Vylepšená regenerace ropy - Enhanced oil recovery

Tento článek je o procesech použitelných na konvenční ropná pole. Procesy aplikované na ropné písky viz ropné písky .
Injekční jamka slouží k lepší regeneraci oleje

Vylepšená těžba ropy (zkráceně EOR ), také nazývaná terciární obnova , je těžba ropy z ropného pole, které nelze těžit jinak. EOR může extrahovat 30% až 60% nebo více ze zásobníkového oleje, ve srovnání s 20% až 40% pomocí primárního a sekundárního využití . Podle amerického ministerstva energetiky se oxid uhličitý a voda vstřikují společně s jednou ze tří technik EOR: tepelné vstřikování, plynové vstřikování a chemické vstřikování. Pokročilejším spekulativním technikám EOR se někdy říká kvartérní obnova .

Metody

Existují tři základní techniky EOR: vstřikování plynu, tepelné vstřikování a chemické vstřikování. Vstřikování plynu, které využívá plyny, jako je zemní plyn , dusík nebo oxid uhličitý (CO 2 ), tvoří téměř 60 procent produkce EOR ve Spojených státech. Tepelné vstřikování, které zahrnuje zavedení tepla , tvoří 40 procent produkce EOR ve Spojených státech, přičemž většina z toho se vyskytuje v Kalifornii. Chemická injekce, která může zahrnovat použití molekul s dlouhým řetězcem nazývaných polymery ke zvýšení účinnosti povodní, představuje asi jedno procento produkce EOR ve Spojených státech. V roce 2013 byla do USA z Ruska zavedena technika zvaná Plasma-Pulse technology. Tato technika může mít za následek dalších 50 procent zlepšení stávající produkce vrtů.

Vstřikování plynu

Vstřikování plynu nebo mísitelné záplavy jsou v současné době nejběžněji používaným přístupem ke zlepšené těžbě ropy. Mísitelné zaplavení je obecný termín pro vstřikovací procesy, které do nádrže zavádějí mísitelné plyny. Mísitelný proces vytlačování udržuje tlak v nádrži a zlepšuje vytlačování oleje, protože se snižuje mezifázové napětí mezi ropou a plynem. To se týká odstranění rozhraní mezi dvěma interagujícími tekutinami. To umožňuje celkovou účinnost výtlaku. Mezi používané plyny patří CO 2 , zemní plyn nebo dusík. Nejčastěji používanou kapalinou pro mísitelné vytlačování je oxid uhličitý, protože snižuje viskozitu oleje a je levnější než zkapalněný ropný plyn . Vytěsnění oleje vstřikováním oxidu uhličitého závisí na fázovém chování směsí tohoto plynu a ropy, které jsou silně závislé na teplotě v zásobníku, tlaku a složení ropy.

Tepelné vstřikování

Hlavní článek: Vstřikování páry (ropný průmysl)
Technika zaplavování párou

V tomto přístupu se používají různé metody k zahřívání ropy ve formaci, aby se snížila její viskozita a/nebo se odpařila část oleje a tím se snížil poměr mobility. Zvýšené teplo snižuje povrchové napětí a zvyšuje propustnost oleje. Zahřátý olej se může také vypařit a poté kondenzovat za vzniku vylepšeného oleje. Metody zahrnují cyklické vstřikování páry, zaplavování párou a spalování. Tyto metody zlepšují účinnost rozmítání a výtlaku. Vstřikování páry se komerčně používá od 60. let v kalifornských polích. V roce 2011 byly v Kalifornii a Ománu zahájeny projekty na obnovu ropy využívající solární tepelnou energii , tato metoda je podobná tepelné EOR, ale k výrobě páry využívá solární pole.

V červenci 2015 Petroleum Development Oman a GlassPoint Solar oznámily, že podepsaly dohodu v hodnotě 600 milionů dolarů na vybudování solárního pole 1 GWth na ropném poli Amal. Projekt s názvem Miraah bude největším slunečním polem na světě měřeným špičkovou tepelnou kapacitou.

V listopadu 2017 společnost GlassPoint a Petroleum Development Oman (PDO) dokončila stavbu prvního bloku solární elektrárny Miraah bezpečně podle plánu a rozpočtu a úspěšně dodala páru na ropné pole Amal West.

