УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ СЫРОЙ НЕФТИ ИЗ ПЕСКА
DEVICE FOR CRUDE OIL EXTRACTION FROM SAND

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству для извлечения сырой нефти из песка, которое обеспечивает извлечение сырой нефти из песка или почвы, смешанной с сырой нефтью, содержащей 4~10% тяжелых смол. Изобретение, в частности, относится к устройству для извлечения сырой нефти из песка посредством добычи нефтеносного песка и извлечения нефти из нефтеносного песка с использованием метода флюидизации, обеспечивающего повышение выхода нефти и предотвращение загрязнения окружающей среды.
Предшествующий уровень техники
В последнее время в связи с резким ростом цен на нефть возникла необходимость в разработке способов получения нефти из нетрадиционных источников посредством их переработки. Соответственно, в различных странах мира интенсифицируется использование таких нетрадиционных источников, как нефтеносный песок, которые до настоящего времени не считались экономически целесообразными по причине высокой стоимости извлечения.
Нефтеносный песок представляет собой вещество, образующееся при подъеме образующейся глубоко под землей нефти к поверхности земли с последующим смешением с подземными водами или разложением микроорганизмами, в частности, бактериями и т.п., приводящими к превращению нефти в высоковязкие смолы. Количество сырой нефти, которая может быть из них извлечена, по оценкам составляет около 4 триллионов баррелей, при этом установлено, что большие количества нефненосного песка залегают в Канаде, Венесуэле и России.
В частности, Канада, на территории которой находится большое количество слоев песчаника, содержащего сырую нефть в форме высоковязкой смолы, занимает лидирующее положение в мире по ее запасам, разведанное количество которых уже достигает 173,2 миллиарда баррелей. Благодаря таким преимуществам Канады, как отсутствие характерной для стран Ближнего Востока нестабильности и близость к потребительскому рынку, в разработке месторождений на ее территории принимают участие различные компании со всего мира. Ежедневный объем добычи в прошлом году составлял 1,3 миллиона баррелей, и в 2020 году ожидается его увеличение в 4 раза.
Вместе с тем в целом существует два вида нефтеносного песка. Месторождения в Канаде представляют собой песок, в котором нефть смешана с водой, в то время как в США располагаются месторождения на основе сухого песка.
Соответственно, существуют различия в способах извлечения нефти. Нефтеносный песок, находящийся на открытом воздухе в США, добывают подобно каменному углю, после чего извлекают из него сырую нефть. Метод ее извлечения основан на принципе, подобном сухой очистке, когда нефтяное пятно на ткани удаляют с использованием органического растворителя. Напротив, при добыче нефтеносного песка под открытым небом в Канаде после добавления воды нефтеносный песок разделяют на центрифуге на нефть, воду и песок. Вместе с тем, поскольку нефтеносный песок в Канаде находится главным образом на глубине сотен метров, вместо непосредственной добычи применяют метод выделения нефти непосредственно под землей путем элюирования.
Наиболее широко используемый в последнее время метод получил название SAGD (гравитационный дренаж с помощью пара). Две изогнутые трубы помещают под землю на глубину залегания нефтеносного песка в горизонтальном положении. Затем в отверстие, прилегающее к верхней трубе, распыляют горячий пар, что обеспечивает элюирование нефти в песке с ее последующим выделением через отверстие, выполненное рядом с нижней трубой. Таким образом можно получать сырую нефть (битум) в количестве до 100 баррелей на 200 тонн нефтеносного песка. В настоящее время стоимость добычи одного барреля нефти с использованием данного способа составляет около 24-30 долларов.
Однако способ, основанный на помещении труб под землю и распылении пара в слое нефтеносного песка, приводит к возникновению проблем, связанных с приносящим большой вред сильным загрязнением прилегающего грунта и рек, поскольку часть вводимого пара в процессе элюирования нефти в песке проникает в прилегающие слои грунта.
Кроме того, поскольку в соответствии с данным методом необходимо строительство трубопроводов и оборудования для подачи пара, недостатком метода является снижение экономической эффективности вследствие роста стоимости строительного оборудования. Кроме того, ввиду необходимости перемещения или использования дополнительных трубопроводов и оборудования для подачи пара при добыче нефти на большой площади возникает проблема снижения экономической эффективности.
