[发明专利]从地下油页岩资源提取油母沥青

说明书

对相关申请的交叉引用

本发明是在美国能源部颁发的合同编号 DE-AC51-06NA25396的政府支持下进行的。政府拥有本发明的某些权 利。

本专利申请要求以下美国临时专利申请的优先权：2006 年2月16提交的60/774,337，和2006年9月25日提交的60/846,982。

发明领域

本发明涉及从含有有机油母沥青组分的地下页岩资源中 提取有机分子的方法，特别是其中这些方法涉及增加所述油母沥青组 分对流体的可达性的步骤。

背景

如果Hubbert峰值理论的建议者是正确的，如果世界石 油产量还没有达到顶峰，它将很快达到高峰。不管怎样，世界能源消 费以超过新石油发现的速度持续上升。因此，为最大限度地生产和有 效消费石油，必须开发替代能源和新技术。见T.Mast，任人摆布； 石油短缺的一个简单指导，格林利夫图书组，奥斯汀，德克萨斯州， 2005(Over a Barrel：A Simple Guide to the Oi l Shortage， Greenleaf Book Group，Austin，TX，2005)。

一个特别有吸引力的替代能源就是油页岩，吸引力主要 来自这样的事实：可以从该页岩“提取”石油并且随后以非常类似原 油炼油的方式炼油。但是，在油页岩成为商业上可行的能源之前，必 须进一步发展涉及提取的技术。见J.T.Bartis等人，美国油页岩发 展；前景和政策/问题，RAND公司，阿林顿，弗吉尼亚州，2005(Oil Shale Development in the United States：Prospects and Policy Issues， RAND Corporation，Arlington，VA，2005)。

已知的最大油页岩沉积被发现在绿河岩层，其中包括科 罗拉多州的一部分、犹他州和怀俄明州。估计该绿河岩层沉积中可回 收石油量高达1.1万亿桶石油—几乎是沙特阿拉伯探明石油储量的四 倍。以美国目前的消费水平(^-2千万桶/天)，这些页岩沉积可以再 维持美国140年(Bartis等人)。退一步讲，这些页岩资源可以节制 油价并减少美国对国外石油的依赖。

油页岩一般由无机组分(主要是含碳物质，即碳酸盐) 和有机组分(油母沥青)组成。可以采用热处理来破裂(即裂解)所 述油母沥青成较小的烃链或碎片，这些烃链或碎片在干馏(retort) 条件下是气体或液体，并且容易与无机物质分开。油母沥青的这种热 处理也称为“热改质”或“干馏”，并且在地面或在原位都可以进行， 在后一种情况下，如此形成的流体随后被运送到地面。

在地面干馏的某些应用中，油页岩首先被开采或挖掘， 并且一旦到达地面，该油页岩被粉碎，然后加热(干馏)以完成油页 岩到原油—有时称为“页岩油”的转变过程。例如，见Shuman等人， 美国专利号3,489,672。然后将所述原油船运到炼油厂，在炼油厂制 出成品如汽油、润滑剂等之前原油一般需要额外的处理步骤(超越传 统原油的处理步骤)。注意在所述干馏之前，也可以对页岩进行各种 化学改质处理。例如，见So等人，美国专利申请号5,091,076。

原位干馏含碳沉积物例如油页岩的方法已经在Kvapil 等人的美国专利申请号4,162,808中描述。在此方法中，用含碳物质 (在空气中)的燃烧作为热源来在一系列的破碎的原位干馏器中干馏 页岩。

壳牌石油公司一直在开发使用电加热来原位改质地下烃 类的新方法，所述地下烃类主要在位于科罗拉多州丹佛以西大约200 英里(320km)处的地下地层中。见，例如，Vinegar等人，美国专利 号7,121,342；和Berchenko等人，美国专利号6,991,032。在这些 方法中，加热元件降到井中并使其加热所述油母沥青超过大约四年的 时期，将油母沥青慢慢转化(改质)成油和气体，然后油和气体被泵 送到地面。为了使加热均匀，每英亩可钻15至25个加热洞。此外， 用来建立一个围绕所述提取区周边的地下障碍的地面冻结技术也设想 用来防止地下水进入和防止所述干馏产品流走。尽管建立“冻结墙” 在土木工程中是可接受的实践，但是将它应用到对油页岩的回收上仍 有未知的环境影响。此外，壳牌公司的方法被认为是一个能量密集过 程并且需要很长的时间去建立从油页岩的生产。