Conducto de calentamiento ondulado y método de uso en la mitigación de la expansión térmica y la subsidencia.

Método (200) para mantener la integridad estructural de un conducto (62,

64, 66, 70, 80) de calentamiento usado para calentar una masa (30) permeable de material (32) hidrocarbonado contenido dentro de una infraestructura (10) de control de permeabilidad construida, que comprende:

obtener (202) un conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento con paredes onduladas y configurado para transportar un fluido de transferencia de calor;

enterrar (207) el conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento a una profundidad dentro de la masa (30) permeable de material (32) hidrocarbonado, teniendo el conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento un extremo (72) de entrada que se extiende desde un limite de la infraestructura (10) de control de permeabilidad construida;

acoplar de manera operativa (206) el extremo (72) de entrada del conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento a una fuente del fluido de transferencia de calor;

hacer pasar (208) el fluido de transferencia de calor a traves del conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento para transferir calor a la masa (30) permeable; y

facilitar la compresión de las paredes onduladas a lo largo de un eje longitudinal del conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento para mitigar los esfuerzos provocados por la expansión termica restringida a lo largo del eje longitudinal, y un curvado adaptable de las paredes onduladas para mitigar los esfuerzos provocados por la subsidencia sustancial de la masa (30) permeable.

Conducto de calentamiento ondulado y método de uso en la mitigación de la expansión térmica y la subsidencia

Solicitudes relacionadas Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional estadounidense n.o 61/152.150, presentada el 12 de febrero de 2009, y titulada "Corrugated Heating Conduit and Method of Using in Thermal Expansion and Subsidence Mitigation", solicitud que se incorpora como referencia en su totalidad en el presente documento.

Antecedentes La demanda interna y global de combustibles fósiles continúa en aumento a pesar de los aumentos de precio y otras cuestiones económicas y geopolíticas. Puesto que tal demanda continúa en aumento, la investigación y la búsqueda de fuentes adicionales económicamente viables de combustibles fósiles aumenta de manera correspondiente. Históricamente, se han reconocido ampliamente las enormes cantidades de energía almacenada en depósitos de esquisto bituminoso, carbón y arena bituminosa, por ejemplo. Sin embargo, estas fuentes siguen suponiendo un reto difícil en términos de recuperación económicamente competitiva. Las arenas bituminosas canadienses han mostrado que tales esfuerzos pueden ser fructíferos, aunque sigue habiendo aún muchos retos, incluyendo el impacto medioambiental, calidad del producto, costes de producción y tiempo de proceso, entre otros.

Las estimaciones de reservas de esquisto bituminoso mundiales oscilan entre dos y casi siete billones de barriles de petróleo, dependiendo de la fuente de estimación. Independientemente, estas reservas representan un volumen tremendo y siguen siendo un recurso sustancialmente inexplotado. Un gran número de empresas e investigadores continúan estudiando y probando métodos para recuperar petróleo de tales reservas. En la industria del esquisto bituminoso, los métodos de extracción han incluido chimeneas de escombros subterráneas creadas mediante explosiones, métodos in situ tales como el método del proceso de conversión in situ (ICP) (Shell Oil) , y calentamiento dentro de retortas fabricadas en acero. Otros métodos han incluido métodos de radiofrecuencia in situ (microondas) , y procesos in situ "modificados" en los que se han combinado minería subterránea, voladura y formación de retortas para formar escombros a partir de una formación para permitir una mejor transferencia de calor y retirada de producto.

De los procesos de esquisto bituminoso habituales, todos están sujetos a limitaciones por cuestiones económicas y medioambientales. Ningún proceso actual por sí solo satisface los retos económicos, medioambientales y técnicos. Además, las preocupaciones por el calentamiento global dan lugar a medidas adicionales para tratar las emisiones de dióxido de carbono (C02) que están asociadas con tales procesos. Se necesitan métodos que sean respetuosos con el medio ambiente y que aun así proporcionen una producción de petróleo rentable y de gran volumen.

