MX2011008535A - Sistemas de calor convectivo para la recuperacion de hidrocarburos provenientes de infraestructuras encapsuladas de control de permeabilidad. - Google Patents

Abstract

Una infraestructura de control de permeabilidad construida puede incluir un embalse de control de permeabilidad, que define un volumen sustancialmente encapsulado. La infraestructura también puede incluir un material hidrocarbonáceo triturado dentro del volumen encapsulado. El material hidrocarbonáceo triturado puede formar un cuerpo permeable de material hidrocarbonáceo. La infraestructura también puede incluir al menos un conducto impulsor por convección orientado en una porción inferior del cuerpo permeable para generar patrones de flujo convectivo de masa a través del cuerpo permeable. Un método asociado de recuperar hidrocarburos de los materiales hidrocarbonáceos puede incluir la formación de una infraestructura de control de permeabilidad construida, que define un volumen sustancialmente encapsulado. Un material hidrocarbonáceo triturado se puede introducir en la infraestructura de control para formar un cuerpo permeable de material hidrocarbonáceo. Un fluido calentado se puede pasar a través del cuerpo permeable en patrones de flujo convectivo de masa para eliminar hidrocarburos del cuerpo permeable. Los hidrocarburos eliminados se pueden recolectar para procesamiento y/o uso posterior.

Description

SISTEMAS DE CALOR CONVECTIVO PARA LA RECUPERACIÓN DE HIDROCARBUROS PROVENIENTES DE INFRAESTRUCTURAS ENCAPSULADAS DE CONTROL DE PERMEABILIDAD SOLICITUDES RELACIONADAS La presente solicitud reivindica prioridad para la solicitud de patente provisoria estadounidense N.° 61/152.141, presentada el 12 de febrero de 2009 que también se incorpora a la presente como referencia.

ANTECEDENTES La demanda mundial y nacional de combustibles fósiles continúa en aumento a pesar de los aumentos de precio y otros asuntos económicos y geopoliticos . Dado que dicha demanda continúa en crecimiento, el estudio y la investigación para hallar fuentes adicionales y económicamente viables de combustibles fósiles aumentan en la misma medida. Históricamente, han sido muchos lo que reconocieron las enormes cantidades de energía almacenada, por ejemplo, en la pizarra bituminosa, los depósitos de carbón y de arenas bituminosas. Sin embargo, estas fuentes continúan representando un difícil reto en cuanto a la recuperación económicamente competitiva. Las arenas bituminosas canadienses han demostrado que dichos esfuerzos pueden ser fructíferos, aunque aún continúen representando desafíos, incluyendo el impacto ambiental, la calidad productiva, los costos de producción y los tiempos de procesamiento, entre otros .

El cálculo estimado de las reservas mundiales de pizarra bituminosa varia de dos a casi siete billones de barriles de petróleo, dependiendo de la fuente de estimación. A pesar de todo, estas reservas representan un enorme volumen y siguen siendo un recurso básicamente sin explotar. Una gran cantidad de compañías e investigadores continúan estudiando y probando métodos de recuperación de petróleo de dichas reservas. En la industria de la pizarra bituminosa, los métodos de extracción incluyen chimeneas subterráneas de grava creadas por explosiones, métodos in situ como el método de "proceso de conversión in si tu" (ICP) (Shell Oil), y el calentamiento en retortas fabricadas en acero. Otros procedimientos incluyen métodos in situ por radiofrecuencia (microondas) , y procesos "modificados" in situ, donde se combinan la minería, las explosiones y la retorta para reducir a escombros una formación a fin de permitir una mejor transferencia del calor y extracción del producto.

Entre los procedimientos típicos de la pizarra bituminosa, todos enfrentan compensaciones en cuestiones de aspecto económico y ambiental. Ningún procedimiento actual solo satisface los retos económicos, ambientales y técnicos. Además, los temas relacionados con el calentamiento global dan origen a medidas adicionales para tratar las emisiones de dióxido de carbono (C02) que están asociadas a dichos procedimientos. Se necesitan métodos que cumplan con la gestión ambiental, y a la vez aseguren un elevado volumen de producción de petróleo que sea rentable.

Los conceptos subterráneos in situ surgieron a partir de su capacidad para producir elevados volúmenes a la vez que eluden el costo de la minería. Aunque se pueden obtener ahorros en el costo por eludir la minería, el método in situ requiere el calentamiento de una formación durante un largo período de tiempo debido a la conductividad térmica extremadamente baja y al elevado calor específico de la pizarra bituminosa sólida. Tal vez el desafío más significativo para cualquier procedimiento in situ es la incertidumbre y la posible contaminación del agua a largo plazo que puede ocurrir con los acuíferos subterráneos de agua dulce. En el caso del método ICP de Shell, se utiliza una "pared helada", como barrera para mantener una separación entre los acuíferos y el área subterránea en tratamiento. Aunque esto es posible, ningún análisis a largo plazo ha demostrado por períodos extensos garantizar que evita la contaminación. Sin garantías y con aún menos soluciones en caso de que una pared fallara, es conveniente utilizar otros métodos para enfrentar dichos riesgos ambientales.

Por esta y otras razones, aún se necesitan métodos y sistemas que puedan brindar una mejor recuperación de los hidrocarburos que provengan de materiales adecuados que contengan hidrocarburos, que tengan un aspecto económico aceptable y eviten los inconvenientes antes mencionados.

SÍNTESIS Un método de recuperación de hidrocarburos de materiales hidrocarbonados puede incluir la construcción de una infraestructura de control de permeabilidad. Esta infraestructura construida delimita un volumen considerablemente encapsulado. Un material hidrocarbonado extraído o triturado se puede introducir en la infraestructura de control para formar un cuerpo permeable de material hidrocarbonado. El cuerpo permeable se puede calentar pasando un fluido caliente en patrones de flujo convectivo global a través del cuerpo permeable de manera que sea suficiente para extraer de allí los hidrocarburos. Los patrones de flujo convectivo global se pueden generar mediante al menos un paso de conducción de la convección orientado hacia una porción inferior del cuerpo permeable. Durante el calentamiento el material hidrocarbonado se puede inmovilizar de manera considerable. Los hidrocarburos extraídos se pueden recoger para realizar un mayor procesamiento, utilizarlos en el procedimiento como combustible o aditivos complementarios, y/o utilizarlos directamente, sin más tratamiento.

Este enfoque puede permitir la resolución de problemas difíciles en relación con la extracción de hidrocarburos líquidos y gaseosos de la superficie o depósitos subterráneos de hidrocarburos extraídos tales como pizarra bituminosa, arenas bituminosas, lignito y carbón, y de biomasa recolectada. Entre otras cosas, este enfoque puede ayudar a reducir los costos, aumentar el volumen de extracción, reducir las emisiones de aire, limitar el consumo de agua, evitar la contaminación del acuífero subterráneo, recuperar las perturbaciones superficiales, reducir los costos de manipulación del material, extraer finas partículas de polvo y mejorar la composición de los hidrocarburos líquidos y gaseosos recuperados. Este enfoque también puede hacer frente a las cuestiones de la contaminación del agua con una estructura de protección del agua más segura, previsible, mejor construida, más visible, más fácil de reparar, de adaptar y con más capacidad de evitar inconvenientes.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La FIG. 1 es un esquema de la vista de un corte lateral de una infraestructura de control de permeabilidad construida de acuerdo con una forma de realización.

Las FIG. 2A y 2B son las vistas superior y en planta de una pluralidad de embalses de control de permeabilidad de acuerdo con una forma de realización.

La FIG. 3 es una vista de un corte lateral de un embalse de control de permeabilidad de acuerdo con una forma de realización.

La FIG. 4 es el esquema de una porción de una infraestructura construida de acuerdo con una forma de realización .

La FIG. 5 es un esquema que muestra la transferencia del calor entre dos embalses de control de permeabilidad de acuerdo con otra forma de realización.

Debe tenerse en cuenta que las figuras son meramente ilustrativas de varias formas de realización de la presente invención y de este modo, no se pretende ningún tipo de limitación en el alcance de la presente invención. Además, en general, las figuras no están representadas a escala, sino que están realizadas con el fin de brindar utilidad y claridad en la ilustración de varios aspectos de la invención .

DESCRIPCIÓN DETALLADA A continuación se hace referencia a las formas de realización ilustrativas y se utiliza lenguaje especifico para la descripción de ellas. No obstante, se entenderá que de este modo, no se pretende ningún tipo de limitación en el alcance de la invención. Las alteraciones y demás modificaciones de las características de la invención descritas en la presente, y las aplicaciones adicionales de los principios de la invención según se describen en la presente, que pudieran presentársele a un experto en el arte relevante y en posesión de la presente divulgación, se considerarán dentro del alcance de la invención. Además, antes de que se divulguen y describan las formas de realización particulares de la presente invención, debe entenderse que esta invención no se limita al procedimiento en particular y a los materiales divulgados en la presente, pues pueden variar en algún grado. Asimismo, debe entenderse que la terminología utilizada en la presente solo es para el propósito de describir formas de realización en particular y no pretende ser restrictiva, pues el alcance de la presente invención se definirá solo mediante las reivindicaciones y equivalencias anexadas de la misma.

Definiciones Al describir y reivindicar la presente invención, se utilizará la siguiente terminología.

Las formas singulares "un", "una", "uno" y "el", "la", incluyen las referencias plurales a menos que el contexto lo indique claramente de otra manera. Así, por ejemplo, la referencia a "una pared" incluye la referencia a una o más de dichas estructuras, "un cuerpo permeable" incluye la referencia a uno o más de dichos materiales, y "un paso de calentamiento" se refiere a uno o más de estos pasos.

Como se utiliza en la presente, la expresión "grado existente" o una terminología similar se refiere al grado o a un plano paralelo a la topografía de la superficie local de un sitio que contiene una infraestructura como se describió en la presente, cuya infraestructura puede estar por encima o debajo del grado existente.

Como se utiliza en la presente, el término "conductos" se refiere a cualquier pasaje a lo largo de una distancia especifica que puede utilizarse para transportar materiales y/o calor de un punto a otro. Aunque en general los conductos pueden ser tubos circulares, otros conductos no circulares también pueden resultar útiles. Los conductos pueden utilizarse de manera provechosa para introducir fluidos o extraerlos del cuerpo permeable, conducir transferencia de calor y/o para transportar dispositivos de radiofrecuencia, mecanismos de células de combustible, calentadores de resistencia u otros dispositivos.

Como se utiliza en la presente, la expresión "conducto de conducción de la convección" se refiere a un tipo de conducto en particular que puede utilizarse para transportar calor de un punto a otro, así como también generar un flujo de calor convectivo dentro del volumen encapsulado.

Como se utiliza en la presente, la expresión "infraestructura construida" se refiere a una estructura que sustancialmente está hecha por el hombre en su totalidad, a diferencia de las paredes heladas, las paredes de azufre u otras barreras que se forman mediante modificaciones o poros del relleno de una formación geológica existente.

La infraestructura de control de permeabilidad construida a menudo se encuentra sustancialmente libre de formaciones geológicas sin alteraciones, aunque la infraestructura puede formarse de manera adyacente o en contacto directo con una formación sin alteraciones. Dicha infraestructura de control puede estar suelta o fija a una formación sin alteraciones por medios mecánicos, medios químicos o una combinación de dichos medios, por ejemplo, atornillada a la formación utilizando sostenes, tirantes u otro soporte adecuado.

Como se utiliza en la presente, el término "triturado" se refiere a romper una formación o una masa más grande en trozos. Una masa triturada puede ser transformada en balasto o bien, quebrada en fragmentos.

Como se utiliza en la presente, la expresión "material hidrocarbonado" se refiere a cualquier material hidrocarbonado del cual puedan extraerse o derivar productos hidrocarbonados . Por ejemplo, los hidrocarburos pueden extraerse directamente como liquido, obtenerse mediante la extracción del solvente, vaporizarse directamente o de otro modo extraerse del material. Sin embargo muchos materiales hidrocarbonados contienen kerógeno o alquitrán, que se convierte en un hidrocarburo a través del calor y la pirólisis. Los materiales hidrocarbonados pueden incluir, sin que la enumeración sea taxativa, pizarra bituminosa, arenas bituminosas, carbón, lignito, betún, turba y otros materiales orgánicos .

