KR101434232B1 - 탄화수소 함유 지층을 처리하기 위한 솔루션 마이닝 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 두 개 이상의 주입 웰을 통해 지층의 일부에 제 1 유체를 공급하는 단계; 유체가 두 주입 웰 사이로 유동할 수 있도록 적어도 두 주입 웰이 상호 연결될 때까지, 상기 제 1 유체에 용해된 적어도 일부분의 나콜라이트를 포함하는 제 2 유체를 하나 이상의 주입 웰을 통해 상기 부분으로부터 제조하는 단계; 상기 상호 연결된 주입 웰 중 하나를 통하여 상기 제 1 유체를 주입하는 단계; 상기 상호 연결된 주입 웰의 하나 이상으로부터 제 2 유체를 제조하는 단계; 상기 지층을 가열하기 위해 하나 이상의 히터로부터 상기 지층에 열을 공급하는 단계; 및 상기 지층으로부터 탄화수소 유체를 제조하는 단계를 포함하는, 나콜라이트를 포함하는 오일 셰일 지층의 처리 방법에 관한 것이다.
지층의 처리 방법
Description
본 발명은 일반적으로 탄화수소 함유 지층 (formation) 과 같은 다양한 지하 지층으로부터 탄화수소, 수소 및/또는 다른 생성물을 형성하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
지하 지층으로부터 얻어진 탄화수소는 공급원료 등의 에너지 자원으로서 그리고 소비재로서 종종 사용된다. 이용가능한 탄화수소 자원의 고갈에 대한 걱정 그리고 형성되는 탄화수소의 전체 질의 감소에 대한 걱정으로 인해, 이용가능한 탄화수소 자원의 더욱 효과적인 회수, 처리 및/또는 사용을 위한 처리가 개발되고 있다. 지하 지층으로부터 탄화수소 재료를 제거하기 위해 현장 처리가 이용될 수 있다. 지하 지층 속의 탄화수소 재료의 화학적 및/또는 물리적 특성은 지하 지층으로부터 탄화수소 재료를 더욱 용이하게 제거할 수 있도록 변화될 필요가 있을 수 있다. 화학적 및 물리적 변화는 제거가능한 유체를 형성하는 현장 반응, 지층 속의 탄화수소 재료의 조성 변화, 용해도 변화, 밀도 변화, 상 변화 및/또는 점도 변화를 포함할 수 있다. 유체는 가스, 액체, 에멀젼, 슬러리 및/또는 액체 유동과 유사한 유동 특성을 갖는 고체 입자의 스트림일 수 있고, 이에 국한되지 않는다.
많은 탄화수소 함유 지층은 탄화수소 뿐만 아니라 가용성 광물을 포함한다. 가용성 광물은 지층 내에 상당한 양으로 존재한다. 몇몇 가용성 광물은 상당한 경제적 가치를 갖는다. 몇몇의 가용성 광물은 현장 열 처리 과정 동안 사용되는 온도에서 해리 반응이 일어날 수도 있다. 해리 반응은 바람직하지 않은 흡열 반응으로서, 추가적인 열 입력을 지층 내에 필요로 하고, 그리고/또는 이산화탄소와 같은 바람직하지 않은 반응 물질을 생성한다.
지층을 처리하기 위해 현장 열처리를 사용하기 전에 지층으로부터 가용성 광물을 제거하는 것이 유리하다. 가용성 광물의 제거는 현장 열처리 과정 동안 가열될 필요가 있는 지층 내의 질량을 감소시킨다. 가용성 광물의 제거는 바람직하지 않은 흡열 반응 및 현장 열 처리 과정의 가열 동안 지층 내에 일어나는 그와 같은 반응들의 부산물을 상당히 감소시키거나 또는 제거한다. Vinegar 등의 미국 특허 제 6,997,518 호는 오일 셰일 지층의 솔루션 마이닝 및 오일 셰일 지층으로부터 탄화수소를 제조하기 위한 시스템 및 방법을 개시하고 있다. 현장 변환 과정은 지층으로부터 탄화수소를 제조하는 데 사용된다. 나콜라이트 (nahcolite) 및/또는 다른 가용성 광물은 솔루션 마이닝을 사용하여 지층으로부터 제조된다.
소다 재 (soda ash) 는 중탄산나트륨으로부터 제조될 수 있다. 중탄산나트륨으로부터 소다 재를 제조하는 데는 열이 필요하며 이산화탄소를 생성한다. 열원 및 생성된 이산화탄소의 사용 또는 배출 능력의 제공이 문제가 될 수 있다. 따라서, 필요한 열 및/또는 소다 재를 만들 때 제조되는 생성된 이산화탄소의 저장소를 제공하기 위해 지층을 사용하는, 개선된 지층 처리 방법 및 시스템이 필요하다.
여기서 설명하는 실시형태는 일반적으로 지하 지층을 가열하기 위한 시스템, 방법 및 히터에 관한 것이다. 여기서 설명하는 실시형태는 일반적으로 지층으로부터 탄화수소를 제조하는 현장 열 처리 공정의 사용 전에 탄화수소 함유 지층을 처리하기 위한 솔루션 마이닝 시스템 및 방법에 관한 것이기도 하다.
몇몇의 실시형태에서 본 발명은, 두 개 이상의 주입 웰을 통해 지층의 일부에 제 1 유체를 공급하는 단계; 유체가 두 주입 웰 사이로 유동할 수 있도록 적어도 두 주입 웰이 상호 연결될 때까지, 상기 제 1 유체에 용해된 적어도 일부분의 나콜라이트를 포함하는 제 2 유체를 하나 이상의 주입 웰을 통해 상기 부분으로부터 제조하는 단계; 상기 상호 연결된 주입 웰 중 하나를 통하여 상기 제 1 유체를 주입하는 단계; 상기 상호 연결된 주입 웰의 하나 이상으로부터 제 2 유체를 제조하는 단계; 상기 지층을 가열하기 위해 하나 이상의 히터로부터 상기 지층에 열을 공급하는 단계; 및 상기 지층으로부터 탄화수소 유체를 제조하는 단계를 포함하는, 나콜라이트를 포함하는 오일 셰일 지층의 처리 방법을 제공한다.
몇몇의 실시형태에서 본 발명은, 지층의 일부분에 제 1 유체를 공급하는 단계; 제 1 유체에 용해된 적어도 일부의 나콜라이트를 포함하는 제 2 유체를 상기 일부분으로부터 제조하는 단계; 상기 지층을 가열하기 위해 하나 이상의 히터로부터 상기 지층에 열을 공급하는 단계; 상기 지층의 일부분에 조절된 양의 산화제를 공급하는 단계; 및 상기 지층으로부터 탄화수소 유체를 제조하는 단계를 포함하는, 나콜라이트를 포함하는 오일 셰일 지층의 처리 방법을 제공한다.
몇몇의 실시형태에서 본 발명은, 지층의 일부에 제 1 유체를 공급하는 단계; 상기 지층의 적어도 일부분의 선택적인 수직 이동을 일으키기 위해, 제 1 유체에 용해된 적어도 일부분의 나콜라이트를 포함하는 제 2 유체를 상기 일부분으로부터 제조하는 단계; 수직으로 이동된 상기 지층의 적어도 일부분을 가열하기 위해, 하나 이상의 히터로부터 상기 지층에 열을 공급하는 단계; 및 상기 지층으로부터 탄화수소 유체를 제조하는 단계를 포함하는, 나콜라이트를 포함하는 오일 셰일 지층의 처리 방법을 제공한다.
몇몇의 실시형태에서 본 발명은, 증기를 포함하고 지층의 일부분에 있는 탄화수소의 열분해 온도보다 낮은 온도에 있는 제 1 유체를 지층의 일부분에 공급하는 단계; 상기 부분으로부터, 나콜라이트를 포함하는 제 2 유체를 제조하는 단계; 상기 지층을 가열하기 위해 하나 이상의 히터로부터 상기 지층에 열을 공급하는 단계; 및 상기 지층으로부터 탄화수소 유체를 제조하는 단계를 포함하는, 나콜라이트를 포함하는 오일 셰일 지층의 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 이점은 이하의 상세한 설명과 첨부 도면을 참조하면 본 기술분야의 당업자에게 명백해질 것이다.
도 1 은 탄화수소 함유 지층을 처리하기 위한 현장 열처리 시스템 중 일부의 실시형태의 개략도이다.
도 2 는 솔루션 마이닝 웰의 실시형태를 나타낸다.
도 3 은 솔루션 마이닝 웰의 일부의 개념 나타낸다.
도 4 는 솔루션 마이닝 웰의 일부의 개념을 나타낸다.
도 5 는 솔루션 마이닝 및/또는 현장 열 처리 과정을 위한 웰 패턴의 입면도를 나타낸다.
도 6 은 솔루션 마이닝 및 지층으로부터 탄화수소를 제조하기 위한 현장 열처리 과정의 웰의 개념을 나타낸다.
도 7 은 지층의 솔루션 마이닝을 위한 실시형태를 나타낸다.
도 8 은 지층으로부터 나콜라이트를 솔루션 마이닝하기 전 지층 내에 나콜라이트 층을 갖는 지층의 실시형태를 나타낸다.
도 9 는 나콜라이트가 솔루션 마이닝 된 후의 도 8 의 지층을 나타낸다.
도 10 은 나콜라이트를 제거하기 위해 솔루션 마이닝 된 영역에 의해 상호 연결된 두 개의 주입 웰의 실시형태를 나타낸다.
도 11 은 지층 내에 도소나이트 (dawsonite) 를 갖는 지층을 가열하기 위한 실시형태를 나타낸다.
본 발명은 다양한 수정과 다른 형태가 가능하지만, 본 발명의 특정 실시형태를 예로써 도면에 나타내고 여기서 상세히 설명한다. 도면은 일정한 축척이 아닐 수 있다. 도면과 상세한 설명은 본 발명을 개시된 특정 형태로 제한하려는 것이 아니고, 오히려 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 보호범위에 속하는 모든 수정, 균등물 및 변형을 포함하려는 것임을 이해해야 한다.
이하의 설명은 일반적으로 지층 내 탄화수소 및 광물을 처리하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 그러한 지층을 처리하여, 탄화수소 생성물, 수소 및 다른 생성물을 얻을 수 있다.
