Облагораживание и добыча угля

Облагораживание и добыча угля

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в основном относится к производству полезных материалов из угля. Некоторые варианты воплощения настоящего изобретения в основном относятся к способам и системам облагораживания углеводородов внутри угольной формации.

Описание уровня техники

Углеводороды, которые получают из подземных (например, осадочных) формаций, часто используют в качестве энергетических носителей, в качестве исходного сырья и продуктов потребления. Проблема истощения доступных углеводородных ресурсов и снижение суммарного качества полученных углеводородов привела к разработке способов более эффективного извлечения, переработки и/или использования доступных углеводородных ресурсов. Для изменения углеводородсодержащих материалов в зоне разработки формации можно использовать способ конверсии на месте (в подземной формации). Может возникнуть необходимость изменения химических и/или физических свойств углеводородного материала внутри подземной формации, для того чтобы обеспечить более легкое извлечение углеводородного материала из подземной формации. Эти химические и физические изменения могут включать реакции на месте, в которых образуются извлекаемые текучие среды, изменения состава, изменения растворимости, изменения фазового состояния и/или изменения вязкости углеводородного материала внутри формации. Текучая среда может представлять собой (но не ограничивается указанными) газ, жидкость, эмульсию, суспензию и/или поток твердых частиц, для которого характеристики течения подобны потоку жидкости.

Уголь часто добывается для применения в качестве топлива на энергетической установке, производящей электроэнергию. Значительное число угольных формаций непригодно для экономичной добычи. Например, добычу угля из крутопадающих угольных пластов, из сравнительно тонких угольных пластов (например, толщиной меньше, чем приблизительно 1 м) и/или из угольных пластов глубокого залегания, по-видимому, нельзя считать экономически целесообразной. Угольные пласты глубокого залегания включают угольные пласты, которые находятся (или простираются) на глубине больше, чем приблизительно 914 м (около 3000 футов), ниже уровня поверхности земли. Эффективность энергетического превращения горящего угля для производства электричества является относительно низкой, по сравнению с такими видами топлива, как природный газ. Кроме того, при сгорании угля для производства электричества могут образоваться значительные количества диоксида углерода, оксидов серы и оксидов азота, которые выбрасываются в атмосферу.

Существует значительное число попыток разработки способов и систем экономичного производства углеводородов, водорода и/или других продуктов из угольной формации. Однако в настоящее время еще имеется множество угольных формаций, для которых невозможно экономичное производство углеводородов, водорода и/или других продуктов. Традиционные экстракционные технологии не могут подходить для всех формаций. В некоторых формациях материал, содержащий много углеводородов, может быть расположен в слоях, которые являются слишком тонкими для экономичной экстракции с использованием традиционных методов. В способе конверсии на месте углеводородсодержащий материал может измениться в зоне разработки формации. При воздействии тепла углеводородный материал, такой как уголь, может превращаться и/или облагораживаться, тем самым ускоряется процесс, который в естественных условиях протекает в течение геологического периода времени.

Сущность изобретения

В основу изобретения положена задача разработки способа получения облагороженного угля из углеродной формации.

Поставленная задача решается тем, что способ получения облагороженного угля из углеродной формации включает обработку, по меньшей мере, части углеродной формации посредством подачи тепла, по меньшей мере, из одного или нескольких нагревателей, с целью нагрева, по меньшей мере, части углеродной формации и добычи текучих сред из углеродной формации, в котором обработка углеродной формации повышает категорию части угля, причем повышение категории, по меньшей мере, улучшает качество части угля и добычу, по меньшей мере, части облагороженного угля из обработанной углеродной формации.

Предпочтительно, чтобы формация, по меньшей мере, частично была пиролизована.

Не менее предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, часть углеводородов в угле была пиролизована.

Целесообразно, когда получение угля включает в себя добычу угля в виде порошка.

Альтернативно, бывает целесообразно, когда получение угля включает в себя добычу угля в виде суспензии.