Como se utiliza en la presente, el término "embalse" se refiere a una estructura designada a contener o retener una acumulación de fluidos y/o materiales sólidos móviles. En general un embalse proporciona al menos una porción sustancial de cimiento y soporte estructural de materiales terrosos. Por lo tanto, las paredes de control no siempre tienen resistencia o integridad estructural independiente aparte del material terroso y/o la formación contra la cual se encuentran.

Como se utiliza en la presente, la expresión "cuerpo permeable" se refiere a cualquier masa de material hidrocarbonado triturado que tiene una permeabilidad relativamente alta, que excede la permeabilidad de una formación sólida sin alteraciones de la misma composición.

Los cuerpos permeables apropiados pueden tener más de aproximadamente el 10% de espacio vacio y en general, tienen un espacio vacio de alrededor del 30% al 45%, aunque otros rangos pueden ser apropiados. Permitir la alta permeabilidad facilita, por ejemplo, a través de la incorporación de grandes partículas de forma irregular, el calentamiento del cuerpo a través de la convección como principal transferencia de calor a la vez que también reduce de manera sustancial los costos asociados con la trituración a tamaños muy pequeños, por ejemplo, inferiores a 1 hasta alrededor de 0.5 pulgadas.

Como se utiliza en la presente, el término "pared" se refiere a cualquier elemento construido que tenga una contribución de control de la permeabilidad para contener material dentro de un volumen encapsulado definido al menos en parte por paredes de control. Las paredes pueden estar orientadas de muchas maneras, como la vertical, aunque los techos, pisos y otros contornos que definen el volumen encapsulado también pueden ser "paredes", como se utiliza en la presente.

Como se utiliza en la presente, el término "extraído" se refiere a un material que ha sido extraído o retirado de una ubicación estratográfica o geológica original a una segunda ubicación diferente o regresada a la misma ubicación. En general, el material extraído se puede producir mediante formación de balasto, trituración, detonación explosiva, o extrayendo de otra manera el material de una formación geológica .

Como se utiliza en la presente, la expresión "patrón de flujo convectivo global" se refiere al flujo de calor convectivo que abarca la mayoría del cuerpo permeable. Por lo general, el flujo convectivo se genera orientando uno o más conductos o fuentes de calor en una porción inferior o base de un volumen definido. Al orientar los conductos de esta manera, los fluidos calientes pueden fluir hacia arriba y los fluidos fríos hacia abajo, a lo largo de una mayoría sustancial del volumen ocupado por el cuerpo permeable del material hidrocarbonado en un patrón recirculante.

Como se utiliza en la presente, la expresión "sustancialmente fijo" se refiere a la posición casi fija de los materiales con un grado de tolerancia para el hundimiento, la expansión y/o la sedimentación cuando los hidrocarburos son extraídos del material hidrocarbonado desde dentro del volumen cercado para dejar atrás el material de atenuación. Por el contrario, cualquier circulación y/o flujo de material hidrocarbonado como el hallado en los lechos fluidos o las retortas rotativas implican un movimiento altamente sustancial y la manipulación del material hidrocarbonado .

Como se utiliza en la presente, el término "sustancial", al utilizarlo en referencia a una cantidad o porción de un material, o a una característica específica de la presente, se refiere a una cantidad que es suficiente para proporcionar un efecto que el material o la característica pretendía brindar. El grado exacto de desviación admisible puede depender en algunos casos del contexto específico. De modo similar, "sustancialmente libre de" o expresión similar se refiere a la ausencia de un elemento o agente identificado en una composición. En particular, los elementos que son identificados como "sustancialmente libres de" se encuentran completamente ausentes de la composición, o bien están incluidos sólo en cantidades que son lo suficientemente pequeñas como para carecer de un efecto de medición en la composición.

Como se utiliza en la presente, el término "aproximadamente" se refiere a un grado de desviación basado en el error experimental típico de la propiedad identificada en particular. La amplitud del término "aproximadamente" dependerá del contexto específico y la propiedad particular y los expertos en arte podrán discernirlo con facilidad. El término "aproximadamente" no pretende expandir ni limitar el grado de los equivalentes, a los cuales de otro modo se les puede asignar un valor en particular. Además, a menos que se establezca de otra manera, el término "aproximadamente" incluirá expresamente el término "exactamente", de acuerdo con el análisis siguiente con respecto a los rangos y los datos numéricos.

Las concentraciones, las dimensiones, las cantidades y otros datos numéricos pueden presentarse en la presente en un formato de rango.

Debe entenderse que dicho formato de rango se utiliza meramente por conveniencia y celeridad y debería interpretarse de manera flexible a fin de incluir no solo los valores numéricos enumerados de manera explícita como los límites del rango, sino también para incluir todos los valores numéricos individuales o subrangos que se encuentran abarcados dentro de ese rango como si cada valor numérico y subrango fueran enumerados de manera explícita.- Por ejemplo, un rango de aproximadamente 1 a aproximadamente 200 debería interpretarse de manera que incluya no solo los límites de 1 y 200 enumerados . de manera explícita, sino también los tamaños individuales tales como 2, 3, 4 y subrangos tales como de 10 a 50, de 20 a 100, etc.

Como se utiliza en la presente, se pueden presentar, para mayor conveniencia, una pluralidad de puntos, elementos estructurales, elementos compuestos y/o materiales en una lista común. No obstante, estas listas deben interpretarse como si cada punto de la lista fuera identificado de manera individual como un punto por separado y único. Por lo tanto, ningún punto individual de dicha lista debe interpretarse como un equivalente de facto de cualquier otro punto de la misma lista únicamente en base a su presentación en un grupo común sin indicaciones en contrario.

Sistemas de calor convectivo Un método para recuperar hidrocarburos de materiales hidrocarbonados puede incluir la formación de una infraestructura de control de permeabilidad construida. Esta infraestructura construida define un volumen encapsulado substancialmente . Un material hidrocarbonado triturado, extraído o recogido puede introducirse en la infraestructura de control para formar un cuerpo permeable de material hidrocarbonado. El cuerpo permeable puede calentarse mediante el paso de fluido calentado en patrones de flujo convectivo global a través del cuerpo permeable para quitar substancialmente los hidrocarburos del mismo. Durante el proceso de calentamiento, el material hidrocarbonado puede estar substancialmente estacionado ya que la infraestructura construida es una estructura fija. Los hidrocarburos fluidos retirados pueden ser recolectados para el posterior procesamiento, el uso en el proceso y/o la utilización tal como fueron recuperados .

La infraestructura de control de permeabilidad construida puede formarse utilizando la pendiente existente como soporte de suelo y/o como soporte de pared lateral para la infraestructura construida. Por ejemplo, la infraestructura de control puede formarse como una estructura independiente, es decir, solamente con la pendiente existente como un piso con las paredes laterales hechas por el hombre. En forma alternativa, la infraestructura de control puede formarse dentro un hoyo excavado.

Una infraestructura de control de permeabilidad construida puede incluir un embalse de control de permeabilidad que define un volumen substancialmente encapsulado. El embalse de control de permeabilidad puede encontrarse substancialmente libre de formaciones geológicas sin alteraciones. Específicamente, el aspecto de control de permeabilidad del embalse puede ser construido y hecho por el hombre completamente como un mecanismo de aislamiento separado para la prevención de migración de material sin control dentro o fuera del volumen encapsulado.

En un aspecto, el embalse de control de permeabilidad puede formarse a lo largo de las paredes de un depósito de material hidrocarbonado excavado. Por ejemplo, pueden extraerse pizarra bituminosa, arenas bituminosas o carbón de un depósito para formar una cavidad que corresponda aproximadamente a un volumen de encapsulación deseado para un embalse. La cavidad excavada puede entonces ser utilizada como molde y soporte para crear un embalse de control de permeabilidad.

En un aspecto alternativo, se puede formar al menos un depósito de material hidrocarbonado excavado adicional de manera que se pueda operar una pluralidad de los embalses. Además, tal configuración puede facilitar una reducción en la distancia de transporte del material extraído. Específicamente, el material hidrocarbonado triturado o extraído para cualquier volumen encapsulado en particular puede ser extraído de un depósito de material hidrocarbonado excavado adyacente. De esta manera, se puede construir un armazón de estructuras construidas de tal forma que el material extraído pueda ser volcado directa e inmediatamente en un embalse adyacente.

La extracción y/o excavación de depósitos hidrocarbonados puede realizarse utilizando cualquier técnica adecuada. Se puede usar minería a cielo abierto convencional, aunque también pueden utilizarse palas excavadoras alternativas sin requerir transportar los materiales extraídos. En una forma de realización específica, el depósito hidrocarbonado puede excavarse usando una pala excavadora suspendida en una grúa. Un ejemplo de una pala excavadora adecuada puede incluir tuneladoras verticales. Dichas máquinas pueden configurarse para excavar roca y material por debajo de la pala excavadora. A medida que se extrae el material, la pala excavadora desciende para asegurar substancialmente un contacto continuo con una formación. El material extraído puede transportarse fuera del área de excavación utilizando transportadoras o elevadores. En forma alternativa, la excavación puede darse bajo condiciones de lodo acuoso para reducir los problemas de polvo y actuar como lubricante/refrigerante. El material de lodo puede bombearse fuera de la excavación para separar sólidos en un tanque de sedimentación u otro separador de líquidos-sólidos similar, o puede dejarse que los sólidos precipiten directamente en un embalse. Este enfoque puede integrarse fácilmente con la recuperación secuencial o simultánea de metales y otros materiales basada en solución como se describe con más detalle a continuación.

Además, la excavación y la formación de un embalse de control de permeabilidad se pueden lograr simultáneamente. Por ejemplo, se puede configurar una pala excavadora para quitar el material hidrocarbonado mientras se forman las paredes laterales de un embalse. El material puede removerse justo por debajo de los bordes de las paredes laterales de manera que las paredes pueden guiarse hacia abajo para permitir que segmentos adicionales de la pared sean apilados arriba. Este enfoque puede permitir profundidades incrementadas, y a la vez, evitar o reducir los peligros de excavar antes de formar las paredes de soporte del embalse.

El embalse puede formarse con cualquier material adecuado que provea aislamiento de la transferencia de material a través de las paredes del embalse. De esta manera, se retiene la integridad de las paredes durante la operación de la infraestructura de control suficiente para prevenir substancialmente la migración sin control de fluidos fuera de la infraestructura de control. Pueden incluirse infinidad de ejemplos de material adecuado para utilizar en la formación del embalse de la infraestructura de control de permeabilidad construida: arcilla, bentonita (es decir, arcilla que comprende al menos una porción de bentonita) , suelo enmendado con bentonita, relleno compactado, cemento refractario, cemento, geomallas sintéticas, fibra de vidrio, barra de refuerzo, aditivos de nanocarbono-fulereno, bolsos geotextiles, resinas poliméricas, revestimiento de PVC resistente al petróleo, o combinaciones de los mismos. Materiales de hormigón flexible (ECC) , compuestos reforzados con fibras y similares pueden ser particularmente fuertes y pueden diseñarse fácilmente para cumplir los requisitos de permeabilidad y tolerancia a la temperatura de una instalación determinada. En líneas generales, los materiales que poseen una baja permeabilidad y una integridad mecánica alta en las temperaturas de operación de la infraestructura pueden proveer de un buen desempeño aunque no sean requeridos. Por ejemplo, los materiales que poseen un punto de fusión superior a la temperatura máxima de operación de la estructura pueden ser útiles para mantener la contención durante y después del calentamiento y la recuperación. Sin embargo, los materiales de más bajas temperaturas también pueden utilizarse en el caso de que una zona tampón se mantenga entre las paredes y las porciones calentadas del cuerpo permeable. Tales zonas tampón pueden variar de 6 pulgadas a 50 pies dependiendo del material particular utilizado para el embalse y la composición del cuerpo permeable. En otro aspecto, las paredes del embalse pueden ser resistentes al ácido, al agua y/o al agua salada, es decir, suficiente para soportar la exposición a la recuperación con solventes y/o al enjuague con soluciones ácidas o de salmuera, así como el vapor o el agua. Para las paredes del embalse formadas a lo largo de las formaciones u otro soporte sólido, las paredes del embalse pueden formarse con lechada rociada, emulsiones líquidas rociadas u otro material rociado como la lechada de calidad refractaria apta para rociar que forme un sello contra la formación y cree la pared de control de permeabilidad de los embalses. Las paredes del embalse pueden ser substancialmente continuas de tal manera que el embalse defina el volumen encapsulado lo suficiente como para evitar el paso substancial de fluidos hacia adentro o hacia afuera del embalse, diferentes de los ingresos y egresos definidos, es decir, a través de conductos u otros similares a los analizados en la presente. De esta manera, los embalses pueden fácilmente regir las regulaciones de migración de fluidos. En forma alternativa, o en combinación con una barrera fabricada, las porciones de las paredes del embalse pueden ser formaciones geológicas sin alteraciones y/o tierra compactada. En tales casos, la infraestructura de control de permeabilidad construida es una combinación de paredes permeables e impermeables como se describe con más detalle a continuación.