Подробное описание изобретения
Техническая задача изобретения
Настоящее изобретение направлено на решение указанных выше проблем, связанных с использованием известной технологии. Задачей настоящего изобретения является создание устройства для извлечения сырой нефти из нефтеносного песка с использованием метода флюидизации, в котором нефтеносный песок, выделенный из слоя нефтеносного песка, подвергается флюидизации, в результате повышается выход и предотвращается загрязнение окружающей среды. Другой задачей изобретения является создание устройства для извлечения сырой нефти из нефтеносного песка, обеспечивающего максимальную экономическую эффективность за счет циркуляции и подачи в флюидизированный нефтеносный песок газа-носителя, состоящего из неконденсирующихся газов.
Средства решения задачи изобретения
Устройство для извлечения сырой нефти из песка в соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения характеризуется наличием сжигателя, в котором нефть или газ, подаваемые из внешнего источника, сжигаются с выделением тепла; смесительной емкости, соединенной со сжигателем для получения от него тепла, необходимого для флюидизации вводимого в устройство нефтеносного песка, при этом с одной из сторон указанной емкости расположено выводное устройство для отвода образующегося пара; а также устройства для сбора нефти, в которое подается горячий пар из смесительной емкости и в котором осуществляются извлечение и сбор нефти за счет пропускания горячего пара через по меньшей мере один нефтесобирающий элемент с использованием холодной конденсации или центрифугирования, а также подача собираемой нефти в контейнер для нефти, соединенный с одной из сторон устройства для сбора нефти.
Предпочтительной особенностью настоящего изобретения является соединение сжигателя, смесительной емкости и устройства для сбора нефти трубопроводом с образованием линии циркуляции газа, один конец которой соединен со средством для подачи газа-носителя, обеспечивающей подачу отдельно хранящегося неконденсирующегося газа.
Другой предпочтительной особенностью настоящего изобретения является то, что устройство для сбора нефти содержит охладитель, в котором осуществляется охлаждение и конденсация подаваемого в него горячего пара и его последующая подача в контейнер для нефти, либо по меньшей мере один циклон, в который подается пар или нефтяная взвесь в виде отдельных частиц с их последующим сбором посредством центрифугирования и подачей в контейнер для нефти.
Еще одной предпочтительной особенностью настоящего изобретения является наличие газодувки, присоединенной к трубопроводам, соединяющим устройства для сбора нефти и сжигатель, и обеспечивающей принудительную подачу в сжигатель горячего пара, прошедшего через устройство для сбора нефти.
Еще одной предпочтительной особенностью настоящего изобретения является такая конструкция смесительной емкости, при которой ее верхняя поверхность может открываться и закрываться, а нижняя часть смесительной емкости включает пористую разделительную пластину с множеством отверстий, размер которых обеспечивает возможность передачи тепла от сжигателя (20) при отсутствии возможности прохождения сквозь них нефтеносного песка.
Еще одной предпочтительной особенностью настоящего изобретения является последовательное или параллельное соединение двух или более смесительных емкостей.
Еще одной предпочтительной особенностью настоящего изобретения является то, что неконденсирующийся газ состоит из по меньшей мере одного из следующих газов: метан, этан, пропан, бутан, пентан, гексан, аммиак, аргон, или смеси по меньшей мере одного из них.
Особенности и преимущества настоящего изобретения будут более подробно описаны в последующем разделе со ссылкой на прилагаемые графические материалы. Перед соответствующим описанием следует отметить, что термины и слова, используемые настоящем описании и формуле изобретения, следует интерпретировать не в их общем и буквальном смысле, а в рамках сущности и концепции, соответствующих технической идее настоящего изобретения, подразумевая, что авторы изобретения могут определить концепцию термина для того, чтобы наилучшим образом объяснить свое изобретение.
Достигаемый эффект и преимущества
Устройство для извлечения сырой нефти из песка в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает извлечение нефти из нефтеносного песка, флюидизированного с использованием циркуляции и подачи газа-носителя, состоящего из неконденсирующегося газа, и благодаря этому позволяет решить проблему загрязнения окружающей среды, возникающего в результате непосредственного нагревания, а также обеспечивает экономически выгодный сбор нефти за счет конструкции системы циркуляции газа-носителя.
