|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] 1. Герметично изолирующая система для хранения оседающих земляных материалов, содержащая: a) облицованный изолирующий накопительный резервуар с контролируемой проницаемостью, включающий донную часть, выпукло-выгнутую венечную часть и часть боковой стенки, соединенную с донной частью и выпукло-выгнутой венечной частью с образованием герметичного замкнутого объема, который ограничивает течение текучей среды наружу из облицованного изолирующего накопительного резервуара с контролируемой проницаемостью, причем указанный замкнутый объем имеет по меньшей мере один выпускной канал для текучей среды; и b) измельченный земляной материал, подвергающийся оседанию и заполняющий замкнутый объем, причем каждая из донной части, выпукло-выгнутой венечной части и части боковой стенки включает в себя, по меньшей мере, внутренний изоляционный слой и наружный непроницаемый герметизирующий слой, и причем облицованный изолирующий накопительный резервуар с контролируемой проницаемостью является полностью искусственно созданным подземным сооружением. 2. Система по п.1, в которой внутренний изоляционный слой и непроницаемый герметизирующий слой представляют собой сплошные слои в пределах донной части, выпукло-выгнутой венечной части и части боковой стенки. 3. Система по п.1, в которой внутренний изоляционный слой включает слой тонкозернистого материала и наружный непроницаемый герметизирующий слой включает слой гидратированной улучшенной бентонитом почвы. 4. Система по п.3, дополнительно содержащая непроницаемую наружную мембрану, смежную с наружной стороной наружного непроницаемого герметизирующего слоя. 5. Система по п.3, дополнительно включающая герметизирующий слой высокотемпературного асфальта, смежный с внутренней стороной слоя тонкозернистого материала. 6. Система по п.3, дополнительно включающая слой покрывающей породы поверх по меньшей мере части выгнутого венца. 7. Система по п.2, в которой измельченный земляной материал служит в качестве опоры для выгнутого выпуклого венца. 8. Система по п.7, в которой облицованный накопительный резервуар с контролируемой проницаемостью конфигурирован так, что, когда измельченный земляной материал внутри замкнутого объема оседает в результате удаления углеводородов, замкнутый объем будет сокращаться, и выпукло-выгнутая венечная часть будет уплощаться так, что площадь ее поверхности будет уменьшаться, в то же время непрерывно герметизируя замкнутый объем от наружной атмосферы. 9. Система по п.7, в которой по мере уплощения площади поверхности выпукло-выгнутой венечной части выгнутая венечная часть утолщается. 10. Система по п.3, в которой слой тонкозернистого материала является достаточным для создания температурного градиента так, что на внутренней поверхности тонкозернистого материала температура равна температуре нагретых измельченных земляных материалов, из которых извлекаются углеводороды изнутри замкнутого объема, и температура на наружной поверхности недостаточна для дегидратации слоя гидратированной улучшенной бентонитом почвы. 11. Система по п.10, в которой слой тонкозернистого материала конфигурирован для принятия и конденсации извлеченных углеводородов вместе с жидкими углеводородами изнутри замкнутого объема так, что углеводороды просачиваются вниз через указанный слой тонкозернистого материала с сопутствующей фильтрацией и удалением значительной части взвешенных дисперсных материалов из указанных углеводородов. 12. Система по п.1, в которой облицованный изолирующий накопительный резервуар с контролируемой проницаемостью сформирован путем одновременной засыпки материалов вертикально от дна облицованного изолирующего накопительного резервуара с контролируемой проницаемостью вверх так, что облицованный изолирующий накопительный резервуар с контролируемой проницаемостью представляет собой, по существу, несвязанный дисперсный материал, за исключением любой гидратированной улучшенной бентонитом почвы. 13. Система по п.1, в которой измельченный земляной материал выбирают из группы, состоящей из нефтеносного сланца, битуминозных песков, угля, загрязненной почвы, богатой металлом руды, бытовых отходов и их комбинаций. 14. Способ формирования герметично изолирующей системы для хранения оседающих земляных материалов по п.1, включающий стадии, на которых: a) готовят полость в виде карьера для заполнения герметично изолирующей системы, которая является полностью искусственно созданным подземным сооружением; b) размещают донную часть и часть боковой стенки, выпукло-выгнутую венечную часть облицованного изолирующего накопительного резервуара с контролируемой проницаемостью, размещают изоляционный слой и наружный непроницаемый герметизирующий слой, причем слои размещены в качестве многочисленных дисперсных материалов с предварительно заданным размещением в порядке от дна вверх так, чтобы сформировать массив из дисперсных материалов, имеющий сердцевинный массив из измельченного земляного материала, окруженный внутренним изоляционным слоем и наружным непроницаемым герметизирующим слоем; c) размещают измельченный земляной материал в облицованный изолирующий накопительный резервуар с контролируемой проницаемостью; d) размещают верхнюю выпукло-выгнутую венечную часть облицованного изолирующего накопительного резервуара с контролируемой проницаемостью над измельченным земляным материалом для формирования герметично изолирующей системы вокруг измельченного земляного материала, причем верхняя выпукло-выгнутая венечная часть сконфигурирована для компенсации оседания измельченного земляного материала. 15. Способ по п.14, в котором многочисленные дисперсные материалы включают измельченный земляной материал, раздробленный тонкозернистый материал в качестве внутреннего изоляционного слоя и улучшенную бентонитом почву в качестве наружного непроницаемого герметизирующего слоя. 16. Способ по п.14, в котором при засыпке сохраняют, по существу, горизонтальный верхний профиль по мере нарастания массива дисперсного материала. 17. Способ по п.14, дополнительно включающий прерывание засыпки по меньшей мере один раз и укладку трубопроводов, предназначенных для применения в качестве нагревательных и/или сборных трубопроводов.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
1. Герметично изолирующая система для хранения оседающих земляных материалов, содержащая: a) облицованный изолирующий накопительный резервуар с контролируемой проницаемостью, включающий донную часть, выпукло-выгнутую венечную часть и часть боковой стенки, соединенную с донной частью и выпукло-выгнутой венечной частью с образованием герметичного замкнутого объема, который ограничивает течение текучей среды наружу из облицованного изолирующего накопительного резервуара с контролируемой проницаемостью, причем указанный замкнутый объем имеет по меньшей мере один выпускной канал для текучей среды; и b) измельченный земляной материал, подвергающийся оседанию и заполняющий замкнутый объем, причем каждая из донной части, выпукло-выгнутой венечной части и части боковой стенки включает в себя, по меньшей мере, внутренний изоляционный слой и наружный непроницаемый герметизирующий слой, и причем облицованный изолирующий накопительный резервуар с контролируемой проницаемостью является полностью искусственно созданным подземным сооружением. 2. Система по п.1, в которой внутренний изоляционный слой и непроницаемый герметизирующий слой представляют собой сплошные слои в пределах донной части, выпукло-выгнутой венечной части и части боковой стенки. 3. Система по п.1, в которой внутренний изоляционный слой включает слой тонкозернистого материала и наружный непроницаемый герметизирующий слой включает слой гидратированной улучшенной бентонитом почвы. 4. Система по п.3, дополнительно содержащая непроницаемую наружную мембрану, смежную с наружной стороной наружного непроницаемого герметизирующего слоя. 5. Система по п.3, дополнительно включающая герметизирующий слой высокотемпературного асфальта, смежный с внутренней стороной слоя тонкозернистого материала. 6. Система по п.3, дополнительно включающая слой покрывающей породы поверх по меньшей мере части выгнутого венца. 7. Система по п.2, в которой измельченный земляной материал служит в качестве опоры для выгнутого выпуклого венца. 8. Система по п.7, в которой облицованный накопительный резервуар с контролируемой проницаемостью конфигурирован так, что, когда измельченный земляной материал внутри замкнутого объема оседает в результате удаления углеводородов, замкнутый объем будет сокращаться, и выпукло-выгнутая венечная часть будет уплощаться так, что площадь ее поверхности будет уменьшаться, в то же время непрерывно герметизируя замкнутый объем от наружной атмосферы. 9. Система по п.7, в которой по мере уплощения площади поверхности выпукло-выгнутой венечной части выгнутая венечная часть утолщается. 