PL 222362 B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 222362 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 391500 (51) Int.Cl. C10G 1/00 (2006.01) E21B 43/243 (2006.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 14.06.2010 (54) Sposób pozyskiwania węglowodorów z podziemnych złóż poprzez częściowe spalanie złoża (43) Zgłoszenie ogłoszono: 19.12.2011 BUP 26/11 (73) Uprawniony z patentu: BEDNARCZYK ADAM, Warszawa, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 29.07.2016 WUP 07/16 (72) Twórca(y) wynalazku: ADAM BEDNARCZYK, Warszawa, PL
2 PL 222 362 B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób pozyskiwania węglowodorów z podziemnego złoża umożliwiający otrzymywanie energii z zasobów naturalnych znajdujących się pod ziemią w postaci ciała stałego, korzystnie łupków bitumicznych, małych zbiorników gazu ziemnego a także z innych warstw geologicznych nasyconych gazem ziemnym lub węglowodorami. Złoża łupków gazowych stanowią rodzaj kamieni wewnątrz których znajdują się niewielkie zbiorniki gazu ziemnego, a ponadto pomiędzy kamieniami łupkowymi znajdują się niewielkie zbiorniki ciekłego gazu ziemnego. W znanych ze stanu techniki sposobach bezpośredniego pozyskiwania węglowodorów lub gazu ziemnego z podziemnych złóż stosuje się przeważnie metodę hydraulicznego wysokociśnieniowego kruszenia skał przez wprowadzanie do złoża mieszaniny chemikaliów powodującej powstawanie mikroszczelin, którymi wyprowadzany jest zawarty w łupkach gaz ziemny. Wadą tej metody jest niekorzystne oddziaływanie na środowisko naturalne stosowanych do szczelinowania chemikaliów a także możliwość niekontrolowanego, z powodu stosowanego wysokiego ciśnienia, wypływu tych chemikaliów oraz gazu ziemnego na powierzchnię mogące doprowadzić do skażenia środowiska. Ponadto metodą tą możliwe jest wykorzystanie tylko około 25% gazu ziemnego znajdującego się w złożu łupkowym i nie ma możliwości wykorzystania znajdujących się w złożu węglowodorów w stanie stałym. Celem rozwiązania, zgodnie z wynalazkiem jest opracowanie sposobu pozyskiwania węglowodorów z podziemnego złoża umożliwiającego wydobywanie na powierzchnię węglowodorów niezależnie od tego czy znajdują się w stanie stałym, ciekłym czy gazowym. Możliwe jest to przez zastosowanie energii cieplnej dostarczonej z zewnątrz bądź przez zastosowanie energii cieplnej powstającej przy częściowym spaleniu znajdującej się w złożu substancji organicznej do odparowania i pirolizy ciekłych i stałych węglowodorów i przesłania powstałych produktów w kontrolowany sposób na powierzchnię. Sposób pozyskiwania węglowodorów z podziemnych złóż poprzez ich podgrzewanie, według wynalazku, polega na tym, że część złoża węglowodorów przewidzianą do eksploatacji oddzieliła się od pozostałej części złoża hermetyczną ścianą, a przewidziana do eksploatacji część złoża jest hermetycznie odizolowana od swobodnej wymiany jakichkolwiek substancji z atmosferą ziemską, bądź z jakimkolwiek innym zbiornikiem zawierającym ciała stałe, ciecze lub gazy, zaś wszelka wymiana gazów lub cieczy pochodzących ze złoża poddanego eksploatacji z innymi zbiornikami oraz atmosferą ziemską odbywa się rurociągami i jest dozowana zaworami lub pompą powietrzną, a w hermetycznie oddzielonym złożu instaluje się rurociąg z zaworem doprowadzający powietrze, rurociąg z zaworem odprowadzający produkty gazowe oraz rurociąg z zaworem odprowadzający ciekłe produkty procesu, następnie inicjuje się proces częściowego spalania w złożu za pomocą urządzenia