Способ обработки углеводородсодержащей формации и способ получения синтез-газа
Номер патента: 4549
Опубликовано: 24.06.2004
Авторы: Жанг Этуан, Де Руффиньяк Эрик, Винигар Харолд Дж., Веллингтон Скотт Ли, Стиджемейер Джорж Лео, Берченко Илья Эмиль
Формула / Реферат
1. Способ обработки in situ углеводородсодержащей формации для получения углеводородного флюида из формации путем пиролиза углеводородов, присутствующих в формации, в котором регулируют давление и температуру в соответствии с выражением
P_ 0,07*e
где P представляет собой давление (абсолютное, бар),
T представляет собой температуру (шC), и
A и B являются предварительно установленными параметрами, относящимися к свойству, соотносящемуся с количеством, составом или качеством получаемых углеводородных флюидов, и A равен по меньшей мере 5000, а B равен по меньшей мере 10.
2. Способ по п.1, в котором углеводородсодержащая формация содержит кероген, представляющий собой уголь или нефтяной сланец, или тяжелые углеводороды, представляющие собой битуминозный песок.
3. Способ по п.1 или 2, в котором применяют источник тепла, обеспечивающий кондуктивное нагревание формации.
4. Способ по любому из пп.1-3, в котором углеводороды, присутствующие в формации, подвергают пиролизу нагреванием при температуре в интервале от 250 до 400шC, предпочтительно в интервале от 260 до 375шC.
5. Способ по любому из пп.1-4, в котором давление составляет по меньшей мере 1,4 бар (140 кПа), причем, если давление составляет 3,52 бар (352 кПа) и пиролиз происходит при 301,7шC, применяют источник тепла иной, чем источник тепла, который обеспечивает только высокочастотное нагревание.
6. Способ по п.1, в котором осуществляют пиролиз углеводородов путем регулирования давления и в присутствии водорода при парциальном давлении водорода по меньшей мере 0,5 бар (50 кПа), предпочтительно в интервале от 1 бара (100 кПа) до 10 бар (1000 кПа), более предпочтительно от 5 бар (500 кПа) до 7 бар (700 кПа).
7. Способ по любому из пп.1-3, в котором A равен 14000 и B равен 25.
8. Способ по любому из пп.1-6, в котором A равен 24146 и B равен 43,349.
9. Способ по любому из пп.1-6, в котором A равен 30864 и B равен 50,676.
10. Способ по любому из пп.1-6, в котором A равен 16947 и B равен 33,603.
11. Способ по любому из пп.1-6, в котором A равен 57379 и B равен 83,145.
12. Способ по любому из пп.1-6, в котором A равен 5492,8 и B равен 14,234.
13. Способ по любому из пп.1-6, в котором A равен 38360 и B равен 60,531.
14. Способ по любому из пп.1-6, в котором A равен 6613,1 и B равен 16,364.
15. Способ по любому из пп.1-6, в котором A равен 28554 и B равен 47,084.
16. Способ по любому из пп.1-6, в котором A равен 11118 и B равен 23,156.
17. Способ получения синтез-газа из углеводородсодержащей формации, обработанной способом по любому из пп.1-16, в котором по меньшей мере часть обработанной углеводородсодержащей формации взаимодействует с флюидом, образующим синтез-газ.
18. Способ получения углеводородов из синтез-газа, полученного по п.17, в котором синтез-газ превращают в углеводороды.
19. Способ по п.18, в котором синтез-газ превращают в парафины методом Фишера-Тропша и затем парафины конвертируют в установке для гидрокрекинга.
20. Способ получения энергии из синтез-газа по п.17, которую используют в энергетических установках, заключающийся в том, что синтез-газ подвергают расширению и/или сжиганию.
21. Применение синтез-газа, полученного согласно способу по пп.17-20 в топливном элементе.
Текст
1 Область техники Изобретение относится к способу обработки in situ углеводородсодержащей формации и получения углеводородного флюида из формации путем пиролиза углеводородов, присутствующих в этой формации. Предшествующий уровень техники Углеводороды, полученные из подземных формаций, часто используются как энергетические ресурсы, как сырье и как продукты для потребителей. Проблема истощения доступных углеводородных ресурсов привела к необходимости разработки способов более эффективного извлечения, переработки и применения доступных углеводородных ресурсов. Можно использовать способы in situ для извлечения углеводородных материалов из подземных формаций. Может потребоваться изменение химических и/или физических свойств углеводородного материала в подземной формации, чтобы иметь возможность легче извлечь его из подземной формации. Химические и физические изменения могут заключаться в реакциях in situ, при которых образуются извлекаемые флюиды, изменяется растворимость, изменяются фазы и/или изменяется вязкость углеводородного материала в формации. Флюид может представлять собой газ, жидкость, эмульсию, суспензию и/или поток твердых частиц, обладающий свойствами, подобными свойствам потока жидкости,и другое. Примеры способов in situ с использованием нагревателей в нисходящих скважинах приводятся в US-A-2634961, US-A-2732195, US-A1780450, US-A-2789805, US-A-2923535 и US-A4886118. Например, нагревание формации нефтяных сланцев описывается в US-A-2923535 и USA-4886118. В данном случае применяют нагревание к формации нефтяных сланцев для пиролиза керогена в формации нефтяных сланцев. Нагревание также вызывает образование трещин в формации с повышением проницаемости формации. Повышенная проницаемость позволяет углеводородным флюидам продвигаться в эксплуатационную скважину, через которую флюид извлекается из формации нефтяных сланцев. В US-A-2923535 применяют давление,закрывая все клапаны для выхода газов с целью проверки пористости и проницаемости формации для газов и паров. US-A-2923535 не сообщает о сохранении повышенного давления при получении газов и паров. Раскрытие сущности изобретения Предпринимаются большие усилия для разработки способов и систем экономичного получения углеводородов, водорода и/или других продуктов из формаций, содержащих углеводороды. Однако в настоящее время имеется все еще много углеводородсодержащих формаций, из которых нельзя экономично получить углеводороды, водород и/или другие продукты. 