты, привозной песок, гравий или скальную породу, и самотечные дренажные контуры для отведения текучих сред и газов от непроницаемых слоев к сточным сбросам. Конструкция пола и стенок накопительного резервуара может, но не обязательно должна, включать ступенчатый кверху или ступенчатый книзу наклон или изгиб согласно тому, как ход выработки пласта может следовать извлечению оптимального сорта руды. В любых таких ступенчатых кверху или книзу вариантах выравнивание пола и герметизация стеновых конструкций типично могут предусматривать сток или уклон в одну сторону или к специальной(-ным) центральной(-ным) сборной(-ным) зоне(-нам) для удаления текучих сред с помощью самотечного дренирования.

Необязательно, капсульная конструкция стенок и пола может включать изоляцию, которая предотвращает теплоперенос наружу из сооруженной инфраструктуры или наружу из внутренних отсеков или трубопроводов внутри первично созданного герметичного отсека. Изоляция может включать изготовленные материалы, цемент или разнообразные материалы, прочие материалы, которые являются менее теплопроводными, чем окружающие массы, то есть, проницаемый массив, пласт, соседние инфраструктуры и т.д. Термоизоляционные барьеры могут быть также сформированы внутри проницаемого массива, вдоль стенок накопительного резервуара, покрывающих и/или подстилающих конструкций. Один подробный аспект включает применение биоразлагаемых изоляционных материалов, например, соевой изоляции и тому подобных. Это согласуется с вариантами исполнения, в которых накопительный резер- 6 026039 вуар представляет собой систему однократного использования, так что изоляции, трубопроводы и/или другие компоненты могут иметь относительно короткий срок службы, например, менее чем 1-2 года. Это может снизить стоимость оборудования, а также сократить долговременное вредное воздействие на окружающую среду.

Эти конструкции и способы могут быть реализованы почти в любом масштабе. Более крупные замкнутые объемы и увеличенное число накопительных резервуаров могут без проблем давать углеводородные продукты с производительностью, сравнимой или превосходящей более мелкие сооруженные инфраструктуры. В качестве иллюстрации, одиночные накопительные резервуары могут варьировать по размерам от десятков метров в поперечнике до десятков акров по площади. Оптимальные размеры накопительного резервуара могут варьировать в зависимости от углеводородсодержащего материала и эксплуатационных параметров, однако предполагается, что пригодные площади могут варьировать от около половины акра до пяти акров (2023,43-20234,3 м²) площади поверхности в горизонтальной проекции.

Способы и инфраструктуры могут быть использованы для добычи углеводородов из разнообразных углеводородсодержащих материалов. Одно особенное преимущество состоит в широком диапазоне регулирования размеров частиц, условий и состава проницаемого массива, введенного в замкнутый объем. Неограничивающие примеры добытого углеводородсодержащего материала, который может быть обработан, включают битуминозный сланец, битуминозные пески, каменный уголь, бурый уголь, битум, торф или их комбинации. В некоторых случаях может быть желательным введение единичного типа углеводородсодержащего материала так, что проницаемый массив состоит исключительно из одного из вышеперечисленных материалов. Однако проницаемый массив может включать смеси этих материалов, так что сорт, содержание нефти, содержание водорода, проницаемость и тому подобные могут быть скорректированы для достижения желательного результата. Кроме того, различные углеводородные материалы могут быть помещены в виде многочисленных слоев или в смешанной форме, такой как смешение каменного угля, битуминозного сланца, битуминозных песков, биомассы и/или торфа.

В одном варианте исполнения углеводородсодержащий материал может быть рассортирован в разнообразные внутренние отсеки внутри первичной сооруженной инфраструктуры из соображений оптимизации. Например, разрабатываемые пласты битуминозного сланца в слоях и глубинах залегания могут быть более обогащенными в определенных глубинных продуктивных зонах при их добыче. Однажды разрушенные, добытые, выкопанные и перевезенные внутрь отсека для размещения, обогащенные нефтью руды могут быть рассортированы или смешаны по степени обогащения для оптимизации выходов, ускорения извлечения или для оптимального усреднения в пределах каждого накопительного резервуара. Кроме того, дополнительные преимущества может предоставить размещение слоев с различающимся составом. Например, более низкий слой битуминозных песков может быть расположен под верхним слоем битуминозного сланца. В общем, верхний и нижний слои могут находиться в непосредственном контакте друг с другом, хотя это и необязательно. Верхний слой может включать нагревательные трубы, вставленные в таковой, как более подробно описано ниже. Нагревательные трубы могут нагревать битуминозный сланец в степени, достаточной для высвобождения керогенного масла, содержащего короткоцепочечные жидкие углеводороды, которые могут действовать как растворитель для битума, удаляемого из битуминозных песков. Этим путем верхний слой действует как ш $ί!ιι источник растворителя для интенсификации извлечения битума из нижнего слоя. Нагревательные трубы внутри нижнего слоя в этом варианте исполнения необязательны, так что нижний слой может не содержать нагревательных труб или может включать нагревательные трубы, в зависимости от количества тепла, переносимого с перетекающими вниз жидкостями из верхнего слоя и от любых прочих источников тепла. Возможность селективно контролировать характеристики и состав проницаемого массива добавляет дополнительную степень свободы в оптимизации выходов и качества нефти.

Кроме того, во многих вариантах исполнения выделившиеся газообразные и жидкие продукты действуют как образованный ш 5Йи растворитель, который способствует удалению керогена и/или дополнительному извлечению углеводородов из углеводородсодержащего материала.

В еще одном дополнительном подробном аспекте проницаемый массив может далее включать добавки или биомассу. Добавки могут включать любую композицию, которая служит для повышения качества извлекаемых углеводородов, например, для повышения показателя ΑΡΙ (Американского Института Нефти), снижения вязкости, улучшения характеристик текучести, сокращения смачивания остаточных глинистых сланцев, снижения содержания серы, в качестве гидрирующих реагентов и т.д. Неограничивающие примеры пригодных добавок могут включать битум, кероген, пропан, природный газ, конденсат природного газа, сырую нефть, очищенные донные остатки, асфальтены, общеупотребительные растворители, прочие разбавители и комбинации этих материалов. В одном конкретном варианте исполнения добавка может включать средство для улучшения текучести и/или реагент в качестве донора водорода. Некоторые материалы могут действовать как оба этих средства или как одно из них для улучшения характеристик текучести или в качестве донора водорода. Неограничивающие примеры таких добавок могут включать метан, конденсаты природного газа, общеупотребительный растворитель, такой как ацетон, толуол, бензол и т.д., и прочие добавки, перечисленные выше. Добавки могут действовать для повышения отношения водорода к углероду в любых углеводородных продуктах, а также служить в качестве

- 7 026039 средства для улучшения текучести. Например, разнообразные растворители и другие добавки могут создавать физическую смесь, которая имеет пониженную вязкость и/или уменьшенное сродство к определенным твердым веществам, горным породам и тому подобным. Кроме того, некоторые добавки могут химически реагировать с углеводородами и/или обеспечивать жидкотекучее состояние углеводородных продуктов. Любые используемые добавки могут составить часть конечного извлеченного продукта или могут быть удалены и применены повторно или утилизированы иным путем.

Подобным образом, с использованием известных добавок и подходов может быть выполнено биологическое гидроксилирование углеводородсодержащих материалов с образованием синтетического газа или прочих продуктов с более низкой молекулярной массой. Подобным образом могут быть также использованы ферменты или биокатализаторы. Кроме того, в качестве добавок также могут быть применены искусственные материалы, такие, но не ограничивающиеся таковыми, как автомобильные шины, полимерные отходы или другие углеводородсодержащие материалы.

Хотя эти способы являются широко применимыми, в качестве общей методической рекомендации проницаемый массив может включать частицы с размерами от около 1/8 дюйма (3,175 мм) до около 6 футов (182,88 см), и в некоторых случаях менее чем 1 фут (30,48 см), и в других случаях менее чем около 6 дюймов (152,4 мм). Однако из практических соображений хорошие результаты могут обеспечить размеры от около 2 дюймов (50,8 мм) до около 2 футов (60,96 см), причем для битуминозного сланца в особенности применимым является диаметр около 1 фута (30,48 см). Для определения оптимальных размеров частиц важным фактором может быть свободный поровый объем. В качестве общей методической рекомендации, может быть использован любой функциональный свободный поровый объем; однако хороший баланс проницаемости и эффективного использования доступных объемов обычно обеспечивают от около 10% до около 50%, и в некоторых случаях от около 30% до около 45%. Поровые объемы могут до некоторой степени колебаться при варьировании прочих параметров, таких как расположение нагревательных трубопроводов, добавки и тому подобные. Механическое разделение добытых углеводородсодержащих материалов позволяет создавать проходящие через тонкую сетку частицы с высокой проницаемостью, которые повышают скорости рассеяния теплоты, будучи помещенными в отсеке внутри накопительного резервуара. Дополнительная проницаемость обеспечивает возможность регулирования более рациональных пониженных температур, которые также помогают избежать высоких температур, которые приводят к образованию больших количеств СО₂ при разложении карбонатов и связанного с этим высвобождения следовых тяжелых металлов, летучих органических соединений и прочих веществ, которые могут создавать токсичные отходы и/или нежелательные материалы, которые нужно отслеживать и регулировать.