do inicjacji zapłonu poprzez zapalenie substancji przewidzianych do inicjacji zapłonu złoża, a w poddanym częściowemu spalaniu złożu uzyskuje się na skutek podgrzania proces pirolizy i odparowywania substancji ciekłych i uzyskuje się wzrost ciśnienia w hermetycznie zamkniętym złożu, a po osiągnięciu ustalonego ciśnienia odprowadza się produkty gazowe rurociągiem i produkty ciekłe rurociągiem. Hermetyczne złoże odgradza się od innych zbiorników zawierających ciała stałe, ciecze lub gazy ścianami które wykonuje się z substancji stałych, mieszaniny ciał stałych z cieczami lub piasku z wodą. Do podgrzewania złoża wykorzystuje się energię cieplną uzyskaną z częściowego spalenia złoża, przy czym ilość spalanych węglowodorów oraz temperaturę i ciśnienie wewnątrz zamkniętej przestrzeni reguluje się ilością doprowadzanego powietrza z zewnątrz poprzez rurociąg z zaworem. Cykl wydobywczy gazu pozyskiwanego z węglowodorów z podziemnych złóż, zwłaszcza z łupków bitumicznych, składa się z następujących procesów, jak z procesu podgrzewania złoża przez zapalenie części złoża, po czym zamyka się zawór umieszczony na rurociągu, także zamyka się zawór umieszczony na rurociągu i doprowadza się powietrze do złoża poprzez zawór na rurociągu, po czym zamyka się zawór na rurociągu, a przy zamkniętych wszystkich zaworach w złożu za pomocą urządzenia dokonuje się inicjacji zapłonu poprzez zapalenie substancji przewidzianych do inicjacji zapłonu i następuje proces pirolizy i odparowania substancji ciekłych w złożu, po czym uzyskuje się ciągły wzrost ciśnienia w złożu, a gdy ciśnienie w złożu osiągnie wcześniej ustaloną wartość odczytaną na zaworze otwiera się zawór na rurociągu i odprowadza się olej syntetyczny do szybu transportowego, a następnie zamyka się zawór na rurociągu, a po osiągnięciu założonego ciśnienia w złożu otwiera się zawór na rurociągu którym od-
PL 222 362 B1 3 prowadza się substancje gazowe ze złoża wzdłuż szybu transportowego na powierzchnię ziemi, a po spadku ciśnienia wypływającej substancji gazowej zamyka się zawór na rurociągu i otwiera się zawór rurociągu dla rozpoczęcia kolejnego cyklu wydobywczego. Wlot rurociągu dla substancji gazowych i wlot rurociągu odprowadzający substancje ciekłe umieszcza się w zagłębieniach korytarzy bocznych poniżej poziomu złoża. Przykład realizacji wynalazku jest przedstawiony na rysunkach fig. 1 4, z których fig. 1 jest przekrojem A-A poprzecznym korytarza bocznego i pokazuje złoże oraz położenie rurociągów użytych w procesie pozyskiwania węglowodorów na fig. 3; fig. 2 jako przekrój B-B przedstawia korytarz boczny w przekroju poziomym: fig. 3 jako przekrój C-C przedstawia pionowy przekrój wzdłużny korytarza bocznego i przekrój poprzeczny korytarza głównego, fig. 4 przedstawia przekrój poziomy szybu transportowego z zaznaczonymi rurociągami. Na rysunkach fig. 1 4 jest przedstawiony tylko jeden korytarz główny i jeden korytarz boczny. Dla zapewnienia hermetyczności części złoża przewidzianej do eksploatacji, korytarz główne stanowi zamknięty wielokąt z całym szeregiem korytarzy bocznych. W przypadku zastosowania rozwiązania do podgrzewania złoża i wykorzystaniem energii cieplnej pochodzącej z częściowego spalania złoża bądź wykorzystania energii pochodzącej ze spalania dostarczonych do złoża węglowodorów, składa się ono z korytarza głównego 7 od którego odchodzą korytarze boczne 3 spełniające rolę wnęk zapłonowych, przy czym korytarz boczny 3 jest hermetycznie oddzielony od korytarza głównego 7 