Способ и устройство для улавливания и секвестирования двуокиси углерода и для извлечения энергоносителей из крупных континентальных массивов в процессе и после завершения извлечения углеводородных видов топлива или загрязняющих веществ с использованием электрической энергии и критических жидкостей

Способ и устройство для улавливания и секвестирования двуокиси углерода и для извлечения энергоносителей из крупных континентальных массивов в процессе и после завершения извлечения углеводородных видов топлива или загрязняющих веществ с использованием электрической энергии и критических жидкостей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в основном относится к снижению загрязнения атмосферного воздуха и почв, включая тепловое загрязнение в результате извлечения углеводородного топлива из залежей связанных ископаемых видов топлива в подземных формациях, таких как горючие сланцы, и, в частности, к способу и устройству снижения выбросов парниковых газов и остаточного тепловыделения на месте залегания и после извлечения нефти и газа из горючего сланца на месте залегания с использованием любого способа их извлечения. Изобретение также применимо к тяжелой нефти, скважинам в стареющей фазе, углю, лигниту, торфу и нефтеносным пескам, а также может быть применимо на поверхности земли при проведении периодических или непрерывных процессов. Его также можно применять в процессе и после извлечения загрязняющих веществ или остатков из залежей связанной почвы или из резервуара с использованием электрической энергии и критических жидкостей.

Предпосылки создания изобретения

Горючий сланец, также известный как богатый органическими веществами глинистый известняк, содержит органическое вещество, состоящее в основном из нерастворимого твердого материала, называемого кероген. В процессе пиролиза кероген разлагается на керогеновую нефть и углеводородные газы (либо на нефть и газ), которые могут быть использованы в качестве генераторных топлив или далее переработаны в транспортное топливо, нефтехимические продукты или иные продукты. Нефть из горючих сланцев и углеводородный газ (обычно метан, CH₄) могут быть извлечены из керогена с использованием процесса пиролиза, т.е. путем обработки обычно включающей нагрев горючих сланцев до высоких температур обычно в пределах от 300 до 500°С. До проведения процесса пиролиза керогеновые продукты при комнатной температуре содержат значительное количество высоковязкого неперерабатываемого материала, в результате чего исключается доступ к указанным продуктам внутри матрицы горной/песчаной породы. После проведения пиролиза и извлечения продуктов битуминозную нефть перерабатывают в пригодные для использования товарные продукты. Ранние попытки по обработке залежей горючих сланцев на месте их залегания путем нагрева керогена в горючих сланцах, например, с использованием высокочастотной энергии, закачки сухого пара, горячих жидкостей или иных материалов либо путем внутрипластового горения в формации горючих сланцев оказались экономически неэффективными, даже если они являлись по существу экономически обоснованными (при этом некоторые попытки таковыми не являлись). Предшествующие и нынешние попытки по переработке залежи горючих сланцев на поверхности земли с целью получения нефти и газа, содержащихся в горючих сланцах, например путем добычи, дробления и нагрева сланцев в ретортных печах периодического и непрерывного действия, оказались ни экологически обоснованными, ни экономически эффективными.

Переработка на месте залегания обычно приводит к образованию большого количества остаточной энергии и остаточных углеводородов в породе, которые оказывают неизвестное воздействие на ландшафт и экологию и могут рассматриваться как непроизводительные затраты энергии. Кроме того, для осуществления указанных процессов обычно требуется большое количество электрической энергии, которая обычно поступает с электрической станции либо местной, либо удаленной. Электростанции могут работать на ископаемых видах топлива, таких как уголь или нефть, в результате сгорания которых образуются парниковые газы. Настоящее изобретение имеет своей целью оптимизировать использование энергии, при этом снизить до минимума как тепловое, атмосферное (включая «парниковый газ») и почвенное загрязнение. Предлагается процесс замкнутого или полузамкнутого цикла.

