EA040627B1 - PROCESS FOR DECOMPOSITION OF HYDROCARBON GAS IN THE RESERVOIR TO PRODUCE HYDROGEN WITHOUT GREENHOUSE GAS EMISSIONS - Google Patents

PROCESS FOR DECOMPOSITION OF HYDROCARBON GAS IN THE RESERVOIR TO PRODUCE HYDROGEN WITHOUT GREENHOUSE GAS EMISSIONS Download PDF

Info

Publication number
EA040627B1
EA040627B1 EA202091658 EA040627B1 EA 040627 B1 EA040627 B1 EA 040627B1 EA 202091658 EA202091658 EA 202091658 EA 040627 B1 EA040627 B1 EA 040627B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
well
hydrogen
carbon
fractures
downhole
Prior art date
Application number
EA202091658
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Леонид Михайлович Сургучев
Елизавета Леонидовна Сургучева
Анна Леонидовна Сургучева
Original Assignee
Анна Леонидовна Сургучева
Леонид Михайлович Сургучев
Елизавета Леонидовна Сургучева
Filing date
Publication date
Application filed by Анна Леонидовна Сургучева, Леонид Михайлович Сургучев, Елизавета Леонидовна Сургучева filed Critical Анна Леонидовна Сургучева
Publication of EA040627B1 publication Critical patent/EA040627B1/en

Links

Description

Область изобретенияField of invention

Настоящее изобретение относится к процессу разложения углеводородного газа в пласте и производству водорода. Горизонтальные и наклонные скважины с многоступенчатым гидроразрывом пласта с наполнителями, оборудованные забойными скважинными тракторами, используются для добычи водорода с применением электромагнитного микроволнового прогрева, плазменного пиролиза и каталитического крекинга углеводородов.The present invention relates to a process for the decomposition of hydrocarbon gas in a reservoir and the production of hydrogen. Horizontal and deviated wells with multi-stage hydraulic fracturing with fillers equipped with downhole tractors are used for hydrogen production using electromagnetic microwave heating, plasma pyrolysis and catalytic cracking of hydrocarbons.

ВступлениеIntroduction

Значительные запасы природного газа в мире накапливаются залегают в низкопроницаемых пластах, сланцевых, истощенных некоммерческих газовых месторождениях.Significant natural gas reserves in the world accumulate in tight reservoirs, shale, depleted non-commercial gas fields.

Процесс разложения углеводородного газа на водород и углерод в пласте открывает доступ к огромному источнику чистой энергии. Разложение природного газа при высокой температуре позволяет получать водород без образования и выбросов парниковых газов.The process of decomposition of hydrocarbon gas into hydrogen and carbon in the reservoir opens up access to a huge source of clean energy. Decomposition of natural gas at high temperature makes it possible to obtain hydrogen without the formation and emission of greenhouse gases.

Крекинг метана при температуре выше 1000°С является эндотермической реакциейCracking of methane at temperatures above 1000°C is an endothermic reaction

СН4 -» С + 2Н2 ΔΗ = +75 kJ/molCH 4 - "C + 2H 2 ΔΗ \u003d +75 kJ / mol

В присутствии катализаторов реакции крекинга могут протекать при более низких температурах, в диапазоне 500-600°С.In the presence of catalysts, cracking reactions can proceed at lower temperatures, in the range of 500-600°C.

Микроволновый нагрев происходит под воздействием электромагнитных волн и за счет теплообмена. Микроволны представляют собой неионизирующее электромагнитное излучение с длиной волны 1 мм - 1 м и частотой 300 МГц - 3000 ГГц. Колебание электрических и магнитных полей распространяется в виде электромагнитного излучения. Молекулы воды и многих других веществ являются электрическими диполями. У них есть частичный положительный заряд на одном конце и частичный отрицательный заряд на другом. Переменное изменяющееся во времени электромагнитное поле микроволн вызывает вращение и колебание дипольных молекул, чтобы выровняться соответствующим образом. Вращающиеся молекулы ударяют о другие молекулы и приводят их в движение, межмолекулярное трение таким образом рассеивает энергию, повышают температуру в твердых телах и жидкостях. Материалы, подверженные воздействию электромагнитного излучения, нагреваются.Microwave heating occurs under the influence of electromagnetic waves and due to heat transfer. Microwaves are non-ionizing electromagnetic radiation with a wavelength of 1 mm - 1 m and a frequency of 300 MHz - 3000 GHz. Fluctuations in electric and magnetic fields propagate in the form of electromagnetic radiation. Molecules of water and many other substances are electric dipoles. They have a partial positive charge on one end and a partial negative charge on the other. The time-varying electromagnetic field of the microwaves causes the dipole molecules to rotate and oscillate to align themselves accordingly. Rotating molecules hit other molecules and set them in motion, intermolecular friction thus dissipates energy, increases the temperature in solids and liquids. Materials exposed to electromagnetic radiation heat up.

