ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности. В частности, изобретение относится к способам и комплексам для добычи углеводородов из залежей углеводородов, например, из нефтяных залежей, или, например, из газоконденсатных залежей, или, например, из газовых залежей.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известна закачка негорючих газов (таких, как азот, диоксид углерода, выхлопные газы и тому подобных) в залежи углеводородов для повышения эффективности добычи содержащего углеводороды флюида.

Например, в патенте US № 4895710 предложен комплекс, включающий камеру сгорания, в которой природный газ сжигают с воздухом, сжатым в компрессоре. После удаления из выхлопных газов диоксида углерода в абсорбционном устройстве, оставшийся азот сжимают в выходном компрессоре и используют для нагнетания в нефтяные или газовые скважины. Тепловую энергию, выделяющуюся при сжигании, используют для получения механической работы посредством теплообменника, парового котла и паровой турбины. Однако необходимы значительные затраты энергии на сжатие азота для закачки в залежь углеводородов. Более того, этот комплекс не обеспечивает эффективного использования газа, который отделяют от содержащего углеводороды флюида.

В патенте US № 10315150 представлен комплекс, в котором топливный газ, содержащий углеводороды, сжигают с кислородосодержащим окислителем в энергосиловой установке. Из выхлопных газов извлекают диоксид углерода, при этом получают твердый диоксид углерода посредством морозильной камеры. Твердый диоксид углерода плавят в плавильной камере для получения жидкого диоксида углерода. Затем жидкий диоксид углерода переводят в газообразный диоксид углерода, который используют для повышения добычи углеводородов. Однако необходимы значительные затраты энергии на сжатие диоксида углерода для закачки в залежь углеводородов. Более того, этот комплекс не обеспечивает эффективного использования газа, который отделяют от содержащего углеводороды флюида.

Вместе с тем закачка негорючего газа в залежи углеводородов неразрывно связана со значительным повышением концентрации негорючего газа в газе, отделенном от содержащего углеводороды флюида /см. Балинт В., Бан А., Долешал Ш. И др. Применение углекислого газа в добыче нефти. М.: Недра, 1977, с. 221, с. 232; Schedel R.L. EOR +СО2 = A gas processing challenge. //Oil and Gas Journal, 1982, Vol. 80, No. 43, Oct. 25, p. 158, p. 163 - 166/. Значительное повышение концентрации негорючего газа в газе, отделенном от содержащего углеводороды флюида, обусловлено прорывом в добывающие скважины негорючего газа, закачиваемого в залежь. Например, при закачке диоксида углерода в нефтяную залежь возможно повышение его содержания до 90 % в попутном нефтяном газе через шесть месяцев после начала закачки /см. Schedel R.L. EOR + СО2 = A gas processing challenge. //Oil and Gas Journal, 1982, Vol. 80, No. 43, Oct. 25, p. 158, p. 163 - 166/.

Присутствие инертного газа (негорючего газа) в газе, отделенном от содержащего углеводороды флюида, ухудшает качество, снижает теплоту сгорания и затрудняет сжигание газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида. Соответственно использование в качестве топлива газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, связано со значительными затруднениями.

Известны комплексы для добычи углеводородов, в которых газ, разбавленный негорючим газом, сжигают с окислителем, обогащенным кислородом.

В патенте РФ № 2038467 представлен комплекс, который включает энергосиловую установку и закачивающее устройство (в виде установки компрессии). Известная энергосиловая установка содержит паровой турбоагрегат и паровой котел, в котором попутный нефтяной газ (газ, который отделен от содержащего углеводороды флюида такого, как флюид, содержащий нефть) сжигают с искусственным кислородосодержащим окислителем (содержит кислород, диоксид углерода и пар), при этом получают диоксид углерода для закачки в залежь углеводородов. Однако необходимы значительные затраты энергии на получение кислорода в воздухоразделительной установке. Воздухоразделительная установка имеет высокую стоимость, а энергосиловая установка, содержащая паровой турбоагрегат и паровой котел, имеет низкие энергетические характеристики. Также известный комплекс не обеспечивает эффективного воздействия на залежь углеводородов из-за того, что значительная часть выработанного диоксида углерода переходит в карбонизированную воду, которая образуется после сжигания в искусственном кислородосодержащем окислителе, и, которая менее эффективно воздействует на залежь углеводородов по сравнению с диоксидом углерода.

В патенте US № 4344486 представлен комплекс, который включает котел, оборудование для выработки энергии и закачивающее устройство. В данном комплексе газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, сжигают с обогащенным кислородом газом, а продукты сгорания, в которых преобладает диоксид углерода, закачивают в залежь углеводородов. Однако необходимы значительные затраты энергии на получение кислорода. Также производство кислорода имеет высокую стоимость. Кроме этого, значительное количество энергии расходуют на сжатие потока продуктов сгорания, содержащих диоксид углерода, для закачки в залежь углеводородов.

Также известны комплексы для добычи углеводородов, в которых, чтобы осуществить сжигание, используют технические решения по повышению теплоты сгорания газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, если данный газ разбавлен негорючим газом.

В статье /Hlozek R.J. “Engine-Exhaust Gas Offers Alternative for EOR,” Oil and Gas Journal, Apr. 1, 1985, p.p. 75-78/ представлена выработка в газовых двигателях выхлопных газов для закачки в нефтяную залежь. Для выработки выхлопных газов в газовых двигателях сжигают метан. Отмечается, что в качестве топлива может быть использован газ, который отделяют от содержащего углеводороды флюида, извлеченного из залежи углеводородов. Причем при снижении теплоты сгорания газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, ниже 950 BTU/cu ft (то есть ниже теплоты сгорания метана) необходимо извлекать азот и диоксид углерода из газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, чтобы использовать данный газ в качестве топлива газовых двигателей. Однако это обусловливает необходимость удаления азота и диоксида углерода практически в течение всего времени реализации проекта, что потребует значительных энергозатрат и дополнительных затрат на приобретение и обслуживание дорогостоящего оборудования. Кроме того, необходимы значительные затраты энергии на сжатие выхлопных газов для закачки в залежь углеводородов. Bleakley W.B. в своей статье, описывает комплекс, который обеспечивает нагнетание дымовых газов в нефтяную залежь. Газ отделяют от содержащего углеводороды флюида, извлеченного из нефтяной залежи. Газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, смешивают с этаном и пропаном, чтобы повысить теплоту сгорания. Затем газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, сжигают в энергосиловой установке, содержащей паровые котлы и паровую турбину, с получением дымовых газов /Bleakley W.B., "Block 31 Miscible Flood Remains Strong," Petroleum Engineer International, Nov., 1982, p.p. 84, 86, 90, 92/. Паровая турбина приводит в действие компрессор, в котором сжимают дымовые газы для закачки в нефтяную залежь. В этом комплексе сжигаются горючие вещества (этан и пропан) с высокой теплотой сгорания, которые имеют достаточно высокую стоимость. Также значительное количество энергии расходуют на сжатие получаемых в энергосиловой установке дымовых газов в процессе закачки их в нефтяную залежь. При этом в энергосиловой установке вырабатывают лишь часть энергии, необходимой для сжатия дымовых газов. Используя вырабатываемую в энергосиловой установке энергию, дымовые газы сжимают до давления 1200 psi (при требуемом давлении 4200 psi).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому комплексу и достигаемому результату является комплекс, описанный патенте US № 7299868, который включает энергосиловую установку и закачивающее устройство для закачки в залежь углеводородов выхлопных газов, при этом энергосиловая установка содержит двигатель внутреннего сгорания, который выполнен с возможностью работы посредством сжигания газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, причем двигатель внутреннего сгорания выполнен с возможностью образования сжатой газовоздушной смеси (которая содержит воздух и газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида) до сжигания. В данном комплексе отсутствует необходимость использования специально вырабатываемых окислителей для сжигания газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида.

Однако, процесс горения сжатой газовоздушной смеси протекает неустойчиво, возникает детонация. Это обусловлено тем, что природный газ, такой как, газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, имеет низкое значение метанового числа, которое характеризует детонационную стойкость топливного газа. В связи с этим двигатель внутреннего сгорания данного комплекса может работать только на пониженной мощности. Так, устойчивая работа газовых двигателей на газе, отделенном от содержащего углеводороды флюида, например, попутном нефтяном газе может осуществляться лишь при мощности 60 - 70 % номинальной /см. Иванов С. С., Тарасов М. Ю. Требования к подготовке растворенного газа для питания газопоршневых двигателей. Нефтяное хозяйство, 2011, № 1, с. 102 - 105/. Соответственно будет снижаться количество энергии, вырабатываемой энергосиловой установкой.

В патенте US № 7299868 описано, что часть количества выхлопных газов могут добавлять в газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, для корректировки детонационной характеристики, которая представляет собой зависимость граничного угла опережения зажигания (при котором появляется начало детонации) от числа оборотов двигателя. Однако, из-за значительного присутствия азота в выхлопных газах добавление выхлопных газов в газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, не обеспечивает повышение метанового числа газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида. Причем добавление выхлопных газов в газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, преимущественно влечет снижение метанового числа газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида. Например, метановое число попутного нефтяного газа (который содержит 75 об. % метана, 20 об. % этана и 5 об. % пропана) при его разбавлении на 25 об. % выхлопными газами (которые содержат 88 об. % азота и 12 об. % диоксида углерода) снижается более чем на 40 % /расчеты выполнены с использованием соотношений, приведенных в работе Иванов С. С., Тарасов М. Ю. Требования к подготовке растворенного газа для питания газопоршневых двигателей. Нефтяное хозяйство, 2011, № 1, с. 102 - 105/. Такое снижение метанового числа попутного нефтяного газа влечет значительное понижение мощности (и энергии), вырабатываемой двигателем внутреннего сгорания. Например, при снижении метанового числа с 70 до 40 (примерно на 40 %), мощность газотурбинного двигателя падает с 95 % до 55 % /Веревкин А. П., Селезнев С. Б. Утилизация попутного нефтяного газа на основе электрогенерации: проблемы и решения. Нефтегазовое дело, 2015, т. 13, № 1, с. 56 - 62/.

Соответственно, закачка в залежь углеводородов выхлопных газов, содержащих азот и диоксид углерода, также не влечет повышение метанового числа газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, а, напротив, преимущественно приводит к снижению метанового числа газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида.

Каких-либо технических решений по устранению данного недостатка в патенте US № 7299868 не предложено. В патенте US № 7299868 предложено при подготовке выхлопных газов к закачке понижать концентрацию азота в выхлопных газах в зависимости от геолого-физической характеристики залежи углеводородов. Что, как известно, обеспечивает повышение эффективности добычи жидких углеводородов. Однако понижение концентрации азота, особенно получение небольшой концентрации азота в выхлопных газах, требует значительных энергозатрат. Это обусловлено тем, что для понижения концентрации азота необходимо производить извлечение из выхлопных газов азота, который имеет низкую химическую активность. В связи с чем для извлечения азота из выхлопных газов требуется получать сверхнизкие температуры, например, с использованием криогенной техники, либо для извлечения азота из выхлопных газов необходимо значительно повышать давление выхлопных газов, например, при использовании мембранных технологий.

Понижение концентрации азота в закачиваемых выхлопных газах в зависимости от геолого-физической характеристики залежи углеводородов приводит к повышению и установлению в закачиваемых выхлопных газах необходимого парциального давления диоксида углерода для улучшения в данной залежи взаимодействия диоксида углерода с пластовыми флюидами, прежде всего, для растворения в них диоксида углерода. Причем растворимость диоксида углерода в нефти выше растворимости азота в среднем в 6-8 раз /см., например, Качмар Ю. Д., Янив В. Е., Рыбчак Е. В., Зинчук Н. С. Применение азота в добыче нефти. М.: ВНИИОНГ, 1973, с. 3; Балинт В., Бан А., Долешан Ш. и др. Применение углекислого газа в добыче нефти. М.: Недра, 1977, с. 16/. В связи с чем при фильтрации закачиваемых выхлопных газов по пласту в пластовых флюидах растворяется преимущественно диоксид углерода, тогда как большая часть азота прорывается в добывающие скважины и лишь незначительная часть растворяется в пластовых флюидах. Что не вызывает повышения, а напротив, преимущественно приводит к снижению метанового числа газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида.

