Спосіб добування мінералів з вуглеводневого матеріалу з використанням спорудженої інфраструктури і зв’язаних з нею систем

Реферат: Заявлено спосіб добування мінералів з вуглеводневих матеріалів до, під час або після добування з них вуглеводнів, в якому: а) утворюють споруджену контролюючу проникність інфраструктури, що утворює по суті герметизований замкнений об'єм, б) вводять роздроблений вуглеводневий матеріал у зазначену інфраструктуру для утворення проникного пласта вуглеводневого матеріалу, в) приводять у контакт пласт вуглеводневого матеріалу з агентом, при цьому за допомогою агента добувають один або більше мінералів, г) пропускають добуті мінерали і агент назовні із замкненого об'єму, д) при цьому вуглеводневий матеріал є по суті нерухомим при приведенні в контакт пласта вуглеводневого матеріалу з агентом і при пропусканні добутих матеріалів і агента назовні із замкнутого об'єму. UA 103658 C2 (12) UA 103658 C2 UA 103658 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Рівень техніки Світовий і внутрішній попит на викопне паливо продовжує збільшуватися, незважаючи на ріст цін та інші економічні і геополітичні проблеми. Оскільки даний попит продовжує збільшуватися, відповідно, збільшуються дослідження і розробки у пошуках додаткових економічно життєздатних джерел викопного палива. Величезні джерела енергії знаходяться, наприклад, у родовищах горючих сланців, вугілля і бітумінозного піску. Однак, дані джерела як і раніше представляють тяжку задачу з погляду економічно конкурентноздатного видобування. Канадські бітумінозні піски показали, що дані зусилля можуть бути плідними, хоча усе ще зберігається багато проблем, у тому числі, крім інших, вплив на навколишнє середовище, якість продукції, витрати виробництва і тривалість виробничого циклу. Оцінки всесвітніх ресурсів горючих сланців варіюють від двох до майже семи трильйонів барелів нафти, залежно від джерела оцінки. Проте, дані ресурси являють собою величезний об'єм і залишаються практично непорушеними ресурсами. Численні підприємства і дослідники продовжують вивчати і випробовувати способи видобування нафти із зазначених ресурсів. У галузі горючих сланців способи видобування включають підземні бутові димоходи, створені вибухами, способи на місці видобування, у тому числі процес конверсії на місці видобування фірми Shell Oil, і нагрівання у виготовлених зі сталі ретортах. Інші способи включають радіочастотні (мікрохвильові) способи на місці видобування і "модифіковані" процеси на місці видобування, в яких об'єднані гірничі роботи, підривні роботи і перегонка у реторті для одержання буту із пласта, щоб забезпечити кращу теплопередачу і добування продукту. Типові способи переробки горючих сланців зіштовхуються з вибором компромісних економічних рішень і екологічних проблем. Жоден діючий спосіб окремо не відповідає економічним, екологічним і технічним вимогам. Крім того, проблеми глобального потепління приводять до додаткових заходів стосовно викидів діоксиду вуглецю (CO 2), що пов'язані із зазначеними способами. Потрібні способи, що забезпечують екологічне керування, одночасно забезпечуючи великотоннажне економічно ефективне виробництво нафти. Способи підземного видобування розроблені на підставі здатності виробляти великі об'єми при одночасному скороченні витрат на гірничі роботи. Хоча можна забезпечити скорочення витрат у результаті виключення гірничих робіт, спосіб підземного видобування потребує нагрівання пласта протягом більш тривалого періоду часу внаслідок вкрай низької теплопровідності і високої теплоємності сланців, обумовлених їх природою. Ймовірно, найбільш значна проблема будь-якої переробки на місці видобування являє собою невизначеність і довгострокову небезпеку забруднення води, що може виникати у підземних пластах, які містять прісну воду. У випадку способу конверсії на місці видобування фірми Shell, "заморожуючу стіну" використовують як бар'єр, щоб забезпечити розділення між водоносними шарами і областю підземної обробки. Хоча це можливо, жоден довгостроковий аналіз не зміг на тривалі періоди гарантувати запобігання забрудненню. За відсутності гарантій і з ще меншими засобами усунення несправностей, що можуть виникнути у заморожуючій стіні, бажані інші способи керування зазначеними ризиками для навколишнього середовища. З цієї та інших причин зберігається необхідність у способах і системах, які можуть забезпечити поліпшене добування вуглеводнів з відповідних матеріалів, що містять вуглеводні, і які мають прийнятні економічні умови і уникають зазначених вище недоліків. Суть винаходу Було визнано, що у будь-якому процесі видобування, що включає переробку вуглеводневих матеріалів, можуть існувати значні кількості мінералів, що присутні у матеріалах, які містять вуглеводні, що підлягають переробці. Зазначені мінерали можуть являти собою різні метали, крім лужних і лужноземельних металів, у тому числі благородні метали, аж до радіоактивних металів. У деяких випадках зазначені мінерали мають цінність, якщо їх можна добувати у відповідних кількостях. З іншого боку, зазначені мінерали можуть бути токсичними, таким чином їх добування з вуглеводневих родовищ може також виявитися корисним для навколишнього середовища. Отже, нейтралізація і/або видалення токсичних і радіоактивних матеріалів також є привабливими. По суті, мінерали можна виділяти до, під час або після добування вуглеводнів із зазначених родовищ. Зазначене добування часто здійснюють після видобування кількостей вуглеводнів, що добуваються. Основний спосіб добування вуглеводнів з вуглеводневих матеріалів може включати утворення спорудженої контролюючої проникність інфраструктури. Дана споруджена інфраструктура визначає, по суті, замкнений об'єм. Вуглеводневий матеріал, що добувається, можна вводити у контролюючу інфраструктуру для утворення проникного пласта вуглеводневого матеріалу. Проникний пласт можна нагрівати у достатній мірі для добування з 1 UA 103658 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 нього вуглеводнів. Під час нагрівання вуглеводневий матеріал може залишатися по суті нерухомим. Добуті вуглеводні можна збирати для подальшої переробки, використовувати у процесі як додаткове паливо або домішки і/або безпосередньо використовувати без подальшої обробки. Основний спосіб і пристрій для їх використання описані у патентній заявці США № 12/028569 даного заявника, поданій 8 лютого 2008 року і включеній у даний документ за допомогою посилання. Додаткові відмітні ознаки і переваги даного винаходу стануть очевидними з наведеного нижче докладного опису, що ілюструє, за допомогою прикладу, відмітні ознаки даного винаходу. Короткий опис креслень Фіг. 1 представляє схематичний бічний вигляд з частковим розрізом спорудженої контролюючої проникність інфраструктури відповідно до одного варіанта здійснення. Фіг. 2A і 2B представляють вигляди зверху та у плані множини контролюючих проникність накопичувальних резервуарів відповідно до одного варіанта здійснення. Фіг. 3 представляє бічний вигляд у розрізі контролюючого проникність накопичувального резервуара відповідно до одного варіанта здійснення. Фіг. 4 схематично зображує частину спорудженої інфраструктури відповідно до варіанта здійснення. Фіг. 5 схематично ілюструє теплопередачу між двома контролюючими проникність накопичувальними резервуарами відповідно до іншого варіанта здійснення. Слід зазначити, що дані креслення являють собою просто приклади декількох варіантів здійснення, які можна також використовувати у даному винаході, і вони не передбачають жодних обмежень обсягу даного винаходу. Крім того, дані креслення, як правило, не виконані у правильному масштабі, але складені з метою зручності і ясності в ілюстрації різних аспектів даного винаходу. Докладний опис Нижче наведені зразкові варіанти здійснення і для їх опису у даному документі буде використана особлива термінологія. Проте, буде зрозуміло, що жодне обмеження обсягу даного винаходу не передбачено. Зміни і додаткові модифікації відмітних ознак винаходу, описаних у даному документі, і додаткові застосування принципів даного винаходу, які описані у даному документі і які будуть виконані фахівцем у відповідній галузі техніки, який одержав даний опис, слід вважати такими, що входять в обсяг даного винаходу. Крім того, слід розуміти, що даний винахід не обмежений визначеним способом і матеріалами, описаними у даному документі, оскільки вони можуть змінюватися до деякої міри. Слід також розуміти, що термінологія, використовувана у даному документі, застосовується тільки з метою опису визначених варіантів здійснення і не призначена для обмеження, оскільки обсяг даного винаходу буде визначений тільки у доданій формулі винаходу і її еквівалентах. Визначення В описі і формулі даного винаходу буде використана наведена нижче термінологія. Форми однини включають форми множини, якщо інші умови чітко не визначені контекстом. Таким чином, наприклад, посилання на термін "стінка" включає посилання на одну або більше зазначених структур, "проникний пласт" включає посилання на один або більше зазначених матеріалів, і "стадія нагрівання" означає одну або більше зазначених стадій. Використаний у даному документі термін "існуючий рівень" або аналогічний термін означає рівень або площину, паралельну місцевій топографії поверхні ділянки, що містить інфраструктуру, яка описана у даному документі, причому дана інфраструктура може знаходитися вище або нижче існуючого рівня. Використаний у даному документі термін "трубопроводи" означає будь-який канал, що має визначену довжину, який можна використовувати для транспорту матеріалів і/або тепла з однієї точки в іншу точку. Хоча трубопроводи можуть звичайно являти собою круглі труби, можуть також виявитися корисними інші не круглі трубопроводи. Трубопроводи можна переважно використовувати для введення текучих середовищ у проникний пласт або виведення текучих середовищ з проникного пласта, здійснення теплопередачі і/або транспорту радіочастотних пристроїв, механізмів паливних елементів, резистивних нагрівачів або інших пристроїв. Використаний у даному документі термін "споруджена інфраструктура" означає структуру, яка є по суті повністю штучною, на відміну від заморожуючих стін, сірчаних стін або інших бар'єрів, що утворюються шляхом зміни або заповнення пор існуючого геологічного пласта. Споруджена контролююча проникність інфраструктура часто є по суті такою, що не містить непорушених геологічних пластів, хоча інфраструктура може бути утворена поряд або у безпосередньому контакті з непорушеним пластом. Така контролююча інфраструктура може бути вільною або прикріпленою до непорушеного пласта механічними засобами, хімічними 2 UA 103658 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 засобами або комбінацією зазначених засобів, наприклад, пригвинченою до пласта за допомогою якорів, стяжок або іншого відповідного обладнання. Використаний у даному документі термін "роздроблений" означає розбиття пласта або більшої маси на частини. Роздроблена маса може бути зруйнована або іншим чином розбита на фрагменти. Використаний у даному документі термін "вуглеводневий матеріал" означає будь-який матеріал, що містить вуглеводні, з якого можна виділяти або виробляти вуглеводневі продукти. Наприклад, вуглеводні можна виділяти безпосередньо у вигляді рідини, виділяти за допомогою екстракції розчинником, безпосередньо випаровувати або іншим способом виділяти з матеріалу. Однак, багато вуглеводневих матеріалів містять кероген або бітум, які конвертують у вуглеводні за допомогою нагрівання і піролізу. Вуглеводневі матеріали можуть включати, але не обмежуються цим, горючі сланці, бітумінозні піски, вугілля, лігніт, бітум, торф та інші органічні матеріали. Використаний у даному документі термін "відпрацьований вуглеводневий матеріал" означає матеріали, з яких були добуті вуглеводні, але які можна далі переробляти способами, описаними у даному документі. Використаний у даному документі термін "накопичувальний резервуар" означає структуру, призначену для збереження або утримання запасу текучого середовища і/або твердих сипучих матеріалів. Резервуар звичайно складає щонайменше суттєву частину земляного полотна і структурної опори від земляних матеріалів. Таким чином, контролюючі стінки не завжди мають незалежну міцність або структурну цілісність, не кажучи про земляний матеріал і/або пласт, у контакті з яким вони утворені. Використаний у даному документі термін "проникний пласт" означає будь-яку масу роздробленого вуглеводневого або відпрацьованого вуглеводневого матеріалу, що має відносно високу проникність, яка перевищує