hermetyczną ścianą 6. Jak pokazano na Fig. 3 korytarz boczny 3 jest wykonany poniżej poziomu złoża 2 w związku z czym zagłębienie to stanie się zbiornikiem dla ciekłych produktów pirolizy. Korzystnie jest gdy, jak pokazano na fig. 2, ściana 6 oddzielająca hermetycznie korytarz boczny 3 od korytarza głównego 7 posiada otwór 17 pozwalający na wrzucanie do korytarza bocznego materiałów palnych do zainicjowania zapłonu złoża przy czym otwór 17 posiada hermetycznie zamykającą go pokrywę 18. Fig. 2 i fig. 3 ilustrują system możliwości dostarczania materiałów palnych do zainicjowania zapłonu złoża dwiema metodami, albo manualnie poprzez otwór 17, albo poprzez rurę 10 do urządzenia do inicjacji zapłonu 20. Możliwe jest również, zainicjowanie zapłonu złoża 2 wykorzystując tylko grzejnik urządzenia do inicjacji zapłonu 20. Do podtrzymania procesu częściowego spalania złoża doprowadza się powietrze z wnętrza szybu transportowego 16 rurociągiem 10. Rurociągiem 15 zaopatrzonym w zawór 14 odprowadza się najpierw ciekłe produkty procesu a następnie rurociągiem 12 zaopatrzonym w zawór manometryczny odprowadza produkty gazowe z procesu pirolizy i odparowania ciekłych węglowodorów. Możliwe jest uproszczenie rozwiązania poprzez wykorzystanie do odprowadzania ciekłych i gazowych produktów tylko jednego rurociągu z wlotem tego rurociągu umieszczonym poniżej poziomu złoża łupków gazowych. Pozyskiwanie węglowodorów według wynalazku w przedstawionym przykładzie wykonania przebiega następująco, po dostarczeniu do korytarza bocznego 3 manualnie przez otwór 17 lub rurociągiem 10 do urządzenia do inicjacji zapłonu 20 materiału zapalającego złoże, rurociągiem 10 doprowadza się powietrze i po zamknięciu otworu 17 pokrywą 18 i zaworów 13 i 14 na rurach 12 i 15 po zapaleniu się substancji inicjującej zapłon złoża rozpoczyna się proces częściowego spalania materiału organicznego zawartego w złożu. Zawór 13 oznaczony litera M jest zaworem manometrycznym otwierającym się przy zadanym ciśnieniu w złożu. Spełnia on również rolę zaworu bezpieczeństwa. Kontrolowana, ograniczona ilość powietrza dostarczana do złoża zapobiega jego spaleniu powodując jedynie powolne przemieszczanie się obszaru w którym zachodzi wzrost temperatury złoża, odparowywanie, piroliza i półspalanie. Z powodu wydzielania się znacznej ilości produktów gazowych mamy także wzrost ciśnienia wewnątrz hermetycznie zamkniętego złoża. Po osiągnięciu dobranej wartości ciśnienia gazów w złożu otwiera się zawór 14 i rurociągiem 15 odprowadzamy produkty ciekłe z obszaru eksploatowanego złoża, zamyka się zawór 15 a następnie rurociągiem 12 przy otwartym zaworze manometrycznym 13 odprowadza się z obszaru złoża produkty gazowe a następnie zamyka się zawór 13, w złożu manometr ciśnieniowy otwiera zawór w oparciu ciśnienia gwarantującego swobodny, samoczynny wypływ produktów otwiera sie zawór 14 i rurą 15 odprowadza się produkty ciekłe do szybu transportowego bądź na powierzchnię, po czym zamyka się zawór 14, a następnie otwiera się zawór 13 i rurą 12 odprowadza się produkty gazowe na powierzchnię. Po odprowadzeniu produktów gazowych ze złoża, zamyka się zawór 13 doprowadza się do złoża nową porcję powietrza i kontynuuje następny cykl wydobycia. Możliwe jest uproszczenie sposobu odprowadzania ciekłych i gazowych produktów z eksploatowanego poprzez zastąpienie rurociągów 12 i 15 z zaworami 13 i 14 poprzez jeden rurociąg z wlotem tego rurociągu umieszczonym w możliwie najniższym położeniu zagłębienia korytarza bocznego 3.