V listopadu 2017 společnost GlassPoint a Aera Energy oznámily společný projekt na vytvoření největšího solárního pole EOR v Kalifornii na ropném poli South Belridge poblíž Bakersfieldu v Kalifornii . Předpokládá se, že zařízení bude produkovat přibližně 12 milionů barelů páry ročně prostřednictvím tepelného solárního parního generátoru 850 MW. Rovněž sníží emise uhlíku ze zařízení o 376 000 metrických tun ročně.

Parní záplavy

Parní záplava (viz náčrt) je jedním ze způsobů, jak do nádrže přivádět teplo čerpáním páry do studny se vzorem podobným jako při vstřikování vody. Nakonec pára kondenzuje na horkou vodu; v parní zóně se olej odpařuje a v zóně horké vody se olej rozpíná. V důsledku toho se olej rozpíná, viskozita klesá a propustnost se zvyšuje. Aby byl proces úspěšný, musí být cyklický. Toto je hlavní rozšířený program obnovy ropy, který se dnes používá.

  • Solar EOR je forma zaplavení párou, která využívá solární pole ke koncentraci sluneční energie k ohřevu vody a výrobě páry. Solar EOR se ukazuje jako životaschopná alternativa k výrobě plynné páry pro ropný průmysl .
Solární místo pro obnovu oleje

Požární záplavy

Požární povodeň funguje nejlépe, když je nasycení oleje a pórovitost vysoká. Spalování vytváří teplo v samotném zásobníku. Průběžné vstřikování vzduchu nebo jiné plynné směsi s vysokým obsahem kyslíku udrží přední část plamene. Jak oheň hoří, pohybuje se přes nádrž směrem k produkčním studnám. Teplo z ohně snižuje viskozitu oleje a pomáhá odpařovat vodu z nádrže na páru. Pára, horká voda, spalovací plyn a banka destilovaného rozpouštědla pohání olej před ohněm směrem k produkčním studnám.

Existují tři způsoby spalování: suché dopředné, zpětné a mokré spalování. Suchý vpřed používá k zapálení oleje zapalovač. Jak oheň postupuje, je olej odtlačován od ohně směrem k produkční studni. V opačném směru dochází ke vstřikování vzduchu a zapalování z opačných směrů. Při mokrém spalování se voda vstřikuje těsně za přední část a v horké skále se mění v páru. To uhasí oheň a šíří teplo rovnoměrněji.

Chemická injekce

Injekce různých chemikálií, obvykle jako zředěné roztoky, byly použity k podpoře pohyblivosti a snížení povrchového napětí . Vstřikování alkalických nebo žíravých roztoků do nádrží s olejem, jehož organické kyseliny se v oleji přirozeně vyskytují, bude mít za následek výrobu mýdla, které může dostatečně snížit mezifázové napětí , aby se zvýšila produkce. Injekce zředěného roztoku ve vodě rozpustného polymeru ke zvýšení viskozity vstřikované vody může zvýšit množství oleje získaného v některých formacích. Zředěné roztoky povrchově aktivních látek, jako jsou ropné sulfonáty nebo biosurfaktanty, jako jsou rhamnolipidy, mohou být vstřikovány za účelem snížení mezipovrchového napětí nebo kapilárního tlaku, který brání kapičkám oleje v pohybu zásobníkem, což je analyzováno z hlediska počtu vazeb , vztahujících kapilární síly ke gravitačním . Zvláště účinné při snižování mezifázového napětí mohou být speciální formulace oleje, vody a povrchově aktivní látky, mikroemulze . Aplikace těchto metod je obvykle omezena náklady na chemikálie a jejich adsorpcí a ztrátou na horninu formace obsahující olej. Ve všech těchto metodách se chemikálie vstřikují do několika jamek a produkce probíhá v jiných blízkých studnách.

Záplava polymeru

Povodeň polymeru spočívá ve smíchání molekul polymeru s dlouhým řetězcem se vstřikovanou vodou za účelem zvýšení viskozity vody. Tato metoda zlepšuje účinnost vertikálního a plošného zametání v důsledku zlepšení poměru mobility voda/olej.