Нужно, чтобы способ дополнительно включал в себя подачу текучей среды в часть обработанной формации для того, чтобы удалить, по меньшей мере, часть угля.

При этом добытый облагороженный уголь включает в себя антрацит.

Следует учесть, что уголь до обработки не содержит значительного количества антрацита, а добытый уголь содержит значительное количество антрацита.

В способе, согласно изобретению, по меньшей мере, часть полученного облагороженного угля имеет содержание углерода выше, чем приблизительно 87 вес.%.

В способе, согласно изобретению, по меньшей мере, часть полученного облагороженного угля имеет содержание летучих веществ меньше, чем приблизительно 5 вес.%.

В способе, согласно изобретению, по меньшей мере, часть полученного облагороженного угля имеет теплотворность больше, чем приблизительно 25000 кДж/кг.

В способе, согласно изобретению, по меньшей мере, часть полученного облагороженного угля имеет степень отражения витринита больше, чем приблизительно 2,9%.

Рекомендуется, по меньшей мере, часть полученного облагороженного угля применять в производстве стали.

В одном варианте воплощения для утилизации угля в углеродную формацию подводится тепло. Углеводороды в углеродной формации можно превратить в смесь относительно высокого качества углеводородных продуктов, водорода и/или из формации могут быть выделены другие продукты. Углеводороды, водород и другие текучие среды могут быть удалены из формации через одну или несколько продуктивных скважин.

При воздействии тепла на углеродную формацию могут измениться свойства угля в формации. В некоторых вариантах воплощения часть углеродной формации может быть превращена в уголь высшего сорта. При воздействии тепла может снизиться содержание воды и/или содержание летучих соединений угля в углеродной формации. Текучие среды формации (например, вода и/или летучие соединения) могут удаляться в паровую фазу. В других вариантах воплощения текучие среды формации могут удаляться в жидкую и паровую фазы или в жидкую фазу. По меньшей мере, в части формации во время пиролиза можно контролировать температуру и давление для того, чтобы получить улучшенные продукты из формации. После воздействия тепла из формации можно добывать уголь.

Краткое описание чертежей

Преимущества настоящего изобретения могут стать очевидными специалистам в этой области техники с помощью следующего подробного описания предпочтительных вариантов воплощения, со ссылкой на сопровождающие чертежи.

На фиг.1 показана диаграмма, которая демонстрирует некоторые свойства ресурсов керогена.

На фиг.2 приведена иллюстрация стадий нагревания углеродной формации.

На фиг.3 показан вариант расположения источников тепла.

На фиг.4 показан вариант нагревающей скважины.

На фиг.5 показан вариант нагревающей скважины.

На фиг.6 показан вариант нагревающей скважины.

На фиг.7 схематически показана вертикальная проекция множества нагревателей, разветвляющихся из одной скважины в углеродной формации.

На фиг.8 показан вариант нагревающей скважины, расположенной в углеродной формации.

На фиг.9 показан вариант расположения нагревающих скважин в углеродной формации.

На фиг.10 показан вариант расположения источников тепла и эксплуатационных скважин в углеродной формации.

На фиг.11 представлен вид сверху варианта областей обработки, сформированных по периметрам барьеров.

На фиг.12 дано в поперечном разрезе представление экспериментального испытания на месте в полевых условиях.

На фиг.13 показано расположение источников тепла и скважин в экспериментальном испытании в полевых условиях.

На фиг.14 показана зависимость температуры от времени в экспериментальном испытании в полевых условиях.

На фиг.15 показана зависимость температуры от времени в экспериментальном испытании в полевых условиях.

На фиг.16 показана зависимость объема добытой нефти от времени в экспериментальном испытании в полевых условиях.

На фиг.17 показана зависимость объема газа, добытого из углеродной формации, от времени в экспериментальном испытании в полевых условиях.

На фиг.18 показано распределение числа атомов углерода в текучих средах, добытых в экспериментальном испытании в полевых условиях.

На фиг.19 показаны весовые доли (в %) различных текучих сред, добытых в углеродной формации при различных скоростях нагревания в лабораторных экспериментах.