2 Таким образом, все еще существует потребность в усовершенствованных способах и системах для получения углеводородов, водорода и/или других продуктов из различных углеводородсодержащих формаций. Обнаружено, что количество, состав и качество углеводородного флюида, полученного при пиролизе, можно регулировать, регулируя давление относительно применяемой температуры и наоборот. В таком отношении количество, состав и качество углеводородных флюидов можно определить с помощью одного из соотносящихся свойств, таких как плотность в градусах АНИ, соотношение олефинов и парафинов, элементное соотношение углерода и водорода, эквиваленты полученных жидкостей (газ и жидкость), полученные жидкости, процент при анализе по Фишеру и наличие в углеводородных флюидах углеводородов с числом углеродов более 25. Давление в случае выбранной температуры и температура в случае выбранного давления, при которых можно получить углеводородные флюиды с релевантным свойством,можно определить с использованием уравнения,т.е. приведенного далее "уравнения 1" вида Р 0,07e,где Р представляет собой давление (абсолютное,бар),Т представляет собой температуру (С), и А и В являются параметрами, относящимися к релевантному свойству, которые можно определить экспериментально. Значения фактор 0,07 и параметров А и В таковы, чтобы подчиняться величинам Р и Т. Во многих случаях применение регулирования соотношения температура/давление будет включать применение повышенного давления во время пиролиза. Оказывается, что применение повышенного давления имеет ряд неожиданных преимуществ. Эти преимущества применяются независимо от применения регулирования температуры/давления. Повышенное давление в формации приводит к получению улучшенных углеводородных флюидов. Так как давление в формации возрастает, углеводородные флюиды, получаемые из формации, содержат большую часть неконденсирующихся компонентов. В таком случае значительное количество (например, большая часть) углеводородных флюидов, полученных при таком давлении, включают более легкие и более качественные конденсирующиеся компоненты, чем углеводородные флюиды, полученные при более низком давлении. Обнаружено, что поддержание повышенного давления в нагретой формации существенно подавляет образование углеводородных флюидов с числом углеродов более, например,25 и/или полициклических ароматических угле 3 водородных соединений. Также оказывается,что поддержание повышенного давления в нагретой формации приводит к повышению плотности в градусах АНИ углеводородных флюидов, получаемых из формации. Таким образом,более высокое давление может увеличить образование углеводородных флюидов с относительно короткими цепями, которые могут иметь более высокие значения плотности в градусах АНИ. Кроме того, поддержание повышенного давления в формации подавляет образование осадка. Поддержание повышенного давления в формации также приводит к уменьшению требуемых размеров сборного трубопровода, используемого для транспортировки конденсирующихся компонентов. Поддержание повышенного давления в формации также может облегчить генерацию электрического тока от полученного неконденсирующегося флюида. Например, полученный неконденсирующийся флюид может проходить через турбину, генерирующую электрический ток. Соответственно, настоящее изобретение относится к способу обработки in situ углеводородсодержащей формации, включающему пиролиз углеводородов, присутствующих в формации, при давлении во время получения углеводородного флюида из формации по меньшей мере 1,5 бар (150 кПа), с применением регулирования давления/температуры таким образом,что давление является, по меньшей мере, давлением, которое можно рассчитать для выбранной температуры, или температура является самое большее такой температурой, которую можно рассчитать для выбранного давления, из уравнения Р 0,07 е,где Р представляет собой давление (абсолютное, бар),Т представляет собой температуру (С) и А и В являются предварительно установленными параметрами, относящимися к свойству, соотносящемуся с количеством, составом или качеством получаемых углеводородных флюидов. Изобретение также относится к способу получения синтез-газа из углеводородсодержащей формации, которую обрабатывают согласно данному изобретению, и взаимодействие углеводородсодержащей формации с флюидом,генерирующим синтез-газ. Изобретение также относится к способу получения углеводородов из синтез-газа, полученного согласно данному изобретению, и превращения синтез-газа в углеводороды. Изобретение также относится к способу получения энергии, включающему предоставление синтез-газа, полученного согласно дан 004549 4 ному изобретению, и расширение и/или сжигание синтез-газа. В US-A-2923535 описывается способ обработки in situ углеводородсодержащей формации с использованием источников высокочастотного нагрева для нагревания образования до температуры пиролиза. В данном документе отсутствуют общие указания относительно влияния давления на способ или его результаты. Однако имеется отдельное замечание о сочетании давления в 350 кПа с температурами пиролиза до 575F (301,7 С), напоминающем описываемое в изобретении (ср. приведенную в указанном документе табл. 1). Применение в способе обработки по изобретению давления в 3,52 бар (50 ф/д 2 (350 кПа при температурах до 575F (301,7 С) в сочетании с применением высокочастотного нагрева исключается из объема охраны некоторых вариантов воплощения данного изобретения. Если нет иных указаний, предполагается,что термин "давление" относится к абсолютному давлению. Предполагается, что температуру и давление, преобладающие во время получения углеводородного флюида из формации или во время получения синтез-газа, измеряют в эксплуатационной скважине и/или оценивают в непосредственной близости от соответствующего участка формации, где происходит пиролиз или получение синтез-газа. Предпочтительно, углеводородсодержащая формация для применения данного изобретения содержит кероген. Кероген состоит из органического вещества, образовавшегося в процессе вылеживания. Углеводородсодержащими формациями, содержащими кероген, являются, например, формации, содержащие уголь, и формации, содержащие горючие сланцы. С другой стороны, можно обрабатывать углеводородсодержащие формации, не содержащие кероген,например формации, содержащие тяжелые углеводороды (например, битуминозные пески). Углеводородсодержащие формации для обработки in situ можно выбрать на основании свойств по меньшей мере части формации, чтобы это привело к получению из формации высококачественных флюидов. Например, углеводородсодержащие формации, включающие кероген, можно оценить или выбрать для обработки, основываясь на коэффициенте отражения керогена (витритнита). Коэффициент отражения витринита часто связан с элементным соотношением водорода и углерода в керогене и элементным соотношением кислорода и углерода в керогене. Предпочтительно, этот коэффициент отражения находится в интервале от 0,2 до 3,0%, предпочтительнее от 0,5 до 2,0%. Такие интервалы коэффициента отражения витринита имеют тенденцию указывать, что из формации будут получены углеводородные флюиды более высокого качества. 