"탄화수소"는 일반적으로 주로 탄소와 수소 원자로 형성된 분자로 정의된다. 탄화수소는 할로겐, 금속원소, 질소, 산소 및/또는 황과 같은 다른 원소를 또한 포함할 수 있으며, 이에 국한되지 않는다. 탄화수소는 케로겐, 역청, 피로역청, 오일, 천연 광랍 및 아스팔타이트일 수 있으며, 이에 국한되지 않는다. 탄화수소는 땅 속 광물 매트릭스 내에 또는 인접하게 위치될 수 있다. 매트릭스는 퇴적암, 모래, 실리실라이트 (silicilyte), 탄산염, 규조토 및 다른 다공성 매체를 포함할 수 있으며, 이에 국한되지 않는다. "탄화수소 유체"는 탄화수소를 포함하는 유체이다. 탄화수소 유체는 수소, 질소, 일산화탄소, 이산화탄소, 황화수소, 물 및 암모니아와 같은 비탄화수소 (non-hydrocarbon) 유체를 포함 또는 동반하거나 비탄화수소 유체에 동반될 수 있다.
"지층"은 1 이상의 탄화수소 함유 층, 1 이상의 비탄화수소 층, 상부 퇴적물 (overburden) 및/또는 하부 퇴적물 (underburden) 을 포함한다. "상부 퇴적물" 및/또는 "하부 퇴적물"은 1 이상의 상이한 종류의 불투과성 재료를 포함한다. 예컨대, 상부 퇴적물 및/또는 하부 퇴적물은 암석, 셰일, 이암, 또는 습식/기밀 탄산염을 포함할 수 있다. 현장 열처리 과정의 일부 실시형태에서, 상부 퇴적물 및/또는 하부 퇴적물은, 상대적으로 불투과성이며 또 현장 열처리 동안 상부 퇴적물 및/또는 하부 퇴적물의 탄화수소 함유 층의 중요한 특성 변화를 발생시키는 온도를 거치지 않는 탄화수소 함유 층(들)을 포함할 수 있다. 예컨대, 하부 퇴적물은 셰일 또는 이암을 포함할 수 있지만, 하부 퇴적물은 열현장 열처리 과정 동안 열분해 온도까지 가열되는 것은 허용되지 않는다. 몇몇의 경우에, 상부 퇴적물 및/또는 하부 퇴적물은 약간 투과성일 수 있다.
"케로겐 (kerogen)" 은 자연 퇴화 (degradation) 에 의해 변화되고, 주로 탄소, 수소, 질소, 산소 및 황을 함유한 고체 비가용성 탄화수소이다. 석탄 및 오일 셰일이 케로겐을 함유하는 물질의 전형적인 예이다. "역청 (bitumen)" 은 이황화탄소 내에 실질적으로 용해 가능한 비정질 고체 또는 점성 탄화수소 물질이다. "오일" 은 응축성 탄화수소의 혼합물을 함유하는 유체이다.
"지층 유체"는 지층 내 유체를 가리키며, 열분해 유체, 합성가스, 가동화된 탄화수소 및 물 (증기) 을 포함할 수 있다. 지층 유체는 비탄화수소 유체뿐만 아니라 탄화수소 유체를 포함할 수 있다. 용어 "가동화 유체"는 지층의 열처리 결과 유동할 수 있는 탄화수소 함유 지층 내 유체를 가리킨다. "비스브로큰 유체 (Visbroken fluid)" 는 상기 지층의 열 처리 결과 점성이 감소된 유체를 가리킨다.
"형성된 유체"는 지층으로부터 제거된 지층 유체를 가리킨다.
"열전도성 유체" 는 표준 온도 및 압력 (STP) (0℃ 및 101.325 ㎪) 에서의 공기보다 더 높은 열 전도도를 갖는 유체를 포함한다.
"열원"은 실질적으로 전도 및/또는 복사 열전달에 의해 지층의 적어도 일부에 열을 제공하는 임의의 시스템이다. 예컨대, 열원은 절연된 도체, 기다란 부재 및/또는 도관 내에 배치된 도체와 같은 전기 히터를 포함할 수 있다. 열원은 지층 외부 또는 내부에서 연료를 연소시킴으로써 열을 발생시키는 시스템을 또한 포함할 수 있다. 이 시스템은 표면 버너, 다운홀 가스 버너, 무염 (flameless) 분배 연소기 및 천연 분배 연소기일 수 있다. 몇몇의 실시형태에서, 1 이상의 열원에 제공되거나 열원에서 발생되는 열은 다른 에너지원에 의해 공급될 수 있다. 다른 에너지원은 지층을 직접 가열하거나, 또는 지층을 직접 또는 간접적으로 가열하는 전달 매체에 에너지가 가해질 수 있다. 지층에 열을 가하는 1 이상의 열원은 상이한 에너지원을 이용할 수 있다. 따라서, 예컨대, 주어진 지층의 경우, 일부 열원은 전기 저항 히터로부터 열을 공급하고, 일부 열원은 연소로부터 열을 공급하며, 또 일부 열원은 1 이상의 다른 에너지원 (예컨대, 화학 반응, 태양에너지, 풍력, 바이오매스 (biomass), 또는 재생가능한 다른 에너지원) 으로부터 열을 공급할 수 있다. 화학 반응은 발열 반응 (예컨대, 산화 반응) 을 포함할 수 있다. 열원은 히터 웰 (heater well) 과 같은 가열 위치에 가까운 구역 및/또는 가열 위치를 둘러싸는 구역에 열을 제공하는 히터를 또한 포함할 수 있다.
"히터"는 웰 (well) 내에 또는 웰보어 구역 근방에 열을 발생시키는 임의의 시스템 또는 열원이다. 히터는 지층 내 재료 또는 지층에서 형성된 재료와 반응할 수 있는 전기 히터, 버너, 연소기 및/또는 이들의 조합일 수 있으며, 이에 국 한되지 않는다.
"현장 변환 과정"은, 지층 내에 열분해 유체가 생산되도록, 열원으로 탄화수소 함유 지층을 가열하여 지층 중 적어도 일부의 온도를 열분해 온도 이상으로 높이는 과정을 가리킨다.
용어 "웰보어"는 드릴링 또는 지층에의 도관 삽입에 의해 형성된 지층 내 구멍을 가리킨다. 웰보어는 실질적으로 원형의 단면 또는 다른 단면 형상을 가질 수 있다. 여기서 사용되는 용어 "웰"과 "개구"는 지층 내 개구를 나타내는 경우 용어 "웰보어"와 서로 교환가능하게 사용될 수 있다.
"u자형 웰보어"는 지층 내 제 1 개구로부터 적어도 지층의 일부를 통해 그리고 지층 내 제 2 개구까지 연장된 웰보어를 가리킨다. 본 명세서에서, 웰보어는 단지 개략적으로 "v" 또는 "u"자 형상일 수 있으며, "u자형"으로 간주되는 웰보어의 경우, "u"의 "다리부 (leg)"가 서로 평행하거나 "u"의 "저부 (bottom)"에 수직일 필요는 없다.
"열분해"는 열 공급으로 인한 화학 결합의 파괴이다. 예컨대, 열분해는 단지 열만으로써 화합물을 1 이상의 다른 물질로 변환시키는 것을 포함할 수 있다. 열은 지층의 구획에 전달되어 열분해를 야기할 수 있다.
"열분해 유체" 또는 "열분해 생성물"은 실질적으로 탄화수소의 열분해 동안 형성된 유체를 가리킨다. 열분해 반응에 의해 형성된 유체는 지층 내 다른 유체와 혼합될 수 있다. 이 혼합물은 열분해 유체 또는 열분해 생성물로 간주된다. 여기서 사용되는 "열분해 구역"은 반응되거나 반응하여 열분해 유체를 형 성하는 지층의 체적 (예컨대, 역청 지층과 같은 비교적 투과성인 지층) 을 가리킨다.
"열 중첩" 은 적어도 열원 사이의 지점에서의 지층 온도가 열원에 의해 영향을 받도록, 둘 이상의 열원으로부터 지층의 선택된 영역에 열을 가하는 것을 말한다.
"응축가능한 탄화수소" 는 25℃ 및 1 기압의 절대압력에서 응축하는 탄화수소이다. 응축가능한 탄화수소는 4 이상의 탄소 수를 갖는 탄화수소 혼합물을 포함할 수 있다. "비응축 탄화수소" 는 25℃ 및 1기압의 절대압력에서 응축되지 않는 탄화수소이다. 비응축 탄화수소는 5 미만의 탄소 수를 갖는 탄화수소를 포함할 수 있다.
"합성 가스"는 수소 및 일산화탄소를 포함하는 혼합물이다. 합성 가스의 추가적인 구성요소는 물, 이산화탄소, 질소, 메탄 및 다른 가스들을 포함할 수 있다. 합성 가스는 다양한 과정 및 공급물에 의해 생성될 수 있다. 합성 가스는 광범위한 구성요소들을 합성하는 데 사용될 수 있다.
"침하 (subsidence)"는 표면의 초기 높이에 대하여 지층 일부의 하방 이동을 말한다.
층의 "두께"는 층 단면의 두께를 나타내며, 이 단면은 층 면에 수직이다.
"중질 탄화수소"는 점성 탄화수소 유체이다. 중질 탄화수소는 중질유, 타르 및/또는 아스팔트와 같은 높은 점성의 탄화수소 유체를 포함할 수 있다. 중질 탄화수소는 탄소 및 수소 뿐만 아니라 보다 작은 농도의 황, 산소 및 질소를 포함할 수 있다. 중질 탄화수소에는 추가 원소들이 미량 존재할 수도 있다. 중질 탄화수소는 API 중량에 의해 분류될 수 있다. 중질 탄화수소는 일반적으로 약 20°미만의 API 중량을 갖는다. 예컨대 중질유는 일반적으로 약 10∼20°미만의 API 중량을 갖는 반면, 타르는 일반적으로 약 10°미만의 API 중량을 갖는다. 중질 탄화수소의 점성은 일반적으로 15℃ 에서 약 100 센티푸아즈를 초과한다. 중질 탄화수소는 방향족 또는 다른 복합 고리 탄화수소를 포함할 수 있다.