В свою очередь, низкое значение метанового числа обуславливает работу двигателя внутреннего сгорания на пониженной мощности, что приводит к снижению количества вырабатываемой энергосиловой установкой энергии. Кроме того, необходимо отметить, что требуются значительные затраты энергии на сжатие выхлопных газов для закачки в залежь углеводородов, при этом закачка выхлопных газов не обеспечивает существенного повышения добычи жидких углеводородов.

В патенте № 10976295 отмечается, что удаление из природного газа этана или более тяжелых углеводородов обеспечивает повышение метанового числа.

Комбинация комплексов, описанных в патентах US № 7299868 и US № 10976295, обеспечит повышение метанового числа газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида. Однако, такая комбинация данных комплексов требует использования дополнительного дорогостоящего оборудования и не устраняет недостатки комплекса, представленного в патенте US № 7299868, такие как значительные затраты энергии на сжатие выхлопных газов для закачки в залежь углеводородов и относительно невысокое повышение добычи жидких углеводородов. Более того, удаление из газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, этана или более тяжелых углеводородов снизит эффективность работы двигателя внутреннего сгорания. Поскольку теплота сгорания газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, относительно невелика, из-за того, что газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, разбавлен негорючими газами. А удаление этана или более тяжелых углеводородов еще более понизит теплоту сгорания газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида.

В связи с изложенным, настоящее изобретение направлено на создание комплекса для добычи содержащего углеводороды флюида из залежи углеводородов, в котором недостатки и несовершенства представленных комплексов устранены.

Целью настоящего изобретения является создание комплекса для добычи содержащего углеводороды флюида из залежи углеводородов, который обеспечивает повышение нефтеотдачи при разработке нефтяных месторождений (и повышении конденсатоотдачи при разработке газоконденсатных месторождений), снижение затрат энергии на процесс закачки, а также повышение генерируемой мощности и увеличение количества вырабатываемой энергии.

Другой целью настоящего изобретения является создание комплекса для добычи содержащего углеводороды флюида из залежи углеводородов, который посредством закачки в упомянутую залежь сжиженного диоксида углерода обеспечивает повышение качества газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, для условий сжигания с воздухом в двигателе внутреннего сгорания, выполненным с возможностью образования сжатой газовоздушной смеси до сжигания.

Еще другой целью настоящего изобретения является создание комплекса для добычи содержащего углеводороды флюида из залежи углеводородов, в котором отсутствует необходимость применения дорогостоящего оборудование для получения из выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания сжиженного диоксида углерода, предназначенного для закачки в залежь углеводородов, и, при этом достигается снижение затрат энергии на процесс закачки.

И еще целью настоящего изобретения является создание комплекса для добычи содержащего углеводороды флюида из залежи углеводородов, который обеспечивает эффективное и экологически безопасное производство энергии из газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, без выбросов диоксида углерода в окружающую среду.

Эти и другие цели, особенности и преимущества настоящего изобретения изложены в описании и будут очевидны специалистам после прочтения следующего описания, рисунков и формулы изобретения.

В описании и формуле изобретения указанные ниже термины имеют следующее значение.

Термин «флюид» обозначает 1) вещество, которое обладает свойством текучести; или 2) комбинацию веществ (например, смесь или раствор), которая обладает свойством текучести. Примером флюида может служить газ, или жидкость, или смесь газа и жидкости, или раствор в виде жидкости с растворенным в ней газом. При этом флюид может содержать примеси, такие как твердые частицы, например, частицы породы. Примером содержащего углеводороды флюида может служить нефть; или нефть, в которой растворен газ (который содержит по крайней мере один газообразный углеводород, а также может содержать по крайней мере один негорючий газ, например, такой как диоксид углерода, и/или азот, и/или подобный); или смесь, содержащая газовый конденсат и газ (который содержит по крайней мере один газообразный углеводород, а также может содержать по крайней мере один негорючий газ, например, такой как диоксид углерода, и/или азот, и/или подобный). Природный газ является еще одним примером содержащего углеводороды флюида. Также примером содержащего углеводороды флюида может служить смесь (например, в виде эмульсии), содержащая нефть, воду и газ. Еще одним примером содержащего углеводороды флюида может быть смесь, содержащая газовый конденсат, газ и воду. Могут быть другие примеры содержащего углеводороды флюида. Термин «содержащий углеводороды флюид», термин «содержащий углеводород флюид», термин «флюид, содержащий углеводороды» и термин «флюид, содержащий углеводород» взаимозаменяемы, любой из этих терминов означает флюид, содержащий по крайней мере один углеводород.

Термин «газ» и термин «пар» взаимозаменяемы, любой из этих терминов обозначает: 1) вещество в газообразном агрегатном состоянии или смесь веществ в газообразном агрегатном состоянии; или 2) вещество при температуре выше критической температуры (для данного вещества) и давлении выше критического давления (для данного вещества), если при указанных давлении и температуре плотность данного вещества имеет значение не более максимального значения плотности данного вещества в газообразном агрегатном состоянии; или 3) смесь веществ при температуре, которая выше критической температуры по крайней мере для одного вещества данной смеси, и установленном (или заданном) давлении, если при указанных давлении и температуре плотность данной смеси принимает значение не более максимального значения плотности данной смеси в условиях, когда все вещества данной смеси находятся в газообразном агрегатном состоянии.

Термин «жидкость» обозначает: 1) вещество в жидком агрегатном состоянии; или 2) раствор, в котором вещество, являющееся растворителем в данном растворе, находится в жидком агрегатном состоянии; или 3) смесь веществ, любое из которых находится в жидком агрегатном состоянии или растворено в веществе в жидком агрегатном состоянии; или 4) вещество при температуре выше критической температуры (для данного вещества) и давлении выше критического давления (для данного вещества), если при указанных давлении и температуре плотность данного вещества имеет значение не менее минимального значения плотности данного вещества в жидком агрегатном состоянии; или 5) раствор (то есть однородная смесь) при температуре, которая выше критической температуры для вещества, являющегося растворителем в данном растворе, и установленном (или заданном) давлении, если при указанных давлении и температуре плотность данного раствора принимает значение не менее минимального значения плотности данного раствора в условиях, когда упомянутое вещество (растворитель) находится в жидком агрегатном состоянии; или 6) смесь веществ при температуре, которая выше критической температуры по крайней мере для одного вещества данной смеси, и установленном (или заданном) давлении, если при указанных давлении и температуре плотность данной смеси принимает значение не менее минимального значения плотности данной смеси в условиях, когда каждое из веществ данной смеси находится в жидком агрегатном состоянии или растворено в веществе в жидком агрегатном состоянии.

За исключением случаев (и условий), указанных при описании терминов «газ» и «жидкость», термин «сверхкритический флюид» обозначает вещество в сверхкритическом агрегатном состоянии (то есть давление и температура данного вещества выше критических значений для данного вещества) или смесь веществ, по крайней мере одно из которых находится в сверхкритическом агрегатном состоянии.

Термин «углеводород» обозначает органическое соединение, состоящее только из атомов водорода и углерода. Примером углеводорода может быть метан, или, например, этан, или, например, гексан, или, например, октен, или, например, декан, или подобное вещество.

Термин «диоксид углерода» обозначает вещество с химической формулой СОг.

Термин «сжиженный диоксид углерода» обозначает: 1) жидкость, которая получена в результате сжижения по крайней мере части газа (или по крайней мере части сверхкритического флюида), содержащего диоксид углерода, и, которая состоит из диоксида углерода; или

2) жидкость, которая получена в результате сжижения по крайней мере части газа (или по крайней мере части сверхкритического флюида), содержащего диоксид углерода, и, которая содержит диоксид углерода и растворенное в нем (то есть в диоксиде углерода) по крайней мере одно вещество. Например, в сжиженном диоксиде углерода может быть растворено по крайней мере одно из следующих веществ: азот, кислород, вода, и подобное.

Термин «формация» («залежь») обозначает любую область (или тело), которая находится под поверхностью Земли, и, которая может быть охарактеризована по крайней мере одним признаком, отсутствующим у находящейся рядом области (или тела). Таким признаком может быть, например, характеристика горной породы (или горных пород), или, например, присутствие углеводородов. Формацию (залежь), которая содержит содержащий углеводороды флюид, будем называть «содержащая углеводороды формация» («залежь углеводородов»). Примером содержащей углеводороды формации (залежи углеводородов) может быть, например, содержащая нефть формация (нефтяная залежь). Также примером содержащей углеводороды формации (залежи углеводородов) может быть, например, содержащая газ формация (газовая залежь). Еще одним примером содержащей углеводороды формации (залежи углеводородов) может быть, например, содержащая газовый конденсат формация (газоконденсатная залежь). Формация может иметь коллектор (или несколько коллекторов), где в порах и/или трещинах находится флюид. Формация может содержать, например, осадочные горные породы, и/или магматические горные породы, и/или метаморфические горные породы, и/или воду, и/или углеводороды, и/или другие вещества.

Термин «сепаратор» обозначает любое техническое средство (установку, устройство, сооружение, любую их комбинацию и тому подобное) для отделения газа от содержащего углеводороды флюида. Сепаратор, например, может быть двухфазным (в котором газ отделяют от жидкости) или, например, трехфазным (в трехфазном сепараторе могут разделять содержащий углеводороды флюид на газ, жидкие углеводороды и воду). Сепаратор может быть установлен, например, на поверхности Земли (при этом поверхность Земли может представлять собой сушу или воду) или, например, в скважине. Сепаратор, который установлен в скважине, могут называть скважинным сепаратором. Также сепаратор могут называть газовым якорем. Боле того, например, устройство для получения газа из затрубного пространства скважины также является сепаратором.

Термин «энергосиловая установка» обозначает: 1) устройство, способное вырабатывать энергию или 2) комбинацию оборудования, способную вырабатывать энергию. В энергосиловой установке могут вырабатывать, например, механическую, или электрическую, или тепловую энергию, или любую комбинацию данных видов энергии. Например, энергосиловая установка может содержать двигатель внутреннего сгорания для выработки механической энергии. Например, для выработки электроэнергии в состав энергосиловой установки могут быть включены двигатель внутреннего сгорания и электрический генератор, вал которого соединяют с валом двигателя внутреннего сгорания муфтой (или ременной передачей, или зубчатой передачей, или тому подобным). А для выработки тепловой энергии в энергосиловой установке, например, к системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания может быть подсоединен теплообменник, в котором нагревают теплоноситель, например воду. Также для выработки тепловой энергии в энергосиловой установке может быть установлен, например, котел-утилизатор, в котором теплота (тепловая энергия) выхлопных газов используется для нагрева теплоносителя, например воды. Энергосиловую установку, которая совместно вырабатывает электроэнергию и тепловую энергию иногда называют когенерационной (или комбинированной, или комбинированного цикла) установкой (или станцией), или теплоэлектроцентралью, или подобным образом. Термин «энергосиловая установка» взаимозаменяем с любым из следующих терминов: «силовая станция», или «генерирующая станция», или «генерирующая установка», или подобным. Газотурбинная установка, газотурбинная станция, газопоршневая установка, газопоршневая станция, двигательная энергосиловая установка, электростанция и тому подобное являются примерами энергосиловой установки в различных исполнениях.

