RS63689B1 - In situ postupak za proizvodnju vodonika iz podzemnih rezervoara ugljovodonika - Google Patents

Description

Opis

OBLAST PRONALASKA

[0001] Predmetni pronalazak se odnosi na proizvodnju vodonika iz podzemnih izvora.

POZADINA PRONALASKA

[0002] Rezervoari ugljovodonika nalaze se u izobilju širom sveta i poznate su mnoge tehnologije za upotrebu u proizvodnji ugljovodonika na površini iz ovih rezervoara, uključujući primarne postupke kao i sekundarne postupke izdvajanja, kao što su plavljenje vodom i hemijsko plavljenje za proizvodnju dodatnog ugljovodonika.

[0003] Za tešku naftu i ekstra tešku naftu (bitumen), ugljovodonik je uobičajeno previše viskozan u prvobitnim uslovima rezervoara kako bi se proizveo na površini upotrebom konvencionalnih postupaka, pa se teška nafta i bitumen uobičajeno termički obrađuju kako bi se smanjio viskozitet tako da resurs lakše teče u rezervoaru i kako bi se mogao proizvesti na površini.

[0004] Pošto se teška nafta i bitumen ekstrahuju, moraju se modifikovati u sintetičku sirovu naftu koja se zauzvrat rafiniše u transportna goriva i sirovine za petrohemijsku industriju.

[0005] Međutim, poznato je da proizvodnja resursa ugljovodonika rezultuje eventualnim generisanjem ugljen-dioksida pošto se resursi ili njihovi proizvodi generalno sagorevaju kako bi se sakupila njihova energija.

[0006] Stoga postoji stalna želja za proizvodnjom goriva kao što je vodonik koja su više ugljen-dioksid neutralna, koja se takođe mogu upotrebljavati kao hemijska sirovina za industrije kao što su proizvodnja modifikatora i đubriva. Međutim, poznato je da su konvencionalni načini za generisanje vodonika (npr. parno reformiranje metana ili elektroliza) ugljenik zahtevni ili su nepoželjno skupi za implementaciju.

[0007] WO2008/033268 objavljuje sistem dobijanja vodonika iz ugljenog sloja obezbeđivanjem proizvodne bušotine koja se proteže u ugljeni sloj.

SAŽETAK PRONALASKA

[0008] Predmetni pronalazak prema tome nastoji da obezbedi postupke za generisanje vodonika,

potencijalno ugljen-dioksid neutralni izvor energije i industrijsku sirovinu, iz rezervoara ugljovodonika.

[0009] U skladu sa primerima izvođenja predmetnog pronalaska, in situ gasifikacija, voda-gas promena i/ili akvatermoliza koriste se za proizvodnju sinteznog gasa u podzemnom rezervoaru, takav sintezni gas koji sadrži paru, ugljen-monoksid, ugljen-dioksid, i vodonik, gde ugljenik oksidi odbijaju da budu proizvedeni na površini pomoću membrane koja je permeabilna samo za vodonik u bušotini. Postupak zatim proizvodi gasni proizvod koji u velikoj meri sadrži vodonik na površini.

[0010] Proizvedeni vodonik je alternativni energetski vektor koji se može proizvesti na površini iz rezervoara ugljovodonika. Proizvedeni vodonik se zatim može sagoreti na površini kako bi se generisala energija ili toplota ili se trošiti u uređajima sa gorivnim ćelijama za proizvodnju energije ili kao industrijska sirovina.

[0011] U prvom širem aspektu predmetnog pronalaska, obezbeđen je postupak za proizvodnju vodonika iz naftnog rezervoara, postupak sadrži:

a. obezbeđivanje bušotine od površine do rezervoara;

b. lociranje najmanje jedne vodonik-permeabilne membrane u bušotini;

c. zagrevanje rezervoara kako bi se omogućilo da se javi najmanje jedna od reakcija gasifikacije, voda-gas promene, i akvatermolize između naftnih ugljovodonika i vode unutar rezervoara kako bi se generisao tok gasa koji sadrži vodonik; i

d. omogućavanje toku gasa da uđe u bušotinu i angažuje najmanje jednu vodonikpermeabilnu membranu, tako da najmanje jedna vodonik-permeabilna membrana dozvoljava prolaz samo vodoniku u toku gasa na površinu.

[0012] U nekim primerima primera izvođenja prvog aspekta, korak zagrevanja rezervoara sadrži: injektiranje oksidacionog agensa u rezervoar kako bi se oksidovali barem neki ugljovodonici unutar rezervoara; generisanje elektromagnetnih ili radio-frekventnih talasa sa elektromagnetnom ili radio-frekventnom antenom postavljenom unutar rezervoara; injektiranje vrućeg materijala u rezervoar; ili generisanje toplote upotrebom sistema zagrevanja zasnovanog na otporu (omski) koji je lociran unutar rezervoara. Onima sa iskustvom u struci biće jasno da drugi načini za zagrevanje mogu biti primenljivi za primene predmetnog pronalaska.

[0013] U nekim primerima primera izvođenja, najmanje jedna vodonik-permeabilna membrana može da sadrži najmanje jedno od: paladijuma (Pd), vanadijuma (V), tantala (Ta) ili niobijuma (Nb). Najmanje jedna vodonik-permeabilna membrana može takođe da sadrži paladijum-bakar leguru, ili potencijalno paladijum-srebro leguru. Najmanje jedna vodonikpermeabilna membrana može da sadrži keramički sloj, a najpoželjnije keramički sloj sa unutrašnje ili spoljašnje strane paladijum-bakar legure. Najmanje jedna vodonik-permeabilna membrana može da sadrži keramički sloj i nekeramički sloj koji je odabran iz grupe koja se sastoji od paladijuma, vanadijuma, tantala, niobijuma, bakra, legura ovih materijala, i njihovih kombinacija, i nekeramički sloj može da sadrži paladijum-bakar leguru.