Следует особо отметить, что в соответствии с настоящим изобретением пробуренный нефтеносный песок подвергается флюидизации, что не только предотвращает загрязнение окружающей среды в отличие от использования традиционных систем, основанных на установке труб в слоях нефтеносного песка и подаче пара, но и позволяет решить проблему снижения эффективности, связанного с избыточными затратами на оборудование. Таким образом, можно ожидать, что настоящее изобретение принесет очень полезный промышленный эффект.
Краткое описание графических материалов
На фиг.1 представлена схема, иллюстрирующая конструкцию устройства для извлечения сырой нефти из песка в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
На фиг.2 представлена схема, иллюстрирующая конструкцию устройства для извлечения сырой нефти из песка в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
<Описание цифровых обозначений основных элементов на фигурах>
1: устройство для извлечения сырой нефти из песка
10: средство для подачи газа-носителя
20: сжигатель 30: смесительная емкость
40: устройство для сбора нефти
Варианты осуществления изобретения
В последующем подробном обсуждении будут более подробно описаны задача, особенности и преимущества описанного выше настоящего изобретения. Предпочтительные примеры осуществления настоящего изобретения рассмотрены со ссылкой на прилагаемые фигуры.
Следует отметить, что на прилагаемых фигурах одинаковые составляющие элементы или компоненты обозначены одинаковыми цифрами. При описании настоящего изобретения подробное описание уже известных функций или конструкций не приводится во избежание нечеткости изложения сущности настоящего изобретения.
На фиг.1 приведена схема, иллюстрирующая конструкцию устройства для извлечения сырой нефти из песка в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Как показано на фиг.1, устройство (1) для извлечения сырой нефти из песка в соответствии с настоящим изобретением включает сжигатель (20), в который поступает включающее нефть или газ топливо из внешнего источника для получения тепла; смесительную емкость (30), присоединенную для получения тепла от сжигателя (20), необходимого для флюидизации песка, инжектируемого в указанную емкость с одной из сторон, с образованием горячего пара, содержащего нефть; устройство (40) для сбора нефти, в которое поступает горячий пар из смесительной емкости (30) для сбора нефти, содержащейся в горячем паре, и хранения ее в контейнере (50) для нефти; а также средство (10) для подачи газа-носителя, осуществляющее подачу газа-носителя в линию циркуляции газа-носителя, по которой осуществляется циркуляция газа через сжигатель (20), смесительную емкость (30) и устройство для сбора нефти (40).
Сжигатель (20) представляет собой оборудование, в которое поступает газ или нефть из внешнего источника в качестве топлива, сжигаемого в указанном оборудовании. В соответствии с настоящим изобретением сжигатель выполнен с возможностью приема топлива из внешнего источника, либо приема нефти или газа, входящих в состав пара, образующегося в процессе флюидизации нефтеносного песка в смесительной емкости (30) за счет нагревания и сжигания получаемого в качестве топлива газа или нефти. Указанный сжигатель (20) может быть выполнен в соответствии с известной технологией, вследствие чего его подробное описание не приводится.
В соответствии с настоящим изобретением сжигатель (20), имеющий указанную конструкцию, соединен со смесительной емкостью (30) для подачи тепла.
Смесительная емкость (30) выполнена в виде плотно закрытого сжигающего устройства. С одной стороны указанной емкости находится входное отверстие для инжектирования нефтеносного песка, а с другой стороны находится выходное отверстие для вывода наружу нагретого пара. Входное отверстие может быть закрыто открывающейся дверцей, а выходное отверстие связано трубопроводом с описанным выше устройством (40) для сбора нефти.
Кроме того, в нижней части смесительной емкости (30) на определенном расстоянии от дна расположена пористая разделительная пластина (31). Указанная пористая пластина (31) содержит множество отверстий, размер которых обеспечивает возможность передачи тепла от сжигателя (20) при отсутствии возможности прохождения сквозь них нефтеносного песка.
Кроме того, смесительная емкость (30) соединена со сжигателем (20) для получения от него тепла. В настоящем изобретении предлагается система трубопроводов для соединения указанных устройств. Кроме того, в смесительной емкости (30) осуществляется флюидизация за счет переноса тепла к нефтеносному песку с одного конца верхней части смесительной емкости и перемешивания песка. Для вывода нагретого пара, образующегося в результате этого процесса, предусмотрено выходное отверстие, и соответствующий выход (не показан) соединен трубопроводом с описанным ниже устройством (40) для сбора нефти.