В одном варианте исполнения компьютер, привлеченный для сопровождения добычи, планирования добычи, транспортировки, взрывных работ, взятия проб, загрузки, транспорта, размещения и измерений уровня пыления, может быть использован для контроля и оптимизации скорости перемещения добытого материала в сооруженную структуру с изолированными отсеками. В одном альтернативном аспекте накопительные резервуары могут быть сформированы в вырытых объемах углеводородсодержащего пласта, хотя могут быть также применимыми другие местоположения вдали от контролируемой инфраструктуры. Например, некоторые углеводородсодержащие пласты имеют относительно тонкие слои, обогащенные углеводородами, например, с толщиной менее чем около 300 футов (91,44 м). Поэтому добыча из вертикальных стволов и бурение оказываются экономически неэффективными. В таких случаях может быть применимой горизонтальная разработка для извлечения углеводородсодержащих материалов для формирования проницаемого массива. Хотя горизонтальная разработка продолжает оставаться рискованным предприятием, был разработан и продолжает разрабатываться ряд технологий, которые могут быть полезными в связи с накопительными резервуарами. В таких случаях по меньшей мере часть накопительного резервуара может быть сформирована поперек горизонтального слоя, тогда как другие части накопительного резервуара могут быть сформированы вдоль и/или по соседству со слоями формации, не содержащими углеводородов. Другие подходы к добыче, такие, но не ограничивающиеся таковыми, как шахты или рудники с камерно-столбовой системой разработки, могут обеспечить эффективный источник углеводородсодержащего материала с минимальными отходами и/или утилизацией, который может быть транспортирован в накопительный резервуар и обработан в соответствии с приведенным здесь обсуждением.

Как здесь упомянуто, описываемый накопительный резервуар позволяет в широких пределах контролировать соответственные свойства и характеристики проницаемого массива, который может быть спроектирован и оптимизирован для данного сооружения. Накопительные резервуары, по отдельности и в сочетании многочисленных накопительных резервуаров, могут быть без труда точно приспособлены и классифицированы, основываясь на разнообразных составах материалов, предполагаемых продуктах и тому подобном. Например, некоторые накопительные резервуары могут быть рассчитаны на получение тяжелой сырой нефти, тогда как другие могут быть скомпонованы для производства более легких продуктов и/или синтетического газа. Неограничивающие примеры потенциальных классификаций и факторов могут включать каталитическую активность, ферментативные реакции для специфических продуктов, ароматические соединения, содержание водорода, штамм или назначение микроорганизмов, процесс

- 8 026039 модернизации, целевой конечный продукт, давление (влияющее на качество и тип продукта), температуру, характеристики набухания, акватермальные реакции, реагенты в качестве доноров водорода, перераспределение теплоты, накопление отходов, накопление сточных вод, трубы многократного использования и прочие. Как правило, эти многочисленные факторы могут быть использованы для компоновки накопительных резервуаров в данном проекте для определенных продуктов и целей.

Раздробленный углеводородсодержащий материал может быть загружен в контролируемую инфраструктуру с образованием проницаемого массива любым пригодным способом. Обычно раздробленный углеводородсодержащий материал может быть транспортирован в контролируемую инфраструктуру с помощью разгрузки навалом, транспортеров или другими подходящими путями. Как упомянуто ранее, проницаемый массив может иметь надлежащий большой поровый объем. Беспорядочное наваливание может привести к избыточному уплотнению и сокращению поровых объемов. Таким образом, проницаемый массив может быть сформирован путем транспортирования в инфраструктуру с небольшим уплотнением углеводородсодержащего материала. Например, для подачи материала вблизи верхушки проницаемого массива по мере его формирования могут быть использованы выдвижные транспортеры. Этим путем углеводородсодержащий материал может сохранять существенный поровый объем между частицами без значительного дальнейшего измельчения или уплотнения, несмотря на некоторую небольшую степень уплотнения, которая часто обусловливается литостатическим давлением по мере формирования проницаемого массива.

Когда желательный проницаемый массив был сформирован внутри контролируемой инфраструктуры, может быть подведена теплота, достаточная для начала удаления углеводородов, например, в результате пиролиза. В одном аспекте через проницаемый массив пропускают нагретую текучую среды в объемных схемах конвективных потоков, чтобы по большей части удалить углеводороды из проницаемого массива. Согласно этому аспекту, нагретые текучие среды протекают вверх и обратно вниз сквозь практически весь объем, занятый проницаемым массивом углеводородсодержащего материала, в рециркуляционном режиме. Пригодный источник тепла может быть термически связан с проницаемым массивом. Оптимальные рабочие температурь внутри проницаемого массива могут варьировать в зависимости от состава и желательных продуктов. Однако, в качестве общей методической рекомендации, эксплуатационные температуры могут варьировать от около 200°Р (93,33°С) до около 750°Р (398,89°С). Температурные вариации могут варьировать по всему замкнутому объему и в некоторых зонах могут достигать максимально 900°Р (482,22°С) или выше. В одном варианте исполнения рабочая температура может быть относительно более низкой температурой для облегчения образования жидкого продукта, такой как температура от около 200°Р (93,33°С) до около 650°Р (343,33°С). Эта стадия нагревания может представлять собой операцию кальцинирования, которая имеет результатом обогащение измельченной руды в проницаемом массиве. Далее, один вариант исполнения включает регулирование температуры, давления и других переменных параметров, достаточное для получения преимущественно, а в некоторых случаях, по существу, исключительно, жидкого продукта. В одном аспекте температуру можно регулировать с помощью схем конвективных потоков, которые сокращают вариации температуры благодаря холодным стенкам и прочим факторам. В общем же продукты могут включать как жидкие, так и газообразные продукты, в то время как жидкие продукты могут потребовать меньшего числа производственных стадий, таких как газопромывные колонны и т.д. Относительно высокая проницаемость проницаемого массива позволяет получать жидкие углеводородные продукты и свести к минимуму образование газообразных продуктов, до некоторой степени в зависимости от конкретных исходных материалов и эксплуатационных условий. В одном варианте исполнения извлечение углеводородных продуктов может происходить, по существу, при отсутствии крекинга внутри проницаемого массива.

В одном аспекте теплоту подводят к проницаемому массиву путем конвекции, чтобы в значительной степени удалить углеводороды из проницаемого массива. Согласно этому аспекту, нагретые текучие среды протекают через контролируемую инфраструктуру через нагревательные трубопроводы таким образом, чтобы теплота проходила через проницаемый массив согласно объемным схемам конвективных потоков. Этим путем может быть повышена равномерность распределения теплоты. Более того, объемные схемы конвективных потоков могут быть оптимизированы путем размещения одной или более тепловых труб или возбуждающих конвекцию трубопроводов в нижней части проницаемого массива. Необязательно могут быть сформированы многочисленные зоны конвективной циркуляции избирательным размещением дополнительных нагревательных трубопроводов в промежуточных положениях над возбуждающим конвекцию трубопроводом.

Возбуждающий конвекцию трубопровод или трубопроводы главным образом могут быть размещены, по существу, горизонтально. Эти трубопроводы могут быть также позиционированы вдоль пола или вдоль нижних периферических краев замкнутого объема. Хотя обе компоновки могут быть применены одновременно, если регулируют скорости нагревания, согласно одному варианту исполнения их обе не используют в одно и то же время, поскольку эта конфигурация может нарушать объемную схему конвективных потоков. В дополнительном аспекте возбуждающий конвекцию трубопровод может быть встроен внутрь проницаемого массива. При размещении трубопроводов по одной или более из таких схем может быть резко усилен тепловой поток для отделения углеводородов. Кроме того, может быть улучшена од- 9 026039 нородность распределения теплоты. Например, в одном аспекте возбуждающий конвекцию трубопровод может подводить достаточное количество теплоты для повышения температуры зоны первичного нагрева, которая составляет по меньшей мере около 80% общего замкнутого объема, до уровня выше, чем около 200°Р (93,33°С). Более того, снижается вероятность вариации теплового потока внутри накопительного резервуара из-за холодных стенок и компоновки труб.