중질 탄화수소는 상대적으로 투과성인 지층 내에서 발견될 수 있다. 상대적으로 투과성인 지층은 예컨대 모래 또는 탄산염 내에 동반된 중질 탄화수소를 포함할 수 있다. "상대적으로 투과성"이란 지층 또는 그 일부에 대해, 10 millidarcy 이상의 평균 투과도로서 정의된다 (예컨대 10 또는 100 millidarcy). "상대적으로 저투과성"이란, 지층 또는 그 일부에 대해, 약 10 millidarcy 미만의 평균 투과도로서 정의된다. 1 darcy 는 약 0.99 평방 마이크로미터와 같다. 불투과성 층은 일반적으로 약 0.1 millidarcy 미만의 투과도를 갖는다.
"타르"는 일반적으로 15℃에서 약 10,000 센티푸아즈를 초과하는 점도를 갖는 점성 탄화수소이다. 타르의 비중은 일반적으로 1.000 초과이다. 타르는 10°미만의 API 중량을 가질 수 있다.
탄화수소 함유 지층은 많은 다른 생성물을 제조하기 위해 다양한 방법으로 처리될 수 있다. 탄화수소 함유 지층은 복수의 단계로 처리될 수 있다. 몇몇의 실시형태에서, 탄화수소 함유 지층은 먼저 솔루션 마이닝 과정으로 처리될 수 있다. 솔루션 마이닝 과정은 지층으로부터 특정 가용성 광물을 제거할 수 있다. 솔루션 마이닝 과정 후에는, 지층으로부터 탄화수소 및/또는 수소를 제조하기 위해 현장 열 처리 과정이 사용될 수 있다. 탄화수소 및/또는 수소는 존재하는 탄화수소를 가동화하기 위해 지층을 가열함으로써, 열분해 반응에 의해서, 그리고/또는 합성 가스 반응에 의해 지층 내에 제조될 수 있다. 현장 열 처리 과정 후, 지층은 솔루션 마이닝 과정으로 처리될 수 있다. 몇몇의 실시형태에서, 솔루션 마이닝 과정은 지층 내에 약간의 잔류 탄소를 제조할 수도 있다. 현장 열 처리 과정후에 사용되는 솔루션 마이닝 과정은 지층의 가열 동안 형성되는 광물 화합물의 제조를 가능하게 한다.
도 1 은 탄화수소 함유 지층을 처리하기 위한 시스템의 일부의 실시형태의 개략도를 보여준다. 현장 열처리 시스템은 장벽 (barrier) 웰 (200) 을 포함할 수 있다. 장벽 웰은 처리 영역 주위에 장벽을 형성하기 위해 사용된다. 장벽은 처리 영역 내외로의 유체 유동을 금지한다. 장벽 웰은 탈수 웰, 진공 웰, 캡쳐 (capture) 웰, 주입 웰, 그라우트 (grout) 웰, 프리즈 (freeze) 웰, 또는 이들의 조합을 포함하지만, 이에 국한되지 않는다. 몇몇의 실시형태에서, 장벽 웰 (200) 은 탈수 웰이다. 탈수 웰은 액체 물을 제거하고/하거나 액체 물이 가열되는 지층의 부분에 또는 가열되는 지층에 들어가는 것을 막을 수 있다. 도 1 에 나타낸 실시형태에서, 장벽 웰 (200) 은 단지 열원 (202) 의 한 측을 따라서만 연장되어 있고, 장벽 웰은 일반적으로 지층의 처리 영역을 가열하기 위해 사용되는 또는 사용될 열원 (202) 을 둘러싸지 않는다.
열원 (202) 은 지층의 적어도 일부에 위치된다. 열원 (202) 은 절연된 도체, 도관 내 도체 히터, 표면 버너, 무염 분배 연소기, 및/또는 천연 분배 연소기와 같은 히터를 포함할 수 있다. 또한, 열원 (202) 은 다른 종류의 히터를 포함할 수 있다. 열원 (202) 은 지층 내 탄화수소를 가열하기 위해 지층의 적어도 일부에 열을 제공한다. 에너지가 공급 라인 (204) 을 통해 열원 (202) 에 공급될 수 있다. 공급 라인 (204) 의 구조는 지층을 가열하는데 사용되는 열원(들)의 종류에 따라 다를 수 있다. 열원을 위한 공급 라인 (204) 은 전기 히터를 위한 전기를 전달하거나, 연소기를 위한 연료를 운반하거나, 또는 지층에서 순환되는 열교환 유체를 운반할 수 있다.
제조 웰 (206) 은 지층으로부터 지층 유체를 제거하기 위해 사용된다. 몇몇의 실시형태에서, 제조 웰 (206) 은 하나 이상의 열원을 포함한다. 제조 웰의 열원은 제조 웰에서 또는 제조 웰 근방에서 지층의 1 이상의 부분을 가열할 수 있다. 제조 웰 내의 열원은 지층 유체가 응축 및 환류하여 지층으로부터 제거되는 것을 억제할 수 있다.
제조 웰 (206) 로부터 생성된 지층 유체는 수집관 (208) 을 통해 처리 설비 (210) 로 운반될 수 있다. 또한, 지층 유체는 열원 (202) 으로부터 생성될 수 있다. 예컨대, 유체는 열원에 인접한 지층 내 압력을 제어하기 위해 열원 (202) 으로부터 생성될 수 있다. 열원 (202) 으로부터 형성된 유체는 튜브 또는 파이프를 통해 수집관 (208) 으로 운반되거나 또는 튜브 또는 파이프를 통해 처리 설비 (210) 로 직접 운반될 수 있다. 처리 설비 (210) 는 분리 유닛, 반응 유닛, 개량 (upgrading) 유닛, 연료 셀, 터빈, 저장 용기, 및/또는 생성된 지층 유체를 처리하기 위한 다른 시스템과 유닛을 포함할 수 있다. 처리 설비는 지층으로부터 생성된 탄화수소의 적어도 일부로부터 운반 연료를 형성할 수 있다.
오일 셰일 지층과 같은 몇몇 탄화수소 함유 지층은 나콜라이트, 트로나 (trona), 도소나이트 (dawsonite), 및/또는 다른 광물들을 지층 내에 포함할 수 있다. 몇몇의 실시형태에서, 지층의 부분적으로 침출되지 않은 또는 침출되지 않은 부분 내에는 나콜라이트가 함유되어 있다. 지층의 비침출된 부분은 광물이 지층 내의 지하수에 의해 제거되지 않은 지층 부분들이다. 예를 들면, 미국 콜로라도의 피션스(Piceance) 분지에서는, 비침출된 오일 셰일이 지반 하부 약 500 m 깊이 아래에서 발견된다. 피션스 분지 중앙의 비침출 오일 셰일 지층의 깊은 곳은 탄화수소가 대체로 풍부하다. 예를 들면, 오일 셰일의 킬로그램 당 약 0.10 내지 약 0.15 리터 (L/㎏) 의 오일은 비침출된 오일 셰일 지층으로부터 제조될 수 있다.
나콜라이트는 중탄산나트륨 (NaHCO3) 을 포함하는 광물이다. 나콜라이트는 미국 콜로라도의 그린 리버 호수바닥 (lakebeds) 의 지층에서 발견된다. 몇몇의 실시형태에서, 약 5 중량% 이상, 약 10 중량% 이상, 약 20 중량% 이상의 나콜라이트가 지층 내에 존재할 수 있다. 도소나이트는 탄산 알루미늄화 나트륨 (NaAl(CO3)(OH)2) 를포함하는 광물이다. 도소나이트는 전형적으로 지층 내에서 약 2 중량%을 초과하여, 또는 몇몇의 실시형태에서는 약 5 중량% 을 초과하여 존재 한다. 나콜라이트 및/또는 도소나이트는 현장 열 처리 과정에 사용된 온도에서 해리될 수 있다. 상기 해리는 강한 흡열 반응이며 다량의 이산화탄소를 생성할 수 있다.
나콜라이트 및/또는 도소나이트는 해리 반응을 피하고 그리고/또는 원하는 화학적 화합물을 얻기 위해, 현장에서 지층을 처리하기 전, 처리 시, 및/또는 처리 후에 솔루션 마이닝될 수 있다. 특정 실시형태에서, 지층 내의 탄화수소를 처리하기 위해 현장 열 처리를 사용하기 이전에, 중탄산나트륨 수용액을 형성하기 위해 나콜라이트를 현장에서 용해시키는데 고온수 또는 증기가 사용된다. 나콜라이트는 수용액 내에 나트륨 이온 (Na+) 및 중탄산염 이온 (HCO3 -) 을 형성할 수 있다. 용액은 제조 웰을 통해 지층으로부터 제조될 수 있으며, 이에 따라 현장 열 처리 과정 동안 해리 반응을 피하게 된다. 몇몇의 실시형태에서, 도소나이트는 지층 내의 탄화수소를 처리하기 위한 현장 열 처리 과정 동안 알루미나로 열분해된다. 알루미나는 현장 열 처리 과정의 완료 후에 솔루션 마이닝 된다.
솔루션 마이닝 및/또는 현장 열 처리 과정용 제조 웰 및/또는 주입 웰은 스마트 웰 기술을 포함할 수 있다. 스마트 웰 기술은 제 1 유체가 지층 내의 원하는 영역에 도입되도록 한다. 스마트 웰 기술은 제 2 유체가 원하는 영역으로부터 지층으로부터 분리되도록 한다.
나콜라이트 및/또는 도소나이트를 포함하는 지층은 현장 열 처리 과정을 사용하여 처리될 수 있다. 경계 장벽은 처리될 지층의 일부 주위에 형성될 수 있 다. 경계 장벽은 처리 영역 내로의 물의 이동을 억제한다. 솔루션 마이닝 및/또는 현장 열 처리 과정 동안, 경계 장벽은 용해된 광물 및 지층 유체가 처리 영역으로부터 이동하지 못하도록 억제한다. 초기 가열 동안, 처리될 지층 부분은 나콜라이트의 해리 온도 이하의 온도까지 증가할 수 있다. 제 1 온도는 약 90℃ 이하일 수 있고, 몇몇 실시형태에서는 약 80℃ 이하일 수 있다. 제 1 온도는 물속에서의 나콜라이트의 용해 속도를 증가시키지만, 나콜라이트가 해리되는 온도 (대기압에서 약 95 ℃ 이상) 보다 낮은 어떤 온도가 될 수도 있다.