[0014] Najmanje jedna vodonik-permeabilna membrana poželjno je locirana u bušotini unutar rezervoara, ali takođe može biti pozicionirana u bušotini u blizini rezervoara, ili na drugim tačkama u bušotini.

[0015] U nekim primerima primera izvođenja, porozni materijal je lociran u bušotini kako bi podržao najmanje jednu vodonik-permeabilnu membranu unutar bušotine. Porozni materijal je poželjno, ali nije nužno, porozni čelik.

[0016] U nekim primerima primera izvođenja, postupci sadrže dodatni korak, posle koraka zagrevanja rezervoara, odlaganja angažovanja toka gasa i najmanje jednu vodonikpermeabilnu membranu kako bi se omogućilo dodatno generisanje vodonika. Ovaj korak odlaganja može da sadrži odlaganje tokom perioda u opsegu od 1 nedelje do 12 meseci, i najpoželjnije u opsegu od 1 nedelje do 4 nedelje.

[0017] U primerima primera izvođenja gde se dielektrično zagrevanje upotrebljava za korak zagrevanja rezervoara, elektromagnetno zračenje može imati frekvenciju u opsegu od oko 60 Hz do 1000 GHz, i poželjno u opsegu od 10 MHz do 10 GHz.

[0018] Tamo gde se za zagrevanje rezervoara koristi sistem zagrevanja zasnovan na otporu (omski), zagrevanje je poželjno na temperature u opsegu od 200 do 800 stepeni C, i najpoželjnije u opsegu od 400 do 700 stepeni C.

[0019] Ovde je objavljen sistem za izdvajanje vodonika iz podzemnog rezervoara, sistem sadrži:

aparat za zagrevanje rezervoara kako bi se generisao tok gasa koji sadrži vodonik; aparat za zagrevanje rezervoara kako bi se generisao tok gasa koji sadrži vodonik; bušotinu koja je locirana u rezervoaru; i

vodonik-permeabilnu membranu u bušotini prilagođenu da dozvoli prolaz vodonika u toku gasa, ali onemogući prolaz drugih gasova u toku gasa, kako bi se omogućila proizvodnja vodonika kroz bušotinu na površini.

[0020] U nekim primerima primera izvođenja sistema koji je ovde objavljen, aparat za zagrevanje rezervoara sadrži najmanje jedan od injektora oksidacionog agensa, elektromagneta, radio-frekventne antene, i injektora vrućeg materijala.

[0021] Proizvedeni vodonik se može trošiti u uređaju sa gorivnim elektrohemijskim ćelijama, sagoreti kako bi se generisala para za generisanje energije ili para za izdvajanje nafte, ili se upotrebljavati kao industrijska sirovina. Detaljan opis primera primera izvođenja predmetnog pronalaska dat je u nastavku. Podrazumeva se, međutim, da pronalazak ne treba tumačiti kao ograničen na ove primere izvođenja. Primeri primera izvođenja usmereni su na posebne primene predmetnog pronalaska, dok će onima sa iskustvom u struci biti jasno da predmetni pronalazak ima primenljivost izvan primera primera izvođenja koji su ovde izneti.

KRATAK OPIS CRTEŽA

[0022] U pratećim crtežima, koji ilustruju primere primera izvođenja predmetnog sistema i postupka:

SL. 1A do 1C su pojednostavljeni dijagrami elevacije i preseka koji ilustruju faze u sistemu i postupku gde se rezervoar ugljovodonika zagreva oksidacijom dela ugljovodonika unutar rezervoara.

SL. 2 je pojednostavljeni dijagram elevacije i preseka koji ilustruje sistem i postupak gde se rezervoar ugljovodonika zagreva upotrebom elektromagnetne/radio frekventne antene postavljene unutar rezervoara.

SL. 3 je pojednostavljeni dijagram preseka koji ilustruje upotrebu više antena i proizvodnih bušotina.

SL. 4A do 4C su prikazi preseka koji ilustruju primere vodonik-razdvajajućih kompozitnih membrana.

SL. 5 je pojednostavljeni dijagram elevacije i preseka koji ilustruje primer sistema i postupka gde se oksidacioni agens kontinuirano injektira u rezervoar kako bi se proizveo vodonik.

SL. 6 je pojednostavljeni dijagram elevacije i preseka koji ilustruje primer sistema i postupka gde jedna od bušotina ima patronu za zagrevanje otporom unutar bušotine za zagrevanje rezervoara kako bi se proizveo vodonik.

SL. 7 je dijagram koji ilustruje neke od reakcija koje se javljaju u ovde opisanim primerima postupaka koje se javljaju unutar rezervoara kako bi se proizveo vodonik.

SL. 8A do 8B su dijagrami koji ilustruju rezultate simulacije termalno reaktivnog rezervoara, upotrebom reakcione šeme koja je ilustrovana na SL. 7, postupka proizvodnje vodonika u rezervoaru teške nafte koji sadrži postupak cikličnog injektiranja oksidacionog agensa uključujući periode neinjektiranja u kojima je omogućeno da se hemijske reakcije nastave unutar rezervoara.

SL. 9A do 9D su dijagrami koji ilustruju rezultate simulacije termalno reaktivnog rezervoara, upotrebom reakcione šeme koja je ilustrovana na SL. 7, postupka proizvodnje vodonika u rezervoaru teške nafte koji sadrži kontinuirani postupak injektiranja oksidacionog agensa.

[0023] Primeri primera izvođenja predmetnog pronalaska će sada biti opisani sa pozivanjem na prateće crteže.