проникність твердого непорушеного пласта того самого складу. Відповідні проникні пласти можуть мати більш ніж приблизно 10 % порового простору і типово мають поровий простір від приблизно 30 % до 45 %, хоча й інші інтервали можуть бути придатними. Створення високої проникності спрощується, наприклад, завдяки введенню великих частинок неправильної форми, нагріванню пласта за допомогою конвекції як основної теплопередачі, одночасно також суттєво знижуючи витрати, пов'язані з роздробленням до дуже малих розмірів, наприклад, приблизно від 0,5 до 1 дюйма (12,7-25,4 мм). Використаний у даному документі термін "стінка" означає будь-яку споруджену конструкцію, що бере участь у контролі проникності для обмеження матеріалу у замкненому об'ємі, визначеного, щонайменше частково, контролюючими стінками. Стінки можуть бути орієнтовані будь-яким чином, у тому числі вертикально, хоча стелі, підлоги й інші контури, що визначають замкнений об'єм, можуть також являти собою "стінки" при використанні у даному документі. Використаний у даному документі термін "що добувається" означає матеріал, який був добутий або перенесений з вихідного стратографічного або геологічного положення у друге та інше положення або повернутий у те саме положення. Як правило, матеріал, що добувається, можна виробляти дробленням, руйнуванням, вибуховим детонуванням або добуванням матеріалу іншим способом з геологічного пласта. Використаний у даному документі термін "мінерал", як правило, означає будь-яку речовину, що не має тваринного або рослинного походження. Однак, один аспект являє собою добування або нейтралізацію металів, крім лужних або лужноземельних металів. Можна добувати перехідні метали будь-якої групи. Однак, метали, що підлягають добуванню і представляють особливий інтерес, означають метали, що мають комерційне значення або добування яких може виявитися корисним для навколишнього середовища внаслідок їх токсичності, радіоактивності або інших властивостей. Без наміру самообмеження, наприклад, цінні метали можна вибирати з групи, що включає Cu, Ag, Au, Pt, Mo, W, Ni і Pd. Метали, що можуть бути токсичними або радіоактивними, можуть включати Hg, Pb і U. Метали іноді класифікують як слідові метали, важкі метали, благородні метали і т. д. Однак, метали, які можна обробляти, обмежені тільки функціональністю. Використаний у даному документі термін "по суті нерухомий" означає приблизно стаціонарне розташування матеріалів з мірою допуску на осідання, розширення і/або усадку, оскільки вуглеводні виділяються з вуглеводневого матеріалу у замкненому об'ємі, залишаючи після себе збіднений матеріал. Навпаки, будь-які циркуляції і/або потоки вуглеводневого матеріалу, у тому числі виявлені у псевдозріджених шарах або обертових ретортах, включають дуже суттєвий рух і обертання вуглеводневого матеріалу. 3 UA 103658 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Використаний у даному документі термін "суттєвий", якщо він використовується стосовно кількості або величини матеріалу, або його визначеної характеристики, означає кількість, що є достатньою, щоб надати ефект, для виробництва якого були призначені даний матеріал або характеристика. Точна міра припустимого відхилення може у деяких випадках залежати від визначеного контексту. Аналогічним чином, "що по суті не містить" або подібний вираз означає відсутність визначеного елемента або агента у складі. Зокрема, елементи, що визначаються як "що по суті не містить", або повністю відсутні у складі, або містяться тільки у кількостях, що досить малі, щоб надавати вимірний ефект на склад. Використаний у даному документі термін "приблизно" означає міру відхилення на підставі експериментальної помилки, типової для даної властивості, що визначається. Інтервал, передбачений терміном "приблизно", буде залежати від визначеного контексту і даної властивості і може бути легко зрозумілий фахівцям у даній галузі техніки. Термін "приблизно" не призначений для розширення або обмеження кількості еквівалентів, яку можна в іншому випадку допустити для визначеного значення. Крім того, якщо не визначена інша умова, термін "приблизно" визначено включає термін "точно", відповідно до наведеного нижче обговорення стосовно інтервалів і чисельних значень. Концентрації, розміри, кількості та інші чисельні дані можуть бути представлені у даному документі у форматі інтервалів. Слід розуміти, що зазначений формат інтервалів використовують просто для зручності і стислості, і його слід тлумачити гнучко, включаючи не тільки чисельні значення, виразно зазначені як межі інтервалу, але також включаючи всі індивідуальні чисельні значення або підінтервали, що містяться у даному інтервалі, як якби було виразно зазначене кожне чисельне значення і підінтервал. Наприклад, інтервал від приблизно 1 до приблизно 200 слід тлумачити як такий, що включає не тільки виразно зазначені межі 1 і 200, але також включає індивідуальні значення, у тому числі 2, 3, 4, і підінтервали, у тому числі від 10 до 50, від 20 до 100 і т. д. Використану у даному документі множину предметів, структурних елементів, композиційних елементів і/або матеріалів можна представляти у загальному списку для зручності. Однак, дані списки слід тлумачити, як якби кожен предмет у списку був індивідуально визначений як окремий і специфічний предмет. Таким чином, жоден індивідуальний предмет зазначеного списку не слід тлумачити як фактичний еквівалент якого-небудь іншого предмета того самого списку винятково на основі їх представлення у загальній групі, якщо не зазначено зворотне. Добування мінералів з вуглеводневого матеріалу Спосіб добування вуглеводнів з вуглеводневих або відпрацьованих вуглеводневих матеріалів може включати утворення спорудженої контролюючої проникність інфраструктури, що визначає по суті замкнений об'єм. Вуглеводневий матеріал, що добувається або витягується, можна вводити у контролюючу інфраструктуру для утворення проникного пласта вуглеводневого матеріалу. Проникний пласт можна нагрівати у достатній мірі для добування з нього вуглеводнів. Під час нагрівання вуглеводневий матеріал є, по суті, нерухомим, оскільки споруджена інфраструктура являє собою фіксовану структуру. Добуті у вигляді текучого середовища вуглеводні можна збирати для подальшої переробки, використовувати у процесі і/або використовувати у добутому вигляді. Споруджену контролюючу проникність інфраструктуру можна побудувати з використанням існуючого рівня ґрунту як нижньої опори і/або як бічної стінки, що підтримує споруджену інфраструктуру. Наприклад, контролюючу інфраструктуру можна побудувати у вигляді структури, що вільно стоїть, тобто з використанням тільки існуючого рівня ґрунту як підлоги з виготовленими бічними стінками. Як альтернатива, контролюючу інфраструктуру можна побудувати у виритому котловані. Споруджена контролююча проникність інфраструктура може включати контролюючий проникність резервуар, що визначає по суті замкнений об'єм. Контролюючий проникність резервуар практично не містить непорушених геологічних пластів. Зокрема, контролюючий проникність резервуар можна повністю спорудити і побудувати як окремий ізоляційний механізм для запобігання неконтрольованій міграції матеріалу у замкнений об'єм або з нього. В одному варіанті здійснення контролюючий проникність резервуар можна побудувати вздовж стінок виритого родовища вуглеводневого матеріалу. Наприклад, горючі сланці, бітумінозні піски або вугілля можна добувати з родовища з утворенням заглиблення, що приблизно відповідає бажаному замкненому об'єму для резервуара. Вирите заглиблення можна потім використовувати як форму або опору для створення контролюючого проникність резервуара. В одному альтернативному аспекті, щонайменше одне додаткове вирите родовище вуглеводневого матеріалу можна утворити таким чином, що можна буде використовувати 4 UA 103658 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 множину резервуарів. Крім того, така конфігурація може спростити зменшення відстані транспортування матеріалу, що добувається. Зокрема, вуглеводневий матеріал, що добувається, для будь-якого визначеного замкненого об'єму можна добувати із сусіднього виритого родовища вуглеводневого матеріалу. Таким чином, можна побудувати мережу споруджених структур, щоб матеріалом, що добувається, можна було негайно і безпосередньо наповнювати сусідній резервуар. Розробку і/або розкопку родовищ вуглеводнів можна здійснювати з використанням будь-якої придатної технології. Можна використовувати традиційну розробку відкритим способом, хоча як альтернативу можна також використовувати екскаватори без необхідності транспортування матеріалів, що добуваються. В одному конкретному варіанті здійснення вуглеводневе родовище можна розкопувати за допомогою підвішеного до крана екскаватора. Один приклад придатного екскаватора може включати вертикальні тунельні бурильні машини. Зазначені машини можуть мати конфігурацію, що дозволяє розкопувати породу і матеріал під екскаватором. У міру добування матеріалу екскаватор опускається, що забезпечує практично постійний контакт з пластом. Добутий матеріал можна транспортувати з зони розкопок за допомогою конвеєрів або підйомників. Як альтернатива, розкопки можна здійснювати в умовах водної суспензії, що вирішує проблеми пилу і діє як змащувальний/охолодний матеріал. Матеріал суспензії можна відкачувати при розкопці для відділення твердих фаз у відстійний резервуар або в інший аналогічний пристрій для розділення твердих і рідких фаз, або тверді фази можна залишати для осадження безпосередньо у резервуарі. Такий підхід можна легко інтегрувати з одночасним або послідовним розчинним добуванням металів та інших матеріалів, що описано нижче більш докладно. Крім того, розкопку та утворення контролюючого проникність резервуара можна здійснювати одночасно. Наприклад, екскаватор може мати конфігурацію, що дозволяє добувати вуглеводневий матеріал під час утворення бічних стінок. Матеріал можна добувати безпосередньо з-під країв бічних стінок, таким чином, що стінки можна направляти вниз, дозволяючи укладати зверху додаткові ділянки стінок. Такий підхід може дозволити збільшувати глибини, одночасно запобігаючи або скорочуючи небезпеки обвалу перед утворенням опорних стінок резервуара. Резервуар можна виготовляти з будь-якого придатного матеріалу, який забезпечує ізольовану передачу матеріалу через стінки резервуара. Таким чином, цілісність стінок зберігається під час роботи контролюючої інфраструктури у достатній мірі, щоб суттєво запобігати неконтрольованій міграції текучих середовищ за межі контролюючої інфраструктури. Необмежувальні приклади придатного матеріалу для використання в утворенні резервуара спорудженої контролюючої проникність інфраструктури можуть включати глину, бентонітову глину (наприклад, глину, що включає щонайменше частину бентоніту), ґрунт з домішками бентоніту, ущільнений наповнювач, вогнетривкий цемент, цемент, синтетичні георешітки, скловолокно, арматурний профіль, нановуглецеві фулеренові домішки, наповнені геотекстильні пакети, полімерні смоли, маслостійкі вкладиші з полівінілхлориду або їх поєднання. Інженерні цементуючі композитні матеріали, армовані волокнами композити і т. п. можуть виявитися особливо міцними і можуть легко модифікуватися для виконання вимог допустимої проникності і температури даної установки. Як загальне правило, матеріали, що мають низьку проникність і високу механічну цілісність при робочих температурах інфраструктури, можуть забезпечити хорошу якість, хоча вони і не потрібні. Наприклад, матеріали, що мають температуру плавлення вище максимальної робочої температури інфраструктури, можуть бути корисними для підтримки герметизації під час і після нагрівання і добування. Однак, можна також використовувати і матеріали з меншою температурою плавлення, якщо підтримувати буферну зону, що не нагрівається, між стінками і нагрітими ділянками проникного пласта. Зазначені буферні зони можуть складати від 6 дюймів (15,24 см) до 50 футів (1524 см) залежно від конкретного матеріалу, використовуваного для резервуара, і складу проникного пласта. В іншому аспекті стінки резервуара можуть бути стійкими до кислоти, води і/або сольового розчину, наприклад, у достатній мірі, щоб витримувати регенерацію розчинника і/або промивання кислими або сольовими розчинами, а також до пари або води. Для стінок резервуара, утворених вздовж пластів або іншої твердої опори, стінки резервуара можуть бути утворені розпиленим цементним розчином, розпиленими рідкими емульсіями або іншим розпиленим матеріалом, у тому числі вогнетривким цементним розчином, що розпилюється, який утворює