Термин «газовый двигатель» обозначает двигатель внутреннего сгорания, работающий на газообразном топливе. Термин «газовый двигатель» взаимозаменяем с любым из следующих терминов: «питаемый газом двигатель», или «питаемый природным газом двигатель», «или двигатель на природном газе» или подобным. При этом термин «газовый двигатель» не охватывает понятие «газотурбинный двигатель». Термин «газовый двигатель» преимущественно используют для обозначения поршневого двигателя внутреннего сгорания (то есть двигателя внутреннего сгорания с возвратно-поступательным движением поршня), работающего на газообразном топливе. Примером газового двигателя является любой работающий на газообразном топливе поршневой двигатель внутреннего сгорания, который может быть выполнен с возвратно-поступательным движением поршня (поршней) в цилиндре (цилиндрах), при этом расширяющиеся продукты сгорания перемещают поршень (поршни) и таким образом механическая энергия производится. Или примером газового двигателя может быть работающий на газообразном топливе роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания (двигатель Ванкеля). Газовый двигатель может быть выполнен, например, с искровым зажиганием смеси газообразного топлива и окислителя (например, такого как воздух) в камере сгорания, или, например, с форкамерно-факельным зажиганием смеси газообразного топлива и окислителя (например, воздуха), или, например, с лазерным зажиганием смеси газообразного топлива и окислителя (например, такого как воздух). Для обозначения газового двигателя с искровым зажиганием могут быть использованы термины «питаемый природным газом двигатель с искровым зажиганием» или «питаемый природным газом двигатель искрового зажигания». Также, например, газовый двигатель может быть выполнен с воспламенением смеси газообразного топлива и окислителя (например, такого как воздух) путем впрыскивания в цилиндр в конце такта сжатия небольшой порции жидкого топлива (газовый двигатель с воспламенением жидким топливом также называют газодизелем или двухтопливным двигателем).

Термин «газотурбинный двигатель» обозначает двигатель внутреннего сгорания, работающий на газообразном топливе, который имеет в своем составе турбину, приводимую в действие расширяющимися продуктами сгорания газообразного топлива. В технической литературе для обозначения газотурбинного двигателя иногда используют термин «газовая турбина». Однако, если используют термин «газотурбинный двигатель», то тогда термин «газовая турбина» могут применять для обозначения турбины, которая входит в состав газотурбинного двигателя.

Термин «воздух» обозначает содержащий кислород газ. Предпочтительно термин «воздух» используется в отношении газообразной смеси (то есть газа), образующей земную атмосферу, или подобной газообразной смеси. Например, термин «воздух» используется для обозначения газообразной смеси, содержащей около 20-25 об. % кислорода и около 75-80 об. % азота. В дополнение к кислороду и азоту данная газообразная смесь (воздух) может содержать воду (например, в виде водяного пара), и/или аргон, и/или диоксид углерода, и/или другие вещества.

Термин «выхлопные газы» обозначает газообразную смесь (то есть газ), которая образуется в процессе сгорания. Термин «выхлопные газы» взаимозаменяем с любым из следующих терминов: «отходящие газы», «отходящий газ», «выхлопной газ», «дымовой газ», «дымовые газы» и подобным. Примером выхлопных газов может служить газообразная смесь, которая образуется при сжигании газообразного топлива с окислителем. В качестве окислителя может быть использован воздух. Выхлопные газы, полученные в результате сжигания газообразного топлива с воздухом, содержат азот, диоксид углерода, воду (в виде влаги), если газообразное топливо содержит по крайней мере один углеводород. Кроме перечисленных веществ, данные выхлопные газы могут содержать кислород, окислы азота, сажу, твердые частицы, несгоревшие углеводороды, серосодержащие вещества, оксид углерода и тому подобное. Термин «инертный газ» обозначает любой негорючий газ. Термины «инертный газ» и негорючий газ» взаимозаменяемы. Примером инертного газа является любой газ из следующих: азот, диоксид углерода, выхлопные газы, аргон, водяной пар, любая смесь из перечисленных газов и подобное.

Термин «влага» обозначает капли воды и/или водяной пар.

Термин «содержащий диоксид углерода компонент выхлопных газов» обозначает любой компонент выхлопных газов, в котором концентрация диоксида углерода выше, чем в выхлопных газах. Содержащий диоксид углерода компонент выхлопных газов получают посредством извлечения из выхлопных газов. «Извлечение содержащего диоксид углерода компонента из выхлопных газов» означает то же, что «отделение содержащего диоксид углерода компонента от выхлопных газов» или «экстрагирование содержащего диоксид углерода компонента из выхлопных газов». Содержащий диоксид углерода компонент выхлопных газов может состоять только из диоксида углерода. Также концентрация диоксида углерода в содержащем диоксид углерода компоненте выхлопных газов может составлять, например, около 50 %, или около 70 %, или около 90 %, или около 95 %, или около 99,5 % или более. Содержащий диоксид углерода компонент выхлопных газов кроме диоксида углерода может содержать, например, по крайней мере одно вещество, такое как азот, воду, кислород и другое. Термин «содержащий диоксид углерода компонент» является сокращенным вариантом термина «содержащий диоксид углерода компонент выхлопных газов». Термин «содержащий диоксид углерода компонент» и термин «компонент, содержащий диоксид углерода» взаимозаменяемы. Для обозначения содержащего диоксид углерода компонента и концентрации в нем диоксида углерода могут быть использованы различные термины. Например, для обозначения содержащего диоксид углерода компонента, который содержит, например, 90 % диоксида углерода, может быть использован термин «диоксид углерода с чистотой 90 %» или «диоксид углерода, имеющий концентрацию 90 %».

Термин «углекислотная установка» обозначает устройство (или комбинацию оборудования), в которой из газообразной смеси (то есть из газа) смеси извлекают содержащий диоксид углерода компонент упомянутой смеси. Например, из выхлопных газов в углекислотной установке могут извлекать содержащий диоксид углерода компонент выхлопных газов. Концентрация диоксида углерода в содержащем диоксид углерода компоненте выхлопных газов зависит от технологии извлечения содержащего диоксид углерода компонента из выхлопных газов, параметров (и показателей) процессов технологии извлечения, состава выхлопных газах и подобного.

Термин «устройство сжижения» обозначает устройство (или комбинацию оборудования), в котором по крайней мере одно вещество сжижают, то есть, в котором по крайней мере одно упомянутое вещество делают жидкостью (превращают в жидкость). Например, изменяя в устройстве сжижения давление и/или температуру газа (или сверхкритического флюида), газ (или сверхкритический флюид) превращают в жидкость. Или, например, изменяя в устройстве сжижения давление и/или температуру газа (или сверхкритического флюида), содержащего несколько веществ, получают жидкость, содержащую по крайней мере одно из упомянутых веществ. Иными словами, в этом случае по крайней мере часть данного газа (или по крайней мере часть данного сверхкритического флюида) превращают в жидкость, содержащую по крайней мере одно из упомянутых веществ.

Термин «закачивающее устройство» обозначает любое устройство (или комбинацию оборудования), с использованием которого осуществляют закачку газа, и/или жидкости, и/или сверхкритического флюида.

Термин «скважина» обозначает горную выработку, которая выполнена (например, пробурена) в залежь, и, через которую флюид может поступать из залежи на поверхность Земли и/или с поверхности Земли в залежь. При этом поверхность Земли может представлять собой сушу или воду.

Термин «добывающая скважина» обозначает скважину, через которую содержащий углеводороды флюид извлекают из залежи углеводородов. Причем через добывающую скважину могут закачивать какой-либо флюид (или флюиды) в залежь углеводородов.

Термин «нагнетательная скважина» обозначает скважину, через которую флюид (или флюиды) закачивают в залежь углеводородов. Примером флюида, который могут закачивать в залежь углеводородов через нагнетательную скважину, является, например, газ, или, например, вода, или, например, сжиженный диоксид углерода или подобное. Причем через нагнетательную скважину могут извлекать содержащий углеводороды флюид из залежи углеводородов.

Термин «отделенный газ» означает газ, который отделяют от содержащего углеводороды флюида, иными словами термин «отделенный газ» является сокращенным вариантом термина «газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида». Термин «отделенный газ» и термин «газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида» взаимозаменяемы.

Термин «тяжелый углеводород» используется для обозначения углеводорода, имеющего два атома углерода в молекуле или более. Примером тяжелого углеводорода является, например, этан, или, например, пропан, или, например, бутан, или, например, гексан, или, например, октен, или, например, декан и подобные.

Термин «газообразный углеводород» обозначает углеводород, имеющий не более четырех атомов углерода в молекуле. Примером газообразного углеводорода является, например, метан, или, например, этан, или, например, пропан, или, например, бутан и подобные.

Термин «жидкий углеводород» используется для обозначения углеводорода, имеющего пять атомов углерода в молекуле или более. Примером жидкого углеводорода является пентан, или, например, гексан, или, например, октен, или, например, декан и подобные.

Любой из следующих терминов: «содержащий», «содержит», «включающий», «включает», «имеющий», «имеет», «заключает в себе», «заключающий в себе» является инклюзивным (то есть открытым), и не исключает дополнительных, не перечисленных элементов или действий.

Союз «и/или» отражает значение как союза «и», так и союза «или», при этом указывает, что две ситуации существуют вместе или, как альтернатива друг другу. Иными словами, союз «и/или» указывает на возможность наличия всех (двух) субъектов (признаков, действий, элементов, возможностей и т. п.), указанных по обе стороны союза «и/или», так и одного (любого) из двух субъектов (признаков, действий, элементов, возможностей и т. п.), указанных по обе стороны союза «и/или.

Приведенные определения терминов и приведенные примеры не являются исчерпывающими. Значения приведенных терминов и приведенные примеры дополняются и поясняются в описании изобретения и на иллюстрирующих предлагаемый комплекс схемах (фиг. 1. и фиг. 2), а также наиболее широким определением, приведенным по крайней мере в одной публикации или патенте. Кроме этого, описание предлагаемого комплекса не ограничивается терминами, приведенными в описании и формуле изобретения. Все синонимы упомянутых терминов, их эквиваленты, новые разработки и технические решения, которых служат той же или аналогичной цели, считаются включенными в объем формулы изобретения.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Указанные выше цели достигаются при осуществлении предлагаемого комплекса. Предлагаемый комплекс для добычи содержащего углеводороды флюида из залежи углеводородов включает энергосиловую установку, углекислотную установку, устройство сжижения и закачивающее устройство, причем энергосиловая установка содержит двигатель внутреннего сгорания, в который обеспечена возможность поступления газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, при этом двигатель внутреннего сгорания выполнен с возможностью работы посредством сжигания газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, с воздухом, а также двигатель внутреннего сгорания выполнен с возможностью образования сжатой газовоздушной смеси, содержащей воздух и газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, причем двигатель внутреннего сгорания выполнен с возможностью образования упомянутой сжатой газовоздушной смеси до упомянутого сжигания, при этом предусмотрена возможность выпуска выхлопных газов из двигателя внутреннего сгорания, кроме того, углекислотная установка выполнена с возможностью извлечения из выхлопных газов содержащего диоксид углерода компонента выхлопных газов, причем устройство сжижения выполнено с возможностью сжижения по крайней мере части содержащего диоксид углерода компонента для получения сжиженного диоксида углерода, при этом закачивающее устройство выполнено с возможностью закачки сжиженного диоксида углерода в залежь углеводородов по крайней мере через одну скважину

Закачка сжиженного диоксида углерода в залежь углеводородов (в дальнейшем для сокращенного обозначения залежи углеводородов может быть использован термин «залежь») позволяет увеличить добычу жидких углеводородов, а, кроме того, обеспечивает повышение качества газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, для сжигания с воздухом в двигателе внутреннего сгорания, выполненным с возможностью образования сжатой газовоздушной смеси до сжигания. Данное повышение качества связано с увеличением метанового числа газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида и обусловлено следующим. Закачка высококонцентрированного диоксида углерода (каким является сжиженный диоксид углерода) в залежь углеводородов влечет увеличение концентрации диоксида углерода в газе, отделенном от содержащего углеводороды флюида. Повышение концентрации диоксида углерода в газе, отделенном от содержащего углеводороды флюида, приводит к понижению температуры горения газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, и понижению концентрации азота в сжатой газовоздушной смеси. Как результат, в процессе сгорания уменьшается образование окислов азота, которые снижают энергию активации для высокотемпературного воспламенения. Таким образом достигается повышение детонационной стойкости газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида и, соответственно, его метанового числа, которое характеризует детонационную стойкость газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида. Выполненные расчеты показывают, что метановое число газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, возрастает при повышении концентрации диоксида углерода в газе, отделенном от содержащего углеводороды флюида /расчеты выполнены с использованием соотношений, приведенных в работах Kubesh J., King S. R., Liss W. E. Effect of Gas Composition on Octane Number of Natural Gas Fuels. SAE Paper 922359; Иванов С. С., Тарасов M. Ю. Требования к подготовке растворенного газа для питания газопоршневых двигателей. Нефтяное хозяйство, 2011, № 1, с. 102 - 105/. Например, метановое число попутного нефтяного газа (который содержит 75 об. % метана, 20 об. % этана и 5 об. % пропана) при его разбавлении на 25 об. % диоксидом углерода повышается более чем на 50 %. Повышение метанового числа газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, обеспечивает повышение мощности (соответственно, количества энергии), вырабатываемой двигателем внутреннего сгорания, и возможность генерирования двигателем внутреннего сгорания номинальной (максимальной) мощности.

