專利名稱：油頁巖開采方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤和油頁巖開采技術(shù)范疇，特別涉及煤和油頁巖原位共同氣化干餾制油氣的技術(shù)，尤其應(yīng)用于煤和油頁巖地下直接氣化干餾開采制油氣。
背景技術(shù)：
油頁巖屬于一種非常規(guī)油氣資源，它與石油、煤、天然氣一樣都是不可再生的化石能源。全世界油頁巖資源的儲量是十分巨大的，據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界油頁巖資源儲量約為 105億噸，折合成頁巖油約為4750億噸，比傳統(tǒng)石油資源總量2710億噸多50%以上。我國油頁巖資源儲量豐富，全國油頁巖資源儲量約為7199. 3億噸，折合成頁巖油約為476. 44億噸。我國油頁巖資源主要分布在22個省區(qū)，其中又以吉林、遼寧、山東等地油頁巖資源最為豐富?，F(xiàn)有的油頁巖開采制油技術(shù)主要是將油頁巖開采運出地面后，通過生產(chǎn)裝置干餾制油。地上干餾法可分為直接傳熱法和間接傳熱法。干餾所需熱量通過器壁傳入干餾室的方法稱為間接傳熱法。直接傳熱比間接傳熱速度快、效率高，所以現(xiàn)代干餾技術(shù)主要采用熱載體和油頁巖直接接觸傳熱的方式，即直接傳熱法。氣體熱載體法油頁巖干餾技術(shù)主要有俄羅斯發(fā)生式爐技術(shù)、愛沙尼亞發(fā)生式爐技術(shù)和和中國撫順爐技術(shù)等。固體熱載體干餾技術(shù)主要包括美國的T0sc0-II干餾技術(shù)、愛沙尼亞的Galoter干餾技術(shù)和中國撫順爐技術(shù)等。目前正在工業(yè)化生產(chǎn)的國家只有巴西、愛沙尼亞和中國。當(dāng)前油頁巖的綜合利用存在三方面的問題1、成本高。油頁巖傳統(tǒng)開采方法為露天開采或地下巷道開采。傳統(tǒng)的露天開采是露天剝土，直接開采油頁巖礦石，這種方法占用了大量土地，而且油頁巖礦山開采工作量大，費用高。油頁巖要在地面粉碎成粒度非常小的顆粒進(jìn)行干餾，干餾設(shè)備龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了加工成本。所以利用地面干餾方法開發(fā)油頁巖的經(jīng)濟(jì)性不佳。2、對環(huán)境的污染較大。地下開采會引起地表塌陷、地下水流失，油頁巖尾礦及礦渣的處理困難等。3、油頁巖干餾工藝技術(shù)和設(shè)備不完善。油頁巖氣體熱載體法干懼制油設(shè)備一般只能處理粒度在8 125_的塊狀油頁巖低；固體熱載體干懼技術(shù)設(shè)備龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，還缺少示范裝置的驗證。傳統(tǒng)的地下干餾工藝，采用電力、微波、燃料電池、蒸汽、高溫氣體、核廢料和無線射頻等不同的加熱方式，需要從地面提供能量，作用于油頁巖層，產(chǎn)出頁巖油和氣體，存在加熱周期長、操作復(fù)雜、能耗高、成本高等缺點，加之油頁巖致密、滲透性差，導(dǎo)致干餾范圍小，效果不理想。在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都是不合理的。我國油頁巖賦存特點往往是煤和油頁巖互層，即煤層上面是油頁巖。為此本發(fā)明提出了煤和油頁巖地下氣化干餾共采技術(shù)。地下氣化采煤技術(shù)在我國已基本成熟，但由于油頁巖致密，地下氣化直接開采相當(dāng)困難。本發(fā)明利用煤地下氣化形成的燃空區(qū)，冒落上部油頁巖層，達(dá)到疏松油頁巖的目的，增加油頁巖的滲透性；利用煤燃燒氣化所釋放的熱量干餾油頁巖層，達(dá)到煤和油頁巖共氣化干餾制油、制氣的目的。