Povrchově aktivní látky mohou být použity ve spojení s polymery; snižují povrchové napětí mezi olejem a vodou. Tím se sníží nasycení zbytkového oleje a zlepší se makroskopická účinnost procesu.

Primární povrchově aktivní látky obvykle obsahují ko-povrchově aktivní látky, látky zvyšující aktivitu a pomocná rozpouštědla, aby se zlepšila stabilita formulace.

Žíravá záplava je přidání hydroxidu sodného do injekční vody. Dělá to snížením povrchového napětí, zvrácením smáčivosti horniny, emulgací oleje, mobilizací ropy a pomáhá při čerpání ropy ze skály.

Mikrobiální injekce

Mikrobiální injekce je součástí mikrobiálně vylepšeného získávání oleje a používá se jen zřídka kvůli vyšším nákladům a protože vývoj není široce přijímán. Tyto mikroby fungují buď částečným štěpením dlouhých uhlovodíkových molekul, generováním biosurfaktantů nebo emitováním oxidu uhličitého (který pak funguje tak, jak je popsáno výše v části Plynová injekce ).

K dosažení mikrobiální injekce byly použity tři přístupy. V prvním přístupu jsou do ropného pole injektovány bakteriální kultury smíchané se zdrojem potravy ( běžně se používá sacharid, jako je melasa ). Ve druhém přístupu, používaném od roku 1985, jsou živiny vstřikovány do země, aby se živila stávající mikrobiální těla; tyto živiny způsobují, že bakterie zvyšují produkci přírodních povrchově aktivních látek, které běžně používají k metabolizaci ropy v podzemí. Poté, co jsou vstříknuté živiny spotřebovány, se mikroby dostanou do režimu blízkého vypnutí, jejich zevnějšek se stane hydrofilním a migrují do oblasti rozhraní olej-voda, kde způsobí, že se z větší olejové hmoty vytvoří olejové kapičky, což kapky zvýší. migrovat do vrtu. Tento přístup byl použit na ropných polích poblíž Four Corners a v Beverly Hills Oil Field v Beverly Hills v Kalifornii .

Třetí přístup se používá k řešení problému parafínových složek surové ropy, které mají tendenci se srážet, když ropa proudí na povrch, protože zemský povrch je podstatně chladnější než ložiska ropy (pokles teploty o 9–10– 14 ° C na tisíc stop hloubky je obvyklé).

Tekuté kapaliny oxidu uhličitého

Hlavní článek: Záplavy oxidu uhličitého

Oxid uhličitý (CO 2 ) je zvláště účinný v nádržích hlubších než 2 000 stop., Kde bude CO 2 v superkritickém stavu. Při vysokotlakých aplikacích s lehčími oleji je CO 2 mísitelný s olejem, s následným bobtnáním oleje a snížením viskozity a případně také se snížením povrchového napětí s rezervoárem. V případě nízkotlakých zásobníků nebo těžkých olejů vytvoří CO 2 nemísitelnou tekutinu nebo se s olejem smísí pouze částečně. Může dojít k bobtnání oleje a viskozitu oleje lze stále výrazně snížit.

V těchto aplikacích se polovina až dvě třetiny vstřikovaného CO 2 vrací s vyprodukovaným olejem a obvykle se znovu vstřikuje do zásobníku, aby se minimalizovaly provozní náklady. Zbytek je různými prostředky zachycen v olejové nádrži. Oxid uhličitý jako rozpouštědlo má tu výhodu, že je ekonomičtější než jiné podobně mísitelné tekutiny, jako je propan a butan .

Voda-střídavý plyn (WAG)

Vstřikování vody-střídavý plyn (WAG) je další technika používaná v EOR. Kromě oxidu uhličitého se používá i voda. Aby se nenarušily karbonátové útvary v ropných vrtech, používá se zde fyziologický roztok. Voda a oxid uhličitý se vstřikují do ropného vrtu pro větší využití, protože mají obvykle nízkou mísitelnost s ropou. Použití vody i oxidu uhličitého také snižuje mobilitu oxidu uhličitého, čímž je plyn účinnější při vytlačování ropy ve vrtu. Podle studie společnosti Kovscek umožňuje použití malých slimáků oxidu uhličitého a vody rychlé zotavení ropy. Navíc ve studii provedené Dangem v roce 2014 umožňuje použití vody s nižší slaností větší odstranění oleje a větší geochemické interakce.