Виду высокой концентрации диоксида углерода и низкой концентрации азота (и других веществ выхлопных газов) в сжиженном диоксиде углерода, который закачивают в залежь углеводородов, азот не поступает в добывающие скважины. Причем получение сжиженного диоксида углерода осуществляют посредством извлечения содержащего диоксид углерода компонента из выхлопных газов и сжижения по крайней мере части содержащего диоксид углерода компонента. В этом случае отсутствует необходимость использования громоздкого и дорогостоящего оборудования для извлечения из выхлопных газов высококонцентрированного диоксида углерода.

Высокая концентрация диоксида углерода и низкая концентрация азота в сжиженном диоксиде углерода обусловлена незначительной растворимостью азота в жидком диоксиде углерода (то есть в диоксиде углерода в жидком агрегатном состоянии). Причем растворимость азота в жидком диоксиде углерода значительно ниже растворимости азота в нефти. Например, в условиях парожидкостного равновесия системы «жидкий диоксид углерода + азот» при температуре около 303,156 К (30,006 °C) и давлении около 7,4035 МПа доля диоксида углерода в жидкой фазе достигает 0,9945 /Westman S. F., et al. Vapore-liquid equilibrium data for the carbon dioxide and nitrogen (CO2 + N2) system at the temperatures 223, 270, 298 and 303 К and pressures up to 18 MPa. Fluid Phase Equilibria, V. 409, 15 February 2016, Pages 207-241/.

Закачка в залежь углеводородов сжиженного диоксида углерода обеспечивает увеличение добычи жидких углеводородов не только благодаря тому, что в сжиженном диоксиде углерода достигается высокая концентрация диоксида углерода, который имеет высокую растворимость в жидких углеводородах. Так, если пластовая температура ниже (или на определенное значение выше) критической температуры диоксида углерода, то, ввиду значительных пластовых давлений (которые обычно превышают критическое давление диоксида углерода), обеспечивается вытеснение пластовых флюидов сжиженным диоксидом углерода. Плотность сжиженного диоксида углерода сопоставима с плотностью пластовых флюидов. Поэтому в данных условиях между пластовыми флюидами и диоксидом углерода гравитационная сегрегация отсутствует. Если пластовая температура выше критической температуры диоксида углерода и будет иметь место определенное повышение температуры диоксида углерода, то при фильтрации по пласту объем диоксида углерода будет существенно увеличиваться. Также при фильтрации по пласту часть диоксида углерода на фронте вытеснения обогащается углеводородами. В связи с чем в процессе фильтрации происходит значительное увеличение объема обогащенного углеводородами диоксида углерода, поскольку диоксид углерода при значениях температуры и давления выше критических значений имеет высокий коэффициент объемного теплового расширения. Например, при давлении 150 бар объем диоксида углерода увеличивается более чем в 2 раза при повышении температуры от 305 К до 360 К /расчеты выполнены с использованием данных работы Алтунин В. В. Теплофизические свойства двуокиси углерода. М.: Издательство стандартов, 1975, с. 347/. При таком увеличении объема обогащенного углеводородами диоксида углерода (который при расширении дополнительно обогащается углеводородами) на фронте вытеснения значительно возрастают размеры зоны обогащенного углеводородами диоксида углерода, что способствует формированию зоны смешения, свойства которой близки к свойствам пластового флюида. В связи с чем повышается устойчивость фронта вытеснения.

Более того, поскольку предлагаемый комплекс обеспечивает сжижение по крайней мере часть содержащего диоксид углерода компонента для получения сжиженного диоксида углерода, то при закачке в залежь углеводородов сжиженного диоксида углерода энергия на сжатие не расходуется. Затраты энергии на получение сжиженного диоксида углерода и закачку сжиженного диоксида углерода (например, насосом) значительно меньше по сравнению с затратами энергии на сжатие до давления закачки в залежь углеводородов такого же количества диоксида углерода в газообразном агрегатном состоянии. Например, если давление содержащего диоксид углерода компонента после его извлечения из выхлопных газов составляет 0, 1 МПа и давление закачки составляет 30 МПа, то затраты энергии на получение сжиженного диоксида углерода и закачку сжиженного диоксида углерода в залежь углеводородов по сравнению с затратами энергии на сжатие для закачки такого же количества диоксида углерода в газообразном агрегатном состоянии будут меньше примерно на 40 %.

Таким образом, осуществление предлагаемого комплекса обеспечит повышение нефтеотдачи при разработке нефтяных месторождений (и повышение конденсатоотдачи при разработке газоконденсатных месторождений), снижение затрат энергии на процесс закачки, повышение генерируемой мощности и увеличение количества вырабатываемой энергии, при этом обеспечивается генерирование энергии без выбросов в окружающую среду, поскольку диоксид углерода закачивают в залежь углеводородов. Также осуществление предлагаемого комплекса обеспечит достижение других целей настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ Схемы (фиг. 1 и фиг. 2) приведены для пояснения настоящего изобретения и иллюстрации его преимуществ. Приведенные на схемах (фиг. 1 и фиг. 2) варианты осуществления предлагаемого комплекса не исчерпывают все варианты, воплощающие настоящее изобретение, и, которые не обязательно выполнены в масштабе. Для обозначения тех же или подобных элементов на схемах (фиг. 1 и фиг. 2) используются те же номера.

Фиг. 1 схематически иллюстрирует залежь углеводородов, добывающую скважину, нагнетательную скважину, сепаратор и вариант осуществления предлагаемого комплекса, который включает энергосиловую установку, содержащую двигатель внутреннего сгорания, углекислотную установку, устройство сжижения и закачивающее устройство.

Фиг. 2 схематически иллюстрирует залежь углеводородов, добывающую скважину, сепаратор, устройство для закачки воды, две нагнетательные скважины и вариант осуществления предлагаемого комплекса, который включает блок подготовки газа; энергосиловую установку, содержащую двигатель внутреннего сгорания; углекислотную установку; устройство сжижения и закачивающее устройство.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение может быть осуществлено во многих вариантах. Отдельные варианты осуществления изобретения описаны в деталях. Однако настоящее описание должно рассматриваться как иллюстрация принципов и описанные ниже варианты не исчерпывают все варианты осуществления изобретения.

На фиг. 1 схематически показаны залежь 8 углеводородов, в которую пробурены добывающая скважина 9 и нагнетательная скважина 5; сепаратор 7, выполненный с возможностью сообщения с добывающей скважиной 9; а также вариант осуществления предлагаемого комплекса, который включает: закачивающее устройство 2, выполненное с возможностью сообщения с нагнетательной скважиной 5; энергосиловую установку 1, которая содержит двигатель внутреннего сгорания 3, имеющий вход 4 для воздуха; приводимое устройство 11; углекислотную установку 6; устройство 10 сжижения.

Углекислотная установка 6 и устройство 10 сжижения могут быть выполнены, например, в виде самостоятельных блоков оборудования, или в виде единого блока оборудования, или в виде единого устройства, или в виде комплексной установки (которая содержит углекислотную установку 6 и устройство 10 сжижения), или тому подобного.

Вариант осуществления предлагаемого комплекса и оборудование, приведенные на фиг. 1, работают следующим образом. Содержащий углеводороды флюид извлекают из залежи 8 углеводородов через добывающую скважину 9, в которой размещены насосно-компрессорные трубы.

После извлечения из залежи 8 углеводородов через добывающую скважину 9 поток 12 содержащего углеводороды флюида поступает в сепаратор 7, который выполнен с возможностью отделения газа от содержащего углеводороды флюида, и, который имеет необходимые технические средства (например, вход в виде впускного отверстия, или, например, в виде приемного патрубка) для обеспечения возможности поступления в него содержащего углеводороды флюида. Также сепаратор 7 имеет необходимые технические средства (например, выпускное отверстие, или, например, выпускной патрубок) для выхода (выпуска) газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида.

В сепараторе 7 отделяют газ от содержащего углеводороды флюида.

Газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, содержит по крайней мере один газообразный углеводород, например, метан. Также газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, может содержать по крайней мере один тяжелый углеводород, например, такой, как этан, пропан, бутан, гексан и подобные. Кроме этого, газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, может содержать по крайней мере одно из следующих веществ: серосодержащее вещество, азот, диоксид углерода, твердые частицы, воду (например, капли воды и/или водяной пар) и другие вещества. В начальный период применения предлагаемого комплекса диоксид углерода может отсутствовать в газе, отделенном от содержащего углеводороды флюида, или присутствовать в данном газе в незначительной концентрации. А в последующем, как уже отмечалось выше, концентрация диоксида углерода в газе, отделенном от содержащего углеводороды флюида, возрастает и может достигать 90 % и более.

Из сепаратора 7 поток 14 газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, поступает в двигатель внутреннего сгорания 3. При этом двигатель внутреннего сгорания 3 имеет необходимые технические средства (например, вход, в виде впускного отверстия, или, например, в виде впускного патрубка, или, например, в виде впускного трубопровода) для обеспечения возможности поступления в него газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида.

Двигатель внутреннего сгорания 3 выполнен с возможностью работы посредством сжигания газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, с воздухом. Соответственно, газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, используют в качестве газообразного топлива, а воздух используют в качестве окислителя. Воздух поступает в двигатель внутреннего сгорания 3 через вход 4. Двигатель внутреннего сгорания 3 имеет необходимые конструктивные элементы для работы посредством упомянутого сжигания. Также в двигателе внутреннего сгорания 3 осуществляют образование сжатой газовоздушной смеси (которая содержит воздух и газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида). Причем двигатель внутреннего сгорания 3 выполнен с возможностью образования сжатой газовоздушной смеси до упомянутого сжигания. В пределах настоящего описания и формулы изобретения термин «сжатая газовоздушная смесь» обозначает газовоздушную смесь, находящуюся под давлением, то есть, иными словами, газовоздушную смесь, давление которой выше атмосферного давления.

Газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, сжигают с воздухом в двигателе внутреннего сгорания 3, который при работе вырабатывает механическую энергию. Газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, содержит значительный процент диоксида углерода, поэтому обеспечивается высокое метановое число данного газа. Благодаря этому после воспламенения сжатой газовоздушной смеси сгорание газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, протекает стабильно, без детонации, и достигается устойчивая работа двигателя внутреннего сгорания 3 на номинальной (максимальной) мощности. Соответственно, обеспечивается повышение мощности (и количества энергии), вырабатываемой двигателем внутреннего сгорания 3.