ущільнення проти пласта і створює контролюючі проникність стінки резервуарів. Стінки резервуара можуть бути суттєво безперервними таким чином, що резервуар визначає замкнений об'єм, що достатньо запобігає суттєвому руху текучих середовищ у резервуар і з нього, за винятком визначених впускних отворів і випускних отворів, наприклад, через 5 UA 103658 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 трубопроводи або т. п., як обговорюється у даному документі. Таким чином, резервуари можуть легко виконувати державні правила міграції текучих середовищ. Як альтернатива, або у поєднанні з побудованим бар'єром, частини стінок резервуара можуть являти собою непорушений геологічний пласт і/або ущільнений ґрунт. У таких випадках споруджена контролююча проникність інфраструктура являє собою поєднання проникних і непроникних стінок, як описано нижче більш докладно. За бажанням частину вуглеводневого матеріалу, як до, так і після переробки, можна використовувати як цементне зміцнення і/або цементну основу, які потім заливають на місце для утворення частин або всіх стінок контролюючої інфраструктури. Дані матеріали можна виготовляти на місці або можна виготовляти попередньо і потім збирати на місці для одержання цілісної структури резервуара. Наприклад, резервуар можна споруджувати заливанням в опалубку на місці у вигляді монолітного блоку, екструзією, муруванням попередньо виготовлених або попередньо відлитих деталей, бетонних панелей, з'єднаних розчином (цемент, що цементує композитний матеріал або інший придатний матеріал), роздувних форм або т. п. Ці форми можна будувати з опорою на пласт, або це можуть бути структури, що окремо стоять. Форми можна споруджувати з будь-якого придатного матеріалу, у тому числі, але не обмежуючись цим, зі сталі, деревини, скловолокна, полімеру або т. п. Форми можна збирати на місці або можна направляти за допомогою крана або іншого придатного механізму. Як альтернатива, споруджену контролюючу проникність інфраструктуру можна виготовляти з габіонів і/або геосинтетичних матеріалів, що збираються у шари з ущільненим матеріалом наповнювача. Можна необов'язково додавати зв'язувальні матеріали, щоб підвищити ущільнення контролюючих проникність стінок. Контролююча інфраструктура може включати або складатися в основному з герметика, цементного розчину, арматурного профілю, синтетичної глини, бентонітової глини, глиняного облицювання, вогнетривкого цементу, високотемпературних геомембран, стічних труб, листових сплавів або їх поєднань. Стінки резервуара можуть необов'язково включати непроникну ізоляцію і/або шари, що містять дрібно подрібнений наповнювач. Ці проникні шари можуть бути орієнтовані між контролюючим проникність бар'єром і проникним пластом. Наприклад, можна запропонувати шар вуглеводневого роздробленого матеріалу, що дозволяє текучим середовищам входити, охолоджуватися і щонайменше частково конденсуватися у шарі. Зазначений матеріал проникного шару може, як правило, мати розмір частинок менший, ніж має проникний пласт. Крім того, зазначений вуглеводневий матеріал може добувати дрібні частинки з текучих середовищ, що проходять, за допомогою різних сил притягання. В одному варіанті здійснення конструкція стінок і дна резервуара може включати ущільнені багатошарові природні або штучні низькоякісні сланці з будь-яким поєднанням піску, цементу, волокна, рослинного волокна, нановуглецю, битого скла, армованої сталі, конструкційної вугільної армованої решітки, солей кальцію і т. п. Крім зазначених композитних стінок можна використовувати конструкції, що перешкоджають довгостроковій міграції текучих середовищ і газів через додаткові непроникні пристрої, включаючи, але не обмежуючись цим, вкладиші, геомембрани, ущільнені ґрунти, привізний пісок, гравій або камінь і самопливні дренажні контури для руху текучих середовищ і газів з непроникних шарів до вихідних отворів. Конструкція дна і стінок резервуара може, але необов'язково, включати східчастий спуск або східчастий підйом або уступ, залежно від ходу гірничих робіт, відповідно до оптимальної якості руди, що добувається. У будь-яких таких східчастих піднімальних або спускних застосуваннях, конструкція вирівнювання дна і герметичних стін може, як правило, мати стік або нахил в одну сторону або особливу центральну область (області) для відділення текучих середовищ під дією гравітаційного режиму пласта. Конструкція стінок і дна резервуара може необов'язково включати ізоляцію, яка перешкоджає теплопередачі за межі спорудженої інфраструктури або за межі внутрішніх резервуарів або трубопроводів у рамках основного спорудженого герметичного резервуара. Ізоляція може включати промислові матеріали, цемент або різні матеріали, крім матеріалів, що мають меншу теплопровідність, ніж оточуючі породи, тобто проникний пласт, утворення, сусідні інфраструктури і т. д. Можна також створювати теплоізолюючі бар'єри у межах проникного пласта, вздовж стінок, верху і/або дна резервуара. Один докладний аспект включає використання біорозкладаних ізолюючих матеріалів, наприклад, ізоляція на соєвій основі і т. п. Це відповідає варіантам здійснення, в яких резервуар являє собою однократно використовувану систему, включаючи ізоляційні матеріали, труби і/або інші компоненти, які можуть мати відносно короткий термін служби, наприклад, менш ніж 1-2 роки. Це може скоротити витрати на обладнання, а також зменшити довгостроковий вплив на навколишнє середовище. 6 UA 103658 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Дані пристрої і способи можна застосовувати майже у будь-якому масштабі. Більш великі замкнені об'єми і більш численні резервуари можуть легко виробляти вуглеводневі продукти, і добування мінералів стає порівнянним або перевищує рівні менших споруджених інфраструктур. Як ілюстрація, розмір одного резервуара може складати від десятків метрів у 2 поперечнику до десятків акрів (40470 м ). Оптимальні розміри резервуара можуть змінюватися залежно від вуглеводневого матеріалу і робочих параметрів, однак, відповідно до прогнозів, 2 придатна площа може складати від приблизно половини акра до п'яти акрів (2024-20235 м ) площі поверхні у горизонтальній проекції. Дані способи та інфраструктури можна використовувати для добування вуглеводнів з різноманітних вуглеводневих матеріалів з попутним добуванням мінералів. Одна конкретна перевага являє собою високу міру свободи у контролі розміру частинок, умов і складу проникного пласта, введеного у замкнений об'єм. Необмежувальні приклади вуглеводневого матеріалу, що добувається, який можна обробляти, включають горючі сланці, бітумінозні піски, вугілля, лігніт, бітум, торф або їх поєднання. У деяких випадках може виявитися бажаним запропонувати єдиний тип вуглеводневого матеріалу, щоб проникний пласт складався, в основному, з одного з перерахованих вище матеріалів. Однак, проникний пласт може включати суміші даних матеріалів, щоб якість, вміст нафти, вміст водню, проникність і т. п. можна було регулювати для досягнення бажаного результату. Крім того, різні вуглеводневі матеріали можна вміщувати у багатошарові структури або у вигляді суміші, у тому числі у поєднанні з вугіллям, горючими сланцями, бітумінозними пісками, біомасою і/або торфом. Матеріал, що містить вуглеводні, можна класифікувати на різні внутрішні відсіки у рамках основної спорудженої інфраструктури з міркувань оптимізації. Наприклад, шари і рівні пластів горючих сланців, що добуваються, можуть бути більш багатими у визначених глибинних продуктивних зонах, з яких їх добувають. Після вибуху, видобування, оброблення і транспортування всередині відсіку для розміщення, більш багаті нафтоносні руди можна класифікувати або змішувати за мірою збагачення з метою оптимальних виходів, прискореного добування або оптимального усереднення у межах кожного резервуара. Крім того, пропонування шарів різного складу може мати додаткові переваги. Наприклад, нижній шар бітумінозних пісків може бути орієнтований нижче верхнього шару горючих сланців. Як правило, верхній і нижній шари можуть знаходитися у безпосередньому контакті один з одним, хоча це не потрібно. Верхній шар може включати прокладені в ньому нагрівальні труби, які описані нижче більш докладно. Нагрівальні труби можуть нагрівати горючі сланці у достатній мірі, щоб виділяти керогенні сланці, включаючи коротколанцюжкові рідкі вуглеводні, які можуть діяти як розчинник для добування бітуму з бітумінозних пісків. Таким чином верхній шар діє як безпосереднє джерело розчинника для підвищення добування бітуму з нижнього шару. Нагрівальні труби у нижньому шарі є необов'язковими, таким чином нижній пласт може не містити нагрівальні труби або може містити нагрівальні труби, залежно від кількості тепла, що передається рідиною, яка проходить вниз з верхнього шару і будь-яких інших джерел тепла. Здатність селективного контролю характеристик і складу проникного пласта додає значну міру свободи в оптимізації виходів і якості нафти. У таких випадках вміст і розподіл металів по проникному пласту може до деякої міри відрізнятися, що потребує однієї або декількох стадій переробки для одержання бажаних результатів. Крім того, у багатьох варіантах здійснення газоподібні і рідкі продукти, що виділяються, діють як розчинник, що утворюється на місці, який сприяє добуванню керогену і/або додатковому добуванню вуглеводнів з вуглеводневого матеріалу. Проникний пласт може також додатково включати домішку або біомасу. Домішки можуть включати будь-який склад, що своєю дією підвищує якість добутих вуглеводнів, наприклад, підвищує індекс Американського нафтового інституту (АНІ), знижує в'язкість, поліпшує реологічні властивості, знижує змочуваність залишкових сланців, зменшує вміст сірки, гідруючих агентів і т. д. Необмежувальні приклади придатних домішок можуть включати бітум, кероген, пропан, природний газ, природний газовий конденсат, сиру нафту, донні осади від перегонки, асфальтени, звичайні розчинники, інші розріджувачі і поєднання даних матеріалів. В одному конкретному варіанті здійснення домішка може включати агент, що поліпшує текучість, і/або водень-донорний агент. Деякі матеріали можуть діяти як один або обидва з агентів, що поліпшують текучість, і водень-донорних агентів. Необмежувальні приклади зазначених домішок можуть включати метан, природні газові конденсати, звичайні розчинники, у тому числі ацетон, толуол, бензол і т. д. та інші домішки, перераховані вище. Домішки можуть своєю дією збільшувати співвідношення водню і вуглецю у будь-яких вуглеводневих продуктах, а також виступати як агент, що поліпшує текучість. Наприклад, різні розчинники та інші домішки можуть створювати фізичну суміш, що має зменшену в'язкість і/або зменшену спорідненість до 7 UA 103658 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 дисперсних твердих фаз, гірських порід і т. п. Крім того, деякі домішки можуть хімічно реагувати з вуглеводнями і/або допускати рідкий потік вуглеводневих продуктів. Будь-які використовувані домішки можуть стати частиною кінцевого добутого продукту або можуть бути відділені і повторно використані або утилізовані іншим чином. Крім того, зазначені домішки можуть прискорювати добування металів або сприяти йому. Аналогічним чином, біологічне гідроксилювання вуглеводневих матеріалів з утворенням синтетичного газу або інших легковагих продуктів можна здійснювати з використанням відомих домішок і підходів. Ферменти або біокаталізатори можна також використовувати подібним чином. Крім того, як домішки можна також використовувати штучні матеріали, у тому числі, але не обмежуючись цим, шини, відходи полімерів або інші матеріали, що містять вуглеводні. Хоча ці способи широко застосовуються, як загальне правило, проникний пласт може включати частинки, максимальний розмір яких складає від приблизно 1/8 дюйма (31,8 мм) до приблизно 6 футів (183 см) і у деяких випадках менш ніж 1 фут (30,48 см) і в інших випадках менш ніж 6 дюймів (15,24 см). Однак, з практичної точки зору, розміри від приблизно 2 дюймів (5,08 см) до приблизно 2 футів (60,96 см) можуть забезпечити хороші результати, причому діаметр близько 1 фута (30,48 см) є особливо корисним для горючих сланців. Поровий простір може бути важливим фактором у визначенні оптимальних діаметрів частинок. У загальному випадку, можна використовувати будь-який функціональний поровий простір; однак, при співвідношенні від приблизно 10 % до приблизно 50 % і у деяких випадках від приблизно 30 % до приблизно 45 % звичайно забезпечується хороший баланс проникності та ефективного використання доступних об'ємів. Порові об'єми можуть змінюватися до деякої міри при зміні інших