Хорошо известно использование двуокиси углерода в качестве метода для повышения нефтеотдачи пласта или для добычи нефти третичным методом путем нагнетания двуокиси углерода в существующие коллекторы (пласты) с целью создания в них избыточного давления и максимизации добычи нефти и газа. Указанный процесс характеризовался ограниченной эффективностью и не имел целью захват или поглощение значительного количества СO₂ в коллекторе.

Критические жидкости представляют собой соединения при температурах и давлениях, приближающихся или превосходящих термодинамическую критическую точку указанных соединений. Указанные жидкости характеризуются свойствами, присущими как газам, так и жидкостям, например, коэффициенты диффузии намного выше, чем у жидкости, но не столь высоки как у газов, и вязкость ниже обычных вязкостей жидкости. Плотность критических жидкостей в значительной степени зависит от давления. Плотность может находиться в пределах от плотности газа до плотности жидкости, при этом соответствующие свойства растворителя критической жидкости также могут изменяться с изменением температуры и давления, что обеспечивает преимущество при определенных обстоятельствах и при использовании определенных способов.

Предпринимались попытки и предлагалось использование многочисленных способов для нагрева больших объемов подземных формаций (уголь, лигнит, сланцы, нефтеносные пески) на месте залегания с использованием методов электрического сопротивления, нагрева газовыми горелками, закачки пара и приложения электромагнитной энергии с целью добычи нефти и газа. Например, в забое скважины на кабеле электропитания располагали электрические элементы с электросопротивлением с целью нагрева сланцев за счет эффекта электропроводности.

В патенте США №4,140,179, выданном 20 февраля 1979 г. Raymond Kasevich, et al. и переуступленным Raytheon Company of Waltham, MA, раскрываются система и способ для нагрева подземной формации, включающие несколько групп излучателей высокочастотной энергии (дипольные антенны), расположенных на определенном расстоянии друг от друга и идущих вниз по скважине до нефтеносного сланца. Необходимо, чтобы элементы антенны соответствовали электрическим условиям окружающих формаций.

В патенте США №4,508,168, выданном 2 апреля 1985 г. Vernon L.Heeren и переуступленном Raytheon Company, инкорпорированном в настоящий документ путем отсылки, приведено описание высокочастотного генератора, располагаемого внутри ствола скважины, на который подается электромагнитная энергия через коаксиальную линию передачи, и внешний проводник которого заканчивается дроссельной конструкцией, содержащей коаксиальный шлейф больших размеров, идущий в обратном направлении по внешнему проводнику. Тем не менее, при применении указанного способа как такового требуется более длительное приложение высокочастотной мощности и более широкий диапазон изменения уровня мощности во времени. Нагнетание критических жидкостей позволит снизить зависимость от нагрева, обусловливаемую исключительно высокочастотной энергией, упростить генерирование высокочастотной энергии и конструкцию контрольного оборудования, а также сократить потребление электрической энергии. Указанные преимущества использования критических жидкостей также достижимы при использовании более простых нагревателей с электрическим сопротивлением вместо высокочастотных устройств. Кроме того, нагнетание критических жидкостей позволяет повысить общую производительность системы независимо от температуры нагрева или способа использования ввиду их свойств разбавителя и носителя.

В публикации заявки №(11/314,880) на патент США, опубликованной (TBD), и в публикации заявки №(11/314,857) на патент США, опубликованной (TBD), переуступленных настоящему правопреемнику, приведено описание устройства и способа для извлечения углеводородных топлив или загрязняющих веществ с использованием высокочастотной энергии и критических жидкостей, при этом указанные заявки инкорпорированы в настоящее описание по ссылке. В то время как другие способы на месте залегания предполагают годы нагрева путем электропроводности, крекинг и испарение с целью получения нефти из сланцев, использование высокочастотной энергии для нагрева сланцев и критической жидкости для искусственной конвекции и экстракции сокращают время до начала производства до недель или месяцев. Сокращение времени также позволяет снизить общее количество тепла, передаваемого окружающей формации, после начального нагрева, тем самым предотвращая миграцию освобожденных углеводородов. Процессы с использованием высокочастотной энергии и критической жидкости вызывают крекинг керогена при температуре приблизительно 300°С (уровень температуры ниже, чем во многих других способах), и затем использование частично растворимого СO₂ обеспечивает дальнейшее снижение температуры крекинга и вязкости и повышение диффузивности для подъема нефтяных соединений на поверхность при низкой температуре.