Механическую энергию, вырабатываемую двигателем внутреннего сгорания 3, используют для приведения в действие приводимого устройства 11. Для соединения вала приводимого устройства 11 с валом двигателя внутреннего сгорания 3 могут использовать, например, муфту, или ременную передачу, или зубчатую передачу или подобное (на фиг. 1 не показано). Приводимое устройство 11 может быть выполнено, например, в виде электрического генератора, или насоса, или компрессора, или насосно-компрессорной установки или подобного. Если приводимое устройство 11 выполнено в виде электрического генератора, то генерируемая электрическим генератором электроэнергия может быть использована, например, для питания углекислотной установки 6, и/или сжижающего устройства 10, и/или закачивающего устройства 2, и/или электродвигателей, и/или другого промыслового оборудования, и/или для питания других потребителей, при этом генерируемая электроэнергия может быть трансформирована и передана через электрическую сеть, в том числе, удаленным потребителям. В этом случае, если приводимое устройство 11 выполнено в виде компрессора, то компрессор могут использовать, например, для сжатия газа или газов. В этом случае, если приводимое устройство 11 выполнено в виде насоса, то насос могут использовать, например, для нагнетания сжиженного диоксида углерода (например, в залежь 8 углеводородов), или, например, для закачки в залежь 8 углеводородов воды, или, например, для нагнетания жидкости, или тому подобного.

Двигатель внутреннего сгорания 3 может быть, например, газовым двигателем, или, например, газотурбинным двигателем, или подобным.

Если двигателем внутреннего сгорания 3 является газовый двигатель, тогда при работе газового двигателя газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, и используемый в качестве окислителя воздух смешивают с образованием газовоздушной смеси (например, в смесителе), а затем газовоздушную смесь сжимают, например, поршнем в цилиндре (или поршнями в цилиндрах) газового двигателя с получением сжатой газовоздушной смеси до сжигания (то есть в процессе воспламенения или перед воспламенением). Также, в газовом двигателе могут сжимать газовоздушную смесь до подачи ее в цилиндры. Например, могут осуществлять наддув, то есть подавать в цилиндры газового двигателя газовоздушную смесь под давлением, например, турбокомпрессором. При этом после сжатия турбокомпрессором газовоздушную смесь могут охлаждать перед подачей в цилиндры газового двигателя. Давление сжатой газовоздушной смеси могут устанавливать в зависимости от состава газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, а также с учетом метанового числа газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида. Сжатую газовоздушную смесь воспламеняют в камере сгорания газового двигателя, например, используя искровое зажигание, или, например, используя форкамерно-факельное зажигание (или, например, лазерное зажигание). Момент воспламенения сжатой газовоздушной смеси устанавливают путем выбора соответствующего значения угла опережения зажигания.

Если двигателем внутреннего сгорания 3 является газотурбинный двигатель, тогда, например, при работе газотурбинного двигателя поток 14 газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, могут подавать в газотурбинный двигатель под давлением. Если давление газа, отделенного содержащего углеводороды флюида, необходимо повысить, то газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, сжимают в нагнетателе (или в компрессоре). В газотурбинном двигателе газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, и используемый в качестве окислителя воздух (который подают под давлением компрессором газотурбинного двигателя), смешивают, образуя сжатую газовоздушную смесь, до сжигания (то есть в процессе воспламенения или перед воспламенением) в камере сгорания газотурбинного двигателя.

В двигателе внутреннего сгорания 3 поддерживают (используя, например, смеситель) рациональное значение коэффициента избытка воздуха. То есть в сжатой газовоздушной смеси между воздухом и горючими веществами могут устанавливать пропорцию, при которой сжатая газовоздушная смесь содержит теоретически необходимое количество воздуха для окисления горючих веществ или сжатая газовоздушная смесь содержит больше воздуха, чем теоретически необходимо для окисления горючих веществ в сжатой газовоздушной смеси (например, для обеспечения наиболее полного сгорания горючих веществ). В том случае, когда добиваются снижения процентного содержания кислорода в продуктах сгорания, в сжатой газовоздушной смеси, например, могут поддерживать содержание воздуха меньше, чем теоретически необходимо для окисления горючих веществ.

Двигатель внутреннего сгорания 3 выполнен с возможностью выпуска выхлопных газов, которые являются продуктом упомянутого сжигания. Для выпуска выхлопных газов двигатель внутреннего сгорания 3 имеет выход (например, выпускное отверстие) для выхлопных газов, а также может быть оснащена выпускным трубопроводом или, например, выхлопной системой, или подобным. Выхлопные газы представляют собой газообразную смесь, которая образуется в результате упомянутого сжигания при работе энергосиловой установки 1. Состав и температура выхлопных газов зависит от конструктивных особенностей энергосиловой установки 1 и двигателя внутреннего сгорания 3, значения коэффициента избытка воздуха, состава воздуха, состава газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, и тому подобного. Выхлопные газы содержат азот, диоксид углерода, воду. Кроме этого, выхлопные газы могут содержать кислород, окислы азота, сажу, твердые частицы, несгоревшие углеводороды, серосодержащие вещества, оксид углерода и тому подобное. Если газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, содержит только углеводороды, то выхлопные газы могут содержать, например, около 2-12 об. % диоксида углерода. Азот преобладает в выхлопных газах. Если газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, содержит только углеводороды, то выхлопные газы могут содержать, например, около 71-75 об. % азота, а после удаления из выхлопных газов воды (например, капель воды и/или водяного пара) концентрация азота в выхлопных газах может достигать, например, около 82-88 об. %. Температура выхлопных газов может составлять, например, около 350-550 °C и более. При этом концентрации диоксида углерода и азота в выхлопных газах и температура выхлопных газов могут принимать как меньшие, так и большие значения.

Для выработки тепловой энергии (теплоты) энергосиловая установка 1 может содержать теплообменник (на фиг. 1 не показано), подсоединенный к системе охлаждения, в котором нагревают теплоноситель (например, воду). Или. для выработки тепловой энергии (теплоты) энергосиловая установка 1 может содержать котел-утилизатор (на фиг. 1 не показано), в котором нагревают теплоноситель (например, воду) посредством передачи теплоносителю (например, воде) по крайней мере части тепловой энергии (теплоты) выхлопных газов.

Выхлопные газы выводят (выпускают) из двигателя внутреннего сгорания 3 и поток 15 выхлопных газов направляют в углекислотную установку 6, которая выполнена с возможностью извлечения из выхлопных газов содержащего диоксид углерода компонента выхлопных газов. В углекислотной установке 6 могут использовать различные технические средства для извлечения содержащего диоксид углерода компонента из выхлопных газов. Например, для извлечения содержащего диоксид углерода компонента из выхлопных газов в углекислотной установке 6 могут использовать криогенную технику, применять фракционную конденсацию, фракционное испарение, ректификацию сжиженных газов, абсорбционную технологию, адсорбционную технологию, мембранную технологию и тому подобное. Представленные примеры технических средств приведены для иллюстрации и не исчерпывают всех возможных вариантов выполнения углекислотной установки 6. С использованием любой из упомянутых или подобных технологий в углекислотной установке 6 из выхлопных газов извлекают содержащий диоксид углерода компонент выхлопных газов. После извлечения содержащего диоксид углерода компонента остаток выхлопных газов представляет собой содержащий азот компонент. Таким образом выхлопные газы разделяют на два компонента: содержащий диоксид углерода компонент и содержащий азот компонент. В содержащем диоксид углерода компоненте обычно преобладает диоксид углерода. Содержащий диоксид углерода компонент может содержать, например, до 70-99 % диоксида углерода и более, например, 99,9 % и более. Концентрация диоксида углерода в содержащем диоксид углерода компоненте зависит от технологий, используемых в углекислотной установке 6. В дополнении к диоксиду углерода в содержащем диоксид углерода компоненте могут присутствовать азот, кислород, вода (например, в виде капель воды и/или водного пара) и другие вещества. Также от применяемой в углекислотной установке 6 технологии извлечения зависит давление и температура получаемого содержащего диоксид углерода компонента. При этом давление и температура содержащего диоксид углерода компонента не ограничены какими-то определенными значениями. Например, давление полученного в углекислотной установке 6 содержащего диоксид углерода компонента может принимать значения от 0,1 МПа до 15 МПа, а температура от -20 °C до +350 °C. При этом давление и температура полученного в углекислотной установке содержащего диоксид углерода компонента могут принимать как меньшие, так и большие значения.

В содержащем азот компоненте преобладает азот. В дополнении к азоту в содержащем азот компоненте могут присутствовать кислород, вода (например, в виде капель воды и/или водяного пара) и другие вещества. Из углекислотной установки 6 содержащий азот компонент выпускают в атмосферу или используют, например, как представлено ниже.

Из углекислотной установки 6 поток 16 содержащего диоксид углерода компонента направляют в устройство 10 сжижения, в котором по крайней мере часть содержащего диоксид углерода компонента сжижают для получения сжиженного диоксида углерода. Например, если диоксид углерода составляет часть содержащего диоксид углерода компонента и в содержащем диоксид углерода компоненте присутствует азот и/или подобный газ (или газы), то в устройстве 10 сжижения для получения сжиженного диоксида углерода сжижают часть содержащего диоксид углерода компонента, а азот и подобный неконденсирующийся газ (или газы), удаляют из устройства 10 сжижения. При этом незначительное количество азота и/или подобного газа может быть растворено в сжиженном диоксиде углерода. Например, если содержащий диоксид углерода компонент состоит из диоксида углерода, то в устройстве 10 сжижения для получения сжиженного диоксида углерода могут сжижать все количество содержащего диоксид углерода компонента. Например, если в содержащем диоксид углерода компоненте присутствует вода (например, в виде водяного пара), то в устройстве 10 сжижения для получения сжиженного диоксида углерода могут осуществлять сжижение в несколько этапов. На первом этапе, чтобы удалить воду до получения сжиженного диоксида углерода, например, содержащий диоксид углерода компонент сжимают (например, в компрессоре) и затем охлаждают (например, в промежуточном теплообменнике) для конденсации (перехода в жидкое агрегатное состояние) водяного пара. На втором этапе, содержащий диоксид углерода компонент дополнительно сжимают (например, в дополнительном компрессоре) и далее охлаждают (например, в дополнительном теплообменнике) для получения сжиженного диоксида углерода. Или второй этап осуществляют следующим образом: содержащий диоксид углерода компонент дополнительно сжимают (например, в дополнительном компрессоре) и далее охлаждают (например, в дополнительном теплообменнике), а после этого повышают давление содержащего диоксид углерода компонента в насосе (например, в подающем насосе) для получения сжиженного диоксида. Возможны комбинации представленных примеров сжижения или другие варианты сжижения по крайней мере части содержащего диоксид углерода компонента. Сжиженный диоксид углерода может содержать, например, не менее 95 % диоксида углерода, или, например, не менее 99 % диоксида углерода, или, например, не менее 99,9 % диоксида углерода. Технически возможно получить сжиженный диоксид углерода, который содержит, например, 99,99 % диоксида углерода и более.