10. Система по п.3, в которой слой тонкозернистого материала является достаточным для создания температурного градиента так, что на внутренней поверхности тонкозернистого материала температура равна температуре нагретых измельченных земляных материалов, из которых извлекаются углеводороды изнутри замкнутого объема, и температура на наружной поверхности недостаточна для дегидратации слоя гидратированной улучшенной бентонитом почвы. 11. Система по п.10, в которой слой тонкозернистого материала конфигурирован для принятия и конденсации извлеченных углеводородов вместе с жидкими углеводородами изнутри замкнутого объема так, что углеводороды просачиваются вниз через указанный слой тонкозернистого материала с сопутствующей фильтрацией и удалением значительной части взвешенных дисперсных материалов из указанных углеводородов. 12. Система по п.1, в которой облицованный изолирующий накопительный резервуар с контролируемой проницаемостью сформирован путем одновременной засыпки материалов вертикально от дна облицованного изолирующего накопительного резервуара с контролируемой проницаемостью вверх так, что облицованный изолирующий накопительный резервуар с контролируемой проницаемостью представляет собой, по существу, несвязанный дисперсный материал, за исключением любой гидратированной улучшенной бентонитом почвы. 13. Система по п.1, в которой измельченный земляной материал выбирают из группы, состоящей из нефтеносного сланца, битуминозных песков, угля, загрязненной почвы, богатой металлом руды, бытовых отходов и их комбинаций. 14. Способ формирования герметично изолирующей системы для хранения оседающих земляных материалов по п.1, включающий стадии, на которых: a) готовят полость в виде карьера для заполнения герметично изолирующей системы, которая является полностью искусственно созданным подземным сооружением; b) размещают донную часть и часть боковой стенки, выпукло-выгнутую венечную часть облицованного изолирующего накопительного резервуара с контролируемой проницаемостью, размещают изоляционный слой и наружный непроницаемый герметизирующий слой, причем слои размещены в качестве многочисленных дисперсных материалов с предварительно заданным размещением в порядке от дна вверх так, чтобы сформировать массив из дисперсных материалов, имеющий сердцевинный массив из измельченного земляного материала, окруженный внутренним изоляционным слоем и наружным непроницаемым герметизирующим слоем; c) размещают измельченный земляной материал в облицованный изолирующий накопительный резервуар с контролируемой проницаемостью; d) размещают верхнюю выпукло-выгнутую венечную часть облицованного изолирующего накопительного резервуара с контролируемой проницаемостью над измельченным земляным материалом для формирования герметично изолирующей системы вокруг измельченного земляного материала, причем верхняя выпукло-выгнутая венечная часть сконфигурирована для компенсации оседания измельченного земляного материала. 15. Способ по п.14, в котором многочисленные дисперсные материалы включают измельченный земляной материал, раздробленный тонкозернистый материал в качестве внутреннего изоляционного слоя и улучшенную бентонитом почву в качестве наружного непроницаемого герметизирующего слоя. 16. Способ по п.14, в котором при засыпке сохраняют, по существу, горизонтальный верхний профиль по мере нарастания массива дисперсного материала. 17. Способ по п.14, дополнительно включающий прерывание засыпки по меньшей мере один раз и укладку трубопроводов, предназначенных для применения в качестве нагревательных и/или сборных трубопроводов.
Евразийское 027403 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.07.31
(21) Номер заявки 201200769
(22) Дата подачи заявки 2010.11.18
(51) Int. Cl.
B65D 88/02 (2006.01) B65G 5/00 (2006.01) F17C1/00 (2006.01)
(54) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ОСЕДАНИЯ
(31) 61/263,261 (56) EP-A1-0034023
(32) 2009 11 20 US-A1-20080190818
(32) US US-A1-20070039729
(33) US WO-A1-2005037536
(43) 2012.12.28
(86) PCT/US2010/057162
(87) WO 2012/102688 2012.08.02
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
РЕД ЛИФ РИСОРСИЗ, ИНК. (US)
(72) Изобретатель:
Пэттен Джеймс В. (US)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU)
(57) Представлен способ сохранения структурной целостности оседающей земляной структуры, герметичной для текучих сред, включающий формирование облицованной герметизированной инфраструктуры (100), содержащей выпукло-выгнутую венечную часть (120), донную часть (110) и части (115) боковой стенки, которые заключают в себе измельченный земляной материал (126) внутри замкнутого объема (125) так, что течение текучей среды из облицованного герметичного соединения ограничивается. Выгнутый венец уплощается, утолщается и сокращается по площади поверхности во время оседания измельченного земляного материала по мере удаления текучих сред. Выгнутому венцу придана форма во избежание растягивающих напряжений, которые в противном случае могут привести к разрушению или выходу из строя облицованной герметизированной структуры во время оседания. Кроме того, облицованная герметизированная структура может включать внутренний изоляционный слой и наружный непроницаемый герметизирующий слой, оказывающие уникальное действие, как здесь более подробно описано.
Родственная заявка
Заявка на данное изобретение испрашивает приоритет предварительной патентной заявки США № 61/263261, поданной 20 ноября 2009 г., которая включена в описание посредством ссылки.
Уровень техники
Глобальный и внутренний спрос на ископаемые топлива продолжает увеличиваться, несмотря на рост цен и прочие экономические и геополитические обстоятельства. Ввиду продолжения роста такого спроса соответственно расширяются поиски и исследования, направленные на выявление дополнительных экономически выгодных источников ископаемых топлив. К примеру, с давних пор были обнаружены колоссальные количества энергии, запасенные в отложениях нефтеносного сланца, угля и битуминозных песков. Однако эти источники остаются трудноразрешимой задачей в плане экономически конкурентоспособной добычи. Канадские битуминозные пески показали, что такие попытки могут быть плодотворными, хотя по-прежнему остаются многочисленные проблемы, в том числе воздействие на окружающую среду, качество продукта, производственные расходы и, помимо всего прочего, длительность производственного цикла.
Оценки всемирных ресурсов нефтеносных сланцев варьируют от двух до почти семи триллионов баррелей нефти, в зависимости от источника данных для оценки. Тем не менее, эти запасы представляют собой колоссальный объем и остаются, по существу, нетронутым ресурсом. Огромное число компаний и исследователей продолжает изучать и испытывать способы добычи нефти из таких запасов. В промышленности нефтеносных сланцев способы извлечения включали подземные каменные кратеры, созданные взрывами, in situ методы, такие как метод конверсии на месте залегания (in situ Conversion Process (ICP)) (компания Shell Oil), и нагревание внутри изготовленных из стали установок для сухой перегонки. Прочие методы включали in situ радиочастотное нагревание (микроволновым излучением) и "модифицированные" in situ процессы, в которых подземная шахтная разработка, буровзрывные работы и сухая перегонка сочетались для разрушения пласта, чтобы обеспечить лучшую теплопередачу и извлечение продукта.
Все типичные процессы обработки нефтеносных сланцев являются компромиссными в экономическом и экологическом отношении. Ни один из современных процессов сам по себе не удовлетворяет экономическим, экологическим и техническим требованиям. Более того, проблема глобального потепления обусловила принятие дополнительных мер для снижения выбросов диоксида углерода (CO2), которые связаны с такими процессами. Необходимы способы, которые выполняют требования органов экологического контроля, в то же время по-прежнему обеспечивая высокий объем экономически выгодной добычи нефти.
Концепции подземной in situ переработки возникают на основании их способности производить большие объемы, в то же время исключая расходы на горные работы. В то время как может быть обеспечена экономия за счет исключения горной разработки месторождения, in situ способ требует нагревания пласта в течение длительного периода времени вследствие исключительно низкой теплопроводности и высокой удельной теплоемкости твердого нефтеносного сланца. Возможно, наиболее существенной проблемой для каждого in situ процесса является неопределенность и долговременная возможность загрязнения воды, которое может происходить в подземных водоносных горизонтах с пресной водой. В случае метода конверсии на месте залегания (ICP) компании Shell в качестве барьера применяют "замороженную стенку", чтобы обеспечить разделение водоносных слоев и подземной зоны обработки. Долговременное предотвращение загрязнения все еще должно быть неопровержимо продемонстрировано, и есть мало средств устранения повреждений в случае разрушения замороженной стенки, так что желательны другие методы для исключения таких экологических рисков.
