Спосіб витягування забруднюючих речовин зі стічних вод в процесі гідравлічного розриву пласта

Номер патенту: 110620

Опубліковано: 25.01.2016

Автор: Невін Дональд

Є ще 7 сторінок.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Спосіб витягування забруднюючих речовин зі стічних вод в процесі гідравлічного розриву пласта, що включає стадії:

(a) буріння свердловини від поверхні до основної маси підземного сланцю, що містить газ або нафту;

(b) вміщення труби в стовбур свердловини;

(c) створення отворів в трубі в гідравлічному зв'язку з тріщинами в основній масі сланцю;

(d) покривання внутрішньої поверхні щонайменше однієї секції труби поглинаючою забруднювач речовиною;

(t) закачування рідини під тиском в тріщини в основній масі сланцю;

(f) надання можливості рідині з основної маси сланцю повторно увійти в трубу і рухатися до поверхні через секцію труби з покриттям;

(g) надання можливості природному газу або нафті з сланцю увійти в трубу і рухатися до поверхні для відбору; і

(h) залишення секції труби з покриттям в землі.

2. Спосіб за п. 1, де стадія покривання внутрішньої поверхні щонайменше однієї секції труби включає нанесення покриття до вміщення труби в свердловину.

3. Спосіб за п. 1, де стадія покривання внутрішньої поверхні щонайменше однієї секції труби включає нанесення покриття після вміщення труби в свердловину.

4. Спосіб за п. 1, де забруднюючі речовини включають радіонукліди, і стадія покривання внутрішньої поверхні щонайменше однієї секції труби включає покривання внутрішньої частини щонайменше однієї секції труби поглинаючою радіонукліди речовиною.

5. Спосіб за п. 1, що додатково включає стадію покривання внутрішньої поверхні другої секції труби поглинаючою забруднювач речовиною.

6. Спосіб за п. 5, що додатково включає стадію покривання внутрішньої поверхні другої секції труби іншою поглинаючою забруднювач речовиною, ніж поглинаюча забруднювач речовина, нанесена на внутрішню поверхню щонайменше однієї секції труби.

7. Спосіб за п. 5, де друга секція труби віддалена щонайменше від однієї секції труби.

8. Спосіб за п. 1, де стовбур свердловини має вертикальну ділянку, і при цьому щонайменше одна секція труби розміщена у вертикальній ділянці.

9. Спосіб за п. 5, де стовбур свердловини має вертикальну ділянку, і де щонайменше одна секція труби і друга секція труби розміщені у вертикальній ділянці.

10. Спосіб за п. 1, де стадія покривання щонайменше однієї секції труби додатково включає стадію збільшення питомої поверхні всередині щонайменше однієї секції труби до нанесення покриття.

11. Спосіб за п. 10, де стадія збільшення питомої поверхні включає нанесення на внутрішню поверхню щонайменше однієї секції труби матеріалу, вибраного з наступної групи: нанотрубки, наноструктури, шорсткі матриці, сітка і цеоліт.

12. Спосіб за п. 1, де стадія покривання внутрішньої поверхні щонайменше однієї секції труби включає стадію вміщення всередину секції труби прокладки, що містить поглинаючу забруднювач речовину.

13. Спосіб за п. 1, де стадія покривання внутрішньої поверхні щонайменше однієї секції труби додатково включає стадію покривання внутрішньої поверхні щонайменше однієї секції труби другим покриттям з поглинаючої забруднювач речовини.

14. Спосіб за п. 1, де стадія покривання внутрішньої поверхні щонайменше однієї секції труби включає стадію напилення поглинаючої забруднювач речовини на внутрішню поверхню щонайменше однієї секції труби.

15. Спосіб за п. 1, де стадія покривання внутрішньої поверхні щонайменше однієї секції труби включає стадію нанесення смоли, що містить поглинаючу забруднювач речовину, на внутрішню поверхню щонайменше однієї секції труби.

16. Спосіб за п. 1, що додатково включає стадію створення турбулентності в рідині у міру того, як рідина проходить щонайменше через одну секцію труби.

17. Спосіб за п. 16, де стадія створення турбулентності включає стадію вміщення пропелера в потік рідини.

18. Спосіб за п. 16, де стадія створення турбулентності включає стадію створення виступів всередині секції труби з покриттям.

19. Спосіб витягування забруднюючих речовин зі стічних вод в процесі гідравлічного розриву пласта, що включає стадії:

буріння свердловини від поверхні до основної маси підземного сланцю, що містить газ або нафту;

вміщення труби в стовбур свердловини;

створення отворів в трубі в гідравлічному зв'язку з тріщинами в основній масі сланцю;

утворення рідини гідророзриву, що містить розклинювальні агенти, покриті поглинаючою забруднювач речовиною;

прокачування рідини гідророзриву, що містить розклинювальні агенти, через трубу і в основну масу сланцю так, що розклинювальні агенти залишаються в тріщинах сланцю;

надання можливості рідині повторно увійти в трубу з основної маси сланцю і пересуватися по трубі до поверхні; і

надання можливості газу або нафті з підданого гідророзриву сланцю увійти в трубу і переміщуватися до поверхні для відбору.