параметрів, у тому числі розміщення теплопроводу, домішки і т. п. Механічне відділення вуглеводневих матеріалів, що добуваються, сприяє створенню дрібнозернистих високопроникних частинок, що підвищують швидкості термічної дисперсії після їх вміщення у відсік у межах резервуара. Додана проникність дозволяє використовувати більш помірні, менш високі температури, а також дозволяє уникнути більш високих температур, що приводять до підвищеного утворення CO2 при розкладанні карбонатів і пов'язаного з ним випаровування слідових важких металів, летких органічних та інших сполук, які здатні створювати токсичні викиди і/або небажані матеріали, які можна відслідковувати і контролювати. Однак, менший розмір частинок може мати перевагу при виділенні і видаленні з них металів. В одному варіанті здійснення можна використовувати керовані комп'ютером гірничі роботи, гірниче планування, перевезення, підривні роботи, відбір проб, навантаження, транспорт, розміщення і засоби контролю запиленості для наповнення та оптимізації швидкості матеріалу, що добувається, рух у споруджену структуру. В одному альтернативному аспекті резервуари можна створити у виритих об'ємах вуглеводневого пласта, хоча можуть також бути корисні інші розташування, віддалені від контролюючої інфраструктури. Наприклад, деякі вуглеводневі пласти мають відносно тонкі збагачені вуглеводнями шари, наприклад, товщиною менш ніж приблизно 300 футів (91,44 м). Отже, вертикальні гірничі і бурильні роботи стають економічно неефективними. У таких випадках горизонтальні гірничі роботи можуть виявитися корисними для добування вуглеводневих матеріалів для утворення проникного пласта. Хоча горизонтальні гірничі роботи зберігають свої складності, розроблений і продовжує розвиватися ряд технологій, які можуть виявитися корисними у зв'язку з резервуарами і процесами, що стосуються них. У таких випадках щонайменше частину резервуара можна утворити поперек горизонтального шару, у той час як інші частини резервуара можна утворити уздовж і/або поряд з шарами пласта, що не містять вуглеводнів. Інші підходи до гірничих робіт, у тому числі, але не обмежуючись цим, камерно-стовпова розробка, можуть забезпечити ефективне джерело вуглеводневого матеріалу з мінімальними відходами і/або виправленнями, яке можна транспортувати у резервуар і обробляти таким чином, як описано у даному документі. Як зазначено у даному документі, дані системи і способи забезпечують більш високу міру контролю стосовно властивостей і характеристик проникного пласта, які можна проектувати і оптимізувати для даної установки. Резервуари, у тому числі індивідуально і у сукупності множини резервуарів, можна легко пристосувати і класифікувати на підставі зміни складу матеріалів, цільових продуктів і т. п. Наприклад, декілька резервуарів можна призначити для виробництва важкої сирої нафти, у той час як інші можуть мати конфігурацію для виробництва менш важких продуктів і/або синтетичного газу. Необмежувальні приклади можливих класифікацій і факторів можуть включати каталітичну активність, ферментативну реакцію для визначених продуктів, ароматичні сполуки, вміст водню, штам мікроорганізмів або ціль, процес модернізації, цільовий кінцевий продукт, тиск (ефекти якості і типу продукту), температуру, поводження при набуханні, акватермічні реакції, водень-донорні агенти, надрозподіл тепла, резервуар для відходів, резервуар для стоків, труби багаторазового застосування та інші. Як 8 UA 103658 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 правило, множину даних факторів можна використовувати для конфігурації резервуарів у даній проектній галузі для визначених продуктів і цілей. Роздробленим вуглеводневим матеріалом можна заповнити контролюючу інфраструктуру для утворення проникного пласта будь-яким придатним способом. Як правило, роздроблений вуглеводневий матеріал можна завантажувати у контролюючу інфраструктуру за допомогою перекидача, конвеєрів або інших придатних пристроїв. Як зазначено вище, проникний пласт може мати поровий об'єм відповідного розміру. Неупорядковане перекидання може привести до надмірного ущільнення і скорочення порових об'ємів. Таким чином, проникний пласт можна утворити шляхом транспорту низькоущільненого вуглеводневого матеріалу в інфраструктуру. Наприклад, можна використовувати пересувні конвеєри для подачі матеріалу поблизу верхньої поверхні проникного пласта, коли він утворюється. Таким чином, вуглеводневий матеріал може зберегти значний поровий об'єм між частинками без суттєвого подальшого подрібнення або ущільнення, незважаючи на деяку невелику міру ущільнення, що часто виникає у результаті літостатичного тиску, коли утворюється проникний пласт. Коли бажаний проникний пласт утворюється у контролюючій інфраструктурі, можна вводити тепло у достатній кількості, щоб почати добування вуглеводнів, наприклад, за допомогою піролізу. Придатне джерело тепла може бути термічно зв'язане з проникним пластом. Оптимальні робочі температури у межах проникного пласта можуть змінюватися залежно від складу і цільових продуктів. Однак, як загальне правило, робочі температури можуть змінюватися від приблизно 200 °F (94 °C) до приблизно 750 °F (399 °C). Коливання температури у межах замкненого об'єму можуть змінюватися і можуть досягати 900 °F (482 °C) або більше у деяких областях. В одному варіанті здійснення робоча температура може бути відносно нижче температури, що сприяє виробництву рідкого продукту, у тому числі від приблизно 200 °F (94 °C) до приблизно 650 °F (343 °C). Ця стадія нагрівання може являти собою операцію випалу, що приводить до збагачення роздробленої руди проникного пласта. Крім того, один варіант здійснення включає достатній контроль температури, тиску та інших змінних для виробництва переважно і у деяких випадках практично винятково рідкого продукту. Як правило, продукти можуть включати як рідкі, так і газоподібні продукти, у той час як рідкі продукти можуть потребувати менше стадій переробки, у тому числі газоочисників і т. д. Відносно висока проникність проникного пласта сприяє виробництву рідких вуглеводневих продуктів і мінімізації газоподібних продуктів, в деякій мірі залежно від конкретних вихідних матеріалів і робочих умов. В одному варіанті здійснення добування вуглеводневих продуктів може відбуватися по суті за відсутності тріщин у проникному пласті. В одному аспекті проникний пласт можна обробляти за допомогою розчинів, розчинників, парів, хелатоутворюючих агентів і т. п., щоб у першу чергу добувати більш легкодобувні метали до, під час або після добування вуглеводнів. Об'єм і температуру агента, використовуваного у процесі добування, можна запланувати залежно від кількості оброблюваного проникного пласта і оцінюваної кількості металів, що добуваються, на підставі аналізу зразків проникного пласта. При цьому, однак, дотримуються умови, що зазначена обробка не повинна суттєво витісняти або обмежувати процес добування вуглеводнів. В одному аспекті тепло можна передавати проникному пласту за допомогою конвекції. Нагріті гази можна вводити у споруджену інфраструктуру таким чином, що проникний пласт нагрівається, головним чином, за допомогою конвекції, коли нагріті гази проходять по всьому проникному пласту. Нагріті гази можна виробляти шляхом спалювання природного газу, вуглеводневого продукту або будь-якого іншого придатного джерела. Необмежувальні приклади придатних теплопередавальних текучих середовищ можуть включати гаряче повітря, гарячі вихлопні гази, пару, пари вуглеводнів і/або гарячі рідини. Нагріті гази можна подавати із зовнішніх джерел або одержувати у самому процесі. Як альтернатива або у поєднанні з конвективним нагріванням можна використовувати занурення множини трубопроводів у проникний пласт. Трубопроводи можуть мати конфігурацію для використання як нагрівальних труб, охолоджувальних труб, теплопередавальних труб, стічних труб або газових труб. Крім того, трубопроводи можуть бути призначені для однієї функції або можуть виконувати декілька функцій у процесі роботи інфраструктури, тобто функції теплопередачі і стоку. Трубопроводи можуть бути виготовлені з будь-якого придатного матеріалу, залежно від передбаченої функції. Необмежувальні приклади придатних матеріалів можуть включати глиняні труби, труби з вогнетривкого цементу, труби з вогнетривкого цементуючого композитного матеріалу, відлиті на місці труби, металеві труби, у тому числі виготовлені з чавуна, нержавіючої сталі і т. д., труби з полімеру, у тому числі полівінілхлориду, і т. п. В одному конкретному варіанті здійснення всі або щонайменше деякі з прокладених трубопроводів можуть включати матеріал, що розкладається. Наприклад, шестидюймові (15,24 9 UA 103658 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 см) неоцинковані чавунні труби, які можна ефективно використовувати для одноразових варіантів здійснення, добре працюють протягом всього терміну служби резервуара, як правило, менш ніж приблизно 2 роки. Крім того, різні частини множини трубопроводів можна виготовляти з різних матеріалів. Відлиті на місці труби можуть виявитися особливо корисними для великих замкнених об'ємів, де діаметри труб перевищують декілька футів. Такі труби можна виготовляти, використовуючи гнучкі оболонки, що утримують в'язке текуче середовище у кільцевій формі. Наприклад, труби з полівінілхлориду можна використовувати як частину довгих форм з гнучкими оболонками, де бетон або інше в'язке текуче середовище закачують у кільцевий простір між полівінілхлоридом і гнучкою оболонкою. Залежно від передбаченої функції, можна зробити перфорацію або інші отвори у трубопроводах, щоб дозволити текучим середовищам протікати між трубопроводами і проникним пластом. Типові робочі температури перевищують температуру плавлення традиційних полімерів і смол, з яких виготовлені труби. У деяких варіантах здійснення трубопроводи можна розміщувати і орієнтувати таким чином, щоб передбачити плавлення або інше руйнування трубопроводів у процесі роботи інфраструктури. Множину трубопроводів можна легко орієнтувати у будь-якій конфігурації, у тому числі в суттєво горизонтальній, вертикальній, похилій, розгалуженій або т. п., щонайменше частину трубопроводів можна орієнтувати вздовж попередньо визначених шляхів перед зануренням трубопроводів у проникний пласт. Попередньо визначені шляхи можна спроектувати для поліпшення теплопередачі, контакту газових, рідких і твердих фаз, максимального збільшення подачі текучих середовищ або їх добування з визначених областей у межах замкненого об'єму, або т. п. Крім того, щонайменше частину трубопроводів можна призначити для нагрівання проникного пласта. Дані теплопроводи можна селективно перфорувати, щоб дозволити нагрітим газам або іншим текучим середовищам конвективно нагріватися і перемішуватися по всьому проникному пласту. Отвори перфорації можуть мати такі положення і розміри, щоб оптимізувати рівномірне і/або контрольоване нагрівання по всьому проникному пласту. Як альтернатива, теплопроводи можуть утворювати замкнений контур таким чином, що нагріваючі гази або текучі середовища виділяються з проникного пласта. Отже, для "замкненого контуру" не обов'язково потрібна рециркуляція, а потрібне виділення нагріваючого текучого середовища з проникного пласта. Таким чином, нагрівання можна здійснювати головним чином або практично винятково за допомогою теплової конвекції через стінки трубопроводу від теплоносних текучих середовищ проникному пласту. Нагрівання у замкненому контурі дозволяє запобігати масопередачі між теплоносним текучим середовищем і проникним пластом, і може скоротити утворення і/або добування газоподібних вуглеводневих продуктів. Під час нагрівання або випалу проникного пласта, локалізовані нагріті області, температура яких перевищує температуру розкладання материнської породи, часто вище 900 °F (482 °C), можуть зменшувати виходи і утворювати діоксид вуглецю і небажані домішкові сполуки, що можуть привести до стічних вод, які містять важкі метали, розчинні органічні сполуки і т. п. Теплопроводи можуть забезпечити суттєве усунення зазначених локалізованих гарячих областей, підтримуючи у той же час значно переважаючу частину проникного пласта у бажаному температурному інтервалі. Ступінь однорідності температури може являти собою баланс між витратами (наприклад, на додаткові теплопроводи) і видобутком. Однак, щонайменше приблизно 85 % проникного пласта можна легко підтримувати у межах цільового температурного інтервалу з точністю близько 5-10 % практично без гарячих областей, температура яких перевищує температуру розкладання вуглеводневих матеріалів, у тому числі