En otro aspecto detallado, una porción del material hidrocarbonado, ya sea antes o después de su procesamiento, puede ser utilizada como refuerzo de cemento y/o base de cemento que luego es volcado en el lugar para formar porciones de pared o paredes completas de la infraestructura de control. Estos materiales pueden formarse en el lugar o pueden ser prefabricados y luego ensamblados en el emplazamiento para formar una estructura de embalse integral.

Por ejemplo, el embalse puede armarse con un moldeado en el lugar como un cuerpo monolítico, por extrusión, apilamiento de piezas prefabricadas o premoldeadas, paneles de cemento unidos con lechada (cemento, ECC u otro material adecuado) , molde inflado, o similar. Los moldes pueden construirse contra una formación o pueden ser estructuras independientes. Los moldes pueden construirse con cualquier material adecuado, por ejemplo, acero, madera, fibra de vidrio, polímero o similares, entre otros. Los moldes pueden ensamblarse en el lugar o pueden orientarse utilizando una grúa u otro mecanismo adecuado. En forma alternativa, la infraestructura de control de permeabilidad construida puede formarse con gabiones y/o telas geosintéticas ensambladas en capas con el material de relleno compactado. Se pueden agregar aglutinantes opcionales para mejorar la consolidación de las paredes de control de permeabilidad. Sin embargo, en otro aspecto más detallado, la infraestructura de control puede comprender, o consistir esencialmente de, sellador, lechada, barra de refuerzo, arcilla sintética, bentonita, recubrimiento de arcilla, cemento refractario, geomembranas de altas temperaturas, cañerías de desagote, placas de aleación o combinaciones de las mismas.

Las paredes del embalse pueden incluir, opcionalmente, aislamiento impermeable y/o capas de colectoras de finos. Estas capas permeables pueden orientarse mediante la barrera de control de permeabilidad y el cuerpo permeable. Por ejemplo, puede agregarse una capa de material triturado hidrocarbonado, lo que permite que los fluidos ingresen, se enfrien y al menos se condensen parcialmente dentro de la capa. Dicho material de capa permeable puede tener en general un tamaño de partícula menor que el cuerpo permeable. Además, dicho material hidrocarbonado puede quitar finos de fluidos circulantes a través de varias fuerzas de atracción. En una forma de realización, la construcción de las paredes y el piso del embalse puede incluir múltiples capas compactadas de pizarra autóctona o manipulada de baja calidad con cualquier combinación de arena, cemento, fibra, fibra vegetal, nanocarbonos , vidrio triturado, acero de refuerzo, armazón de refuerzo de carbono industrial, sales de calcio, y similares. Además de tales paredes compuestas, se pueden incluir diseños que inhiban la migración de fluidos y gases a largo plazo a través de un diseño industrial de impermeabilidad adicional, que incluyen, entre otros, revestimientos, geomembranas , tierra compactada, arena importada, grava o roca y rastros de drenaje por gravedad para desplazar fluidos y gases de las capas impermeables hacia las salidas. La construcción del piso y la pared del embalse puede comprender, pero no necesariamente, una inclinación o banco hacia arriba o hacia abajo como lo indique el curso de la excavación siguiendo la extracción de la mejor calidad de minerales. En cualquiera de tales aplicaciones, hacia arriba o hacia abajo, la construcción de la contención de la pared y la nivelación del piso pueden típicamente drenar o inclinarse hacia un lado o a un área o áreas específicas de recolección central para la remoción de fluidos con la ayuda del drenaje por gravedad.

Opcionalmente, la construcción del piso y de la pared de la cápsula puede incluir el aislamiento que evita la transferencia de calor fuera de la infraestructura construida o fuera de las cápsulas o conductos internos dentro de la contención primaria de la cápsula construida. El aislamiento puede incluir materiales manufacturados, cemento o diferentes materiales que sean menos conductores de temperatura que las masas que los rodean, es decir, el cuerpo permeable, la formación, las infraestructuras adyacentes, etcétera. Las barreras de aislamiento térmicas pueden también formarse dentro del cuerpo permeable, junto con las paredes del embalse, techo y/o piso. Otro aspecto detallado incluye el uso de materiales aislantes biodegradables, por ejemplo, aislamiento con soja y similares. Esto es consistente con las formas de realización donde el embalse es un sistema de uso único de manera que los aislamientos, cañerías, y/u otros componentes puedan tener una vida útil relativamente corta, es decir, menos de uno o dos años. Esto puede reducir los costos de equipamiento, asi como la reducción del impacto ambiental a largo plazo.

Estas estructuras y métodos pueden aplicarse a casi cualquier escala. Mayores volúmenes encapsulados y mayores cantidades de embalses pueden producir productos hidrocarbonados y rendimientos fácilmente comparables o mayores que infraestructuras construidas más pequeñas. A modo de ilustración, los embalses únicos pueden variar en tamaño de decenas de metros a decenas de hectáreas. Los tamaños óptimos de embalses pueden variar de acuerdo con el material hidrocarbonado y los parámetros de operación; sin embargo, se espera que las áreas adecuadas varíen de aproximadamente media a cinco hectáreas en una vista en planta.

Los métodos e infraestructuras pueden utilizarse para la recuperación de hidrocarburos de una variedad de materiales hidrocarbonados. Una ventaja en particular es un amplio grado de latitud en el control de los tamaños de las partículas, las condiciones y la composición del cuerpo permeable introducido en el volumen encapsulado. Existe un número ilimitado de ejemplos de material hidrocarbonado extraído que puede ser tratado: pizarra bituminosa, arena bituminosa, carbón, lignito, betún, turba, o combinaciones de los mismos. En algunos casos, puede requerirse un único tipo de material hidrocarbonado de manera que el cuerpo permeable consista esencialmente de uno de los materiales mencionados anteriormente. Sin embargo, el cuerpo permeable puede incluir mezclas de estos materiales de manera que el grado, el contenido de aceite, el contenido de hidrógeno, la permeabilidad y similares puedan ajustarse para obtener un resultado conveniente. Además, diferentes materiales hidrocarbonados pueden ubicarse en múltiples capas o de manera mezclada como ser combinando carbón, pizarra bituminosa, arena bituminosa, biomasa, y/o turba.

En una forma de realización, el material que contiene hidrocarburo puede clasificarse en varias cápsulas internas dentro de una infraestructura primaria construida por razones de optimización. Por ejemplo, capas y profundidades de formaciones de pizarra bituminosa extraída pueden ser más ricas en ciertas zonas explotables a medida que se extraen. Una vez que fueron explotados, extraídos, recolectados y transportados dentro de la cápsula para su ubicación, los minerales más ricos en petróleo pueden clasificarse o mezclarse de acuerdo con su riqueza para rendimientos óptimos, recuperación más rápida o para promediar óptimamente dentro de cada embalse. Además, proveer de capas de diferente composición puede proporcionar mayores beneficios. Por ejemplo, una capa más baja de arena bituminosa puede orientarse por debajo de una capa superior de pizarra bituminosa. Generalmente, las capas superiores e inferiores pueden estar en contacto directo una con otra, aunque no es necesario. La capa superior puede incluir cañerías de calefacción inmersas allí como se describe con más detalle a continuación. Las cañerías de calefacción pueden calentar la pizarra bituminosa lo suficiente como para liberar aceite kerógeno, que incluye hidrocarburos líquidos de cadena corta que pueden actuar como solvente para la remoción de alquitrán de las arenas bituminosas. De esta manera, la capa superior actúa como una fuente de solvente in situ para mejorar la remoción de alquitrán de la capa inferior. Las cañerías de calefacción dentro de la capa inferior son opcionales, en esta forma de realización, de manera que la capa inferior puede estar libre de cañerías de calefacción o puede incluirlas, dependiendo de la cantidad de calor transmitida a través de los líquidos que circulan hacia abajo de la capa superior y cualquier otra fuente de calor. La capacidad de controlar selectivamente las características y la composición del cuerpo permeable agrega una libertad significativa en la optimización del rendimiento y de la calidad del petróleo.

Además, en muchas formas de realización, los productos gaseosos y líquidos liberados actúan como un solvente producido in situ que complementa la remoción de kerógeno y/o la remoción adicional de hidrocarburos del material hidrocarbonado .

En otro aspecto detallado, el cuerpo permeable puede comprender, además, un aditivo o biomasa. Los aditivos pueden incluir cualquier composición que actúe para incrementar la calidad de los hidrocarburos extraídos, por ejemplo, API incrementado, viscosidad disminuida, propiedades del flujo mejoradas, humedad de la pizarra residual reducida, reducción del sulfuro, agentes de hidrogeneración, etcétera. Ejemplos de aditivos adecuados pueden incluir, sin que la enumeración sea taxativa: alquitrán, kerógeno, propano, gas natural, condensado de gas natural, crudo, sedimentos de refinación, asfáltenos, solventes comunes, otros diluyentes, y las combinaciones de estos materiales. En una forma de realización específica, el aditivo puede incluir un agente de mejoramiento de flujo y/o un agente dador de hidrógeno. Algunos materiales pueden actuar como ambos o como uno de estos agentes para mejorar el flujo o como dador de hidrógeno. Ejemplos de tales aditivos pueden incluir, sin que la enumeración sea taxativa: metano, condensados de gas natural, solventes comunes como acetona, tolueno, benceno, etcétera, y otros aditivos nombrados anteriormente. Los aditivos pueden actuar para incrementar la relación hidrógeno-carbono en cualquier producto hidrocarbonado, asi como para actuar como un agente de mejoramiento de flujo. Por ejemplo, varios solventes y otros aditivos pueden crear una mezcla física que tenga una viscosidad y/o afinidad reducida para sólidos particulados, roca y similares. Además, algunos aditivos pueden reaccionar químicamente con los hidrocarburos y/o permitir el flujo líquido de los productos hidrocarbonados . Cualquier aditivo utilizado puede convertirse en parte del producto final recuperado o puede quitarse y reducirse o descartarse de otro modo.

Asimismo, la hidroxilación biológica de materiales hidrocarbonados para formar gas sintético o productos de menor peso puede lograrse con la utilización de aditivos y enfoques conocidos. Se pueden utilizar de modo similar enzimas y biocatalizadores . Además, materiales hechos por el hombre pueden utilizarse también como aditivos, por ejemplo, neumáticos, residuos poliméricos, u otros materiales que contengan hidrocarburos, entre otros.

A pesar de que estos métodos son ampliamente aplicables, en líneas generales, el cuerpo permeable puede incluir partículas con tamaños desde 1/8 de pulgadas hasta aproximadamente 6 pies en su dimensión mayor, y en algunos casos, menos de 1 pie y en otros casos menos de 6 pulgadas. Sin embrago, en un asunto práctico, los tamaños desde 2 pulgadas hasta 2 pies pueden brindar buenos resultados con aproximadamente 1 pie de diámetro siendo útiles para pizarra bituminosa en particular. El espacio vacio puede ser un factor en la determinación de los diámetros óptimos de las partículas. En líneas generales, cualquier espacio vacío funcional puede ser utilizado; sin embargo, del 10% al 50% y en algunos casos del 30% al 45% aproximadamente demuestra un buen balance de permeabilidad y uso efectivo de los volúmenes disponibles. Los volúmenes vacíos pueden variar de algún modo al variar otros parámetros como la ubicación de los conductos de calor, aditivos, y similares. La separación mecánica de los materiales hidrocarbonados extraídos permite la creación de partículas de malla fina y alta permeabilidad que mejora las velocidades de dispersión térmica una vez ubicados en la cápsula dentro del embalse. La permeabilidad agregada puede permitir temperaturas más razonables y bajas que también ayudan a evitar temperaturas más altas que resulten en más producción de C02 de la descomposición de carbonatos y emisión asociada con trazas de metales pesados, orgánicos volátiles, y otros componentes que pueden crear un efluente tóxico y/o materiales no deseados que son monitoreados y controlados .