Таким образом, электромагнитную энергию подают через антенну или микроволновой генератор, аналогичный описанному в патенте США №4,196,329, выданном 1 апреля 1980 г. Howard J.Rowland, et al., и переуступленному Raytheon Company. Антенну располагают внутри ствола скважины на коаксиальном кабеле или волноводе, соединяющем ее с расположенным на поверхности источником высокочастотной мощности. Нагрев сланцев достигается путем излучения и диэлектрического поглощения энергии, содержащейся в электромагнитной волне, излучаемой антенной или генератором. Указанный способ превосходит более известный способ резистивного нагрева, в котором в основном полагаются на электропроводность для обеспечения теплопередачи. Указанный способ превосходит способ нагрева паром, при котором требуется огромное количество воды и энергии, которые следует подавать на объект, и указанный способ также зависит от электропроводности.

При использовании всех указанных способов нагрева после завершения обработки в формации образуются остаточная теплота и остаточные углеводороды. Тепло могло бы быть использовано для частичного снабжения энергией текущего производственного процесса, тем самым сокращая общее потребление энергии и при этом удаляя часть или все тепло в формации и исключая связанное с ним тепловое загрязнение. При использовании всех из указанных способов в формации остается значительное количество (50-70%) остаточных углеводородов. В большинстве случаев указанные углеводороды являются свободными и подвижными и способны мигрировать в направлении зон залегания, например, водоносных пластов, вызывая их загрязнение, что является нежелательным. Период подвижности зависит от многих факторов, характерных для объекта и способа, включающих, в первую очередь, остаточное тепло и количество, и тип остаточных жидких углеводородов. Чем продолжительней сохранение и шире распространение остаточного тепла, тем выше вероятность миграции остаточной нефти и газа в другие нежелательные и неизвестные зоны. Аналогичным образом, чем больше остается остаточной нефти и чем легче она (более жидкая и более очищенная), тем выше вероятность ее миграции в нежелательные и неизвестные зоны.

В способе, описанном в патенте США №4,140,179 и патенте США №4,508,168 и в иных способах, в которых, например, используют нагреватели с электрическим сопротивлением, необходимо значительное количество электрической мощности, генерируемой на поверхности, для обеспечения процесса энергией, однако в патентах не предлагается способ активной транспортировки для удаления ценных углеводородных продуктов по мере их образования и подачи их на объекты, находящиеся на поверхности земли. Двуокись углерода (СO₂) или иная критическая жидкость, которая также может выступать в качестве активного транспортного механизма как для продуктов, так и тепла, может быть потенциально каптирована в сланцевой залежи после завершения добычи продукта, благодаря чему обеспечивается снижение выбросов парниковых газов в атмосферу. СO₂, используемый в процессе с применением критических жидкостей, может образовываться во время производственных процессов, в газовых скважинах, либо улавливаться из сточных вод различных промышленных предприятий, включая электростанции. Предусматривается, что расположенная на объекте электростанция, обеспечивающая энергией фактически процесс добычи, становится основным источником СO₂, необходимого для осуществления процесса.

В течение длительного времени считалось, что секвестирование СO₂ является желательным способом для предотвращения выбросов и удаления парниковых газов из земной атмосферы. С целью предотвращения или снижения глобального потепления секвестирование СO₂ направлено на сокращение выбросов СO₂ в атмосферу в местах расположения его источников, таких как содержащие СО₂ сточные воды, сбрасываемые электростанциями и другими крупными источниками СO₂. В более крупном масштабе удаление избытка СО₂ из земной атмосферы теоретически также в существенной мере способствовало бы снижению содержания парниковых газов.