Los conceptos in situ bajo tierra surgieron por su capacidad para producir grandes volúmenes al tiempo que evitan el coste de la minería. Aunque pueden conseguirse ahorros de coste como resultado de evitar la minería, el método in sítu requiere calentar una formación durante un periodo de tiempo más prolongado debido a la extremamente baja conductividad térmica yel alto calor específico del esquisto bituminoso sólido. Quizás el reto más significativo para cualquier proceso in situ es la incertidumbre y la posible contaminación de agua a largo plazo que puede producirse con acuíferos de agua dulce subterráneos. En el caso del método de ICP de Shell, se usa una "pared de congelación" como barrera para mantener una separación entre acuíferos y una zona de tratamiento subterránea. Aunque esto es posible, ningún análisis a largo plazo ha probado que garantice durante extensos periodos la prevención de la contaminación. Sin garantías y con incluso menos remedios en caso de que una pared de congelación fallara, otros métodos son deseables para abordar tales riesgos medioambientales.

El documento US 2008/190816 da a conocer un método para recuperar hidrocarburos a partir de materiales hidrocarbonados.

El documento US 4.854.372 da a conocer una tubería de calor ondulada sellada en ambos extremos.

El objeto de la reivindicación 1 difiere del método dado a conocer en el documento US 2008/0190816 en que el conducto de calentamiento tiene paredes onduladas, y en que la compresión de las paredes onduladas se facilita a lo largo de un eje longitudinal del conducto de calentamiento para mitigar el esfuerzo provocado por la expansión térmica restringida y por la curvatura adaptable de las paredes onduladas para mitigar el esfuerzo.

La reivindicación de aparato 10 tiene características de aparato que corresponden a la reivindicación de método 1. La forma en una sola parte también se prefiere para la reivindicación de aparato 10 por motivos de claridad.

Por este y otros motivos, continúa la necesidad de métodos y sistemas que puedan proporcionar una recuperación mejorada de hidrocarburos a partir de materiales que contienen hidrocarburos adecuados, que tengan unos factores económicos aceptables y eviten los inconvenientes comentados anteriormente.

Sumario Se proporciona un método para mantener la integridad estructural de un conducto enterrado, tal como un conducto de calentamiento usado para calentar una masa permeable de material hidrocarbonado encerrado dentro de una infraestructura de control de permeabilidad construida. El método incluye obtener un conducto de calentamiento que tiene paredes onduladas y que está configurado para transportar un fluido de transferencia de calor, y enterrar el conducto de calentamiento a una profundidad dentro de la masa permeable de material hidrocarbonado, y con un extremo de entrada que se extiende desde el límite de la infraestructura de control de permeabilidad construida. El método también incluye acoplar de manera operativa el extremo de entrada del conducto de calentamiento a una fuente del fluido de transferencia de calor, y hacer pasar el fluido de transferencia de calor a través del conducto de calentamiento para transferir calor del fluido de transferencia de calor a la masa permeable mientras se permite que las paredes onduladas se compriman axial mente y mitiguen la expansión térmica restringida a lo largo del eje longitudinal del conducto de calentamiento, y que se curven de manera adaptable y mitiguen los esfuerzos laterales provocados por la subsidencia de la masa permeable.

Según otra realización representativa descrita en términos generales en el presente documento, se proporciona un sistema de conducto de calentamiento para transferir calor de un fluido de transferencia de calor a una masa permeable de material hidrocarbonado contenido dentro de una infraestructura de control de permeabilidad construida. El sistema incluye una infraestructura de control de permeabilidad construida y una masa permeable de material hidrocarbonado contenido dentro de la infraestructura de control. El sistema también incluye un conducto de calentamiento que está configurado para transportar el fluido de transferencia de calor y que está enterrado a una profundidad dentro de la masa permeable que tiene paredes onduladas con al menos un extremo de entrada que se extiende desde un límite de la infraestructura de control. El sistema incluye además una fuente del fluido de transferencia de calor acoplada de manera operativa al al menos un extremo de entrada, de modo que hacer pasar el fluido de transferencia de calor a través del conducto de calentamiento para transferir calor al masa permeable permite que las paredes onduladas de al menos una parte del conducto de calentamiento enterrado se compriman axialmente por los efectos de la expansión térmica, y que las paredes onduladas de al menos otra parte del conducto de calentamiento enterrado se curven de manera adaptable en respuesta a la subsidencia de la masa permeable.