5 Углеводородсодержащие формации для обработки можно выбрать, основываясь на содержании элементного водорода в углеводородах в углеводородсодержащей формации. Например, способ обработки углеводородсодержащей формации, как правило, может включать выбор для обработки углеводородсодержащей формации, содержащей углеводороды с содержанием элементного водорода свыше 2 мас.%, в частности свыше 3 мас.%, или предпочтительнее свыше 4 мас.%, при измерении относительно сухой обеззоленной массы. Предпочтительно, углеводороды в углеводородсодержащей формации имеют элементное соотношение водорода и углерода в интервале 0,5-2, в частности 0,70-1,7. Содержание элементного водорода может существенно влиять на состав получаемых углеводородных флюидов, например, через образование молекулярного водорода. Таким образом, если в формации имеется слишком мало водорода, это будет отрицательно влиять на количество и качество получаемых флюидов. Выгодно поддерживать парциальное давление водорода, и, если в естественном состоянии его мало, тогда в формацию можно добавить водород или другие восстанавливающие флюиды. Углеводороды в углеводородсодержащей формации, как правило, могут иметь массовое процентное содержание кислорода менее 20%, в частности менее 15%, еще реже - менее 10%,при измерении относительно сухой обеззоленной массы. Как правило, элементное соотношение кислорода и углерода составляет менее 0,15. В таком случае можно уменьшить образование диоксида углерода и других оксидов в процессе конверсии in situ углеводородсодержащего материала. Зачастую элементное соотношение кислорода и углерода находится в интервале 0,03-0,12. Нагревание углеводородсодержащей формации обычно включает подачу большого количества энергии к источникам тепла, расположенным в формации. Углеводородсодержащая формация может содержать воду. Вода, присутствующая в углеводородсодержащей формации,будет приводить к дополнительному повышению количества энергии, требуемого для нагревания углеводородсодержащей формации, поскольку для испарения воды из образования может потребоваться большое количество энергии. Следовательно, для нагревания формации с высоким содержанием влаги может потребоваться чрезмерное количество тепла и/или времени. Предпочтительно, содержание воды в углеводородсодержащей формации составляет менее 15 мас.%, предпочтительнее менее 10 мас.%. Углеводородсодержащая формация или ее часть, подвергаемые пиролизу, могут иметь ширину, например, по меньшей мере 0,5 м, или по меньшей мере 1,5 м, или по меньшей мере 2,4 м,или даже по меньшей мере 3,0 м. Ширина мо 004549 6 жет достигать 100 м, или даже 1000 м, или даже 2000 м, или более. Углеводородсодержащая формация или ее часть, подвергаемая пиролизу,может иметь толщину слоя, например, по меньшей мере 2 м, типичнее в интервале от 4 до 100 м, типичнее от 6 до 60 м. Покрывающий слой углеводородсодержащей формации может иметь толщину, например, по меньшей мере 10 м, типичнее в интервале от 20 до 800 м или до 1000 м или более. Углеводородсодержащую формацию можно нагревать согласно методам, известным в технике, до температуры, достаточной для пиролиза углеводородов, имеющихся в формации,используя один или несколько источников тепла, размещенных в нагревательных скважинах. Нагревательные скважины можно расположить вблизи или, предпочтительно, в пределах углеводородсодержащей формации. Предпочтительно, используют несколько источников тепла с тем, чтобы углеводородсодержащую формацию (большую часть) можно было нагреть, и предпочтительно, таким образом, чтобы имело место совмещение (наложение) тепла,производимого источниками тепла. Совмещение тепла может уменьшить время, необходимое для достижения температур пиролиза. Совмещение тепла можно предусмотреть в случае относительно большого пространства между соседними источниками тепла, что, в свою очередь, дает относительно низкую скорость нагревания углеводородсодержащей формации. Совмещение тепла также обеспечит равномерное нагревание, так что можно регулировать температуры с целью образования флюидов однородных и с нужными свойствами по всей (большей части) углеводородсодержащей формации. Пространство между источниками тепла,как правило, может находиться в интервале от 5 до 20 м, предпочтительно от 8 до 12 м. Расположение источников тепла на равном удалении в форме треугольника предпочтительно, так как создается тенденция к обеспечению более равномерного нагревания формации по сравнению с другими расположениями, например в форме шестиугольника. Кроме того, треугольное расположение создает тенденцию к обеспечению более быстрого нагревания до предварительно установленных температур по сравнению с другими расположениями, например в форме шестиугольника. Можно применять любой обычный источник тепла. Предпочтительно применять источники тепла, подходящие для кондуктивного нагревания, например любой вид электрического нагревательного устройства или любой вид нагревательного устройства горения. Менее предпочтительными являются источники тепла, где используется высокочастотное нагревание. Поскольку проницаемость и/или пористость в нагретой формации относительно быстро возрастает, образовавшиеся пары могут пе 7 реместиться на значительное расстояние по формации