Существует множество исследований и систем, относящихся к данному предмету, но проведению и реализации многих из них препятствует подвижность CO₂. CO₂ представляет собой газ, и в таком состоянии он является исключительно подвижным. Как и любой газ под давлением, он начинает перемещаться в точку с минимальным давлением, стремясь вырваться в атмосферу или в иной участок внутри формации, на котором давление является минимальным. Это является основным физическим свойством газа и, в частности, газа под давлением. Только в США из тысяч потенциальных коллекторов только от 2 до 30% рассматриваются как потенциально приемлемые для секвестирования СO₂, в первую очередь, ввиду указанной способности выделяться в атмосферу. Эксперты в данной области техники расходятся во мнениях по потенциалу для секвестирования, что подтверждено большим различием приемлемых коллекторов, но большинство экспертов единогласны в отношении одного и того же основного механизма. Приемлемый коллектор должен иметь соответствующую пористость для нагнетания СO₂ и соответствующую прочность и стабильность для его удержания после нагнетания. Типовые коллекторы включают выработанные угольные шахты, стареющие или ликвидированные нефтяные скважины, сланцевые месторождения, соляные шахты, озерные пласты, угольные шахты, дно глубоководной части морей и т.д. Большинство из коллекторов рассматриваются как неподходящие, т.к. пористость, которая, с одной стороны, определяет их привлекательность, в конечном счете приводит к утечке СО₂, с другой стороны.

Даже в указанных потенциальных коллекторах с приемлемой пористостью (т.е. они обладают достаточным объемом) будет иметь место утечка значительной части СO₂ в течение определенного периода времени в зависимости от условий объекта и давления СО₂, обусловленная пористостью. Ряд способов включает нагнетание СO₂ в коллектор через ликвидированные нефтяные скважины, и в них основной упор делается на хорошо известные способы каптажа скважин, такие как цементирование и механическое запечатывание ствола скважины. Аналогичным образом ряд формаций, являющихся приемлемыми по прочности и сдерживанию утечек, не обладает пористостью для закачивания в них значительного количества СО₂, если только не будет обеспечено его сжатие до нескольких атмосфер, что повышает вероятность того, что, в конечном счете, произойдет утечка газа. С целью обеспечения приемлемости указанных и иных объектов для секвестирования СО₂ должен быть химически и(или) физически связан с формацией.

В патенте США №6,890,497, выданном 10 мая 2005 г. Gregory H.Rau et al. и переуступленном Министерству энергетики США, раскрываются способ и устройство для извлечения и секвестирования CO₂ из потока газа, в котором гидратирование СО₂ в потоке газа водным раствором приводит к образованию угольной кислоты, в результате чего в потоке газа уменьшается количество СO₂, и в котором протекание реакции между угольной кислотой и карбонатом приводит к образованию раствора потока отходов, содержащего металлические ионы и бикарбонат. Поток отходов сбрасывается в объект захоронения, представляющий собой крупный водный объект. Указанный процесс обладает рядом недостатков, поскольку он характеризуется низкой плотностью хранения СO₂ и для него необходимы крупные водные объекты. Во время указанного процесса образуется большое количеств угольной кислоты, изменяющей рН и минеральный состав водного объекта, тем самым негативно воздействуя на водную флору и фауну, жизнедеятельность которых зависит от водного объекта.

В патенте США №7,132,090, выданном 7 ноября 2004 г. Daniel Dziedzic et al. и переуступленном General Motor Corp., раскрывается способ для удаления двуокиси углерода из газового потока путем диффундирования газообразной двуокиси углерода в воду, пропуская газообразную двуокись углерода через микропористую мембрану газового диффузора и расположенный на матрице катализатор, специально предназначенный для двуокиси углерода, такого как карбоангидраза, с целью ускорения преобразования двуокиси углерода в угольную кислоту. В процессе реакции добавляют минерал с целью образования осадка соли угольной кислоты, который может храниться в грунте в течение длительного периода времени. Тем не менее, для осуществления указанного способа необходимы несколько этапов и исключительно большая микропористая мембрана газового диффузора с целью обработки достаточно большого объема СO₂, чтобы указанный способ можно было осуществить на практике для сокращения и секвестирования парниковых газов.