близько 800 °F (427 °C) і у багатьох випадках близько 900 °F (482 °C). Таким чином, працюючи як описано у даному документі, системи можуть забезпечити добування вуглеводнів з одночасним виключенням або суттєвим скороченням виробництва небажаних стічних вод. Хоча продукти можуть значно відрізнятися залежно від вихідних матеріалів, можливі високоякісні рідкі і газоподібні продукти. Відповідно до одного варіанта здійснення, з роздробленого матеріалу горючих сланців можна одержувати рідкий продукт, що має індекс API від приблизно 30 до приблизно 45, причому у наш час є типовим продукт в інтервалі від приблизно 33 до приблизно 38, який одержують безпосередньо з горючих сланців без додаткової обробки. Цікаво, що практика даних процесів привела до розуміння того, що тиск виявляється набагато меншим фактором стосовно впливу на якість вуглеводнів, що добуваються, ніж температура і терміни нагрівання. Хоча терміни нагрівання можуть значно змінюватися залежно від порового простору, складу проникного пласта, його якості і т. д., за загальним правилом дані терміни можуть змінюватися від декількох діб (тобто 3-4 діб) аж до приблизно одного року. В одному конкретному прикладі терміни нагрівання можуть змінюватися від приблизно 2 тижнів до приблизно 4 місяців. Недостатньо нагріті горючі сланці, які нагрівали протягом короткого часу, тобто від декількох хвилин до декількох годин, можуть привести до утворення вилуговуваних 10 UA 103658 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 і/або до деякої міри летких вуглеводнів. Відповідно, дані системи і способи дозволяють продовжувати терміни обробки при помірних температурах таким чином, що органічні речовини, які присутні у горючих сланцях, можуть випаровуватися і/або обвуглюватися, залишаючи несуттєву кількість вилуговуваних органічних речовин. Крім того, сланці, що лежать нижче, як правило, не розкладаються і не змінюються, що зменшує утворення розчинних солей. Таку ж систему трубопроводів, труб, збірних пристроїв, які використовують в основній контролюючій проникність інфраструктурі, можна використовувати і/або модифікувати у міру необхідності для введення агентів, щоб добувати і виділяти мінерали з пористого проникного пласта. Зазначені агенти можуть бути у вигляді парів або розчинів, що містять розчинники, кислоти, основи, хелатоутворюючі агенти і т. п. або їх поєднання, для ефективного добування мінералів з пористого пласта і їх виводу з системи для добування або подальшої переробки. Як альтернатива, виділені трубопроводи для такого введення агентів можна споруджувати і встановлювати у відповідних положеннях у межах резервуара. Трубопроводи можна повністю споруджувати і монтувати до введення яких-небудь матеріалів, що добуваються, у замкнений об'єм. Можна приділяти увагу і планувати конструкцію попередньо визначених шляхів трубопроводів і спосіб заповнення об'єму, щоб запобігти ушкодженню трубопроводів у процесі заповнення, коли трубопроводи занурюються під землю. Таким чином, загалом, виконується правило, що трубопроводи, використовувані у даному винаході, орієнтовані попередньо або до занурення у проникний пласт, таким чином буріння не здійснюється. У результаті, спорудження трубопроводів і їх розміщення можна здійснювати без значного колонкового буріння і/або ускладненого обладнання, пов'язаного з бурінням свердловин або горизонтальним бурінням. Навпаки, горизонтальна або будь-яка інша орієнтація трубопроводу може бути легко досягнута збиранням бажаних попередньо визначених проходів перед або одночасно з заповненням інфраструктури вуглеводневим матеріалом, що добувається. Непробурені, розташовувані вручну або краном трубопроводи, орієнтовані за різними геометричними моделями, можна укладати з керованими клапанами з'єднувальними пунктами, що забезпечують точне і таке, за яким уважно спостерігають, нагрівання у межах герметичного резервуара. Здатність розміщати і укладати трубопроводи, включаючи з'єднувальні, пропускні і проточні клапани, і точки прямого введення і виведення, забезпечує точність температури і швидкості нагрівання, точність тиску і швидкості стиску, а також точний впуск і випуск текучого середовища і газу, і склад домішок. Наприклад, коли агент для добування і виділення металів вводять у проникний пласт, оптимальні температури можна легко підтримувати по всьому проникному пласту, щоб підвищити ефективність, реакцію і надійність такого добування. Трубопроводи, як правило, проходять через стінки спорудженої інфраструктури у різних точках. Внаслідок температурних перепадів і відхилень, може виявитися вигідним використовувати ізолюючий матеріал на поверхні поділу між стінкою і трубопроводами. Розміри цієї поверхні поділу можна мінімізувати, також забезпечуючи у той же час простір для різного теплового розширення під час пуску, роботи у стаціонарному режимі, коливань робочих умов і відключення інфраструктури. Дана поверхня поділу може також містити ізолюючі матеріали і герметизуючі пристрої, що запобігають неконтрольованому витоку вуглеводнів або інших матеріалів з контролюючої інфраструктури. Необмежувальні приклади придатних матеріалів можуть включати високотемпературні прокладки, металеві сплави, керамічні матеріали, глиняні або мінеральні вкладиші, композити або інші матеріали, які мають температури плавлення вище типово робочої температури і своєю дією продовжують контроль проникності, забезпечуваний стінками контролюючої інфраструктури. Крім того, стінки спорудженої інфраструктури можуть мати конфігурацію, що мінімізує втрату тепла. В одному аспекті можна споруджувати стінки, що мають суттєво однорідну товщину, яка оптимізується, щоб забезпечувати достатню механічну міцність, одночасно також мінімізуючи об'єм матеріалу стінок, через які проходять трубопроводи. Зокрема, надмірно товсті стінки можуть зменшувати кількість тепла, що передається проникному пласту, за допомогою його поглинання при передачі. З іншого боку, стінки можуть також діяти як тепловий бар'єр, до деякої міри ізолюючи проникний пласт і зберігаючи в ньому тепло у процесі роботи. В одному варіанті здійснення текучі середовища і газоподібні сполуки у проникному пласті можна змінювати для бажаних продуктів, що добуваються, використовуючи, наприклад, індукований тиск через гази або гравітаційний літостатичний тиск від складеного буту, і введення агентів для добування мінералів. Таким чином, можна здійснювати до деякої міри модернізацію і/або модифікацію одночасно з процесом добування. Крім того, для визначених вуглеводневих матеріалів може знадобитися обробка з використанням особливих розчинників або інших матеріалів. Наприклад, обробку бітумінозних пісків можна легко здійснювати 11 UA 103658 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 введенням пари або введенням розчинника, щоб спростити відділення бітуму від частинок піску, відповідно до добре відомих механізмів. З врахуванням наведеного вище опису, Фіг. 1 представляє бічний вигляд одного варіанта здійснення даного винаходу, показуючи споруджений герметичний відсік і резервуар для добування 100, де існуючий пласт 108 використовують головним чином як опору для непроникного нижнього шару 112. Зовнішні бічні стінки резервуара 102 забезпечують герметизацію і можуть, але не обов'язково, розділятися внутрішніми стінками 104. Розділення може створювати окремі герметичні відсіки 122 у більшому герметичному відсіку 100, що може мати будь-яку геометрію, розмір або розділення. Додаткові розділення можуть мати горизонтальне або вертикальне укладання. Шляхом створення окремих герметичних відсіків 122 можна легко пристосувати класифікацію низькоякісних матеріалів, різних газів, різних рідин, різних технологічних стадій, включаючи добування мінералів, різних ферментів або типів мікроорганізмів, або інших бажаних і виконуваних поетапно процесів. Можна також спроектувати окремі відсіки всередині більш великих споруджених відсіків, щоб забезпечити поетапну і послідовну обробку, температури, склади газу і текучого середовища, і теплопередачі. Зазначені відсіки можуть забезпечити додаткове спостереження за навколишнім середовищем і можуть складатися з облицьованих і сконструйованих уступів з відходів, аналогічно основним зовнішнім стінкам. В одному варіанті здійснення відсіки всередині резервуара 100 можна використовувати для вміщення матеріалів в ізоляцію, якщо відсутнє зовнішнє тепло, або з наміром обмеженого або контрольованого згоряння, або застосування розчинника. Матеріал, що містить вуглеводні у зниженій концентрації, може виявитися корисним як матеріал для згоряння або як наповнювач, або матеріал для виготовлення стіни з уступами. Матеріал, що не відповідає різним виключним критеріям якості, можна також виділити без зміни у резервуар, призначений для даної мети. У таких варіантах здійснення дані області можна повністю ізолювати або шунтувати теплом, розчинниками, газами, рідинами або т. п. Необов'язкові слідкуючі пристрої і/або обладнання можна постійно або тимчасово встановлювати всередині резервуара або за периметрами резервуарів для підтвердження герметизації виділеного матеріалу. Стінки 102 і 104, кришка 116 і непроникний пласт 112 можна сконструювати і зміцнювати за допомогою багатошарових габіонів 146 і або георешітки 148 в ущільненні наповнювача. Як альтернатива, дані стінки 102, 104, 116 і 112, що включають контролюючий проникність резервуар і у сукупності визначають замкнений об'єм, можна виготовляти з будь-якого іншого придатного матеріалу як описано вище. У даному варіанті здійснення резервуар 100 включає бічні стінки 102 і 104, що вільно стоять. В одному варіанті здійснення уступи, стінки і підлоги з відходів можна ущільнювати і проектувати для будови, а також проникності. Використання ущільнених георешіток та інших анкерних структур для опори уступів і насипів можна включати або попередньо вводити у контролюючі проникність шари, що можуть включати пісок, глину, бентонітову глину, гравій, цемент, цементний розчин, армований цемент, вогнетривкі цементи, ізоляції, геомембрани, стічні труби, термостійкі ізоляції проникаючих нагрітих труб і т. д. В одному альтернативному варіанті здійснення контролюючий проникність резервуар може включати бічні стінки, що являють собою ущільнений ґрунт і/або непорушені геологічні пласти, у той час як кришка і основи є непроникними. Зокрема, у таких варіантах здійснення непроникну кришку можна використовувати для запобігання неконтрольованому витоку летких речовин і газів з резервуара таким чином, щоб можна було використовувати відповідні випускні отвори для збирання газів. Аналогічним чином, непроникну основу можна використовувати для вміщення і спрямування зібраних рідин у відповідний випускний отвір, щоб стічна система 133 виводила рідкі продукти з нижнього простору резервуара. Така конфігурація є особливо придатною для виведення текучих середовищ, що містять метали, які були виділені з проникного пласта. Хоча непроникні бічні стінки можуть виявитися бажаними у деяких варіантах здійснення, вони не завжди потрібні. У деяких випадках бічні стінки можуть являти собою відкритий непорушений ґрунт або ущільнений наповнювач або ґрунт, або інший проникний матеріал. Наявність проникних бічних стінок може допускати невеликий витік газів і/або рідин з резервуара. Хоча це не показано, вище, нижче, навколо і поряд зі спорудженими відсіками резервуара можна спроектувати екологічні гідрологічні заходи для відведення поверхневої води під час роботи від стінок, основи, кришок відсіку і т. д. Крім того, можна використовувати самопливні стічні труби і механізми, щоб збирати і направляти текучі середовища, рідини або розчинники у межах замкненого об'єму у центральні збірні, нагнітальні, конденсаційні, нагрівальні, допоміжні і зливні труби, бункери, резервуари і/або свердловини, наскільки це необхідно. Аналогічним 12 UA 103658 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 чином, можна рециркулювати пару і/або воду, яку вводять навмисно, наприклад, для обробки бітумінозних пісків і бітуму. Коли стінки 102 і 104 побудовані над спорудженим і непроникним нижнім шаром 112, що починається з поверхні 106 землі, бутовий камінь 120, що добувається (який можна подрібнювати або сортувати відповідно до розміру або збагачення вуглеводнями) можна поміщати у пласти зверху (або біля) укладених порожніх нагрівальних труб 118, зливних труб 124 для текучих середовищ і/або труб 126 для збирання або введення газів. Ці труби можуть бути орієнтовані і спроектовані для будь-якої оптимальної моделі потоку, кута, довжини, розміру, об'єму, перетинання, решітки, розміру стін, сплавної