Хотя это изобретение допускает различные модификации и альтернативные формы, конкретные варианты его воплощения показаны с помощью примеров в чертежах и могут быть подробно описаны в них. Эти чертежи не могут быть сведены к определенному масштабу. Однако следует понимать, что чертежи и, кроме того, подробное описание не предназначаются для ограничения изобретения раскрытыми конкретными формами; напротив, изобретение охватывает все модификации, эквиваленты и альтернативы, являющиеся частью замысла и объема настоящего изобретения, которое определено в прилагаемой формуле изобретения.

Подробное описание изобретения

Следующее ниже описание главным образом относится к системам и способам обработки углеродной формации. Такие формации могут быть обработаны таким образом, чтобы получить относительно высококачественные углеводородные продукты, водород, высокосортный уголь и другие продукты. При воздействии тепла на углеродную формацию часть углеродной формации может превращаться и/или облагораживаться, тем самым ускоряется процесс, который в естественных условиях протекает в течение геологического периода времени.

"Углеводороды" представляют собой молекулы, которые образуются главным образом из атомов углерода и водорода. "Смеси, содержащие углеводороды", могут включать в себя углеводороды, а также другие элементы, такие как (но не ограниченные указанными) галогены, металлические элементы, азот, кислород и/или сера. Углеводородсодержащие формации могут включать кероген, битум, пиробитум, нефть, природные минеральные воски и асфальтены. Смеси, содержащие углеводороды, могут быть расположены внутри или рядом с минеральными материнскими породами под землей. Материнская порода может включать (но не ограничиваться) осадочные горные породы, пески, силицилиты, карбонаты, диатомиты и другие пористые среды. "Углеводородсодержащие текучие среды" представляют собой текучие среды, которые содержат углеводороды. Углеводородсодержащие текучие среды могут включать в себя, вовлекать или вовлекаться в неуглеводородные текучие среды (например, водород Н₂, азот N₂, монооксид углерода, диоксид углерода, сероводород, вода и аммиак).

"Формация" включает в себя один или несколько углеводородсодержащих слоев, один или несколько неуглеводородных слоев, перекрытых и/или подстилающих. "Перекрытые" и/или "подстилающие" слои включают в себя один или несколько различных типов непроницаемых материалов. Например, перекрытые и/или подстилающие слои могут включать в себя горные породы, глинистый сланец, аргиллит или влагонепроницаемый карбонат (то есть непроницаемый карбонат без углеводородов). В некоторых вариантах воплощения способов конверсии на месте перекрытые и/или подстилающие слои могут включать в себя углеводородсодержащие слои или углеводородсодержащие слои, которые относительно непроницаемы и не подвергаются воздействию температуры во время переработки путем конверсии на месте, что приводит к существенным изменениям характеристик углеводородсодержащих перекрытых и/или подстилающих слоев. Например, подстилающий слой может содержать уголь. В некоторых случаях перекрытые и/или подстилающие слои могут обладать определенной проницаемостью.

"Кероген" представляет собой твердый нерастворимый углеводород, который может превращаться путем естественного разложения (например, путем диагенеза) и который в основном содержит углерод, водород, азот, кислород и серу. Примером керогена является уголь. "Нефть" представляет собой текучую среду, содержащую смесь конденсирующихся углеводородов.

Термины "текучие среды формации" и "полученные текучие среды" относятся к текучим средам, удаленным из углесодержащей формации, и могут включать текучие среды пиролиза, синтез-газ, подвижные углеводороды и воду (пар). Текучие среды формации могут содержать углеводородные текучие среды, а также неуглеводородные текучие среды.

"Число атомов углерода" относится к числу атомов углерода в молекуле. Углеводородная текучая среда может включать в себя различные углеводороды, имеющие различное число атомов углерода. Углеводородная текучая среда может быть описана с помощью распределения числа атомов углерода. Число атомов углерода и/или распределение числа атомов углерода могут быть определены с помощью распределения истинных температур кипения и/или методом газожидкостной хроматографии.