Нагретые газы, которые могут быть введены в контролируемую инфраструктуру, могут быть получены сжиганием природного газа, углеводородного продукта или любого другого подходящего источника. Неограничивающие примеры подходящих текучих сред в качестве теплоносителей могут включать горячий воздух, горячие дымовые газы, водяной пар, парообразные углеводороды и/или горячие жидкости. Нагретые газы могут быть заимствованы из внешних источников или утилизированы из процесса.

Альтернативно или в сочетании с конвективным нагреванием при использовании возбуждающих конвекцию трубопроводов, подход с высокой способностью к реконфигурации может включать введение многочисленных трубопроводов внутрь проницаемого массива. Трубопроводы могут быть скомпонованы для употребления в качестве нагревательных труб, охлаждающих труб, теплопередающих труб, дренажных труб или газовых труб. Кроме того, трубопроводы могут быть предназначены для отдельной функции или могут служить для множественных функций во время работы инфраструктуры, то есть теплопереноса и дренажа. Трубопроводы могут быть сформированы из любого пригодного материала, в зависимости от предполагаемого назначения. Неограничивающие примеры пригодных материалов могут включать глиняные трубы, трубы из огнестойкого цемента, трубы из проектируемого цементного композита (ЕСС), отлитые на месте трубы, металлические трубы, такие как трубы из литейного чугуна, нержавеющей стали и т.д., полимерные трубы, такие как поливинилхлоридные (РУС), и тому подобные. В одном конкретном варианте исполнения все или по меньшей мере часть внедренных трубопроводов может включать разложимый материал. Например, негальванизированные 6-дюймовые (152,4 мм) трубы из литейного чугуна могут быть эффективно использованы для вариантов одноразового применения и успешно действовать в течение должного срока службы накопительного резервуара, типично менее, чем около 2 лет. Кроме того, различные части многочисленных трубопроводов могут быть сформированы из различных материалов. Отлитые на месте трубы могут быть в особенности применимыми для очень крупных замкнутых объемов, где диаметры труб превышают несколько футов. Такие трубы могут быть сформированы с использованием гибких оболочек, которые удерживают вязкую текучую среду в кольцеобразной форме. Например, поливинилхлоридные (РУС) трубы могут быть использованы в качестве части формы вдоль гибких оболочек, где бетон или другую вязкую текучую среду закачивают в кольцевое пространство между поливинилхлоридной (РУС) трубой и гибкой оболочкой. В зависимости от предполагаемого назначения, в трубопроводах могут быть проделаны отверстия или другие проемы для обеспечения возможности протекания текучих сред между трубопроводами и проницаемым массивом. Типичные рабочие температуры превышают температуру плавления традиционных полимерных и синтетических труб. В некоторых вариантах исполнения трубопроводы могут быть размещены и ориентированы так, что трубопроводы преднамеренно расплавляются или иным образом разрушаются во время работы инфраструктуры.

Многочисленные трубопроводы могут быть без труда сориентированы в любой конфигурации, будь то, по существу, горизонтальная, вертикальная, наклонная, разветвленная или тому подобная компоновка. По меньшей мере часть трубопроводов может быть ориентирована по заранее заданным маршрутам до введения трубопроводов внутрь проницаемого массива. Предварительно заданные маршруты могут быть спроектированы для улучшения теплопередачи, контактирования газообразной, жидкостной и твердой сред, максимизации подведения текучей среды к конкретным зонам или удаления ее из таковых внутри замкнутого объема, или тому подобного. Кроме того, по меньшей мере часть трубопроводов может быть предназначена для нагревания проницаемого массива. Эти нагревательные трубопроводы или возбуждающие конвекцию трубопроводы могут быть селективно перфорированы для обеспечения нагретым газам или другим текучим средам возможности конвективно нагревать и смешиваться во всем проницаемом массиве. Перфорации могут быть размещены и подобраны по размерам для оптимизации равномерного и/или управляемого нагревания во всем проницаемом массиве. Альтернативно, нагревательные трубопроводы могут образовывать замкнутый контур так, что нагретые газы или текучие среды отделены от проницаемого массива. Таким образом, замкнутый контур не обязательно предусматривает рециркуляцию, но скорее изоляцию нагревательной текучей среды от проницаемого массива. Этим путем нагревание может быть выполнено главным образом или, по существу, исключительно в результате теплопередачи сквозь стенки трубопроводов от нагретых текучих сред к проницаемому массиву. Нагревание в замкнутом контуре позволяет исключить массоперенос между нагретой текучей средой и проницаемым массивом и может сократить образование и/или экстракцию газообразных углеводородных продуктов.

Во время нагревания или кальцинирования проницаемого массива локальные зоны нагрева, в которых превышены температуры разложения материнской горной породы, часто примерно выше 900°Р (482,22°С), могут снижать выходы и образовывать диоксид углерода и нежелательные загрязняющие соединения, которые могут вести к сточным водам, содержащим тяжелые металлы, растворимые органи- 10 026039 ческие вещества и тому подобные. Нагревательные трубопроводы могут обеспечить возможность в существенной степени устранения таких локальных зон перегрева, в то же время поддерживая подавляющее большинство материала проницаемого массива в пределах желательного температурного диапазона. Степень однородности температуры может быть предметом баланса между стоимостью (например, для дополнительных нагревательных трубопроводов) и выходами. Однако, по меньшей мере около 85% проницаемого массива можно без труда поддерживать в пределах примерно 5-10% целевого температурного интервала практически без зон перегрева, то есть, с превышением температуры разложения углеводородсодержащих материалов, такой как около 800°Р (426,67°С) и во многих случаях около 900°Р (482,22°С). Таким образом, работая в описываемом здесь режиме, системы могут обеспечить возможность извлечения углеводородов, в то же время исключая или, по существу, избегая образования нежелательных стоков. Хотя продукты могут существенно варьировать в зависимости от исходных материалов, возможно получение высококачественных жидких и газообразных продуктов. В соответствии с одним вариантом исполнения раздробленный материал битуминозного сланца может давать жидкий продукт, имеющий показатель ΑΡΙ от около 30 до около 45, с типичным в настоящее время значением от около 33 до около 38, непосредственно из битуминозного сланца без дополнительной обработки. Интересно то, что практическая реализация этих способов и процессов привела к пониманию того, что давление оказалось гораздо менее значимым фактором влияния на качество извлеченных углеводородов, чем температура и продолжительности нагревания. Хотя продолжительности нагревания могут существенно варьировать в зависимости от свободного порового объема, состава проницаемого массива, качества и т.д., в порядке общей методической рекомендации продолжительности могут варьировать от нескольких дней (то есть 3-4 дня) вплоть до около одного года. В одном конкретном примере продолжительности нагревания могут варьировать от около 2 недель до около 4 месяцев. Недостаточное нагревание битуминозного сланца при коротких временах пребывания, то есть от минут до нескольких часов, может вести к образованию вымываемых и/или в какой-то мере летучих углеводородов. Соответственно этому, способы позволяют увеличить времена пребывания при умеренных температурах так, что органические вещества, присутствующие в битуминозном сланце, могут быть испарены и/или обуглены, оставляя несущественные количества вымываемых органических компонентов. В дополнение, расположенные в основании глинистые сланцы в общем не подвергаются разложению или изменению, что сокращает образование растворимых солей.

Кроме того, трубопроводы могут быть размещены среди многочисленных накопительных резервуаров и/или контролируемых инфраструктур для переноса текучих сред и/или теплоты между структурами. Трубопроводы могут быть сварены между собой с использованием традиционной сварки или тому подобного. Кроме того, трубопроводы могут включать соединения, которые обеспечивают возможность вращения и или небольшие перемещения во время расширения и усадки материала в проницаемом массиве. Дополнительно трубопроводы могут включать опорную систему, которая действует как станина для сборного узла трубопроводов до и во время заполнения замкнутого объема, а также во время работы. Например, во время нагревания потоков текучих сред нагревание и тому подобное обусловливает расширение (растрескивание или эффект попкорна) или осадку, достаточные для создания потенциально опасного напряжения и деформации в трубопроводах и связанных с ними соединениях. Для сокращения повреждений трубопроводов может быть полезной опорная система в виде фермы или других подобных фиксирующих элементов. Крепежные элементы могут включать цементные блоки, двутавровые балки, арматурный пруток, колонны и т.д., которые могут быть соединены со стенками накопительного резервуара, включая боковые стенки, полы и потолки.