En una forma de realización, se puede utilizar minería asistida por computadora, planeamiento de la mina, acarreo, explotación, ensayo, carga, transporte, ubicación y medidas de control de polvo para completar y optimizar la velocidad del movimiento del material extraído en la estructura de contención de la cápsula construida. En un aspecto alternativo, los embalses pueden formarse en volúmenes excavados de una formación hidrocarbonada, aunque otras locaciones alejadas de la infraestructura de control también pueden ser útiles. Por ejemplo, algunas formaciones hidrocarbonadas tienen capas relativamente más finas en cuanto a hidrocarburos, es decir, menos de 300 pies. Por lo tanto, la minería vertical y las perforaciones tienden a no ser redituables. En tales casos, las excavaciones horizontales pueden ser útiles para recuperar los materiales hidrocarbonados de la formación del cuerpo permeable. A pesar de que las excavaciones horizontales continúan siendo una empresa desafiante, muchas tecnologías se han desarrollado y continúan desarrollándose, que pueden ser útiles con relación a los embalses. En tales casos, al menos una porción del embalse puede formarse a través de una capa horizontal, mientras que otras porciones del embalse pueden formarse a lo largo y/o en forma adyacente a las capas de formación que no contienen hidrocarburos. Otros enfoques de minería como por ejemplo, minería de cámaras y pilares, entre otros, pueden proveer una fuente efectiva de material hidrocarbonado con desperdicios mínimos y/o recuperación que pueden transportarse a un embalse y tratarse de acuerdo con el análisis de la presente.

Como se mencionó en la presente, el estanque descrito permite un grado amplio de control con respecto a las propiedades y características del cuerpo permeable, que se pueden conformar y optimizar para una determinada instalación. Los estanques -en forma individual y mediante una pluralidad de estanques- se pueden adaptar y clasificar sobre _ la base de varias composiciones de materiales, productos destinados, y similares. Por ejemplo, se pueden dedicar varios estanques a la producción del petróleo crudo pesado, mientras que otros se pueden configurar para la producción de productos más livianos y/o gas sintético. Los ejemplos no limitativos de las clasificaciones y factores potenciales pueden incluir: actividad catalítica, reacción enzimática para productos específicos, compuestos aromáticos, contenido de hidrógeno, cepa o propósito del microorganismo, proceso de mejoramiento, producto final buscado, presión (tipo y calidad del efecto del producto) , temperatura, comportamiento de expansión, reacciones acuatérmicas , agentes donantes de hidrógeno, superdisposición de calor, estanque de residuos, estanque a aguas residuales, tubos reutilizables, y otros. En general, se puede usar una pluralidad de estos factores para configurar los estanques en una determinada área de proyecto para distintos productos y propósitos.

El material hidrocarbonáceo pulverizado se puede llenar en la infraestructura de control para formar el cuerpo permeable de manera adecuada. En general, el material hidrocarbonáceo pulverizado se puede transportar a la infraestructura de control mediante vertederos, transportadores u otros dispositivos adecuados. Como se mencionó con anterioridad, el cuerpo permeable puede tener un volumen vacio adecuadamente alto. El descarte indiscriminado puede generar la excesiva compactación y reducción de los volúmenes vacíos. Por ende, el cuerpo permeable se puede formar mediante el transporte en baja compactación del material hidrocarbonáceo en la infraestructura. Por ejemplo, se pueden usar transportadores retráctiles para suministrar el material cerca de una superficie superior del cuerpo permeable a medida que se está formando. De esta manera, el material hidrocarbonáceo . puede retener un volumen significativo entre las partículas sin compactación o trituración adicional sustancial a pesar de cierto pequeño grado de compactación que a menudo se genera por la presión litostática a medida que se forma el cuerpo permeable.

Una vez que se ha formado el cuerpo permeable deseado dentro de la infraestructura de control, se puede introducir calor suficiente para comenzar la extracción de los hidrocarburos, por ejemplo, mediante pirólisis. En un aspecto, se puede pasar un fluido calentado en patrones de flujos convectivos a granel por todo el cuerpo permeable a fin de extraer de manera sustancial los hidrocarburos del cuerpo permeable. De acuerdo con este aspecto, los fluidos calentados fluyen en dirección ascendente y regresan en dirección descendente junto con una mayoría sustancial del volumen ocupado por el cuerpo permeable de hidrocarbonáceo material en un patrón recirculante. Una fuente de calor adecuada puede asociarse de manera térmica con el cuerpo permeable. Las temperaturas óptimas de operación dentro del cuerpo permeable pueden variar según la composición y los productos deseados. No obstante, como lineamiento general, las temperaturas de operación pueden abarcar de alrededor de 200 °F a alrededor de 750 °F. Las variaciones de temperatura en todo el volumen encapsulado pueden variar y pueden alcanzar tanto como 900 °F o más en algunas áreas. En una forma de realización, la temperatura de operación puede ser una temperatura relativamente inferior para facilitar la producción del producto líquido, tal como de alrededor de 200 °F a alrededor de 650 °F. Este paso de calentamiento puede ser una operación de tostadura que genera el beneficio del mineral triturado del cuerpo permeable. Además, una forma de realización comprende controlar la temperatura, la presión y otras variables suficientes para producir el producto predominantemente liquido, en algunos casos sustancialmente sólo liquido. En un aspecto, la temperatura se puede controlar mediante patrones convectivos de calor, que reducen las variaciones de temperatura debido a las paredes frías y otros factores. En general, los productos pueden incluir tanto productos líquidos como productos gaseosos, mientras que los productos líquidos pueden necesitar menos pasos de procesamiento tales como depuradores, etc. a permeabilidad relativamente alta del cuerpo permeable permite la producción de los productos de hidrocarburos líquidos y la minimización de los productos gaseosos, dependiendo en cierta forma de los materiales de inicio particulares y de las condiciones de operación. En una forma de realización, la recuperación de los productos de hidrocarburos puede aparecer casi en ausencia de craqueo dentro del cuerpo permeable.

En un aspecto, el calor se puede transferir al cuerpo permeable mediante convección a fin de extraer de manera sustancial los hidrocarburos del cuerpo permeable. De acuerdo con este aspecto, los fluidos calentados pueden fluir a través de la infraestructura de control mediante conductos de calentamiento de manera tal que el calor pase por todo el cuerpo permeable en un patrón de flujo convectivo a granel.

De esta manera, la uniformidad de la distribución del calor puede ser mejorada. Además, los patrones de calor convectivos a granel pueden ser optimizados al orientar uno o más tubos o conductos de dirección de convección de calentamiento en una parte inferior del cuerpo permeable. En forma opcional, se pueden formar múltiples zonas de circulación convectivas al ubicar selectivamente conductos de calentamiento adicionales en posiciones intermedias por sobre el conducto de dirección de convección.

El o los conductos de dirección de convección se pueden orientar generalmente en forma sustancialmente horizontal. Estos conductos también se pueden posicionar a lo largo de la superficie o a lo largo de los bordes periféricos inferiores del volumen encapsulado. Si bien ambas configuraciones se pueden usan de manera concurrente si se controlan las velocidades de calentamiento, de acuerdo con una forma de realización, no se usan ambas al mismo tiempo ya que esta configuración puede inhibir un patrón de circulación de convección a granel. En otro aspecto adicional, el conducto de dirección de convección puede estar incluido dentro del cuerpo permeable. Al orientar los conductos en una o más formas, el flujo de calor que separa los hidrocarburos se pueden incrementar de manera drástica. Además, la uniformidad de la distribución del calor se puede mejorar.

Por ejemplo, en un aspecto, el conducto de dirección de convección puede proveer suficiente calor para incrementar una zona de calentamiento primaria a una temperatura superior a alrededor de 200° F, que es al menos alrededor del 80% del volumen encapsulado total. Asimismo, es menos probable que el flujo de calor dentro del estanque varíe debido a las paredes frías y a la ubicación de los tubos .

Los gases calentados que se pueden inyectar en la infraestructura de control pueden ser producidos por combustión de gas natural, producto de hidrocarburo, o cualquier otra fuente adecuada. Los ejemplos no limitativos de fluidos de transferencia de calor adecuados pueden incluir aire caliente, gases de escape calientes, vapor, vapores de hidrocarburos y/o líquidos calientes. Los gases calentados se pueden importar a partir de fuentes externas o recuperarse de otros procesos.

En forma alternativa, o en combinación con el calentamiento convectivo usando conductos de dirección de convección, un alcance altamente configurable puede incluir incorporar una pluralidad de conductos dentro del cuerpo permeable. Los conductos pueden estar configurados para uso como tubos de calentamiento, tubos de enfriamiento, tubos de transferencia de calor, tubos de drenaje o tubos de gas. Además, los conductos pueden estar dedicados a una sola función o pueden servir funciones múltiples durante la operación de la infraestructura, es decir, transferencia de calor y drenaje. Los conductos pueden estar formados de cualquier material adecuado, según la función destinada. Los ejemplos no limitativos de los materiales adecuados pueden incluir tubos de arcilla, tubos de cemento refractarios, tubos de ECC refractarios, tubos colocados en el lugar, tubos de metal tales como hierro fundido, acero inoxidable, etc., polímero tal como PVC, y similares. En una forma de realización específica, todos o al menos una parte de los conductos incorporados pueden comprender un material degradable. Por ejemplo, los tubos de hierro fundido de 6" no galvanizado se pueden usar de manera efectiva para formas de realización de uso único y funcionar sobrepasando la vida útil del estanque, en general menos de alrededor de 2 años. Además, las diferentes partes de la pluralidad de conductos se pueden formar de diferentes materiales. Los tubos colocados en el lugar pueden ser especialmente útiles para volúmenes de encapsulacion muy grandes, donde los diámetros de los tubos exceden varios pies. Dichos tubos se pueden formar usando envoltorios flexibles que retienen un fluido viscoso en forma anular. Por ejemplo, los tubos de PVC se pueden usar como parte de una forma junto con los envoltorios flexibles, donde se bombea concreto u otro fluido viscoso en un espacio anular entre el PVC y el envoltorio flexible. Según la función destinada, se pueden realizar perforaciones u otras aperturas en los conductos para permitir que los fluidos fluyan entre los conductos y el cuerpo permeable. Las temperaturas típicas de operación exceden el punto de fusión del polímero convencional y los tubos de resina. En algunas formas de realización, los conductos se pueden colocar y orientar de manera que se fundan intencionalmente o se degraden de otra manera, durante la operación de la infraestructura .

La pluralidad de conductos pueden orientarse fácilmente en cualquier configuración, ya sea sustancialmente horizontal, vertical, inclinada, ramificada, o similares. Al menos una parte de los conductos pueden estar orientados a lo largo de pasajes predeterminados antes de incorporar los conductos dentro del cuerpo permeable. Los pasajes predeterminados se pueden conformar para mejorar la transferencia de calor, el contacto gas-líquido-sólido, maximizar el suministro del fluido o la extracción de las regiones específicas dentro del volumen encapsulado, o similares. Además, al menos una parte de los conductos se puede dedicar al calentamiento del cuerpo permeable. Estos conductos de calentamiento o conductos de dirección de convección se pueden perforar de manera selectiva para permitir que los gases calentados u otros fluidos se calienten de manera convectiva y se mezclen en todo el cuerpo permeable. Las perforaciones se pueden ubicar y medir para optimizar el calentamiento uniforme y/o controlado en todo el cuerpo permeable. En forma alternativa, los conductos de calentamiento pueden formar un lazo cerrado de manera que los gases o fluidos de calentamiento se segreguen del cuerpo permeable. Por ende, un "lazo cerrado" no necesariamente requiere recirculación, más bien aislamiento del fluido de calentamiento del cuerpo permeable. De esta manera, el calentamiento se puede lograr principalmente o sustancialmente sólo mediante conducción térmica a través de las paredes del conducto a partir de los fluidos de calentamiento en el cuerpo permeable. El calentamiento en un lazo cerrado permite la prevención de la transferencia de masa entre el fluido de calentamiento y el cuerpo permeable y puede reducir la formación y/o extracción de productos de hidrocarburo gaseosos .