DETALJAN OPIS PRIMERA PRIMERA IZVOĐENJA

[0024] Duž sledećeg opisa, specifični detalji su izneti kako bi se obezbedilo detaljnije razumevanje osobama koje su iskusne u struci. Međutim, dobro poznati elementi možda nisu pokazani ili detaljno opisani kako bi se izbeglo nepotrebno zamagljivanje objave. Sledeći opis primera pronalaska nije namenjen da bude iscrpan ili da ograniči pronalazak na precizan oblik bilo kog primera primera izvođenja. U skladu sa tim, opis i crteže treba posmatrati u ilustrativnom, pre nego u ograničavajućem smislu.

[0025] Duž ove specifikacije, brojni termini i izrazi se upotrebljavaju u skladu sa njihovim uobičajenim značenjima. U nastavku su obezbeđene definicije nekih dodatnih termina i izraza koji se upotrebljavaju u opisu koji sledi.

[0026] "Nafta" je nerafinisani naftni proizvod koji se javlja u prirodi, sačinjen od ugljovodoničnih komponenti. "Bitumen" i "teška nafta" se normalno razlikuju od ostalih naftnih derivata na osnovu svoje gustine i viskoziteta. "Teška nafta" se tipično klasifikuje sa gustinom između 920 i 1000 kg/m3. "Bitumen" tipično ima gustinu veću od 1000 kg/m3. Za potrebe ove specifikacije, termini "nafta", "bitumen" i "teška nafta" se upotrebljavaju naizmenično tako da svaki uključuje onaj drugi. Na primer, tamo gde se termin "bitumen" upotrebljava sam, on u svom obimu uključuje i "tešku naftu".

[0027] Kao što se ovde upotrebljava, "rezervoar nafte" označava podzemnu formaciju koja je prvenstveno sačinjena od poroznog matriksa koji sadrži naftne proizvode, odnosno naftu i gas. Kao što se ovde upotrebljava, "rezervoar teške nafte" označava rezervoar nafte koji je prvenstveno sačinjen od porozne stene koja sadrži tešku naftu. Kao što se ovde upotrebljava, "rezervoar naftnog peska" označava rezervoar nafte koji je prvenstveno sačinjen od porozne stene koja sadrži bitumen.

[0028] "Krekovanje" označava cepanje većih ugljovodoničnih lanaca u jedinjenja sa manjim lancima.

[0029] Termin "in situ" označava okruženje podzemnog rezervoara naftnog peska.

[0030] U širim aspektima, primeri postupaka i sistema koji su ovde opisani upotrebljavaju rezervoare naftnog peska kao izvor vodonika, kako bitumena tako i formacije vode.

[0031] Uopšteno govoreći, predmetna specifikacija opisuje sisteme i postupke za tretiranje rezervoara nafte (konvencionalna nafta, teška nafta, rezervoari naftnog peska, rezervoari karbonatne nafte) kako bi se izdvojio vodonik.

[0032] Postupci uključuju injektiranje kiseonika ili toka bogatog kiseonikom u rezervoar kako bi se sagoreo deo ugljovodonika u rezervoaru.

[0033] U nekim poželjnim primerima primera izvođenja, za vreme injektiranja oksidacionog agensa na površini se ne proizvode nikakvi fluidi. Pošto se postigne ciljna temperatura u rezervoaru, injektiranje se zaustavlja i za to vreme se troši preostali kiseonik u rezervoaru i odvijaju se reakcije gasifikacije i reakcija voda-gas promene. Za vreme ovih reakcija, vodonik se proizvodi unutar rezervoara. Proizvodna bušotina je upotpunjena membranom koja je permeabilna samo za vodonik, koja kada se otvori za proizvodnju samo proizvodi vodonik na površini. Pošto stopa proizvodnje vodonika padne ispod granične vrednosti, injektiranje kiseonika ponovo počinje i postupak se ponavlja više puta dok ukupna stopa proizvodnje vodonika ne padne ispod granične vrednosti. Granična vrednost se može odrediti iz minimalne stope proizvodnje vodonika koja je ekonomska, a koja će biti određena troškovima injektiranja kiseonika, cenom proizvodnje, skladištenja, transporta, i potrošnje vodonika (npr. u gorivnoj ćeliji za napajanje), i troškova rada. Membrana koja je permeabilna samo za vodonik sprečava proizvodnju ugljenik oksida na površini. Stoga, postupak daje vodonik iz ugljovodonika i vode koji se nalaze unutar rezervoara. Ukoliko je potrebno kako bi se omogućile željene reakcije, voda se može injektirati u rezervoar sa kiseonikom.

[0034] Oksidacija fluida iz rezervoara injektiranjem kiseonika u rezervoar je jedan od načina da se generiše toplota unutar rezervoara. Reakcije koje se javljaju u rezervoaru na povišenim temperaturama mogu uključivati oksidaciju na niskim i visokim temperaturama, pirolizu (termičko krekovanje), akvatermolizu (vodna piroliza ili reakcije termičkog krekovanja u prisustvu vode), reakcije gasifikacije, i reakciju voda-gas promene.

[0035] SL.1A do 1C ilustruju sistem 10 pri čemu se par bušotina sa gravitacionom drenažom uz pomoć pare (SAGD) 12 koji sadrži injekcionu bušotinu 14 i proizvodnu bušotinu 16 upotrebljava za implementaciju primera primera izvođenja predmetnog postupka u rezervoaru 18, u tri faze. Onima sa iskustvom u struci biće jasno da primeri postupaka mogu da koriste postojeći par bušotina sa gravitacionom drenažom uz pomoć pare (SAGD) ili par bušotina koji jednostavno upotrebljava SAGD konfiguraciju bušotine ili obrazac SAGD parova bušotina, na primer, platformu SAGD parova bušotina.