"Источник тепла" представляет собой любую систему, обеспечивающую тепло, по меньшей мере, для части формации практически за счет излучения и/или кондуктивной теплопроводности. Например, источник тепла может включать в себя электрические нагреватели, такие как изолированный проводник, удлиненный элемент и проводник, размещенные в изоляционной трубке. Кроме того, источник тепла может включать в себя источники тепла, в которых тепло выделяется за счет сжигания топлива вне или внутри формации, такие как поверхностные горелки, газовые горелки, расположенные в скважине, распределенные беспламенные области сгорания и естественно распределенные области сгорания. Кроме того, предполагается, что в некоторых вариантах воплощения тепло, подводимое или выделяющееся одним или несколькими источниками тепла, может поступать из других источников энергии.

Другие источники энергии могут непосредственно нагревать формацию или энергия может быть передана транспортным средам, которые непосредственно или косвенно нагревают формацию. Следует понимать, что в одном или более источниках тепла, которые подают тепло в формацию, могут использоваться различные источники энергии. Например, для данной формации некоторые источники тепла могут подводить тепло от нагревателей электросопротивления, некоторые источники тепла могут подводить тепло за счет сгорания и некоторые источники тепла могут подводить тепло от одного или нескольких источников энергии (например, за счет химических реакций, солнечной энергии, энергии ветра, энергии биомассы или других возобновляемых источников энергии). Химическая реакция может включать экзотермические реакции (например, реакция окисления). Тепловой источник может включать нагреватель, который подводит тепло в соседнюю зону или окружающую область нагрева, такую как нагревающую скважину.

"Нагреватель" представляет собой любую систему для выделения тепла в скважину или вблизи ствола скважины. Нагреватели могут представлять собой (но не ограничиваться) электронагреватели, горелки, области сгорания, которые взаимодействуют с материалом внутри формации или образуются в ней (например, естественно распределенные области сгорания), и/или их сочетания. Термин "модуль источников тепла" относится к ряду источников тепла, которые образуют фрагмент, который повторяется, создавая систему источников тепла внутри формации.

Термин "ствол скважины" относится к полости в формации, выполненной путем бурения или вставки трубопроводов в формацию. Ствол скважины может иметь практически круглое поперечное сечение или другую форму сечения (например, круга, овала, прямоугольника, треугольника, щели или другой постоянной или непостоянной формы). Используемый здесь термин "скважина" и "выработка", когда они относятся к вскрытию формации, могут использоваться попеременно с термином ствол скважины.

Термин "естественно распределенные области сгорания" относится к нагревателю, в котором используется окислитель для окисления, по меньшей мере, части углерода в формации, для того чтобы выделилось тепло, и в котором окисление протекает в непосредственной близости к стволу скважины. Большая часть продуктов сгорания, образовавшихся в естественно распределенной области сгорания, удаляется через ствол скважины.

Термин "изолированный проводник" относится к любому удлиненному материалу, который способен проводить электричество и который покрыт, полностью или частично, электроизолирующим материалом. Термин "саморегулирование" относится к регулированию излучаемой мощности нагревателя без какого-либо внешнего контроля.

"Пиролиз" представляет собой разрыв химических связей под действием тепла. Например, пиролиз может включать превращение соединения в одно или несколько других веществ только под действием тепла. Для того чтобы вызвать протекание пиролиза, в часть формации может быть подведено тепло.

Термины "текучие среды пиролиза" или "продукты пиролиза" относятся к текучим средам, полученным главным образом во время пиролиза углеводородов. Текучие среды, полученные в процессе пиролиза, могут смешиваться с другими текучими средами в формации. Эти смеси можно рассматривать как текучие среды пиролиза или продукты пиролиза. Используемый здесь термин "зона пиролиза" относится к объему формации, в котором протекает взаимодействие с образованием текучей среды пиролиза.

"Теплопроводность" представляет собой свойство материала, которое описывает скорость, с который тепло передается между двумя поверхностями материала в стационарном состоянии при заданной разности температур между двумя поверхностями.

