[发明专利]密闭控制基层结构的蒸汽收集和屏障系统

说明书

相关申请

本发明要求提交于2009年2月12日的美国临时专利申请No.61/152,152的优先权，该临时申请通过引用合并于此。

技术领域

背景技术

尽管有价格上涨和其它经济与地理政治方面的因素，化石燃料的全球和国内需求持续上升。由于这样的需求持续上升，因此寻找化石燃料的另外经济可行的来源的研究和调查相应增加。历史上，许多人已认识到例如油页岩、煤和沥青砂矿层中储藏的巨量能量。然而，这些来源仍然在经济竞争性回收方面存在困难的挑战。加拿大沥青砂已表明这样的努力可能是有成效的，尽管仍有许多挑战，其中包括环境影响、产物质量、生产成本和加工时间等。

估计世界各地的油页岩储量在两万亿桶到近七万亿桶石油的范围内，这取决于估计来源。无论如何，这些储量表现为极大的容量并且仍是基本未使用的资源。大量公司和调查员继续研究和试验从这样的储量中回收石油的方法。在油页岩工业中，提取方法包括通过爆炸产生的地下碎石通道、原位方法例如原位转化工艺(ICP)方法(壳牌石油公司Shell Oil)以及在钢制干馏器内加热。其它方法包括原位射频法(微波)以及“修正”原位工艺，其中已经结合使用地下采矿、爆破和干馏以从地层中制造碎石，从而允许更好的传热和产物去除。

在典型的油页岩工艺中，所有工艺都面临经济和环境因素的权衡。当前没有工艺单独满足经济、环境和技术挑战。此外，全球变暖的问题引发解决与这类工艺相关的二氧化碳(CO₂)排放的额外措施。需要实现环境管理(environmental stewardship)而仍提供高产量成本有效的石油生产的方法。

地下原位概念的出现基于其产出高产量且同时避免采矿成本的能力。尽管可以实现因避免采矿导致的成本节省，但由于固体油页岩的极低的导热性和高比热，因此原位方法需要较长时间加热地层。对于任何原位工艺来说，最重大的挑战也许是不确定性和可能伴随地下淡水含水层出现的长期潜在的水污染。在Shell的ICP方法的情况下，“冷冻壁”被用作屏障，从而维持含水层(aquifer)和地下处理区之间的分离。尽管这是可能的，但没有长期分析证明可长期保证防止污染。在没有保证以及甚至在较少补救的情况下，如果冷冻壁失败，那么期望其它方法解决这样的环境危险。

因为该原因和其它原因，仍需要可以提供改善的从合适含烃材料中回收烃的方法和系统，该方法和系统具有可接受的经济性并避免上面提到的缺点。

发明内容

已认识到密闭体积可以提供一些益处。然而，这样的密闭体积在容纳烃蒸汽方面存在挑战，该烃蒸汽经常在使用常规材料时在超过600℉的温度下出现。这样的加热流体可以渗透通过各种材料例如粘土、改良土壤、压实土壤、常规水泥等。防止从密闭体积放出蒸汽的方法可以包括沿密闭体积的内表面形成基本不可渗透的蒸汽屏障。密闭体积包括粉碎的含烃材料的可渗透体。进一步地，蒸汽屏障可以包括绝缘层，其能够维持穿过绝缘层的至少400℉的温度梯度。在含烃材料在加热期间基本静止的条件下，可渗透体可以被充分加热以从其中释放烃。烃可以从可渗透体收集。

任选地，蒸汽屏障也可以充当冷凝器，从而回收烃或其它可冷凝流体的至少一部分。该方法也可以允许密闭体与周围土地或环境的改善的隔离。蒸汽屏障可以包括单个有效屏障或多个屏障。例如，第一内层可以充当蒸汽屏障，而中间邻近层可以充当蒸汽冷凝器从而将经过内层的任何蒸汽冷凝。任选的第三层可以被提供作为绝缘体，和/或捕获迁移经过其它层的任何蒸汽或液体。取决于蒸汽屏障内每个层的配置，这些层的设计和组成可以如下面更完整描述的那样变化。

蒸汽屏障也可以允许解决涉及从地表或地下采出的含烃矿床(例如油页岩、沥青砂、褐煤和煤)以及从收获的生物质中提取烃液体和气体的困难问题。结合密闭体积，蒸汽屏障可以帮助减少回收成本、增加产量输出、减少空气排放、限制水消耗、防止地下含水层污染、修整地表扰动、减少材料处理成本、去除脏的细颗粒以及改善回收的含烃液体或气体的组成。这样的途径也用更安全、更可预测、建造的、可观察、可修理、适应的和可预防的水体保护结构解决水污染问题。

附图说明

图1是根据一个实施例的构造化渗透性控制基层结构的侧面部分剖视示意图。

图2A是根据一个实施例的具有内层和蒸汽冷凝器的蒸汽屏障的侧横截面视图。

图2B是根据一个实施例的具有内层、蒸汽冷凝器层和补充屏障层的蒸汽屏障的侧横截面视图。