20. Спосіб витягування забруднюючих речовин з рідини, яка тече по трубі, що включає стадії: покривання внутрішньої поверхні щонайменше однієї секції труби поглинаючою забруднювач речовиною; надання можливості рідині пересуватися через секцію труби з покриттям; і витягування секції труби з покриттям.

Текст

Реферат: Спосіб починається з буріння свердловини від поверхні до основної маси підземного сланцю. Трубу вміщують в стовбур свердловини. У трубі створюють отвори в гідравлічному зв'язку з тріщинами в основній масі сланцю. Внутрішня поверхня щонайменше однієї секції труби покрита поглинаючою забруднювач речовиною. Рідину гідророзриву, що включає воду, пропанти і різні хімічні реагенти, закачують по трубі і в тріщини в основній масі сланцю. Рідина повторно входить в трубу з основної маси сланцю і переміщується до поверхні через секцію труби з покриттям, де забруднюючі речовини зв'язуються покриттям. Далі природний газ або нафта зі сланцю, що піддався розриву, надходить в трубу і пересувається до поверхні для відбору. Секція труби з покриттям залишається в землі постійно, так що зникає необхідність знешкодження поглинених забруднювачів. Як альтернатива, поглинаюча забруднювач речовина може бути нанесена на пропанти, які залишаються в тріщинах основної маси сланцю. Спосіб також може бути використаний в ситуаціях, не пов'язаних з видобутком газу або нафти, такого як витягування забруднюючих речовин з системи охолоджування ядерного реактора. UA 110620 C2 (12) UA 110620 C2 UA 110620 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Рівень техніки винаходу 1. Галузь техніки, до якої належить винахід Даний винахід стосується процесу видобутку підземного природного газу і нафти за допомогою гідравлічного розриву пласта, і зокрема, способу витягування забруднюючих речовин з стічних вод, що утворюються в процесі гідравлічного розриву пласта. 2. Опис відомого рівня техніки Інтенсивний горизонтальний гідравлічний розрив пласта, відомий також як "гідророзрив", є загальновідомим способом буріння для витягування природного газу і нафти з підземних покладів сланцевих порід. Процес гідророзриву включає закачування істотних кількостей рідини гідророзриву, що складається з води, змішаної з піском або іншими грубими частинками (відомими як "пропанти") і іншими хімічними реагентами в пласти сланців при високому тиску для утворення тріщин шляхом розриву породи з метою вивільнення газу або нафтових відкладень, що утримуються в основній масі сланцю. Тиск в породі і насосах примушує рідину гідророзриву надходити назад через свердловину до поверхні, де її збирають. Потім природний газ або нафта може витікати з підданих розриву сланцевих покладів зворотно по трубі і відбиратися на поверхні. Хоча процес гідророзриву дуже хороший при вивільненні природного газу і нафтових відкладень, які інакше було б не економічно добувати зі сланцевих порід, відведення стічних вод, використаних в процесі, створює серйозні проблеми для навколишнього середовища, оскільки вони забруднені різними хімічними реагентами, деякі з яких токсичні, а також радіоактивними речовинами, в тому числі радієм та іншими радіонуклідами. У результаті Агентство з охорони навколишнього середовища й інші державні установи стали брати участь в моніторингу здійснюваних процесів гідророзриву, оскільки стічні води, що утворюються, часто виявляються в джерелах водопостачання без належного очищення. Це відбувається в результаті того, що стічні води або проходять обробку на каналізаційно-очисних спорудах, не призначених для очищення води з даними типами забруднювачів, або не проходять очищення взагалі. Зрештою, стічні води можуть бути скинуті в ріки, які забезпечують населення питною водою. Вони також можуть виявитися у водоносних горизонтах, поверхневих ставках і озерах або будуть спрямовані в нагнітальні свердловини для поховання. Даний винахід стосується простого способу безпечного і економічного витягування забруднюючих речовин з стічних вод, що утворюються в процесі гідророзриву пласта. Винахід має перевагу, яка полягає в тому, що він не вимагає видалення забруднювачів, що витягуються, які можуть бути токсичними, радіоактивними або і те і інше, оскільки забруднювачі, що витягуються, залишаються під землею постійно. Забруднювачі або поглинаються в покритті пропантів, які постійно знаходяться в підданих розриву сланцевих покладах, або поглинаються в покритті поверхні труби в свердловині, яка залишається на місці в землі після завершення процесу витягування газу і нафти. Тому основною метою даного винаходу є створення способу видобування підземного природного газу і нафти за допомогою гідравлічного розриву пласта. Іншою метою даного винаходу є створення способу гідравлічного розриву пласта, в якому забруднювачі витягують з стічних вод до повернення стічних вод до поверхні. Іншою метою даного винаходу є створення способу гідравлічного розриву пласта, в якому забруднювачі витягують з стічних вод, використовуючи поглинаючу забруднювач речовину, яка знаходиться і