Breve descripción de los dibujos Características y ventajas de la invención resultarán evidentes a partir de la descripción detallada que sigue y que, tomada junto con los dibujos adjuntos, conjuntamente ilustran características de la invención. Se entiende que estos dibujos representan meramente realizaciones a modo de ejemplo y, por tanto, no han de considerarse limitativos de su alcance. Además, se apreciará fácilmente que los componentes, según se describen e ilustran de manera general en las figuras en el presente documento, podrían disponerse y diseñarse en una amplia variedad de configuraciones diferentes.

La figura 1 ilustra una vista esquemática lateral, con corte parcial, de una infraestructura de control de permeabilidad construida que incluye una masa permeable de material... [Seguir leyendo]

1. Método (200) para mantener la integridad estructural de un conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento usado para calentar una masa (30) permeable de material (32) hidrocarbonado contenido dentro de una infraestructura (10) de control de permeabilidad construida, que comprende:

obtener (202) un conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento con paredes onduladas y configurado para transportar un fluido de transferencia de calor;

enterrar (207) el conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento a una profundidad dentro de la masa (30) permeable de material (32) hidrocarbonado, teniendo el conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento un extremo (72) de entrada que se extiende desde un límite de la infraestructura (10) de control de permeabilidad construida;

acoplar de manera operativa (206) el extremo (72) de entrada del conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento a una fuente del fluido de transferencia de calor;

hacer pasar (208) el fluido de transferencia de calor a través del conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento para transferir calor a la masa (30) permeable; y

facilitar la compresión de las paredes onduladas a lo largo de un eje longitudinal del conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento para mitigar los esfuerzos provocados por la expansión térmica restringida a lo largo del eje longitudinal, y un curvado adaptable de las paredes onduladas para mitigar los esfuerzos provocados por la subsidencia sustancial de la masa (30) permeable.

2. Método según la reivindicación 1, que comprende además orientar un patrón de ondulaciones (92) transversales en las paredes onduladas en perpendicular al eje longitudinal del conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento, o que comprende además orientar un patrón de ondulaciones (92) transversales en las paredes onduladas en un ángulo agudo en relación con el eje longitudinal del conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento.

3. Método según la reivindicación 1, que comprende además integrar el conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento en la masa (30) permeable al mismo tiempo que se llena la infraestructura (10) de control con material (32) hidrocarbonado.

4. Método según la reivindicación 1, que comprende además orientar al menos una parte del conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento de manera sustancialmente horizontal dentro de la masa permeable para absorber los efectos de la subsidencia transversalmente al eje longitudinal del conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento,

o que comprende además orientar al menos una parte del conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento de manera sustancialmente vertical dentro de la masa (30) permeable para absorber los efectos de la subsidencia a lo largo del eje longitudinal del conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento.

5. Método según la reivindicación 1, que comprende además formar aberturas (78) en las paredes onduladas en una parte del conducto (70) de calentamiento para permitir que el fluido de transferencia de calor entre en la masa (30) permeable.

6. Método según la reivindicación 1, que comprende además disponer el conducto (80) de calentamiento en un bucle cerrado que tiene un extremo (88) de retorno que se extiende

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desde el límite de la infraestructura (10) de control de permeabilidad construida, para segregar el fluido de transferencia de calor de la masa (30) permeable.