Plazmový puls

Plasma-pulzní technologie je technika používaná v USA od roku 2013. Tato technologie pochází z Ruské federace na Státní báňské univerzitě v Petrohradě s financováním a pomocí inovačního centra Skolkovo . Vývojový tým v Rusku a nasazovací týmy v Rusku, Evropě a nyní USA testovaly tuto technologii ve vertikálních vrtech, přičemž téměř 90% vrtů vykazovalo pozitivní účinky.

Plasma-Pulse Oil Well EOR využívá nízkoenergetické emise k vytvoření stejného efektu, jaký může produkovat mnoho jiných technologií, kromě negativního ekologického dopadu. Téměř v každém případě se objem vody natažený olejem z úpravy před EOR místo snížení zvýší. Mezi současné klienty a uživatele nové technologie patří ConocoPhillips , ONGC , Gazprom , Rosneft a Lukoil .

Je založen na stejné technologii jako ruská pulzní plazmová tryska, která byla použita na dvou vesmírných lodích a v současné době se zdokonaluje pro použití v horizontálních vrtech.

Ekonomické náklady a přínosy

Přidání metod těžby ropy zvyšuje náklady na ropu - v případě CO 2 obvykle mezi 0,5–8,0 US $ za tunu CO 2 . Zvýšená těžba ropy je na druhé straně ekonomickým přínosem, přičemž příjmy závisí na převládajících cenách ropy . Pevnině EOR uhradil v rozsahu o čisté 10-16 USD za tunu CO 2 vstřikovaného cen ropy 15-20 US $ / barel . Převažující ceny závisí na mnoha faktorech, ale mohou určit ekonomickou vhodnost jakéhokoli postupu, přičemž více postupů a dražších postupů je ekonomicky životaschopných za vyšší ceny. Příklad: Při cenách ropy kolem 90 USD/barel je ekonomický přínos asi 70 USD za tunu CO 2 . US Department of Energy odhaduje, že 20 miliard tun zachyceného CO 2 by mohla produkovat 67 miliard barelů ekonomicky návratné oleje.

Předpokládá se, že využití zachyceného, antropogenního oxidu uhličitého , odvozeného z těžby uhelných zásob hnědého uhlí, k pohonu výroby elektrické energie a podpoře EOR ze stávajících a budoucích ropných a plynových vrtů nabízí mnohostranné řešení americké energetiky, životního prostředí a ekonomiky výzvy. Není pochyb o tom, že zdroje uhlí a ropy jsou konečné. USA jsou v silné pozici využít takové tradiční zdroje energie k zajištění budoucích potřeb energie, zatímco se zkoumají a vyvíjejí další zdroje. Pro uhelný průmysl CO 2 EOR vytváří trh s vedlejšími produkty zplyňování uhlí a snižuje náklady spojené se sekvestrací a skladováním uhlíku .

Od roku 1986 do roku 2008 se nabídka produkce ropy odvozená z EOR zvýšila z 0,3% na 5%, a to díky rostoucí poptávce po ropě a omezení dodávek ropy.

Projekty EOR s CO 2 ze zachycování uhlíku

Elektrárna Boundary Dam, Kanada

SaskPower ‚s Boundary Dam Power Station projekt dodatečně své uhelné elektrárny v roce 2014 s zachycování uhlíku a sekvestrace (CCS) technologie. Závod zachytí 1 milion tun CO
2každoročně prodal společnosti Cenovus Energy za účelem lepší těžby ropy na ropném poli Weyburn před prodejem aktiv společnosti Cenovus na Saskatchewanu v roce 2017 společnosti Whitecap Resources. Očekává se, že projekt vstříkne čistých 18 milionů tun CO 2 a získá dalších 130 milionů barelů (21 000 000 m 3 ) ropy, což prodlouží životnost ropného pole o 25 let ( Brown 2001 ) . Předpokládá se 26+ milionů tun (bez produkce) CO
2, které mají být uloženy v Weyburn, a dalších 8,5 milionu tun (čisté výroby), uložené na Weyburn-Midale Oxid uhličitý Project , což vede k čistému snížení atmosférického CO 2 CO 2 skladování v ložisko ropy. To odpovídá vyjmutí téměř 7 milionů aut ze silnice na rok. Vzhledem k tomu, že vstřikování CO 2 začalo koncem roku 2000, projekt EOR fungoval převážně podle předpovědí. V současné době se z pole produkuje přibližně 1600 m 3 (10 063 barelů) za den přírůstkového oleje.