залишається під землею. Іншою метою даного винаходу є створення способу гідравлічного розриву пласта, в якому забруднювачі витягують з стічних вод, використовуючи поглинаючу забруднювач речовину, яка може бути нанесена в трубі або до, або після того, як труба вміщена в землю. Іншою метою даного винаходу є створення способу гідравлічного розриву пласта, в якому забруднювачі витягують з стічних вод, використовуючи трубу з однією або декількома секціями, покритими поглинаючою забруднювач речовиною. Іншою метою даного винаходу є створення способу гідравлічного розриву пласта, в якому забруднювачі витягують з стічних вод, використовуючи трубу з секціями, покритими різними поглинаючими забруднювач речовинами. Іншою метою даного винаходу є створення способу гідравлічного розриву пласта, в якому забруднювачі витягують з стічних вод, використовуючи трубу з віддаленими одна від одної секціями, покритими однаковими або різними поглинаючими забруднювач речовинами. Іншою метою даного винаходу є створення способу гідравлічного розриву пласта, в якому забруднювачі витягують з стічних вод, використовуючи ділянку труби з покриттям. 1 UA 110620 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Іншою метою даного винаходу є створення способу гідравлічного розриву пласта, в якому забруднювачі витягують з стічних вод, використовуючи трубу з внутрішньою прокладкою, що містить поглинаючу забруднювач речовину. Іншою метою даного винаходу є створення способу гідравлічного розриву пласта, в якому забруднювачі витягують з стічних вод, використовуючи трубу, яка покрита складовими шарами поглинаючої забруднювач речовини. Іншою метою даного винаходу є створення способу гідравлічного розриву пласта, в якому забруднювачі витягують з стічних вод, використовуючи трубу, що має покриття з поглинаючої забруднювач речовини, розпиленої на внутрішній поверхні труби. Іншою метою даного винаходу є створення способу гідравлічного розриву пласта, в якому забруднювачі витягують з стічних вод, використовуючи поглинаючу забруднювач речовину, нанесену на внутрішню поверхню труби, що має шар, який збільшує питому поверхню труби. Іншою метою даного винаходу є створення способу гідравлічного розриву пласта, в якому забруднювачі витягують з стічних вод, використовуючи трубу з покриттям з поглинаючої забруднювач речовини, в якій створена турбулентність стічних вод. Іншою метою даного винаходу є створення способу гідравлічного розриву пласта, в якому забруднювачі витягують з стічних вод, використовуючи спеціально приготовану суміш поглинаючих забруднювач речовин. Іншою метою даного винаходу є створення способу гідравлічного розриву пласта, в якому забруднювачі витягують з стічних вод, використовуючи пропанти, покриті поглинаючою забруднювач речовиною. Коротка суть винаходу Відповідно до одного аспекту даного винаходу пропонується спосіб витягування забруднювачів з стічних вод в процесі гідравлічного розриву пласта. Спосіб даного винаходу починається з буріння свердловини від поверхні в основну масу сланцю. Трубу потім вміщують в стовбур свердловини і створюють тріщини в основній масі сланцю Внутрішня поверхня щонайменше однієї секції труби покрита поглинаючою забруднювач речовиною. Рідину гідророзриву закачують в основну масу сланцю, щоб розширити тріщини, створені в сланці. Стічні води в сланці повторно надходять в трубу з сланцю і проходять через секцію труби з покриттям, де забруднювачі зв'язуються покриттям, і далі до поверхні. Потім природний газ або нафта з сланцю, що піддався розриву, надходить в трубу і пересувається до поверхні для відбору. Секція труби з покриттям, що містить забруднювачі, залишається в свердловині. Стадія покривання внутрішньої поверхні щонайменше однієї секції труби включає нанесення покриття до або після вміщення труби в стовбур свердловини. Спосіб включає стадію покривання внутрішньої поверхні другої секції труби поглинаючою забруднювач речовиною. Друга секція труби може бути покрита тією ж або іншою поглинаючою забруднювач речовиною, ніж поглинаюча забруднювач речовина, нанесена на внутрішню поверхню першої секції труби. Далі, друга секція труби з покриттям може безпосередньо прилягати або знаходитися на відстані від першої секції труби з покриттям. Стовбур свердловини має вертикальну ділянку і звичайно має горизонтальну ділянку. Щонайменше одна секція труби з покриттям знаходиться в стовбурі свердловини. Секція труби з покриттям знаходиться переважно у вертикальній ділянці стовбура свердловини. Однак в деяких ситуаціях секція труби з покриттям може знаходитися в горизонтальній ділянці стовбура свердловини, або секції з покриттям можуть бути розташовані в кожній ділянці стовбура свердловини. Спосіб також включає стадію збільшення внутрішньої питомої поверхні секції труби перед нанесенням покриття. Це може бути досягнуто шляхом нанесення на внутрішню поверхню секції труби матеріалу, відібраного з наступної групи: нанотрубки, наноструктури, шорсткі матриці, сітка і цеоліт. Забруднювачі, які поглинаються секцією