Современные технологии добычи горючих сланцев (стр. 11 )

Компания "Континентал ойл" предлагает следующий усовершенствованный метод газификации углеводородсодержащих пород. При подземной газификации горючих сланцев в нижней части нагнетательной трубы устанавливается высокотемпературное герметичное сопло с отверстиями, через которые закачивается в пласт воздух, обогащенный кислородом. Вертикально сопло перемещается снизу вверх на тросе, а расположенные на сопле термопары позволяют контролировать положение сопла и температуру зоны сгорания газовой смеси. Тем самым регулируется скорость плавления горючих пород у конца нагнетательной трубы и продвижения вверх зоны взаимодействия газовой смеси и пород. Продукты газификации извлекают по затрубному пространству скважин. Существуют различные модификации метода в зависимости от состава дутья и типов пород (рис. 13, 14, 15). Предусмотрен вариант с вращающимся соплом. Высокотемпературные материалы, из которых изготавливают сопло, должны иметь точку плавления не ниже 982 ºС, но желательно – 1260 ºС.

Компания "Оксидентл Ойл Шелл" (штат Колорадо) подго­товила проект разработки месторождения горючих сланцев Логан-Уош способом внутрипластовой перегонки' сланцев. При этом способе используют обычную шахтную технику для подготовки подземной реторты. После обрушения взрывным способом кровли и стенок реторты инициируется. зажигание верхнего слоя обрушенных сланцев за счет подачи извне го­рячего воздуха и горючего газа. В дальнейшем подача газа с поверхности прекращается. При прохождении газов горения через слой рыхлого сланца вязкость жидких углеводородов уменьшается, в результате чего они стекают в приемную шахту, откуда отбираются насосом. Поступающие на поверх­ность газы утилизируются на электростанции.

Рисунок 13 – Процесс перегонки горючих сланцев, разработан­ный компанией "Оксидентл Ойл" [10]

Обозначения: 1 - центральный ствол ре­торты; 2 - компрессор для закачиваемого газа; 3 - компрессор для подачи воз­духа; 4 - выпускаемый в атмосферу газ; 5 - извле­чение нефти; 6 - нефть, по­лученная из сланца; 7 - пре­града; 8 - отстойник для нефти и насос; 9 - измель­ченный перерабатываемый сланец

Конечная мощность комплекса Логан-Уош должна составить 7950 м3/сут, а общие затраты оцениваются в 250 млн. долл. При работе электрокомплекса на полную мощность удельные затраты на получение 1 м3 сланцевой нефти составляют 30-40 долл., включая амортизационные расходы в течение 15-летнего периода. Капитальные затра­ты на такой комплекс внутрипластовой перегонки составят примерно половину капитальных затрат на шахтный комплекс тождественной мощности.

Весьма перспективен запатентованный компанией "Шелл ойл" способ разработки продуктивных пластов, заключенных в карбонатных породах (рис. 16 и 17). Он может быть использован не только при внутрипластовой перегонке горю­чих сланцев, но и при извлечении нефти из битумосодержащих пород. Этот метод включает следующие операции:

- установку в скважинах параллельных колонн насосно-компрессорных труб с двухканальным пакером, расположенным над кровлей продуктивного пласта, причем одна из колонн опускается до подошвы пласта, а другая - до его верхней части; .

- закачку по длинной колонне пара с температурой 120-370° С;

- создание каверны в прйэабойной зоне пласта в результате растворения карбонатных пород горячей водой;

- заполнение размытой полости инертным сыпучим материа­лом, образующим на дне каверны несцементированную про­ницаемую массу;

- откачку через короткую колонну жидких битумов.

Преимущество предложенного способа заключается в обеспечении более равномерного распространения теплоты в образовавшейся полости и в создании благоприятных условий для разложения твердых углеводородсодержащих веществ и получения нефти.

Компанией "Шелл Ойл" в 1973-1975 гг. запатентовано три метода внутрипластовой перегонки горючих сланцев. Более ранний способ предусматривает способ добычи нефти прокачкой разогретого рабочего агента через естественные или искусственные трещины в продуктивном пласте между нагнетательными и эксплуатационными скважинами. Рабочим агентом может служить вода, водяной пар, углекислый газ, фенолы, спирты, кислоты и т. д. До температуры пиролиза (315-540°С) сланец нагревают либо на поверхности, либо непосредственно на забое нагнетательных скважин. Закачи­ваемый рабочий агент, двигаясь по трещинам в горючем сланце, захватывает нефть, а затем его отбирают через одну или несколько эксплуатационных скважин. Струя агента может одновременно захватывать и частицы минеральных солей, присутствующих в сланце. Для предотвращения заку­порки транспортных каналов рекомендуется чередовать про­качиваемые агенты (растворяющие и нерастворяющие эти соли), а также регулировать скорость и объем нагнетаемого агента с таким расчетом, чтобы крупные частицы мине­ральных солей выпадали из потока, а затем растворялись в воде или конденсате водяного пара. Дополнительно в пределах продуктивной зоны создаются условия для разделения жидких и газообразных углеводородов [22]. При этом спо­собе продуктивный пласт вскрывают по меньшей мере двумя скважинами для подачи тепла и извлечения продуктов Пере­гонки. Кроме того, в нем создают камеры с желобами для сбора жидких продуктов; камеры снабжают трубами с насосами для подъема на поверхность продуктов перегонки.