[0036] Štaviše, onima sa iskustvom u struci biće jasno da primeri postupaka mogu da koriste postojeću bušotinu sa cikličnom stimulacijom parom (CSS) ili bušotinu koja jednostavno upotrebljava konfiguraciju CSS bušotine ili obrazac CSS bušotina, na primer, platformu CSS bušotina. U Fazi 1 (ilustrovano na SL.1A), kiseonik se injektira u rezervoar 18 kroz otvorenu injekcionu bušotinu 14, što rezultuje sagorevanjem dela bitumena u zoni sagorevanja 20 rezervoara 18 kako bi se generisale temperature (za neograničavajući primer, >700 stepeni C) potrebne za reakcije gasifikacije, voda-gas promene, i akvatermolize. Proizvodna bušotina 16 ostaje zatvorena u ovoj fazi. U Fazi 2, injektiranje kiseonika se zaustavlja i injekciona bušotina 14 se zatvara, a preostali kiseonik u rezervoaru 18 se troši tekućim reakcijama u zoni sagorevanja 20. Pošto je rezervoar 18 u blizini regiona bušotine na dovoljno povišenim temperaturama, reakcije gasifikacije, voda-gas promene, i akvatermolize se nastavljaju. Gasni proizvodi iz reakcija akumuliraju se u rezervoaru 18. Nakon toga, započinje Faza 3, kada se otvara proizvodna bušotina 16 koja sadrži membranu za razdvajanje vodonika (nije pokazana) koja zatim proizvodi vodonik na površini. Pošto proizvodnja vodonika padne na nekomercijalne stope, postupak se može ponovo pokrenuti sa Fazom 1. Postupak nije ograničen na horizontalne bušotine, već se takođe može uraditi i sa vertikalnim i devijantnim i multilateralnim bušotinama. Postupak se može podjednako primeniti i u rezervoaru gasa. Postupak se može primeniti tamo gde se pored vodonika iz rezervoara proizvodi i nafta. Postupak se može primeniti tamo gde se iz rezervoara proizvodi i sintezni gas.

[0037] Sledeći primer sistema 30 ilustrovan je na SL. 2. U ovoj implementaciji, toplota se obezbeđuje rezervoaru 18 upotrebom elektromagnetne/radio frekventne antene 32 kako bi se formirala zagrejana zona 36. Zagrejani rezervoar 18 podleže reakcijama gasifikacije, voda-gas promene, i akvatermolize koje generišu vodonik i druge gasove unutar rezervoara 18. Generisani vodonik se proizvodi na površini kroz membranu permeabilnu samo za vodonik unutar proizvodne bušotine 34. Ovaj pristup nije ograničen na horizontalne bušotine kao što je ilustrovano, već se takođe može uraditi i sa vertikalnim i devijantnim i multilateralnim bušotinama. Postupak se može podjednako primeniti i u rezervoaru gasa.

[0038] Drugi srodni primer izvođenja ilustrovan je na SL. 3 u prikazu preseka bušotine ili poprečnom prikazu bušotine, pri čemu sistem 40 sadrži više proizvodnih bušotina 42 i više elektromagnetnih/radio frekventnih antena/grejača 44. Elektromagnetni/radio frekventni grejači 44 su pozicionirani između bušotina za proizvodnju vodonika 42 u rezervoaru 18, i stvaraju zagrejanu zonu 46. Postupak nije ograničen na horizontalne bušotine već se može takođe uraditi i sa vertikalnim i devijativnim i multilateralnim bušotinama. Postupak se može podjednako primeniti i u rezervoaru gasa. Mogu se upotrebljavati i bušotine sa otporskim (omskim) grejačima.

[0039] Reakcije generišu gas koji zatim omogućava gravitacionu drenažu (usled razlike u gustini) vruće mobilisane nafte i kondenzata pare ka dnu komore za reakciju gasifikacije. Stoga, dodatni izvorni materijal za dodatnu reakciju obezbeđuje se pomeranjem mobilisane nafte ka reaktivnoj zoni iznad i oko injekcione bušotine ili antene. Ovo pomaže u reakcijama gasifikacije i održava zonu od 700+ stepeni C u blizini bušotine. Membrana unutar bušotine dozvoljava vodoniku da prođe, ali zadržava druge molekule gasa u rezervoaru.

[0040] SL.5 ilustruje dodatni primer primera izvođenja sistema 50.

[0041] Slično primeru izvođenja sa SL. 1A do 1C, sistem 50 sadrži SAGD par bušotina 52 (injekcionu bušotinu 54 i proizvodnu bušotinu 56). Međutim, umesto da se omogući period hemijske reakcije nakon injektiranja u zagrejanoj zoni 58 pre proizvodnje, injekcione i proizvodne bušotine 54, 56 ostaju otvorene i dozvoljavaju kontinuirani protok injektiranog oksidacionog agensa i proizvedenog vodonika. Postupak se može primeniti tamo gde se pored vodonika iz rezervoara proizvodi i nafta. Postupak se može primeniti tamo gde se iz rezervoara proizvodi i sintezni gas.

[0042] SL.6 ilustruje dodatni primer primera izvođenja sistema 60.

[0043] U ovom primeru izvođenja, koji sadrži par bušotina 62 (injekcionu bušotinu 64 i proizvodnu bušotinu 66), jedna od bušotina 64, 66 je obezbeđena sa patronom za zagrevanje otporom koja se upotrebljava za zagrevanje zone pirolize 68 u rezervoaru 18 kako bi se proizveo vodonik kroz proizvodnu bušotinu 66.

[0044] U drugim primerima izvođenja, koji nisu ilustrovani, može se upotrebljavati konfiguracija jedne bušotine pri čemu se kiseonik injektira duž jednog dela bušotine, a proizvodnja samo vodonika se javlja duž drugog dela bušotine. Bušotina može biti vertikalna, devijantna, horizontalna ili multilateralna.

[0045] U dodatnim neilustrovanim primerima izvođenja, zagrevanje rezervoara se može obaviti pomoću elektromagnetnih ili radiofrekventnih talasa. Alternativno, zagrevanje rezervoara se može obaviti upotrebom pare visokog pritiska i visoke temperature.