Durante el calentamiento o tostadura del cuerpo permeable, las áreas localizadas del calor que exceden las temperaturas de descomposición de la roca madre, a menudo por sobre alrededor de 900 °F, pueden reducir los rendimientos y formar dióxido de carbono y los compuestos contaminantes indeseables que pueden llevar a lixiviados que contienen metales pesados, orgánicos solubles y similares. Los conductos de calentamiento pueden permitir la eliminación sustancial de dichos puntos calientes localizados al tiempo que mantienen una vasta mayoría del cuerpo permeable dentro de un rango de temperatura deseado. El grado de uniformidad en temperatura puede ser un balance de costo (por ejemplo, para los conductos de calentamiento adicionales) versus rendimientos. No obstante, al menos alrededor del 85% del cuerpo permeable puede mantenerse fácilmente dentro de alrededor del 5-10 % de un rango de temperatura buscado casi sin puntos calientes, es decir, que excede la temperatura de descomposición de los materiales hidrocarbonáceos tales como de alrededor de 800 °F y en muchos casos de alrededor de 900 °F. Por ende, operados como se describe en la presente, los sistemas pueden permitir la recuperación de los hidrocarburos al tiempo que eliminan o sustancialmente evitan la producción de lixiviados indeseables. Si bien los productos pueden variar en forma considerable dependiendo de los materiales de inicio, son posibles los productos gaseosos y líquidos de alta calidad. De acuerdo con una forma de realización, un material de esquisto de aceite triturado puede producir un producto líquido que tiene un API de alrededor de 30 a alrededor de 45 , siendo típico actualmente de alrededor de 33 a alrededor de 38 , directamente del esquisto de aceite sin tratamiento adicional. En forma interesante, la práctica de estos métodos y procesos ha llevado al entendimiento de que la presión parece ser un factor mucho menos influyente sobre la calidad de los hidrocarburos recuperados que la temperatura y los tiempos de calentamiento. Si bien los tiempos de calentamiento pueden variar en forma considerable -dependiendo del espacio vacio, la composición del cuerpo permeable, la calidad, etc.- como lineamiento general, los tiempos pueden oscilar entre unos pocos dias (es decir, 3-4 días) y hasta alrededor de un año. En un ejemplo específico, los tiempos de calentamiento pueden variar de alrededor de 2 semanas a alrededor de 4 meses. El esquisto de aceite bajo calentamiento a cortos tiempos de permanencia, es decir de minutos a varias horas, puede llevar a la formación de lixiviados y/o hidrocarburos algo volátiles. En consecuencia, los métodos permiten tiempos de permanencia extendidos a temperaturas moderadas de manera que los orgánicos presentes en el esquisto de aceite se pueden volatilizar y/o carbonizar, lo que origina orgánicos lixiviados insustanciales. Además, el esquisto subyacente generalmente no se descompone ni altera, lo que reduce la formación de sales solubles .

Además, los conductos se pueden orientar entre una pluralidad de estanques y/o infraestructuras de control para transferir los fluidos y/o el calor entre las estructuras. Los conductos se pueden soldar uno a otro usando soldadura convencional o similares. Además, los conductos pueden incluir juntas que permiten la rotación y/o pequeños movimientos durante la expansión y subsidencia de material en el cuerpo permeable. Además, los conductos pueden incluir un sistema soporte que actúa para soportar el conjunto de conductos antes y durante el llenado del volumen encapsulado, asi como también durante la operación. Por ejemplo, durante los flujos de calentamiento de los fluidos, el calentamiento y similares pueden causar expansión (fractura o efecto popcorn) o subsidencia suficiente para crear tensión o elasticidad potencialmente dañina sobre los conductos y juntas asociadas. Un sistema de armazón de soporte u otros miembros similares de anclaje pueden ser útiles para reducir el daño a los conductos. Los miembros de anclaje pueden incluir bloques de cementos, vigas en doble T, barras de refuerzo, columnas, etc. que se pueden asociar con las paredes del estanque, con inclusión de las paredes laterales, superficies y techos.

En forma alternativa, los conductos pueden construirse completamente y ensamblarse antes de la introducción de cualquier material minado en el volumen encapsulado. Se requiere de cuidado y planificación para conformar los pasajes predeterminados de los conductos y el método para llenar el volumen a fin de evitar el daño a los conductos durante el proceso de relleno a medida que los conductos se entierran. Por ende, los conductos usados pueden, en algunos casos, orientarse ab initio, o antes de incorporarse en el cuerpo permeable para que no sean perforados. Como resultado, la construcción de los conductos y la ubicación de los mismos se puede realizar sin perforación extensiva del núcleo y/o maquinaria complicada asociada con la perforación de pozos o la perforación horizontal. En cambio, la orientación horizontal u otra orientación del conducto se puede alcanzar fácilmente al ensamblar los pasajes predeterminados deseados antes de, o en forma contemporánea con, el relleno de la infraestructura con el material hidrocarbonáceo minado. Los conductos no perforados, colocados con grúas/ a mano, orientados en varios patrones geométricos, pueden apoyarse con puntos de conexión controlados por válvulas que brindan un calentamiento preciso e intimamente monitoreado dentro del estanque de cápsula. La capacidad- para ubicar y revestir los conductos incluyendo las válvulas de flujo, conexión y desvio, y los puntos de salida e inyección directa, permiten velocidades de calentamiento y temperatura de precisión, presión de precisión y velocidades de presurización, y el fluido de precisión y el ingreso y egreso del gas, y las mezclas de composición. Por ejemplo, cuando se usa una bacteria, enzima u otro material biológico, se pueden mantener temperaturas óptimas con facilidad en todo el cuerpo permeable para incrementar el funcionamiento, la reacción y la conflabilidad de dichos biomateriales .

Los conductos generalmente atraviesan las paredes de la infraestructura construida en varios puntos. Debido a las diferencias y tolerancias de temperatura, puede ser beneficioso incluir un material aislante en la interfase entre la pared y los conductos. Las dimensiones de esta interfase se pueden minimizar al tiempo que también dejan espacio para las diferencias de expansión térmica durante el inicio, la operación en estado estable, las condiciones de operación fluctuantes, y el cierre de la infraestructura. La interfase también implica materiales aislantes y dispositivos de sello que evitan el egreso incontrolado de los hidrocarburos u otros materiales a partir de la infraestructura de control. Los ejemplos no limitativos de los materiales adecuados pueden incluir juntas de alta temperatura, aleaciones metálicas, cerámicas, revestimientos minerales o de arcilla, materiales compuestos u otros materiales que tienen puntos de fusión por encima de las temperaturas de operación típicas y actúan como continuación del control de permeabilidad provisto por las paredes de la infraestructura de control.

Además, las paredes de la infraestructura construida se pueden configurar para minimizar la pérdida de calor. En un aspecto, se pueden construir paredes que tienen un grosor sustancialmente uniforme que se optimiza para proveer suficiente resistencia mecánica al tiempo que también minimiza el volumen del material de pared a través del cual pasa el conducto. En forma especifica, las paredes excesivamente gruesas pueden reducir la cantidad de calor que es transferida en el cuerpo permeable al absorber el mismo a través de la conducción. En forma inversa, las paredes también pueden actuar como barrera térmica para aislar en cierto grado el cuerpo permeable y retener el calor allí durante la operación.

En una forma de realización, los compuestos de fluidos y gases dentro del cuerpo permeable se pueden alterar para los productos de extracción deseados usando, como ejemplo, presión inducida a través de gases o presión litostática acumulada a partir de los escombros apilados. Por ende, se puede lograr cierto grado de mejoramiento y/o modificación en simultáneo con el proceso de recuperación. Además, ciertos materiales hidrocarbonáceos pueden requerir tratamiento usando diluyentes específicos u otros materiales. Por ejemplo, el tratamiento de arenas impregnadas de brea se puede lograr por inyección de vapor o inyección de solventes para facilitar la separación del alquitrán de las partículas de arena de acuerdo con mecanismos conocidos.

Teniendo en cuenta la anterior descripción, la FIG. 1 ilustra una vista lateral de una forma de realización que muestra un estanque de contención y extracción de cápsula conformado 100 donde el grado existente 108 se usa principalmente como soporte para la capa de superficie impermeable 112. Las paredes laterales del estanque de cápsula superiores 102 proveen contención y pueden, mas no necesitan, estar subdivididas por paredes interiores 104. La subdivisión puede crear cápsulas de contención separadas 122 dentro de un recinto de contención de cápsula más grande del estanque 100 que puede tener cualquier geometría, tamaño o subdivisión. Otras subdivisiones pueden conformarse de manera horizontal o vertical. Al crear cápsulas de contención separadas 122 o cámaras, la clasificación de los materiales de menor grado, gases variados, líquidos variados, etapas de proceso variadas, enzimas variadas o tipos microbiológicos, u otros procesos deseados o en etapas se pueden acomodar con facilidad. Las cápsulas seccionadas construidas como silos dentro de cápsulas construidas más grandes también se pueden conformar para brindar procesamiento en etapas o secuencias, temperaturas, composiciones de gases y fluidos y transferencias térmicas. Dichas cápsulas seccionadas pueden proveer monitoreo ambiental adicional y pueden estar hechas de escalones colectores conformados y revestidos, similares a las paredes exteriores primarias. En una forma de realización, las secciones dentro del estanque 100 se pueden usar para colocar materiales en aislamiento, en ausencia de calor externo, o con la intención de combustión limitada o controlada o aplicación de solvente. El material que porta hidrocarburo en menor contenido puede ser útil como material de combustión o como relleno o como material de construcción de pared escalonada. El material que no satisface varios umbrales de dureza de corte también se puede secuestrar sin alteración en un estanque dedicado para dicho fin. En dichas formas de realización, dichas áreas pueden estar completamente aisladas o estar desviadas por calor, solventes, gases, líquidos o similares. El equipo y/o los dispositivos de monitoreo óptimos pueden instalarse en forma temporaria o permanente dentro del estanque o fuera de los perímetros de los estanques a fin de verificar la contención del material secuestrado.

Las paredes 102 y 104 así como también la tapa 116 y la capa impermeable 112 se pueden conformar y reforzar mediante gaviones 146 y/o rejillas geogrid 148 dispuestas en compactación de relleno. En forma alternativa, estas paredes 102, 104, 116 y 112 que comprenden el estanque de control de permeabilidad y definen de manera colectiva el volumen encapsulado pueden estar formadas por cualquier otro material adecuado, como se describió con anterioridad. En esta forma de realización, el estanque 100 incluye las paredes laterales 102 y 104 que se auto-sostienen. En una forma de realización, los escalones colectores, las paredes, las superficies, pueden compactarse y conformarse para la estructura asi como también para la permeabilidad. El uso de los geogrids compactados y otras estructuras de anclaje para el soporte de los escalones y terraplenes se puede incluir antes o incorporarse con las capas de control de permeabilidad que pueden incluir arena, arcilla, arcilla bentonita, grava, cemento, lechada de cemento, cemento reforzado, cementos refractarios, aislamientos, geomembranas, tubos de desagüe, aislamientos resistentes a temperatura de tubos de penetración calentados, etc.

En una forma de realización alternativa, el estanque de control de permeabilidad puede incluir paredes laterales que son tierra y/o formaciones geológicas compactas o no desintegradas mientras que la tapa y las superficies son impermeables. En forma especifica, en dichas formas de realización, se puede usar una tapa impermeable para evitar el escape incontrolado de volátiles y gases del estanque de manera que se puedan usar las salidas de recolección de gases apropiadas. En forma similar, una superficie impermeable se puede usar para contener y dirigir líquidos recolectados a una salida adecuada tal como el sistema de drenaje 133 para extraer los productos líquidos de las regiones inferiores del estanque. Si bien las paredes laterales impermeables pueden ser deseables en algunas formas de realización, las mismas no son siempre necesarias. En algunos casos, las paredes laterales pueden ser tierra expuesta no desintegrada o tierra o relleno compacto, u otro material permeable. El tener paredes laterales permeables puede posibilitar cierto egreso de gases y/o líquidos del estanque.