Petra Nova, Spojené státy americké

Projekt Petra Nova využívá absorpci aminu po spalování k zachycení některých emisí oxidu uhličitého z jednoho z kotlů v elektrárně WA Parish v Texasu a transportuje jej potrubím do ropného pole West Ranch pro využití při zlepšené těžbě ropy.

Kemper Project, United States (zrušeno)

Energetické zařízení Kemper County společnosti Mississippi Power , neboli Kemper Project , mělo být prvním závodem svého druhu v USA, u kterého se očekávalo, že bude online v roce 2015. Jeho složka zplyňování uhlí byla od té doby zrušena a závod byla převedena na konvenční elektrárnu s kombinovaným cyklem na zemní plyn bez zachycování uhlíku. Southern Company dceřiná spolupracoval s americkým ministerstvem energetiky a dalšími partnery s cílem vyvinout čistší, levnější a spolehlivější metody pro výrobu elektřiny s uhlím, které také podporují tvorbu EOR. Technologie zplyňování byla určena k pohonu integrované zplyňovací elektrárny s kombinovaným cyklem . Díky jedinečné poloze projektu Kemper a jeho blízkosti k zásobám ropy byl navíc ideálním kandidátem pro lepší využití ropy.

Weyburn-Midale, Kanada

Produkce ropy Weyburn-Midale v průběhu času, před i po zavedení EOR do této oblasti.

V roce 2000, Saskatchewan je Weyburn-Midale ropná pole začal používat EHB jako způsob těžby ropy. V roce 2008 se ropné pole stalo největším úložištěm oxidu uhličitého na světě. Oxid uhličitý prochází 320 km potrubí ze zařízení na zplyňování v Dakotě . Odhaduje se, že projekt EOR bude skladovat asi 20 milionů tun oxidu uhličitého, vygeneruje asi 130 milionů barelů ropy a prodlouží životnost pole o více než dvě desetiletí. Tato stránka je také pozoruhodná, protože hostila studii o účincích EOR na blízkou seismickou aktivitu.

CO 2 EOR ve Spojených státech

Spojené státy používají CO 2 EOR již několik desetiletí. Více než 30 let ropná pole v permské pánvi implementují CO
2EOR s využitím CO z přírodních zdrojů
2z Nového Mexika a Colorada. Ministerstvo energetiky (DOE) odhaduje, že plné využití „příští generace“ CO 2 -EOR ve Spojených státech by mohlo generovat dalších 240 miliard barelů (38 km 3 ) obnovitelných zdrojů ropy. Rozvoj tohoto potenciálu by závisel na dostupnosti komerčního CO 2 ve velkých objemech, což by bylo možné umožnit rozšířeným využíváním zachycování a skladování uhlíku. Pro srovnání, celkové nerozvinuté americké domácí ropné zdroje, které jsou stále v zemi, představují více než 1 bilion barelů (160 km 3 ), přičemž většina z nich zůstává neobnovitelná. DOE odhaduje, že pokud by byl potenciál EOR plně realizován, státní a místní pokladny by kromě jiných ekonomických výhod získaly příjmy z budoucích licenčních poplatků , odstupného a státní daně z příjmu 280 miliard USD .