"Конденсирующиеся углеводороды" представляют собой углеводороды, которые конденсируются при температуре 25°С и абсолютном давлении 1 атм. Конденсирующиеся углеводороды могут включать смесь углеводородов, имеющих число атомов углерода больше, чем 4. "Неконденсирующиеся углеводороды" представляют собой углеводороды, которые не конденсируются при температуре 25°С и абсолютном давлении 1 атм. Неконденсирующиеся углеводороды могут включать углеводороды, имеющие число атомов углерода меньше, чем 5.

"Синтез-газ" представляет собой смесь, содержащую водород и монооксид углерода, используемую для синтеза целого ряда соединений. Дополнительные компоненты синтез-газа могут включать воду, диоксид углерода, азот, метан и другие газы. Синтез-газ может быть произведен с использованием различных процессов, из различного сырья.

Термин "опускающаяся" относится к формации, которая наклонена вниз или отклоняется от плоскости, параллельной земной поверхности, в предположении, что эта поверхность является плоской (т.е. "горизонтальная" плоскость). "Наклон" представляет собой угол, который пласт или аналогичная структура образует с горизонтальной плоскостью. "Крутопадающая" углеродная формация относится к формации, содержащей уголь и лежащей под углом, по меньшей мере, 20 градусов от горизонтальной плоскости. "Наклон вниз" относится к направлению вниз, параллельно наклону формации. "Наклон вверх" относится к направлению вверх, параллельно наклону формации. Термин "простирание пласта" относится к направлению или простиранию углеводородного материала, которое перпендикулярно к направлению наклона.

"Оседание" представляет собой движение вниз части формации относительно начальной высотной отметки поверхности.

Термин "толщина слоя" относится к толщине поперечного сечения слоя, в котором поперечное сечение перпендикулярно к плоскости слоя.

Термин "облагораживание" относится к улучшению качества углеводородов. Например, облагораживание угля может привести к улучшению категории угля.

Углеродные формации могут включать кероген. Кероген состоит из органического вещества, которое превращается в процессе созревания. Процесс созревания может включать две стадии: биохимическую стадию и геохимическую стадию. Обычно биохимическая стадия включает в себя разложение органического материала с помощью аэробных и/или анаэробных организмов. Геохимическая стадия обычно включает в себя превращение органического материала вследствие изменений температуры, а также значительного давления. В ходе созревания могут образоваться нефть и газ, когда превращается органический материал керогена.

Как показано на фиг.1, диаграмма Ван Кревелена иллюстрирует последовательность процесса созревания керогена, который обычно протекает в течение геологического периода при воздействии температуры и давления. Кроме того, на диаграмме Ван Кревелена классифицированы различные природные отложения керогена. Например, кероген можно классифицировать на четыре различные группы: тип I, тип II, тип III и тип IV, которым соответствуют четыре области на диаграмме Ван Кревелена. Классификация типа керогена может зависеть от материалов, предшествующих керогену. Материалы предшественника керогена со временем превращаются в мацералы.

"Мацералы" представляют собой микроскопические структуры в керогене. Структура и свойства мацералов зависят от типа материалов предшественника, из которых они получены.

Кероген типа I может классифицироваться как альгинит, так как кероген типа I образуется в основном из массы водорослей. Кероген типа I образуется из отложений, полученных в озерной окружающей среде. Кероген типа II образуется из органического вещества, которое является отложением в морской окружающей среде. Кероген типа III обычно включает витринитные мацералы. Витринит образуется из клеточных стенок и/или древесных тканей (например, стволов, ветвей, листьев и корней растений). Кероген типа III может присутствовать в большинстве гуминовых углей. Кероген типа III образуется из органического материала, который осаждается в болотах. Кероген типа IV включает мацеральную группу инертинита. Мацеральная группа инертинита состоит из растительных материалов, таких как листья, кора и стволы, которые подверглись окислению на ранних стадиях образования торфа при диагенезе захоронений. Химически он подобен витриниту, но имеет высокое содержание углерода и низкое содержание водорода.