Si bien no se ilustra, abajo, arriba, alrededor y adyacente a los recipientes de contención de cápsula construidos, se pueden conformar mediciones de hidrología ambiental para redirigir el agua de la superficie lejos de las paredes, superficies, tapas, etc. de la cápsula, durante la operación. Además, los tubos y mecanismos de drenaje asistidos por gravedad se pueden utilizar para agregar y transportar fluidos, líquidos o solventes dentro del volumen encapsulado para acumular, bombear, condensar, calentar, escalonar y descargar tubos, silos, tanques, y/o pozos, como sea necesario. De manera similar, se pueden reciclar vapor y/o agua, que se introducen intencionalmente, por ejemplo, para el tratamiento de alquitrán y arenas impregnadas de brea .

Una vez que las estructuras de las paredes 102 y 104 se construyeron por encima de una capa de superficie construida e impermeable 112 que comienza a partir de la superficie del suelo 106, los escombros minados 120 (que pueden ser triturados o clasificados de acuerdo con el tamaño o la riqueza en hidrocarburos), se pueden colocar en capas sobre (o cerca de) los tubos de calentamiento tubulares colocados 118 o conductos de dirección de convección, tubos de drenaje de fluidos 124, y/o tubos de inyección o acumulación de gas 126. Estos tubos se pueden orientar y conformar en cualquier patrón de flujo óptimo, ángulo, longitud, tamaño, volumen, intersección, rejilla, ajuste de pared, construcción de aleaciones, diseño de perforación, velocidad de inyección y velocidad de extracción; no obstante, en un aspecto, los conductos de dirección de convección se pueden orientar en una parte inferior del cuerpo permeable. En algunos casos, los tubos tales como los usados para la transferencia de calor se pueden conectar a , reciclarse a través de, o derivar calor a partir de una fuente de calor 134. En forma alternativa, o en combinación, los gases recuperados se pueden condensar mediante un condensador 140. El calor recuperado por el condensador se puede usar opcionalmente para complementar el calentamiento del cuerpo permeable o para otras necesidades del proceso.

La fuente de calor 134 puede derivar, amplificar, acumular, crear, combinar, separar, transmitir o incluir el calor derivado de cualquier fuente de calor adecuada que incluye, mas no se limita a, pilas de combustible (por ejemplo, pilas de combustible de óxido sólido, pilas de combustible de carbonato fundido y similares) , fuentes solares, fuentes eólicas, calentadores de combustión de gas o liquido de hidrocarburos, fuentes de calor geotérmico, plantas de energía nuclear, plantas de energía encendidas por carbón, calor generado por radio frecuencia, energía de ondas, combustores sin llama, combustores distribuidos naturales, o cualquier combinación de ellos. En algunos casos, los calentadores resistentes eléctricos u otros calentadores se pueden usar, si bien las pilas de combustibles y los calentadores basados en combustión son particularmente efectivos. En algunas ubicaciones, el agua geotérmica puede circular a la superficie en cantidades adecuadas para calentar el cuerpo permeable y dirigirse a la infraestructura .

En otra forma de realización, el material conductivo a nivel eléctrico puede distribuirse en todo el cuerpo permeable y una corriente eléctrica puede atravesar el material conductivo lo suficiente para generar calor. El material conductivo a nivel eléctrico puede incluir, mas no se limita a, piezas o perlas de metal, cemento conductivo, partículas revestidas en metal, materiales compuestos de metal y cerámica, carburos semimetálicos conductivos, coque de petróleo calcinado, conductor principal, combinaciones de estos materiales, y similares. El material conductivo a nivel eléctrico se puede premezclar con varios tamaños de malla o los materiales se pueden introducir en el cuerpo permeable después de la formación del cuerpo permeable.

Los líquidos o gases pueden transferir calor a partir de la fuente de calor 134, o en otra forma de realización, en los casos de combustión de gas o liquido de hidrocarburo, generadores de radiofrecuencia (microondas) , o pilas de combustible, todos pueden, mas no necesitan, generar verdaderamente calor dentro del área del estanque de cápsula 114 ó 122. En una forma de realización, el calentamiento del cuerpo permeable se puede lograr mediante calentamiento convectivo a partir de combustión de hidrocarburo. Es de particular interés la combustión de hidrocarburo realizada bajo condiciones estequiométricas de combustible a oxigeno. Las condiciones estequiométricas pueden permitir temperaturas de gas de calentamiento significativamente altas. La combustión estequiométrica puede emplear, mas no lo requiere generalmente, una fuente de oxígeno puro que se puede proveer mediante tecnologías conocidas que incluyen -mas no se limitan a- concentradores de oxígeno, membranas, electrólisis, y similares. En algunas formas de realización se puede proveer oxígeno del aire con cantidades estequiométricas de oxigeno e hidrógeno. El gas residual de la combustión se puede dirigir a un intercambiador de calor de temperatura ultra alta, por ejemplo, una cerámica o cualquier otro material adecuado que tiene una temperatura de operación por sobre alrededor de 2500 °F. El aire obtenido del ambiente o reciclado de otros procesos se puede calentar mediante el intercambiador de calor de temperatura ultra alta y luego enviarse al estanque para calentar el cuerpo permeable. Los gases residuales de la combustión pueden ser secuestrados luego sin necesidad de separación adicional, es decir, porque el gas residual es predominantemente dióxido de carbono y agua.

A fin de minimizar la pérdida de calor, se pueden minimizar las distancias entre la cámara de combustión, el intercambiador de calor y los estanques. Por ende, en una forma de realización específica detallada, se pueden unir combustores portátiles a los conductos de calentamiento individuales o secciones menores de conductos. Los combustores o incineradores portátiles pueden proveer individualmente de alrededor de 100.000 Btu a alrededor de 1.000.000 Btu, siendo por lo general suficiente de alrededor de 600.000 Btu por tubo.

En forma alternativa, la combustión de la cápsula se puede iniciar dentro de las cápsulas aisladas en una estructura de contención de cápsula construida primaria. Este proceso combustiona parcialmente el material hidrocarbonáceo para brindar calor y pirólisis intrínseca. Las emisiones de aire no deseadas 144 se pueden capturar y secuestrar en una formación 108 una vez que se derivaron del recinto de contención de cápsula 114, 122 o de la fuente de calor 134 y se suministraron mediante un agujero de pozo perforado 142. La fuente de calor 134 también puede crear electricidad y transmitirse, transformarse o activarse mediante lineas de transmisión eléctricas 150. Los líquidos o gases extraídos del área de tratamiento del estanque de cápsula 114 ó 122 se pueden almacenar en un tanque de alojamiento cercano 136 o dentro de un recinto de contención de cápsula 114 ó 122. Por ejemplo, la capa de superficie impermeable 112 puede incluir un área inclinada 110 que dirige los líquidos hacia un sistema de drenaje 133 donde los líquidos se dirigen al tanque de alojamiento.

A medida que el material de escombro 120 se coloca con las tuberías 118, 124, 126, y 128, se contemplan varios dispositivos o sensores de medición 130 para monitorear la temperatura, presión, fluidos, gases, composiciones, velocidades de calentamiento, densidad, y todos las otras características del proceso durante el proceso de extracción dentro, alrededor de, o debajo del estanque de contención de cápsula conformado 100. Dichos dispositivos y sensores de monitoreo 130 se pueden distribuir en cualquier parte dentro, alrededor, como parte de, conectados a, o por encima de la tubería colocada 118, 124, 126, y 128 o, por encima de, cubiertos por, o enterrados dentro del material de escombro 120 o zona de barrera impermeable 112.

A medida que el material de escombro colocado 120 rellena el área de tratamiento de cápsula 114 ó 122, 120 se convierte en el soporte de tope de la zona de barrera de tapa impermeable conformada 138, y construcción de barrera de pared 170, que puede incluir cualquier combinación de barrera de gas y fluido conformada y de impermeabilidad o construcción de cápsula conformada que comprende los que conforman la 112 con inclusión, mas sin limitarse a, arcilla 162, relleno compacto o material de importación 164, cemento o cemento refractario que contiene el material 166, membrana geosintética, material de revestimiento o aislamiento 168. Por sobre la 138, el material de relleno, que puede orientarse como tapa superior 116, se ubica para crear una presión litostática sobre las áreas de tratamiento de cápsula 114 o 122. Cubrir el cuerpo permeable con relleno compacto lo suficiente para crear una presión litostática incrementada dentro del cuerpo permeable puede ser útil para incrementar adicionalmente la calidad del producto de hidrocarburo. Un tope de relleno compacto puede cubrir sustancialmente el cuerpo permeable, mientras que el cuerpo permeable puede a su vez sustancialmente soportar el tope de relleno compacto. El tope de relleno compacto puede ser además lo suficientemente impermeable al hidrocarburo extraído o se puede agregar una capa adicional de material de control de permeabilidad de manera similar como paredes laterales y/o de superficie. La presión adicional se puede introducir en el área de tratamiento de cápsula de extracción 114 ó 122 al incrementar cualquier gas o fluido una vez extraído, como puede ser el caso, mediante cualquier tubería 118, 124, 126 ó 128. Todas las mediciones relativas, velocidades de optimización, velocidades de inyección, velocidades de extracción, temperaturas, velocidades de calentamiento, velocidades de flujo, velocidades de de presión, indicadores de capacidad, composiciones químicas u otros datos relativos al proceso de calentamiento, extracción, estabilización, secuestro, captación, me oramiento, refinamiento o análisis de estructura dentro del estanque de cápsula 100 se contemplan a través de una conexión a un dispositivo de computación 132 que opera un programa informático para el manejo, cálculo y optimización de todo el proceso. Además, la perforación de núcleo, el análisis de reserva geológica y la modelación de ensayo de una formación antes de la voladura, el minado y la recolección (en cualquier momento antes, después o durante dichas tareas) puede servir como alimentaciones de datos de entrada en los mecanismos controlados por computadora que operan un programa informático para identificar ubicaciones, dimensiones, volúmenes y diseños óptimos calibrados y en referencia con la velocidad de producción deseada, presión, temperatura, velocidades de entrada de calor, porcentajes de peso de gas, composiciones de inyección de gas, capacidad de calor, permeabilidad, porosidad, composición química y mineral, compactación, densidad. Dichos análisis y determinaciones pueden incluir factores tales como factores de datos climáticos como temperatura y contenido de humedad en el aire que impacta en todo el funcionamiento de la infraestructura construida. Otros datos tales como el contenido de humedad de los minerales, la riqueza de los hidrocarburos, el peso, el tamaño de malla, y la composición mineral y geológica se pueden utilizar como entradas, con inclusión del valor temporal de los conjuntos de datos monetarios que producen el flujo de dinero del proyecto, servicio de deuda y tasas de reintegro internas.

La FIG. 2A muestra una recolección de los estanques que incluye un estanque de cápsula sin tapar o sin cubrir 100, que contiene estanques de cápsula seccionados 122 dentro de una cantera de minería 200 con varias elevaciones de minería escalonada. La FIG. 2B ilustra un estanque único 122 sin conductos asociados y otros aspectos meramente a los fines de claridad. Este estanque puede ser similar al ilustrado en la FIG. 1 o cualquier otra configuración. En algunas formas de realización, se contempla que el escombro de minería puede transferirse en forma descendente mediante rampas 230 o mediante transportadores 232 a los estanques de cápsula de la cantera 100 y 122 sin necesidad de camiones de recolección para minería.

La FIG. 3 muestra las barreras de permeabilidad conformadas 112 debajo del estanque de cápsula 100 que descansan sobre el grado existente 106 de formación 108, con la tapa cubriendo el material o el relleno 302 sobre los costados y el tope del estanque de cápsula 100 para cubrir finalmente (después del procesos) y recuperar una nueva superficie terrestre 300. Las plantas autóctonas que se pueden mover en forma temporaria desde el área se pueden replantar, tal como los árboles 306. Las infraestructuras construidas pueden ser generalmente estructuras de uso único y cerrarse de manera segura con reparos adicionales mínimos. Esto puede reducir los costos en forma drástica, en relación con los grandes volúmenes en movimiento de los materiales gastados. No obstante, en algunas circunstancias, las infraestructuras construidas pueden ser excavadas y reutilizadas . Algunos equipos tales como los mecanismos de radiofrecuencia (RF) , tubulares, dispositivos y emisores se pueden recuperar desde dentro del estanque construido ante la finalización de la recuperación de hidrocarburos.