發(fā)明內(nèi)容
針對相關(guān)技術(shù)中存在的一個或多個問題，本發(fā)明的目的在于提供一種油頁巖開采方法及開采裝置，該方法以及裝置能夠?qū)⒚汉陀晚搸r在地下共同共氣化干餾制油、制氣。為實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種油頁巖開采方法，其中，所述方法包括在所述油頁巖中形成通至地面的第一通道；形成從位于所述油頁巖下面的煤層通至地面的第二通道以及與所述第二通道連通的且從所述煤層通至地面的第三通道；對所述煤層進(jìn)行地下氣化，形成燃空區(qū)；以及收集油氣。優(yōu)選地，利用所述煤層地下氣化過程的熱量干餾所述油頁巖。優(yōu)選地，利用所述煤層地下氣化形成的燃空區(qū)使所述油頁巖冒落和/或疏松所述油頁巖。優(yōu)選地，通過所述第一通道、所述第二通道和所述第三通道中的至少一個通道收集所述油氣。優(yōu)選地，對所述煤層進(jìn)行分段氣化。優(yōu)選地，至少形成三個所述第二通道，通過靠近所述第三通道的所述第二通道引入氣化劑，通過所述第三通道出氣，同時通過相對遠(yuǎn)離所述第三通道的其它所述第二通道引入氣化劑。優(yōu)選地，所述第一通道中設(shè)置有管路，其中，所述管路設(shè)置在所述油頁巖中并且在與所述油頁巖接觸的周壁設(shè)置有至少兩個孔。優(yōu)選地,所述第一通道的直徑在150mm到350mm范圍內(nèi)，所述第一通道的底部與所述油頁巖底板之間相距2m到5m。優(yōu)選地，所述第一通道中設(shè)置有套管，其中，所述套管位于所述油頁巖上方。優(yōu)選地，所述第二通道的直徑在150_到350_范圍內(nèi)，所述第二通道與所述煤層底板之間相距O. 5到3m。優(yōu)選地，所述第二通道之間的最短距離在50m到IOOm之間。優(yōu)選地，所述第三通道在距離所述煤層底板為Im到3m的位置沿著所述煤層底板橫向延伸。優(yōu)選地，所述第三通道包括與地面垂直的垂直部分和沿所述煤層底板橫向延伸的橫向部分，所述橫向部分延伸長度大于或等于180m。優(yōu)選地，至少形成三對所述第一通道，選擇中間一對所述第一通道作為進(jìn)氣通道， 向中間的所述第一通道弓I入氣化劑，通過兩端的所述第一通道收集油氣。優(yōu)選地，所述第一通道位于所述第二通道的兩側(cè)，所述第一通道的縱向間距為20m 到80m之間，橫向間距為40m到IOOm之間。優(yōu)選地，所述方法還包括通過冷凝分離收集頁巖油和煤氣。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種油頁巖開采裝置，其中，煤層位于所述油頁巖下方，所述開采裝置包括設(shè)置在油頁巖中并從所述油頁巖通至地面的第一通道；設(shè)置在煤層中中并從所述煤層通至地面的第二通道，所述第一通道位于所述第二通道的上方；以及與所述第二通道連通且從所述煤層通至地面的第三通道。優(yōu)選地,所述第一通道的直徑在150mm到350mm范圍內(nèi)，所述第一通道的底部與所述油頁巖底板之間相距2m到5m。
優(yōu)選地，所述第二通道的直徑在150mm到350mm范圍內(nèi)，所述第二通道與所述煤層底板之間相距O. 5m到3m。優(yōu)選地，所述第二通道之間的最短距離在50m到IOOm之間。優(yōu)選地，所述第三通道在距離所述煤層底板為Im到3m的位置沿著所述煤層底板橫向延伸。優(yōu)選地，所述第三通道包括與地面垂直的垂直部分和沿所述煤層底板橫向延伸的橫向部分，所述橫向部分延伸長度大于或等于180m。優(yōu)選地，所述第一通道位于所述第二通道的兩側(cè)，所述第一通道的縱向間距為20m 到80m之間，橫向間距為40m到IOOm之間。