Один способ и система, которые разрешают эту проблему, раскрыты и заявлены в заявке Соединенных Штатов № 12/028,569, поданной 8 февраля 2008 г., которая включена в описание ссылкой во всей своей полноте. В этой заявке представлен способ извлечения углеводородов из углеводородсодержащих материалов, включающий стадию, в которой формируют сооруженную инфраструктуру с контролируемой проницаемостью. Эта сооруженная инфраструктура определяет, по существу, замкнутый объем. Добытый углеводородсодержащий материал, такой как нефтеносный сланец, может быть помещен в контролируемую инфраструктуру для формирования проницаемого массива из углеводородсодержащего материала. Проницаемый массив может быть нагрет в достаточной степени для преобразования и удаления из него углеводородов, оставляя истощенный сланец или другой земляной материал. Во время нагревания углеводородсодержащий материал может быть, по существу, неподвижным. Удаленные углеводороды могут быть собраны для дальнейшей переработки, использованы в процессе в качестве дополнительного топлива или добавок, и/или непосредственно применены без дополнительной обработки. Истощенный сланец или другой материал может быть оставлен в инфраструктуре. Контролируемая инфраструктура может включать полностью облицованные непроницаемые стенки или непроницаемые боковые стенки, по существу, с непроницаемыми подстилающим и покрывающим материалами.
Авторы настоящего изобретения понимали, что потенциальный недостаток этих способа и системы состоит в оседании обедненных углеводородами материалов внутри инфраструктуры с течением времени, обусловливая оседание покрывающей породы и любых покрывающих слоев ниже первоначального
уровня, потенциально до такой степени, что образуется вогнутая поверхность. Оседание инфраструктуры ниже уровня грунта может быть нежелательным по экологическим и мелиоративным соображениям. Кроме того, материалы, окружающие капсулу, часто обладают минимальной прочностью на растяжение или вообще ее не имеют. Эти материалы могут оказаться в напряженном состоянии параллельно поверхности венца капсулы, если поверхность капсулы оседает ниже горизонтальной плоскости с образованием все более вогнутой поверхности, и впоследствии могут отделиться или разрушиться, когда покрывающая порода инфраструктуры осядет, что обусловит открытый доступ содержимого внутри инфраструктуры в наружную окружающую среду. Обнажение истощенного сланца или других земляных материалов, которые могут содержать минимальные количества неизвлеченных углеводородов, тяжелые металлы и тому подобные, может быть нежелательным. Кроме того, также могут выделиться наружу газы, удерживаемые внутри инфраструктуры, или которые могут испаряться позднее.
По этой и прочим причинам, сохраняется потребность в способах и системах, которые могут обеспечить улучшенное извлечение углеводородов из подходящих углеводородсодержащих материалов, в то же время обеспечивая герметизацию и содержание обедненных углеводородами и других земляных материалов, которые испытывают оседание, вместе с тем избегая оседания ниже уровня грунта покрывающей породы или крыши инфраструктуры и покрывающих пород.
Сущность изобретения
Представлена герметично закрытая система для содержания оседающих земляных материалов, включающая облицованную герметизированную инфраструктуру, содержащую донную часть, выпукло-выгнутую венечную часть и часть сплошной боковой стенки, соединяющей донную часть и венечную часть с образованием герметично замкнутого объема, который ограничивает течение текучей среды за пределы облицованной герметично закрытой инфраструктуры. Замкнутый объем имеет по меньшей мере один выпускной канал для текучей среды, и выгнутый венец имеет выпуклый вверх сводчатый профиль. Замкнутый объем заполнен измельченным углеводородсодержащим материалом, таким как нефтеносный сланец, битуминозные пески, уголь и т.п. Облицованную герметизированную инфраструктуру формируют так, что, когда углеводороды удаляются из инфраструктуры и когда происходит оседание внутри замкнутого объема, замкнутый объем сокращается с сопутствующим сжатием выпукло-выгнутого венца, приводя к уменьшению высоты и площади поверхности венца и утолщению многослойного по высоте венца. Замкнутый объем остается герметизированным от наружной окружающей среды, и выпукло-выгнутый венец сконструирован так, что выгнутый венец, по существу, не переходит от выпуклого к вогнутому (от сжатия к растяжению) до завершения оседания, и достигается конечный уровень грунта.
Пол, выпукло-выгнутый венец и боковая стенка включают многочисленные слои с контролируемой проницаемостью, как более подробно описано далее. Слои могут включать внутренний изоляционный слой, такой как слой тонкозернистого материала. Обычно также имеется наружный непроницаемый герметизирующий слой, который является непроницаемым для перемещения текучей среды и обеспечивает удерживание текучей среды. Одним примером такого герметизирующего слоя является слой почвы, улучшенной бентонитом. При желании, внутреннюю поверхность инфраструктуры может формировать необязательный герметизирующий слой высокотемпературного асфальта, смежный с внутренней стороной изоляционного слоя.
Внутренние поверхности боковой стенки, пола и венца инфраструктуры являются проницаемыми для газов, паров и других текучих сред изнутри замкнутого объема, которые могут быть сконденсированы внутри слоя тонкозернистого материала и собраны любым желательным способом для дальнейшей обработки. Каждый слой, образующий инфраструктуру, имеет конкретное назначение, как будет разъяснено далее, и включает по меньшей мере один изоляционный слой и один герметизирующий слой.
Дополнительные признаки и преимущества изобретения будут понятными из нижеследующего подробного описания, которое иллюстрирует в качестве примера признаки изобретения.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет вид сбоку в разрезе инфраструктуры согласно одному показанному варианту исполнения, до проведения обработки для удаления углеводородов, причем замкнутый объем заполнен измельченным углеводородсодержащим материалом, и дополнительно показывает разнообразные слои, образующие пол, боковую стенку и выпукло-выгнутый венец, выступающий над существующим уровнем грунта.
Фиг. 2 представляет вид сбоку в разрезе инфраструктуры, показанной на фиг. 1, в которой выгнутый венец частично сжат вследствие оседания измельченного материала внутри замкнутого объема, с выпукло-выгнутым венцом, выступающим над существующим уровнем грунта в меньшей степени, чем показано на фиг. 1.
Фиг. 3 представляет вид сбоку в разрезе инфраструктуры, показанной на фиг. 1, в которой выпукло-выгнутый венец сжат, по существу, до горизонтальной плоскости, которая параллельна местной поверхности, вследствие оседания измельченного материала внутри замкнутого объема.
Фиг. 4 представляет вид сбоку в разрезе инфраструктуры, показанной на фиг. 1, в которой выпукло-выгнутый венец был сжат и затем частично расширился до вогнутой поверхности вследствие оседания измельченного материала внутри замкнутого объема.
Размеры, материалы и конфигурации представлены на фигурах только для удобства описания изобретения и могут не представлять точных относительных пропорций или альтернативных вариантов, которые рассматриваются как часть изобретения. Некоторые аспекты, ради наглядности, могут быть показаны преувеличенными или отличаться от реальных вариантов исполнения.
Подробное описание
Теперь будут сделаны ссылки на примерные варианты исполнения, и для их описания здесь будет использована специфическая терминология. Тем не менее, будет понятно, что это никак не предполагает ограничения области изобретения. Изменения и дополнительные модификации описанных здесь соответствующих изобретению признаков и дополнительные варианты применения принципов изобретения, описанных здесь, которые могли бы быть произведены специалистом, квалифицированным в соответственной технологии и располагающим этим описанием, должны рассматриваться в пределах области изобретения. Далее, прежде чем будут раскрыты и описаны конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, должно быть понятно, что настоящее изобретение не ограничивается конкретными способом и материалами, раскрытыми здесь, поскольку таковые могут в некоторой степени варьировать. Должно быть также понятно, что используемая здесь терминология применяется только с целью описания конкретных вариантов исполнения и не предполагается быть ограничивающей, так как область настоящего изобретения будет определена только пунктами прилагаемой патентной формулы и их эквивалентами.
Определения.
В описании и в патентной формуле настоящего изобретения будет употребляться следующая терминология.
Формы единственного числа включают множественные объекты, если только контекст четко не оговаривает иного. Так, к примеру, ссылка на "стенку" включает ссылку на одну или более таких конструкций, "проницаемый массив" включает указание на один или более таких материалов, и "стадия нагревания" имеет отношение к одной или более таких стадий.
Как здесь применяется, термин "существующий уровень грунта" или подобная терминология имеют отношение к уровню земли или плоскости, параллельной местному поверхностному рельефу в месте, содержащем инфраструктуру, как здесь описываемую, каковая инфраструктура может быть выше или ниже существующего уровня грунта. Однако для иллюстративных целей существующий уровень грунта будет описан как такой уровень ровного плоского грунта, по существу, ниже которого поверхность венца инфраструктуры согласно изобретению не должна перемещаться в любое время после удаления углеводородов и оседания материалов внутри инфраструктуры, тем самым препятствуя образованию вогнутой поверхности венца или возникновению растягивающего напряжения в венце, параллельного поверхности венца или направленного вдоль него.