[0046] Predmetni postupak se takođe može upotrebljavati u rezervoarima nafte i gasa gde se sadržaj vode u rezervoaru smatra visokim tako da u normalnoj praksi ovi rezervoari ne bi proizvodili naftu ili gas, respektivno. Postupci i sistem u skladu sa predmetnim pronalaskom mogu se upotrebljavati u rezervoarima ugljovodonika sa visokim sadržajem vode pošto vodonik ne dolazi samo iz ugljovodonika već i iz vode unutar rezervoara. Stoga, postupci o kojima se ovde podučava mogu se upotrebljavati u rezervoarima koje visok sadržaj vode čini manje vrednim od rezervoara zasićenih naftom, konvertujući prethodno manje vredne rezervoare nafte u vredne izvore energije pošto vodonik dolazi i iz nafte kao i iz vode u rezervoaru.

[0047] Predmetni pronalazak se odnosi na tretman rezervoara nafte ili gasa za proizvodnju vodonika iz ugljovodonika i vode unutar rezervoara. Tretman uključuje zagrevanje rezervoara kako bi se omogućila gasifikacija i reakcija voda-gas promene kako bi se proizveo vodonik unutar rezervoara, i zatim upotreba bušotine za proizvodnju samo vodonika, opremljene vodoničnom membranom, kako bi se proizveo vodonik iz rezervoara.

[0048] Tipično se smatra da je visok sadržaj vode u rezervoarima nafte i gasa nepovoljan za proizvodnju nafte ili gasa. Međutim, pronađeno je da visok sadržaj vode može biti koristan za proizvodnju vodonika jer voda obezbeđuje vodonik usled reakcije voda-gas promene. Pronađeno je da mnoge od reakcija koje proizvode vodonik imaju izvor vodonika u vodi u rezervoaru - pod temperaturama reakcija, voda iz formacije se konvertuje u paru koja zatim učestvuje u reakcijama parnog reformiranja sa ugljovodonicima u rezervoaru.

1

[0049] Sledi dodatan detaljan opis u vezi sa određenim primerima primera izvođenja.

A. Zagrevanje rezervoara

[0050] U određenim primerima primera izvođenja, rezervoar se zagreva do temperature na kojoj se odvijaju reakcije gasifikacije i voda-gas promene između nafte i vode unutar rezervoara.

[0051] Toplota se može isporučiti u rezervoar kroz različite postupke koji su opšte poznati u struci. Tipični postupci koji se upotrebljavaju u struci uključuju korak sagorevanja gde se kiseonik injektira u rezervoar tokom određenog vremenskog perioda gde se deo ugljovodonika sagoreva kako bi se generisala toplota unutar rezervoara kako bi se postigle temperature reda veličine od 400 do 700 stepeni C. Drugi načini zagrevanja uključuju elektromagnetno ili zagrevanje zasnovano na radio frekvencijama. Drugi načini zagrevanja uključuju injektiranje vrućih materijala u rezervoar.

[0052] Pošto se toplota injektira u rezervoar, ukoliko se vrši sagorevanjem, injektiranje kiseonika se zaustavlja i omogućava se da se hemijske reakcije nastave unutar rezervoara na povišenoj temperaturi postignutoj u koraku sagorevanja. Ukoliko se zagreva elektromagnetnim zagrevanjem, onda ovo zagrevanje može nastaviti da održava rezervoar na željenoj reakcionoj temperaturi.

B. Period reakcija gasifikacije, voda-gas promene, i akvatermolize

[0053] Tokom vremenskog perioda u kome je rezervoar na povišenoj temperaturi, može doći do reakcija gasifikacije i voda-gas promene i akvatermolize sa posledičnim generisanjem vodonika, vodonik-sulfida, ugljen-monoksida, ugljen-dioksida, i pare (vodena para), a moguće i drugih gasova. Kako se reakcije javljaju u rezervoaru, komponente gasa se skupljaju unutar prostora pora rezervoara i bilo kakvim frakturama ili drugim praznim prostorima u rezervoaru.

[0054] SL. 7 ilustruje neke od reakcija koje se javljaju u rezervoaru. Kao što se može videti, gorivo za oksidaciju i gasifikaciju su bitumen i koks koji se formira iz reakcija koje se javljaju tokom postupka. Bitumen se može predstaviti kao smeša maltena (saturati, aromatici, i smole) i asfaltena (velika ciklična jedinjenja visokog viskoziteta). Za vreme oksidacije, malteni se mogu konvertovati u asfaltene. Asfalteni se mogu konvertovati, i putem oksidacije na niskim i visokim temperaturama, kao i termičkim krekovanjem, u različite gasne proizvode uključujući metan, vodonik, ugljen-monoksid, ugljen-dioksid, vodonik-sulfid, i gasove velike molekulske težine (npr. propan, itd.) i koks. Koks se zatim može konvertovati, kroz reakcije oksidacije i gasifikacije, u metan, vodu (paru), ugljen-monoksid, ugljen-dioksid, i vodonik. Takođe, metan se može konvertovati, putem reakcija gasifikacije, u vodonik i ugljen-dioksid i ugljenmonoksid. Ugljen-monoksid i voda (para) mogu se konvertovati, putem reakcije voda-gas promene, u vodonik i ugljen-dioksid. Uopšteno govoreći, komponente goriva u sistemu (npr. nafta, koks, metan) mogu biti gasifikovane kako bi se proizvele smeše ugljen-monoksida, ugljen-dioksida, i vodonika.

C. Proizvodnja vodonika

[0055] Pošto protekne dovoljno vremena za generisanje vodonika, vodonik se proizvodi iz rezervoara kroz membrane samo za vodonik unutar proizvodne bušotine. Na ovaj način, vodonik-sulfid, ugljen-monoksid, ugljen-dioksid, para, i druge gasne komponente ostaju u rezervoaru dok se samo vodonik proizvodi na površini. Pošto je vodonik uklonjen iz rezervoara, to podstiče reakcije za generisanje više vodonika.