제 1 유체는 가열된 부분 내에 주입될 수 있다. 제 1 유체는 물, 소금물, 증기, 또는 나콜라이트 및/또는 도소나이트와 용액을 형성하는 다른 유체를 포함할 수 있다. 제 1 유체는 증가된 온도, 예컨대 약 90℃, 약 95℃, 또는 약 100℃ 가 될 수 있다. 증가된 온도는 상기 지층 부분의 제 1 온도와 유사하다.
몇몇 실시형태에서, 제 1 유체는 증가된 온도에서, 열원에 의해 가열되지 않은 지층의 일부로 주입된다. 증가된 온도는 제 1 유체의 비등점 미만의 온도, 예컨대 물에 대해 약 90℃ 일 수 있다. 증가된 온도의 제 1 유체의 공급은 지층의 일부의 온도를 증가시킨다. 특정 실시형태에서, 제 1 유체의 주입 동안 및/또는 주입 이후에 상기 지층의 하나 이상의 열원으로부터 추가적인 열이 공급될 수 있다.
다른 실시형태에서, 제 1 유체는 증기이거나 증기를 포함한다. 증기는 지층의 미리 가열된 부분 내에 증기를 형성함으로써 (예컨대 지층을 가열하는데 사용한 u자형 웰보어를 통해 물을 통과시켜), 지층으로부터 제조된 유체와의 열교환 에 의해, 그리고/또는 표준 증기 제조 설비에서 증기를 생성함으로써 제조될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 제 1 유체는 상기 부분의 고온부 내에 직접 도입되는 유체일 수 있고, 상기 지층의 고온부로부터 제조될 수 있다. 제 1 유체는 그 후 솔루션 마이닝을 위한 제 1 유체로서 사용될 수 있다.
몇몇의 실시형태에서, 지층의 미리 처리된 고온부로부터의 열은 지층의 새로운 부분을 솔루션 마이닝하는 데 사용되는 물, 소금물, 및/또는 증기를 가열하는 데 사용된다. 열 전달 유체는 지층의 미리 처리된 고온부 내로 도입될 수 있다. 열 전달 유체는 물, 증기, 이산화탄소, 및/또는 다른 유체일 수 있다. 열은 고온 지층으로부터 열 전달 유체로 전달될 수 있다. 열 전달 유체는 제조 웰을 통해 지층으로부터 제조된다. 열 전달 유체는 열교환기에 보내진다. 열교환기는 지층의 새로운 부분을 솔루션 마이닝하는 데 사용하기 위해제 1 유체로서 사용되는 물, 소금물, 및/또는 증기를 가열할 수 있다. 열전달 유체는 추가의 고온 열전달 유체를 제조하도록 지층의 가열 부분 내에 재도입될 수 있다. 몇몇의 실시형태에서, 지층으로부터 제조된 열 전달 유체는 지층의 가열된 부분에 대한 개선 과정의 일부로서, 상기 지층 내에 재도입되기 전에 탄화수소 또는 다른 물질들을 제거하도록 처리된다.
솔루션 마이닝을 위해 주입된 증기는 지층 내의 탄화수소의 열분해 온도 미만의 온도를 가질 수 있다. 주입된 증기는 250℃ 미만, 300℃ 미만, 또는 400℃ 미만이 될 수 있다. 주입된 증기는 150℃ 이상, 135℃ 이상, 또는 125℃ 이상일 수 있다. 열분해 온도에서의 증기 주입은 탄화수소가 열분해하고 탄화수 소 미세물이 증기와 혼합함에 따라 문제를 일으킬 수 있다. 미세물과 증기의 혼합물은 투과도를 감소시킬 수 있고, 그리고/또는 제조 웰 및 지층의 폐색 (plugging) 을 일으킬 수 있다. 따라서, 주입된 증기 온도는 지층의 및/또는 지층 내의 웰의 폐색을 억제하도록 선택된다.
제 1 유체의 온도는 솔루션 마이닝 과정 동안 변화될 수 있다. 솔루션 마이닝이 진행되고 솔루션 마이닝되는 나콜라이트가 주입 지점으로부터 멀어짐에 따라, 솔루션 마이닝될 나콜라이트에 도달하는 증기 및/또는 물이 나콜라이트의 해리 온도 미만의 상승 온도에 있도록 제 1 유체 온도는 증가될 수 있다. 나콜라이트에 도달하는 증기 및/또는 물 또한 지층 및/또는 지층 내의 웰의 폐색을 촉진하는 온도 미만의 온도 (예컨대, 지층 내의 탄화수소의 열분해 온도) 에 있게 된다.
제 2 유체는 상기 지층 내에 제 1 유체가 주입된 후에 지층으로부터 제조될 수 있다. 제 2 유체는 제 1 유체 내에 용해된 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제 2 유체는 탄산 또는 제 1 유체 내의 나콜라이트의 해리로부터 형성되는 다른 수화 탄산염 화합물을 포함할 수 있다. 제 2 유체는 또한 광물 및/또는 금속을 포함할 수도 있다. 광물 및/또는 금속은 나트륨, 알루미늄, 인 및 다른 원소들을 포함할 수 있다.
현장 열 처리 과정 전의 지층의 솔루션 마이닝은 솔루션 마이닝 동안 사용되는 제 1 유체로부터의 열전달에 의해 공급되는 지층의 초기 가열을 가능하게 한다. 현장 열 처리 과정 전에 흡열 반응을 이용하여 분해 또는 용해되는 나콜라이트 또는 다른 광물의 솔루션 마이닝은 이러한 흡열 반응을 유지하는 데 사용되는 지층의 가열에 공급되는 에너지를 갖는 것을 회피한다. 솔루션 마이닝은 상업적 가치를 갖는 광물의 생산을 가능하게 한다. 현장 열 처리 전에 나콜라이트 또는 다른 광물을 제거하는 것은 지층으로부터 질량을 제거한다. 이로 인해, 보다 고온으로 가열될 필요가 있는 지층 내의 질량이 덜 존재하게 되고, 보다 신속하고 그리고/또는 보다 효율적으로 보다 높은 온도로 지층을 가열할 수 있게 된다. 지층으로부터의 질량 제거는 또한 지층의 투과도를 증가시킬 수 있다. 투과도의 증가는 현장 열 처리 과정에 필요한 제조 웰의 수를 감소시킬 수 있다. 특정 실시형태에서, 현장 열 처리 전의 솔루션 마이닝은 지층의 가열의 시작과 탄화수소 제조 사이의 시간 지연을 2 년 이상 감소시킨다.
도 2 는 솔루션 마이닝 웰 (212) 의 실시형태를 나타낸다. 솔루션 마이닝 웰 (212) 은 절연부 (214), 입력부 (216), 팩커 (packer) (218) 및 반환부 (220) 를 포함할 수 있다. 절연부 (214) 는 지층의 상부 퇴적물 (222) 근방에 있을 수 있다. 몇몇의 실시형태에서, 절연부 (214) 는 저전도성 시멘트이다. 시멘트는 저밀도, 저전도성 질석 시멘트 또는 발포 시멘트일 수 있다. 입력부 (216) 는 제 1 유체를 처리 영역 (224) 쪽으로 향하게 할 수 있다. 입력부 (216) 내의 천공 또는 다른 형태의 개구는 제 1 유체가 처리 영역 (224) 내의 지층 물질과 접촉을 가능하게 한다. 팩커 (218) 는 입력부 (216) 에 대한 바닥 시일을 제한 할 수 있다. 제 1 유체는 입력부 (216) 를 통해 지층 내부로 통과한다. 제 1 유체는 광물을 용해하여 제 2 유체가 된다. 제 2 유체는 제 1 유 체보다 더 농후하다. 반환부 (220) 내로의 입구는 전형적으로 천공 또는 개구 하부에 위치하여 제 1 유체가 지층 내로 유입 가능하게 된다. 제 2 유체는 반환부 (220) 쪽으로 유동한다. 제 2 유체는 반환부 (220) 를 통하여 지층으로부터 제거된다.
도 3 은 솔루션 마이닝 웰 (212) 의 실시형태의 개념도를 나타낸다. 솔루션 마이닝 웰 (212) 는 입력부 (216) 및 반환부 (220) 를 케이싱 (226) 내에 포함할 수 있다. 유입부 (216) 및/또는 반환부 (220) 는 코일이 감긴 튜브일 수 있다
도 4 는 솔루션 마이닝 웰 (212) 의 실시형태의 개념도를 나타낸다. 절연부 (214) 는 반환부 (220) 를 둘러쌀 수 있다. 입력부 (216) 는 반환부 (220) 에 위치할 수 있다. 몇몇의 실시형태에서 입력부 (216) 는 상기 제 1 유체를 반환부 (220) 내의 입구 지점 하부의 처리 영역 내로 도입한다. 몇몇의 실시형태에서, 반환부 (220) 내로의 제 2 유체 입주 지점 상부의 입력부 (216) 으로부터 지층 내로 제 1 유체가 도입되도록 제 1 유체 유동 및 제 2 유체 유동의 방향을 정하기 위해 크로스오버 (crossover) 가 사용될 수 있다.
도 5 는 솔루션 마이닝 및/또는 현장 열 처리 과정에 사용되는 웰의 실시형태의 입면도를 나타낸다. 솔루션 마이닝 웰 (212) 은 정삼각형 패턴으로 지층 내에 위치할 수 있다. 몇몇의 실시형태에서, 솔루션 마이닝 웰 (212) 사이의 간격은 약 36 m 일 수 있다. 다른 간격들도 사용될 수 있다. 열원 (202) 또한 정삼각형 패턴으로 위치할 수 있다. 솔루션 마이닝 웰 (212) 은 상기 패 턴의 특정 열원을 대신한다. 도시된 실시형태에서, 열원 (202) 사이의 간격은 약 9 m 이다. 열원 간격에 대한 솔루션 마이닝 웰의 간격의 비는 4 가 된다. 원하는 경우 다른 비도 사용될 수 있다. 솔루션 마이닝이 완료된 후, 솔루션 마이닝 웰 (212) 은 현장 열 처리 과정을 위한 제조 웰로서 사용될 수 있다.