Нефтеносные пески и горючие пески представляют собой сочетание песка (главным образом кремния), воды, углеводородов и иных химических веществ, металлов и минералов. Они встречаются повсеместно, но преимущественно на североамериканском континенте. Углеводороды представлены в форме битума, составляющего приблизительно от 5 до 20 весовых процентов месторождения, и они нередко приурочены к водному слою, окружающему частицу песка/горной породы/металла. Битум также может быть извлечен с использованием разнообразных способов, которые в основном включают один или два способа, заключающиеся либо в добыче и обработке на поверхности, либо в обработке на месте залегания.

Обычно система извлечения продуктов из нефтеносных песков на месте залегания предусматривает либо метод внутрипластового горения, либо метод закачки пара для нагрева битума до тех пор, пока его вязкость не будет снижена до такой степени, при которой происходит его вытекание из матрицы песчаной породы. Наиболее распространенным является способ закачки пара, при котором с помощью пара высокого давления подводят тепло, позволяющее отделить битум (нефть) от водной/песчаной матрицы, и затем с помощью системы насосов, трубопроводов и скважин битум извлекают не поверхность для дальнейшей переработки. Обычно пар высокого давления нагнетают через перфорированную горизонтальную металлическую трубу, образующую «паровой трубопровод», или баллон пара в зоне. Второй перфорированный горизонтальный трубопровод для извлечения избыточного количества воды и нефтепродуктов расположен ниже трубопровода для нагнетания пара, обычно приблизительно на 9-50 футов, и включает систему, известную под названием SAGD, или гравитационное дренирование при закачке пара. Несмотря на то, что указанный процесс является эффективным и находит широкое практическое применение, он обладает рядом серьезных недостатков, таких как, в первую очередь, низкие технико-экономические показатели, обусловленные соотношением добытой и потребленной нефти, загрязнение воды и большое потребление воды. Количество энергоносителей, потребленных для нагрева пара, лишь незначительно меньше количества добытых энергоносителей в форме нефтепродуктов. Значительное количество горячей воды и нефти, которым придана подвижность после завершения процесса, остаются в грунте, и при этом существует возможность растворения, придания подвижности или транспортирования солей, металлов, включая тяжелые металлы, и иных, образовавшихся на месте химических веществ из их первоначальных зон естественного образования в другие геологические зоны, включая водоносные пласты и иные нежелательные участки. Любое повышение эффективности процесса из расчета потребления энергии (т.е. добытой нефти на единицу энергии, например, добытых баррелей нефти на миллион британских тепловых единиц), повышение выхода или повышение качества продукта должны повысить перспективы извлечения нефти из указанных формаций. Аналогичным образом любое сокращение количества пара или энергии, необходимой для отделения нефти от водной и песчаной матрицы, создает дополнительные преимущества способа в результате повышения энергоэффективности, снижения общего количества образовавшихся парниковых газов и снижения количества пресной воды при осуществлении процесса, которую необходимо отводить после извлечения нефти. Аналогичным образом создание способа для удаления остаточной нефти из формации и из извлеченной горячей воды также является преимуществом способа.

Предусматривалось создание нескольких способов для усовершенствования отделения углеводородов от песчаной матрицы. Fyleman (патент США №1,615,121) использует разбавленный водный раствор щелочного карбоната, гидроксида или силиката, нагретого до температуры в пределах от 60 до 80°С с целью извлечения нефти из песчаной матрицы. Clark (патент США №1,791,797) использует многовалентную соль со щелочным реагентом для повышения разделения. В патенте СССР №2,924,772 используют дизельные щелочные отходы и воду с целью создания слоев для последующего разделения. Willard, Sr. (патент США №3,951,778) использует нагретый (40-90°С) силикатный раствор, содержащий кальций и магний, поверхностно-активное вещество и воду для обеспечения отделения. Fischer (патент США №2,903,407) также использует растворители на основе углеводородов и т.д. Все из указанных способов основаны на процессах циклического перемешивания на поверхности земли, в которых используют соединения, которые могут оказаться нежелательными, в конечном счете, ввиду опасности загрязнения окружающей среды.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, целью настоящего изобретения является создание эффективного способа и устройства для извлечения нефти из сланцев и других пород с низким потреблением энергии и при минимальном загрязнении окружающей среды при одновременном секвестировании двуокиси углерода (СO₂) по завершению процесса извлечения нефти.