[0056] Kako bi se membrana samo za vodonik postavila u proizvodnu bušotinu, metalne membrane, na primer, konstruisane od paladijuma (Pd), vanadijuma (V), tantala (Ta) ili niobijuma (Nb), su mehanički robustne, ali sa ograničenim opsegom optimalne performanse u odnosu na temperaturu. Ove membrane rade na mehanizmu solubilnosti-difuzije, pri čemu se vodonik rastvara u materijalu membrane i difunduje na drugu stranu gde se oslobađa; ovaj mehanizam daje fluks vodonika (molska transportna stopa po jedinici površine) proporcionalan kvadratnom korenu pritiska. Zarad ilustracije, permeabilnost vanadijuma i titanijuma za vodonik opada na visokim temperaturama i takođe formira slojeve metalnog oksida koji sprečavaju efikasno odvajanje vodonika. Membrane na bazi Pd imaju prednost jer njihova permeabilnost za vodonik raste sa povećanjem temperature. Međutim, Pd membrane su zatrovane vodonik-sulfidom (H2S) i ugljen-monoksidom (CO) koji nastaju akvatermolizom kada para i ulje, npr. bitumen, dolaze u kontakt na povišenim temperaturama. Ovo se može sprečiti upotrebom Pd-bakar legura. Za smanjenje troškova, mogu se konstruisati višeslojne membrane koje se sastoje od Pd-Cu legure i V, Ta, i Nb. Druge legure kao što su paladijum-srebro legure takođe mogu biti korisne za određene primere izvođenja predmetnog pronalaska.

[0057] Keramičke membrane su inertne na H2S i CO i mogu se upotrebljavati na temperaturama koje se postižu postupcima in situ gasifikacije. Mikroporozne keramičke membrane za odvajanje vodonika imaju nekoliko prednosti u odnosu na metalne membrane: fluks je direktno proporcionalan pritisku; permeabilnost keramičkih mikroporoznih membrana značajno raste sa temperaturom; a cena sirovina za keramičke membrane je mnogo manja od one za metalne membrane. Pošto su porozne, one imaju tendenciju da ne proizvode čist vodonik iako mogu biti selektivne za vodonik sa relativno visokom permeabilnošću vodonika. U nekim primerima izvođenja, membrana može imati keramički sloj ne samo kako bi se obezbedila sposobnost odvajanja vodonika od gasnih komponenti generisanih iz reakcija, već takođe da ojača membranu.

[0058] U nekim primerima izvođenja, membrana za vodonik je konfigurisana da bude visoko selektivna za vodonik (naročito ukoliko će se gas vodonik upotrebljavati za generisanje energije iz gorivne ćelije na površini), visoko permeabilna za vodonik, sposobna da izdrži zagrevanje do 700 stepeni C, sposobna da izdrži H2S i CO gas, robustna mehanički s obzirom na probleme postavljanja membrana u bušotinu, i/ili sposobna da se proizvodi sa prečnicima i dužinama koje mogu da stanu u bušotine (između 20-30 cm u prečniku i 700-1000 m dužine). U nekim primerima izvođenja, membrane takođe mogu da izdrže fazu delimične oksidacije koja će potrošiti ugljenik i druge čvrste naslage na spoljašnjoj površini kompozitne membrane.

[0059] Okrećući se sada na SL. 4A do 4C, ilustrovani su primeri primera izvođenja membrana. SL. 4A ilustruje aranžman membrane 70, pri čemu je aranžman 70 lociran unutar obloge bušotine 72. Aranžman 70 sadrži noseći sloj od poroznog čelika 74, prekriven slojem Pd-Cu legure 76, i spoljašnji keramički sloj 78. Na SL.4B, noseći sloj je odsutan i aranžman 80 sadrži unutrašnji sloj legure 86 i spoljašnji keramički sloj 88 koji je postavljen unutar obloge bušotine 82. SL. 4C ilustruje aranžman 90 koji sadrži samo sloj legure 96 u oblozi bušotine 92.

D. Novi ciklus

[0060] Ukoliko se zagrevanje vrši na cikličan način, na primer, sagorevanjem in situ, onda pošto temperatura rezervoara padne tako da stope reakcije gasifikacije, voda-gas promene, i akvatermolize opadnu tako da proizvodnja vodonika padne ispod granične vrednosti, onda će početi novi ciklus injektiranja kiseonika i posledično sagorevanje in situ dovodeći do ponovnog zagrevanja rezervoara. Nakon toga se ponavljaju gornji koraci od A do C. Ukoliko se kontinuirano zagrevanje vrši injektiranjem oksidacionog agensa ili postupcima

1

elektromagnetnog ili radiofrekventnog ili otporskog zagrevanja, onda se može javiti kontinuirana proizvodnja vodonika iz rezervoara.

PRIMERI

[0061] SL. 8A do 8B ilustruju rezultate prve simulacije termički reaktivnog rezervoara sprovedene upotrebom softvera za simulaciju rezervoara CMG STARS<™>(softverski proizvod koji je industrijski standard za simulaciju za postupak proizvodnje u termički reaktivnom rezervoaru - rešava energetske i materijalne bilanse u kontekstu fazne ravnoteže i Darsi (Darcy) protoka unutar poroznog medijuma) za ciklični postupak u skladu sa predmetnim pronalaskom. U ovom slučaju, jedna vertikalna bušotina se upotrebljava i za injektiranje i za proizvodnju unutar rezervoara. U ovom primeru, operacija se obavlja ciklično gde se kiseonik injektira u određenom vremenskom periodu posle čega se zatvara, a zatim se otvara za proizvodnju tokom određenog perioda posle kog se zatvara. Ovaj ciklus injektiranja i proizvodnje se ponavlja sve dok ukupan postupak više nije produktivan na unapred određenim nivoima. Svojstva rezervoara upotrebljena u ovom trodimenzionalnom simulacionom modelu rezervoara imaju svojstva tipična za rezervoar naftnog peska (poroznost 0,3, horizontalna permeabilnost 2200 mD, vertikalna permeabilnost 1100 mD, debljina 37 m, zasićenost uljem 0,7, inicijalni pritisak 2800 kPa, inicijalna temperatura 13 stepeni C, odnos gasa i nafte u inicijalnom rastvoru gasa 10 m<3>/m<3>). U modelu je upotrebljena reakciona šema ilustrovana na SL. 7. SL. 8A pokazuje da se prilikom injektiranja kiseonika na cikličan način, vodonik generiše u rezervoaru putem reakcija koje su opisane na SL.7. SL.