На диаграмме Ван Кревелена, показанной на фиг.1, по оси ординат приведено атомарное отношение водорода к углероду (Н/С) в зависимости от атомарного отношения кислорода к углероду (О/С) для различных типов керогена. Диаграмма Ван Кревелена иллюстрирует последовательность процесса созревания для различных типов керогена, который обычно протекает в течение геологического периода при воздействии температуры, давления и биохимического разложения. Эта последовательность созревания может быть ускорена путем нагревания на месте (в пласте) с регулируемой скоростью и/или при регулируемом давлении.

Если формация, содержащая кероген в области 30 или в области 32, выбрана для конверсии на месте, то термическая обработка на месте может ускорить созревание керогена по маршрутам, которые представлены стрелками на фиг.1. Например, кероген в области 30 может превратиться в кероген области 32 и затем, возможно, в кероген области 34. Кероген в области 32 может превратиться в кероген области 34. Конверсия на месте может способствовать созреванию керогена и обеспечить получение ценных продуктов из керогена. Область 36 на фиг.1 может соответствовать области графита.

Когда кероген подвергается созреванию, его состав обычно изменяется из-за удаления летучих веществ (например, диоксида углерода, метана и масла) из керогена. Ранговая категория керогена указывает уровень созревания керогена. Например, когда кероген подвергается созреванию, категория керогена повышается. С повышением категории керогена содержание летучих веществ в нем, а также в полученных продуктах уменьшается. Кроме того, содержание влаги в керогене обычно снижается с повышением категории керогена. Для более высоких категорий керогена содержание влаги может достигать относительно постоянного значения. Для более высоких категорий керогена, который подвергся существенному созреванию, таких как полуантрацит и антрацитный уголь, наблюдается тенденция к повышенному содержанию углерода и пониженному содержанию летучих веществ, по сравнению с керогенами более низких категорий, таких как лигнит. В некоторых вариантах воплощения содержание углерода в полученном угле может быть выше, чем приблизительно 87 вес.% и/или содержание летучих веществ может быть меньше, чем приблизительно 5 вес.%.

Этапы категорий углеродной формации включают в себя следующие классификации, которые перечислены в порядке повышения категории и зрелости для керогена типа III: древесина, торф, лигнит, слабобитуминозный уголь, высоколетучий битуминозный уголь, среднелетучий битуминозный уголь, слаболетучий битуминозный уголь, полуантрацит и антрацит. По мере повышения категории, существует тенденция к увеличению ароматического характера керогена.

Для конверсии на месте углеродные формации могут быть выбраны на основе свойств, по меньшей мере, части формации. Например, формация может быть выбрана на основе ее потенциала, толщины и/или глубины (то есть толщины перекрытия) формации. Кроме того, фактором выбора формации для конверсии на месте может быть тип текучих сред, получаемых из формации. В некоторых вариантах воплощения качество текучих сред, добываемых из формаций, может быть оценено до их обработки. Оценка продуктов, которые могут быть получены из формации, может привести к существенному сокращению затрат, поскольку необходимо подвергать конверсии на месте только те формации, которые будут давать желаемые продукты. Свойства, которые можно использовать для оценки углеводородов в формации, включают (но не ограничиваются) следующие: количество углеводородной жидкости, которое можно будет получить из углеводородов, вероятно, удельный вес полученной углеводородной жидкости (в градусах Американского института нефти), степень отражения витринита, количество углеводородного газа, которое можно будет получить из формации, и/или количество диоксида углерода и воды, которое можно будет получить при конверсии на месте.