Альтернативно, трубопроводы могут быть полностью сформированы и собраны до введения любых добытых материалов в замкнутый объем. Проектирование заранее заданных маршрутов трубопроводов и способа заполнения объема может быть проведено с осмотрительностью и планированием, чтобы избежать повреждения трубопроводов во время процесса заполнения по мере засыпания трубопроводов. Так, используемые трубопроводы в некоторых случаях могут быть ориентированы изначально, или до внедрения в проницаемый массив, таким образом, что для них не требуется бурение. В результате сооружение трубопроводов и их размещение могут быть выполнены без излишнего колонкового бурения и/или сложного оборудования, связанного с бурением скважин или горизонтальным бурением. Скорее горизонтальная или любая иная ориентация трубопровода может быть без труда достигнута монтажом желательных заранее заданных путей до заполнения инфраструктуры добытым углеводородсодержащим материалом или же одновременно с этим. Трубопроводы, размещенные без бурения, с помощью монтажных работ вручную или с использованием крана, ориентированные с разнообразными геометрическими конфигурациями, могут быть уложены с вентилями в местах контролируемых соединений, которые обеспечивают возможность точного и прямого мониторинга нагревания внутри загерметизированного накопительного резервуара. Возможность размещения и укладки трубопроводов, включая соединения, байпасы и проточные вентили, и точки прямого впуска и выпуска, позволяет поддерживать точный температурный режим и скорости нагревания, точный уровень давления и скорости повышения давления, и точные параметры поступления, вывода и состава смесей текучей среды и газа. Например, когда применяют бактерии, ферменты или другой биологический материал, можно без труда поддерживать опти- 11 026039 мальные температуры во всем проницаемом массиве для повышения производительности, реакционной способности и безотказности действия таких биоматериалов.

Как правило, трубопроводы будут проходить через стенки сооруженной инфраструктуры в разнообразных местах. Вследствие температурных перепадов и допустимых отклонений может быть полезным включение изолирующего материала в сопряжение между стенкой и трубопроводами. Размеры этого сопряжения могут быть сведены к минимуму, в то же время с оставлением также пространства для учета теплового расширения во время пуска, при эксплуатации в стационарном режиме, при колебаниях эксплуатационных условий и отключении инфраструктуры. Сопряжение может также включать изоляционные материалы и уплотнительные приспособления, которые предотвращают бесконтрольный выход углеводородов или других материалов из контролируемой инфраструктуры. Неограничивающие примеры пригодных материалов могут включать высокотемпературные прокладки, металлические сплавы, керамические материалы, глинистые или минеральные облицовки, композиты и прочие материалы, которые имеют температуры плавления выше типичных рабочих температур и действуют как продолжение контроля проницаемости, обеспечиваемого стенками контролируемой инфраструктуры.

Далее, стенки сооруженной инфраструктуры могут быть скомпонованы так, чтобы свести к минимуму потери тепла. В одном аспекте могут быть сооружены стенки, имеющие, по существу, равномерную толщину, которая оптимизирована для обеспечения достаточной механической прочности, в то же время также сводя к минимуму объем материала стенки, через которую проходят трубопроводы. Более конкретно, избыточно толстые стенки могут сократить количество теплоты, которая передается в проницаемый массив, вследствие поглощения ее в результате теплопроводности. Напротив, стенки, которые также действуют как термический барьер, до некоторой степени изолируют проницаемый массив и сохраняют тепло в нем во время эксплуатации.

В одном варианте исполнения текучие и газообразные соединения внутри проницаемого массива могут быть изменены для получения желательных добываемых продуктов с использованием, в качестве примера, давления, создаваемого газами, или литостатического давления в нагроможденном раздробленном материале. Таким образом, одновременно с процессом добычи может быть проведена в некоторой степени модернизация и/или модификация. Кроме того, определенные углеводородсодержащие материалы могут потребовать обработки с использованием специфических разбавителей или других материалов. Например, обработка битуминозных песков может быть без труда проведена впрыскиванием водяного пара или введением растворителя для облегчения отделения битума от частиц песка согласно общеизвестным механизмам.

С учетом вышеприведенного описания, фиг. 1 изображает вид сбоку одного варианта исполнения, показывающий разработанный секционный локализующий и экстракционный накопительный резервуар 100, где существующий грунт 108 используют прежде всего как опору для непроницаемого слоя 112 подстилающей породы. Наружные боковые стенки 102 секционного накопительного резервуара обеспечивают герметизацию и могут, но не обязательно должны быть, разделены внутренними стенками 104. Подразделение может создавать отдельные герметизированные отсеки 122 внутри более крупного замкнутого объема накопительного резервуара 100, который может иметь любые геометрическую форму, размер или секционирование. Дополнительное секционирование может быть горизонтальным или вертикально многоярусным. Созданием отдельных герметичных отсеков 122 или камер может быть без труда произведена рассортировка для низкосортных материалов, разнообразных газов, разнообразных жидкостей, разнообразных стадий процесса, разнообразных ферментов или микробиологических типов, или прочих желательных и выполняемых поэтапно процессов. Секционированные отсеки, оформленные как бункеры внутри более крупных сооруженных помещений, могут быть также предназначены для проведения постадийных и последовательных процессов, вариаций температур, составов газов и текучих сред и теплопереноса. Такие секционированные отсеки могут обеспечить дополнительный экологический мониторинг и могут быть сформированы облицованными и отсыпанными бермами из пустой породы подобно первичным наружным стенкам. В одном варианте исполнения секции внутри накопительного резервуара 100 могут быть использованы для размещения материалов в изолированном состоянии, при отсутствии доступа тепла извне или с намерением ограничить или контролировать сгорание или действие растворителя. Материал с пониженным содержанием углеводородов может быть полезным в качестве горючего материала или в качестве наполнителя или строительного материала для стенки бермы. Материал, который не соответствует разнообразным пороговым уровням, при которых добыча становится нерентабельной, также может быть изолирован без изменения в накопительном резервуаре, предназначенном для этой цели. В таком варианте исполнения такие зоны могут быть полностью изолированы или шунтированы для потоков теплоты, растворителей, газов, жидкостей или тому подобных. Необязательные контрольные устройства и/или оборудование могут быть постоянно или временно размещены внутри накопительного резервуара или по наружным периметрам накопительных резервуаров, чтобы проверять локализацию изолированного материала.

Стенки 102 и 104, а также покрывающая порода 116 и непроницаемый слой 112, могут быть сооружены и укреплены набитыми камнями сетчатыми ящиками 146 (габионами) и/или геотекстильным материалом 148, уложенным в слои с уплотненным наполняющим материалом. Альтернативно, эти стенки

- 12 026039

102, 104, 116 и 112, которые составляют накопительный резервуар с контролируемой проницаемостью и в совокупности определяют замкнутый объем, могут быть сформированы из любого другого пригодного материала, как описано ранее. В этом варианте исполнения накопительный резервуар 100 включает боковые стенки 102 и 104, которые являются свободно стоящими. В одном варианте осуществления бермы из отработанной пустой породы, стенки и подстилающие породы могут быть уплотнены и обработаны для структурирования, а также для проницаемости. Применение уплотняющих геотекстильных материалов и других анкерных конструкций для закрепления берм и насыпей может быть предусмотрено до сооружения слоев с контролируемой проницаемостью или включено в них, которые могут содержать песок, глину, бентонитовую глину, гравий, цемент, жидкий цементный раствор, армированный цемент, огнеупорные цементы, изоляционные материалы, геомембраны, дренажные трубы, термостойкие изоляции для введенных нагретых труб, и т.д.

В одном альтернативном варианте исполнения накопительный резервуар с контролируемой проницаемостью может включать боковые стенки, которые представляют собой уплотненный грунт и/или нетронутые геологические формации, тогда как покрывающая и подстилающая порода являются непроницаемыми. Более конкретно, в таких вариантах исполнения непроницаемая покрывающая порода может быть использована для предотвращения неконтролируемой утечки летучих веществ и газов из накопительного резервуара с тем, чтобы можно было использовать надлежащие выходные газовые коллекторы. Подобным образом, непроницаемая подстилающая порода может быть использована для приема и направления собранных жидкостей к пригодному выходному каналу, такому как дренажная система 133, чтобы удалять жидкие продукты из нижних уровней накопительного резервуара. Хотя в некоторых вариантах исполнения могут быть желательными непроницаемые боковые стенки накопительного резервуара, они не всегда являются необходимыми. В некоторых случаях боковые стенки могут примыкать к нетронутому грунту или к уплотненной засыпке или земле, или другому проницаемому материалу. Наличие проницаемых боковых стенок может допускать некоторую небольшую утечку газов и/или жидкостей из накопительного резервуара.