La FIG. 4 muestra medios por computadora 130 que controlan varias entradas y salidas de propiedad de los conductos 118, 126, o 128 conectados a la fuente de calor 134 durante el proceso entre los estanques subdivididos 122 dentro de un estanque colectivo 100 para controlar el calentamiento del cuerpo permeable. En forma similar, el líquido y el vapor recolectados de los estanques se pueden monitorear y recolectar en el tanque 136 y el condensador 140, respectivamente. Los líquidos condensados del condensador se pueden recolectar en un tanque 141, mientras que el vapor no condensable se recolecta en la unidad 143. Como se describió en forma previa, los productos líquidos y de vapores se pueden combinar o se dejan a menudo como productos separados dependiendo de la condensabilidad, producto buscado, y similares. Una parte del producto de vapor puede condensarse adicionalmente y combinarse con los productos líquidos en el tanque 136. No obstante, la mayoría del producto de vapor es C4 y gases más livianos que se pueden incinerar, vender o usar en el proceso. Por ejemplo, el gas de hidrógeno puede ser recuperado usando separación de gas convencional y usarse para hidrotratar los productos líquidos de acuerdo con métodos de mejoramiento convencional, por ejemplo, catalíticos, etc. o el producto gaseoso no condensable se puede incinerar para producir calor para uso en el calentamiento del cuerpo permeable, calentamiento de un estanque adyacente o cercano, calentamiento de áreas de servicio o personal, o para satisfacer otros requisitos de los procesos de calentamiento. La infraestructura construida puede incluir termocuplas, dosificadores de presión, dosificadores de flujo, sensores de dispersión de fluido, sensores de riqueza y otros dispositivos de control de proceso convencionales distribuidos en toda la infraestructura construida. Estos dispositivos pueden asociarse, cada uno, en forma operativa, con una computadora, de manera que las velocidades de calentamiento, velocidades de flujo del producto y presiones se puedan monitorear o alterar durante el calentamiento del cuerpo permeable. En forma opcional, la agitación en el lugar se puede realizar usando, por ejemplo, generadores ultrasónicos que se asocian con el cuerpo permeable. Dicha agitación puede facilitar la separación y la pirólisis de hidrocarburos a partir de los materiales sólidos subyacentes con los cuales están asociados. Además, la suficiente agitación puede reducir el atascamiento y la aglomeración en todo el cuerpo permeable y los conductos.

La FIG. 5 ilustra cómo cualquiera de los conductos se puede usar para transferir calor en cualquier forma de gas, líquido o calor mediante medios de transferencia 510 a partir de cualquier estanque de cápsula seccionado a otro. Entonces, el fluido enfriado puede ser transportado mediante los medios de transferencia de calor 512 a la cápsula que origina calor 500, o a la fuente que origina calor 134 para absorber más calor desde la cápsula 500 para que recircule nuevamente a una cápsula de destino 522. Por ende, se pueden usar varios conductos para transferir calor de un estanque a otro a fin de reciclar el calor y manejar el uso de la energía para minimizar las pérdidas de energía.

En otro aspecto más, un agente dador de hidrógeno se puede introducir en el cuerpo permeable durante la etapa de calentamiento. El agente dador de hidrógeno puede ser de cualquier composición que es capaz de hidrogenar los hidrocarburos y opcionalmente puede ser un agente reductor. Los ejemplos no limitantes de agentes dadores de hidrógeno adecuados pueden incluir gas de síntesis, propano, metano, hidrógeno, gas natural, gas natural condensado, solventes industriales, tales como acetonas, toluenos, bencenos, xilenos, eumenos, ciclopentanos , ciclohexanos , aléanos inferiores (C4-C10), terpenos, compuestos sustituidos de estos solventes, etc., y similares- Por otra parte, los hidrocarburos recuperados se pueden someter a hidrotratamiento dentro del cuerpo permeable o en forma posterior a la recolección. En forma ventajosa, el hidrógeno recuperado de los productos gaseosos se puede reintroducir en el producto líquido para mejorar. A pesar de esto, el hidrotratamiento o hidrodesulfurización puede ser muy útil para reducir nitrógeno y contenido de azufre en los productos hidrocarbonatos finales. En forma opcional, los catalizadores se pueden introducir para facilitar dichas reacciones. Además, la introducción de hidrocarburos livianos en el cuerpo permeable puede originar reacciones de reformación que reducen el peso molecular, a la vez que aumentan la relación de hidrógeno a carbono. Esto es particularmente ventajoso debido al menos es parte a la alta permeabilidad del cuerpo permeable, por ejemplo, con frecuencia alrededor de 30%-40% del volumen vacío aunque el volumen vacío en general puede variar de aproximadamente 10% a aproximadamente 50% del volumen vacío. Los hidrocarburos livianos que se pueden inyectar pueden ser cualquiera que proporcione la reformación de los hidrocarburos recuperados. Los ejemplos no limitantes de hidrocarburos livianos adecuados incluyen gas natural, condensados de gas natural, solventes industriales, agentes dadores de hidrógeno, y otros hidrocarburos que tienen diez o menos carbonos, y con frecuencia cinco o menos carbonos. En la actualidad, el gas natural es un hidrocarburo liviano efectivo, conveniente y abundante. Como se mencionó previamente, también se pueden añadir varios solventes u otros aditivos para ayudar en la extracción de los productos hidrocarbonatos de la pizarra bituminosa y con frecuencia también pueden aumentar la fluidez.

El hidrocarburo liviano se puede introducir en el cuerpo permeable por transporte del mismo a través de un conducto de distribución que tiene un extremo abierto en comunicación fluida con una porción inferior del cuerpo permeable de modo que los hidrocarburos livianos (que son un gas en condiciones operativas normales) permean a través del cuerpo permeable. En forma alternativa, este mismo método se puede aplicar a hidrocarburos recuperados que se aplican primero a un embalse vacio. De esta manera, el embalse puede actuar como tanque de retención para los productos directos desde un embalse cercano y como un reformador o mej orador. En esta forma de realización, el embalse se puede llenar al menos parcialmente con un producto liquido donde el hidrocarburo liviano gaseoso pasa y permite el contacto de los productos hidrocarbonados líquidos a temperaturas y condiciones suficientes para obtener la reformación de acuerdo con procesos bien conocidos. Los catalizadores de reformación opcionales que incluyen metales tales como Pd, Ni u otros metales catalíticamente activos adecuados también se pueden incluir en el producto líquido dentro del embalse. La adición de catalizadores puede servir para reducir y/o ajusfar la temperatura y/o presión de reformación para los productos líquidos particulares. Además, los embalses se pueden formar fácilmente a casi cualquier profundidad. En consecuencia, las presiones de reformación óptimas (o presiones de recuperación cuando se usan una profundidad del embalse como medida del control de presión para la recuperación de un cuerpo permeable) se puede diseñar sobre la base de la presión hidrostática debida a la cantidad de líquido del embalse y la altura del embalse, es decir, P = pgh. Además, la presión puede variar considerablemente con respecto a la altura del embalse en forma suficiente para proporcionar múltiples zonas de reformación y presiones ajustables. En general, las presiones dentro del cuerpo permeable pueden ser suficientes para obtener sustancialmente solo extracción líquida, aunque algunos volúmenes de vapor se pueden producir de acuerdo con la composición particular del cuerpo permeable. Como pautas generales, las presiones pueden variar de aproximadamente 5 atm a aproximadamente 50 atm, aunque las presiones de aproximadamente 6 atm a aproximadamente 20 atm pueden ser particularmente útiles. Sin embargo, no se puede usar una presión mayor de aproximadamente atmosférica.

En una forma de realización, el crudo extraído tiene material de partículas precipitadas dentro de las cápsulas subdivididas . Los fluidos y gases extraídos se pueden tratar para la extracción de partículas finas y de polvo. La separación de partículas finas de la pizarra bituminosa se puede obtener por técnicas tales como, pero sin limitación, filtración de gas caliente, precipitación y reciclado de petróleo pesado.

Los productos hidrocarbonados recuperaron del cuerpo permeable se pueden procesar posteriormente (por ejemplo refinado) o usado como producto. Cualquier producto gaseoso condensable se puede condensar por refrigeración y recolección, a la vez que se pueden recolectar gases no condensables, quemar como combustible, reinyectarlos o utilizarlos o disponer de ellos de otro modo. Opcionalmente , se puede usar el equipo móvil para recolectar gases. Estas unidades se pueden orientar fácilmente para aproximar a la infraestructura de control y el producto gaseoso se dirige a este por medio de conductos adecuados desde una región superior de la infraestructura de control.

En aún otra forma de realización alternativa, el calor dentro del cuerpo permeable se puede recuperar después de la recuperación primaria de materiales hidrocarbonatos a partir de ellos. Por ejemplo, una gran cantidad de calor se retiene en el cuerpo permeable. En una forma de realización opcional, el cuerpo permeable se puede hacer fluir con un fluido de transferencia de calor tal como agua para formar un fluido calentado, por ejemplo agua calentado y/o vapor. En el mismo momento, este proceso puede facilitar la eliminación de algunos productos hidrocarbonados residuales por medio de un lavado físico de los sólidos de pizarra consumidos. En algunos casos, la introducción de agua y la presencia del vapor pueden producir reacciones de desplazamiento gas agua y formación de gas de síntesis. El vapor recuperado de este proceso se puede usar para conducir un generador, dirigido a otra infraestructura cercana, o se usa de otro modo. Los hidrocarburos y/o el gas de síntesis se pueden separar del vapor o fluido calentado por métodos convencionales.

Si bien los métodos y la infraestructura permiten mejor permeabilidad y control de las condiciones operativas, cantidades significativas de hidrocarburos no recuperados, metales preciosos, minerales, bicarbonato de sodio u otros materiales comercialmente valiosos a menudo permanecen en el cuerpo permeable. En consecuencia, un solvente selectivo se puede inyectar o introducir en el cuerpo permeable. Normalmente, esto se puede hacer después de recolectar los hidrocarburos, aunque ciertos solventes selectivos se pueden usar beneficiosamente antes del calentamiento y/o colección. Esto se puede hacer usando uno o más de los conductos existentes o por inyección directa y percolación a través del cuerpo permeable. El solvente o lixiviado selectivo se puede elegir como un solvente para uno o más materiales blanco, por ejemplo minerales, metal precioso, metales pesados, hidrocarburos, o bicarbonato de sodio. En una forma de realización especifica, se puede usar vapor o dióxido de carbono como un lavado del cuerpo permeable para descargar al menos una porción de cualquiera de los hidrocarburos restantes. Esto puede ser beneficioso no solo para eliminar productos secundarios potencialmente valiosos, sino también para limpiar materiales consumidos restantes de limpieza de trazas de metal pesado o inorgánicas a niveles detectables inferiores a fin de cumplir con los estándares regulatorios o para evitar la filtración involuntaria de materiales en una fecha futura.

Más particularmente, se pueden usar varias etapas de recuperación antes o después de calentar el cuerpo permeable para recuperar metales pesados, metales preciosos, metales traza u otros materiales que tienen valor económico o pueden causar problemas no deseables durante el calentamiento del cuerpo permeable. Normalmente, dicha recuperación de materiales se pueden realizar antes del tratamiento térmico del cuerpo permeable. Las etapas de recuperación se pueden incluir, pero sin limitación, minería de solución, lixiviado, recuperación de solvente, precipitación, ácidos (por ejemplo, clorhídrico, haluros ácidos, etc.), flotación, intercambio de resina iónica, galvanoplastia, o similares. Por ejemplo, los metales pesados, bauxita o aluminio, y mercurio se pueden extraer por anegamiento del cuerpo permeable con un solvente apropiado y recirculación del lixiviado resultante a través de resina de intercambio iónico apropiadamente diseñada (por ejemplo, perlas, membranas, etc.) .

De modo similar, se puede realizar bioextracción, biolixiviado, biorrecuperación o biorremediación de material hidrocarbonado, materiales consumidos, o metales preciosos para mejorar adicionalmente la remediación, extracción de metales valiosos y restauración de material consumido en estándares aceptables en el ambiente. En dichos escenarios de bioextracción, se pueden usar conductos para inyectar gases catalizadores como un precursor que ayuda a estimular la reacción biológica y el crecimiento. Dichos microorganismos y enzimas pueden oxidar bioquímicamente el cuerpo o material mineral o celulósico u otro material de biomasa antes de una extracción de solventes del mineral por medio de la bio-oxidación. Por ejemplo, se puede usar una tubería perforada u otro mecanismo para inyectar un hidrocarburo liviano (por ejemplo, metano, etano, propano o butano) en el cuerpo permeable suficiente para estimular el crecimiento y la acción de las bacterias nativas. Las bacterias pueden ser nativas o introducidas y pueden crecer en condiciones aeróbicas o anaeróbicas. Dichas bacterias pueden liberar metales del cuerpo permeable que luego se pueden recuperar por medio de lavado con un solvente adecuado u otros métodos de recuperación adecuados. Los metales recuperados luego se pueden precipitar usando métodos convencionales.