Устройство 10 сжижения выполнено с возможностью сжижения по крайней мере части содержащего диоксид углерода компонента для получения сжиженного диоксида углерода, при этом в устройстве 10 сжижения могут быть использованы различные технические средства. Чтобы осуществить сжижение в устройстве 10 сжижения, то есть, чтобы получить сжиженный диоксид углерода, обеспечивают соответствующее давление содержащего диоксид углерода компонента и соответствующую температуру содержащего диоксид углерода компонента. Критическая температура диоксида углерода составляет около 31 °C, а критическое давление диоксида углерода составляет около 7,38 МПа. В связи с этим сжиженный диоксид углерода может, например, иметь температуру около 26-27 °C и давление около 7,5 МПа. Плотность сжиженного диоксида углерода при указанных температуре и давлении примерно соответствует плотности сжиженного диоксида углерода при температуре около 35-37 °C и давлении около 12 МПа. Значения температуры и давления сжиженного диоксида углерода, полученного в устройстве 10 сжижения, могут иметь как большие, так и меньшие значения. Для того, чтобы обеспечить соответствующую температуру, устройство 10 сжижения может содержать, например, теплообменник (или холодильник, или охладитель) с водяным охлаждением или, например, с воздушным охлаждением, в котором содержащий диоксид углерода компонент охлаждают. Также устройство 10 сжижения может содержать, например, холодильную машину, с использованием которой содержащий диоксид углерода компонент охлаждают для получения сжиженного диоксида углерода, имеющего температуру, например, -10°С, или, например, -15°С, или более низкую. Теплообменник (устройство или аппарат), в котором при сжижении охлаждают содержащий диоксид углерода компонент, может быть выполнено, например, в виде конденсатора. Конденсатор представляет собой теплообменник, в котором получают сжиженный диоксид углерода диоксид углерода в процессе охлаждения содержащего диоксид углерода компонента. Для того, чтобы обеспечить соответствующее давление содержащего диоксид углерода компонента, устройство 10 сжижения может содержать, например, компрессор (или, например, компрессор и насос), в котором содержащий диоксид углерода компонент сжимают. Возможен, например, вариант исполнения устройства 10 сжижения, в котором содержащий диоксид углерода компонент, имеющий необходимую температуру, сжимают, например, компрессором (или, например, компрессором, а затем насосом) для получения сжиженного диоксида углерода. Также возможен, например, вариант выполнения устройства 10 сжижения, в котором, как уже отмечалось выше, сжижение включает в себя несколько этапов. Например, на первом этапе сжижения содержащий диоксид углерода компонент сжимают (например, компрессором) и затем охлаждают (например, в промежуточном холодильнике) для конденсации, например, водяного пара и удаления воды, а на втором этапе сжижения содержащий диоксид углерода компонент охлаждают (например, в конденсаторе) для получения сжиженного диоксида углерода. Устройство 10 сжижения может содержать, например, клапан для выпуска азота или подобного неконденсирующегося газа (или газов) в процессе сжижения и/или после сжижения. Устройство 10 сжижения может содержать емкость для хранения сжиженного диоксида углерода. Кроме того, возможен вариант исполнения устройства 10 сжижения и углекислотной установки 6, когда углекислотная установка 6 и устройство 10 сжижения выполнены с возможностью осуществления сжижения по крайней мере части содержащего диоксид углерода компонента в процессе извлечения содержащего диоксид углерода компонента из выхлопных газов. Для этого, например, могут применять фракционную конденсацию. В этом случае осуществляют сжижение при ступенчатом охлаждении содержащего диоксид углерода компонента в процессе его извлечения из выхлопных газов.

Устройство 10 сжижения может содержать подающий насос, который выполнен с возможностью нагнетания сжиженного диоксида углерода. Например, подающий насос могут включать в состав устройства 10 сжижения, если необходимо повысить давление сжиженного диоксида углерода. В качестве подающего насоса может быть использован, например, поршневой насос (плунжерный насос), винтовой насос, роторный насос или тому подобный. В том случае, если давление сжиженного диоксида углерода имеет необходимое значение, то подающий насос могут не включать в состав устройства 10 сжижения.

Поток 17 сжиженного диоксида углерода поступает из устройства 10 сжижения в закачивающее устройство 2, которое выполнено с возможностью закачки сжиженного диоксида углерода в залежь 8 углеводородов через нагнетательную скважину 5. С использованием закачивающего устройства 2 сжиженный диоксид углерода закачивают в залежь 8 углеводородов через нагнетательную скважину 5. В процессе закачки сжиженный диоксид углерода может представлять собой газ, или жидкость, или сверхкритический флюид в зависимости от пластового давления и пластовой температуры. Закачка в залежь 8 углеводородов сжиженного диоксида углерода, обеспечит увеличение добычи содержащего углеводороды флюида и повышение качества газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, благодаря повышению метанового числа, при этом обеспечивается генерирование энергии двигателем внутреннего сгорания 3 без выбросов в окружающую среду, поскольку диоксид углерода закачивают в залежь 8 углеводородов. В закачивающее устройство 2 вместе со сжиженным диоксидом углерода из устройства 10 сжижения могут в небольших количествах (или объемах) поступать посторонние вещества, например, вода. Однако, после закачки вместе со сжиженным диоксидом углерода посторонних веществ в залежь 8, ввиду небольших количеств (или объемов) посторонних веществ и незначительной концентрации в сжиженном диоксиде углерода других веществ (например, таких как азот), посторонние вещества и упомянутые другие вещества не оказывают отрицательного влияния на взаимодействие диоксида углерода с пластовыми флюидами и на метановое число газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида.

Закачку сжиженного диоксида углерода могут осуществлять в истощенную часть, или в обводненную часть, или в выбранную для закачки насыщенную углеводородами часть залежи 8 углеводородов, или подобным образом. Например, если залежь 8 углеводородов представляет собой нефтяную залежь, закачку сжиженного диоксида углерода могут производить, например, в газовую шапку нефтяной залежи, или, например, в насыщенную нефтью часть нефтяной залежи, или например, в обводненную часть нефтяной залежи.

В закачивающем устройстве 2 могут быть использованы различные технические средства.

Если на выходе устройства 10 сжижения давление сжиженного диоксида углерода превышает пластовое давление и позволяет производить закачку сжиженного диоксида углерода в залежь 8 углеводородов, то в этом случае закачивающее устройство 2 могут выполнять, например, в виде приспособления для соединения устройства 10 сжижения и нагнетательной скважины 5, или, например, в виде трубопровода, оборудованного необходимой трубопроводной арматурой, или насоснокомпрессорных труб, или фитинга, или любой комбинации из них, или тому подобного. Например, закачивающее устройство 2 может включать в себя трубопровод, который соединяют с насосно-компрессорными трубами. В этом случае насосно-компрессорные трубы размещены в нагнетательной скважине 5, а через трубопровод сообщают нагнетательную скважину 5 и выход устройства 10 сжижения.

Если для закачки в залежь 8 углеводородов необходимо повысить давление сжиженного диоксида углерода, то в состав закачивающего устройства 2 включают устройство (или установку, или агрегат, или тому подобное) для повышения давления сжиженного диоксида углерода. Например, закачивающее устройство 2 может содержать нагнетательный насос для нагнетания сжиженного диоксида углерода. В качестве нагнетательного насоса может быть использован, например, поршневой насос (плунжерный насос), винтовой насос, роторный насос или тому подобный, любой из которых могут приводить в действие, например, электродвигателем, или например, двигателем внутреннего сгорания 3. Закачивающее устройство 2 может содержать другие известные технические средства, чтобы осуществлять закачку сжиженного диоксида углерода в залежь 8 углеводородов через нагнетательную скважину 5. Кроме этого, закачивающее устройство 2 может содержать емкость для хранения сжиженного диоксида углерода.

С использованием закачивающего устройства 2 сжиженный диоксид углерода могут закачивать в залежь 8 углеводородов через добывающую скважину 9 (на фиг. 1 не показано), например, для обработки призабойной зоны добывающей скважины 9. Так могут осуществлять «Huff and Puff» процесс, например, выполнять циклическую закачку сжиженного диоксида углерода в залежь 8 углеводородов через добывающую скважину 9, чередуя период закачки, период выдержки для реагирования (смешивания) диоксида углерода с пластовыми флюидами в призабойной зоне добывающей скважины 9 (в течение данного периода закачку и добычу не осуществляют) и период извлечения содержащего углеводороды флюида из залежи 8 через добывающую скважину 9. Также возможно применение подобного или иного варианта «Huff and Puff» процесса.

Также возможно осуществление технологии закачки, при которой осуществляется закачка и извлечение циклами с использованием более одной скважины. Например, в течение первого цикла осуществляют закачку сжиженного диоксида углерода в залежь 8 углеводородов через нагнетательную скважину 5, а извлечение содержащего углеводороды флюида осуществляют из добывающей скважины 9. А в течение следующего цикла, например, осуществляют закачку сжиженного диоксида углерода в залежь 8 углеводородов через добывающую скважину 9 (на фиг. 1 не показано), а извлечение содержащего углеводороды флюида осуществляют из нагнетательной скважины 5 (на фиг. 1 не показано).

На фиг. 2 показаны залежь 8 углеводородов; добывающая скважина 9, которая пробурена в залежь 8 углеводородов и выполнена с возможностью сообщения с сепаратором 7; нагнетательная скважина 5, которая пробурена в залежь 8 углеводородов; нагнетательная скважина 46, пробуренная в залежь 8 углеводородов; а также вариант осуществления предлагаемого комплекса, который содержит: блок 20 подготовки газа, который содержит устройство 13 очистки газа, устройство 18 обработки газа, устройство 19 для нагрева газа; энергосиловую установку 21, которая содержит двигатель внутреннего сгорания 24; углекислотную установку 28; блок 31 очистки; устройство 37 сжижения; закачивающее устройство 2, которое выполнено с возможностью сообщения с нагнетательной скважиной 5; компрессорное устройство 43; устройство 47 для закачки воды.

Добывающая скважина 9, показанная на фиг. 2, подобна добывающей скважине 9, показанной на фиг. 1. Нагнетательная скважина 5, показанная на фиг. 2, подобна нагнетательной скважине 5, показанной на фиг. 1. Сепаратор 7, показанный на фиг. 2, подобен сепаратору 7, показанному на фиг. 1. Закачивающее устройство 2, показанное на фиг. 2, подобно закачивающему устройству 2, показанному на фиг. 1.

Вариант осуществления предлагаемого комплекса и оборудование, приведенные на фиг. 2, работают следующим образом. Содержащий углеводороды флюид извлекают из залежи 8 углеводородов через добывающую скважину 9. После извлечения из залежи 8 углеводородов поток 12 содержащего углеводороды флюида поступает в сепаратор 7, выполненный с возможностью получения содержащего углеводороды флюида от добывающей скважины 9. Содержащий углеводороды флюид в потоке 12, показанном на фиг. 2, идентичен содержащему углеводороды флюиду в потоке 12, показанном на фиг. 1.

В сепараторе 7 отделяют газ от содержащего углеводороды флюида.

Из сепаратора 7 поток 14 газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, поступает в блок 20 подготовки газа, который имеет необходимые технические средства (например, вход в виде входного отверстия или, например, в виде приемного патрубка) для обеспечения возможности поступления в него газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида. Показатели (состав и тому подобное) газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, в потоке 14, показанном на фиг. 2, идентичны показателям (составу и тому подобному) газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, в потоке 14, показанном на фиг. 1.

В блоке 20 подготовки газа производят подготовку газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, для сжигания в энергосиловой установке 21. Для осуществления такой подготовки в блоке 20 подготовки газа из газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, удаляют по крайней мере одно серосодержащее вещество, и/или твердые частицы, и/или воду (например, капли воды и/или водяной пар), и/или по крайней мере часть тяжелых углеводородов, и/или часть диоксида углерода, а также нагревают газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида.

Блок 20 подготовки газа содержит устройство 13 очистки газа, которое выполнено с возможностью удаления (снижения концентрации) из газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, воды, и/или твердых частиц, и/или по крайней мере одного серосодержащего вещества, и/или жидких углеводородов, и/или тому подобного. Например, устройство 13 очистки газа может включать в себя такое устройство, как газовый сепаратор для удаления воды, твердых частиц, жидких углеводородов и тому подобного. Также для удаления воды (в виде влаги) из газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, устройство 13 очистки газа может содержать установку (или аппарат, или устройство) гликолевой осушки газа и/или, например, установку (или аппарат) осушки посредством охлаждения газа. Для удаления по крайней мере одного серосодержащего вещества и/или азота устройство 13 очистки газа может включать в себя, например, мембранную установку. Или, например, для удаления по крайней мере одного серосодержащего вещества могут применять скруббер содовой очистки, или технологии с использованием аминов, или тому подобное.