труби з покриттям, включають радіонукліди. Стадія покривання внутрішньої частини секції труби включає покривання внутрішньої частини секції труби речовиною, що поглинає радіонукліди. Стадія покривання внутрішньої поверхні секції труби може бути здійснена шляхом вміщення в трубу внутрішньої прокладки, що містить речовину поглинаючу забруднювач. Стадія покривання внутрішньої поверхні секції труби далі включає покривання внутрішньої поверхні секції труби другим покриттям поглинаючої забруднювач речовини. Друге покриття може бути нанесене зверху першого покриття у випадку, коли перше покриття більше не здатне поглинати забруднюючі речовини, стерлося або зношене іншим шляхом. Друге покриття може бути з тієї ж самої речовини або з іншої речовини, ніж перше покриття. 2 UA 110620 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Стадія покривання внутрішньої поверхні секції труби може бути здійснена шляхом нанесення або розпилення поглинаючої забруднювач речовини на внутрішню поверхню секції труби. Речовина може бути смолою, насиченою поглинаючою забруднювач речовиною. Спосіб далі включає стадію створення турбулентності всередині стічних вод, в міру того як стічні води рухаються через секцію труби з покриттям. Відповідно до іншого аспекту даного винаходу пропонується спосіб витягування забруднюючих речовин зі стічних вод в процесі гідравлічного розриву пласта. Спосіб даного винаходу починається з буріння свердловини від поверхні в основну масу газоносного сланцю. У стовбур свердловини потім вміщують трубу. Рідину гідророзриву, що містить пропанти, закачують під тиском в основну масу сланцю, щоб розширити тріщини в сланці. Пропанти потрапляють в тріщини сланцю і залишаються там, щоб зберігати тріщини відкритими. Зовнішні поверхні пропантів покривають поглинаючою забруднювач речовиною. Стічні води повторно входять в трубу з основної маси сланцю і переміщуються по трубі до поверхні. Природний газ або нафта з сланцю, що піддався розриву, надходить в трубу і переміщується до поверхні для відбору. Відповідно до іншого аспекту даного винаходу, що включає інші галузі застосування, крім гідророзриву, наприклад, витягування забруднювачів з рідини в системі охолоджування ядерного реактора, пропонується спосіб витягування забруднювачів з рідини, що тече через трубу. Спосіб включає стадії: покривання внутрішньої поверхні щонайменше однієї секції труби поглинаючою забруднювач речовиною; надання можливості забрудненій рідині рухатися через секцію труби з покриттям; і періодичної заміни секції труби з покриттям. Короткий опис декількох фігур креслень Для цих та інших таких цілей, які надалі можуть з'явитися, даний винахід стосується насамперед способу витягування забруднюючих речовин зі стічних вод в процесі гідравлічного розриву пласта, і у другу чергу способу витягування забруднюючих речовин з інших типів систем, що використовують труби, покриті поглинаючими забруднювач речовинами, як детально описано в нижченаведеному описі і викладено в прикладеній формулі винаходу, взятих разом з супроводжуючими кресленнями, на яких однакові номери позицій стосуються аналогічних частин, і на яких: Фіг. 1 є схематичним зображенням, що ілюструє майданчик свердловини гідророзриву з підземним стовбуром свердловини і трубою; Фіг. 2 є схематичним зображенням, що ілюструє горизонтальну секцію труби фіг. 1 і тріщини, створені в основній масі сланцю за допомогою рідини, що знаходиться під тиском гідророзриву, що містить пропанти; Фіг. 3 ілюструє збільшену ділянку тріщини сланцю, показаної на фіг. 2, з пропантом, що знаходиться там з покриттям; Фіг. 4 представляє поперечний розріз вертикальної секції труби фіг. 1, що ілюструє безпосередньо прилеглі першу і другу секції з поглинаючим забруднювач покриттям; Фіг. 5 представляє поперечний розріз вертикальної секції труби фіг. 1, що ілюструє роз'єднані першу і другу секції з поглинаючим забруднювач покриттям, одна з яких забезпечена пропелером, який викликає турбулентність; Фіг. 6 представляє поперечний розріз вертикальної секції труби фіг. 1, що ілюструє секцію з поглинаючим забруднювач покриттям, з серією виступів, які викликають турбулентність, і; Фіг. 7 є схематичним зображенням атомної електростанції, що ілюструє систему охолоджування, яка включає секцію труби з поглинаючим забруднювач покриттям відповідно до даного винаходу. Докладний опис винаходу Процес видобутку природного газу або нафти з підземних покладів сланцю за допомогою гідравлічного розриву пласта починається з буріння стовбура свердловини, який включає вертикальну ділянку і горизонтальну ділянку. Як показано на фіг. 1, після того, як поверхня над пластом сланцю 10 розчищена для створення майданчика свердловини 12, тимчасову бурову установку або бурову вежу 14 зводять на поверхні землі над покладом сланцю. Вертикальну ділянку свердловини 16 пробурюють через горизонт ґрунтових вод і в основну масу сланцю 10, звичайно на декілька тисяч футів нижче земної поверхні. Цементний шар (не показаний) може бути використаний для ізоляції вертикальної ділянки стовбура свердловини від ґрунтових вод. Головку бура спрямовують під кутом, щоб створити горизонтальну ділянку 18 свердловини, яка тягнеться через пласт сланцю 10 на декілька тисяч футів. Секції труби 20 знаходяться у вертикальній ділянці свердловини 16. Секції труби 22 знаходяться в горизонтальній ділянці свердловини 18. 