Хотя это не показано, выше, ниже, вокруг и рядом с построенными секционными отсеками могут быть сооружены камеры экологического гидрологического контроля для отведения поверхностных вод от стенок, полов, крыш и т.д. отсеков во время работы. Кроме того, самотечные дренажные трубы и механизмы могут быть использованы для объединения и перемещения текучих сред, жидкостей или растворителей внутри замкнутого объема к центральному коллектору, в трубы для перекачки, конденсации, нагревания, распределения и выгрузки, бункеры, цистерны и/или скважины, как потребуется. Подобным образом могут быть вовлечены в рециркуляцию водяной пар и/или вода, которые преднамеренно вводятся, например, для обработки битума из битуминозных песков.

Когда стеновые конструкции 102 и 104 были сооружены над подготовленным и непроницаемым слоем 112 подстилающей породы, который начинается с поверхности грунта 106, добытый раздробленный материал 120 (который может быть измельчен или рассортирован соответственно размеру или содержанию углеводородов) может быть помещен слоями поверх (или рядом с) уложенными трубчатыми нагревательными магистралями 118 или возбуждающими конвекцию трубопроводами, дренажными трубами 124 для текучих сред и, или трубами 126 для сбора или введения газов. Эти трубы ориентированы и скомпонованы для любой оптимальной конфигурации потоков, под любым углом, с любыми длиной, размером, объемом, пересечениями, трассировкой, размером стенок, составом сплава, распределением перфорации, скоростью подачи и скоростью экстракции; однако, в одном аспекте, возбуждающие конвекцию трубопроводы размещают в более низкой части проницаемого массива. В некоторых случаях трубы как таковые, используемые для теплопередачи, могут быть соединены с источником 134 тепла, вовлечены в рециркуляцию через него или получать тепло от него. Альтернативно или в сочетании с этим извлеченные газы могут быть сконденсированы с использованием конденсатора 140. Тепло, регенерированное в конденсаторе, необязательно может быть использовано для дополнительного нагревания проницаемого массива или для других производственных нужд.

Источник 134 тепла может выводить, усиливать, накапливать, создавать, объединять, разделять, передавать или включать тепло, выведенное из любого пригодного источника тепла, включающего, но не ограничивающегося таковыми, топливные элементы (например, твердооксидные топливные элементы, топливные элементы на основе расплавленного карбоната и тому подобные), солнечные батареи, ветровые источники энергии, нагреватели, сжигающие жидкие или газообразные углеводороды, геотермальные источники тепла, атомную электростанцию, работающую на угле тепловую электростанцию, теплоту радиочастотного излучения, волновую энергию, беспламенные горелки, горелки с естественной подачей или любую их комбинацию. В некоторых случаях могут быть использованы электрорезистивные нагреватели или другие нагреватели, хотя в особенности эффективными являются топливные элементы и основанные на горении нагреватели. В некоторых местах на поверхность могут выходить геотермальные воды в количествах, достаточных для нагревания проницаемого массива и направления в инфраструктуру.

В еще одном варианте исполнения во всем проницаемом массиве может быть распределен электропроводный материал, и через электропроводный материал может быть пропущен электрический ток, до- 13 026039 статочный для генерирования тепла. Электропроводный материал может включать, но не ограничивается таковыми, металлические куски или зерна, проводящий цемент, покрытые металлом частицы, металлокерамические композиты, проводящие полуметаллические карбиды, прокаленный нефтяной кокс, проволочную свивку, комбинации этих материалов и тому подобные. Электропроводный материал может быть предварительно примешанным, имея разнообразные размеры частиц, или материалы могут быть введены в проницаемый массив после формирования проницаемого массива.

Теплоту от источника 134 тепла могут переносить жидкости или газы, или, в еще одном варианте исполнения, при применении горелок для сжигания жидких или газообразных углеводородов, радиочастотных генераторов (микроволновых устройств) или топливных элементов, все они могут, но не обязательно должны, генерировать тепло непосредственно внутри объема секционированного накопительного резервуара 114 или 122. В одном варианте исполнения нагревание проницаемого массива может быть выполнено путем конвективного нагревания от сгорания углеводородов. Особенный интерес представляет сгорание углеводородов, производимое при стехиометрических условиях соотношения топлива и кислорода. Стехиометрические условия могут обеспечить возможность существенного повышения температур нагретого газа. Для стехиометрического горения может быть использован, но не обязательно необходим, источник чистого кислорода, который может быть получен известными способами, включающими, но не ограничивающимися таковыми, концентраторы кислорода, мембраны, электролиз и тому подобные. В некоторых вариантах исполнения кислород может быть получен из воздуха в стехиометрических соотношениях кислорода и водорода. Отходящие газы от горения могут быть направлены в ультравысокотемпературный теплообменник, например, из керамического или другого пригодного материала, имеющего рабочую температуру примерно выше 2500°Р (1371,11°С). Воздух, полученный из окружающей среды или рециркуляционный из других процессов, может быть нагрет с помощью ультравысокотемпературного теплообменника и затем направлен в накопительный резервуар для нагревания проницаемого массива. Отходящие газы после горения затем могут быть изолированы без необходимости дальнейшего разделения, то есть, ввиду того, что отходящие газы в основном состоят из диоксида углерода и воды,

Чтобы свести к минимуму потери тепла, могут быть минимизированы расстояния между камерой сгорания, теплообменником и накопительным резервуаром. Поэтому в одном конкретном подробном варианте исполнения к отдельным нагревательным трубопроводам или более мелким секциям трубопроводов могут быть присоединены передвижные топочные камеры. Передвижные топочные камеры или горелки могут по отдельности давать от около 100000 В1и (Британских тепловых единиц) (1055х 10⁵ Дж) до около 1000000 В1и (1055х10⁶ Дж), при достаточном количестве около 600000 В1и (бЗЗОх 10⁵ Дж) на трубу.

Альтернативно, внутри отсека может быть инициировано горение внутри изолированных отсеков в пределах первично сооруженной структуры, секционированной на отсеки. Для этого процесса частично сжигают углеводородсодержащий материал для получения тепла и внутреннего пиролиза. Нежелательные выбросы 144 в атмосферу могут быть поглощены и изолированы в пласте 108, будучи выведенными из герметичного отсека 114, 122 или источника 134 тепла и направленными в пробуренную скважину 142. Источник 134 тепла может также генерировать электрический ток и передавать, преобразовывать или питать с помощью линий 150 электропередачи. Жидкости или газы, извлеченные из обрабатывающей зоны 114 или 122 отсека накопительного резервуара, могут быть сохранены в близлежащем сборном баке 136 или внутри герметичного отсека 114 или 122. Например, непроницаемый слой 112 подстилающей породы может включать наклонный участок 110, который направляет жидкости к дренажной системе 133, откуда жидкости направляются в сборный бак.

Когда раздробленный материал 120 размещают вокруг труб 118, 124, 126 и 128, предполагаются разнообразные измерительные устройства или датчики 130 для отслеживания температуры, давления, текучих сред, газов, составов, скоростей нагревания, плотности и всех других параметров процесса в ходе экстракции внутри сформированного секционированного на отсеки накопительного резервуара 100, вокруг него или под ним. Такие устройства и датчики 130 для мониторинга могут быть распределены в любом месте внутри, вокруг, в части, в соединении или на верхней части размещенных трубопроводов 118, 124, 126 и 128, или на вершине раздробленного материала 120, покрытыми им или погруженными в него, или в непроницаемой барьерной зоне 112.