Hlavní překážkou využívání dalších výhod CO 2 EOR ve Spojených státech byla nedostatečná nabídka cenově dostupného CO 2 . V současné době existuje nákladový rozdíl mezi tím, co by si provoz ropného pole mohl dovolit platit za CO 2 za normálních tržních podmínek, a náklady na zachycování a přepravu CO 2 z elektráren a průmyslových zdrojů, takže většina CO 2 pochází z přírodních zdrojů. Použití CO 2 z elektráren nebo průmyslových zdrojů by však mohlo snížit uhlíkovou stopu (pokud je CO 2 uložen pod zemí). U některých průmyslových zdrojů, jako je zpracování zemního plynu nebo výroba hnojiv a ethanolu, je rozdíl v nákladech malý (potenciálně 10–20 USD/t CO 2 ). U jiných zdrojů CO 2 vytvořených člověkem , včetně výroby energie a různých průmyslových procesů, jsou náklady na zachycování vyšší a nákladová mezera se stává mnohem větší (potenciálně 30–50 USD/t CO 2 ). Iniciativa Enhanced Oil Recovery Iniciativa spojila vedoucí představitele průmyslu, ekologické komunity, pracovních sil a státních vlád, aby ve Spojených státech podpořili CO 2 EOR a odstranili cenovou mezeru.

V USA mohou regulace jak pomáhat, tak zpomalovat vývoj EOR pro použití při zachycování a využití uhlíku, jakož i obecnou produkci ropy. Jedním z hlavních předpisů upravujících EOR je zákon o nezávadné pitné vodě z roku 1974 (SDWA), který dává většinu regulační moci nad EOR a podobnými operacemi získávání ropy EPA . Agentura zase část této pravomoci delegovala na svůj vlastní program kontroly podzemních injekcí a velkou část zbytku tohoto regulačního úřadu na státní a kmenové vlády, což z velké části regulace EOR učinilo lokalizovanou záležitost podle minimálních požadavků SDWA. EPA poté shromažďuje informace od těchto místních vlád a jednotlivých studní, aby zajistila, že budou dodržovat celkovou federální regulaci, jako je například zákon o čistém ovzduší , který diktuje pokyny pro podávání zpráv o jakýchkoli operacích sekvestrace oxidu uhličitého. Kromě atmosférických starostí má většina těchto federálních směrnic zajistit, aby injekce oxidu uhličitého nezpůsobila žádné závažné poškození amerických vodních cest. Lokalita regulace EOR může celkově ztížit projekty EOR, protože různé standardy v různých regionech mohou zpomalit výstavbu a vynutit si oddělené přístupy k využívání stejné technologie.

V únoru 2018 Kongres prošel a prezident podepsal rozšíření daňových kreditů za zachycování uhlíku definovaných v oddíle 45Q kódu IRS pro vnitřní výnosy. Dříve byly tyto kredity omezeny na 10 USD/tunu a omezeny celkem na 75 milionů tun. V rámci expanze budou projekty zachycování a využívání uhlíku, jako je EOR, způsobilé pro daňový kredit ve výši 35 USD/tuna a sekvestrační projekty získají úvěr ve výši 50 USD/t. Rozšířený daňový kredit by byl k dispozici po dobu 12 let pro jakýkoli závod postavený do roku 2024 bez omezení objemu. Pokud budou tyto kredity úspěšné, „by mohly pomoci zachytit 200 až 2,2 miliardy metrických tun oxidu uhličitého“ a snížit náklady na zachycování a sekvestraci uhlíku z aktuálně odhadovaných 60 $/tunu v Petře Nova až na 10 $/tunu.

Dopady na životní prostředí

Vylepšené vrty pro těžbu ropy obvykle čerpají na povrch velké množství vyrobené vody . Tato voda obsahuje solanku a může také obsahovat toxické těžké kovy a radioaktivní látky . Pokud není řádně kontrolováno, může to obecně velmi poškodit zdroje pitné vody a životní prostředí. Likvidační studny slouží k prevenci povrchové kontaminace půdy a vody vstřikováním vyrobené vody hluboko pod zem.

Ve Spojených státech je činnost injekčních studní regulována Agenturou pro ochranu životního prostředí Spojených států (EPA) a státními vládami podle zákona o bezpečné pitné vodě . Za účelem ochrany zdrojů pitné vody vydala EPA předpisy pro kontrolu podzemní injekce (UIC). Vylepšené vrty pro těžbu ropy jsou regulovány jako vrty "třídy II" podle EPA. Předpisy vyžadují, aby provozovatelé vrtů reinjektovali solanku používanou k využití hluboko pod zemí do úložných vrtů třídy II.

Viz také

Reference

externí odkazy