3 UA 110620 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Свердловинний перфоратор (не показаний) опускають в горизонтальну секцію труби 22. Перфоратор створює вибухи, які пробивають горизонтальну секцію труби. Як показано на фіг. 2, вибухи створюють отвори в трубі так, що розриви або тріщини 24 в основній масі сланцю гідравлічно зв'язані з внутрішньою частиною труби. Рідина гідророзриву створюється шляхом змішування води з добавками, що включають пісок, керамічні гранули або інші грубі частинки, які називаються "пропантами" (оскільки тріщини "утримуються розкритими" грубими матеріалами, які розклинюють в розривах), змішаними з хімічними реагентами. Вода і пропанти становлять близько 98 % рідини гідророзриву. Інші 2 % рідини гідророзриву можуть включати кислоти, мастильні речовини, гелеутворювачі, регулятори pH, речовини, що сповільнюють руйнування гелю, речовинирегулятори заліза, інгібітори корозії, антибактерійні речовини, зшивні речовини, стабілізатори глин і/або неемульгуючі агенти. Конкретні хімічні реагенти, які додають у воду, і пропанти для одержання рідини гідророзриву залежать від геологічних особливостей місцевості і переваг бурової компанії. Рідину гідророзриву, що включає пропанти 33, закачують під високим тиском в трубу і через отвори в трубі до розширених тріщин 24 в пласті сланцю 10, щоб додаткові кількості природного газу або нафти, зв'язані в породі, могли бути вивільнені. Для кожної свердловини потрібно від 2 до 7 мільйонів галонів (7-26 млн. л) рідини гідророзриву. Як показано на фіг. 3, пропанти 33 потрапляють в тріщини 24 і залишаються на своєму місці в тріщинах, щоб зберігати тріщини відкритими. Природний пластовий тиск і насоси примушують рідину гідророзриву повторно входити в трубу через отвори, створені в трубі. Близько 30 % рідини гідророзриву буде просочуватися зворотно в трубу і підійматися до поверхні, де її зберуть. Ця рідина називається стічними водами або рідиною, що виноситься, як тільки вона повертається до поверхні. Стічні води є токсичними, що часто містять різні забруднюючі речовини, в тому числі сильнокорозійні солі, канцерогени, такі як бензол, і радіоактивні елементи, такі як радій, уран, торій, стронцій і цезій. Ці забруднюючі речовини можуть мати рівні концентрацій в декілька тисяч разів вищі, ніж дозволено стандартами якості питної води. Деякі із забруднюючих речовин зустрічаються природним чином на глибині тисяч футів під землею. Однак стічні води також містять токсичні речовини, які додають у воду для утворення рідини гідророзриву. Забруднені стічні води збирають на поверхні і зберігають в цистернах або у відкритих коморах на поверхні, доти, доки їх можна буде відвести. Як тільки етап гідророзриву завершений, бурову установку 14 прибирають, і починається етап видобутку газу або нафти. По мірі того, як стічні води йдуть, піщані зерна або керамічні гранули, що формують пропанти 33, залишаються затиснутими в тріщинах породи, зберігаючи тріщини розкритими, щоб газ або нафта, які знаходяться в породі під тиском могли легше виділятися. Природний газ або нафта витікають з тріщин 24 в сланці зворотно через перфорації в горизонтальній секції 22 труби. Газ або нафта підіймаються по вертикальній ділянці 20 труби до поверхні, де їх відбирають. Забруднені стічні води можуть транспортуватися на каналізаційно-очисні споруди для очищення. Однак каналізаційно-очисні споруди звичайно не призначені для адекватного очищення відходів з таким типом або рівнем забруднення. На більшості каналізаційно-очисних споруд навіть не потрібно контролювати рівень радіоактивних речовин у воді, що скидаються ними. Зрештою, стічні води можуть бути скинуті в ріки, які служать джерелом питної води. Як альтернатива, забруднені стічні води можуть підводитися до нагнітальних свердловин для підземного поховання або тимчасово зберігатися у відкритих коморах. Який би спосіб видалення відходів не використовувався, надходження в навколишнє середовище настільки забрудненої води, що містить неконтрольовані рівні радіоактивних речовин, викликає велику заклопотаність. Вчені Агентства з охорони навколишнього середовища та інших федеральних і державних урядових установ займаються вивченням проблеми і намагаються визначити ризики для здоров'я, пов'язані з відведенням таких забруднених стічних вод. Метою даного винаходу є виключити або щонайменше сильно знизити вміст забруднюючих речовин стічних вод простим і відносно недорогим способом, і в той же самий час, забезпечити постійне підземне зберігання витягнутих забруднювачів без додаткових витрат. В одному переважному варіанті здійснення даний винахід передбачає створення покриття або ізоляції 26 на внутрішній поверхні однієї або декількох секцій труби, переважно вертикальної секції труби, як показано на фіг. 4, 5 і 6. Покриття 26 може бути нанесене на внутрішню поверхню труби будь-яким способом, наприклад, розпиленням або нанесенням речовини пензлем на внутрішню поверхню труби. Покриття може бути нанесене перед або після вміщення секцій труби в стовбур свердловини. 