Как здесь применяется или будучи конкретно упомянутыми, термины "ниже уровня грунта" и "земляная постель" имеют отношение к фундаменту несущей почвы или земли ниже сооруженной инфраструктуры.
Применяемый в описании термин "трубопроводы" имеет отношение к любому пропускному каналу, протяженному на конкретное расстояние, который может быть использован для транспортировки материалов и/или теплоты из одной точки в другую точку. Хотя трубопроводы в общем могут представлять собой трубы круглого сечения, могут быть также применимыми трубопроводы другого, некруглого профиля. Трубопроводы преимущественно могут быть использованы для введения текучих сред в проницаемый массив и/или для выведения текучих сред из него, для передачи теплоты путем транспорта текучих сред, и/или для перемещения горелок для природного газа, радиочастотных устройств, механизмов топливных элементов, резистивных нагревателей или прочих устройств.
Облицованная герметизированная инфраструктура в основном, по существу, не содержит ненарушенных геологических формаций, хотя инфраструктура может быть сформирована по соседству или в непосредственном контакте с ненарушенным пластом.
Применяемый в описании термин "измельченный" имеет отношение к разрушению пласта или крупных масс на куски. Измельченная масса может быть раздроблена взрывом или иным образом разрушена на фрагменты.
Применяемый в описании термин "углеводородсодержащий материал" имеет отношение к любому содержащему углеводороды материалу, из которого могут быть извлечены или произведены углеводородные продукты. Например, углеводороды могут быть извлечены непосредственно в виде жидкости, удалены с помощью экстракции растворителями, непосредственно испарены или иным образом удалены из материала. Однако многие углеводородсодержащие материалы содержат кероген, битум или разнообразные сорта угля, которые могут быть преобразованы в жидкие углеводороды или газ с меньшей молекулярной массой в результате нагревания и пиролиза. Углеводородсодержащие материалы могут включать, но не ограничиваются таковыми, нефтеносный сланец, битуминозные пески, каменный уголь, бурый уголь, битум, торф и другие органические материалы.
Как применяется здесь, термин "истощенный материал" или подобная терминология имеют отношение к обработанному углеводородсодержащему материалу, такому как нефтеносный сланец, битуми
нозные пески и тому подобные, из которых были удалены некоторая часть или все углеводороды.
Применяемый в описании термин "проницаемый массив" имеет отношение к любой массе измельченного углеводородсодержащего материала или другого земляного материала, имеющей относительно высокую проницаемость, которая превосходит проницаемость сплошного ненарушенного пласта с таким же составом. Подходящие проницаемые массивы могут иметь больше чем около 10% свободного поро-вого пространства и часто имеют свободный поровый объем от около 20 до 40%, хотя могут быть пригодными другие диапазоны. Создание высокой проницаемости, например, путем введения крупных частиц с неоднородной формой, облегчает нагревание массива путем конвекции газа как основного способа теплопереноса, в то же время также существенно снижая затраты, связанные с измельчением до очень мелких размеров, например ниже чем примерно 1-0,5 дюйма (25,4-12,7 мм).
Как применяется здесь, термины "стенка", "стенки", "боковая стенка" или "боковые стенки" имеют отношение к сооруженной сплошной многослойной стенке, имеющей изоляционные свойства и участвующей в контроле проницаемости для ограничения материала внутри замкнутого объема, определенного, по меньшей мере частично, контролируемыми стенками. Стенки типично являются вертикальными, но могут быть ориентированы любым функциональным образом. Потолки, полы и прочие контуры и части инфраструктуры, формирующие замкнутый объем, также могут быть "стенками", как применяется здесь, если только не оговорено иное.
Применяемый в описании термин "выгнутый венец" имеет отношение к многослойной выпуклой вершине или участку крыши на верхнем конце инфраструктуры, позиционированной поверх измельченного земляного материала и смежной с верхним концом стенки или боковой стенки, определяющей верхнюю часть замкнутого пространства.
Применяемый в описании термин "пол" имеет отношение ко дну замкнутого пространства, на который опирается или на котором закреплена стенка или боковая стенка. Донная часть инфраструктуры в основном смыкается со стенными частями.
Как применяется здесь, термины "выгнутый венец", "стенка" и "пол" используются для удобства в описании позиционирования в инфраструктуре, но разнообразные слои, образующие венец, стенку и пол, в основном могут представлять собой один непрерывный слой.
Применяемый в описании термин "добытый" имеет отношение к углеводородсодержащему или другому земляному материалу, который был извлечен или перемещен из первоначального стратиграфического или геологического местоположения во второе и иное местоположение, или возвращен в то же местоположение. Как правило, добытый материал может быть получен в результате взрывных работ, дробления, детонационного разрушения, бурения или иным путем удаления материала из геологической формации.
Применяемый в описании термин "тонкозернистый материал" имеет отношение к изоляционному контролируемому слою, формирующему одну часть пола, выгнутого выпуклого венца или стенки, включающему дисперсные неорганические или земляные материалы, такие как гравий, дробленая скальная порода, песок или подобные материалы, обычно имеющие размер частиц менее 2 дюймов (50,8 мм) в диаметре.
Применяемый в описании термин "улучшенная бентонитом почва", или "BAS", имеет отношение к герметизирующему контролируемому слою, образующему одну часть пола, выгнутого венца или стенки. Слой BAS обычно включает, по весу, около 6-12% бентонитовой глины; 15-20% воды, смешанной с почвой или легкодоступным заполнителем, часто с частицами, имеющими размеры менее 1 дюйма (25,4 мм) и гранулометрический состав с преобладанием самого тонкодисперсного материала, хотя могут быть предусмотрены отклонения от этих общих инструкций в такой мере, насколько гидратированная BAS может сохранять действенную герметизацию. Другими словами, слой BAS представляет собой гидрати-рованный слой. Будучи гидратированным, бентонитовый компонент разбухает в несколько раз относительно объема в сухом состоянии бентонитовой глины, тем самым герметизируя почву так, что этот материал становится пластичным и податливым.
Применяемый в описании термин "взвешенные дисперсные материалы" имеет отношение к неорганическим дисперсным материалам, которые часто находятся суспендированными в жидких углеводородах после добычи этих жидкостей. Хотя некоторые из этих взвешенных дисперсных материалов могут быть без труда отфильтрованы, удаление значительной части некоторых взвешенных дисперсных материалов с использованием традиционных подходов может быть весьма затруднительным.
Применяемый в описании термин "по существу, неподвижный" имеет отношение к почти стационарному расположению твердых материалов с допустимой степенью оседания, расширения и/или усадки по мере удаления углеводородов из углеводородсодержащего материала внутри замкнутого объема, оставляя после себя истощенный материал. Напротив, любая циркуляция и/или течение углеводородсо-держащего материала, которые имеют место в псевдоожиженных слоях или вращающихся ретортах, включают весьма интенсивное перемещение и транспортирование твердых частиц углеводородсодержа-щего материала.
Применяемый в описании термин "существенный", будучи употребляемым в отношении величины или количества материала или его специфических характеристик, имеет отношение к количеству, кото
рое является достаточным для достижения эффекта, каковой предназначены обеспечить материал или характеристика. Точная степень допустимого отклонения в некоторых случаях может зависеть от конкретного контекста. Подобным образом, выражение "по существу, не содержащий" или т.п. имеет отношение к отсутствию указанного элемента или средства в составе. В частности, элементы, которые указаны как "по существу, не содержащиеся", либо полностью отсутствуют в составе, либо наличествуют лишь в количествах, которые малы в достаточной мере, чтобы не оказывать измеримого влияния на состав.
Применяемый в описании термин "около" имеет отношение к степени отклонения, основанной на экспериментальной погрешности, типичной для конкретной определяемой характеристики. Диапазон, обусловленный термином "около", будет зависеть от конкретного контекста и конкретного свойства, и может быть без труда распознан квалифицированными специалистами в этой области технологии. Термин "около" не предполагает ни расширения, ни ограничения интервала эквивалентных значений, который во всем остальном может быть обусловлен конкретной величиной. Кроме того, если не оговорено нечто иное, термин "около" должен определенно включать "в точности", в согласии с нижеприведенным обсуждением относительно диапазонов и численных данных.