Например, степень отражения витринита часто коррелирует с атомарным отношением водорода к углероду (Н/С) в керогене и атомарным отношением кислорода к углероду (О/С) в керогене, как показано пунктирными линиями на фиг.1. Диаграмма Ван Кревелена может быть полезной при выборе ресурса для процесса конверсии на месте. Степень отражения витринита для керогена в углеродной формации может указать, какие текучие среды будут получаться из формации при нагревании. Например, степень отражения витринита приблизительно от 0,5% до 1,5% может указать, что из керогена будет получаться большое количество конденсирующихся текучих сред. Кроме того, степень отражения витринита приблизительно от 1,5% до 3% может указывать, что кероген находится в области 34. В случае нагревания углеродной формации, содержащей такой кероген, значительное количество (например, основная часть) текучей среды, полученной при таком нагревании, может включать в себя метан и водород. Эта формация может быть использована для получения синтез-газа, если ее температура повышается достаточно высоко и в формацию вводится текучая среда, образующая синтез-газ.

Углеродные формации могут иметь разнообразную геометрию и форму. Традиционные технологии экстракции не могут быть применимы для всех формаций. В некоторых формациях материал с высоким содержанием углеводородов может быть расположен в слоях, которые являются слишком тонкими для экономичной экстракции с использованием традиционных способов. Богатые углеродные формации обычно находятся в слоях, имеющих толщину приблизительно между 0,2 и 8 м. Эти богатые углеродные формации могут включать, но не ограничиваются, сапропелитовые угли (битуминозный каменный уголь, кеннельский уголь и/или торбаниты). Эти углеводородные слои при пиролизе могут давать приблизительно от 205 л до 1670 л нефти на одну метрическую тонну.

В процессе конверсии на месте углеводородсодержащий материал может изменяться в области обработки формации. При воздействии тепла углеводородный материал, такой как уголь, может быть превращен и/или облагорожен в результате ускорения процесса, который в естественных условиях будет протекать в течение геологического периода времени. Различные свойства угля в зоне обработки, которые могут изменяться, включают, но не ограничиваются, следующие: теплотворную способность, степень отражения витринита, содержание влаги, содержание (в %) летучих веществ, проницаемость, пористость, концентрацию различных компонентов в угле, таких как сера и/или содержание углерода.

При нагревании углеродной формации уголь может подвергаться нескольким стадиям нагрева, как показано на фиг.2. В качестве примера на фиг.2 представлена зависимость выхода (ВОЕ - баррель нефтяного эквивалента на 1 т) (по оси ординат) текучей среды из углеродной формации от температуры формации (по оси абсцисс).

Десорбция метана и испарение воды происходят в ходе нагрева в области 38. Нагревание формации в области 38 может быть осуществлено по возможности быстро. Например, при первоначальном нагреве формации углеводороды в формации могут десорбировать поглощенный метан. Десорбированный метан можно добывать из формации. В случае дальнейшего нагрева углеродной формации вода может испариться из углеродной формации. В некоторых углеродных формациях вода может занимать приблизительно между 10 и 50% объема пор в формации. В других формациях вода может занимать большую или меньшую часть объема пор. Обычно вода испаряется в формации приблизительно при температуре между 160 и 285°С при абсолютном давлении приблизительно от 6 до 70 бар (0,6-7 МПа). В некоторых вариантах воплощения испарившаяся вода может вызвать изменения смачиваемости формации и/или увеличение давления в формации. Изменения смачиваемости и/или увеличение давления могут влиять на процесс пиролиза или на другие процессы в формации. В определенных вариантах воплощения испарившаяся вода может быть удалена из формации. В других вариантах воплощения испарившаяся вода может быть использована для регулирования отбора пара и/или дистилляции в формации или вне формации. Удаление воды из формации и увеличение объема пор в формации могут увеличить пространство для хранения углеводородов внутри объема пор.

