Современные технологии добычи горючих сланцев (стр. 11 )

Последние дали обнадеживающие результаты [16]. Опытный участок был разбурен по пятиточечной схеме (7,6x7,6 м) с расположенной в центре нагнетательной скважиной, в которой инициировали внутрипластовое горение. В ходе эксперимента было добыто 27м3 и более жидких углеводородов. В кернах, отобранных позже, была установ­лена высокая степень разложения керогена. По расширенной программе в конце 1970 г. работы проводили на площади 54 скважинами с постепенным их разрежением к перифе­рии (рис. 11). После проведения гидроразрыва пласта и взрывов тринитротолуола в центральной части участка ини­циировали процесс горения. Вскоре было установлено, что трещиноватость недостаточна для поддержания устойчивого процесса горения [17]. В связи с этим технологию не­сколько изменили - стали нагнетать в пласт горячий газ.

Довольно успешный результат эксперимента по внутрипластовой перегонке сланца получило предприятие, принадлежащее корпорации "Оксидентл Петролеум" 88, которое произвело обрушение продуктивной породы в первогачально пробитые штольни (рис. 12). Сланец перегонялся в искусственной подземной реторте через скважины. Работы проводили на участке площадью 1600 га, расположенном в южной части бассейна Писенс. Здесь в 1972 г, была пробита штольня и выработана большая полость в массиве сланца. Вокруг нее пробурили скважины глубиной 30-45 м для
подрыва продуктивного пласта. После взрыва полость оказалась плотно заполненной раздробленным сланцем так, что пористость составляла около 15%. Это давало гарантию стабильности работы подземной реторты в процессе нагрева и перегонки. В верхнюю часть полости закачивали горючее, и организовав циркуляцию воздуха, разжигали пласт. Тепловой фронт постепенно перемещался вниз. Нефть стекала в нижнюю часть полости, откуда ее отбирали вместе с потоком газообразных продуктов на поверхность. В тече -

Рисунок 11 - Промысловый эксперимент по внутрипластовой пе­регонке сланца [16]

Обозначения: Скважины: 1 - эксплуатационные; 2 - термического контро­лирования; 3 - нагнетательные; заштрихованная область - зона инициирования процесса горения.

Рисунок 12 – Внутрипластовый процесс переработки горючих сланцев, разработанный корпорацией «Оксидентал Петролеум» [10]

Обозначения: 1 – вход в шахту, 2 – линия сбора газа, 3 – установки на поверхности земли, 4 – канал для подачи воздуха, 5 – точка зажигания смеси, 6 – скважина для взрыва сланцев, 7 – горизонт, разработанный по камерно-столбовой системе, 8 – измельченный сланец, 9 – отстойник для нефти, 10 – линия откачки нефти в резервуар

течение года с начала проведения эксперимента корпорацией было добыто несколько тысяч кубометров нефти [18]. Прогнозируемый
коэффициент отдачи керогеном нефти составляет 60-65%.
Корпорация считает, что полученные ею результаты открывают путь к промышленной внутрипластовой перегонке горючих сланцев.

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 єС, но желательно – 1260 єС.

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.