Концентрации, размеры, количества и прочие численные данные могут быть представлены здесь в формате диапазонов. Должно быть понятно, что такой диапазонный формат используется исключительно для удобства и краткости, и его следует интерпретировать гибко как включающий не только численные значения, явно указанные как пределы диапазона, но также включающий все индивидуальные численные значения или поддиапазоны, попадающие в пределы этого диапазона, как если бы каждое численное значение и поддиапазон были четко обозначены. Например, диапазон от около 1 до около 200 должен быть интерпретирован как включающий не только явно указанные пределы 1 и 200, но также включающий индивидуальные величины, такие как 2, 3, 4, и поддиапазоны, такие как от 10 до 50, от 20 до 100 и т.д.
Как применяется здесь, многочисленные объекты, конструкционные элементы, композиционные элементы и/или материалы могут быть представлены в общем списке для удобства. Однако эти списки должны быть истолкованы так, как если бы каждый представитель списка был индивидуально идентифицирован в качестве отдельного и уникального представителя. Таким образом, ни один индивидуальный представитель такого списка не должен толковаться как фактический эквивалент любого другого представителя из того же списка, только лишь на основании их представления в общей группе без указаний на нечто обратное.
Герметично закрытые системы.
Представлена герметично закрытая инфраструктура, которая может быть использована для удаления углеводородов или прочих материалов из измельченного углеводородсодержащего или другого земляного материала. Герметизированную инфраструктуру сооружают так, что после удаления углеводородов обедненные углеводородами материалы остаются на месте внутри инфраструктуры, и причем целостность инфраструктуры сохраняется после оседания измельченных материалов. Герметично закрытая система включает облицованную герметизированную инфраструктуру, включающую донную часть, выпукло-выгнутую венечную часть, и часть сплошной боковой стенки, соединяющей пол и венец с образованием замкнутого объема, который содержит измельченные материалы, и который ограничивает течение текучей среды за пределы облицованной герметизированной инфраструктуры.
Герметизированная инфраструктура имеет по меньшей мере один выпускной канал для текучей среды, и может иметь многочисленные выпускные каналы и впускные каналы для текучей среды, в зависимости от того, как систему используют для удаления углеводородов или других материалов. Выгнутый венец имеет выпуклый вверх сводчатый профиль, определяющий верхний конец замкнутого объема, и который примыкает к боковой стенке. Пол также примыкает к боковой стенке и может быть, по существу, горизонтальным или наклонным в сторону дренажной системы, если это желательно для сбора углеводородных текучих сред, выделенных по время обработки измельченных углеводородсодержащих материалов.
Как отмечено в цитированной выше заявке, находящейся одновременно на рассмотрении, способ извлечения углеводородов из углеводородсодержащих материалов может включать стадию, в которой формируют сооруженную инфраструктуру с контролируемой проницаемостью. Эта сооруженная инфраструктура определяет, по существу, замкнутый объем. Добытый или собранный углеводородсодержащий материал, который является твердым или, по меньшей мере, свободно не течет в условиях введения, может быть помещен в контролируемую инфраструктуру с образованием проницаемого массива из углево-дородсодержащего материала. Проницаемый массив может быть нагрет в достаточной степени для удаления из него углеводородов. Во время нагревания углеводородсодержащий материал может быть, по существу, неподвижным, так как сооруженная инфраструктура представляет собой зафиксированную структуру. Удаленные углеводороды (в том числе жидкости и газы) могут быть собраны для дальнейшей переработки, использованы в процессе в качестве дополнительного топлива или добавок, и/или применены без дополнительной обработки. Конкретные технологические стадии надлежащим образом раскрыты в предшествующей заявке, включенной здесь, и могут быть легко приспособлены для применения в
представленной здесь герметизированной инфраструктуре.
В альтернативном варианте, текучие среды могут быть извлечены из земляного материала любым числом способов, таких, но не ограничивающихся таковыми, как вымывание, экстрагирование растворителями (например, паровая экстракция, жидкостная экстракция), биологическая очистка, химическое окисление, термическое окисление и тому подобных. Эти способы могут быть использованы для удаления загрязнителей, токсичных элементов, летучих органических соединений или прочих нежелательных материалов, а также извлечения ценных материалов, таких как драгоценные металлы или другие металлы, и химические прекурсорные материалы. Так, земляной материал может включать загрязненную почву, богатую металлом руду, бытовые отходы и тому подобные. Некоторые из этих способов требуют нагревания, тогда как другие могут быть эффективно исполнены без нагревания. Поэтому, хотя используется непроницаемый герметизирующий слой, любые дополнительные слои, такие как изоляционный слой или прочие слои, не являются обязательными.
Сооруженная инфраструктура с контролируемой проницаемостью может включать накопительный резервуар с контролируемой проницаемостью, который определяет, по существу, замкнутый объем. Накопительный резервуар с контролируемой проницаемостью, по существу, может не содержать ненарушенных геологических формаций. Более конкретно, аспект контролируемой проницаемости накопительного резервуара может быть полностью искусственным и созданным руками человека как отдельный изолирующий механизм для предотвращения неконтролируемой миграции материала внутрь замкнутого объема или вовне из него, или для него могут быть использованы некоторые элементы поверхности выкопанного котлована. Например, в некоторых котлованах пол и стенки могли бы иметь достаточную естественную низкую проницаемость, чтобы слой улучшенной бентонитом почвы мог оказаться ненужным для участков инфраструктуры. Однако слой тонкозернистого материала все же может потребоваться для изоляции.
В одном аспекте облицованная герметизированная инфраструктура может быть сформирована вдоль стенок выкопанной залежи углеводородсодержащего материала. Например, нефтеносный сланец, битуминозные пески или каменный уголь могут быть добыты из залежи с образованием котлована, который приблизительно соответствует желательному замкнутому объему для герметично закрытой системы. Выкопанный котлован затем может быть использован в качестве формирующей и поддерживающей структуры для создания облицованной герметизированной инфраструктуры. В альтернативном аспекте вокруг поверхности наружной стенки инфраструктуры может быть сформирована берма, если инфраструктура частично или главным образом расположена выше уровня грунта.
Добыча и/или разработка углеводородсодержащих залежей открытым способом, измельчение их материала и размещение внутри инфраструктуры могут быть выполнены с использованием любого подходящего способа, такого как представленный в вышеупомянутой заявке.
Облицованная инфраструктура включает пол, боковую стенку, протяженную вверх от пола, и выгнутый выпуклый венец, выступающий вверх и над боковой стенкой, для формирования замкнутого объема. Каждый компонент из пола, боковой стенки и выгнутого венца может быть изготовлен из многочисленных слоев, включающих по меньшей мере один внутренний слой тонкозернистого материала или другого изоляционного материала, и один наружный слой из улучшенной бентонитом почвы или подобного барьерного для текучих сред материала. Необязательно, в дополнение к улучшенной бентонитом почве, в качестве барьера для текучих сред может быть применена наружная мембрана, которая дополнительно препятствует проходу текучих сред наружу из инфраструктуры. Наружная мембрана может служить как вторичный вспомогательный герметизирующий слой, если первичный герметизирующий слой по любой причине выйдет из строя. Внутренний слой из высокотемпературного асфальта или другого барьерного для текучих сред материала также может быть необязательно нанесен на внутреннюю поверхность слоя тонкозернистого материала и определять внутреннюю поверхность накопительного резервуара.
Объединенные многочисленные слои, формирующие герметизированную инфраструктуру, служат для такой изоляции инфраструктуры, что тепло внутри замкнутого объема сохраняется для облегчения удаления углеводородов из измельченного нефтеносного сланца, битуминозных песков или другого уг-леводородсодержащего материала. Изоляционные свойства слоя тонкозернистого материала являются такими, что градиент температуры по толщине этого слоя позволяет улучшенной бентонитом почве быть достаточно холодной, чтобы оставаться гидратированной. Пластичность слоя улучшенной бентонитом почвы герметизирует инфраструктуру для предотвращения утечки или прохода углеводородов наружу из инфраструктуры, за исключением выхода через предусмотренные конструкцией трубопроводы, конденсации в тонкозернистом материале или другими подходящими путями. Слой улучшенной бентонитом почвы также действует для предотвращения прохода паров углеводородов, жидких углеводородов и наружных водяных паров наружу из облицованной инфраструктуры. Кроме того, слой улучшенной бентонитом почвы является достаточно пластичным, чтобы быть сжимаемым, в частности, в сводчатом выпуклом венце, когда внутри замкнутого объема происходит оседание, тем самым поддерживая замкнутый объем в герметичном состоянии.