Блок 20 подготовки газа содержит устройство 18 обработки газа, которое выполнено с возможностью удаления по крайней мере части тяжелых углеводородов и/или части диоксида углерода. Данную часть диоксида углерода могут удалять в случае избыточного содержания диоксида углерода в газе, отделенном от содержащего углеводороды флюида. Для удаления части диоксида углерода из газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, и/или для удаления по крайней мере части тяжелых углеводородов в состав устройства 18 обработки газа могут включать, например, установку низкотемпературной сепарации для фракционного разделения газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида. Чтобы удалить из газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, часть диоксида углерода и/или по крайней мере часть тяжелых углеводородов могут использовать, например, такую установку низкотемпературной сепарации, в которой при понижении давления в процессе расширения газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, понижается его температура. Это приводит к конденсации по крайней мере части тяжелых углеводородов и/или части диоксида углерода. Сконденсировавшиеся тяжелые углеводороды, полученные в устройстве 18 обработки газа, могут направлять, например, для дальнейшей переработки и/или в закачивающее устройство 2 для закачки в залежь 8 углеводородов (на фиг. 2 не показано). А сконденсировавшийся диоксид углерода, полученный в устройстве 18 обработки газа, могут подавать, например, в устройство 37 сжижения и/или закачивающее устройство 2 для закачки в залежь 8 углеводородов (на фиг. 2 не показано).

Блок 20 подготовки газа включает в себя устройство 19 (например, теплообменник нагрева газа) для нагрева (повышения температуры) газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида. Также нагрев газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида могут производить в энергосиловой установке 21 (на фиг. 2 не показано). Блок 20 подготовки газа имеет необходимые технические средства (например, выпускное отверстие, или, например, выпускной патрубок) для выхода газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, после его подготовки в блоке 20 подготовки газа.

Из блока 20 подготовки газа поток 22 газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, подают (подача газа может осуществляться под давлением) в энергосиловую установку 21, которая содержит двигатель внутреннего сгорания 24. При этом двигатель внутреннего сгорания 24 имеет необходимые технические средства (в частности, вход, например, в виде впускного патрубка или, например, в виде впускного трубопровода) для обеспечения возможности поступления в него газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, из блока 20 подготовки газа. В двигателе внутреннего сгорания 24 при его работе сжигают газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, с воздухом для выработки механической энергии. Выхлопные газы, образующиеся при упомянутом сжигании газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, выводят (выпускают) из двигателя внутреннего сгорания 24. Выхлопные газы содержат азот, диоксид углерода, воду (например, капли воды и/или водяной пар). Кроме перечисленных веществ, выхлопные газы могут содержать кислород, окислы азота, сажу, твердые частицы, несгоревшие углеводороды, серосодержащие вещества, оксид углерода и тому подобное.

Энергосиловая установка 21 является одной из возможных модификаций энергосиловой установки 1. Двигатель внутреннего сгорания 24 является одной из возможных модификаций двигателя внутреннего сгорания 3. Устройство и работа энергосиловой установки 21 и двигателя внутреннего сгорания 24 подобны устройству и работе энергосиловой установки 1 и двигателя внутреннего сгорания 3, которые описаны выше. Отличие двигателя внутреннего сгорания 24 от двигателя внутреннего сгорания 3 состоит в том, что двигатель внутреннего сгорания 24 выполнен с возможностью работы на газе, отделенном от содержащего углеводороды флюида, при поступлении данного газа от блока 20 подготовки газа, а двигатель внутреннего сгорания 3 выполнен с возможностью работы на газе, отделенном от содержащего углеводороды флюида, при поступлении данного газа от сепаратора 7. Данное отличие может заключаться в применяемых материалах, степени сжатия и других конструктивных особенностях, которые описаны в технической литературе и известны специалистам. Кроме этого, отличия энергосиловой установки 21 и двигателя внутреннего сгорания 24 от энергосиловой установки 1 и двигателя внутреннего сгорания 3 заключаются в том, что энергосиловая установка 21 и двигатель внутреннего сгорания 24 дополнены техническими средствами для понижения концентрации кислорода в выхлопных газах и техническими средствами для добавления части сжиженного диоксида углерода (или части содержащего диоксид углерода компонента) в газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида. Данные и другие отличия будут представлены ниже.

Из энергосиловой установки 21 поток 23 выхлопных газов направляют в кипятильник 26. Кипятильник 26 может быть выполнен, например, в виде теплообменника. В кипятильнике 26 от выхлопных газов получают тепловую энергию (теплоту) для использования в десорбере 27. Соответственно, в кипятильнике 26 температура выхлопных газов понижается.

Из кипятильника 26 поток 30 выхлопных газов поступает в блок 31 очистки. В блоке 31 очистки из выхлопных газов удаляют сажу, и/или твердые частицы, и/или воду (например, капли воды и/или водяной пар), и/или окислы азота, и/или несгоревшие углеводороды, и/или кислород, и/или оксид углерода. Также в блоке 31 очистки выхлопные газы охлаждают. Например, блок 31 очистки может содержать следующие устройства (аппараты, установки): фильтр нейтрализатор (например, платиновый) для удаления из выхлопных газов сажи; механический фильтр (или например, электрофильтр, или, например, скруббер) для удаления из выхлопных газов твердых частиц; газовый сепаратор (или, например, скруббер) для удаления из выхлопных газов воды и твердых частиц; каталитический реактор (например, с орошением карбамидом) для удаления из выхлопных газов окислов азота, а также устройства (например, с использованием каталитического дожигания) для удаления из выхлопных газов несгоревших углеводородов и/или оксида углерода, и/или кислорода. Причем фильтр нейтрализатор (например, платиновый) для удаления из выхлопных газов сажи может быть также установлен в энергосиловой установке 21 (например, в выхлопной системе двигателя внутреннего сгорания 24). Также блок 31 очистки может содержать скруббер для очистки и охлаждения выхлопных газов, в котором выхлопные газы при промывке водой очищают и охлаждают до необходимой температуры.

Из блока 31 очистки поток 32 выхлопных газов подают (например, вентилятором или газодувкой, или, например, дымососом) в углекислотную установку 28. Углекислотная установка 28 является одной из возможных модификаций углекислотной установки 6. Углекислотная установка 28 выполнена с возможностью получения содержащего азот компонента выхлопных газов в процессе извлечения из выхлопных газов содержащего диоксид углерода компонента выхлопных газов. Углекислотная установка 28 содержит технические средства для абсорбции и десорбции содержащего диоксид углерода компонента. Углекислотная установка 28 включает в себя абсорбционную подсистему, содержащую абсорбер (который также называют абсорбционной колонной) 29, и десорбционную подсистему, содержащую десорбер (который также называют десорбционной колонной или отпарной колонной) 27 и кипятильник 26. В углекислотной установке 28 содержащий диоксид углерода компонент извлекают из выхлопных газов следующим образом. В абсорбере 29 содержащий диоксид углерода компонент поглощается из выхлопных газов раствором (раствором абсорбента), в результате этого получают обогащенный диоксидом углерода раствор. Кроме диоксида углерода содержащий диоксид углерода компонент может содержать другие вещества (например, азот, и/или кислород, воду, и/или другие), которые могут быть поглощены вместе с диоксидом углерода раствором (раствором абсорбента). Концентрация упомянутых веществ зависит от свойств абсорбента, технологических режимов углекислотной установки 28 и подобного. Для поглощения содержащего диоксид углерода компонента могут быть использованы амины (например, водный раствор моноэтаноламина), водный раствор аммиака и тому подобное. После упомянутого поглощения остаток выхлопных газов представляет собой содержащий азот компонент. Таким образом в углекислотной установке 28 получают содержащий азот компонент. Кроме азота содержащий азот компонент может содержать кислород, воду (например, в виде водяного пара), в незначительной концентрации диоксид углерода и другие вещества. Поток 33 содержащего азот компонента выводят из абсорбера 29, а обогащенный диоксидом углерода раствор направляют в десорбер 27.

В десорбере 27 содержащий диоксид углерода компонент выделяют из обогащенного диоксидом углерода раствора при значениях температуры и давления, необходимых для десорбции. Например, для выделения содержащего диоксид углерода компонента обогащенный диоксидом углерода раствор могут нагревать с использованием тепловой энергии (теплоты) выхлопных газов. В этом случае в процессе выделения содержащего диоксид углерода компонента в десорбере 27 для нагрева обогащенного диоксидом углерода раствора передают с использованием кипятильника 26 обогащенному диоксидом углерода раствору по крайней мере часть тепловой энергии выхлопных газов. После выделения содержащий диоксид углерода компонент выводят (выпускают) из десорбера 27. Углекислотная установка 28 может содержать нагревающее устройство (на фиг. 2 не показано), в котором нагревают теплоноситель (например, воду) с использованием тепловой энергии (теплоты) содержащего диоксид углерода компонента. Для нагрева теплоносителя (например, воды) нагревающее устройство выполняют с возможностью передачи теплоносителю (например, воде) по крайней мере части тепловой энергии содержащего диоксид углерода компонента после извлечения содержащего диоксид углерода компонента из выхлопных газов. В нагревающем устройстве температура содержащего диоксид углерода компонента понижается. В связи с чем в нагревающем устройстве конденсируются водяной пар и абсорбент, который может присутствовать в виде пара в содержащем диоксид углерода компоненте. Подробные описания конструкций и работы углекислотных установок описаны в технической литературе и известны специалистам.

Из углекислотной установки 28 поток 34 содержащего диоксид углерода компонента поступает в устройство 37 сжижения. Устройство 37 сжижения является модификацией устройства 10 сжижения. Устройство 37 сжижения может содержать техническое средство (например, устройство) для сжатия содержащего диоксид углерода компонента; техническое средство (например, устройство) для осушки содержащего диоксид углерода компонента; техническое средство (например, устройство) для охлаждения содержащего диоксид углерода компонента; техническое средство (например, устройство) для нагнетания (или подачи) сжиженного диоксида углерода.

Устройство 37 сжижения, показанное на фиг. 2, содержит компрессор 35, устройство 36 осушки, конденсатор 38 и подающий насос 39. В устройстве 37 сжижения содержащий диоксид углерода компонент сжимают в компрессоре 35. Устройство 37 сжижения может содержать скруббер для промывки (очистки и охлаждения) водой содержащего диоксид углерода компонента до сжатия в компрессоре 35. После сжатия в компрессоре 35 содержащий диоксид углерода компонент поступает в устройство 36 осушки, в котором удаляют воду из содержащего диоксид углерода компонента с использованием, например, гликолевой осушки, или, например, адсорбентов, или, например, промежуточного холодильника, или тому подобного. После осушки содержащий диоксид углерода компонент поступает в конденсатор 38, охлаждаемый, например, холодильной машиной, или, например, водой, или, например, потоком воздуха. В конденсаторе 38 содержащий диоксид углерода компонент охлаждают. При охлаждении в конденсаторе 38 по крайней мере часть содержащего диоксид углерода компонента сжижают. То есть в конденсаторе 38 получают сжиженный диоксид углерода. При этом незначительное количество воды и/или незначительное количество неконденсирующегося газа (или газов), например, такого как азот, и/или кислород, и/или подобного может быть растворено в сжиженном диоксиде углерода. Не растворившуюся часть неконденсирующегося газа (или газов) удаляют из конденсатора 38, например, с использованием клапана для продувки (на фиг. 2 не показан). В сжиженном диоксиде углерода, получаемом в устройстве 37 сжижения, достигается высокая концентрация диоксида углерода. Например, концентрация диоксида углерода в сжиженном диоксиде углерода может составлять около 95 %, или около 99,5 %, или 99,9 % и более. Сжиженный диоксид углерода поступает в подающий насос 39, который выполнен с возможностью нагнетания сжиженного диоксида углерода.