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種使用上述的油頁巖開采裝置在煤和油頁巖原位開采制油氣的應(yīng)用。借助本發(fā)明上述的至少一個技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點I.油頁巖不需要井工開采，在地下直接熱解制油，省去油頁巖建井、開采以及地面破碎、熱解的設(shè)備和資金投入，縮短了制油流程，降低了油頁巖制油成本；2.利用煤炭地下氣化形成的燃空區(qū)使油頁巖冒落，以疏松油頁巖層，利用煤炭地下氣化過程的熱量干餾油頁巖層，不僅提高了能量利用率，而且不需要提供人工熱源，就可以實現(xiàn)油頁巖原位干餾制；3.實現(xiàn)了油頁巖原位干餾制油，使油頁巖渣留在地下，減少或避免了地表塌陷；4.實現(xiàn)了煤和油頁巖地下氣化干餾共采，能充分利用煤和油頁巖資源，高效地利用煤和油頁巖伴生條件下的化工能源；5.與以往把油頁巖開采干餾制油生產(chǎn)過程相比，本發(fā)明集建井、油頁巖開采、地面熱解三大工藝為一體，縮短了生產(chǎn)流程，由于利用煤氣化所產(chǎn)生的熱量直接熱解油頁巖層， 無需提供外熱源，因而具有安全性好、投資少、效益高等優(yōu)點。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I為根據(jù)本發(fā)明的實施例的油頁巖開采方法的流程圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的實施例的油頁巖開采裝置的結(jié)構(gòu)簡圖；以及圖3為沿圖2中的線A-A截取的截面圖。
具體實施例方式考慮到相關(guān)技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種油頁巖開采方法。下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出。應(yīng)理解，下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。圖I為根據(jù)本發(fā)明的油頁巖開采方法的流程圖。如圖I所示，根據(jù)本發(fā)明，在油頁巖3中形成通至地面的第一通道91-96 (如圖2所示)(步驟SI)，作為油氣收集孔。并且， 在油頁巖3下面的煤層I中形成通至地面的第二通道71、73、75 (如圖2所示)，用于對煤層 I進(jìn)行氣化的氣體進(jìn)出孔，該第二通道還可以用于收集油氣。而且，該煤層中還形成有與第二通道連通的且從該煤層通至地面的第三通道5 (如圖2所示)，可以通過該第三通道出氣 (步驟S2)。如圖2和3所示，第一通道91、93、95和92、94、96分別分布在第二通道71、 73、75的兩側(cè)，并且第一通道的縱向間距約20m 80m,橫向間距約40m 100m,孔徑在 150mm-350mm范圍內(nèi)，其深度根據(jù)油頁巖層深度確定。并且，該第一通道的底部在油頁巖層 3底板上2m 5m。該第一通道的位于油頁巖中的部分設(shè)置有管路，該管路與油頁巖接觸的周壁設(shè)置有至少兩個孔，干餾后的油頁巖中的油氣通過這些孔進(jìn)入管路，從而便于油氣的收集。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該位于油頁巖中的管路可以為花管。并且，該第一通道的在油頁巖上方的部分設(shè)置有套管，例如，鋼套管。由于第一管道的上述設(shè)置，使得可以對該第一管道進(jìn)行分段支護(hù)。同樣如圖2和3所示，第二通道71、73、75的孔徑形成為在150mm-350mm范圍內(nèi)， 間距在50m IOOm之間，其深度根據(jù)煤層深度確定。該第二通道的孔底距煤層I底板為