при относительно небольшом перепаде давления. Повышение проницаемости является результатом уменьшения массы нагретой части из-за испарения воды, давления углеводородов и/или образования трещин. Для извлечения углеводородных флюидов можно установить эксплуатационные скважины, предпочтительно, вблизи или выше поверхности образования. Флюид, образовавшийся в углеводородсодержащей формации, может перемещаться на значительное расстояние по углеводородсодержащей формации в виде пара. Такое значительное расстояние может составлять, например, от 50 до 1000 м. Пар может иметь относительно небольшое падение давления на значительном расстоянии из-за проницаемости нагретой части формации. Из-за такой проницаемости эксплуатационная скважина может потребоваться только в каждой второй установке источника тепла или даже в третьей, четвертой, шестой установке источника тепла, каждая из которых может содержать несколько нагревательных скважин,например две, три или шесть. Эксплуатационные скважины могут представлять собой обсаженные скважины, которые могут иметь скважинные фильтры или перфорированные обсадные колонны. Кроме того, эксплуатационные скважины можно окружить песком или гравием,чтобы свести к минимуму падение давления флюидов, поступающих в обсадную колонну, и свести к минимуму закупорку перфорации. Кроме того, для извлечения воды из углеводородсодержащей формации можно установить водяные нагнетательные или откачивающие скважины. Например, несколько водяных скважин можно установить вокруг или всей нагреваемой формации, или ее части. Образующийся углеводородный флюид представляет собой материал, содержащий в своей молекулярной структуре углерод и водород. Он также может включать другие элементы, такие как галогены, металлы, азот, кислород и серу. Углеводородсодержащую формацию нагревают до температуры, при которой может происходить пиролиз. Интервал температур пиролиза может включать температуры до, например, 900 С. Большинство углеводородных флюидов можно получить в интервале температур пиролиза от 250 до 400 С, предпочтительнее в интервале от 260 до 375 С. Температура,достаточная для пиролиза тяжелых углеводородов в углеводородсодержащей формации с относительно низкой проницаемостью, может находиться в интервале от 270 до 375 С. В других вариантах температура, достаточная для пиролиза тяжелых углеводородов, может находиться в интервале от 300 до 375 С. Если углеводородсодержащую формацию нагревают во всем интервале температур пиролиза, формация может дать только небольшое количество водорода 8 вблизи верхнего предела интервала температур пиролиза. После истощения доступного водорода может происходить образование небольшого количества водорода из формации. Предпочтительно, углеводородсодержащая формация или ее участки, определенные для пиролиза, нагревают при низкой скорости нагревания. Вообще, скорость нагревания будет составлять самое большее 50 С/сутки. Как правило, скорость нагревания составляет менее 10 С/сутки, типичнее менее 3 С/сутки, в частности менее 0,7 С/сутки. Часто скорость нагревания будет составлять более 0,01 С/сутки, в частности более 0,1 С/сутки. В частности, такие низкие скорости нагревания используют в интервале температур пиролиза. Конкретнее, нагреваемые участки углеводородсодержащей формации можно нагревать с такой скоростью в течение времени, превышающего 50% времени,требуемого для перекрытия интервала температур пиролиза, предпочтительно более 75% времени, требуемого для перекрытия интервала температур пиролиза, или предпочтительнее более 90% времени, требуемого для перекрытия интервала температур пиролиза. Скорость, с которой нагревают углеводородсодержащую формацию, может влиять на количество и качество углеводородных флюидов, получаемых из углеводородсодержащей формации. Например, нагревание при высоких скоростях нагревания может дать большее количество флюидов из углеводородсодержащей формации. Однако продукты такого процесса могут быть значительно менее качественными,чем при нагревании с меньшими скоростями. Кроме того, регулирование скорости нагревания на уровне менее 3 С/сутки, как правило, обеспечивает лучшее регулирование температуры в углеводородсодержащей формации, но при этом скорость нагревания не зависит от регулирования температуры/давления в данном изобретении. Нагревание углеводородсодержащей формации до температур пиролиза может произойти до того, как углеводородсодержащая формация становится существенно проницаемой. Начальное отсутствие проницаемости может предотвращать перенос образовавшихся флюидов из зоны пиролиза в формации. В таком случае,так как тепло в углеводородсодержащей формации изначально подается от источника тепла,вблизи источника тепла давление флюидов в углеводородсодержащей формации может расти. Давление, возникающее за счет расширения углеводородных флюидов или других флюидов, образующихся в формации, сначала может расти, так как открытого пути к эксплуатационной скважине или любого другого стока в формации еще может не существовать. Кроме того, давление флюидов может превышать литостатическое давление, так что в углеводород 9 содержащей формации могут образовываться трещины от источника тепла к эксплуатационным скважинам. Затем с образованием трещин в пределах нагреваемого участка давление снижается из-за удаления углеводородных флюидов через эксплуатационные скважины. Для того чтобы поддерживать давление в углеводородсодержащей формации во время получения углеводородных флюидов, можно поддерживать противодавление в эксплуатационной скважине. Давление можно регулировать с помощью клапанов и/или закачивания в углеводородсодержащую формацию газов, например водорода, диоксида углерода, монооксида углерода, азота или метана, или воды или водяного пара. Особенно предпочтительно закачивание водорода. Можно сконструировать клапаны для поддержания, изменения и/или регулирования давления в углеводородсодержащей формации. Например, с клапаном можно соединить источники тепла, расположенные в углеводородсодержащей формации. Можно сконструировать клапан для выпуска флюида из формации через источник тепла или