8B prikazuje distribuciju temperature u vertikalnoj ravni injekcione/proizvodne bušotine. Rezultati pokazuju da temperatura dostiže čak 500 stepeni C u rezervoaru koji okružuje vertikalnu bušotinu posle injektiranja kiseonika u rezervoar. Kao posledica ovog porasta temperature, reakcije opisane na SL. 7 javljaju se sa posledičnim generisanjem vodonika u rezervoaru. Pošto je korak injektiranja kiseonika završen, bušotina se konvertuje u proizvodni režim i samo vodonik se proizvodi iz rezervoara. Ciklusi se nastavljaju sve dok količina vodonika proizvedenog po ciklusu više nije ekonomična.

[0062] SL. 9A do 9D ilustruju rezultate druge simulacije upotrebom softvera za simulaciju rezervoara CMG STARS<™>, za primer primera izvođenja predmetnog pronalaska pri čemu je donja injekciona bušotina postavljena u rezervoar blizu osnove rezervoara, a gornja proizvodna bušotina postavljena iznad injekcione bušotine. U ovom slučaju, proizvodna bušotina je nagnuta unutar rezervoara, kao što se najbolje može videti na SL. 9A. U ovom primeru, dužina injekcione bušotine je jednaka 105 m. Svojstva rezervoara upotrebljena u ovom trodimenzionalnom simulacionom modelu rezervoara imaju svojstva tipična za rezervoar naftnog peska (poroznost 0,3, horizontalna permeabilnost 2200 mD, vertikalna permeabilnost 1100 mD, debljina 37 m, zasićenost uljem 0,7, inicijalni pritisak 2800 kPa, inicijalna temperatura 13 stepeni C, odnos gasa i nafte u inicijalnom rastvoru gasa 10 m<3>/m<3>). U modelu je upotrebljena reakciona šema ilustrovana na SL.7.

[0063] SL. 9B ilustruje operacije gde se tri različite stope protoka kiseonika injektiraju u rezervoar. U Slučajevima A, B, i C, stope injektiranja kiseonika su 495.544,8, 29.732,7, i 49.554,5 m<3>/dan (17,5, 1,05, i 1,75 miliona scf/dan), respektivno.

[0064] SL. 9C pokazuje rezultujuće zapremine proizvodnje vodonika iz rezervoara koji odgovaraju Slučajevima A, B, i C. Kumulativne zapremine vodonika proizvedene posle 700 dana rada su 2.944.952,05, 1.047.723,3, i 1.245.941,25 m<3>(104, 37, i 44 miliona scf) vodonika.

[0065] SL. 9D predstavlja primer distribucije temperature u horizontalnoj-vertikalnoj ravni injekcionih i proizvodnih bušotina za Slučaj A. Rezultati pokazuju da kako se kiseonik injektira u rezervoar, reaktivna zona se stvara unutar rezervoara. Reaktivnu zonu karakteriše zona sa temperaturom koja je viša od prvobitne temperature rezervoara. Rezultati demonstriraju da temperatura raste iznad 450 stepeni C a na frontu reakcije temperatura dostiže čak 900 stepeni C. Sa temperaturama većim od 400 stepeni C, unutar vruće zone javljaju se reakcije gasifikacije koje generišu vodonik koji se isključivo proizvodi gornjom proizvodnom bušotinom na površini. Unutar vruće zone oko injekcione bušotine, zagrejana nafta se cedi i akumulira oko injekcione bušotine i tako snabdeva više goriva za reakcije koje se javljaju oko injekcione bušotine.

[0066] Prethodno navedeni primeri ilustruju primere postupaka sprovođenja in situ reakcija gasifikacije unutar rezervoara gde se membrana upotrebljava u proizvodnoj bušotini za proizvodnju vodonika na površini.

[0067] Vodonik generisan postupcima o kojima se ovde podučava može se upotrebljavati u gorivnim ćelijama na površini za generisanje energije, ili sagoreti za proizvodnju pare koja se može upotrebljavati za generisanje energije ili za druge in situ postupke izdvajanja nafte, ili prodati kao industrijska sirovina.

[0068] Kao što će biti jasno iz prethodno navedenog, oni sa iskustvom u struci bi lako mogli da odrede očigledne varijante sposobne da obezbede opisanu funkcionalnost, a sve takve varijante i funkcionalni ekvivalenti namenjeni su da potpadaju unutar obima predmetnog pronalaska.

1

[0069] Osim ukoliko kontekst jasno ne zahteva drugačije, duž opisa i patentnih zahteva:

• "sadrži", "koji sadrži", i slično treba tumačiti u inkluzivnom smislu, za razliku od isključivog ili iscrpnog smisla; odnosno u smislu "uključujući, ali ne ograničavajući se na".

• "povezan", "spojen", ili bilo koja njihova varijanta, označava bilo koju vezu ili spregu, bilo direktnu ili indirektnu, između dva ili više elemenata; sprega ili veza između elemenata može biti fizička, logička, ili njihova kombinacija.