Когда размещенный раздробленный материал 120 заполняет обрабатывающую зону 114 или 122 отсека, материал 120 становится опорой для потолка из непроницаемой барьерной зоны 138, сформированной из покрывающей породы, и стеновой барьерной конструкции 170, которая может включать любую комбинацию непроницаемости и сформированного барьера для текучей среды и газа, или сооруженную герметичную конструкцию, включающую таковые, которые могут составлять 112, включая, но не ограничиваясь таковыми, глину 162, утрамбованную насыпь или привозной материал 164, содержащий цемент или огнеупорный цемент материал 166, синтетическую геомембрану, облицовку или изоляцию 168. Над слоем 138 может быть размещена потолочная насыпь 116 из покрывающей породы для создания литостатического давления на герметизированные обрабатывающие зоны 114 или 122. Покрытие прони- 14 026039 цаемого массива уплотненной насыпью, достаточной для создания увеличенного литостатического давления внутри проницаемого массива, может быть полезным для дальнейшего повышения качества углеводородного продукта. Крыша из уплотненной насыпи может, по существу, закрывать проницаемый массив, тогда как проницаемый массив, в свою очередь, может, по существу, поддерживать крышу из уплотненной насыпи. Далее, крыша из уплотненной насыпи может быть, по существу, непроницаемой для удаляемого углеводорода, или же дополнительный слой материала с контролируемой проницаемостью может быть добавлен подобным образом, как боковые стенки и/или подстилающая порода. Дополнительное давление может быть создано в герметизированной обрабатывающей зоне 114 или 122 для экстракции путем увеличения количества любого газа или текучей среды, однажды извлеченных, обработанных или рециркулирующих, каковой случай может иметь место, через любую из труб 118, 124, 126 или 128. Все имеющие к этому отношение измерения, степени оптимизации, скорости подачи, уровни экстракции, температуры, скорости нагревания, величины расхода потоков, уровни давления, показания производительности, химические составы или другие данные, касающиеся процесса нагревания, экстракции, стабилизации, изоляции, накопления, модификации, очистки или анализа структуры внутри герметизированного накопительного резервуара 100, предполагаются контролируемыми путем соединения с компьютерным устройством 132, которое действует согласно компьютерной программе для управления, расчетов и оптимизации всего процесса в целом. Кроме того, керновое бурение, анализ геологических ресурсов и аналитическое моделирование пласта до взрывных работ, добычи и транспортировки (или в любой момент до, после или во время таких операций), могут служить в качестве входных данных, вводимых в управляемые компьютером механизмы, которые действуют по программе для определения оптимальных местоположений, размеров, объемов и компоновок, калиброванных и взаимосвязанных с желательным уровнем производительности, значениями давления, температуры, скорости подведения тепла, весовыми процентными долями газа, составами вводимого газа, величинами теплоемкости, проницаемости, пористости, химическим и минеральным составом, уплотнением, плотностью. Такие анализ и определения могут включать прочие факторы, типа погодных факторов, таких как температура и влажность воздуха, влияющих на общую производительность сооруженной инфраструктуры. В качестве входных данных могут быть использованы другие сведения, такие как влагосодержание, степень обогащения углеводородами, вес, размер частиц и минеральный и геологический состав, в том числе массивы данных о временной стоимости денег, обусловливающие проектное движение ликвидности, затраты на обслуживание долга и внутренние нормы доходности.

Фиг. 2А показывает совокупность накопительных резервуаров, включающую непокрытый или незасыпанный секционный накопительный резервуар 100, содержащий секционированные герметичные накопительные резервуары 122 внутри открытой разработки 200 с разнообразными подъемными механизмами в уступной выемке. Фиг. 2В иллюстрирует одиночный накопительный резервуар 122 без связанных с ним трубопроводов и прочих аспектов только ради ясности. Этот накопительный резервуар может быть подобным таковому, иллюстрированному в фиг. 1, или иметь любую другую конфигурацию. В некоторых вариантах исполнения представляется, что добытый раздробленный материал может быть перенесен вниз по желобу 230 или транспортерами 232 в карьерные секционные накопительные резервуары 100 и 122 без какой-либо необходимости в карьерных грузовиках.

Фиг. 3 показывает сформированные барьеры 112 проницаемости, расположенные ниже герметичного накопительного резервуара 100, опирающегося на существующий уровень 106 пласта 108, с материалом покрывающей породы или насыпи 302 на сторонах и вершине герметичного накопительного резервуара 100 для окончательного (после проведения процесса) укрытия и рекультивации новой поверхности 300 земли. Местные растения, которые могли быть временно перенесены из зоны, могут быть высажены вновь, например, деревья 306. Сооруженные инфраструктуры в общем могут представлять собой конструкции однократного применения, которые могут быть легко и надежно выведены из эксплуатации с минимальной дополнительной рекультивацией. Это может резко сократить расходы, связанные с перемещением больших объемов израсходованных материалов. Однако при некоторых обстоятельствах сооруженные инфраструктуры могут быть раскопаны и использованы вновь. Некоторое оборудование, такое как радиочастотные (КТ) установки, волноводы, устройства и эмиттеры, может быть изъято из сооруженного накопительного резервуара по завершении извлечения углеводородов.

Фиг. 4 показывает компьютерное устройство 130, контролирующее разнообразные входные и выходные данные о параметрах трубопроводов 118, 126 или 128, соединенных с источником 134 тепла во время процесса в ряду подразделенных на отсеки накопительных резервуаров 122 внутри обобщенного накопительного резервуара 100, для контроля нагревания проницаемого массива. Подобным образом жидкость или пар, собранные из накопительных резервуаров, могут быть проконтролированы и собраны в бак 136 или конденсатор 140 соответственно. Сконденсированные жидкости из конденсатора могут быть собраны в бак 141, тогда как неконденсируемые пары собирают в блоке 143. Как описано ранее, жидкие и парообразные продукты могут быть объединены или, что чаще имеет место, оставлены как отдельные продукты, в зависимости от способности к конденсации, целевого назначения продукта и тому подобного. Часть парообразного продукта необязательно может быть сконденсирована и объединена с жидкими продуктами в цистерне 136. Однако основная часть парообразного продукта будет представ- 15 026039 лять собой газообразные углеводороды с числом атомов углерода от 4 и менее, которые могут быть сожжены, проданы или использованы в пределах процесса. Например, газообразный водород может быть извлечен с использованием общепринятой технологии разделения газов и применен для гидрирования жидких продуктов соответственно общеупотребительным методам повышения качества, например, каталитическим и т.д., или неконденсируемый газообразный продукт может быть сожжен для производства тепла, употребляемого для нагревания проницаемого массива, нагревания соседнего или близлежащего накопительного резервуара, отопления площадки для технического обслуживания или помещений для персонала, или удовлетворения прочих потребностей процесса в теплоте. Сооруженная инфраструктура может включать термопары, манометры, расходомеры, датчики распределения текучих сред, датчики содержания целевого компонента и любые другие общеупотребительные устройства для контроля процесса, распределенные по всей сооруженной инфраструктуре. Эти устройства могут быть функционально связаны с компьютером так, что скорости нагревания, величины расхода потоков продуктов и давления могут быть отслежены или изменены во время нагревания проницаемого массива. Необязательно может быть выполнено перемешивание на месте с использованием, например, ультразвуковых генераторов, которые соединены с проницаемым массивом. Такое перемешивание может облегчить выделение и пиролиз углеводородов из нижележащих твердых материалов, с которыми они связаны. Кроме того, достаточное перемешивание может сократить закупорку и агломерацию во всем объеме проницаемого массива и в трубопроводах.

Фиг. 5 показывает, как любой из трубопроводов может быть использован для переноса теплоты в любой форме с газом, жидкостью, или теплом через передающее устройство 510, от любого секционированного герметичного накопительного резервуара к другому таковому. Затем охлажденная текучая среда может быть транспортирована через теплопередающее устройство 512 в тепловыделяющий отсек 500 или источник 134 тепла для поглощения дополнительной порции тепла из отсека 500 с обратной рециркуляцией в отсек 522 назначения. Таким образом, разнообразные трубопроводы могут быть использованы для переноса теплоты из одного накопительного резервуара в другой, чтобы рекуперировать тепло и управлять расходованием энергии для сведения к минимуму потерь энергии.

В еще одном дополнительном аспекте в проницаемый массив во время стадии нагревания может быть введен водорододонорный реагент. Реагент в качестве донора водорода может иметь любой состав, который способен гидрировать углеводороды и, необязательно, может действовать как восстановитель. Неограничивающие примеры пригодных водорододонорных реагентов могут включать синтетический газ, пропан, метан, водород, природный газ, конденсат природного газа, промышленные растворители, такие как ацетоны, толуолы, бензолы, ксилолы, кумолы, циклопентаны, циклогексаны, низшие алкены (С4-С10), терпены, замещенные производные этих растворителей и т.д., и тому подобные. Кроме того, извлеченные углеводороды могут быть подвергнуты гидрообработке либо внутри проницаемого массива, либо впоследствии, для сбора. Преимущественно водород, отделенный от газообразных продуктов, может быть вновь введен в жидкий продукт для модифицирования. Как бы то ни было, гидрообработка или гидродесульфуризация могут быть весьма полезными для сокращения содержания азота и серы в конечных углеводородных продуктах. Необязательно, для облегчения таких реакций могут быть введены катализаторы. В дополнение, введение легких углеводородов в проницаемый массив может иметь результатом реакции риформинга, которые снижают молекулярную массу, в то же время повышая отношение водорода к углероду. Это является в особенности преимущественным, по меньшей мере отчасти, благодаря высокой проницаемости проницаемого массива, например, часто с примерно 30-40%-ным свободным поровым объемом, хотя поровый объем в общем может варьировать от около 10% до около 50% порового объема. Легкие углеводороды, которые могут быть введены, могут быть любыми, которые обеспечивают риформинг извлеченных углеводородов. Неограничивающие примеры пригодных легких углеводородов включают природный газ, конденсаты природного газа, промышленные растворители, водорододонорные реагенты и прочие углеводороды, имеющие десять или меньше атомов углерода, и часто пять или менее атомов углерода. В настоящее время природный газ является эффективным, удобным и имеющимся в изобилии легким углеводородом. Как упомянуто ранее, разнообразные растворители или другие добавки также могут быть внесены для способствования экстракции углеводородных продуктов из битуминозного сланца и часто могут также повысить текучесть.