몇몇 지층에서, 비침출된 광물을 갖는 지층 부분은 지층의 비침출 부분 하부에 있을 수 있다. 비침출 부분은 두껍고 실질적으로 불투과성일 수 있다. 처리 영역은 비침출 부분 내에 형성될 수 있다. 처리 영역의 측면, 상부 및/또는 하부에 있는 지층의 비침출부분은 처리 영역 내외로의 유체 출입에 대한 장벽으로서 사용될 수 있다. 제 1 처리 영역은 광물을 제거하고, 처리 영역 내의 투과도를 증가시키며, 그리고/또는 처리 영역 내의 탄화수소 농후함을 증가시키도록 솔루션 마이닝될 수 있다. 제 1 처리 영역의 솔루션 마이닝 후에는, 제 2 처리 영역을 처리하기 위해 현장 열 처리가 사용될 수 있다. 몇몇의 실시형태에서, 제 2 처리 영역은 제 1 처리 영역과 동일하다. 몇몇의 실시형태에서, 최외곽 열원에 의해 지층에 공급되는 열이 상기 지층의 비침출 부분의 온도를 비침출 부분 내의 광물의 해리 온도까지 올리지 않도록, 제 2 처리 영역은 제 1 처리 영역보다 적은 체적을 갖는다.
몇몇의 실시형태에서, 지층의 비침출 부분 상부의 비침출 또는 부분적으로 비침출된 지층 부분은 상당한 양의 탄화수소 물질을 상당한 양만큼 포함할 수 있다. 현장 열 처리 과정은 상기 지층의 비침출된 부분, 및 침출 또는 부분적으로 침출된 부분으로부터 탄화수소를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 도 6 은 침출된 구역 (230) 하부의 비침출된 구역 (228) 의 형태를 나타낸다. 비침출된 구역 (228) 은 솔루션 마이닝 전 초기 투과도가 0.1 millidarcy 미만일 수 있다. 솔루션 마이닝 웰 (212) 은 지층 내에 위치할 수도 있다. 솔루션 마이닝 웰 (212) 은 지층 내로의 제 1 유체 입구의 위치 및 솔루션 마이닝 내로의 제 2 유동 입구를 변화시킬 수 있는 스마트 웰 기술을 포함할 수 있다. 솔루션 마이닝 웰 (212) 는 비침출된 구역 (228) 내에 제 1 처리 영역 (224') 을 형성하는 데 사용될 수 있다. 비침출된 구역은 초기에는 실질적으로 불투과성일 수 있다. 지층의 비침출된 구역은 제 1 처리 영역 (224') 주위에 상부 장벽 또는 측면 장벽을 형성할 수 있다. 제 1 처리 영역 (224') 을 솔루션 마이닝한 후, 제 1 처리 영역 근방인 솔루션 마이닝 웰 (212) 의 부분은 제조 웰 및/또는 히터 웰로 변환될 수 있다.
제 1 처리 영역 (224') 내의 히터 웰 (202) 은 제 1 처리 영역을 열분해 온도로 가열하는 데 사용될 수 있다. 몇몇의 실시형태에서, 하나 이상의 열원 (202) 은 제 1 처리 영역 (224') 이 솔루션 마이닝되기 전에 지층 내에 위치한다. 열원은 지층의 온도를 증가시키고, 그리고/또는 상기 열원의 기능을 시험하기 위해 지층에 초기 온도를 공급하는 데 사용될 수 있다. 몇몇의 실시형태에서, 하나 이상의 열원은 제 1 처리 영역의 솔루션 마이닝 동안, 또는 솔루션 마이닝 후에 설치된다. 솔루션 마이닝 후, 열원 (202) 은 제 1 처리 영역 (224') 의 적어도 일부의 온도를 지층 내의 탄화수소의 열분해 온도 이상으로 증가시켜 상기 제 1 처리 영역 내에 가동 탄화수소를 생성시키는 데 사용될 수 있다.
지층 내로 장벽 웰 (200) 이 도입될 수도 있다. 장벽 웰 (200) 의 단부는 비침출된 구역 (228) 으로 연장하여 종결될 수 있다. 비침출된 구역 (228) 은 불투과성일 수 있다. 몇몇의 실시형태에서, 장벽 웰 (200) 은 동결 웰이다. 장벽 웰 (200) 은 비침출된 구역 내외로 출입하는 유체에 대한 장벽을 형성하는 데 사용될 수도 있다. 제 1 처리 영역 (224') 상부의 장벽 웰 (200), 상부 퇴적물 (222), 및 비침출된 재료는 제 2 처리 영역 (224'') 을 한정할 수 있다. 몇몇의 실시형태에서, 제 2 처리 영역 (224″) 내의 초기 온도를 증가시키고 제 2 처리 영역으로부터 잔류 가용성 광물을 제거하기 위해, 제 1 유체는 솔루션 마이닝 웰 (212) 을 통해 제 2 처리 영역 내로 도입될 수 있다. 몇몇의 실시형태에서, 제 1 처리 영역 (224') 상부의 상부 장벽은, 광물을 제거하고 제 1 처리 영역 (224') 및 제 2 처리 영역 (224″)을 제 1 처리 영역 내로 결합시키기 위해 솔루션 마이닝될 수 있다. 솔루션 마이닝 후, 상기 처리 영역을 열분해 온도로 가열하기 위해 열원이 작동될 수 있다.
도 7 은 지층을 솔루션 마이닝 하기 위한 실시형태를 나타낸다. 지층의 처리 영역 (224) 의 경계 주위에는 장벽 (232) (예컨대, 동결된 장벽 및/또는 그라우트 (grout) 장벽) 이 형성될 수 있다. 장벽에 의해 한정되는 밑부분 모습 (footprint) 은 원, 정사각형, 직사각형, 다각형 또는 불규칙적인 형상과 같은 어떤 원하는 형상을 가질 수도 있다. 장벽 (232) 는 처리 영역 (224) 내외로 출입하는 유체의 유동을 억제하기 위해 형성되는 임의의 장벽일 수 있다. 예를 들면, 장벽 (232) 는 장벽을 통한 물의 유동을 억제하는 하나 이상의 동결 웰을 포 함할 수 있다. 장벽 (232) 는 하나 이상의 장벽 웰 (200) 을 사용하여 형성될 수 있다. 장벽 (232) 의 지층은 모니터 웰 (234) 을 사용하여, 그리고/또는 장벽 웰 (200) 내에 위치한 모니터링 장치에 의해 모니터 될 수 있다.
처리 영역 (224) 내의 물은 주입 웰 (236) 및/또는 제조 웰 (206) 을 통해 처리 영역 밖으로 퍼낼 수 있다. 특정 실시형태에서, 주입 웰 (236) 은 제조 웰 (206) 로서 사용되고 그 역으로로 사용된다 (웰은 주입 웰 및 제조 웰 모두로서 사용된다). 물은 물의 생산율이 낮아지거나 멈출 때까지 퍼내어진다.
처리 영역 (224) 에는 열원 (202) 으로부터 열이 공급될 수 있다. 열원은 열원 근방의 지층 내의 탄화수소의 열분해를 일으키기 않는 온도에서 작동될 수 있다. 몇몇의 실시형태에서, 처리 영역 (224) 은 약 90℃ 에서부터 약 120℃ 까지의 온도 (예컨대, 약 90℃, 약 95℃, 100℃, 110℃, 120℃ 의 온도) 로 가열된다. 특정 실시형태에서, 열은 지층 내에 주입된 제 1 유체로부터 처리 영역 (224) 에 공급된다. 제 1 유체는 약 90℃ 에서부터 약 120℃ 까지의 온도 (예컨대, 약 90℃, 약 95℃, 100℃, 110℃, 120℃ 의 온도) 에서 주입될 수 있다. 몇몇의 실시형태에서, 열원 (202) 은 처리 영역이 솔루션 마이닝 된 후 처리 영역 (224) 내에 설치된다. 몇몇의 실시형태에서, 어떤 열원은 주입 웰 (236) 및/또는 제조 웰 (206) 내에 위치하는 히터로부터 공급된다. 처리 영역 (224) 의 온도는 모니터링 웰 (234) 내에 위치한 온도 측정 장치, 및/또는 주입 웰 (236), 제조 웰 (206) 및/또는 열원 (202) 내의 온도 측정 장치를 이용하여 모니터된다.
제 1 유체는 하나 이상의 주입 웰 (236) 을 통해 주입된다. 몇몇의 실시 형태에서, 제 1 유체는 고온수이다. 제 1 유체는 제 1 유체 내에서 가용성인 나콜라이트와 같은 비탄화수소 물질과 혼합 및/또는 결합하여 제 2 유체를 생산한다. 제 2 유체는 주입 웰 (236), 제조 웰 (206) 및/또는 열원 (202) 을 통하여 처리 영역으로부터 제거될 수 있다. 주입 웰 (236), 제조 웰 (206) 및/또는 열원 (202) 은 제 2 유체의 제거 동안 가열될 수 있다. 제 2 유체의 제거 동안 하나 이상의 웰을 가열하여 처리 영역으로부터 유체의 제거 동안 유체의 온도를 원하는 값 이상에서 유지시킬 수 있다. 원하는 양의 가용성 비탄화수소 물질을 처리 영역 (224) 으로부터 생산한 후에는, 처리 영역 내의 솔루션 마이닝은 주입 웰 (236) 을 통해 처리 영역으로부터 제거될 수 있다. 원하는 양의 가용성 비탄화수소 물질은 가용성 비탄화수소 물질, 가용성 비탄화수소 물질의 대다수, 가용성 비탄화수소 물질의 실질적인 전부, 또는 전체 가용성 비탄화수소 물질의 절반 미만일 수도 있다. 가용성 비탄화수소 물질의 제거는 상대적으로 높은 투과성 처리 영역 (224) 을 생성할 수 있다.
처리 영역 (224) 내의 탄화수소는 가용성 비탄화수소 물질의 제거 후에 현장 열 처리 과정을 사용하여 열분해 및/또는 제조될 수 있다. 상대적으로 높은 투과성 처리 영역은 현장 열 처리 과정 동안 탄화수소 유체가 지층 내에서 보다 용이하게 움직일 수 있도록 해준다. 상대적으로 높은 투과성 처리 영역은 지층 내에 열분해되고 가동화된 유체을 위한 향상된 수집 영역을 제공한다. 현장 열 처리 과정 동안, 열원 (202) 으로부터 처리 영역 (224) 으로 열이 공급될 수 있다. 탄화수소의 혼합물은 제조 웰 (206) 및/또는 열원 (202) 을 통해 지층으로부터 제조될 수 있다. 특정 실시형태에서, 주입 웰 (236) 은 현장 열 처리 과정 동안 제조 웰 및/또는 히터 웰 중 하나의 웰로서 사용된다.