Два других способа относятся к усовершенствованному процессу извлечения жидких и газообразных продуктов перегонки из горючих сланцев на месте их залегания [20, 21], который состоит из следующих основных операций. В напористом непроницаемом пласте горючих сланцев создается
каверна с кусками породы, в которую подается горячий флюид, способный смешиваться, по крайней мере, с одним органическим или неорганическим твердым или жидким про­дуктом циролиза водорастворимого минерала пласта горючих сланцев. В качестве горячего растворяющего флюида используют водяной пар с температурой 260 °С, бензол, толу­ол, углекислый газ или смеси перечисленных веществ. В пласте горючих сланцев образуют не менее двух горизон­тальных трещин, соединяющих каверну с ближайшей скважиной. Через одну из трещин в каверну закачивают раст­воряющий флюид, а затем подают горячий (при температуре свыше 371°С) не растворяющий породу газ (азот, природ­ный газ, свободный от высших углеводородов или их смеси) для извлечения из каверны на поверхность продуктов пере­гонки пиролиза сланцев эксплуатационной скважиной. Температуру и количество подаваемого в каверну и извлекаемо­го флюидов регулируют таким образом, чтобы через стенки трещин и каверны передать часть теплоты в пласт горючих сланцев. Закачивание в каверну газа чередуют с закачива­нием флюида, растворяющего породу, или их закачивают одновременно в виде смеси.

Корпорацией. "Оксидентл Петролеум" разработаны два более совершенных, но близких по технологии способа подземной, внутрипластовой переработки горючих сланцев. Первый из них [23] предусматривает создание камеры с помощью взрыва в ненарушенной части продуктивной зоны. В дальнейшем камеру оборудуют для производства перегонки тяжелых углеводородов. В нижней части камеры монтируют трубопровод для отвода жидких и газообразных продуктов перегонки. На вертикальном участке трубопровода устанавливают оросительный водяной душ, под действием которого выходящий из камеры горячий газ охлаждается и очищается. Имеющаяся в потоке газа нефть (или другие жидкие углеводороды) оседает вместе с водой в отстойнике, от­куда затем перекачивается в сепаратор для отделения от воды. Очищенные жидкие углеводороды подают на поверхность, а воду вновь используют для орошения газового потока. Процесс перегонки в камере происходит под воздействием горя­чего воздуха, подаваемого в нее через воздухопровод в сво­довой части камеры.

Второй способ подземной переработки сланцев, предложенный корпорацией, начинается также с операции создания каверны, заполняемой обломками породы продуктивного пласта. В основании каверны прокладывается туннель, сообщающийся с каверной; на дне каверны укладывают отводящие газ трубопроводы, снабженные отверстиями, диаметр которых увеличивается от входа в каверну до конца трубопроводов. Через кровлю каверны в нее закачивают воздух и инициируют горение кусков породы. Газообразные продукты перегонки извлекают из каверны через трубопровод. При площади каверны 10,5x10,5 м предусматривается диаметр труб в 76,2 мм, а диаметр отверстий в них от 25 до 50% диаметра труб расстояние между отверстиями берется 0,6 м.

В США разработан способ извлечения жидких углеводородов из горючих сланцев, который заключается в ступенчатом нагреве сланцев в массиве, раздробленном с помощью ядерного взрыва [24]. Заряд располагают таким образом, чтобы бедные по содержанию органики сланцы находились в нижней части, а богатые - в верхней части столба обрушения. Раздробленные породы нагревают газом, обеспечивающим нагрев сланцев до 260-300 °С. Такую температуру выдерживают в течение 30сут с последующим повышением ее (на 0,5-2°С в сутки) до температуры 315-345 °С на протяжении от 3 до 70 сут, а затем быстрым повышением до 370-426 °С. Такой нагрев обеспечивает сохранение проницаемости раздробленной породы в процессе перегонки.

Существует способ, по которому предлагается пробуривать наклонную скважину в основание столба обрушения, создан­ного взрывом в скважине. В верхней и нижней частях стол­ба обрушения устанавливаются электроды, подсоединенные к источнику электроэнергии. По скважине в центральную часть столба обрушения подается электролит (например, насыщенный хлорид натрия), который проходит через раздробленную породу в виде сравнительно узкой вертикальной зоны. В мо­мент, когда электролит достигнет нижней части столба об­рушения, на электроды подают высокое напряжение. При испарении электролита за счет теплоты, генерируемой элек­трическим током, происходит выделение углеводородов и в центре столба обрушения образуется высоко проницаемая зона. После ее образования в верхнюю часть столба обруше­ния подают нагретый флюид, который равномерно распреде­ляется по обрушенной части и обеспечивает перегонку поро­ды, содержащей углеводороды: большая часть газов устремляется в зону, а затем через ее боковую поверхность (поскольку проницаемость раздробленных обломков в столбе обрушения достаточно высока) распространяется по столбу обрушения в течение всего процесса перегонки, обеспечивая равномерный охват всех обломков сланцев обрушенной части. Подводя итог изложенному, следует отметить, что резуль­таты лабораторных исследований и опытно-промышленных работ показали принципиальную возможность извлечения жидких углеводородов из горючих сланцев как Методами на­земной перегонки, так и внутрипластовыми, скважинными способами.