• "ovde", "prethodno", "u nastavku", i reči sličnog značaja, kada se upotrebljavaju za opisivanje ove specifikacije, odnosiće se na ovu specifikaciju u celini a ne na bilo koje posebne delove ove specifikacije.

• "ili", u pozivanju na listu od dve ili više stavki, pokriva sva sledeća tumačenja reči: bilo koju od stavki na listi, sve stavke na listi, i bilo koju kombinaciju stavki na listi. • oblici jednine neodređenih i određenih članova takođe uključuju značenje bilo kojih odgovarajućih oblika množine.

[0070] Reči koje označavaju smerove kao što su "vertikalno", "poprečno", "horizontalno", "nagore", "nadole", "unapred", "unazad", "ka unutra", "ka napolje", "vertikalno", "poprečno", "levo", "desno", "prednje", "zadnje", "vrh", "dno", "niže", "iznad", "ispod", i slično, upotrebljene u ovom opisu i bilo kojim pratećim patentnim zahtevima (gde su prisutne) zavise od specifične orijentacije opisanog i ilustrovanog aparata. Predmet koji je ovde opisan može imati različite alternativne orijentacije. U skladu sa tim, ovi direkcioni termini nisu striktno definisani i ne treba ih usko tumačiti.

[0071] Specifični primeri postupaka i sistema ovde su opisani u svrhu ilustracije. Oni su samo primeri. Tehnologija koja je ovde obezbeđena može se primeniti i na druge kontekste, a ne samo na primere konteksta koji su prethodno opisani. Mnoge izmene, modifikacije, dodaci, izostavljanja i permutacije su moguće unutar prakse ovog pronalaska. Ovaj pronalazak uključuje varijacije opisanih primera izvođenja koje bi bile očigledne osobi sa iskustvom, uključujući varijacije dobijene: zamenom svojstava, elemenata i/ili radnji sa ekvivalentnim svojstvima, elementima i/ili radnjama; mešanje i usklađivanje svojstava, elemenata i/ili radnji iz različitih primera izvođenja; kombinovanje svojstava, elemenata i/ili radnji iz primera izvođenja kao što je ovde opisano sa svojstvima, elementima i/ili radnjama druge tehnologije; i/ili izostavljanje kombinovanja svojstava, elemenata i/ili radnji iz opisanih primera izvođenja.

1

[0072] Prethodno se smatra ilustrativnim samo za principe pronalaska. Obim patentnih zahteva ne bi trebalo da bude ograničen primerima primera izvođenja iznetih u prethodnom tekstu, već bi mu trebalo dati najširu interpretaciju konzistentnu sa specifikacijom u celini.

1

Claims (11)

Patentni zahtevi

1. Postupak za proizvodnju vodonika iz rezervoara nafte (18), naznačen time što postupak sadrži:

a. obezbeđivanje bušotine (12, 34, 42, 52, 62) od površine do rezervoara (18); b. lociranje u bušotini (12, 34, 42, 52, 62) najmanje jedne vodonik-permeabilne membrane (76, 86, 96);

c. zagrevanje rezervoara (18) kako bi se omogućilo da se javi najmanje jedna od reakcija gasifikacije, voda-gas promene, i akvatermolize između naftnih ugljovodonika i vode unutar rezervoara (18) kako bi se generisao tok gasa koji sadrži vodonik; i

d. omogućavanje toku gasa da uđe u bušotinu (12, 34, 42, 52, 62) i angažuje najmanje jednu vodonik-permeabilnu membranu (76, 86, 96), tako da najmanje jedna vodonik-permeabilna membrana (76, 86, 96) dozvoljava prolaz samo vodoniku u toku gasa na površinu.

2. Postupak prema patentnom zahtevu 1 naznačen time što korak zagrevanja rezervoara (18) sadrži injektiranje oksidacionog agensa u rezervoar (18) kako bi se oksidovali barem neki naftni ugljovodonici unutar rezervoara.

3. Postupak prema patentnom zahtevu 1 naznačen time što korak zagrevanja rezervoara (18) sadrži generisanje elektromagnetnih ili radio-frekventnih talasa pomoću elektromagnetne ili radio-frekventne antene (32, 44) postavljene unutar rezervoara (18).

4. Postupak prema patentnom zahtevu 1 naznačen time što korak zagrevanja rezervoara (18) sadrži injektiranje vrućeg materijala u rezervoar (18).

5. Postupak prema patentnom zahtevu 1 naznačen time što korak zagrevanja rezervoara (18) sadrži generisanje toplote upotrebom sistema zagrevanja zasnovanog na otporu (omski) koji je lociran unutar rezervoara (18).

6. Postupak prema patentnom zahtevu 1, naznačen time što najmanje jedna vodonikpermeabilna membrana sadrži najmanje jedno od: paladijuma (Pd), vanadijuma (V), tantala (Ta) ili niobijuma (Nb).

7. Postupak prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 6 naznačen time što najmanje jedna vodonik-permeabilna membrana sadrži paladijum-bakar leguru.

8. Postupak prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 5, naznačen time što sadrži dodatni korak, posle koraka zagrevanja rezervoara, odlaganja angažovanja toka gasa i najmanje jednu vodonik-permeabilnu membranu kako bi se omogućilo dodatno generisanje vodonika.

9. Postupak prema patentnom zahtevu 8 naznačen time što korak odlaganja sadrži odlaganje za period u opsegu od 1 nedelje do 12 meseci.

10. Postupak prema patentnom zahtevu 3 naznačen time što se dielektrično zagrevanje upotrebljava za korak zagrevanja rezervoara (18), gde elektromagnetno zračenje ima frekvenciju u opsegu od oko 60 Hz do 1000 GHz.

11. Postupak prema patentnom zahtevu 5 naznačen time što se sistem zagrevanja zasnovan na otporu (omski) upotrebljava za zagrevanje rezervoara (18) do temperatura u opsegu od 200 do 800 stepeni C.

1