몇몇의 실시형태에서, 지층 내의 온도가 탄화수소의 산화를 유지하기에 충분한 온도 이상인 경우, 열원 (202) 또는 그 근방에서 처리 영역 (224) 에 조절된 양의 산화제 (예컨대 공기 및/또는 산소) 가 공급된다. 그와 같은 온도에서, 산화제는 탄화수소와 반응하여 열원 (202) 내의 전기 히터에 의해 공급된 열에 추가로 열을 공급한다. 조절된 양의 산화제는 지층 내의 탄화수소 열분해를 위한 추가적인 열을 공급하도록 지층 내의 탄화수소의 산화를 촉진시킬 수 있다. 비탄화수소 물질의 제거 후 처리 영역의 증가된 투과도 때문에, 산화제는 처리 영역 (224) 을 통해 보다 용이하게 유동할 수 있다. 산화제는 지층의 가열을 제어하기 위하여 조절되는 방식으로 공급된다. 공급되는 산화제의 양은 지층의 제어되지 않는 가열을 피하도록 조절된다.
현장 열 처리 과정에 이어서, 처리 영역 (224) 는 지층의 고온부로부터 증기를 생산하기 위해 물을 도입하여 냉각될 수 있다. 증기 생산을 위한 물의 도입은 지층 내에 잔류하는 약간의 탄화수소를 증발시킬 수 있다. 물은 주입 웰 (236) 을 통해 주입될 수 있다. 주입된 물은 지층을 냉각시킬 수 있다. 잔류하는 탄화수소 및 생성된 증기는 제조 웰 (206) 및/또는 열원 (202) 을 통해 생산될 수 있다. 처리 영역 (224) 은 물의 비등점 근처의 온도로 냉각될 수 있다. 지층으로부터 생산된 증기는 지층의 다른 부분을 솔루션 마이닝하는 데 사용되는 제 1 유체를 가열하는 데 사용될 수 있다.
처리 영역 (224) 은 물이 지층 내에서 응축되는 온도로 추가로 냉각될 수 있다. 물 및/또는 용매는 처리영역 내로 도입되고 이로부터 제거될 수 있다. 응축된 물 및/또는 용매를 처리 영역 (224) 으로부터 제거하는 것은 처리 영역 내에 잔류하는 임의의 추가적인 가용성 물질을 제거할 수 있다. 물 및/또는 용매는 지층 내에 존재하는 비가용성 유체를 동반할 수 있다. 유체는 제조 웰 (206) 및/또는 열원 (202) 을 통해 처리 영역 (224) 으로부터 퍼낼 수 있다. 물 및/또는 용매의 주입 및 제거는 처리 영역 (224) 내의 원하는 물의 품질이 달성될 때까지 반복될 수 있다. 물의 품질은 주입 웰 (236), 열원 (202), 및/또는 제조 엘 (206) 에서 측정될 수 있다. 물의 품질은 처리 영역의 처리 전 물의 품질과 실질적으로 대등하거나 이보다 우수할 수 있다.
몇몇의 실시형태에서, 처리 영역 (224) 는 비침출 구역 상부에 위치한 침출 구역을 포함할 수 있다. 침출 구역은 자연적으로 그리고/또는 별도의 침출 과정에 의해 침출될 수 있다. 특정 실시형태에서, 비침출 구역의 깊이는 약 500 m 이상일 수 있다. 비침출 구역의 두께는 약 100 m ~ 500 m 일 수 있다. 하지만, 비침출 구역의 깊이 및 두께는 예를 들면, 처리 영역 (224) 의 위치 및/또는 지층의 유형에 따라 변할 수 있다. 특정 실시형태에서, 제 1 유체는 침출 구역 아래의 비침출 구역 내로 주입된다. 열 또한 비침출 구역 내로 공급될 수 있다.
특정 실시형태에서, 지층의 어떤 부분은 솔루션 마이닝에 의해 처리되지 않고 그리고/또는 침출되지 않고 남아있을 수 있다. 비침출 부분은 상기와 같이 제 1 유체를 공급하여 침출 및/또는 솔루션 마이닝된 지층의 선택된 부분 근방일 수 있다. 비침출된 부분은 선택된 부분 내로의 물의 유동을 억제한다. 몇몇의 실시형태에서, 둘 이상의 비침출 부분은 선택된 부분 근방일 수 있다.
나콜라이트는 지층 내에서 층 또는 베드에 존재할 수 있다. 솔루션 마이닝 이전에는, 그러한 층은 투과성을 거의 또는 전혀 갖지 않는다. 특정 실시형태에서, 지층으로부터 솔루션 마이닝 층을 이룬 나콜라이트는 지층 내에 수직 이동을 일으킨다. 도 8 은 지층으로부터 솔루션 마이닝 하기 전의, 상부 퇴적물 (222) 하부의 지층 내에 있는 나콜라이트 층을 갖는 지층의 실시형태를 나타낸다. 수소층 (242A) 은 실질적으로 나콜라이트를 갖지 않고 수소층 (242B) 은 나콜라이트를 갖는다. 도 9 는 나콜라이트가 솔루션 마이닝된 후의 도 8 의 지층을 나타낸다. 층 (242B) 은 층으로부터 나콜라이트가 제거되어 붕괴되었다. 층 (242B) 의 붕괴는 층의 압밀 및 지층의 수직 이동을 일으킨다. 층 (242B) 의 압밀 후에 층 (242B) 의 탄화수소 농도는 증가된다. 또한, 층 (242B) 의 투과도는 나콜라이트의 제거로 인해 압밀 후에 상대적으로 높은 상태로 남아있을 수 있다. 투과도는 수직 이동 후 5 darcy 초과, 1 darcy 초과, 또는 0.5 darcy 초과일 수 있다. 투과도는 지층이 현장 열 처리 과정을 사용하여 처리되는 경우 제조 웰 쪽으로의 유체 유동 경로를 제공할 수 있다. 증가된 투과도는 제조 웰 사이에 큰 간격을 갖도록 한다. 솔루션 마이닝 후의 현장 열 처리 시스템에 대한 제조 웰 사이의 거리는 10 m 초과, 20 m 초과, 또는 30 m 초과일 수 있다. 히터 웰은 나콜라이트의 제거 및 이후의 수직 이동 후에 지층 내에 위치할 수 있 다. 히터 웰보어의 형성 및/또는 수직 이동 후 지층 내의 히터 설치는 히터가 수직 이동으로 인해 손상되는 것으로부터 히터를 보호한다.
특정 실시형태에서, 지층으로부터 나콜라이트를 제거하는 것은 지층 내의 둘 이상의 웰을 상호 연결시킨다. 지층 내의 구역으로부터 나콜라이트를 제거하면 구역 내의 투과도를 증가시킬 수 있다. 몇몇 구역은 다른 구역들보다 많은 나콜라이트를 가질 수 있으며, 나콜라이트가 제거됨에 따라 투과도가 더욱 커진다. 특정 시간에, 증가된 투과도를 갖는 구역은 지층 내의 둘 이상의 웰 (예컨대, 주입웰 또는 제조 웰) 과 상호 연결될 수 있다.
도 10 은 상기 구역으로부터 나콜라이트를 제거하기 위해 솔루션 마이닝된 구역에 의해 상호 연결된 두 개의 주입 웰의 실시형태를 나타낸다. 솔루션 마이닝 웰 (212) 은 나콜라이트를 함유한 탄화수소 층 (242) 을 솔루션 마이닝 하는데 사용된다. 솔루션 마이닝 과정의 초기 부분 동안, 솔루션 마이닝 웰 (212) 은 물 및/또는 다른 유체를 주입하고, 지층으로부터 해리된 나콜라이트 유체를 생산하는 데 사용된다. 각각의 솔루션 마이닝 웰 (212) 은, 탄화수소 층의 투과도가 주입 웰 사이로 유체가 유동하도록 하기에 충분하지 않은 경우 물을 주입하고 근처 웰보어 영역으로부터 유체를 생산하는데 사용된다. 특정 실시형태에서, 구역 (244) 은 탄화수소 층 (242) 의 다른 부분보다 많은 나콜라이트를 갖는다. 구역 (244) 으로부터의 증가된 나콜라이트 제거로, 구역의 투과도는 증가한다. 투과도는 구역 (244) 으로부터 나콜라이트가 제거됨에 따라 웰보어로부터 외부 쪽으로 증가한다. 지층의 솔루션 마이닝 도중의 어떤 지점에서는, 유체가 웰 사 이로 유동하도록 솔루션 마이닝 웰 (212) 이 상호 연결되도록 하기 위해 구역 (244) 의 투과도는 증가한다. 이 때, 하나의 솔루션 마이닝 웰 (212') 은 물을 주입하는 데 사용되고 다른 솔루션 마이닝 웰 (212″) 은 연속적인 과정으로 지층으로부터 유체를 생산하는 데 사용된다. 하나의 웰 내의 주입 및 제 2 웰로부터의 생산은, 동일한 웰을 통해 주입 및 생산하는 것과 비교해 나콜라이트의 제거에 보다 경제적이고 효과적이다. 몇몇의 실시형태에서, 지층으로부터 유체를 생산하기 위해 추가적인 웰이 구역 (244) 및/또는 탄화수소 층 (242) 내에 뚫릴 수 있다. 상기 웰은 이후에 현장 열 처리 과정 및 탄화수소 층 (242) 의 처리를 위한 히터 웰 및/또는 제조 웰로서 사용될 수 있다.
몇몇의 실시형태에서, 솔루션 마이닝 동안 지층으로부터 생산된 제 2 유체는 중탄산 나트륨을 제조하는 데 사용된다. 중탄산 나트륨은 식품 및 제약 산업, 가죽 무드질, 지연 (retardation), 폐수 처리, 및 통기관 가스 처리 (통기관 가스의 탈황 및 염화수소 감소)에 사용될 수 있다. 제 2 유체는 지층으로부터 제거될 때 상승 온도에서 가압 상대로 유지될 수 있다. 제 2 유체는 중탄산염 나트륨을 석출시키기 위해 결정화 장치 내에서 냉각될 수 있다.