El gas de síntesis también se puede recuperar de un cuerpo permeable durante la etapa de calentamiento y/o pasaje de fluido calentado a través del cuerpo permeable. Varias etapas de la producción de gas se pueden manipular mediante los procesos que elevan o reducen las temperaturas operativas dentro del volumen encapsulado y ajustar otras entradas en el embalse para producir gases de síntesis que pueden incluir pero sin limitación, monóxido de carbono, hidrógeno, sulfuro de hidrógeno, hidrocarburos, amoníaco, agua, nitrógeno o sus combinaciones. En una forma de realización, la temperatura y la presión se puede controlar dentro del cuerpo permeable para reducir las emisiones de C02 a medida que se extraen los gases de síntesis.

El producto hidrocarbonado recuperado de las infraestructuras construidas se puede procesar posteriormente con máxima frecuencia, por ejemplo, por mejora, refinado, etc. El azufre proveniente del procesamiento de la mejora y el refinado relacionados se puede aislar en varias cápsulas de azufre construidas dentro de la cápsula del embalse estructurado más grande. Las cápsulas de azufre construidas se pueden consumir infraestructuras construidas o dedicadas para el fin de almacenamiento y aislamiento después de la desulfurización.

De modo similar, se puede utilizar el material hidrocarbonáceo consumido restante de la infraestructura construida en la producción de cemento y productos agregados para el uso en la construcción o estabilización de la infraestructura misma o en la formación de infraestructura construidas fuera de planta. Dichos productores de cemento fabricados con pizarra usada pueden incluir, pero sin limitación, mezclas con cemento Portland, sal de calcio, cenizas volcánicas, perlita, nanocarbonos sintéticos, arena, fibra de vidrio, vidrio triturado, asfalto, alquitrán, resinas de unión, fibras vegetales celulósicas, y similares.

En aún otra forma de realización, se pueden incorporar inyección, monitoreo y egresos de conductos de producción o extracción en cualquier patrón o ubicación dentro de la infraestructura construida. Los pozos de control y las capas de membrana geo construida debajo o fuera de la contención de la cápsula construida se pueden emplear para controlar fluido no deseado y migración de humedad fuera de los limites de la contención y la infraestructura construida.

Si bien una infraestructura construida rellena y preparada a menudo se puede calentar inmediatamente para recuperar hidrocarburos, esto no es necesario. Por ejemplo, una infraestructura construida que está construida y cargada con material hidrocarbonáceo extraída en minas se puede dejar en lugar como reserva probada. Dichas estructuras son menos sensibles a la explosión o el daño debido a la actividad terrorista y también puede proporcionar reservas estratégicas de productos de petróleo no procesado, con propiedades clasificadas y conocidas de modo que pueden aumentar las valuaciones económicas y son más predecibles . El almacenamiento a largo plazo a menudo enfrenta problemas de deterioro de calidad durante el tiempo. En consecuencia, la infraestructura construida opcionalmente se puede usar para seguro de calidad y depósito a largo plazo con reducción de los problemas respecto de la ruptura y degradación de productos hidrocarbonados .

En aún otro aspecto, el producto liquido de alta calidad se puede mezclar con productos hidrocarbonados de menor calidad más viscosos (por ejemplo, API menor) . Por ejemplo, el aceite de kerógeno producido en los embalses se puede mezclar con bitumen para formar un aceite combinado. El bitumen normalmente no es transportable a través de una tubería extendida en estándares de tubería convencionales y aceptados y puede tener una viscosidad sustancialmente superior y un API sustancialmente inferior que el del aceite de kerógeno. Al mezclar el aceite de kerógeno y el bitumen, se puede producir el aceite combinado en forma transportable sin el uso de diluyentes adicionales u otros modificadores de viscosidad o API. Como resultado, el aceite combinado se puede bombear a través de una tubería sin necesitar tratamientos adicionales para extraer un diluyente o retornar dichos diluyentes por medio de una tubería secundaria. En forma convencional, el bitumen se combina con un diluyente tal como condensado de gas natural u otros líquidos de peso molecular bajo, para permitir el bombeo a una ubicación remota. El diluyente se extrae y retorna por medio de una segunda tubería a la fuente de bitumen. La presente invención permite la eliminación del diluyente de retorno y aumento simultáneo del bitumen.

Si bien los métodos y sistemas descriptos son dependientes de la minería, estos no están limitados o restringidos a procesos de retorta subterráneos convencionales (ex-situ) . Este método mejora los beneficios de las retortas de superficie que incluyen mejor control del proceso de temperatura, presión, velocidad de inyección, composiciones del fluido y gas, calidad del producto y mejor permeabilidad debido al procesamiento y calentamiento de los escombros de minería. Estas ventajas están disponibles a la vez que también las referidas a los temas de volumen, manipulación y escalabilidad que la mayoría de las retortas de superficie fabricadas no pueden proporcionar.

Otras mejoras que se pueden realizar se refieren a la protección ambiental. Las retortas de superficie convencionales han tenido el problema de consumo de pizarra después que se ha extraído y ha pasado a través una retorta de superficie. La pizarra usada que se ha alterado térmicamente requiere una manipulación especial para recuperar y aislar de la cuenca de drenaje de superficies y acuíferos subterráneos. Estos métodos y sistemas pueden tratar la recuperación y retorta en un método combinado único. En lo que se refiere a las emisiones de aire que también son un importante problema típico de los métodos de retorta de superficie previos, este método, a causa de su enorme capacidad de volumen y alta permeabilidad, puede ajustarse a tiempos de permanencia de calentamiento más largos y en consecuencia, temperatura menores. Un beneficio de temperaturas menores en el proceso de extracción es que la producción de dióxido de carbono proveniente de la descomposición de carbonatos en el mineral de pizarra bituminosa pueden estar sustancialmente limitados de este modo se reducen drásticamente las emisiones de C02 y contaminantes atmosféricos.

Se considera que las disposiciones referidas anteriormente son ilustrativas de la solicitud para los principios de la presente invención. En consecuencia, si bien la presente invención se ha descrito antes en relación con los ejemplos de formas de realización de la invención, será evidente para los expertos en la técnica que se pueden realizar numerosas modificaciones y disposiciones alternativas sin apartarse de los principios y conceptos de la invención que se exponen en las reivindicaciones.

Claims (26)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención se considera como novedad y por lo tanto se reclama como propiedad lo descrito en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Una infraestructura de control de permeabilidad construida, caracterizada porque comprende: a) un embalse de control de permeabilidad que define un volumen sustancialmente encapsulado; b) un material hidrocarbonáceo triturado dentro del volumen encapsulado que forma un cuerpo permeable del material hidrocarbonáceo; y c) al menos un conducto impulsor por convección orientado a una porción inferior del cuerpo permeable para generar patrones de flujo convectivo de masa en todo el cuerpo permeable.

2. La infraestructura de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque el conducto impulsor por convección se orienta a lo largo de un piso del volumen encapsulado .

3. La infraestructura de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque el conducto impulsor por convección se orienta a lo largo de los bordes periféricos inferiores del volumen encapsulado.

4. La infraestructura de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque al menos un conducto impulsor por convección se orienta de modo sustancialmente horizontal .

5. La infraestructura de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque el embalse de control de permeabilidad está sustancialmente libre de formaciones geológicas lisas.

6. La infraestructura de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque el conducto impulsor por convección proporciona calor suficiente para aumentar una zona de calentamiento primaria a una temperatura mayor de aproximadamente 93.333°C (200°F), que es al menos aproximadamente 80% del volumen encapsulado total.

7. La infraestructura de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque el conducto impulsor por convección distribuye calor en forma sustancialmente uniforme a lo largo del cuerpo permeable.

8. La infraestructura de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque el embalse de control de permeabilidad se forma de arcilla, arcilla bentonita, relleno compactado, cemento refractario, cemento, geogrid sintético, fibra de vidrio, varilla, nanocarbono, bolsas geotextiles llenas, resinas poliméricas o combinaciones de las mismas.

9. La infraestructura de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque la infraestructura de control se forma en contacto directo con las paredes de un depósito de material hidrocarbonáceo excavado.

10. La infraestructura de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque la infraestructura de control es independiente.

11 La infraestructura de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque el material hidrocarbonáceo triturado comprende o consiste esencialmente de pizarra bituminosa, arenas asfálticas, carbón, lignita, bitumen, turba o combinaciones de las mismas.

12. La infraestructura de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque el cuerpo permeable además comprende un aditivo o biomasa.

13. La infraestructura de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque el cuerpo permeable tiene un espacio vacío de aproximadamente 10% a aproximadamente 50% de un volumen total del cuerpo permeable.

14. La infraestructura de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza además porque comprende una fuente de calor asociada térmicamente con el cuerpo permeable .

15. La infraestructura de conformidad con la reivindicación 14, se caracteriza porque el conducto impulsor por convección se acopla térmicamente con la fuente de calor y se incrusta en el cuerpo permeable para formar un sistema de calentamiento cerrado que no tiene sustancialmente transferencia de masa entre el cuerpo permeable y los fluidos de calentamiento dentro del conducto impulsor por convección.

16. Un método de recuperar hidrocarburos de los materiales hidrocarbonáceos, caracterizado porque comprende: a) formar una infraestructura de control de permeabilidad construida que define un volumen sustancialmente encapsulado; b) introducir un material hidrocarbonáceo triturado en la infraestructura de control para formar un cuerpo permeable de material hidrocarbonáceo; c) pasar fluido calentado en patrones de flujo convectivo de masa en todo el cuerpo permeable a fin de eliminar sustancialmente hidrocarburos del cuerpo permeable; y d) recolectar hidrocarburos eliminados.

17. El método de conformidad con la reivindicación 16, se caracteriza porque los patrones de flujo convectivo de masa se generan con al menos un conducto impulsor por convección orientado en una porción inferior del cuerpo permeable .

18. El método de conformidad con la reivindicación 16, se caracteriza porque el conducto impulsor por convección se incrusta dentro del cuerpo permeable.

19. El método de conformidad con la reivindicación 16, se caracteriza porque el conducto impulsor por convección se orienta de modo sustancialmente horizontal.

20. El método de conformidad con la reivindicación 16, se caracteriza porque el conducto impulsor por convección se acopla fluidamente a una fuente de calor y además comprende la circulación de un fluido de calentamiento en un circuito cerrado a través del conducto impulsor por convección suficiente para impedir la transferencia de masa sustancial entre el fluido de calentamiento y el cuerpo permeable.

21. El método de conformidad con la reivindicación 16, se caracteriza porque la etapa del paso del fluido calentado en patrones de flujo convectivo de masa calienta el cuerpo permeable en forma suficientemente uniforme y dentro de un intervalo de temperatura suficiente para evitar sustancialmente la formación de dióxido de carbono o lixiviados no hidrocarbonados .

22. El método de conformidad con la reivindicación 16, se caracteriza porque el conducto impulsor por convección proporciona calor suficiente para aumentar en una zona de calentamiento primaria a una temperatura mayor de aproximadamente 93.333°C (200 °F) , que es al menos aproximadamente 80% del volumen encapsulado total.

23. El método de conformidad con la reivindicación 16, se caracteriza porque la infraestructura de control se forma en contacto directo con las paredes de un depósito de material hidrocarbonáceo excavado.

24. El método de conformidad con la reivindicación 16, se caracteriza porque la infraestructura de control es independiente.

25. El método de conformidad con la reivindicación 16, se caracteriza porque el material hidrocarbonáceo comprende pizarra bituminosa, arenas asfálticas, carbón, lignita, bitumen, turba, o combinaciones de las mismas.

26. El método de conformidad con la reivindicación 16, se caracteriza porque la etapa de pasar fluido calentado incluye la inyección de gases calentados en la infraestructura de control de modo que el cuerpo permeable se calienta principalmente por medio de la convección a medida que los gases calentados pasan por medio de los patrones de flujo convectivo de masa a través del cuerpo permeable.