конструкції, схеми перфорації, швидкості введення і швидкості виведення. У деяких випадках трубами, у тому числі використовуваними для теплопередачі, можна з'єднувати, рециркулювати або одержувати тепло від джерела 134 тепла. Як альтернатива, або у поєднанні, добуті гази можна конденсувати за допомогою холодильника 140. Тепло, добуте за допомогою холодильника, можна необов'язково використовувати для додаткового нагрівання проникного пласта або для інших технологічних потреб. Джерело 134 тепла може одержувати, посилювати, збирати, створювати, об'єднувати, відділяти, передавати або включати тепло, одержане від будь-якого придатного джерела тепла, включаючи, але не обмежуючись цим, паливні елементи (наприклад, тверді оксидні паливні елементи, паливні елементи з розплавленим карбонатним електролітом і т. п.), сонячні джерела, вітрові джерела, нагрівачі на основі згоряння рідких або газоподібних вуглеводнів, геотермальні джерела тепла, атомні електростанції, вугільні теплові електростанції, радіочастотні джерела тепла, хвильові джерела енергії, безполуменеві камери згоряння, розподілені камери згоряння на природному паливі або будь-які їх поєднання. У деяких випадках можна використовувати електричні резистивні нагрівачі або інші нагрівачі, хоча паливні елементи і нагрівачі на основі згоряння є особливо ефективними. У деяких місцевостях геотермальна вода може циркулювати до поверхні у достатніх кількостях для нагрівання проникного пласта і направлятися в інфраструктуру. В іншому варіанті здійснення електропровідний матеріал можна розподіляти по всьому проникному пласту і електричний струм достатньої сили можна пропускати через провідний матеріал для вироблення тепла. Електропровідний матеріал може включати, але не обмежується цим, металеві деталі або кульки, провідний цемент, покриті металом частинки, металокерамічні композити, що проводять карбіди напівметалів, випалений нафтовий кокс, прокладені проводи, поєднання даних матеріалів і т. п. Електропровідний матеріал, що має частинки різних розмірів, можна попередньо змішувати, або матеріали можна вводити у проникний пласт після утворення проникного пласта. Рідини або гази можуть передавати тепло від джерела 134 тепла, або в іншому варіанті здійснення у випадках згоряння рідких або газоподібних вуглеводнів, усі радіочастотні (мікрохвильові) генератори або паливні елементи можуть, але не обов'язково, фактично генерувати тепло всередині відсіків 114 або 122. В одному варіанті здійснення нагрівання проникного пласта можна здійснювати конвективним нагріванням за рахунок згоряння вуглеводнів. Особливий інтерес представляє згоряння вуглеводнів, здійснюване в умовах стехіометричного співвідношення палива і кисню. Стехіометричні умови можуть забезпечити значне збільшення температури згоряння газу. У стехіометричному згорянні може використовуватися, але звичайно не потрібне, джерело чистого кисню, яке можуть забезпечити відомі технології, включаючи, але не обмежуючись цим, концентратори кисню, мембрани, електроліз і т. п. У деяких варіантах здійснення кисень можна одержувати з повітря при стехіометричному співвідношенні кисню і водню. Газоподібні продукти згоряння можна направляти у надвисокотемпературний теплообмінник, наприклад, керамічний або інший придатний матеріал, що має робочу температуру вище приблизно 2500 °F (1371 °C). Повітря, що одержане з навколишнього середовища або рециркулює з інших процесів, можна нагрівати за допомогою надвисокотемпературного теплообмінника і потім направляти у резервуар для нагрівання проникного пласта. Газоподібні продукти згоряння можна потім відділяти без необхідності подальшого розділення, тому що ці газоподібні продукти являють собою, головним чином, діоксид вуглецю і воду. Щоб мінімізувати втрати тепла, можна мінімізувати відстані між камерою згоряння, теплообмінником і резервуарами. Отже, в одному конкретному докладно описаному варіанті здійснення можна прикріпити портативні камери згоряння до окремих теплопроводів або менших секцій трубопроводів. Портативні камери згоряння або пальники можуть індивідуально 5 забезпечувати від приблизно 100000 британських теплових одиниць (БТО, 1,055•10 кДж) до 13 UA 103658 C2 6 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 приблизно 1000000 БТО (1,055•10 кДж), причому звичайно досить по приблизно 600000 БТО 5 (6,33•10 кДж) на трубу. Як альтернатива, згоряння всередині відсіку можна ініціювати всередині ізольованого відсіку у межах основної структури спорудженого герметичного відсіку. У цьому процесі частково згоряє вуглеводневий матеріал для забезпечення тепла і власного піролізу. Небажані викиди в атмосферу 144 можна захоплювати і відділяти у пласт 108 відразу після виходу з відсіків 114, 122 або з джерела 134 тепла і передавати по пробуреній свердловині 142. Джерело 134 тепла може також генерувати електрику і передавати, перетворювати або постачати енергію по лініях 150 електропередачі. Рідини або гази, виділені з відсіків 114 або 122, можна зберігати у встановленому поблизу резервуарі для збереження 136 або у відсіках 114 або 122. Наприклад, непроникний нижній шар 112 може включати похилу область 110, що направляє рідини у стічну систему 133, звідки рідини направляють у резервуар для зберігання. Коли бутовий матеріал 120 поміщають з трубами 118, 124, 126 і 128, різні вимірювальні пристрої або датчики 130 передбачені для спостереження за температурою, тиском, текучими середовищами, газами, складами, швидкостями нагрівання, щільністю і всіма іншими технологічними параметрами під час процесу добування у межах, навколо або під спорудженим резервуаром герметичного відсіку 100. Зазначені спостережні пристрої і датчики 130 можна розподіляти у будь-яких місцях всередині, навколо, у межах, у зв'язку або зверху прокладених труб 118, 124, 126 і 128 або зверху під покриттям або при зануренні у бутовий матеріал 120 або непроникний шар бар'єрної зони 112. Оскільки вміщений бутовий матеріал 120 заповнює відсік 114 або 122, матеріал 120 стає верхньою опорою для спорудженої непроникної верхньої бар'єрної зони 138 і конструкції стінок бар'єра 170, що може включати будь-яке поєднання непроникних і спроектованих бар'єрів для текучих середовищ і газів, або спорудженої конструкції, що включає матеріали, з яких можна виготовляти, у тому числі, але не обмежуючись цим, глину 162, ущільнений наповнювач або привізний матеріал 164, цемент або вогнетривкий цемент, що містить матеріал 166, геосинтетичну мембрану, вкладиш або ізоляцію 168. Над зоною 138, матеріал наповнювача, який можна поміщати як верхню кришку 116, вміщений для створення літостатичного тиску на області нагрівання відсіку 114 або 122. Покриття проникного пласта з ущільненим наповнювачем, достатнє для створення підвищеного літостатичного тиску у межах проникного пласта, може виявитися корисним для подальшого підвищення якості вуглеводневого продукту. Верхній шар ущільненого наповнювача може суттєво покривати проникний пласт, у той час як проникний пласт, у свою чергу, може суттєво підтримувати верхній шар ущільненого наповнювача. Верхній шар ущільненого наповнювача може, крім того, бути досить непроникним для вуглеводнів, що добуваються, або додатковий шар контролюючого проникність матеріалу можна додати аналогічним чином як бічну і/або нижню стінку. Додатковий тиск можна прикласти до області нагрівання відсіку для добування 114 або 122 шляхом збільшення будь-якого добутого газу або текучого середовища, обробленого або рециркулюючого, залежно від обставин, через кожну з труб 118, 124, 126 або 128. Всі відносні виміри, швидкості оптимізації, швидкості введення, швидкості добування, температури, швидкості нагрівання, швидкості потоку, значення тиску, показники ємності, хімічні склади або інші дані, що стосуються процесів нагрівання, добування, стабілізації, відділення, збереження, модернізації, очищення або структурного аналізу у межах резервуара 100 передбачені через з'єднання з комп'ютерним пристроєм 132, що використовує комп'ютерне програмне забезпечення для керування, обчислення і оптимізації всього процесу. Крім того, колонкове буріння, аналіз геологічних резервів і аналітичне моделювання пласта перед вибуховими, гірничими і транспортними роботами (або у будь-який час до, після або у процесі виконання даних робіт) може служити як засіб введення даних у керовані комп'ютером механізми, що використовують програмне забезпечення для визначення оптимальних розміщень, розмірів, об'ємів і моделей, каліброваних і таких, що мають перехресні посилання на бажану швидкість виробництва, тиск, температуру, швидкості теплопередачі, масові процентні співвідношення газів, складів газів, що вводяться, теплоємність, проникність, пористість, хімічний і мінеральний склад, ущільнення, щільність. Зазначений аналіз і визначення можуть включати й інші фактори, у тому числі фактори погодних умов, включаючи температуру і вологість повітря, що впливають на загальну ефективність спорудженої інфраструктури. Інші дані, у тому числі вологість руди, збагачення вуглеводнями, маса, розмір частинок і мінеральний і геологічний склад, включаючи проектоване добування цінних металів, можна використовувати як дані, що вводяться, включаючи набори даних про тимчасову вартість грошей, що визначають проектні потоки коштів, обслуговування боргу і внутрішні норми прибутковості. Фіг. 2A представляє збір резервуарів, включаючи непокритий або такий, що не має кришки 14 UA 103658 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 резервуар 100, що містить розділені на секції резервуари 122 всередині гірського кар'єру 200 з різними підвищеннями уступної виїмки. Фіг. 2B ілюструє одиночний резервуар 122 без зв'язаних з ним трубопроводів та інших аспектів винятково з метою ясності. Даний резервуар може бути аналогічний тому, що ілюструє Фіг. 1, або мати будь-яку іншу конфігурацію. У деяких варіантах здійснення передбачено, що бут, який добувається, можна транспортувати по спускних жолобах 230 або за допомогою конвеєрів 232 у резервуари 100 і 122 без якої-небудь необхідності рудникових транспортних вантажівок. Фіг. 3 являє собою спроектовані бар'єри проникності 112 нижче резервуара 100, що спирається на існуючу поверхню 106 пласта 108 з верхнім покривним матеріалом або наповнювачем 302 по сторонах і зверху резервуара 100 для остаточного (після процесу) покривання і відновлення нової поверхні 300 землі. Місцеві рослини, які могли бути тимчасово прибрані з даної області, можна пересадити, у тому числі дерева 306. Споруджені інфраструктури можуть, як правило, являти собою структури однократного користування, які можна легко і безпечно зносити з мінімальним додатковим виправленням. Це може суттєво знизити витрати, пов'язані з переміщенням великих об'ємів відпрацьованих матеріалів. Однак, за деяких обставин споруджені інфраструктури можна викопувати і використовувати повторно. Деяке обладнання, у тому числі радіочастотні пристрої, трубчасті пристосування, пристрої і випромінювачі можна добувати зі спорудженого резервуара після завершення добування вуглеводнів. Фіг. 4 представляє комп'ютерне обладнання 130, що контролює різні параметри вхідних і вихідних трубопроводів 118, 126 або 128, з'єднаних з джерелом тепла 134 під час процесу у резервуарах 122 у збірному резервуарі 100, щоб контролювати нагрівання проникного пласта. Аналогічним чином, рідину і пару, що збираються з резервуарів, можна відслідковувати і збирати в ємність 136 і холодильник 140, відповідно. Сконденсовані рідини з холодильника можна збирати в ємність 141, у той час як пара, що не конденсується, збирається в ємність 143. Як описано вище, рідкі і пароподібні продукти можна об'єднувати або частіше залишати як окремі продукти залежно від конденсованості, цільового продукту і т. п. Частину пароподібного продукту можна необов'язково конденсувати і поєднувати з рідкими продуктами в ємності 136. Однак, велика частина пароподібного продукту буде являти собою гази C4 і легше, які можна спалювати, продавати або використовувати у рамках процесу. Наприклад, газоподібний водень можна виділяти, використовуючи традиційне розділення газів, і використовувати для гідрування рідкі продукти відповідно до традиційних способів підвищення якості, наприклад, каталітичного і т. д., або газоподібний продукт, що не конденсується, можна спалювати для виробництва тепла, використовуваного для нагрівання проникного пласта, нагрівання сусіднього або прилеглого резервуара, опалення службових приміщень або приміщень для персоналу, або задоволення інших теплових потреб процесу. Споруджена інфраструктура може включати термопари, вимірювачі