[发明专利]用于加热含烃岩床的方法与系统

说明书

技术领域

本发明的具体实施方式涉及用于加热含油母或含沥青的岩床的方法与装置，例如，以从那里生产热解流体。

背景技术

从地下地层获得的烃类通常被用作能源、原料以及作为消费产品。对于可用的烃类资源的消耗的关注，以及对于所产生的烃类的整体质量的下降的关注，已经导致人们开发更方便的回收、处理方法和/或对可用的烃类资源的利用。原位处理方法可被用于从地下地层中移除烃类物质，这些烃类物质之前是很难得到的，和/或采用现有方法需高昂代价才能提取得到。在地下地层中的烃类物质的化学和/或物理特性需要进行改变以使得烃类物质可被更容易地从地下地层中移除和/或增加烃类物质的价值。化学和物理改变可包括以下的原位反应：生产可移除的流体，以及在地层中的烃类物质的成分改变、溶解度改变、密度改变、相位改变和/或粘度改变。

已经在北美洲、南美洲、非洲和亚洲发现包含在相对可渗透的地层中的重的烃类(重油和/或焦油)的大量沉积。焦油可从地表开采，并升级为较轻的烃类，例如原油、石脑油、煤油和/或汽油。表面开采方法可进一步从沙中分离沥青。所分离的沥青可采用传统的精炼方法而转化为轻的烃类。开采和提升焦油沙的方法通常比从传统的油藏中产生轻的烃类更昂贵。

对于油页岩的干馏方法可被总体上分为两个主要类型：地上(地表)和地下(原位)。油页岩的地上干馏通常涉及开采与能耐高温的金属管的架构。从这样的干馏中产生的油的质量通常是差的，因而需要代价昂贵的升级。地上干馏还不利地影响环境和水资源，因为开采、运输、处理和/或干馏物质的沉积。许多美国专利已经提出，它们涉及油页岩的地上干馏。目前可用的地上干馏方法包括：例如直接的加热方法、间接的加热方法和/或它们的组合。

发明内容

本发明的具体实施方式涉及用于加热在封闭体(例如，矿井或蓄液池或容器)内的含烃物质(例如，沥青砂或含油母的岩，如煤块或油页岩块)的方法和装置。含烃岩石被引导进入该封闭体内以在那里形成岩床(例如，填充床)。氧气可被抽空(例如，在真空下或者通过惰性残气)以便在该封闭体内产生基本缺氧的环境。在不同的实施例中，封闭体可以是矿井，或者蓄液池或者容器。该封闭体可以是完全低于或部分低于地面水平，以及部分高于或完全高于地面水平。

与含烃岩石热连接的加热器的操作可足够地加热该岩石以将油母或沥青转变为热解地层流体，包括烃类热解流体。地层流体可通过生产管道被回收，或通过定位在封闭体的底部或接近于底部的液体出口被回收，和/或通过定位在封闭体的顶部附近的蒸汽出口而被回收，或者以任意其他方式来回收。

在从矿井中获取它们后，可将例如丙烷和丁烷的NGL(天然气液体)与甲烷和乙烷气体相分离，因为NGL具有高的经济价值。也可从所产生的气体中分离氢气，用于所产生的岩油或煤油的升级。

一些具体实施例涉及以一定方式加热含烃岩石(例如，煤块或油页岩块，或沥青砂)的床，该方式具有改善的效率和/或使资产花费最小化和/或加速该加热过程，以致使烃类热解流体快速回收。为此，这里公开了这样的技术，其中，热能是从熔盐加热器被传输到含烃岩石，和/或从浸没式加热器被传输到含烃岩石，和/或在主要热传输机制为对流的系统中被传输到含烃岩石。

一些具体实施例涉及用于使热处理含烃岩石的经济价值和/或环境价值最大化的装置和方法，例如，通过以这里公开的方式升级煤。一些具体实施例涉及相对容易从容器中去除热处理的岩石(例如，升级的煤)所构造的装置——例如，以某种方式使去除成本最小化或便于容器的再生利用。

在一些具体实施例中，涉及热对流和足够的热传递，热能是主要由液体浸没式加热器来传输到含烃岩石，该加热器被设置在容器的底部或接近于容器的底部。特别地，加热器可被浸没在烃类流体的储液器内(例如，具有300至400度的熔点)，加热器被定位在容器的底部或接近于容器的底部。在加热器与直接接触加热器的液体之间的直接热偶联可显著增加(例如，增加一个或多个量级)来自这些加热器的热传输效率以加热浸没的储液器的烃类流体。

储液器内的热烃类流体(也就是，那里的沸腾的液体或蒸汽)向上升起到在岩床的上面或接近岩床的顶部——例如，通过一个或朵儿垂直的导管，这些导管垂直地穿过该岩床。垂直的导管的存在可有助于使来自加热器的热能部分最大化，这些热能直接迁移到岩床的顶部。

烃类流体的向上迁移对流地由浸没式加热器传递热能到在岩床的上面或接近于岩床的顶部的位置。当这个烃类流体随后向下回流穿过岩床，由该浸没式加热器供应的热能是对流地传输到岩床的内部。