Легкий углеводород может быть введен в проницаемый массив подачей его через питающий трубопровод, имеющий открытый конец, сообщающийся по текучей среде с нижней частью проницаемого массива так, что легкие углеводороды (которые при нормальных эксплуатационных условиях являются газообразными) проникают внутрь проницаемого массива. Альтернативно, тот же подход может быть применен к извлеченным углеводородам, которые сначала подают в пустой накопительный резервуар. Этим путем накопительный резервуар может действовать как сборный бак для продуктов, непосредственно добытых в близлежащем накопительном резервуаре, и как реактор для риформинга и повышения качества. В этом варианте исполнения накопительный резервуар может быть по меньшей мере частично заполнен жидким продуктом, где газообразный легкий углеводород пропускают через жидкие углеводородные продукты, обеспечивая контакт с ними при температурах и условиях, достаточных для инициирования риформинга в соответствии с общеизвестными процессами. 3 жидкий продукт внутри накопи- 16 026039 тельного резервуара также могут быть введены необязательные катализаторы риформинга, которые включают такие металлы, как палладий (РД), никель (Νί) или прочие пригодные каталитически активные металлы. Добавление катализаторов может служить для снижения и/или корректирования температуры риформинга и/или давления для конкретных жидких продуктов. Кроме того, накопительные резервуары могут быть без труда сформированы почти с любой глубиной. Так, оптимальные давления реакции риформинга (или давления экстракции, когда глубина накопительного резервуара используется как средство контроля давления для извлечения из проницаемого массива) могут быть спроектированы на основе гидростатического давления, создаваемого массой жидкости в накопительном резервуаре и зависящего от высоты накопительного резервуара, то есть Р = р§Ь. В дополнение, давление может значительно варьировать по высоте накопительного резервуара в достаточной мере, чтобы создавать многочисленные зоны риформинга и точно соответствующие этому давления. В общем, давления внутри проницаемого массива могут быть достаточными для того, чтобы обеспечить возможность извлечения только жидких продуктов, хотя некоторые небольшие объемы паров могут образовываться в зависимости от конкретного состава проницаемого массива. В качестве общей методической рекомендации, давления могут варьировать в диапазоне от около 5 атм (0,5065 МПа) до около 50 атм (5,065 МПа), хотя в особенности благоприятными могут быть давления от около 6 атм (0,6078 МПа) до около 20 атм (2,026 МПа). Однако может быть использовано любое давление выше, чем примерно атмосферное.

В одном варианте исполнения извлеченная сырая нефть имеет тонкодисперсные частицы, осаждающиеся внутри секционированных отсеков. Извлеченные текучие среды и газы могут быть обработаны для удаления тонкодисперсных частиц и частиц пыли. Отделение тонкодисперсных частиц от битуминозного сланца может быть выполнено такими способами, но не ограничивающимися таковыми, как горячая фильтрация газа, осаждение и рециркуляция тяжелой нефти.

Углеводородные продукты, извлеченные из проницаемого массива, могут быть далее переработаны (например, очищены) или использованы как есть. Любые конденсируемые газообразные продукты могут быть сконденсированы охлаждением и собраны, тогда как неконденсируемые газы могут быть собраны, сожжены в качестве топлива, вновь введены в процесс или утилизированы иным путем или ликвидированы. Необязательно, для сбора газов может быть применено мобильное оборудование. Эти установки могут быть без труда размещены поблизости от контролируемой инфраструктуры, и газообразные продукты направлены в них по подходящим трубопроводам из верхней части контролируемой инфраструктуры.

В еще одном дополнительном варианте исполнения вслед за первичным извлечением углеводородных материалов из проницаемого массива может быть утилизировано тепло внутри него. Например, в проницаемом массиве сохраняется большое количество тепла. В одном необязательном варианте исполнения проницаемый массив может быть промыт текучей средой, служащей в качестве теплоносителя, такой как вода, с образованием нагретой текучей среды, например, нагретой воды и/или водяного пара. В то же время этот процесс может облегчить удаление некоторых остаточных углеводородных продуктов благодаря физическому промыванию отработанных твердых глинистых сланцев. В некоторых случаях введение воды и присутствие водяного пара может иметь результатом побочные реакции образования водяного газа и формирования синтез-газа. Водяной пар, выведенный из этого процесса, может быть использован для приведения в действие генератора, направлен в еще одну близлежащую инфраструктуру или применен иным образом. Углеводороды и/или синтез-газ могут быть отделены от водяного пара или нагретой текучей среды общеизвестными способами.

Хотя способы и инфраструктура позволяют улучшить проницаемость и контроль эксплуатационных условий, в проницаемом массиве часто остаются существенные количества неизвлеченных углеводородов, драгоценных металлов, минералов, бикарбоната натрия или других промышленно ценных материалов. Поэтому в проницаемый массив может быть впрыснут или введен селективный растворитель. Типично это может быть сделано после сбора углеводородов, хотя определенные селективные растворители могут быть преимущественно использованы до нагревания и/или извлечения. Это может быть выполнено с использованием одного или более существующих трубопроводов или прямым введением и просачиванием через проницаемый массив. Селективный растворитель или фильтрат может быть выбран как растворитель для одного или более целевых материалов, например, минералов, драгоценных металлов, тяжелых металлов, углеводородов или бикарбоната натрия. В одном конкретном варианте исполнения в качестве промывного средства для проницаемого массива может быть использован водяной пар или диоксид углерода, чтобы вытеснить по меньшей мере часть любых остаточных углеводородов. Это может быть полезным не только для удаления потенциально ценных вторичных продуктов, но и для очистки остаточных отработанных материалов от следовых количеств тяжелого металла или неорганических веществ до уровня ниже детектируемого значения, чтобы соответствовать законодательным стандартам или предотвратить непреднамеренную утечку материалов в будущем.

Более конкретно, разнообразные стадии извлечения могут быть использованы либо до, либо после нагревания проницаемого массива, для извлечения тяжелых металлов, драгоценных металлов, следовых количеств металлов или прочих материалов, которые либо имеют экономическую ценность, либо могут создавать нежелательные проблемы во время нагревания проницаемого массива. Как правило, такое из- 17 026039 влечение материалов может быть выполнено до термической обработки проницаемого массива. Стадии извлечения могут включать, но никоим образом не ограничиваются таковыми, добычу растворением, выщелачивание, экстракцию растворителями, осаждение, кислотную обработку (например, соляной кислотой, галогенангидридами кислот и т.д.), флотацию, обработку ионообменными смолами, гальваностегию или тому подобные. Например, тяжелые металлы, боксит или алюминий и ртуть могут быть удалены промыванием проницаемого массива подходящим растворителем и рециркуляцией полученного экстракта через надлежащим образом подобранные ионообменные смолы (например, в виде зерен, мембран и т.д.).

Подобно этому для дальнейшего повышения качества, экстрагирования ценных металлов и приведения отработанного материала к экологически приемлемым стандартам могут быть выполнены биоэкстракция, биовыщелачивание, биоизвлечение или биологическая очистка углеводородного материала, отработанных материалов или драгоценных металлов. В таких операциях биоэкстракции трубопроводы могут быть использованы для введения катализирующих газов в качестве прекурсоров, которые помогают стимулировать биологические реакции и рост. Такие микроорганизмы и ферменты могут биохимически окислять рудную массу или материал или целлюлозный или другой материал биомассы путем биологического окисления перед экстракцией руды растворителем. Например, перфорированная труба или другой механизм могут быть применены для введения в проницаемый массив легкого углеводорода (например, метана, этана, пропана или бутана), достаточного для стимулирования роста и действия нативных бактерий. Бактерии могут быть нативными или введенными, и могут расти в аэробных или анаэробных условиях. Такие бактерии могут выделять металлы из проницаемого массива, которые затем могут быть извлечены промыванием с помощью подходящего растворителя или иными пригодными способами извлечения. Выделенные металлы затем могут быть осаждены с использованием традиционных способов.