для закачивания газа в углеводородсодержащую формацию. С другой стороны, с эксплуатационными скважинами можно соединить нагнетательный клапан. Флюиды,выпускаемые с помощью клапанов, можно собрать и транспортировать на установку на поверхности для дальнейшей переработки и/или обработки. Согласно данному изобретению во время пиролиза и получения углеводородного флюида из формации регулируются давление и температура для того, чтобы достичь регулирования некоторых свойств, соотносящихся с количеством, составом и качеством углеводородных флюидов. Величину параметров А и В можно определить экспериментально. Как правило,величины параметра А могут находиться в интервале от 5000 до 60000 и величины параметра В могут находиться в интервале от 10 до 90. Далее приводится несколько примеров. Для получения углеводородного флюида с низким содержанием углеводородов с числом углеродов 25 или более, например менее 25%,предпочтительно, чтобы давление представляло собой, по меньшей мере, давление, которое можно рассчитать для выбранной температуры,или температура представляла собой самое большее температуру, которую можно рассчитать для выбранного давления из уравнения 1,где А равен примерно 14000 и В равен примерно 25, необязательно, А равен 14206 и В равен 25,123, предпочтительнее А равен 15972 и В равен 28,442, в частности А равен 17912 и В равен 31,804, конкретнее А равен 19929 и В равен 35,349, наиболее конкретно А равен 21956 и В равен 38,849. На практике часто может быть достаточным, чтобы давление было самое большее давлением, которое можно рассчитать 10 для выбранной температуры, или температура была, по меньшей мере, температурой, которую можно рассчитать для выбранного давления из уравнения 1, где А равен 24146 и В равен 43,349. Для получения углеводородного флюида,конденсирующиеся углеводороды которого имеют высокую плотность в градусах АНИ,например по меньшей мере 30, предпочтительно, чтобы давление являлось, по меньшей мере,давлением, которое можно рассчитать для выбранной температуры, или температура являлась самое большее температурой, которую можно рассчитать для выбранного давления из уравнения 1, где А равен 30864 и В равен 50,676, предпочтительнее А равен 21719 и В равен 37,821, в частности А равен 16895 и В равен 31,170. На практике часто может быть достаточным, чтобы давление являлось самое большее давлением, которое можно рассчитать для выбранной температуры, или температура являлась, по меньшей мере, температурой, которую можно рассчитать для выбранного давления из уравнения 1, где А равен 16947 и В равен 33,603. Используемый в данном описании термин "конденсирующиеся углеводороды" относится к углеводородам с температурой кипения по меньшей мере 25 С при 1 бар (100 кПа). Для получения углеводородного флюида с низким соотношением этилен/этан, например не более 0,1, предпочтительно, чтобы давление являлось, по меньшей мере, давлением, которое можно рассчитать для выбранной температуры,или температура являлась самое большее температурой, которую можно рассчитать для выбранного давления из уравнения 1, где А равен 57379 и В равен 83,145, предпочтительнее А равен 16056 и В равен 27,652, в частности А равен 11736 и В равен 21,986. На практике часто может быть достаточным, чтобы давление являлось самое большее давлением, которое можно рассчитать для выбранной температуры, или температура являлась, по меньшей мере, температурой, которую можно рассчитать для выбранного давления из уравнения 1, где А равен 5492,8 и В равен 14,234. Для получения углеводородного флюида, в котором конденсирующиеся углеводороды имеют высокое элементное соотношение водорода и углерода, например по меньшей мере 1,7,предпочтительно, чтобы давление являлось по меньшей мере давлением, которое можно рассчитать для выбранной температуры, или температура являлась самое большее температурой,которую можно рассчитать для выбранного давления из уравнения 1, где А равен 38360 и В равен 60,531, предпочтительнее А равен 12635 и В равен 23,989, в частности А равен 7953,1 и В равен 17,889. На практике часто может быть достаточным, чтобы давление являлось самое большее давлением, которое можно рассчитать для выбранной температуры, или температура 11 являлась, по меньшей мере, температурой, которую можно рассчитать для выбранного давления из уравнения 1, где А равен 6613,1 и В равен 16,364. Общее возможное количество углеводородных флюидов, которое можно получить из углеводородсодержащего материала, можно определить с помощью метода Фишера. Метод Фишера является стандартным способом, включающим нагревание образца углеводородсодержащего материала до приблизительно 500 С,сбор продуктов, полученных из нагретого образца, и количественное определение продуктов. Для получения большого количества углеводородного флюида из углеводородсодержащей формации, например по меньшей мере 60% от величины, получаемой методом Фишера,предпочтительно, чтобы давление являлось самое большее давлением, которое можно рассчитать для выбранной температуры, или температура являлась, по меньшей мере, температурой,которую можно рассчитать для выбранного давления, чтобы применить давление, которое является самое большее давлением (или применить температуру, которая является, по меньшей мере, температурой), которое(ую) можно рассчитать из уравнения 1, где А равен 11118 и В равен 23,156, предпочтительнее А равен 13726 и В равен 26,635, в частности А равен 20543 и В равен 36,191. На практике часто может быть достаточным, чтобы давление являлось, по меньшей мере, давлением, которое можно рассчитать для выбранной температуры,или температура являлась самое большее температурой, которую можно рассчитать для выбранного давления из уравнения 1, где А равен 28554 и В равен 47,084. В некоторых случаях может быть выгодным регулирование давления и температуры таким образом, чтобы они подходили к величинам А и В, которые представляют условия относительно низких уровней выбора параметров,как показано выше. Может иметь место, например, случай, когда желательно определенное сочетание количества продукта, его состава и качества. Таким образом, вышеописанное