Другой целью настоящего изобретения является создание способа и устройства для улавливания, использования, утилизации и рассеяния тепла из грунта или земельного массива в процессе извлечения углеводородного топлива из тела связанных ископаемых видов топлива.

Дополнительной целью настоящего изобретения является создание способа и устройства для системы замкнутого или полузамкнутого цикла для максимального использования первоначальной подводимой энергии в процессе извлечения керогеновой нефти и газа из горючих сланцев или битума в нефтеносных песках.

Дополнительной целью настоящего изобретения является создание способа и устройства для эффективного снижения общей потребляемой энергии в процессе нагрева горючих сланцев или нефтеносных песков на месте залегания с использованием критических жидкостей с целью снижения общей температуры, необходимой для получения смешивающихся или подвижных углеводородов таким образом, чтобы обеспечивалась их транспортировка вверх по скважине или наружу из скважины.

Еще одной целью настоящего изобретения является снижение миграции остаточных выделившихся в свободном состоянии углеводородов, образовавшихся в результате процесса, при их извлечении из формации на месте залегания путем использования минимального количества наводимой высокочастотной энергии в качестве теплового источника, обеспечивая более целенаправленный нагрев требуемых соединений и создание внутри формации теплового и механического барьера.

Дополнительной целью настоящего изобретения является снижение миграции углеводородов при их извлечении на месте залегания путем обеспечения рециркуляции критической жидкости, вытесняющей значительное количество указанных углеводородов на поверхность для дальнейшей обработки, при этом на месте залегания остается меньшее количество выделившихся в свободном состоянии углеводородов.

Дополнительной целью настоящего изобретения является снижение миграции выделившихся в свободном состоянии углеводородов при извлечении на месте залегания путем охлаждения предварительно нагретого участка земли за счет рециркуляции критической жидкости и снижения вязкости выделившихся в свободном состоянии углеводородов до точки, при которой прекращается их подвижность.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание способа и устройства для удаления связанной и остаточной воды из нефтеносных песков до, в течение и после извлечения углеводородов из нефтеносных песков.

Дополнительной целью настоящего изобретения является создание способа и устройства для эффективного снижения общей потребляемой энергии в процессе нагрева горючих сланцев или нефтеносных песков с использованием критических жидкостей для извлечения и использования тепла, подведенного в процессе извлечения углеводородов.

Целью настоящего изобретения является существенное повышение общего количества приемлемых коллекторов для секвестирования СO₂, повышая при этом продуктивность и длительность такого секвестирования в любой формации за счет одновременного использования двух основных слабых сторон большинства коллекторов и проектов секвестирования.

Еще одной целью настоящего изобретения является исключение необходимости в том, чтобы коллектор являлся прочным и не имел утечек, а также исключение необходимости в том, чтобы коллектор характеризовался высокой степенью пористости за счет использования сжатого СO₂ и закачивания связующего вещества для сжатого закаченного СO₂, в котором повышенное давление увеличивает плотность (и количество) закаченного CO₂, и связующее вещество обеспечивает последующую реакцию между СO₂ и формацией, химически связывая СO₂ с формацией в форме карбонатов, и СO₂ может быть сверхкритическим, критическим или субкритическим.

Еще одной целью настоящего изобретения является снижение теплового загрязнения земельных массивов в процессе или после извлечения углеводородов или загрязняющих веществ.

Дополнительной целью настоящего изобретения является создание средства для снижения теплового загрязнения земельного массива во время и после процессов любого типа.

Еще одной целью настоящего изобретения является снижение загрязнения земельных массивов нефтью, тяжелыми металлами и химическими веществами во время и после извлечения углеводородов или загрязняющих веществ.