Смесительная емкость (30) в соответствии с настоящим изобретением включает установленную внутри нее ножевую мешалку, вращающуюся от привода и обеспечивающую перемешивание нефтеносного песка. Для данной цели может использоваться любая известная конструкция перемешивающего устройства, вследствие чего его подробное описание не приводится.
Устройство (40) для сбора нефти представляет собой устройство, в котором осуществляется сбор нефти из нагретого пара, поступающего из смесительной емкости (30). В соответствии с настоящим изобретением извлечение и сбор нефти осуществляются за счет пропускания нагретого пара через по меньшей мере одно устройство для сбора нефти с использованием холодной конденсации или центрифугирования, после чего извлеченная и собранная нефть направляется в контейнер (50) для нефти.
Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением в устройстве (40) для сбора нефти может использоваться охладитель (41), соединенный трубопроводом со смесительной емкостью (30) и предназначенный для получения высокотемпературного пара с его последующим охлаждением и конденсацией со сбором нефти и ее последующей транспортировкой в контейнер (50) для нефти. Кроме того, возможно совместное использование охладителя (41) и циклона (43) для обеспечения первичного сбора содержащейся в паре нефти в охладителе (41) с последующим переносом пара через охладитель в циклон (43) для вторичного сбора содержащейся в нем нефти.
Устройство (40) для сбора нефти соединено трубопроводом со сжигателем (20) для обеспечения повторной подачи выделяемого из нефти высокотемпературного пара в сжигатель (20).
Для обеспечения переноса проходящего через устройство (40) для сбора нефти горячего пара в сжигатель (20) в трубопроводах, соединяющих устройство (40) для сбора нефти и сжигатель (20), установлена газодувка (55).
Средство (10) для подачи газа-носителя представляет собой элемент, обеспечивающий селективную подачу неконденсирующегося газа в линию циркуляции газа-носителя. Линия циркуляции газа-носителя представляет собой линию, проходящую через сжигатель (20), смесительную емкость (30) и устройство (40) для сбора нефти.
Устройство (10) для подачи газа-носителя включает емкость (11) для хранения неконденсирующегося газа, и регулирующий клапан (17), установленный в трубопроводе для обеспечения подачи находящегося в емкости (11) для хранения неконденсирующегося газа в линию циркуляции газа-носителя. Кроме того, устройство для подачи газа-носителя может содержать компрессор (13), установленный в трубопроводе, соединяющем линию циркуляции газа-носителя и емкость (11) для хранения неконденсирующегося газа, с целью обеспечения сбора неконденсирующегося газа, перемещаемого по линии циркуляции газа-носителя и его транспортировки в емкость (11) для хранения неконденсирующегося газа.
2
2
Неконденсирующийся газ, хранящийся в емкости (11) для хранения неконденсирующегося газа, состоит из по меньшей мере одного из следующих газов: диоксида углерода (CO), азота (N), метана, этана, пропана, бутана, пентана, аммиака, аргона либо смеси по на основе меньшей мере одного из перечисленных выше газов.
Позиция (15) соответствует конвейеру, предназначенному для введения нефтеносного песка в смесительную емкость (30). В соответствии с настоящим изобретением конвейер является одним из возможных вариантов устройства для введения нефтеносного песка в смесительную емкость (30), однако он не является единственным вариантом для достижения данной цели, которая может быть достигнута с использованием различных известных устройств, способных обеспечивать подачу нефтеносного песка.
Позиция (38) соответствует теплообменнику, используемому в качестве средства для повышения эффективности сбора нефти.
Функционирование рассмотренного выше устройства для извлечения сырой нефти из песка в соответствии с настоящим изобретением осуществляется следующим образом:
Во-первых, в сжигатель (20) поступает топливо и за счет его сгорания вырабатывается тепло, которое передается в смесительную емкость (30), соединенную трубопроводом со сжигателем (20). В смесительной емкости (30), в которую подается нефтеносный песок, осуществляется перемешивание в условиях герметичности или вакуума.