В определенных ситуациях изоляционный слой тонкозернистого материала может быть исключен
из инфраструктуры. Например, когда измельченный материал подвергают обработке альтернативными способами, которые не требуют подведения или генерирования тепла, такими как экстракция растворителями или вымывание, чтобы удалить из него материалы, изоляционный слой может быть необязательным. В таких вариантах исполнения замкнутый объем, содержащий измельченный материал, герметизируют от наружной атмосферы слоем гидратированной почвы, улучшенной бентонитом. Необязательно внутренняя поверхность слоя гидратированной улучшенной бентонитом почвы может быть облицована подходящими непроницаемыми мембранами. Хотя это не всегда является желательным, такая внутренняя облицовка может предотвращать взаимодействие между слоем гидратированной улучшенной бентонитом почвы и растворителями и/или промывными текучими средами, которые в противном случае могли бы реагировать со слоем BAS или повреждать его.
Будучи используемым, изоляционный слой чаще всего может быть сформирован слоем тонкозернистого материала. Обычно слой тонкозернистого материала может представлять собой дисперсный материал с частицами менее 2 дюймов (50,8 мм) в диаметре. Хотя могут быть пригодными другие материалы, слой тонкозернистого материала обычно может быть сделан из гравия, песка, раздробленного истощенного нефтеносного сланца или других дисперсных тонкозернистых материалов, которые не захватывают текучие среды или иным образом не препятствуют их течению через изоляционный слой. При выборе надлежащих дисперсных материалов и толщины слоя слой тонкозернистого материала может действовать как основной фактор изоляции. Внутренняя поверхность слоя тонкозернистого материала, смежная с подвергаемым кальцинированию нефтеносным сланцем, находится при температуре процесса кальцинирования. Наружная поверхность слоя тонкозернистого материала, смежная со слоем улучшенной бентонитом почвы, остается достаточно холодной, чтобы иметь температуру ниже температуры кипения воды, для сохранения гидратации слоя улучшенной бентонитом почвы. По существу имеет место значительный термический градиент по толщине слоя тонкозернистого материала в сторону наружной поверхности слоя тонкозернистого материала. Газы, образовавшиеся во время процесса кальцинирования, проникают через этот проницаемый слой тонкозернистого материала. Когда эти газы в достаточной мере охлаждаются в слое тонкозернистого материала (ниже температуры конденсации соответствующих газов), из газов могут конденсироваться жидкости. Эти жидкости по большей части представляют собой углеводороды, которые, по существу, не смачивают тонкозернистый материал, и затем стекают вниз через тонкозернистый материал на дно герметизированной инфраструктуры, где их собирают и удаляют.
Дополнительно, слой тонкозернистого материала служит в качестве фильтра для удаления взвешенных дисперсных материалов, присутствующих в углеводородах, когда собранные углеводороды сконденсировались, и образовавшиеся жидкости проходят вниз через слой тонкозернистого материала для сбора и удаления из инфраструктуры. Такие взвешенные дисперсные материалы привлекаются и прилипают к поверхности частиц тонкозернистого материала, приводя к тому, что собранные полученные углеводороды не содержат или, по существу, не содержат взвешенных дисперсных материалов. Таким образом, углеводороды просачиваются вниз через слой тонкозернистого материала с сопутствующей фильтрацией и удалением значительной части взвешенных дисперсных материалов из углеводородов.
Инфраструктура может быть сформирована с использованием любого подходящего подхода. Однако, в одном аспекте, структуру формируют, начиная с пола. Формирование стенки или стенок и заполнение огражденного участка измельченным земляным материалом могут быть выполнены одновременно в процессе вертикальной засыпки, где материалы укладывают в предварительно заданном порядке. Например, вдоль соответствующих мест над укладываемым материалом могут быть размещены многочисленные спускные желоба или другие механизмы для доставки дисперсных материалов. Избирательным регулированием объема доставляемых дисперсных материалов и места вдоль вида системы сверху, куда доставляют каждый дисперсный материал, слои и структура могут быть сформированы одновременно от пола до венца. Участки боковых стенок инфраструктуры могут быть сформированы как непрерывное расширение вверх по наружному периметру пола, и каждый присутствующий слой, слой улучшенной бентонитом почвы, слой тонкозернистого материала и, если таковые присутствуют, мембрану и/или асфальтовую облицовку, сооружают как непрерывное продолжение дубликата пола. Во время сооружения боковой стенки измельченный углеводородсодержащий материал может быть одновременно размещен на полу и внутри периметра боковой стенки так, что то, что станет замкнутым пространством, заполняется одновременно с нарастанием сооружаемой боковой стенки. Этим путем можно избежать внутренних подпорных стенок или других боковых ограничителей. Этот подход также можно отслеживать во время вертикального нарастания, чтобы проверять, что взаимное перемешивание на поверхностях раздела слоев находится в пределах приемлемых предварительно заданных допусков (например, для сохранения функциональности соответствующего слоя). Например, чрезмерное перемешивание BAS с тонкозернистым материалом может ухудшить герметизирующее действие слоя BAS. Этого можно избежать тщательной отсыпкой каждого смежного слоя по мере его нарастания и/или увеличением толщины насыпаемого слоя.
Когда процесс наслоения приближается к верхним частям, выпукло-выгнутый венец может быть сформирован с использованием тех же вышеописанных подающих механизмов, и только с регулированием местоположения и скорости отсыпки надлежащего материала, образующего венечный слой. На
пример, когда достигнута желательная высота боковой стенки, для формирования выпуклой насыпи или венца может быть добавлено достаточное количество измельченного углеводородсодержащего материала. Эта выпуклая насыпь или венец из измельченного углеводородсодержащего материала может выступать над воображаемой горизонтальной плоскостью, которая является, по существу, параллельной поверхности окружающей местности или существующему уровню грунта и которая может проходить через вершины боковых стенок герметизированной системы. Другими словами, внутри пространства, определяющего внутренний периметр изоляционного слоя, (например, потолок, пол и боковые стенки), будет иметь место переполнение таким материалом. Объем измельченного земляного материала, использованного для формирования венца, называется "объемом венца". Подобным образом, объем пространства, которое ограничено полом, боковыми стенками и вышеописанной воображаемой горизонтальной плоскостью, может быть назван "целевым объемом".
Желательный объем венца, необходимый для предотвращения чрезмерного оседания (то есть, оседания, которое приводит к объему, который является меньшим, чем целевой объем), может варьировать в зависимости от ряда факторов. Один фактор, который может влиять на желательный объем венца, представляет собой объем герметизированной системы. Еще одним фактором, который может влиять на желательный объем венца, является природа измельченного земляного материала, помещенного в герметично закрытую систему. Например, если герметично закрытая система включает измельченный нефтеносный сланец, то оседание может быть более значительным, нежели если бы измельченный материал был битуминозным песком. Подобным образом, нефтеносный сланец, содержащий большие количества углеводородсодержащего материала, может проявлять большее оседание, чем нефтеносный сланец, который имеет меньшие количества углеводородсодержащего материала. Подобным образом, размер частиц дисперсного материала может влиять на степень оседания, и то, является ли гранулометрический состав относительно широким или более узким. Еще один дополнительный фактор, который может влиять на желательный объем венца, может представлять собой глубину герметизированной системы, то есть, длину боковых стенок. Более глубокие герметизированные системы обычно требуют увеличенных объемов венца по сравнению с герметизированными системами, имеющими меньшую глубину. Когда достигается желательная степень переполнения, выпукло-выгнутый венец инфраструктуры может быть завершен размещением слоя тонкозернистого материала и слоя улучшенной бентонитом почвы поверх выпуклой насыпи. Как описано ранее, между выпуклой насыпью из измельченного углеводородсодер-жащего материала и слоем тонкозернистого материала необязательно может быть размещен внутренний асфальтовый слой, и поверх слоев улучшенной бентонитом почвы может быть необязательно размещен непроницаемый слой.
