EA040627B1 - Процесс разложения углеводородного газа в пласте для получения водорода без выбросов парниковых газов - Google Patents
Процесс разложения углеводородного газа в пласте для получения водорода без выбросов парниковых газов Download PDFInfo
- 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
Links
Description
Область изобретения
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.
Вступление
Значительные запасы природного газа в мире накапливаются залегают в низкопроницаемых пластах, сланцевых, истощенных некоммерческих газовых месторождениях.
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.
Крекинг метана при температуре выше 1000°С является эндотермической реакцией
СН4 -» С + 2Н2 ΔΗ = +75 kJ/mol
В присутствии катализаторов реакции крекинга могут протекать при более низких температурах, в диапазоне 500-600°С.
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.
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:
VxE = -dB/dt
V х Н = - dD /dt + J где Е - напряженность электрического поля, В/м;
В - плотность магнитного потока, также называемая магнитной индукцией, Тл или В/м2.
Н - напряженность магнитного поля, А/ м;
D - электрическая индукция, Кл/м2;
J - плотность электрического тока, А/ м2.
Диэлектрические свойства материалов обычно выражаются с использованием относительной диэлектрической проницаемости ε0εΓ.
D = ЕоЕг Е где ε0 - абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума или диэлектрическая константа, εΓ - относительная диэлектрическая проницаемость.
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.
Изобретение
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.
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, представляют
-
Claims (3)
- часть компоновки забойного оборудования и размещаются в скважине стандартными спускоподъемными операциями.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.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.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.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.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).Это изобретение с применением плазменной технологии микроволнового воздействия позволяет реализовать экономически эффективный, модульный, небольшого масштаба процесс разложения метана в пласте и добычи водорода.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.ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. 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.
- 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.
- 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.-
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA040627B1 true EA040627B1 (ru) | 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 (zh) | 地下油页岩开采油气的方法 | |
US20090242196A1 (en) | System and method for extraction of hydrocarbons by in-situ radio frequency heating of carbon bearing geological formations | |
US8807220B2 (en) | Simultaneous conversion and recovery of bitumen using RF | |
US20090050318A1 (en) | Method and apparatus for in-situ radiofrequency assisted gravity drainage of oil (ragd) | |
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 (zh) | 一种井下原位流体微波电加热器 | |
JP2012509419A (ja) | 導電体で地表下地層を処理するためのシステムおよび方法 | |
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 (ru) | Процесс разложения углеводородного газа в пласте для получения водорода без выбросов парниковых газов | |
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 (ro) | PROCEDEU Șl INSTALAȚIE PENTRU GAZEIFICAREA SUBTERANĂ A ZĂCĂMINTELOR DE COMBUSTIBIL FOSIL | |
CN112240188A (zh) | 一种利用微波反射墙辅助开采天然气水合物的方法 | |
CA2777862C (en) | Process for enhanced production of heavy oil using microwaves |