Указанные и иные цели достигаются путем создания способа для улавливания и секвестирования двуокиси углерода и скрытой теплоты из крупных земельных массивов, включающего снижение энергоемкости и потребности в критических жидкостях в процессе и после извлечения углеводородов, включающего генерирование двуокиси углерода (СO₂) из одного внутреннего источника и внешнего источника, закачивание СO₂ в качестве критической жидкости в скважину с предварительно заданными параметрами температуры и давления для достижения требуемых результатов, подачу катализатора в скважину, подвод тепловой энергии к скважине, переработку горячих жидкостей, включая СO₂, СН₄, нефть, пар/воду и пары, полученные из скважины, и преобразование горячих жидкостей в многократно используемые СО₂, СН₄, электрическую энергию и воду. Способ включает этап проходки нагнетательного ствола скважины и экстракционного ствола скважины для скважины. Этап подачи катализатора включает этап подачи гидроксида натрия (NaOH). Способ включает этап установки смесителя для смешивания и подачи двуокиси углерода и катализатора в скважину. Этап подвода тепловой энергии к скважине включает этап использования электрической энергии для обеспечения энергией процесса нагрева. Этап подвода тепловой энергии к скважине включает этап подвода высокочастотной энергии.

Цели настоящего изобретения далее достигаются путем создания способа для секвестирования двуокиси углерода (СO₂) в коллекторе, включающего этапы закачки СO₂ в коллектор, промывку коллектора охлажденным сжатым СO₂ для удаления остаточного тепла, подачу катализатора в коллектор, пропускание через коллектор сверхтонких суспендированных в СО₂ частиц катализатора низкой плотности, закачку влажного СO₂ в коллектор для активирования катализатора, связывание СO₂ с реагирующими материалами и закупоривание коллектора. Этап подачи катализатора включает этап подачи гидроксида натрия (NaOH) или этап подачи гидроксида калия (КОН). Этап пропускания через коллектор сверхтонких суспендированных в СO₂ частиц катализатора низкой плотности включает выборочный этап снижения давления для ускорения осаждения катализатора в коллекторе. Этап закачки влажного СO₂ в коллектор для активирования катализатора включает выборочный этап подвода высокочастотного тепла и иной энергии для ускорения связывания СO₂.

Цели настоящего изобретения дополнительно достигаются путем создания системы для снижения энергоемкости и потребности в критических жидкостях в процессе и после извлечения углеводородов, включающей устройство для генерирования двуокиси углерода (СO₂) из одного внутреннего источника и внешнего источника метана, устройство для закачки СO₂ в качестве критической жидкости в скважину, устройство для подачи в скважину катализатора, устройство для подвода к скважине тепловой энергии, устройство для переработки горячих жидкостей, включая СO₂, метан (СН₄), нефть, пар/воду и пары, полученные из скважины, и преобразование горячих жидкостей в многократно используемые CO₂, CH₄, электрическую энергию и воду. Скважина включает нагнетательный ствол скважины и экстракционный ствол скважины. Система включает отверстие нагнетательного резервуара и отверстие экстракционного резервуара для обеспечения периодического или непрерывного производственного процесса на поверхности земли. Катализатор включает гидроксид натрия (NaOH). Система включает смеситель для смешивания и подачи двуокиси углерода и катализатора в скважину. Устройство для подвода тепловой энергии к скважине включает устройство для генерирования электрической энергии. Устройство для подвода тепловой энергии к скважине включает устройство для подвода высокочастотной энергии. Устройство для переработки горячих жидкостей из скважины включает теплообменник, соединенный с газожидкостным сепаратором и паровой турбиной. Паровая турбина приводит в действие электрический генератор для подачи электроэнергии в сеть или для использования в системе. Газожидкостный сепаратор подает жидкую нефть во вторичный теплообменник для генерирования тепла путем вторичной рекуперации тепла. Газожидкостный сепаратор подает смесь газа, пара/воды и СO₂ в ректификационную колонну. Из ректификационной колонны двуокись углерода (СО₂) и метан (СН₄) подаются в систему для повторного использования. Система включает устройство для удаления скрытой и остаточной воды из породы, включая нефтеносные пески. Система включает устройство для удаления воды из периодического и непрерывного процесса переработки нефтеносных песков.