Независимо от конкретного подхода, применяемого для формирования инфраструктуры, в основном сначала формируют пол, что включает размещение необязательной наружной мембраны, слоя улучшенной бентонитом почвы и слоя тонкозернистого материала. Необязательно, асфальтовый слой может быть размещен как смежный с внутренней поверхностью слоя тонкозернистого материала. В зависимости от конкретного варианта сооружения, в осажденные дисперсные материалы необязательно могут быть внедрены нагревательные трубопроводы, сборные трубопроводы, трубопроводы для подведения текучих сред, сборные лотки и/или другие структуры. Тем самым формируют инфраструктуру, включающую замкнутое пространство, заполненное измельченным углеводородсодержащим материалом. Инфраструктура, как сформированная, также может иметь покрывающие слои, размещенные поверх выгнутого венца. Если герметично закрытая система должна быть сформирована ниже существующего уровня грунта, может быть приготовлена полость в виде карьера путем экскавации или в других подходящих этапах. Если подземное размещение не предполагается, то почва или другая подпорная берма может окружать боковую стенку и поддерживать материалы слоев, когда они укладываются.
Имея в виду вышеприведенное описание, фиг. 1 изображает вид сбоку одного варианта исполнения, показывающий герметизированную инфраструктуру 100 для извлечения углеводородов из измельченных углеводородсодержащих материалов 126. Показана инфраструктура 100, где существующую поверхность или выкопанный грунт 135 используют главным образом в качестве опоры для донной части 110 инфраструктуры. Донная часть 110 включает наружную мембрану 112, слой 113 улучшенной бентонитом почвы, изоляционный слой 114 тонкозернистого материала и, необязательно, внутренний асфальтовый слой 111. Сооружение вверх от донной части 110 представляет собой сплошную часть 115 боковой стенки, включающей наружную мембрану 119, слой 118 улучшенной бентонитом почвы, слой 117 тонкозернистого материала и, необязательно, внутренний асфальтовый слой 116. Как отмечено выше, при сооружении инфраструктуры 100 разнообразные слои могут быть сформированы одновременно от дна до верха. Кроме того, измельченный земляной материал 126, такой как нефтеносный сланец, битуминозные пески, уголь и тому подобные, могут быть помещены на пол и заполнять то, что станет замкнутым объемом 125 по мере сооружения стенок. В зависимости от размещения системы, наружная поверхность части 115 боковой стенки и донной части 110 могут поддерживаться бермой или, если копают котлован, основанием и стенками котлована. Каждая часть из пола, стенок и венца инфраструктуры в совокупности образуют изоляционный и герметизирующий слои. В общем же эти части слоев представляют собой сплошной слой, охватывающий измельченный земляной материал.
По завершении части 115 боковой стенки, и в зависимости от того, проводят ли заполнение одновременно или по отдельности, измельченный земляной материал 126 размещают внутри того, что станет замкнутым объемом 125, в количестве, достаточном для переполнения или выхода выше части 115 боковой стенки, для формирования выпуклой выгнутой насыпи. Выпуклый венец, или покровная часть 120, может быть сформирован поверх выгнутой насыпи из измельченного земляного материала 126, и примыкает к части 115 боковой стенки. Как и для пола и боковой стенки, выгнутый венец 120 может иметь многочисленные слои, включающие необязательную наружную мембрану 124, слой 123 улучшенной бентонитом почвы, слой 122 тонкозернистого материала и, необязательно, внутренний асфальтовый слой 121. При желании выгнутый венец также может быть покрыт покрывающей породой 136. Кроме того, материал, используемый в качестве покрывающей породы 136, может быть использован как боковая засыпка или настил для завалки или окружения инфраструктуры.
Разнообразные слои пола, боковой стенки и выгнутого венца находятся в непрерывном непосредственном контакте или сообщении с подобными материалами, например, так, что слои 114, 117 и 122 тонкозернистого материала составляют один сплошной слой, окружающий замкнутый объем. То же справедливо для наружных мембранных слоев 112, 119 и 124, слоев 113, 118 и 123 улучшенной бентонитом почвы и, если таковые используются, также может быть действительным для внутренних асфальтовых слоев 111, 116 и 121. Следует отметить, что толщина каждого слоя может не быть равномерной по всей инфраструктуре. Важно присутствие слоя, который является необходимым, и толщина каждого слоя не столь критична, при условии, что он действует соответственно своему предназначению.
Внутри замкнутого объема 125 могут быть размещены разнообразные трубопроводы для подведения тепла, растворителей, промывных текучих сред и тому подобных, и выведения извлеченных углеводородов, насыщенных растворителей и промывных экстрактов, как описано в цитированной выше заявке Соединенных Штатов № 12/028569, поданной 8 февраля 2008 г., которая включена здесь ссылкой во всей своей полноте. Многослойные пол, боковая стенка и выпукло-выгнутый венец обеспечивают изоляцию для сохранения тепла внутри замкнутого пространства для извлечения углеводородов из измельченного углеводородсодержащего материала. Внутри замкнутого объема 125 поддерживается избыточное давление, достаточное для гарантии того, чтобы воздух не проникал из окружающей атмосферы в герметизированную структуру. Некоторые углеводороды извлекаются в виде жидкостей, и некоторые как газы или пары. Внутри замкнутого пространства 125 имеет место некоторая конденсация углеводородов, и, наряду с извлеченными жидкими углеводородами, конденсат может быть удален изнутри замкнутого пространства с помощью дренажа или дренажных стоков (не показаны), надлежащим образом позиционированных внутри системы. Некоторые извлеченные газы или пары также могут проходить через внутреннюю поверхность замкнутого объема в слои тонкозернистого материала инфраструктуры, где имеет место температурный градиент между внутренней и наружной стенками тонкозернистого материала. В результате газы или пары охлаждаются и конденсируются. Жидкие конденсаты из таких паров или газов в слое тонкозернистого материала стекают вниз через такой слой, где они также удаляются из системы с помощью надлежащих дренажных устройств. Конденсация таких паров или газов в слое тонкозернистого материала, наряду с избыточным давлением внутри замкнутого объема, действует как самостоятельный конденсационный насос для выведения дополнительных паров или газов изнутри замкнутого объема в слой тонкозернистого материала для дальнейшей конденсации и удаления углеводородов.
Удаление углеводородов из измельченного углеводородсодержащего материала со временем вызывает оседание обедненного углеводородами материала внутри замкнутого объема. Такое оседание создает сжимающее напряжение в выгнутом выпуклом венце, который подобным образом оседает. Такое оседание приводит к сокращению площади поверхности венца, так как она уплощается и опускается вниз с сопутствующим увеличением толщины слоев в выгнутом выпуклом венце и, в частности, в слое улучшенной бентонитом почвы. Это обстоятельство сохраняет целостность замкнутого объема и предотвращает вскрытие его содержимого в наружную атмосферу.
Когда венец или выпуклая насыпь отсутствует, и верх закрытой системы до оседания является, по существу, параллельным существующему уровню грунта, удаление углеводородов из системы может приводить к оседанию внутри системы, которое может иметь результатом прогрессирующую все более вогнутую форму верха системы (см. фиг. 4). Это может обусловливать все нарастающие растягивающие напряжения в материалах на поверхности и вблизи поверхности. Эти материалы имеют относительно низкий предел прочности при растяжении, и поэтому могут не выдержать растяжения, приводя к трещинам или отверстиям в системе, которые могут обусловить нежелательную утечку соединений из системы в окружающую среду и могут открыть воде доступ в систему. Как обсуждалось выше, присутствие венца или выпуклой насыпи на вершине системы изменяет напряжения, испытываемые облицованной инфраструктурой системы, когда происходит оседание. Более конкретно, благодаря сводчатому контуру облицовки поверх венечного слоя, когда происходит оседание, напряжения внутри облицованной инфраструктуры главным образом являются скорее сжимающими напряжениями, нежели растягивающими напряжениями. Таким образом, когда венец оседает, слои совместно сжимаются, в частности, в угловых участках, и склонность слоев к разрушению значительно сокращается или устраняется.
Фиг. 2 представляет вид сбоку в разрезе, как на фиг. 1, иллюстрирующий уменьшение выпуклости
выпукло-выгнутого венца 120A вследствие оседания измельченных материалов 126A внутри замкнутого объема 125A.
Фиг. 3 представляет вид сбоку в разрезе, как на фиг. 1, иллюстрирующий, что первоначально выпуклый венец 120 сократил площадь поверхности до состояния венца 120B, который, по существу, занимает плоское положение, следуя за оседанием измельченных материалов 126B внутри дополнительно сократившегося замкнутого объема 125B. В этом положении общий рельеф местности, в которой размещена инфраструктура, возвращается, по существу, к тому состоянию окружающей среды, которое существовало до сооружения инфраструктуры и использования ее для удаления из нее углеводородов.