также включает все субинтервалы, которые можно установить, комбинируя наборы А и В, как это описывается. В частности, может быть выгодным во время получения углеводородного флюида сохранение постоянным соответствующего свойства, чего можно достичь, действуя при постоянных параметрах А и В. Во время пиролиза и во время получения углеводородного флюида из формации можно выбрать давление в широких интервалах. Как правило, применяют давление по меньшей мере 1,5 бар (150 кПа), типичнее по меньшей мере 1,6 бар (160 кПа), в частности по меньшей мере 1,8 бар (180 кПа). Часто, когда температура пиролиза составляет по меньшей мере 300 С, можно использовать давление по меньшей мере 1,8 бар(180 кПа). Верхний предел давления можно определить по прочности и массе покрывающего слоя. Часто в практических условиях давление составляет менее 70 бар (7000 кПа), чаще менее 60 бар (6000 кПа) или даже менее 50 бар (5000 кПа). Давление можно выгодно регулировать в интервале от примерно 2 бар (200 кПа) до 18 бар (1800 кПа) или 20 бар (2000 кПа) или, с другой стороны, в интервале от 20 бар (2000 кПа) до 36 бар (3600 кПа). В предпочтительном варианте, как указывалось выше, поддерживают парциальное давление водорода. Как правило, парциальное давление составляет по меньшей мере 0,5 бар (50 кПа), например до 20 бар (2000 кПа), типичнее находится в интервале от 1 бара (100 кПа) до 10 бар (1000 кПа), в частности в интервале от 5 бар(500 кПа) до 7 бар (700 кПа). Поддержание парциального давления водорода в образовании, в частности, повышает плотность в градусах АНИ полученных углеводородных флюидов и снижает образование углеводородных флюидов с длинными цепями. Настоящие указания в отношении парциального давления водорода применимы независимо от применения регулирования температуры/давления по данному изобретению. По меньшей мере 20%, как правило, по меньшей мере 25%, предпочтительно по меньшей мере 35% от общего содержания органического углерода в углеводородсодержащей формации или ее части, подвергаемой пиролизу,можно перевести в углеводородные флюиды. На практике часто самое большее 90% от общего содержания органического углерода в углеводородсодержащей формации или ее части, подвергаемой пиролизу, можно перевести в углеводородные флюиды, чаще эта величина может составлять самое большее 80%, или самое большее 70%, или самое большее 60%. В некоторых вариантах после пиролиза из углеводородов, оставшихся в углеводородсодержащей формации, можно получить синтезгаз. Пиролиз может привести к относительно высокой, по существу, равномерной, проницаемости углеводородсодержащей формации или ее подвергнутой пиролизу части. Такая высокая,по существу, равномерная, проницаемость допускает образование синтез-газа без существенного количества углеводородных флюидов в синтез-газе. Часть также имеет большую площадь поверхности/объем. Большая площадь поверхности может сделать возможным, чтобы реакции образования синтез-газа во время его получения проходили, по существу, в равновесных условиях. Относительно высокая, по существу, равномерная, проницаемость может привести к относительно высокой эффективности извлечения синтез-газа по сравнению с получением синтез-газа в углеводородсодержащей формации, которая не подвергалось пиролизу. Такое указание приемлемо независимо от при 13 менения регулирования температура/давление по данному изобретению. Пиролиз по меньшей мере части углеводородсодержащего материала в некоторых вариантах может конвертировать 20% изначально доступного углерода. Образование синтез-газа может конвертировать по меньшей мере еще 10% изначально доступного углерода. В данном случае получение синтез-газа in situ из углеводородсодержащей формации может допустить конверсию большего количества углерода, изначально доступного в данном участке. Синтез-газ можно получить до или после получения из формации углеводородного флюида. Синтез-газ, хотя и определяется, как правило, как смесь водорода (Н 2) и монооксида углерода (СО), может содержать другие компоненты, такие как вода, диоксид углерода (CO2),метан и другие газы. Получение синтез-газа можно начинать до и/или после того, как получение углеводородного флюида снизится до неэкономичного уровня. В таком случае тепло, подаваемое для пиролиза,также можно использовать для получения синтез-газа. Например, если в части формации после пиролиза температура 375 С, тогда, как правило, требуется меньше дополнительного тепла для нагревания такой части до температуры, достаточной для поддержания образования синтез-газа. В некоторых случаях для нагревания формации до температуры, допускающей образование синтез-газа (например, в интервале от 400 до 1200 С или выше), тепло можно подать от одного или нескольких источников тепла. При достижении верхнего предела температурного интервала образовавшийся синтез-газ может содержать, в основном, H2 и СО в молярном соотношении, например, 1:1. При нижнем пределе температурного интервала образовавшийся синтез-газ может иметь более высокое соотношение Н 2 и СО. Нагревательные скважины, источники нагрева и эксплуатационные скважины в образовании для пиролиза и получения углеводородных флюидов из формации можно использовать во время получения синтез-газа, как и нагнетательную скважину для введения флюида, образующего синтез-газ, как и эксплуатационную скважину или как источник тепла для нагревания формации. Источники тепла для получения синтез-газа могут являться любыми источниками тепла, описанными выше. С другой стороны, нагревание может заключаться в передаче тепла от теплоносителя, например водяного пара или продуктов горения от горелки, подаваемых во многие стволы скважин в формации. Флюид, образующий синтез-газ, например вода, водяной пар, диоксид углерода, воздух,кислород, углеводороды и их смеси, можно подавать в формацию. Например, смесь флюидов,образующих синтез-газ, может содержать водяной пар и кислород. Флюид, образующий син 004549 14 тез-газ, может содержать водный флюид, полученный пиролизом углеводородсодержащего материала в другой части формации. Подаваемый в формацию флюид, образующий синтезгаз, может