Уравнения Максвелла описывают как электрические и магнитные поля и их связь с электрическими зарядами, токами и изменениями полей. Закон индукции Фарадея и закон Ампера с расширением Максвелла:Maxwell's equations describe both electric and magnetic fields and their relationship to electric charges, currents, and field changes. Faraday's law of induction and Ampère's law with Maxwell's extension:

VxE = -dB/dtVxE = -dB/dt

V х Н = - dD /dt + J где Е - напряженность электрического поля, В/м;V x H \u003d - dD / dt + J where E is the electric field strength, V / m;

В - плотность магнитного потока, также называемая магнитной индукцией, Тл или В/м2.B - magnetic flux density, also called magnetic induction, T or V / m 2 .

Н - напряженность магнитного поля, А/ м;H - magnetic field strength, A/m;

D - электрическая индукция, Кл/м2;D - electrical induction, C/m 2 ;

J - плотность электрического тока, А/ м2.J - electric current density, A / m 2 .

Диэлектрические свойства материалов обычно выражаются с использованием относительной диэлектрической проницаемости ε0εΓ.The dielectric properties of materials are usually expressed using the relative permittivity ε 0 ε Γ .

D = ЕоЕг Е где ε0 - абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума или диэлектрическая константа, εΓ - относительная диэлектрическая проницаемость.D \u003d EoEg E where ε 0 is the absolute permittivity of vacuum or the dielectric constant, ε Γ is the relative permittivity.

Микроволновая энергия ослабевает при распространении через диэлектрический материал. Поглощаемая микроволновая энергия обеспечивает электромагнитный нагрев насыщенных пластовых пород, что позволяет достичь необходимых температурных условий для пиролиза углеводородов и разложения метана.Microwave energy is attenuated as it propagates through a dielectric material. The absorbed microwave energy provides electromagnetic heating of saturated reservoir rocks, which makes it possible to achieve the necessary temperature conditions for the pyrolysis of hydrocarbons and the decomposition of methane.

ИзобретениеInvention

Данное изобретение относится к способу получения водорода в месторождениях углеводородов за счет разложения метана в процессе плазменного пиролиза и каталитического крекинга в пласте в результате микроволнового электромагнитного воздействия с использованием горизонтальных и наклонных скважин с многоступенчатым гидроразрывом пласта с наполнителями.This invention relates to a method for producing hydrogen in hydrocarbon deposits due to the decomposition of methane in the process of plasma pyrolysis and catalytic cracking in the reservoir as a result of microwave electromagnetic exposure using horizontal and inclined wells with multi-stage hydraulic fracturing with fillers.

На месторождении природного газа 1 пробурена горизонтальная или наклонная скважина 2 и вертикальная добывающая скважина 3 (фиг. 1). Мобильный электромагнитный микроволновый генератор 4 установлен на устье скважины 2. Кабельные линии 5 установлены в скважине для направления микроволнового излучения в пласт через антенны-волноводы 6 в горизонтальной секции скважины 2. В скважине также могут быть установлены микроволновые генерационные трубки или троны. Температура в зоне, содержащей углеводородный газ, повышается, когда микроволновая энергия адсорбируется при диэлектрическом нагреве. Реакции пиролиза метана происходят в призабойной зоне скважины в горизонтальном участке скважины 2, нагретой в процессе электромагнитного облучения. Скважина 2 может представлять собой горизонтальную скважину с многоступенчатым гидроразрывом пласта с наполнителем оснащенную забойными скважинными тракторами для перемещения антенны электромагнитных волноводов вдоль горизонтального ствола скважины. Скважинные тракторы, как правило, представляютA horizontal or deviated well 2 and a vertical production well 3 were drilled in a natural gas field 1 (FIG. 1). A mobile electromagnetic microwave generator 4 is installed at the wellhead 2. Cable lines 5 are installed in the well to direct microwave radiation into the formation through waveguide antennas 6 in the horizontal section of the well 2. Microwave generation tubes or thrones can also be installed in the well. The temperature in the zone containing the hydrocarbon gas rises when the microwave energy is adsorbed by dielectric heating. Methane pyrolysis reactions occur in the bottomhole zone of the well in the horizontal section of well 2, which is heated in the process of electromagnetic irradiation. Well 2 may be a horizontal well with multistage hydraulic fracturing with filler equipped with downhole tractors to move the electromagnetic waveguide antenna along the horizontal wellbore. Downhole tractors are usually