4 UA 110620 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Покриття 26 складається з речовини, здатної поглинати забруднювачі, в тому числі токсичні і радіоактивні речовини, зі стічних вод, по мірі того, як вони протікають по трубі до поверхні. Секція труби з покриттям 26, з поглиненими забруднюючими речовинами, пов'язаними в покритті, залишиться в землі після завершення процесу гідророзриву, де вона буде залишатися назавжди, виключаючи необхідність відводити високотоксичні/радіоактивні поглинені речовини в навколишнє середовище. У зв'язку з цим потрібно зазначити, що державне регулювання дозволяє радіоактивним речовинам природного походження, що іноді називається абревіатурою NORM, залишатися в землі. Конкретна речовина, з якої формують покриття, буде залежати від забруднювачів, які необхідно витягнути. Крім того, склад стічних вод з часом може змінитися залежно від ряду факторів, що вимагають нанесення на внутрішню поверхню труби додаткових або інших поглинаючих забруднювач речовин. Для цієї мети в продажі є багато різних продуктів. Хімічна компанія Dow продає множину дрібнодисперсних іонообмінних смол під торговою маркою DOWEX для витягування частинок різних розмірів і пов'язаних частинок з рідин. Molycorp Minerals з Greenwood Village, Колорадо пропонує продукт під торговою маркою XSORBX ASP, який підходить для зв'язування миш'яку. Патент США № 4415677 описує використання композита полімерного гідроксиду цирконію в макропористій матриці для витягування сульфат-іонів. Eichrom Technologies LLC, Lisle, Іллінойс постачає ряд катіоно- і аніонообмінних смол, призначених для витягування специфічних речовин з рідин. ABSMaterials продає гібридну органічно-неорганічну нанотехнічну структуру, призначену для витягування вуглеводнів з води. Винахід забезпечує значну гнучкість і пристосовність залежно від забруднювачів, що витягуються й інших факторів, таких як технічні або нормативні аспекти або оптимізація виробничого процесу. Вибіркові секції труби 20 можуть бути покриті різними речовинами для створення покриттів 26' і 26" різних складів, щоб видаляти різні типи забруднюючих речовин на різних глибинах. Наприклад, може бути бажано або більш ефективно зв'язувати радій, використовуючи покриття 26' вздовж однієї секції труби 20, наприклад, на глибині від 6000 до 5500 футів (1,8-1,6 км) від поверхні, а уран за допомогою іншого покриття 26" вздовж другої секції труби, наприклад, на глибині від 5500 до 4000 футів (1,6-1,2 км) від поверхні. Секції труби з різними покриттями 26' і 26" можуть безпосередньо прилягати одна до одної, як показано на фіг. 4, або відстояти одна від одної, як показано на фіг. 5. Більше того послідовні покриття з однакових або різних матеріалів можуть використовуватися через якийсь час в одній і тій же секції труби. На фіг. 6 зображена секція труби з першим покриттям 26', покритим другим покриттям 30 з іншого матеріалу. Друге покриття 30 може складатися з іншої поглинаючої забруднювач речовини в порівнянні з поглинаючою забруднювач речовиною, яка утворює перше покриття 26', або може складатися з інертної речовини, призначеної для захисту покриття 26' від рідини гідророзриву на етапі гідророзриву процесу, і стираного покриття або покриття 26', що видаляється іншим чином, з відомою швидкістю для оголення покриття, на етапі збирання стічних вод процесу. У деяких випадках практичного застосування може бути бажано збільшити внутрішню питому поверхню секції труби, призначеної для покриття, перед покриванням поверхні секції труби поглинаючою забруднювач речовиною. Це може бути виконано шляхом нанесення шару 28 матеріалу, що збільшує питому поверхню, відібраного з наступної групи: нанотрубки, наноструктури, шорсткі матриці, сітка і цеоліт, на внутрішню поверхню труби перед нанесенням покриття 26', як показано на фіг. 6. Замість нанесення поглинаючої забруднювач речовини безпосередньо на внутрішню поверхню секції труби може бути бажано створити внутрішню прокладку, насичену термоотверднучою смолою, що містить поглинаючу забруднювач речовину. Прокладка може бути вміщена всередину секції труби в потрібному місці. Після цього гаряча рідина під тиском може закачуватися в прокладку для розширення прокладки впритул до внутрішньої поверхні труби і затвердіння смоли для утворення твердого шару, що містить матеріал покриття. Інший аспект даного винаходу передбачає використання пропантів, покритих поглинаючою забруднювач речовиною, як показано на фіг. 3, щоб зв'язати забруднювачі стічних вод замість або одночасно з вищеописаними покриттями труби. Цей аспект винаходу також стосується способу витягування забруднюючих речовин з стічних вод