включать поднятие уровня грунтовых вод образования, чтобы вода могла попасть в него. Флюид, образующий синтез-газ, также можно подать через ствол нагнетательной скважины. Флюид, образующий синтез-газ, как правило, будет взаимодействовать с углеродом в формации с образованием H2, воды (в виде жидкости или пара), СО 2 и/или СО. Диоксид углерода можно выделить из синтез-газа и можно снова закачать в формацию вместе с флюидом, образующим синтез-газ. Сдвигая равновесие преобладающих химических реакций, диоксид углерода, добавляемый в флюид, образующий синтез-газ, может, по существу, подавлять дальнейшее образование диоксида углерода во время получения синтезгаза. Диоксид углерода также может реагировать с углеродом в образовании с образованием монооксида углерода. К флюиду, образующему синтез-газ, можно добавлять углеводороды, такие как этан. При введении в формацию углеводороды могут разлагаться с образованием водорода и/или метана. Присутствие метана в образующемся синтезгазе может повысить его теплотворную способность. Реакции образования синтез-газа являются типично эндотермическими реакциями. Во время получения синтез-газа можно добавлять тепло в формацию для того, чтобы поддерживать температуру формации на нужном уровне. Тепло можно добавлять от источников тепла и/или при введении флюида, образующего синтез-газ, имеющего температуру более высокую,чем температура образования. В качестве альтернативы к флюиду, образующему синтез-газ,можно добавлять окислитель, например воздух,воздух, обогащенный кислородом, кислород,пероксид водорода, другие окисляющие флюиды или их сочетания. Окислитель может взаимодействовать с углеродом в образовании с выделением тепла и, в результате, образованием СО 2 и/или СО. В предпочтительном варианте в формацию подают кислород и воду (или водяной пар), например, в молярном соотношении от 1:2 до 1:10, предпочтительно от 1:3 до 1:7,например 1:4. В углеводородсодержащей формации во время получения синтез-газа можно поддерживать относительно высокое давление. Синтезгаз можно получать в широком интервале давлений, например от 1 бара (100 кПа) до 100 бар(10000 кПа), типичнее от 2 бар (200 кПа) до 80 бар (80000 кПа), особенно от 5 бар (500 кПа) до 60 бар (60000 кПа). Высокие рабочие давления могут привести к образованию Н 2. Высокие рабочие давления также могут создать возможность для генерации электрического тока путем пропускания синтез-газа через турбину, и они 15 могут позволить сократить трубопроводы для транспортировки получаемого синтез-газа. Синтез-газ можно получать в широком температурном интервале, таком как от 400 до 1200 С, типичнее от 600 до 1000 С. При относительно низкой температуре образования синтез-газа можно получить синтез-газ с высоким соотношением H2 и СО. При относительно высокой температуре образования можно получить синтез-газ с соотношением Н 2 и СО, приближающимся к 1, и поток может содержать,главным образом (а в некоторых случаях только), Н 2 и СО. При температуре образования примерно 700 С образование может давать синтез-газ с соотношением H2 и СО, равным 2. Как правило, можно получить синтез-газ с молярным соотношением Н 2 и СО в интервале от 1:4 до 8:1, типичнее в интервале от 1:2 до 4:1, в частности в интервале от 1:1 до 2,5:1. Некоторые варианты с целью получения синтез-газа нужного состава могут включать смешивание первого синтез-газа со вторым синтез-газом. Первый и второй синтез-газы можно получить из разных участков формации. Углеводородсодержащую формацию или ее часть, подвергнутую пиролизу и, необязательно, получению синтез-газа, можно оставить охлаждаться или охладить с образованием охлажденной отработавшей формации. После получения углеводородных флюидов и/или синтез-газа флюид (например, диоксид углерода) можно изолировать в формации. Для того чтобы хранить значительное количество флюида в формации, часто потребуется, чтобы температура была менее 100 С, например опустилась до 20 С. Можно ввести в формацию воду для получения пара и снизить температуру формации. Водяной пар можно удалить из формации. Водяной пар можно использовать для различных целей, например для нагревания другой части формации, для получения синтез-газа в соседней части формации или как "запаривание" нефтяного пласта. После охлаждения формации флюид можно герметизировать и изолировать в формации. Изолирование флюида в формации может привести к существенной убыли или утечке флюида, вытекающего в окружающую среду вследствие работы, проводимой при способе in situ. Отработавшая формация особенно полезна для указанной цели, поскольку ее структура имеет высокую пористость и высокую проницаемость, в частности, для газов. Изолируемый флюид можно ввести под давлением, например, в интервале от примерно 5 бар (100 кПа) до 50 бар (5000 кПа) в остывшую отработавшую формацию и адсорбировать на углеводородсодержащем материале в формации. Последующее добавление в образование воды может подавить десорбцию диоксида углерода. Пример способа изоляции диоксида углерода описывается в US-A-5566756. 16 Синтез-газы, описанные в данном описании, можно превратить в углеводороды, включая метанол, или в другие продукты, такие как аммиак. Например, для превращения синтезгаза в парафины можно использовать метод синтеза углеводородов Фишера-Тропша. Синтез-газ также можно использовать при каталитическом способе получения метана. С другой стороны, синтез-газ можно использовать для получения метанола, газолина и дизельного топлива, аммиака и средних дистиллатов. Синтез-газ также можно использовать в качестве источника энергии. Например, его можно использовать в качестве топлива для нагревания углеводородсодержащей формации или для получения водяного пара и последующего вращения турбины для генерации электрического тока. Синтез-газ можно использовать для генерации электрического тока, понижая давление синтез-газа в турбинах или используя температуру синтез-газа для получения водяного пара и последующего вращения турбин. Синтез-газ также можно использовать в энергетических установках, таких как топливный элемент с плавленым карбонатом, твердый оксидный топливный