--

Claims (3)

часть компоновки забойного оборудования и размещаются в скважине стандартными спускоподъемными операциями.part of the downhole equipment assembly and are placed in the well by standard tripping operations. Частицы металлического катализатора могут быть закачены в трещины вместе с проппантом, чтобы обеспечить протекание реакций каталитического крекинга разложения метана на водород 7 и углерод 8, происходящий при более низких температурах (500-600°С). Произведенный твердый углерод 8 будет накапливается в призабойной зоне, трещинах и в горизонтальном стволе скважины.Metal catalyst particles can be pumped into fractures along with proppant to allow catalytic cracking reactions to decompose methane into hydrogen 7 and carbon 8 at lower temperatures (500-600°C). The produced solid carbon 8 will accumulate in the bottomhole zone, fractures and in the horizontal wellbore. Линии электропередачи 9 (Е-линии) используются для передачи электроэнергии и электромагнитных волн к компоновке оборудования на забое скважины в скважине 2 (фиг. 2). Компоновка оборудования в горизонтальной секции скважины включает волноводные антенны 10, скважинный забойный трактор 11, компенсатор и устройство аварийного разъединении 12, электродвигатель 13 привода скважинного трактора.Power lines 9 (E-lines) are used to transmit electricity and electromagnetic waves to the downhole assembly in well 2 (FIG. 2). The layout of the equipment in the horizontal section of the well includes waveguide antennas 10, a downhole downhole tractor 11, a compensator and an emergency disconnect device 12, an electric motor 13 for driving a downhole tractor. Трещины 14 в скважине могут быть заполнены проппантом и металлическими частицами катализатора. Частицы никеля или никель в сочетании с алюминием могут быть использованы в качестве активных катализаторов в процессе каталитического крекинга метана в трещинах и в призабойной зоне скважины. Кобальт и железо также могут быть использованы в качестве катализатора каталитического крекинга метана.The fractures 14 in the well may be filled with proppant and catalyst metal particles. Nickel particles or nickel in combination with aluminum can be used as active catalysts in the process of catalytic cracking of methane in fractures and in the bottomhole zone of a well. Cobalt and iron can also be used as a catalyst for the catalytic cracking of methane. Процесс плазменного пиролиза с образованием водорода 7 и углерода 8 происходит в области волноводных антенн в трещинах, призабойной зоне и в стволе скважины. Образующийся твердый углерод будет постепенно заполнять ствол скважины. Скважинный трактор 11 используется для перемещения волноводной антенны вдоль горизонтального участка ствола скважины 2 по мере образования твердого углерода (фиг. 3). На последующей стадии процесса углерод может вымываться на поверхность, чтобы использоваться для производства углеродных продуктов, таких как графен и/или активированный уголь.The process of plasma pyrolysis with the formation of hydrogen 7 and carbon 8 occurs in the area of waveguide antennas in fractures, the bottomhole zone and in the wellbore. The resulting solid carbon will gradually fill the wellbore. The downhole tractor 11 is used to move the waveguide antenna along the horizontal section of the wellbore 2 as solid carbon is formed (FIG. 3). In a subsequent step in the process, the carbon may be leached to the surface to be used to produce carbon products such as graphene and/or activated carbon. В описанном выше процессе водород, полученный из метана, поступающего из пласта в интервалы перфорации и/или трещины в скважине 2, может быть извлечен из зон реакции через ствол скважины 2. Водород, образующийся в пласте и гравитационно сегрегирующий вверх по пласту, может быть извлечен с помощью специальной добывающей скважины 3 из кровли геологической структуры месторождения (фиг. 1).In the process described above, hydrogen produced from methane coming from the formation into perforations and/or fractures in well 2 can be recovered from the reaction zones via wellbore 2. Hydrogen generated in the formation and gravity segregated up the formation can be recovered using a special production well 3 from the roof of the geological structure of the field (Fig. 1). Это изобретение с применением плазменной технологии микроволнового воздействия позволяет реализовать экономически эффективный, модульный, небольшого масштаба процесс разложения метана в пласте и добычи водорода.This invention, using microwave plasma technology, allows for a cost-effective, modular, small-scale process for the decomposition of methane in the reservoir and the production of hydrogen. Процесс разложения природного газа в пласте месторождения представляет способ декарбонизации углеводородного топлива для перехода на водородную экономику с получением более чистых и недорогих углеродных продуктов.The process of decomposition of natural gas in the formation of the field is a method of decarbonization of hydrocarbon fuels for the transition to a hydrogen economy with cleaner and cheaper carbon products. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Способ добычи водорода на месторождениях углеводородов с использованием микроволновых направленных антенн-волноводов, перемещаемых забойными тракторами вдоль горизонтальных или наклонных участков ствола скважины, используемой для генерации водорода в результате микроволнового нагрева, плазменного пиролиза и каталитического крекинга газа, дренируемого в скважину через создаваемую искусственно систему трещин, наполняемых частицами катализатора вместе с расклинивающим трещины наполнителем проппантом.1. A method for producing hydrogen in hydrocarbon fields using microwave directional waveguide antennas moved by downhole tractors along horizontal or inclined sections of a wellbore used to generate hydrogen as a result of microwave heating, plasma pyrolysis and catalytic cracking of gas drained into the well through an artificially created system fractures filled with catalyst particles together with proppant proppant. 2. Способ по п.1, в котором используются мобильные или наземные стационарные генераторы электромагнитных волн, кабельные линии передач в скважине, забойные волноводные антенны или трубки для генерации микроволн в скважине, многоступенчатый гидравлический разрыв пласта с наполнителем для создания системы трещин.2. The method according to claim 1, which uses mobile or land-based stationary electromagnetic wave generators, cable transmission lines in the well, downhole waveguide antennas or tubes for generating microwaves in the well, multi-stage hydraulic fracturing with filler to create a fracture system. 3. Способ по п.1, в котором углеродные продукты, такие как графен и активированный уголь, полученные в процессе плазменного пиролиза углеводородов, также могут быть извлечены на поверхности при низких затратах.3. The method of claim 1, wherein carbon products such as graphene and activated carbon produced by the hydrocarbon plasma pyrolysis process can also be recovered at the surface at low cost. --
EA202091658 2020-08-06 PROCESS FOR DECOMPOSITION OF HYDROCARBON GAS IN THE RESERVOIR TO PRODUCE HYDROGEN WITHOUT GREENHOUSE GAS EMISSIONS EA040627B1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA040627B1 true EA040627B1 (en) 2022-07-07