Из проницаемого массива во время стадии нагревания может быть также извлечен синтез-газ. Разнообразные стадии получения газа могут быть реализованы способами, в которых повышают или снижают рабочие температуры внутри замкнутого объема и корректируют прочие вводимые в накопительный резервуар компоненты для получения синтетических газов, которые могут включать, но не ограничиваются таковыми, монооксид углерода, водород, сероводород, углеводороды, аммиак, воду, азот или разнообразные комбинации их. В одном варианте исполнения температуру и давление можно контролировать внутри проницаемого массива для снижения выбросов СО₂ при извлечении синтетических газов.

Углеводородный продукт, извлеченный из сооруженных инфраструктур, наиболее часто может быть далее переработан, например, путем повышения качества гидрированием, очистки и т.д. Сера при переработке путем гидрирования и очистки может быть изолирована в разнообразных специальных отсеках для серы внутри более крупного структурированного отсека накопительного резервуара. Специальные отсеки для серы могут представлять собой отработанные сооруженные инфраструктуры или предназначенные для цели хранения и изоляции после десульфуризации.

Подобным образом отработанный углеводородсодержащий материал, остающийся в сооруженной инфраструктуре, может быть утилизирован в производстве цемента и многочисленных продуктах для употребления в строительстве или укрепления самой инфраструктуры или для формирования соседних сооруженных инфраструктур. Такие цементные продукты, изготовленные из отработанных глинистых сланцев, могут включать, но не ограничиваются таковыми, смеси с портландцементом, солью кальция, вулканическим пеплом, перлитом, синтетическим наноуглеродом, песком, стекловолокном, толченым стеклом, асфальтом, гудроном, полимерными связующими средствами, целлюлозными растительными волокнами и тому подобными.

В еще одном дополнительном варианте исполнения в любую конфигурацию или компоновку внутри сооруженной инфраструктуры могут быть включены трубопроводы для введения, мониторинга и выведения продуктов или выпускные каналы для экстрактов. Для отслеживания нежелательной миграции текучей среды и влаги вне границ отсека и сооруженной инфраструктуры могут быть использованы скважины для мониторинга и сооруженные слои из геомембран под построенным герметичным отсеком или снаружи него.

Хотя заполненная и подготовленная сооруженная инфраструктура часто может быть немедленно нагрета для извлечения углеводородов, это не требуется. Например, сооруженная инфраструктура, которая построена и заполнена добытым углеводородсодержащим материалом, может быть оставлена на месте в качестве достоверного запаса. Такие конструкции менее чувствительны к взрыву или повреждению в результате террористических действий и могут также составить стратегические резервы необработанных нефтяных продуктов с классифицированными и известными свойствами, так что экономическая ценность может быть повышена и более предсказуема. Долговременное хранение нефти часто сталкивается с проблемами ухудшения качества с течением времени. Таким образом, эти подходы необязательно могут быть использованы для долгосрочного обеспечения качества и хранения без необходимости заботиться об утрате или разложении углеводородных продуктов.

В еще одном дополнительном аспекте высококачественный жидкий продукт может быть смешан с более вязкими низкосортными углеводородными продуктами (например, с более низким показателем

- 18 026039

ΑΡΙ). Например, керогенное масло, полученное из накопительных резервуаров, может быть смешано с битумом с образованием смесевой нефти. Битум обычно нетранспортабелен по протяженным трубопроводам при общепринятых и допустимых стандартах для трубопроводов и может иметь вязкость, существенно превышающую вязкость керогенного масла, и величину ΑΡΙ, значительно более низкую, чем значение для последнего. При смешении керогенного масла и битума смесевая нефть может стать транспортабельной без употребления дополнительных разбавителей или прочих модификаторов вязкости или показателя ΑΡΙ. В результате смесевую нефть можно прокачивать по трубопроводу без необходимости дополнительных обработок для удаления разбавителя или возвращения таких разбавителей по вторичному трубопроводу. Традиционно битум комбинируют с таким разбавителем, как конденсат природного газа или другие жидкости с низкой молекулярной массой, чтобы обеспечить возможность прокачивания к отдаленному месту. Разбавитель удаляют и возвращают по вторичному трубопроводу обратно к источнику битума. Эти подходы позволяют избавиться от удаления разбавителя и одновременно повышают качество битума.

Хотя описанные способы и системы являются зависимыми от условий добычи, они не ограничиваются или не усложняются традиционными наземными (ех-8Йи, внешними) способами сухой перегонки. Это подход превосходит достоинства поверхностной сухой перегонки тем, что обеспечивает лучший контроль процесса в отношении температуры, давления, скоростей впрыска, составов текучих сред и газа, качества продукта и лучшей проницаемости благодаря обработке и нагреванию добытого штыба. Эти преимущества являются явными, тогда как большинство построенных наземных установок для сукой перегонки по-прежнему не в состоянии разрешить проблемы, связанные с объемами, обращением и масштабированием.

Другие усовершенствования, которые могут быть реализованы, касаются защиты окружающей среды. Общеупотребительные наземные установки для сухой перегонки имели проблемы с израсходованным глинистым сланцем после того, как он был добыт и прошел через наземную установку для сухой перегонки. Израсходованный глинистый сланец, который был термически изменен, требует специального обращения для утилизации и изоляции от поверхностных дренажных бассейнов и подземных водоносных горизонтов. Эти способы и системы разрешают проблемы утилизации и сухой перегонки в уникальном комбинированном варианте. Что касается выбросов в атмосферу, которые также составляют серьезную проблему, типичную для предшествующих способов наземной сухой перегонки, этот подход, благодаря его огромной вместимости и высокой проницаемости, может обеспечивать более длительные времена пребывания при нагревании, и поэтому более низкие температуры. Одно преимущество более низких температур в процессе извлечения состоит в том, что образование диоксида углерода вследствие разложения карбонатов в руде битуминозного сланца может быть в значительной мере ограничено, тем самым резко снижая выбросы СО₂ и загрязнителей атмосферы.

Должно быть понятно, что вышеуказанные компоновки являются иллюстративными для реализации принципов настоящего изобретения. Таким образом, в то время как настоящее изобретение было описано выше с привлечением примерных вариантов осуществления изобретения, квалифицированным специалистам в этой области технологии будет очевидно, что множество модификаций и альтернативных компоновок может быть сделано без выхода за пределы принципов и концепций изобретения, как изложенных в пунктах патентной формулы.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения углеводородов из углеводородсодержащих материалов, включающий стадии, в которых:

а) формируют инфраструктуру, образующую замкнутый объем;

В) вводят раздробленный углеводородсодержащий материал в указанную инфраструктуру с образованием проницаемого массива из углеводородсодержащего материала, обладающего достаточной проводимостью для обеспечения нагревания проницаемого массива посредством конвекции;

с) нагревают текучую среду внутри проницаемого массива углеводородсодержащего материала так, что её пары протекают вверх, а охлаждённая текучая среда стекает вниз, по существу через весь объем, занятый проницаемым массивом углеводородсодержащего материала, при этом нагрев осуществляют с помощью по меньшей мере одного возбуждающего конвекцию трубопровода, размещенного в нижней части проницаемого массива; и

ά) собирают удаленные углеводороды.
2. Способ по п.1, в котором возбуждающий конвекцию трубопровод располагают внутри проницаемого массива.
3. Способ по п.1, в котором возбуждающий конвекцию трубопровод размещают горизонтально.
4. Способ по п.1, в котором возбуждающий конвекцию трубопровод сообщается по текучей среде с источником тепла и дополнительно включает стадию, в которой нагревательная текучая среда циркулирует в замкнутом контуре через возбуждающий конвекцию трубопровод.
5. Способ по п.1, в котором на стадии нагрева текучей среды внутри проницаемого массива углево- 19 026039 дородсодержащего материала нагревают проницаемый массив равномерно и в пределах температурного диапазона, достаточного для того, чтобы, по существу, избежать образования диоксида углерода или неуглеводородных стоков.
6. Способ по п.1, в котором возбуждающий конвекцию трубопровод подводит количество теплоты, достаточное для повышения температуры зоны первичного нагревания до уровня выше чем 200°Р (93,33°С), причём указанная зона первичного нагревания составляет по меньшей мере около 80% от общего замкнутого объема.
7. Способ по п.1, в котором инфраструктуру формируют в непосредственном контакте со стенками выкопанной залежи углеводородсодержащего материала.
8. Способ по п.1, в котором инфраструктура является свободно стоящей.
9. Способ по п.1, в котором углеводородсодержащий материал включает битуминозный сланец, битуминозные пески, каменный уголь, бурый уголь, битум, торф или их комбинации.
10. Способ по п.1, в котором стадия нагрева текучей среды внутри проницаемого массива углеводородсодержащего материала включает введение нагретых газов в контролируемую инфраструктуру, чтобы проницаемый массив первоначально нагревался путем конвекции по мере прохождения потока нагретых газов через проницаемый массив.