Также устройство 37 сжижения может содержать терморегулирующее устройство (на фиг. 2 не показано), с использованием которого после сжижения или в процессе сжижения по крайней мере части содержащего диоксид углерода компонента устанавливают необходимую температуру сжиженного диоксида углерода. Установление необходимой температуры сжиженного диоксида углерода требуется для того, чтобы, например, избежать неблагоприятного воздействия на оборудование при низких температурах (например, при -20 °C и ниже) сжиженного диоксида углерода, или, например, для того, чтобы избежать образования ледяных пробок в трубопроводах, или, например, для поддержания необходимой температуры сжиженного диоксида углерода при закачке в залежь 8 углеводородов. Терморегулирующее устройство могут размещать в устройстве 37 сжижения или выполнять в виде отдельного устройства (на фиг. 2 не показано).

Сжиженный диоксид углерода из устройства 37 сжижения подают в закачивающее устройство 2 подающим насосом 39. Поток 40 сжиженного диоксида углерода из устройства 37 сжижения поступает под давлением в закачивающее устройство 2. С использованием закачивающего устройства 2 сжиженный диоксид углерода закачивают в залежь 8 углеводородов через нагнетательную скважину 5 (клапан 41 закрыт).

До закачки в залежь 8 в сжиженный диоксид углерода и/или содержащий диоксид углерода компонент могут добавлять (на фиг. 2 не показано) по крайней мере часть тяжелых углеводородов, полученных в устройстве 18 обработки газа, и/или диоксид углерода, полученный в устройстве 18 обработки газа. Устройство (например, такое как смеситель), выполненное с возможностью добавления в сжиженный диоксид углерода (и/или в содержащий диоксид углерода компонент) по крайней мере части тяжелых углеводородов (и/или диоксида углерода) могут размещать, например, в устройстве 37 сжижения, или, например, в закачивающем устройстве 2, или выполнять, например, в виде отдельного блока. К данному устройству подсоединяют трубопровод для поступления содержащего диоксид углерода компонента (и/или сжиженного диоксида углерода) и трубопровод (или трубопровды) для поступления, например, диоксида углерода, полученного в устройстве 18 обработки газа, и/или по крайней мере части тяжелых углеводородов, полученных в устройстве 18 обработки газа.

В залежь 8 углеводородов в дополнение к сжиженному диоксиду углерода могут закачивать по крайней мере часть содержащего азот компонента следующим образом. После закачки в залежь 8 через нагнетательную скважину 5 (с использованием закачивающего устройства 2) сжиженного диоксида углерода в количестве достаточном для формирования в залежи 8 оторочки диоксида углерода поток 42 содержащего азот компонента из углекислотной установки 28 направляют (клапан 44 закрыт) в компрессорное устройство 43. Компрессорное устройство 43 выполнено с возможностью закачки содержащего азот компонента в залежь 8 углеводородов через нагнетательную скважину 5. Могут быть использованы различные технические средства для закачки содержащего азот компонента. Например, компрессорное устройство 43 может содержать по крайней мере одно из следующих технических устройств: компрессор (или насосно-компрессорную установку), трубопровод, насосно-компрессорные трубы, фитинг и подобное оборудование. С использованием компрессорного устройства 43 осуществляют закачку содержащего азот компонента в залежь 8 углеводородов через нагнетательную скважину 5 (клапан 41 открыт) для продвижения оторочки диоксида углерода, например, к добывающей скважине 9. При этом обеспечивают технические мероприятия (например, ограничивают давление при закачке содержащего азот компонента) для предотвращения прорыва азота в любую добывающую скважину, пробуренную в залежь 8 углеводородов.

Как отмечалось выше в содержащем азот компоненте может присутствовать кислород. Для понижения концентрации кислорода в выхлопных газах (соответственно и в содержащем азот компоненте) могут использовать часть содержащего азот компонента, или часть содержащего диоксид углерода компонента, или часть сжиженного диоксида углерода, или часть выхлопных газов. Например, поток 45 части содержащего азот компонента направляют (клапан 44 открыт) из углекислотной установки 28 в энергосиловую установку 21. В энергосиловой установке 21 (например, в двигателе внутреннего сгорания 24) добавляют часть содержащего азот компонента в используемый в качестве окислителя воздух (и/или в сжатую газовоздушную смесь). При этом пропорцию между воздухом и газом, отделенным от содержащего углеводороды флюида, устанавливают таким образом, чтобы обеспечить сжигание горючих веществ (которые содержит газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида) и понижение концентрации кислорода в выхлопных газах. Тогда сжатая газовоздушная смесь содержит воздух в количестве не меньшем чем теоретически необходимо для окисления горючих веществ. А поддержание требуемой температуры в камере сгорания осуществляют не посредством регулирования коэффициента избытка воздуха, а путем добавления необходимого количества содержащего азот компонента. Вместо части содержащего азот компонента в используемый в качестве окислителя воздух (и/или в сжатую газовоздушную смесь) могут добавлять часть содержащего диоксид углерода компонента, и/или часть сжиженного диоксида углерода, и/или часть выхлопных газов. Устройство для добавления части содержащего азот компонента (и/или части выхлопных газов), и/или части сжиженного диоксида углерода (и/или части содержащего диоксид углерода компонента) в воздух (и/или в сжатую газовоздушную смесь) могут размещать, например, в энергосиловой установке 21, или, например, предусматривать в конструкции двигателя внутреннего сгорания 24. Например, до упомянутого сжигания часть содержащего азот компонента (и/или часть выхлопных газов) и/или часть сжиженного диоксида углерода (и/или часть содержащего диоксид углерода компонента) могут добавлять в воздух (и/или в сжатую газовоздушную смесь) с использованием любого из таких устройств, как, например, смеситель, нагнетатель, клапан-смеситель или подобных.

В начальный период закачки в залежь 8 углеводородов сжиженного диоксида углерода, а именно до прорыва диоксида углерода в добывающие скважины, газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, имеет низкое значение метанового числа. В течение данного периода, например, в энергосиловой установке 21 (или, например, в двигателе внутреннего сгорания 24) для повышения метанового числа в газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, могут добавлять часть содержащего диоксид углерода компонента и/или часть сжиженного диоксида углерода. Для этого часть содержащего диоксид углерода компонента и/или часть сжиженного диоксида углерода могут направлять (на фиг. 2 не показано) в энергосиловую установку 21, например, от углекислотной установки 28 и/или от устройства 37 сжижения. Могут быть использованы различные устройства для добавления части содержащего диоксид углерода компонента (и/или части сжиженного диоксида углерода) в газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, и/или в используемый в качестве окислителя воздух, и/или в сжатую газовоздушную смесь, содержащую воздух и газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида. Например, до упомянутого сжигания часть содержащего диоксид углерода компонента и/или часть сжиженного диоксида углерода могут добавлять в газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, и/или в используемый в качестве окислителя воздух (и/или в сжатую газовоздушную смесь) с помощью такого устройства, как смеситель, или, например, нагнетатель, или клапан- смеситель, или подобного. В залежь 8 углеводородов через нагнетательную скважину 46 закачивают воду. Предназначенная для закачки в залежь 8 углеводородов вода поступает в устройство 47 для закачки воды, выполненное с возможностью закачки воды в залежь 8 углеводородов через нагнетательную скважину 5. Устройство 47 для закачки воды содержит насос (или насосно-компрессорную установку), который нагнетает воду в залежь 8 углеводородов через нагнетательную скважину 46. В том случае, если, исходя из геолого-физической характеристики месторождения, необходимо повысить температуру воды, то воду до закачки в залежь 8 углеводородов могут нагревать например, в нагревающем устройстве, и/или в котле-утилизаторе, и/или в теплообменнике системы охлаждения (на фиг. 2 не показано). Для нагрева в котле- утилизаторе передают воде по крайней мере часть тепловой энергии (теплоты) выхлопных газов (на фиг. 2 не показано). Котел-утилизатор может входить в состав энергосиловой установки 21. Энергосиловая установка 21 может содержать систему охлаждения с теплообменником системы охлаждения, в котором для нагрева передают воде по крайней мере часть тепловой энергии (теплоты) системы охлаждения. Также воду могут нагревать в нагревающем устройстве (на фиг. 2 не показано), в котором для нагрева передают воде по крайней мере часть тепловой энергии (теплоты) содержащего диоксид углерода компонента после извлечения содержащего диоксид углерода компонента из выхлопных газов. Такое нагревающее устройство могут размещать, например, в углекислотной установке 28.

Воду и сжиженный диоксид углерода могут закачивать в залежь 8 углеводородов поочередно, осуществляя какой-либо вариант «Water- Alternating-Gas» процесса. Также воду и сжиженный диоксид углерода могут закачивать в залежь 8 углеводородов одновременно. При этом сжиженный диоксид углерода и воду могут закачивать в залежь 8 углеводородов не только через разные нагнетательные скважины, например, сжиженный диоксид углерода через нагнетательную скважину 5, а воду через нагнетательную скважину 46. Также сжиженный диоксид углерода и воду могут закачивать (поочередно или одновременно) в залежь 8 углеводородов через одну нагнетательную скважину (на фиг. 2 не показано).

Пример: Содержащий углеводороды флюид извлекают из нефтяной залежи. Газ (попутный нефтяной газ) отделяют от содержащего углеводороды флюида. Попутный нефтяной газ в количестве 1700 м ³ /час поступает в 3 энергосиловые установки, каждая из которых содержит газовый двигатель и электрический генератор. Попутный нефтяной газ сжигают с воздухом в газовых двигателях, каждый из которых выполнен с возможностью работы посредством упомянутого сжигания попутного нефтяного газа. Газовые двигатели приводят в действие электрические генераторы, которые вырабатывает электроэнергию. Энергосиловые установки содержат теплообменники для генерирования тепловой энергии (теплоты).

Из выхлопных газов газовых двигателей в углекислотной установке извлекают содержащий диоксид углерода компонент выхлопных газов. Углекислотная установка содержит теплообменник для генерирования тепловой энергии (теплоты).

По крайней мере часть содержащего диоксид углерода компонента сжижают в устройстве сжижения для получения сжиженного диоксида углерода. Сжиженный диоксид углерода с использованием закачивающего устройства закачивают в нефтяную залежь через нагнетательные скважины.

Состав попутного нефтяного газа после прорыва диоксида углерода в добывающие скважины: метан 49 %, этан 11,9 %, пропан 7 %, бутан 2, 1 %, диоксид углерода 30 %. Метановое число данного попутного нефтяного газа выше типового минимально допустимого значения для газового двигателя, значение которого принимают равным 52 /см. Иванов С. С., Тарасов М. Ю. Требования к подготовке растворенного газа для питания газопоршневых двигателей. Нефтяное хозяйство, 2011, № 1, с. 102 - 105/.

Электрическая мощность, генерируемая энергосиловыми установками, составляет около 5,5 МВт, из которых около 0,5 МВт потребляется в устройстве сжижения и закачивающем устройстве.

Генерируемая тепловая мощность составляет около 5,7 Гкал/час, из которых 1,8 Гкал/час потребляется в углекислотной установке при извлечении содержащего диоксид углерода компонента из выхлопных газов.

Сжиженный диоксид углерода получают в количестве около 3800 кг/час (технологические потери учтены). Сжиженный диоксид углерода содержит около 99,5 % диоксида углерода.

В закачивающем устройстве давление сжиженного диоксида углерода устанавливают около 30 МПа при осуществлении закачки сжиженного диоксида углерода в нефтяную залежь через нагнетательные скважины. Возможны многие модификации и вариации осуществления изобретения, исходя из раскрытых вариантов осуществления изобретения, материалов и технических средств, не выходя за рамки сущности и объема изобретения. Соответственно, объем формулы изобретения, приведенных в формуле изобретения признаков и их функциональных эквивалентов не должен быть ограничен конкретными вариантами осуществления, которые описаны и показаны в описании изобретения и на схемах, так как эти варианты приведены в качестве примера.