элемент, или в другом типе топливного элемента. Молярное соотношение Н 2 и СО в синтезгазе, используемом в качестве сырья для реакции Фишера-Тропша, как правило, составляет 2:1. Метод Фишера-Тропша, как правило, дает разветвленные и неразветвленные парафины,которые можно превратить путем гидрокрекинга в углеводородные продукты, к которым относятся, например, дизельное топливо, топливо для ракетных двигателей и нафта. Примеры способов конверсии синтез-газа в углеводороды по методу Фишера-Тропша приводятся в US-A4096163, US-A-4594468, US-A-6085512 и US-A6172124. Может быть желательным, чтобы молярное соотношение H2 и СО в синтез-газе, который может использоваться в качестве сырья для каталитического способа получения метана,составляло от 3:1 до 4:1. Примеры каталитического способа получения метана приводятся вUS-A-4407973, US-A-4927857 и US-A-4994093. Примеры способа получения моторных топлив приводятся в USA-4076761, US-A4138442 и US-A-4605680. Приведенный далее пример иллюстрирует изобретение. Пример 1. Различные образцы из отложения нефтяных сланцев в Грин-Ривер (Колорадо, США) подвергают пиролизу при разных температурах и давлениях для определения влияния температуры пиролиза и давления на качество и количество получаемых углеводородных флюидов. Конструируют автоклав из нержавеющей стали для помещения образца нефтяного сланца. Автоклав и присоединенные к нему трубо 17 проводы обматывают ленточным электронагревателем для обеспечения, по существу, равномерного нагрева автоклава и трубопроводов. Трубопроводы имеют обратный клапан для испытаний при повышенном давлении. После прохождения через клапан продукты охлаждают при атмосферном давлении в обычном стеклянном лабораторном холодильнике и анализируют. Результаты испытаний используют для определения соотношения давление/температура для определенных аспектов качества и выхода продукта с помощью уравнения 1 и параметров А и В, как описано ранее. Результаты показывают, что при повышении давления содержание углеводородов с числом углеродов 25 или более снижается, повышается плотность, уменьшается отношение этилен/этан, повышается отношение Н/С и снижается выход углеводородов, определяемых методом Фишера. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ обработки in situ углеводородсодержащей формации для получения углеводородного флюида из формации путем пиролиза углеводородов, присутствующих в формации, в котором регулируют давление и температуру в соответствии с выражением Р 0,07 е где Р представляет собой давление (абсолютное, бар),Т представляет собой темературу (С), и А и В являются предварительно установленными параметрами, относящимися к свойству, соотносящемуся с количеством, составом или качеством получаемых углеводородных флюидов, и А равен по меньшей мере 5000, а В равен по меньшей мере 10. 2. Способ по п.1, в котором углеводородсодержащая формация содержит кероген, представляющий собой уголь или нефтяной сланец,или тяжелые углеводороды, представляющие собой битуминозный песок. 3. Способ по п.1 или 2, в котором применяют источник тепла, обеспечивающий кондуктивное нагревание формации. 4. Способ по любому из пп.1-3, в котором углеводороды, присутствующие в формации,подвергают пиролизу нагреванием при температуре в интервале от 250 до 400 С, предпочтительно в интервале от 260 до 375 С. 5. Способ по любому из пп.1-4, в котором давление составляет по меньшей мере 1,4 бар(140 кПа), причем, если давление составляет 3,52 бар (352 кПа) и пиролиз происходит при 301,7 С, применяют источник тепла иной, чем источник тепла, который обеспечивает только высокочастотное нагревание. 6. Способ по п.1, в котором осуществляют пиролиз углеводородов путем регулирования давления и в присутствии водорода при парциальном давлении водорода по меньшей мере 0,5 бар (50 кПа), предпочтительно в интервале от 1 бара (100 кПа) до 10 бар (1000 кПа), более предпочтительно от 5 бар (500 кПа) до 7 бар(700 кПа). 7. Способ по любому из пп.1-3, в котором А равен 14000 и В равен 25. 8. Способ по любому из пп.1-6, в котором А равен 24146 и В равен 43,349. 9. Способ по любому из пп.1-6, в котором А равен 30864 и В равен 50,676. 10. Способ по любому из пп.1-6, в котором А равен 16947 и В равен 33,603. 11. Способ по любому из пп.1-6, в котором А равен 57379 и В равен 83,145. 12. Способ по любому из пп.1-6, в котором А равен 5492,8 и В равен 14,234. 13. Способ по любому из пп.1-6, в котором А равен 38360 и В равен 60,531. 14. Способ по любому из пп.1-6, в котором А равен 6613,1 и В равен 16,364. 15. Способ по любому из пп.1-6, в котором А равен 28554 и В равен 47,084. 16. Способ по любому из пп.1-6, в котором А равен 11118 и В равен 23,156. 17. Способ получения синтез-газа из углеводородсодержащей формации, обработанной способом по любому из пп.1-16, в котором по меньшей мере часть обработанной углеводородсодержащей формации взаимодействует с флюидом, образующим синтез-газ. 18. Способ получения углеводородов из синтез-газа, полученного по п.17, в котором синтез-газ превращают в углеводороды. 19. Способ по п.18, в котором синтез-газ превращают в парафины методом ФишераТропша и затем парафины конвертируют в установке для гидрокрекинга. 20. Способ получения энергии из синтезгаза по п.17, которую используют в энергетических установках, заключающийся в том, что синтез-газ подвергают расширению и/или сжиганию. 21. Применение синтез-газа, полученного согласно способу по пп.17-20 в топливном элементе.
МПК / Метки
МПК: E21B 43/24
Метки: способ, углеводородсодержащей, формации, обработки, получения, синтез-газа
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/10-4549-sposob-obrabotki-uglevodorodsoderzhashhejj-formacii-i-sposob-polucheniya-sintez-gaza.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ обработки углеводородсодержащей формации и способ получения синтез-газа</a>
Предыдущий патент: Способ безналичной оплаты товаров (работ, услуг) посредством банкомата
Следующий патент: Способ выщелачивания медного концентрата
Случайный патент: Содержащая циклезонид фармацевтическая композиция, предназначенная для нанесения на слизистую оболочку