тиску, витратоміри, датчики дисперсії текучих середовищ, датчики концентрації і будь-які інші традиційні технологічні контрольні пристрої, розподілені по всій спорудженій інфраструктурі. Кожний з зазначених пристроїв може мати робочий зв'язок з комп'ютером, таким чином швидкості нагрівання, швидкості потоку продуктів і тиску можна відслідковувати або змінювати під час нагрівання проникного пласта. Необов'язково можна здійснювати місцеве перемішування, використовуючи, наприклад, ультразвукові генератори, що зв'язані з проникним пластом. Зазначене перемішування може полегшити розділення і піроліз вуглеводнів з розташованих нижче твердих матеріалів, з якими вони зв'язані. Крім того, достатнє перемішування може скоротити закупорку і агломерацію по всьому проникному пласту і трубопроводах. Фіг. 5 показує використання яких-небудь трубопроводів для передачі тепла у будь-якій формі газу, рідини або тепла за допомогою засобів передачі від одного розділеного на секції резервуара до іншого. Охолоджене текуче середовище можна передавати за допомогою засобів 512 теплопередачі у виробляючий тепло відсік 500 або виробляюче тепло джерело 134, щоб одержати більше тепла від відсіку 500 для повторної рециркуляції до призначеного відсіку 522. Таким чином, різні трубопроводи можна використовувати для передачі тепла від одного резервуара до іншого, щоб рециркулювати тепло і керувати використанням енергії для мінімізації енергетичних втрат. У ще одному аспекті водень-донорний агент можна вводити у проникний пласт під час стадії нагрівання. Водень-донорний агент може мати будь-який склад, що здатний гідрувати вуглеводні і необов'язково може являти собою відновник. Необмежувальні приклади придатних водень-донорних агентів можуть включати синтез-газ, пропан, метан, водень, природний газ, природний газовий конденсат, промислові розчинники, у тому числі ацетони, толуоли, бензоли, ксилоли, кумоли, циклопентани, циклогексани, нижчі алкени (C4-C10), терпени, заміщені похідні 15 UA 103658 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 даних розчинників і т. п. Крім того, вуглеводні, що добуваються, можна піддавати гідруванню, у тому числі у межах проникного пласта або після збору. Переважно, водень, добутий з газоподібних продуктів, можна повторно вводити у рідкий продукт для його модифікації. Проте, гідрування або гідродесульфування може бути дуже корисним для зменшення вмісту азоту і сірки у кінцевих вуглеводневих продуктах. Необов'язково, можна вводити каталізатори для прискорення даних реакцій. Крім того, введення легких вуглеводнів у проникний пласт може приводити до реакцій реформінгу, які знижують молекулярну масу, одночасно збільшуючи співвідношення водню до вуглецю. Це має особливу перевагу, оскільки, щонайменше частково підвищує проникність проникного пласта, наприклад, часто приблизно 30 %-40 % складає поровий об'єм, хоча поровий об'єм може звичайно складати від приблизно 10 % до приблизно 50 %. Легкі вуглеводні, які можна вводити, можуть являти собою будь-які, що забезпечують реформінг вуглеводнів, що добуваються. Необмежувальні приклади придатних легких вуглеводнів включають природний газ, природні газові конденсати, промислові розчинники, водень-донорні агенти та інші вуглеводні, що містять десять або менше атомів вуглецю і часто п'ять або менше атомів вуглецю. У наш час природний газ являє собою ефективний, зручний і наявний у великій кількості легкий вуглеводень. Як зазначено вище, різні розчинники або інші домішки можна також додавати для сприяння добуванню вуглеводневих продуктів з горючих сланців, і вони часто також збільшують текучість. Легкі вуглеводні можна вводити у проникний пласт шляхом їх передачі через подавальний трубопровід, що має відкритий кінець у гідроз'єднанні з нижньою частиною проникного пласта таким чином, що легкі вуглеводні (які являють собою газ при нормальних робочих умовах) проникають через проникний пласт. Як альтернатива, такий самий підхід можна використовувати для добутих вуглеводнів, що спочатку подаються у порожній резервуар. Таким чином, резервуар може діяти як резервуар для збереження безпосередніх продуктів з сусіднього резервуара і як установка для реформінгу або модифікації. У даному варіанті здійснення резервуар може бути, щонайменше частково, наповнений рідким продуктом, коли газоподібний легкий вуглеводень пропускають і приводять у контакт з рідкими вуглеводневими продуктами при температурах і умовах, достатніх для досягнення реформінгу, відповідно до добре відомих способів. Необов'язкові каталізатори реформінгу, що включають метали, у тому числі Pd, Ni або інші придатні каталітично активні метали, можна також вводити у рідкий продукт у межах резервуара. Додавання каталізаторів може служити для зниження і/або регулювання температури, і/або тиску реформінгу для визначених рідких продуктів. Крім того, резервуари можна легко утворювати майже на будь-якій глибині. Таким чином, оптимальні тиски реформінгу (або тиски добування при використанні глибини резервуара як міри контролю тиску для добування з проникного пласта) можна запланувати на підставі гідростатичного тиску, обумовленого кількістю рідини у резервуарі і висотою резервуара, тобто P=ρgh. Крім того, тиск може значно змінюватися по висоті резервуара, цього достатньо для утворення декількох зон реформінгу і регульованих тисків. Як правило, тиски у межах проникного пласта можуть бути достатніми для досягнення практично виняткового добування рідин, хоча деякі незначні об'єми пари можуть утворюватися залежно від конкретного складу проникного пласта. Відповідно до 5 загального правила, тиски можуть змінюватися від приблизно 5 атм (5,065•10 Па) до приблизно 6 5 50 атм (5,065•10 Па), хоча тиски від приблизно 6 атм (6,078•10 Па) до приблизно 20 атм 6 (2,026•10 Па) можуть бути особливо корисними. Однак, можна використовувати будь-який тиск вище, ніж приблизно атмосферний. Водному варіанті здійснення добута сира нафта містить дрібні частинки, що осаджуються у межах підрозділених відсіків. Добуті текучі середовища і гази можна обробляти для видалення дрібних частинок і частинок пилу. Відділення дрібних частинок від горючих сланців можна здійснювати відомими способами, у тому числі, але не обмежуючись цим, фільтруванням гарячого газу, осадженням і рециркуляцією важкої нафти. Вуглеводневі продукти, добуті з проникного пласта, можна додатково переробляти (наприклад, очищати) або використовувати в одержаному вигляді. Будь-які газоподібні продукти, що конденсуються, можна конденсувати охолодженням і збором, у той час як гази, що не конденсуються, можна збирати, спалювати як паливо, повторно вводити, використовувати іншим чином або утилізувати. Необов'язково, можна використовувати мобільне обладнання для збирання газів. Дані пристрої можна легко розташовувати поблизу контролюючої інфраструктури і направляти в них газоподібний продукт через відповідні трубопроводи з верхньої частини контролюючої інфраструктури. У ще одному альтернативному варіанті здійснення тепло у межах проникного пласта можна добувати після первинного добування з нього вуглеводневих матеріалів. Наприклад, велика кількість тепла зберігається у проникному пласті. В одному необов'язковому варіанті здійснення 16 UA 103658 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 проникний пласт можна заливати теплопередавальним текучим середовищем, у тому числі водою, для утворення нагрітого текучого середовища, наприклад, нагрітої води і/або пари. У той же час, даний спосіб може полегшити добування деяких залишкових вуглеводневих продуктів за допомогою фізичного промивання відпрацьованих твердих сланців. У деяких випадках введення води і присутність пари може приводити до реакцій зсуву водяного газу та утворення синтез-газу. Пару, що добувається у даному процесі, можна використовувати для роботи генератора, направляти в іншу сусідню інфраструктуру або використовувати іншим способом. Вуглеводні і/або синтез-газ можна відділяти від пари або нагрітого текучого середовища традиційними способами. Хоча способи та інфраструктура забезпечують поліпшену проникність і контроль робочих умов, значні кількості недобутих вуглеводнів, благородних металів, мінералів, бікарбонату натрію або інших комерційно цінних матеріалів часто залишаються у проникному пласті. Отже, особливо у випадку металів, що добуваються, як описано вище, агент, що може включати селективний розчинник, вилуговуючий агент, хелатоутворюючий агент або, у деяких випадках, тільки гарячу воду, або будь-яке поєднання перерахованого вище, можна впорскувати або вводити у проникний пласт, щоб розчиняти, зв'язувати, виділяти в елементарній формі або іншим чином переводити зазначені метали у розчин або утворювати осад, який може бути суспендований у розчині, або навіть у вигляді пари. Як правило, це можна здійснювати після збору вуглеводнів, хоча визначені селективні агенти або розчинники можна переважно використовувати перед нагріванням і/або збором. Це можна здійснювати шляхом використання одного або більше існуючих трубопроводів або безпосереднього введення і проникнення через проникний пласт. Селективний агент, у тому числі розчинник, фільтрат або інший матеріал, можна вибирати як розчинник для одного або більше цільових матеріалів, наприклад, мінералів, благородних металів, важких металів, вуглеводнів або бікарбонату натрію. Як зазначено вище, єдине обмеження полягає у функціональності. В одному конкретному варіанті здійснення пару або діоксид вуглецю можна використовувати для промивання проникного пласта, щоб витіснити щонайменше частину вуглеводнів, що залишилися. Це може бути вигідно не тільки для добування потенційно цінних вторинних продуктів, але також для очищення відпрацьованих матеріалів, що залишилися, від слідів важких металів або неорганічних речовин до рівнів нижче межі виявлення з метою дотримання встановлених стандартів або запобігання випадковому вилуговуванню матеріалів у майбутньому. Придатні розчинники, вилуговуючі агенти і т. п. можуть включати кислоти, поєднання кислот, у тому числі азотну, соляну, сірчану, сульфонову, фосфорну, фосфонову та інші неорганічні кислоти. Хелатоутворюючі агенти, які можна використовувати, включають етилендіамінтетраоцтову кислоту (EDTA) і аналогічні зв'язувальні ліганди. Спеціалізовані способи хелатоутворення, що включають ліганди, зв'язані з мембранами, описані у патентах США № 5789496 і № 6544422, що видані фірмі IBC Advanced Technologies, Inc. і включені у даний документ за допомогою посилання. Способи добування і нейтралізації радіоактивних матеріалів описані у патенті США № 7390934 і опублікованій патентній заявці США № 2008/0134837 (дата публікації - 12 червня 2008 року), що включені у даний документ за допомогою посилання. Більш конкретно, різні стадії добування можна використовувати як до, так і після нагрівання проникного пласта, щоб добувати важкі метали, благородні метали, слідові метали або інші матеріали, що мають економічне значення або можуть викликати небажані проблеми під час нагрівання проникного пласта. Як правило, зазначене добування матеріалів можна здійснювати перед термічною обробкою проникного пласта. Стадії добування можуть включати, але жодним чином не обмежені цим, видобування розчиненням, вилуговування, добування за допомогою розчинника, осадження, обробку кислотами (наприклад, соляна кислота, кислі галогеніди і т. д.), флотацію, обробку іонообмінними смолами, гальванічне покривання або т. п. Наприклад, важкі метали, боксит або алюміній і ртуть можна добувати заливанням проникного пласта відповідним розчинником і рециркуляцією одержаного фільтрату через відповідним чином вибрані іонообмінні смоли (наприклад, гранули, мембрани і т. д.). При добуванні мінералів після добування вуглеводнів іноді може виявитися вигідним спочатку збільшити температуру у пористому пласті до достатнього рівня, щоб випалити або іншим чином викликати визначену міру руйнування пористого матеріалу, збільшивши тим самим площу поверхні у пористому пласті, щоб можна було збільшити контакт між агентом і металом. Аналогічним чином можна здійснювати біоекстракцію, біовилуговування, біодобування або біопокращення вуглеводневого матеріалу, відпрацьованих матеріалів, або благородних металів, щоб додатково вдосконалити поліпшення, добування цінних металів і відновлення відпрацьованих матеріалів відповідно до екологічно прийнятних стандартів. У таких моделях 17 UA 103658 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 біоекстракції можна використовувати трубопроводи для введення каталізуючих газів як вихідних речовин, що сприяють початку біореакції і