몇몇의 실시형태에서, 솔루션 마이닝 동안 지층 내에 제조된 제 2 유체는 탄산나트륨 (소다 재라고도 함) 을 제조하는데 사용된다. 탄산 나트륨은 유리 제조, 세재의 제조, 정수, 중합체 제조, 제혁, 종이 제조, 폐수 중화, 금속 정제, 당분 추출, 및/또는 시멘트 제조에 사용될 수 있다. 지층으로부터 제거된 제 2 유체는 탄산나트륨 (소다 재) 및/또는 탄산나트륨 염수 (brine) 를 형성하기 위해 처리 시설 내에서 가열될 수도 있다. 중탄산나트륨을 가열하면 다음 식에 따라 탄산나트륨을 형성하게 된다:
(1) 2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 +H2O
특정 실시형태에서, 중탄산나트륨의 가열을 위한 열은 지층으로부터의 열을 사용하여 제공된다. 예를 들면, 고온 지층 내로 도입된 물로부터 제조된 증기를 사용하는 열교환기는 중탄산나트륨의 해리 온도로 제 2 유체를 가열하는 데 사용될 수 있다. 몇몇의 실시형태에서, 제 2 유체는 추가 반응을 위해 층 내의 열을 사용하기 위해 지층을 통과해 순환된다. 증기 및/또는 고온수 또한 순환을 촉진하기 위해 추가될 수 있다. 제 2 유체는 지층으로부터 탄화수소를 제조하기 위해 현장 열 처리 과정을 겪은 지층의 가열부를 통하여 순환될 수 있다. 탄산나트륨 해리 동안 생성되는 이산화탄소의 적어도 일부는 현장 열 처리 이후 지층에 잔류하는 탄소에 흡수될 수 있다. 몇몇의 실시형태에서, 제 2 유체는 지층을 가열하는데 이미 사용된 도관을 통하여 순환된다.
몇몇의 실시형태에서, 나콜라이트의 솔루션 마이닝 동안 지층 내에는 고온 (예컨대 약 120℃ 초과, 약 130℃ 초과, 약 150℃ 초과, 또는 약 250 미만) 이 사용된다. 제 1 유체는 이산화탄소를 제조하기 위해 탄산나트륨이 해리되는 것을 억제하기에 충분하다. 지층 내의 압력은 나콜라이트 해리 등을 억제하기에 충분히 높은 압력에서 유지될 수 있지만, 지층의 균열을 일으킬 수 있는 압력보다는 낮다. 또한, 지층 내의 압력은 물이 지층 내에 도입되는 경우 증기 지층을 억 제하기에 충분히 높게 유지될 수 있다. 몇몇의 실시형태에서, 나콜라이트의 일부는 현장에서 분해되기 시작할 수 있다. 그러한 경우, 나콜라이트는 소다 재와 같이 지층으로부터 제거된다. 소다 재는 나콜라이트의 솔루션 마이닝으로부터 제조되며, 소다 재는 처리를 위해 개별 설비에 전달된다. 소다 재는 파이프를 통하여 개별 설비로 운반될 수 있다.
상기 설명한 바와 같이, 특정 실시형태에서, 지층으로부터 나콜라이트를 제거한 후, 지층은 지층으로부터 지층 유체를 제조하기 위해 현장 열 처리 과정을 사용하여 처리된다. 도소나이트가 지층 내에 존재하는 경우, 지층을 열분해 온도로 가열하는 동안 지층의 가열된 부분 내의 도소나이트는 분해된다. 도소나이트는 약 270℃ 를 초과하는 온도에서 다음 식을 따라 분해된다.
(2) 2NaAl(OH)2CO3 → Na2CO3 + Al2O3 + 2H2O + CO2
탄산나트륨은 탄산나트륨이 용해될 수 있는 물 또는 다른 유체를 갖는 지층의 솔루션 마이닝에 의해 지층으로부터 제거될 수 있다. 특정 실시형태에서, 도소나이트 분해에 의해 형성된 알루미나는 킬레이트제를 사용하여 솔루션 마이닝된 용액이다. 킬레이트제는 솔루션 마이닝 및/또는 현장 열 처리 과정에 사용되는 주입 웰, 제조 웰, 및/또는 히터 웰 (예컨대, 도 7 에 나타낸 주입 웰 (236), 제조 웰 (206), 및/또는 열원 (202))을 통해 주입될 수 있다. 특정 실시형태에서 킬레이트제는 EDTA (에틸렌디아민4초산) 이다. 다른 가능한 킬레이트제의 예로는, 에틸렌디아민, 포르피린, 디메르카프롤 (dimercaprol), 니트릴로3초산, 디 에틸렌트리아민5초산, 인산, 아세트산, 아세톡시 벤조산, 니코틴산, 피루브산, 구연산, 주석산, 말론산, 이미디졸, 아스코르브산, 페놀, 하이드록시 케톤, 세바신산 및 붕산을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 킬레이트제와 알루미나의 혼합물은 솔루션 마이닝 및/또는 현장 열 처리 과정에 사용되는 제조 웰 또는 다른 웰들 (예컨대 도 7 에 나타낸 주입 웰 (236), 제조 웰 (206), 및/또는 열원 (202)) 을 통해 제조될 수 있다. 알루미나는 처리 설비 내의 킬레이트제로부터 분리될 수 있다. 회수된 킬레이트제는 보다 많은 알루미나를 솔루션 마이닝 하기 위해 지층으로 재순환될 수 있다.
몇몇의 실시형태에서, 지층 내의 알루미나는 현장 열 처리 과정 후에 기본 유체를 사용하여 솔루션 마이닝 될 수 있다. 기본 유체는 수산화나트륨, 암모니아, 수산화마그네슘, 탄산마그네슘, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 피리딘 및 아민을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 하나의 실시형태에서, 0.5 노르말 Na2CO3 와 같은 탄산나트륨 염수가 알루미나를 솔루션 마이닝 하는데 사용된다. 탄산나트륨 염수는 지층으로부터 나콜라이트를 솔루션 마이닝 하여 얻을 수 있다. 나콜라이트를 솔루션 마이닝 하여 얻는 기본 유체는 기본 유체 획득과 관련된 비용을 상당히 감소시킬 수 있다. 기본 유체는 히터 웰 및/또는 주입 웰을 통해 지층 내로 주입될 수 있다. 기본 유체는 알루미나와 결합하여 알루미나 용액을 형성하고 지층으로부터 제거될 수 있다. 알루미나 용액은 히터 웰, 주입 웰 또는 제조 웰을 통해 제거될 수 있다.
알루미나는 처리 설비 내의 알루미나 용액으로부터 추출될 수 있다. 하나의 실시형태에서, 이산화탄소는 기본 유체로부터 알루미나를 석출시키기 위해 알루미나 용액을 통해 비등된다. 이산화탄소는 나콜라이트의 해리로부터, 현장 열처리 과정으로부터, 또는 현장 열 처리 과정 동안 도소나이트의 분해로부터 얻을 수 있다.
특정 실시형태에서, 지층은 나콜라이트 또는 도소나이트 중 어느 하나만이 상당히 풍부한 부분을 포함할 수 있다. 예를 들면, 지층은 지층의 퇴적중심부 (depocenter) 내에 상당한 양의 나콜라이트 (예컨대 약 20 중량% 이상, 약 30 중량% 이상, 또는 약 40 중량% 이상) 를 함유할 수 있다. 퇴적중심부는 평균적으로 약 5 중량% 이하의 도소나이트 만을 함유할 수 있다. 하지만, 지층의 바닥층에서, 도소나이트의 중량%는 약 10 중량% 또는 약 25 중량% 정도까지 높을 수도 있다. 그러한 지층에서는, 나콜라이트는 퇴적중심부와 같은 나콜라이트가 풍부한 영역 내에서만, 그리고 도소나이트는 바닥층과 같이 도소나이트가 풍부한 영역 내에서만 솔루션 마이닝 하는 것이 유리하다. 이러한 선택적인 솔루션 마이닝은 유체 비용, 가열 비용 및/또는 솔루션 마이닝 작업과 관련된 장비 비용을 상당히 감소시킬 수 있다.
특정 실시형태에서, 지층 내의 층들 사이에서 도소나이트 조성이 변한다. 예를 들면, 어떤 층은 도소나이트를 가질 수 있고 어떤 층은 갖지 않을 수 있다. 특정 실시형태에서는, 도소나이트를 덜 갖는 층보다 도소나이트를 더 많이 갖는 층에 보다 많은 열이 가해진다. 특정 도소나이트 층에 열을 더 공급하도록 하 여 도소나이트를 분해하는 반응이 탄화수소의 열분해를 위한 열의 일부를 흡수함에 따라 지층을 보다 균일하게 가열하게 된다. 도 11 은 지층 내의 도소나이트를 갖는 지층의 가열을 위한 실시형태를 나타낸다. 탄화수소 층 (242) 의 도소나이트 조성을 평가하기 위해 탄화수소 (242) 의 견본이 채취될 수 있다. 광물 조성은 예를 들면 FTIR (푸리에 변환 적외선 분광법) 또는 엑스레이 회절을 사용하여 평가될 수 있다. 견본 조성의 평가는 또한 견본의 나콜라이트 조성을 평가할 수도 있다. 도소나이트 조성을 평가한 후, 히터 (248) 는 웰보어 (250) 내에 위치할 수 있다. 히터 (248) 는 보다 많은 도소나이트를 층 (탄화수소 층 (242D)) 내에 갖는 탄화수소 층에 보다 많은 열을 공급하는 부분을 포함한다. 도소나이트를 보다 적게 갖는 탄화수소 층 (탄화수소 층 (242C)) 에는 히터 (248) 에 의해 열어 보다 적게 공급된다. 예컨대 히터의 길이에 따른 히터의 저항을 조절함으로써 히터 (248) 의 열 출력을 조절할 수 있다. 하나의 실시형태에서, 히터 (248) 는 층 (242C) 근방의 부분의 온도 제한 (퀴리 온도) 과 비교할 때, 보다 높은 온도 제한 (예컨대 보다 높은 퀴리 온도) 을 갖는 본 발명에 개시된 온도 제한 히터이다. 히터 (248) 의 저항은 또한 도소나이트가 풍부한 층 근방에 보다 높은 에너지 입력 (W/m) 을 공급하기 위해 히터의 길이를 따라 저항성 전도 물질을 바꾸면서 조절될 수도 있다.