Método según la reivindicación 1, que comprende además: seleccionar el fluido de transferencia de calor del grupo que consiste en un gas de escape calentado, aire calentado, vapor, vapores de hidrocarburo y un líquido calentado; y/o, calentar el fluido de transferencia de calor hasta una temperatura de entre 200 grados y 1000 grados Fahrenheit.

Método según la reivindicación 1, en el que la masa (30) permeable de material (32) hidrocarbonado está formada por esquisto bituminoso y la cantidad de movimiento vertical de la superficie superior oscila entre el 12% yel 16% de la altura vertical inicial de la masa (30) .

Método según la reivindicación 1, que comprende además colocar una estructura (90) de malla metálica por debajo de una parte del conducto (80) de calentamiento enterrado dentro de la masa (30) permeable para mantener la posición relativa del conducto (80) de calentamiento dentro de la masa (30) permeable.

Sistema de conducto de calentamiento para transferir calor de un fluido de transferencia de calor a una masa (30) permeable de material (32) hidrocarbonado contenido dentro de una infraestructura (10) de control de permeabilidad construida, que comprende:

una infraestructura (10) de control de permeabilidad construida;

una masa (30) permeable de material (32) hidrocarbonado contenido dentro de la infraestructura (10) de control;

un conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento que está enterrado a una profundidad dentro de la masa (30) permeable y que tiene paredes onduladas, que está configurado para transportar el fluido de transferencia de calor, y que tiene al menos un extremo (72) de entrada que se extiende desde un límite de la infraestructura (10) de control; y

una fuente del fluido de transferencia de calor acoplada de manera operativa (206) a al menos un extremo (72, 82, 110) de entrada, en el que las paredes onduladas de al menos una parte del conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento enterrado están configuradas para comprimirse axial mente al pasar (208) el fluido de transferencia de calor a través del conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento para transferir calor a la masa (30) permeable, y las paredes onduladas de al menos otra parte del conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento enterrado están configuradas para curvarse de manera adaptable en respuesta a la subsidencia sustancial de la masa (30) permeable.

Sistema de conducto según la reivindicación 10, en el que un patrón de ondulaciones transversales en las paredes onduladas está orientado en perpendicular al eje longitudinal del conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento, o en el que un patrón de ondulaciones transversales en las paredes onduladas está orientado en un ángulo agudo en relación con el eje longitudinal del conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento.

Sistema de conducto según la reivindicación 10, en el que al menos una parte del conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento está orientada de manera sustancialmente horizontal dentro de la masa (30) permeable para absorber los efectos de la subsidencia transversalmente al eje longitudinal del conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento.

13. Sistema de conducto según la reivindicación 10, en el que al menos una parte del conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento está orientada de manera sustancialmente vertical dentro de la masa (30) permeable para absorber los efectos de la subsidencia a lo largo del eje longitudinal del conducto (62, 64, 66, 70, 80) de calentamiento.

14. Sistema de conducto según la reivindicación 10, que comprende además al menos una parte del conducto (70) de calentamiento que tiene aberturas (78) formadas en las paredes onduladas para permitir que el fluido de transferencia de calor entre en la masa

(30) permeable, o que comprende además el conducto (80) de calentamiento que está formado en un bucle cerrado que tiene un extremo (88) de retorno que se extiende desde el límite de la infraestructura (10) de control de permeabilidad construida, para segregar el fluido de transferencia de calor de la masa (30) permeable, o que comprende además una estructura (90) de malla metálica colocada por debajo de una parte del conducto (80) de calentamiento enterrado dentro de la masa (30) permeable para mantener la posición relativa del conducto (80) de calentamiento dentro de la masa

(30) permeable.

15. Sistema de conducto según la reivindicación 10, en el que el fluido de transferencia de calor se selecciona del grupo que consiste en un gas de escape calentado, aire calentado, vapor, vapores de hidrocarburo y un líquido calentado, o en el que el fluido de transferencia de calor se calienta hasta una temperatura de entre 200 grados y 900 grados Fahrenheit.