її розвитку. Такі мікроорганізми і ферменти можуть біохімічно окиснювати рудний пласт або матеріал, або целюлозний матеріал, або іншу біомасу перед екстракцією руди розчинником за допомогою біоокиснення. Наприклад, можна використовувати перфоровану трубу або інший пристрій для введення легкого вуглеводню (наприклад, метану, етану, пропану або бутану) у проникний пласт у достатній кількості, щоб стимулювати ріст і дію природних бактерій. Бактерії можуть бути природними або введеними і можуть рости в аеробних або анаеробних умовах. Такі бактерії можуть добувати з проникного пласта метали, які потім можна виділяти шляхом промивання відповідним розчинником або іншими придатними способами добування. Добуті метали можна потім осаджувати, використовуючи традиційні способи. Синтез-газ можна також добувати з проникного пласта під час стадії нагрівання. Різними стадіями виробництва газу можна керувати, використовуючи способи, які підвищують або знижують робочі температури у замкненому об'ємі і регулюють інші продукти, що вводять у резервуар для одержання синтетичних газів, які можуть включати, але не обмежені цим, монооксид вуглецю, водень, сірководень, вуглеводні, аміак, воду, азот або їх різні поєднання. В одному варіанті здійснення температуру і тиск можна контролювати у межах проникного пласта для зниження викидів CO2 при виділенні синтетичних газів. Вуглеводневий продукт, добутий зі споруджених інфраструктур, можна найчастіше піддавати подальшій переробці, наприклад, шляхом модифікації, очищення і т. д. Сірку з відповідних процесів модифікації і очищення можна виділяти у різні споруджені сірчані відсіки у межах більшого спорудженого капсульного резервуара. Споруджені сірчані відсіки можуть являти собою відпрацьовані споруджені інфраструктури або виділятися з метою збереження та ізоляції після знесірчення. Аналогічним чином, відпрацьований вуглеводневий матеріал, що залишився у спорудженій інфраструктурі, зокрема, після добування металів, що може включати добування важких або токсичних металів, можна використовувати у виробництві цементу і продуктів-наповнювачів для використання у спорудженні або стабілізації самої інфраструктури або у будівництві споруджених інфраструктур поза майданчиком. Зазначені цементні продукти, виготовлені з відпрацьованих сланців, можуть включати, але не обмежені цим, суміші, що містять портлендцемент, солі кальцію, вулканічний попіл, перліт, синтетичний нановуглець, пісок, скловолокно, бите скло, асфальт, гудрон, зв'язувальні смоли, целюлозні рослинні волокна і т. п. У ще одному варіанті здійснення введення, спостереження і виробництво трубопроводів або виходів для добування можна здійснювати у будь-якій моделі або розташуванні у межах спорудженої інфраструктури. Вимірювальні свердловини і споруджені геомембранні пласти нижче або поза спорудженим герметичним відсіком можна використовувати для спостереження за небажаною міграцією текучих середовищ і вологістю за межами резервуара і спорудженої інфраструктури. Хоча заповнену і підготовану споруджену інфраструктуру часто можна негайно нагрівати для добування вуглеводнів, це не є обов'язковим. Наприклад, споруджену інфраструктуру, що побудована і заповнена вуглеводневим матеріалом, що добувається, можна залишити на місці як доведений резерв. Зазначені структури є менш вразливими стосовно вибуху або ушкодження внаслідок терористичної діяльності і можуть також забезпечувати стратегічні резерви неперероблених нафтопродуктів з класифікованими і відомими властивостями, таким чином економічні оцінки можуть стати більш значними і більш прогнозованими. Довгострокове збереження нафти часто зіштовхується з проблемами погіршення якості з часом. Таким чином, дані підходи можна необов'язково використовувати для довгострокового забезпечення і збереження якості зі зменшеним занепокоєнням про розкладання і зниження якості вуглеводневих продуктів. У ще одному аспекті високоякісний рідкий продукт можна змішувати з більш в'язкими низькоякісними (наприклад, з меншим індексом AHN) вуглеводневими продуктами. Наприклад, керогенне масло, одержане з резервуарів, можна змішувати з бітумом для одержання змішаного масла. Бітум звичайно не можна транспортувати через подовжений трубопровід відповідно до традиційних і прийнятих трубопровідних стандартів, і він може мати в'язкість суттєво вище та індекс AHN суттєво нижче, ніж у керогенного масла. Змішування керогенного масла і бітуму може зробити змішане масло таким, що транспортується без використання додаткових розріджувачів або інших засобів, що модифікують в'язкість або індекс AHN. У результаті змішане масло можна прокачувати через трубопровід без необхідності додаткових процедур для видалення розріджувача або повернення зазначених розріджувачів через вторинний трубопровід. Традиційно бітум з'єднують з розріджувачем, включаючи природний газовий конденсат або інші низькомолекулярні рідини, щоб забезпечити перекачування у віддалене місце. Розріджувач видаляють і повертають через другий 18 UA 103658 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 трубопровід назад до джерела бітуму. Такі підходи дозволяють виключити повернення розріджувача і одночасно поліпшити бітум. Споруджена інфраструктура і пов'язаний з нею спосіб може привести до рішення складних проблем, що стосуються добування рідких і газоподібних вуглеводнів з поверхневих або підземних розроблюваних родовищ, що містять вуглеводні, включаючи горючі сланці, бітумінозні піски, лігніт і вугілля, і з біомаси, що збирається. Крім іншого, це дозволяє скоротити витрати, збільшити об'єм продукції, знизити викиди в атмосферу, обмежити споживання води, запобігти забрудненню водойм, відновити поверхневі руйнування, скоротити витрати на обробку матеріалу, усунути дрібнодисперсні забруднення і поліпшити склад рідких або газоподібних вуглеводнів, що добуваються. Це також дозволяє вирішувати проблеми забруднення води за допомогою водозахисної структури, яка є більш безпечною, більш прогнозованою, спроектованою, за нею можна спостерігати, ремонтувати, пристосовувати і охороняти. Хоча описані способи і системи залежать від гірничих робіт, вони не обмежені і не обтяжені традиційними надземними (зовнішніми) способами перегонки у реторті. Такий підхід перевершує за своїми перевагами поверхневі реторти з врахуванням кращого способу контролю температури, тиску, швидкостей введення, складів текучих середовищ і газів, якості продуктів і кращої проникності внаслідок обробки і нагрівання буту, що добувається. Ці переваги доступні, у той час як проблеми об'єму, обробки і розширюваності не можуть бути вирішені більшістю виготовлених поверхневих реторт. Інші вдосконалення, які можна здійснити, стосуються охорони навколишнього середовища. Традиційні поверхневі реторти зіштовхуються з проблемою не відпрацьованих сланців після їх видобування і пропускання через поверхневу реторту. Відпрацьовані сланці, що були термічно оброблені, потребують особливого поводження для добування і виділення з поверхневих стічних резервуарів і підземних водойм. Описані системи і способи стосуються добування і ретортної обробки в унікально поєднаному підході. Стосовно викидів в атмосферу, що також являють собою основну проблему, характерну для способів попередньої обробки у поверхневій реторті, такий підхід, внаслідок його величезної ємності і високої проникності, може забезпечувати більш тривалі терміни витримування при нагріванні і, отже, менші температури. Одна перевага зниження температури у процесі добування полягає у тому, що утворення діоксиду при розкладанні карбонатів у руді, що містить горючі сланці, можна суттєво обмежити, різко скорочуючи тим самим викиди CO2 і забруднюючих атмосферу речовин. Дана система забезпечує унікальні рішення проблем, причому не однієї, а множини проблем, і являє собою інтегрований підхід. У результаті можливе досягнення значних вигод для суспільства з погляду виробництва енергії, економічних можливостей, захисту навколишнього середовища та енергоємності. Слід розуміти, що наведені вище пристрої являють собою ілюстрації застосування принципів даного винаходу. Таким чином, хоча даний винахід був описаний вище у зв'язку зі зразковими варіантами здійснення даного винаходу, звичайним фахівцям у даній галузі техніки стане очевидним, що численні модифікації і альтернативні пристрої можна зробити без відхилення від принципів і понять даного винаходу, як викладено у формулі винаходу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 55 1. Спосіб добування мінералів з вуглеводневих матеріалів до, під час або після добування з них вуглеводнів, в якому: а) утворюють споруджену контролюючу проникність інфраструктуру, що утворює по суті герметизований замкнений об'єм, б) вводять роздроблений вуглеводневий матеріал у зазначену інфраструктуру для утворення проникного пласта вуглеводневого матеріалу, в) приводять у контакт пласт вуглеводневого матеріалу з агентом, при цьому за допомогою агента добувають один або більше мінералів, г) пропускають добуті мінерали і агент назовні із замкненого об'єму, д) при цьому вуглеводневий матеріал є по суті нерухомим при приведенні в контакт пласта вуглеводневого матеріалу з агентом і при пропусканні добутих матеріалів і агента назовні із замкненого об'єму. 2. Спосіб за п. 1, в якому вуглеводневий матеріал, який добувають, містить горючі сланці, бітумінозні піски, вугілля, лігніт, бітум, торф або їх комбінації. 3. Спосіб за п. 2, в якому мінерал є металом, крім лужного або лужноземельного металу. 19 UA 103658 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 4. Спосіб за п. 1, в якому проникний пласт складається в основному з роздробленого вуглеводневого матеріалу, що має середній розмір фрагментів від приблизно 6 дюймів (15,24 см) до приблизно 2 футів (60,96 см). 5. Спосіб за п. 1, в якому проникний пласт має поровий простір, що складає від приблизно 10 % до приблизно 40 % всього об'єму проникного пласта. 6. Спосіб за п. 1, в якому добуті вуглеводні і проникний пласт є відпрацьованим вуглеводневим матеріалом. 7. Спосіб за п. 6, в якому відпрацьований вуглеводневий матеріал нагрівають до підвищеної температури перед введенням у контакт з агентом. 8. Спосіб за п. 1, в якому агент містить розчин, що містить розчинник, вилуговувач, кислоту, хелатоутворюючий агент, воду або їх комбінації. 9. Спосіб за п. 1, в якому проникний пласт додатково містить множину трубопроводів, введених у проникний пласт, причому щонайменше деякі з трубопроводів призначені для введення агента у проникний пласт. 10. Спосіб за п. 1, в якому стадія контакту проникного пласта з агентом здійснюється протягом часу і у температурному інтервалі, достатньому для добування мінералів у формі, що добувається. 11. Спосіб за п. 1, в якому форма, що добувається, включає в себе рідкий продукт у нижчій області зазначеної інфраструктури, з якої рідкий продукт можна зливати. 12. Спосіб за п. 8, в якому розчин містить розчинник. 13. Спосіб за п. 8, в якому розчин містить вилуговуючий агент. 14. Спосіб за п. 8, в якому розчин містить хелатоутворюючий агент, що зв'язує мінерали. 15. Спосіб за п. 1, в якому добування мінералів завершується перед переробкою вуглеводневого матеріалу для добування вуглеводнів. 16. Спосіб за п. 1, в якому добування мінералів здійснюють одночасно з переробкою вуглеводневого матеріалу для добування вуглеводнів. 17. Спосіб за п. 1, в якому добування мінералів здійснюють після переробки вуглеводневого матеріалу для добування вуглеводнів, залишаючи відпрацьований вуглеводневий матеріал. 18. Спосіб за п. 17, в якому відпрацьований вуглеводневий матеріал випалюють при вищій температурі, ніж температура, що використовується для добування вуглеводнів, перед контактуванням з агентом. 19. Спосіб за п. 3, в якому метали, що добуваються, містять один або декілька з Cu, Ag, Аu, Pt, Mo, W, Ni і Pd. 20. Спосіб за п. 3, в якому метали, що добуваються, містять один або декілька з Hg, Pb і U. 21. Спосіб за п. 1, в якому контролююча інфраструктура додатково має конструктивну нижню опору основи з матеріалу ґрунту або місцевої топографії поверхні як низ. 22. Спосіб за п. 1, в якому контролююча інфраструктура має площу поверхні в плані 0,5-5 акрів. 23. Спосіб за п. 1, в якому контролююча інфраструктура має бічні стінки, які виконані у вигляді берм із щільного матеріалу. 24. Спосіб за п. 1, в якому контролююча інфраструктура містить щільний ґрунтовий матеріал. 25. Спосіб за п. 24, в якому щільний ґрунтовий матеріал містить ґрунт з добавками бентоніту. 20 UA 103658 C2 21 UA 103658 C2 22 UA 103658 C2 Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 23