в процесі гідравлічного розриву пласта. Спосіб починається з буріння свердловини від поверхні в основну масу сланцю 10. Далі трубу вміщують в стовбур свердловини і створюють тріщини в основній масі сланцю за допомогою закачування під тиском рідини гідророзриву, утвореної з води і пропантів 33, в основну масу сланцю, щоб розширити тріщини в сланці. Пропанти 33 залишаються в тріщинах сланцю 24, щоб зберігати тріщини розкритими. Зовнішня поверхня пропантів 33 покрита 5 UA 110620 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 поглинаючою забруднювач речовиною 36, яка зв'язує забруднювачі з рідини гідророзриву, перед тим, як вона повторно надходить в трубу з основної маси сланцю і рухається по трубі до поверхні. Далі природний газ або нафта зі сланцю, що піддався розриву, надходить в трубу і пересувається до поверхні для відбору. Даний винахід також має застосування за межами процесу гідророзриву. Наприклад, спосіб даного винаходу може використовуватися для витягування радіоактивних речовин, наприклад, тритію і тритієвої води з охолоджуючої рідини в системі охолоджування атомної електростанції. Як проілюстровано на фіг. 7, яка показує схематичну атомну електростанцію 32, що має ядерний реактор 34, який охолоджується циркулюючою рідиною, що перекачується насосом 40 по змійовику 38, який оточує реактор 34, даний винахід може використовуватися для витягування забруднюючих речовин з охолоджуючої рідини, по мірі її циркуляції в системі охолоджування ядерного реактора. Забруднюючі речовини з охолоджуючої рідини, що протікає через секцію труби системи охолоджування, витягуються покриттям 42, що має поглинаючу забруднювач речовину, нанесену на внутрішню поверхню секції труби. По мірі того, як охолоджуюча рідина проходить через секцію труби з покриттям, забруднювачі витягуються. Періодично, секція труби з покриттям може бути витягнута з системи охолоджування і замінена новою секцією. Стара секція буде похована на режимному об'єкті. Тепер зрозуміло, що даний винахід насамперед стосується способу витягування забруднюючих речовин з стічних вод в процесі гідравлічного розриву пласта. Спосіб починається з буріння свердловини від поверхні до основної маси сланцю під землею. Трубу вміщують в стовбур свердловини. Рідину гідророзриву закачують під тиском в основну масу сланцю, щоб розширити тріщини в сланці. Внутрішня поверхня щонайменше однієї секції труби покрита поглинаючою забруднювач речовиною. Рідина гідророзриву під тиском повторно входить в трубу з основної маси сланцю і переміщується до поверхні через секцію труби з покриттям. Природний газ або нафта зі сланцю, що піддався розриву, надходить в трубу і пересувається до поверхні для відбору. Секція труби з покриттям залишається в землі. Винахід у другу чергу передбачає покривання зовнішньої поверхні пропантів в рідині гідророзриву поглинаючою забруднювач речовиною. У цьому варіанті здійснення, пропанти залишаються всередині тріщин, утворених в основній масі сланцю. Забруднювачі поглинаються речовиною на зовнішній поверхні перед тим, як рідина гідророзриву повторно входить в трубу. Як і в першому варіанті здійснення, забруднюючі речовини залишаються постійно під землею, виключаючи проблему видалення. Винахід також придатний для застосування поза зоною гідророзриву пласта. Наприклад, спосіб даного винаходу може використовуватися для витягування забруднюючих речовин з системи охолоджування атомної електростанції. Секцію труби системи охолоджування покривають шаром поглинаючої забруднювач речовини, таким чином, що забруднювачі безперервно витягуються з охолоджуючої рідини, в міру того як рідина проходить через секцію труби з покриттям. Періодично, секція труби з покриттям може зніматися і утилізуватися шляхом поховання під землею. Хоча тільки обмежене число переважних варіантів здійснення даного винаходу було описане з метою ілюстрації, очевидно, що багато які модифікації і варіанти можуть бути зроблені в доповнення. Мається намір охопити всі ці модифікації і варіанти, що знаходяться в межах об'єму даного винаходу, як визначається за допомогою наступної формули винаходу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Спосіб витягування забруднюючих речовин зі стічних вод в процесі гідравлічного розриву пласта, що включає стадії: (a) буріння свердловини від поверхні до основної маси підземного сланцю, що містить газ або нафту; (b) вміщення труби в стовбур свердловини; (c) створення отворів в трубі в гідравлічному зв'язку з тріщинами в основній масі сланцю; (d) покривання внутрішньої поверхні щонайменше однієї секції труби поглинаючою забруднювач речовиною; (t) закачування рідини під тиском в тріщини в основній масі сланцю; (f) надання можливості рідині з основної маси сланцю повторно увійти в трубу і рухатися до поверхні через секцію труби з покриттям; (g) надання можливості природному газу або нафті з сланцю увійти в трубу і рухатися до поверхні для відбору; і (h) залишення секції труби з покриттям в землі. 