Цели настоящего изобретения далее достигаются путем создания системы для секвестирования двуокиси углерода (СО₂) в коллекторе, включающей устройство для закачки СO₂ в коллектор, устройство для промывки коллектора охлажденным сжатым критическим или субкритическим СO₂ для удаления остаточного тепла и повышения объемного коэффициента, устройство для подачи катализатора в коллектор, устройство для пропускания через коллектор сверхтонких суспендированных в СO₂ частиц катализатора низкой плотности, устройство для закачки влажного СO₂ в коллектор для активирования катализатора, устройство для связывания СO₂ с реагирующими материалами и устройство для закупоривания коллектора. Катализатор включает гидроксид натрия (NaOH) или гидроксид калия (КОН). Устройство для пропускания через коллектор сверхтонких суспендированных в СO₂ частиц катализатора низкой плотности включает устройство для снижения давления в формации для ускорения осаждения катализатора в коллекторе. Устройство для закачки влажного CO₂ в коллектор для активирования катализатора включает устройство для подвода тепла для ускорения катализированной реакции СО₂ с формацией минералов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Прилагаемой формулой конкретно указывается и однозначно заявляется предмет настоящего изобретения. Различные цели, преимущества и новые признаки настоящего изобретения очевидны из следующего ниже подробного описания, которое ведется со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые детали обозначены одними и теми же позициями и на которых:

Фиг.1 - блок-схема эффективной системы для извлечения керогеновой нефти и углеводородных газов из горючих сланцев с использованием энергии и критических жидкостей и для снижения выбросов парниковых газов и уровня остаточного тепла на месте залегания полезных ископаемых в процессе и после такого извлечения в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 - технологическая схема способа для секвестирования CO₂ в коллекторе в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3 - технологическая схема способа для ограничения неизбирательного нагрева формации путем настройки и нацеливания высокочастотного сигнала в коллекторе в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.4 - схема системы для ограничения неизбирательного нагрева формации путем настройки и нацеливания высокочастотного сигнала в коллекторе в соответствии с настоящим изобретением, образующей тепловой и механический барьер.

Фиг.5 - схема способа для вытеснения выделившихся в свободном состоянии элементов, включая углеводороды, из формации, и для охлаждения формации с помощью критических жидкостей в соответствии с настоящим изобретением.

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На Фиг.1 приведена блок-схема системы 10 для извлечения керогеновой нефти и углеводородных газов из горючих сланцев с использованием такой энергии, как электромагнитная энергия, производимая высокочастотным генератором, и критических жидкостей, таких как двуокись углерода (СО₂), и для снижения выбросов парниковых газов и уровня остаточного тепла на месте залегания полезных ископаемых в процессе и после извлечения в соответствии с настоящим изобретением.

В газотурбинный генератор 12 поступает природный газ, например метан (СН₄), из внешнего первичного источника для инициализации процесса либо из внутреннего источника системы 10 для приведения в действие газотурбинного генератора 12, соединенного с электрическим генератором 14 для генерирования электрической энергии для ее использования внутри системы 10, либо за ее пределами. Электрический генератор может быть заменен любым иным типом электрического генератора, работающим на нефти, угле или водяном паре. Газотурбинный генератор 12 образует выхлопные газы, которые подаются в ректификационную колонну 16, в которой происходит разделение азота (N₂) и двуокиси углерода (СO₂) низкого давления. Низкотемпературный теплообменник 18 соединен с ректификационной колонной 16 для выработки низкотемпературного тепла, предназначенного для разделения N₂ и СO₂.

Двуокись углерода направляют в конденсатор и смеситель 20, в который также поступает извлеченная СO₂ из второй ректификационной колонны 50. СO₂ из конденсатора и смесителя 20 подают насосом или компрессором