Фиг. 4 представляет вид сбоку в разрезе, как на фиг. 1, иллюстрирующий вогнутый венец 120C, который осел, по существу, до вогнутого положения с увеличенной площадью поверхности, которая является менее желательной, после оседания измельченных материалов 126C внутри замкнутого объема 125C. По мере прогрессирующего перемещения вниз и перехода формы венца от выпуклой к вогнутой сжимающие напряжения в венце (параллельно поверхности венца) уменьшаются и затем становятся растягивающими напряжениями (параллельно поверхности венца), что может приводить к разрушению венца, обусловливающему обнажение истощенных измельченных материалов внутри замкнутого объема 125C и возможное высвобождение или раскрытие нежелательных паров или других материалов в наружную окружающую среду.
Следует отметить, что материалы, использованные для слоя тонкозернистого материала и слоя улучшенной бентонитом почвы, не имеют значительной прочности при растяжении, так как они являются дисперсными и/или гидратированными материалами. Поэтому некоторая минимальная степень вогнутости может быть выдержана без утраты целостности инфраструктуры; однако такая выносливость является весьма ограниченной, так что при работе и проектировании инфраструктуры необходимо тщательно избегать значительной вогнутости в конечном состоянии инфраструктуры. Один фактор в определении степени выносливости представляет собой целостность инфраструктуры в отношении удерживания текучих сред внутри инфраструктуры, за исключением выведения через предназначенные для этого выпускные каналы. Степень переполнения для создания выгнутого венца будет зависеть от измельченного материала внутри замкнутого объема и ожидаемой степени оседания. Это может быть определено на основе рассмотрения каждого случая в отдельности, принимая во внимание углеводородсодержащий материал, размер и пористость земляного материала, содержащего углеводороды, и другие факторы, доступные квалифицированному специалисту в этой области технологии.
Должно быть понятно, что вышеуказанные компоновки являются иллюстративными для реализации принципов настоящего изобретения. Таким образом, в то время как настоящее изобретение было описано выше с привлечением примерных вариантов осуществления изобретения, квалифицированным специалистам в этой области технологии будет очевидно, что множество модификаций и альтернативных компоновок может быть сделано без выхода за пределы принципов и концепций изобретения, как изложенных в пунктах формулы.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Герметично изолирующая система для хранения оседающих земляных материалов, содержащая:
a) облицованный изолирующий накопительный резервуар с контролируемой проницаемостью,
включающий донную часть, выпукло-выгнутую венечную часть и часть боковой стенки, соединенную с
донной частью и выпукло-выгнутой венечной частью с образованием герметичного замкнутого объема,
который ограничивает течение текучей среды наружу из облицованного изолирующего накопительного
резервуара с контролируемой проницаемостью, причем указанный замкнутый объем имеет по меньшей
мере один выпускной канал для текучей среды; и
b) измельченный земляной материал, подвергающийся оседанию и заполняющий замкнутый объем,
причем каждая из донной части, выпукло-выгнутой венечной части и части боковой стенки вклю-
чает в себя, по меньшей мере, внутренний изоляционный слой и наружный непроницаемый герметизи-
рующий слой, и причем облицованный изолирующий накопительный резервуар с контролируемой про-
ницаемостью является полностью искусственно созданным подземным сооружением.
2. Система по п.1, в которой внутренний изоляционный слой и непроницаемый герметизирующий слой представляют собой сплошные слои в пределах донной части, выпукло-выгнутой венечной части и части боковой стенки.
3. Система по п.1, в которой внутренний изоляционный слой включает слой тонкозернистого материала и наружный непроницаемый герметизирующий слой включает слой гидратированной улучшенной бентонитом почвы.
4. Система по п.3, дополнительно содержащая непроницаемую наружную мембрану, смежную с наружной стороной наружного непроницаемого герметизирующего слоя.
5. Система по п.3, дополнительно включающая герметизирующий слой высокотемпературного асфальта, смежный с внутренней стороной слоя тонкозернистого материала.
6. Система по п.3, дополнительно включающая слой покрывающей породы поверх по меньшей ме
ре части выгнутого венца.
7. Система по п.2, в которой измельченный земляной материал служит в качестве опоры для выгнутого выпуклого венца.
8. Система по п.7, в которой облицованный накопительный резервуар с контролируемой проницаемостью конфигурирован так, что, когда измельченный земляной материал внутри замкнутого объема оседает в результате удаления углеводородов, замкнутый объем будет сокращаться, и выпукло-выгнутая венечная часть будет уплощаться так, что площадь ее поверхности будет уменьшаться, в то же время непрерывно герметизируя замкнутый объем от наружной атмосферы.
9. Система по п.7, в которой по мере уплощения площади поверхности выпукло-выгнутой венечной части выгнутая венечная часть утолщается.
10. Система по п.3, в которой слой тонкозернистого материала является достаточным для создания температурного градиента так, что на внутренней поверхности тонкозернистого материала температура равна температуре нагретых измельченных земляных материалов, из которых извлекаются углеводороды изнутри замкнутого объема, и температура на наружной поверхности недостаточна для дегидратации слоя гидратированной улучшенной бентонитом почвы.
11. Система по п.10, в которой слой тонкозернистого материала конфигурирован для принятия и конденсации извлеченных углеводородов вместе с жидкими углеводородами изнутри замкнутого объема так, что углеводороды просачиваются вниз через указанный слой тонкозернистого материала с сопутствующей фильтрацией и удалением значительной части взвешенных дисперсных материалов из указанных углеводородов.
12. Система по п.1, в которой облицованный изолирующий накопительный резервуар с контролируемой проницаемостью сформирован путем одновременной засыпки материалов вертикально от дна облицованного изолирующего накопительного резервуара с контролируемой проницаемостью вверх так, что облицованный изолирующий накопительный резервуар с контролируемой проницаемостью представляет собой, по существу, несвязанный дисперсный материал, за исключением любой гидратирован-ной улучшенной бентонитом почвы.
13. Система по п.1, в которой измельченный земляной материал выбирают из группы, состоящей из нефтеносного сланца, битуминозных песков, угля, загрязненной почвы, богатой металлом руды, бытовых отходов и их комбинаций.
14. Способ формирования герметично изолирующей системы для хранения оседающих земляных материалов по п.1, включающий стадии, на которых:
a) готовят полость в виде карьера для заполнения герметично изолирующей системы, которая является полностью искусственно созданным подземным сооружением;
b) размещают донную часть и часть боковой стенки, выпукло-выгнутую венечную часть облицованного изолирующего накопительного резервуара с контролируемой проницаемостью, размещают изоляционный слой и наружный непроницаемый герметизирующий слой, причем слои размещены в качестве многочисленных дисперсных материалов с предварительно заданным размещением в порядке от дна вверх так, чтобы сформировать массив из дисперсных материалов, имеющий сердцевинный массив из измельченного земляного материала, окруженный внутренним изоляционным слоем и наружным непроницаемым герметизирующим слоем;
c) размещают измельченный земляной материал в облицованный изолирующий накопительный резервуар с контролируемой проницаемостью;
d) размещают верхнюю выпукло-выгнутую венечную часть облицованного изолирующего накопительного резервуара с контролируемой проницаемостью над измельченным земляным материалом для формирования герметично изолирующей системы вокруг измельченного земляного материала, причем верхняя выпукло-выгнутая венечная часть сконфигурирована для компенсации оседания измельченного земляного материала.
15. Способ по п.14, в котором многочисленные дисперсные материалы включают измельченный земляной материал, раздробленный тонкозернистый материал в качестве внутреннего изоляционного слоя и улучшенную бентонитом почву в качестве наружного непроницаемого герметизирующего слоя.
16. Способ по п.14, в котором при засыпке сохраняют, по существу, горизонтальный верхний профиль по мере нарастания массива дисперсного материала.
17. Способ по п.14, дополнительно включающий прерывание засыпки по меньшей мере один раз и укладку трубопроводов, предназначенных для применения в качестве нагревательных и/или сборных трубопроводов.
15.
15.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
027403
- 1 -
(19)
027403
- 1 -
(19)
027403
- 1 -
(19)
027403
- 4 -
027403
- 12 -
027403
- 13 -
|