Таким образом песок, содержащий нефть, подвергается флюидизации в емкости (30), и при этом образуется пар, нагретый до высокой температуры.
Получаемый указанным образом пар, нагретый до высокой температуры, направляется по трубопроводам в устройство (40) для сбора нефти, и сбор нефти осуществляется при пропускании пара через устройство для сбора нефти за счет холодной конденсации или центрифугирования с использованием таких устройств, как охладитель (41) или циклон (43) и т.д. Выделяемая указанным способом нефть направляется по трубопроводам в контейнер (50) для нефти.
При этом нагретый до высокой температуры пар после сбора нефти, осуществляемого при прохождении через устройство (40) для сбора нефти, повторно подается в сжигатель (20).
Кроме того, для обеспечения циркуляции газа-носителя через сжигатель (20), смесительную емкость (30) и устройство для сбора нефти (40) к концу линии циркуляции газа-носителя присоединено средство (10) для подачи газа-носителя. Средство (10) для подачи газа-носителя обеспечивает подачу неконденсирующегося газа из емкости (11) для хранения неконденсирующегося газа в линию циркуляции газа-носителя с целью повышения эффективности флюидизации нефтеносного песка за счет нагрева с использованием косвенного источника тепла.
Возможно использование как одной смесительной емкости (30), как показано на фиг.1, так и двух и более смесительных емкостей, соединенных последовательно или параллельно, как показано на фиг.2.
На фиг.2 представлена схема, иллюстрирующая конструкцию устройства для извлечения сырой нефти из песка в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения. Устройство для извлечения сырой нефти из песка в данном примере аналогично по своей конструкции примеру, рассмотренному выше, но отличается тем, что смесительная емкость разделена на две секции.
Таким образом, в указанных примерах смесительная емкость (30) разделена на первую смесительную емкость (30'), в которой подаваемый в нее нефтеносный песок повергается флюидизации, и соединенную с первой смесительной емкостью (30') вторую смесительную емкость (30''), в которую по трубопроводам подается флюидизированный нефтеносный песок, загружаемый в первую смесительную емкость (30'). Вторая смесительная емкость (30'') соединена трубопроводами таким образом, чтобы получать тепло от сжигателя (20).
Кроме того, вторая смесительная емкость (30'') соединена трубопроводами таким образом, чтобы обеспечивать подачу нагретого до высокой температуры пара, содержащего образующуюся в процессе флюидизации нефтеносного песка нефть, в первую смесительную емкость (30'), при этом в первую смесительную емкость (30') из второй смесительной емкости (30'') подается нагретый до высокой температуры пар в качестве источника тепла, используемого для флюидизации нефтеносного песка, в результате которой образуется нагретый до высокой температуры пар.
Нагретый до высокой температуры пар, образующийся в первой смесительной емкости (30') или смесительной емкости (30), подается в устройство (40) для сбора нефти таким же способом, как описано в приведенном выше примере, для осуществления сбора нефти. Кроме того, используется средство (10) для подачи газа-носителя в линию циркуляции газа-носителя, по которой осуществляется циркуляция газа через сжигатель (20), смесительную емкость (30) и устройство (40) для сбора нефти.
Кроме того, в приведенных примерах предусмотрена возможность пропускания газа, прошедшего через устройство (40) для сбора нефти, через теплообменник (38) для обеспечения циркуляции газа через сжигатель (20) в условиях возрастающей температуры. Благодаря этому может быть обеспечено повышение эффективности процесса за счет использования отработанного тепла, выделяющегося в устройстве.
Кроме того, песок, загружаемый в смесительную емкость (30) после удаления содержащих нефть компонентов, выгружается из устройства наружу в нагретом до высокой температуры состоянии. В соответствии с настоящим изобретением может быть предусмотрена установка теплообменника для пропускания выгружаемого из устройства песка через трубопровод, соединенный со сжигателем (20).
Вместе с тем настоящее изобретение не ограничивается описанными выше примерами, и для специалистов, обладающих стандартным уровнем знаний в рассматриваемой области, очевидна возможность его различных модификаций, не выходящих за рамки идеи и сущности настоящего изобретения. Таким образом, подобные модифицированные примеры могут рассматриваться как находящиеся в рамках настоящего изобретения.