도소나이트 및 나콜라이트의 솔루션 마이닝은 알루미나 및 수다 재를 지층으로부터 제조하는 비교적 간단한 과정일 수 있다. 몇몇의 실시형태에서, 현장 열 처리 과정을 사용하여 지층으로부터 제조된 탄화수소는 현장 변환 과정 지역 또 는 그 근방에서 직류 (DC) 전기를 생산하는 발전소의 연료가 될 수 있다. 생산된 직류 전기는 그 지역에 사용되어 Hall 과정을 사용하여 알루미나로부터 알루미늄 금속을 제조할 수도 있다. 알루미늄 금속은 상기 지역의 처리 설비에서 알루미나를 용융시켜 알루미나로부터 제조될 수도 있다. 상기 지역에 직류 전기를 발생시켜 탄화수소, 수송관, 또는 현장 열 처리 과정을 사용하여 지층으로부터 제조된 탄화수소의 수송 및/또는 처리와 관련된 다른 처리 설비에 관한 비용을 절약할 수 있다.
몇몇의 실시형태에서, 웰 근방의 다공성을 증가시키기 위해 선택된 웰을 통해 지층 내로 산 (acid) 이 도입될 수도 있다. 예를 들면, 지층이 석회암 또는 백운석을 포함하는 경우에 산이 주입될 수 있다. 선택된 웰의 처리를 위해 사용되는 상기 산은 지층의 일부의 현장 열 처리 시에 생성되는 산일 수도 있고 (예컨대 염화수소산), 또는 현장 열 처리의 부산물로부터 생성되는 산일 수도 있다 (예컨대, 황화수소 또는 황으로부터 생성되는 황산).
본 발명의 다양한 측면에서의 다른 수정 및 대안적인 실시형태가 이 명세서로부터 본 기술분야의 당업자가에게 명백할 수 있다. 따라서, 본 명세서는 단지 설명적인 것으로 해석되어야 하며, 본 발명을 실시하는 일반적인 방식을 본 기술분야의 당업자에게 설명하기 위한 것이다. 여기서 설명한 본 발명의 형태는 현재 바람직한 실시형태로서 이해해야 한다. 요소 및 재료는 여기서 설명하는 것으로 대체될 수 있고, 구성요소 및 과정은 역으로 될 수 있으며, 본 발명의 특정 측면들은 본 명세서의 이점을 가진 후 본 기술분야의 당업자에게 명백한 것처럼 독 립적으로 이용될 수 있다. 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 보호범위를 벗어나지 않으면서 여기서 설명한 요소에 변형이 가해질 수 있다. 그리고, 여기서 독립적으로 설명한 측면들은 특정 실시형태에서 조합될 수 있다.
Claims (20)
- 두 개 이상의 주입 웰을 통해 지층의 일부에 제 1 유체를 공급하는 단계;유체가 두 개의 상기 주입 웰 사이로 유동할 수 있도록 상기 두 개 이상의 주입 웰이 상호 연결될 때까지, 상기 제 1 유체에 용해된 적어도 일부분의 나콜라이트를 포함하는 제 2 유체를 하나 이상의 주입 웰을 통해 상기 지층의 일부로부터 제조하는 단계;상기 지층의 일부 근방에 불투과성인 재료의 구역을 남겨두는 단계;상기 불투과성 재료 내로 연장하는 장벽을 형성하는 단계;상호 연결된 상기 주입 웰 중 하나를 통하여 상기 제 1 유체를 주입하는 단계;상호 연결된 상기 주입 웰의 하나 이상으로부터 상기 제 2 유체를 제조하는 단계;상기 지층을 가열하기 위해 하나 이상의 히터로부터 상기 지층에 열을 공급하는 단계; 및상기 지층으로부터 탄화수소 유체를 제조하는 단계를 포함하는, 나콜라이트를 포함하는 오일 셰일 지층의 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 지층을 가열하기 위해 하나 이상의 히터로부터 상기 지층에 열을 공급하는 단계;상기 지층의 일부에 조절된 양의 산화제를 공급하는 단계를 더 포함하는, 나콜라이트를 포함하는 오일 셰일 지층의 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 지층의 일부의 적어도 일부분의 선택적인 수직 이동을 일으키는 단계로서, 상기 제 2 유체는 상기 제 1 유체에 용해된 적어도 일부분의 나콜라이트를 포함하는, 상기 수직 이동을 일으키는 단계; 및수직으로 이동된 상기 지층의 적어도 일부를 가열하기 위해, 하나 이상의 히터로부터 상기 지층에 열을 공급하는 단계를 더 포함하는, 나콜라이트를 포함하는 오일 셰일 지층의 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서,증기를 포함하고 상기 지층의 일부에 있는 탄화수소의 열분해 온도보다 낮은 온도에 있는 제 1 유체를 상기 지층의 일부에 공급하는 단계; 및상기 지층을 가열하기 위해 하나 이상의 히터로부터 상기 지층에 열을 공급하는 단계를 더 포함하는, 나콜라이트를 포함하는 오일 셰일 지층의 처리 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 지층의 일부 내외로 출입하는 유체 유동을 억제하기 위해, 상기 지층의 일부의 측면에 불투과성인 재료의 구역을 남겨두는 단계를 더 포함하는, 나콜라이트를 포함하는 오일 셰일 지층의 처리 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 지층의 일부 내외로 출입하는 유체 유동을 억제하기 위해, 상기 지층의 일부 상부에 불투과성인 재료의 구역을 남겨두는 단계를 더 포함하는, 나콜라이트를 포함하는 오일 셰일 지층의 처리 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 지층의 일부 내에 상기 제 1 유체를 도입하거나, 상기 지층의 일부로부터 상기 제 2 유체를 제거하거나, 또는 상기 지층의 일부 내에 상기 제 1 유체를 도입하고 상기 지층의 일부로부터 상기 제 2 유체를 제거하는데 사용되는 하나 이상의 웰은, 상기 지층의 일부로부터 탄화수소 함유 유체를 제거하기 위해서도 사용되는, 나콜라이트를 포함하는 오일 셰일 지층의 처리 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,제 1 유체의 도입은 제 1 주입 웰 및 제 2 주입 웰을 통해 상기 제 1 유체를 도입하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 유체의 도입은 상기 제 1 주입 웰 및 상기 제 2 주입 웰 근방의 상기 지층의 일부의 투과성을 증가시키고, 상기 제 1 주입 웰 근방의 증가된 투과성은 상기 제 2 주입 웰 근방의 증가된 투과성과 중첩되어 상기 제 1 주입 웰을 통한 상기 제 1 유체의 도입 및 상기 제 2 주입 웰을 통한 상기 제 2 유체의 제거가 가능해지는, 나콜라이트를 포함하는 오일 셰일 지층의 처리 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 유체는 고온수를 포함하는, 나콜라이트를 포함하는 오일 셰일 지층의 처리 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 유체를 가열하는 데 사용된 열은 상기 지층의 이미 처리된 부분으로부터 회수되는, 나콜라이트를 포함하는 오일 셰일 지층의 처리 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 지층의 일부로부터 상기 제 2 유체를 제조하는 것은, 상기 지층의 일부의 선택적인 수직 이동을 일으켜, 수직으로 이동된 상기 지층의 일부의 탄화수소 농도 (richness) 가 증가되는, 나콜라이트를 포함하는 오일 셰일 지층의 처리 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 2 유체의 적어도 일부를 상기 지층의 제 2 부분에 도입하고, 상기 제 2 부분으로부터 소다 재 (soda ash) 를 포함하는 유체를 제조하는 단계를 더 포함하는, 나콜라이트를 포함하는 오일 셰일 지층의 처리 방법.
- 제 12 항에 있어서,중탄산나트륨을 소다 재로 변환하는 동안 생성된 이산화탄소의 적어도 일부를 제 2 부분 내에 흡수시키 단계를 더 포함하는, 나콜라이트를 포함하는 오일 셰일 지층의 처리 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 2 유체에 열을 전달하기 위해 상기 지층 내의 웰 보어 내외로 상기 제 2 유체의 적어도 일부를 유동시키는 단계를 더 포함하고, 상기 전달된 열은 상기 제 2 유체 내의 중탄산나트륨의 적어도 일부분을 소다 재로 변환하는, 나콜라이트를 포함하는 오일 셰일 지층의 처리 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 지층의 일부 내의 탄화수소의 열분해 온도 이상으로 상기 지층의 일부를 열원으로 가열하고, 상기 지층의 일부로부터 탄화수소를 제조하는 단계를 더 포함하는, 나콜라이트를 포함하는 오일 셰일 지층의 처리 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 지층의 일부 내의 적어도 일부의 도소나이트를 공급된 열로 분해하는 단계;킬레이트제를 상기 지층의 일부에 공급하여 적어도 일부의 도소나이트 분해 생성물을 용해시키는 단계; 및 용해된 상기 도소나이트 분해 생성물을 제조하는 단계를 더 포함하는, 나콜라이트를 포함하는 오일 셰일 지층의 처리 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 유체의 온도는 탄화수소 유체의 제조 동안 상기 지층 내의 제조 웰의 폐색을 억제하도록 선택되는, 나콜라이트를 포함하는 오일 셰일 지층의 처리 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 유체를 지층의 제 1 부분에 공급하는 단계;상기 제 1 유체에 용해된 중탄산나트륨을 포함하는 제 2 유체를 상기 제 1 부분으로부터 제조하는 단계;상기 제 2 유체를 상기 지층의 제 2 부분에 공급하는 단계;상기 지층의 상기 제 2 부분을 가열하기 위해 하나 이상의 열원으로부터 열을 공급하는 단계;상기 지층의 상기 제 2 부분으로부터의 열을 사용하여 상기 제 2 유체를 가열하여 소다 재를 제조하는 단계; 및소다 재를 포함하는 제 3 유체를 상기 제 2 부분으로부터 제조하는 단계를 포함하는, 지층의 처리 방법.
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