6 UA 110620 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 2. Спосіб за п. 1, де стадія покривання внутрішньої поверхні щонайменше однієї секції труби включає нанесення покриття до вміщення труби в свердловину. 3. Спосіб за п. 1, де стадія покривання внутрішньої поверхні щонайменше однієї секції труби включає нанесення покриття після вміщення труби в свердловину. 4. Спосіб за п. 1, де забруднюючі речовини включають радіонукліди, і стадія покривання внутрішньої поверхні щонайменше однієї секції труби включає покривання внутрішньої частини щонайменше однієї секції труби поглинаючою радіонукліди речовиною. 5. Спосіб за п. 1, що додатково включає стадію покривання внутрішньої поверхні другої секції труби поглинаючою забруднювач речовиною. 6. Спосіб за п. 5, що додатково включає стадію покривання внутрішньої поверхні другої секції труби іншою поглинаючою забруднювач речовиною, ніж поглинаюча забруднювач речовина, нанесена на внутрішню поверхню щонайменше однієї секції труби. 7. Спосіб за п. 5, де друга секція труби віддалена щонайменше від однієї секції труби. 8. Спосіб за п. 1, де стовбур свердловини має вертикальну ділянку, і при цьому щонайменше одна секція труби розміщена у вертикальній ділянці. 9. Спосіб за п. 5, де стовбур свердловини має вертикальну ділянку, і де щонайменше одна секція труби і друга секція труби розміщені у вертикальній ділянці. 10. Спосіб за п. 1, де стадія покривання щонайменше однієї секції труби додатково включає стадію збільшення питомої поверхні всередині щонайменше однієї секції труби до нанесення покриття. 11. Спосіб за п. 10, де стадія збільшення питомої поверхні включає нанесення на внутрішню поверхню щонайменше однієї секції труби матеріалу, вибраного з наступної групи: нанотрубки, наноструктури, шорсткі матриці, сітка і цеоліт. 12. Спосіб за п. 1, де стадія покривання внутрішньої поверхні щонайменше однієї секції труби включає стадію вміщення всередину секції труби прокладки, що містить поглинаючу забруднювач речовину. 13. Спосіб за п. 1, де стадія покривання внутрішньої поверхні щонайменше однієї секції труби додатково включає стадію покривання внутрішньої поверхні щонайменше однієї секції труби другим покриттям з поглинаючої забруднювач речовини. 14. Спосіб за п. 1, де стадія покривання внутрішньої поверхні щонайменше однієї секції труби включає стадію напилення поглинаючої забруднювач речовини на внутрішню поверхню щонайменше однієї секції труби. 15. Спосіб за п. 1, де стадія покривання внутрішньої поверхні щонайменше однієї секції труби включає стадію нанесення смоли, що містить поглинаючу забруднювач речовину, на внутрішню поверхню щонайменше однієї секції труби. 16. Спосіб за п. 1, що додатково включає стадію створення турбулентності в рідині у міру того, як рідина проходить щонайменше через одну секцію труби. 17. Спосіб за п. 16, де стадія створення турбулентності включає стадію вміщення пропелера в потік рідини. 18. Спосіб за п. 16, де стадія створення турбулентності включає стадію створення виступів всередині секції труби з покриттям. 19. Спосіб витягування забруднюючих речовин зі стічних вод в процесі гідравлічного розриву пласта, що включає стадії: буріння свердловини від поверхні до основної маси підземного сланцю, що містить газ або нафту; вміщення труби в стовбур свердловини; створення отворів в трубі в гідравлічному зв'язку з тріщинами в основній масі сланцю; утворення рідини гідророзриву, що містить розклинювальні агенти, покриті поглинаючою забруднювач речовиною; прокачування рідини гідророзриву, що містить розклинювальні агенти, через трубу і в основну масу сланцю так, що розклинювальні агенти залишаються в тріщинах сланцю; надання можливості рідині повторно увійти в трубу з основної маси сланцю і пересуватися по трубі до поверхні; і надання можливості газу або нафті з підданого гідророзриву сланцю увійти в трубу і переміщуватися до поверхні для відбору. 20. Спосіб витягування забруднюючих речовин з рідини, яка тече по трубі, що включає стадії: покривання внутрішньої поверхні щонайменше однієї секції труби поглинаючою забруднювач речовиною; надання можливості рідині пересуватися через секцію труби з покриттям; і витягування секції труби з покриттям. 60 7 UA 110620 C2 8 UA 110620 C2 9 UA 110620 C2 10 UA 110620 C2 11 UA 110620 C2 12 UA 110620 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 13

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Method for removing contaminants from wastewater in hydraulic fracturing process

Автори англійською

Nevin, Donald

Автори російською

Невин Дональд

МПК / Мітки

МПК: E21B 43/26, E21B 43/267, E21B 21/06

Мітки: речовин, розриву, спосіб, стічних, гідравлічного, вод, витягування, забруднюючих, пласта, процесі

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/15-110620-sposib-vityaguvannya-zabrudnyuyuchikh-rechovin-zi-stichnikh-vod-v-procesi-gidravlichnogo-rozrivu-plasta.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб витягування забруднюючих речовин зі стічних вод в процесі гідравлічного розриву пласта</a>

Подібні патенти