После нагрева в области 38 формация может быть нагрета выше, для того чтобы температура внутри формации достигла (по меньшей мере) начальной температуры пиролиза (например, температуры на нижнем краю температурного интервала, показанного как область 40). Углеводороды внутри формации можно подвергать пиролизу в области 40. Температурный интервал пиролиза может изменяться в зависимости от типа углеводородов внутри формации. Температурный интервал пиролиза может включать в себя температуры приблизительно между 250 и 900°С. Для получения желаемых продуктов температурный интервал пиролиза может простираться только в части общего интервала температур пиролиза. В некоторых вариантах воплощения температурный интервал пиролиза для получения желаемых продуктов может включать в себя температуры приблизительно между 250 и 400°С. Если температура углеводородов в формации медленно повышается в температурном интервале приблизительно от 250 до 400°С, образование продуктов пиролиза может быть практически завершено, когда температура достигнет 400°С. Нагревание формации, содержащей углеводороды, с помощью множества тепловых источников может привести к установлению температурных градиентов вокруг тепловых источников и к медленному повышению температуры углеводородов в формации в температурном интервале пиролиза.

В некоторых вариантах воплощения процесса конверсии на месте температура углеводородов, которые будут подвергаться пиролизу, не может медленно повышаться в температурном интервале приблизительно от 250 до 400°С. Углеводороды в формации могут быть нагреты до желаемой температуры (например, приблизительно 325°С). В качестве желаемой температуры могут быть выбраны другие температуры. Суперпозиция тепла от тепловых источников может обеспечить относительно быстрое и эффективное достижение желаемой температуры в формации. Для того чтобы поддерживать температуру в формации практически на желаемом уровне, можно регулировать подачу энергии в формацию от тепловых источников. Температура углеводородов может поддерживаться практически на желаемом уровне до затухания пиролиза, когда производство желаемых текучих сред из формации станет неэкономичным.

Текучие среды, включающие в себя текучие среды пиролиза, могут добываться из формации. Текучие среды пиролиза могут включать в себя, но не ограничиваются, следующие: углеводороды, водород, диоксид углерода, монооксид углерода, сероводород, азот, аммиак, воду и их смеси.

При повышении температуры формации количество конденсирующихся углеводородов в текучих средах, образовавшихся в формации, имеет тенденцию снижаться. При высоких температурах формация может продуцировать главным образом метан и/или водород. Если углеродная формация нагревается во всем интервале температур пиролиза, то формация может продуцировать только небольшое количество водорода вблизи верхнего интервала температур пиролиза. После извлечения всего доступного водорода обычно формация дает минимальное количество текучей среды.

После пиролиза углеводородов в формации еще могут присутствовать значительное количество углерода и немного водорода. В некоторых вариантах воплощения углеродная формация может разрабатываться после завершения генерации синтез-газа в ходе нагрева области 42. Обработка углеродной формации может привести к созреванию оставшегося угля в формации в направлении антрацитного угля. В некоторых вариантах воплощения извлеченный из формации материал может быть использован в области металлургии, например, в качестве топлива для достижения высокой температуры при производстве стали. В результате пиролиза углеродной формации может повыситься категория угля. После пиролиза уголь преобразуется и приобретает характеристики антрацита. Отработанная углеродная формация может иметь толщину 30 м или больше. Для сравнения, типичная толщина пластов, которые обычно разрабатываются для металлургических целей, составляет приблизительно 1 м или меньше.

Например, уголь внутри области обработки может считаться битумным углем до обработки. Под действием тепла возможно преобразование угля с получением антрацитного угля. Антрацитный уголь имеет пониженное содержание влаги, повышенную теплотворную способность и более высокое содержание углерода. В некоторых вариантах воплощения антрацитный уголь может быть использован в металлургическом производстве. Обычно антрацитный уголь находится в тонких угольных пластах, толщиной в несколько метров. В результате процесса конверсии на месте можно получить пласт антрацита из толстого слоя битуминозного угля, который толще пласта, образующегося в естественных условиях.

Преобразованный в процессе конверсии на месте уголь может иметь высокую проницаемость и пористость. По меньшей мере, часть угля, нагретого с использованием процесса конверсии на месте, в некоторых вариантах воплощения может иметь несколько разломов. В некоторых случаях, по меньшей мере, часть угля может быть рыхлой или находится в виде порошка. В некоторых вариантах воплощения уголь, обработанный в процессе конверсии на месте, может быть легко извлечен из формации с использованием подземной автоматизированной системы или робототехники, причем у