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2943134C (en) Thermal conditioning of fishbones
CA1232197B (en) Apparatus and method for in situ heat processing of hydrocarbonaceous formations
US9151146B2 (en) Method for extracting hydrocarbons by in-situ electromagnetic heating of an underground formation
US7828057B2 (en) Microwave process for intrinsic permeability enhancement and hydrocarbon extraction from subsurface deposits
USRE30738E (en) Apparatus and method for in situ heat processing of hydrocarbonaceous formations
CN106978998B (en) Method for exploiting oil gas from underground oil shale
CA2807842C (en) Simultaneous conversion and recovery of bitumen using rf
US20100065265A1 (en) Method and apparatus for in-situ radiofrequency assisted gravity drainage of oil (ragd)
CA2807850C (en) Heavy oil recovery using sf6 and rf heating
WO2009043055A2 (en) System and method for extraction of hydrocarbons by in-situ radio frequency heating of carbon bearing geological formations
CA2828750C (en) In situ radio frequency catalytic upgrading
WO2013116166A2 (en) Hydrocarbon resource heating apparatus including upper and lower wellbore rf radiators and related methods
CN206439038U (en) A kind of situ downhole fluid microwave electric heater
JP2012509419A (en) System and method for treating a ground underlayer with a conductor
US20210047905A1 (en) In-situ process to produce synthesis gas from underground hydrocarbon reservoirs
CA3011861C (en) Accelerated interval communication using open-holes
CA2886977C (en) Em and combustion stimulation of heavy oil
EA040627B1 (en) PROCESS FOR DECOMPOSITION OF HYDROCARBON GAS IN THE RESERVOIR TO PRODUCE HYDROGEN WITHOUT GREENHOUSE GAS EMISSIONS
WO2023006164A1 (en) Process of hydrogen production in hydrocarbon fields without greenhouse emissions
US9267366B2 (en) Apparatus for heating hydrocarbon resources with magnetic radiator and related methods
CA2777956C (en) Process for enhanced production of heavy oil using microwaves
US8960285B2 (en) Method of processing a hydrocarbon resource including supplying RF energy using an extended well portion
AU2011205183B2 (en) Apparatus for extraction of hydrocarbon fuels or contaminants using electrical energy and critical fluids
RO112654B1 (en) Process and installation for underground gasification of fossil fuel
CA2777862C (en) Process for enhanced production of heavy oil using microwaves