4 PL 222 362 B1 Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób pozyskiwania węglowodorów z podziemnych złóż poprzez podgrzewanie złoża, znamienny tym, że część złoża (2) węglowodorów przewidzianą do eksploatacji oddziela się od pozostałej części złoża (2) hermetyczną ścianą (6), a przewidziana do eksploatacji część złoża (2) jest hermetycznie odizolowana od swobodnej wymiany jakichkolwiek substancji z atmosferą ziemską, bądź z jakimkolwiek innym zbiornikiem zawierającym ciała stałe, ciecze lub gazy, zaś wszelka wymiana gazów lub cieczy pochodzących ze złoża (2) poddanego eksploatacji z innymi zbiornikami oraz atmosferą ziemską odbywa się rurociągami i jest dozowana zaworami lub pompą powietrzną, a w hermetycznie oddzielonym złożu instaluje się rurociąg (10) z zaworem (11) doprowadzający powietrze, rurociąg (12) z zaworem (13) odprowadzający produkty gazowe oraz rurociąg (15) z zaworem (14) odprowadzający ciekłe produkty procesu, następnie inicjuje się proces częściowego spalania w złożu (2) za pomocą urządzenia (20) do inicjacji zapłonu poprzez zapalenie substancji przewidzianych do inicjacji zapłonu złoża (2), a w poddanym częściowemu spalaniu złożu (2) uzyskuje się na skutek podgrzania proces pirolizy i odparowywania substancji ciekłych i uzyskuje się wzrost ciśnienia w hermetycznie zamkniętym złożu (2), a po osiągnięciu ustalonego ciśnienia odprowadza się produkty gazowe rurociągiem (12) i produkty ciekłe rurociągiem (15). 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że hermetyczne złoże (2) odgradza się od innych zbiorników zawierających ciała stałe, ciecze lub gazy ścianami (6), które wykonuje się z substancji stałych, mieszaniny ciał stałych z cieczami lub piasku z wodą. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do podgrzewania złoża (2) wykorzystuje się energię cieplną uzyskaną z częściowego spalenia złoża (2), przy czym ilość spalanych węglowodorów oraz temperaturę i ciśnienie wewnątrz zamkniętej przestrzeni reguluje się ilością doprowadzanego powietrza z zewnątrz poprzez rurociąg (10) z zaworem (11). 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że cykl wydobywczy gazu pozyskiwanego z węglowodorów z podziemnych złóż, zwłaszcza z łupków bitumicznych, składa się z następujących procesów, jak z procesu podgrzewania złoża (2) przez zapalenie części złoża (2), po czym zamyka się zawór (13) umieszczony na rurociągu (12), także zamyka się zawór (14) umieszczony na rurociągu (15) i doprowadza się powietrze do złoża (2) poprzez zawór (11) na rurociągu (10), po czym zamyka się zawór (11) na rurociągu (10), a przy zamkniętych wszystkich zaworach (11), (13) i (14) w złożu za pomocą urządzenia (20) dokonuje się inicjacji zapłonu poprzez zapalenie substancji przewidzianych do inicjacji zapłonu i następuje proces pirolizy i odparowania substancji ciekłych złoża (2), po czym uzyskuje się ciągły wzrost ciśnienia w złożu (2), a gdy ciśnienie w złożu (2) osiągnie wcześniej ustaloną wartość odczytaną na zaworze (13) otwiera się zawór (14) na rurociągu (15) i odprowadza się olej syntetyczny do szybu transportowego (16), a następnie zamyka się zawór (14) na rurociągu (15), a po osiągnięciu założonego ciśnienia w złożu (2) otwiera się zawór (13) na rurociągu (12) którym odprowadza się substancje gazowe ze złoża (2) wzdłuż szybu transportowego (16) na powierzchnię ziemi, a po spadku ciśnienia wypływającej substancji gazowej zamyka się zawór (13) na rurociągu (12) i otwiera się zawór (11) na rurociągu (10) dla rozpoczęcia kolejnego cyku wydobywczego. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że wlot rurociągu (12) dla substancji gazowych i wlot rurociągu (14) odprowadzający substancje ciekłe umieszcza się w zagłębieniach korytarzy bocznych (3) poniżej poziomu złoża. 6. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że do odprowadzenia zarówno substancji ciekłych jak i gazowych są używane te same rurociągi z wlotami tych rurociągów umieszczonymi poniżej poziomu złoża.
PL 222 362 B1 5 Rysunki
6 PL 222 362 B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)