O.5 3mο如圖2和3所示，該第三通道5沿著沿煤層底層(或橫向)鉆進(jìn)，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該第三通道5的與第二通道71、73、75相連通的水平段基本與第二通道垂直，并且，該水平段長度在180m以上。該第三通道5的另一部分基本與地面垂直。該第三通道5 的孔徑在100 250mm，并且，該第三通道5距煤層I底板I 3m。形成上述多個通道之后，點燃煤層I送入氣化劑，從而對煤層I進(jìn)行氣化來生產(chǎn)煤氣，利用煤層地下氣化形成的燃空區(qū)使油頁巖冒落，和/或疏松油頁巖，利用煤層地下氣化過程的熱量干餾該油頁巖(步驟S3)。當(dāng)煤層I氣化形成足夠的燃空區(qū)時，即，由于一部分煤層的燃燒，使得煤層中形成一定體積的空腔，煤層I上覆的油頁巖層發(fā)生冒落，繼續(xù)氣化煤層1，以提供油頁巖3干餾足夠的熱量，從煤層I第二通道71、73、75中輸出油氣。由于煤層I上覆的油頁巖發(fā)生冒落，從而使得油頁巖變得疏松，對煤層和油頁巖共同進(jìn)行氣化干餾，對煤層進(jìn)行氣化，干餾冒落和疏松了的油頁巖層，從第一通道和第二通道中輸出油氣。并且，氣化干餾油頁巖層，對疏松了油頁巖層氣化干餾，從第一通道和第二通道輸出油氣。然后，在地面收集油氣、冷凝分離獲得頁巖油和煤氣(步驟S4)。根據(jù)本發(fā)明，上述的點燃煤層過程如下從第二通道71中鼓入富氧熱空氣，由第三通道5出氣，該富氧空氣溫度在煤層燃點左右，當(dāng)高溫富氧空氣接觸煤層I時，對煤層I 進(jìn)行強制氧化，從而積蓄熱量，將煤層I點燃。當(dāng)?shù)谌ǖ?中出氣煤氣中CO2含量大于 20%、有效氣體組分仏+0)+014大于15%時，點火成功。因此，為了檢測第三通道5中的煤氣中CO2的含量以及有效氣體組分，還在第三通道開口端設(shè)置有氣體含量檢測裝置，根據(jù)檢測結(jié)果確定煤層是否被點燃。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，可以對煤層進(jìn)行分段氣化，從而對油頁巖進(jìn)行分段氣化和干餾。根據(jù)本發(fā)明，從第二通道71中供入氣化劑進(jìn)行正常氣化，同時在第二通道73、第二通道75、第二通道77中鼓入少量氣化劑，進(jìn)行逆向貫通，維護(hù)氣化通道。該氣化劑主要有空氣、富氧空氣(含氧量在25 80%之間)純氧-水蒸氣等。待第二通道71和第三通道 5之間的煤層氣化到一定寬度時，停止氣化，在第三通道5構(gòu)建良好的出氣通道。改由第二通道73進(jìn)氣，氣化第二通道71和第二通道73之間的煤層，當(dāng)氣化到設(shè)計寬度時，引起上覆油頁巖層3冒落，產(chǎn)生大量裂隙，使油頁層疏松。由于煤燃燒氣化過程中產(chǎn)生的熱量加熱了油頁巖層，產(chǎn)生的干餾氣體進(jìn)入煤氣，有利于煤氣中有可燃?xì)怏w組分及熱值的提高。通過上述過程對煤層進(jìn)行分段氣化。根據(jù)本發(fā)明，所述的煤層與油頁巖層共同氣化干餾過程如下當(dāng)?shù)诙ǖ?1和第二通道73之間的煤層氣化到設(shè)計寬度時，引起上覆油頁巖層冒落，產(chǎn)生大量裂隙，使油頁層疏松。此時改由第二通道75進(jìn)氣，氣化第二通道73和第二通道75之間的煤層，煤層燃燒氣化，產(chǎn)生的熱量干餾冒落進(jìn)燃空區(qū)和被疏松了油頁巖層，實現(xiàn)煤和油頁層的共同氣化干餾。從第三通道5和第一通道收集油氣。以此類推，當(dāng)?shù)诙ǖ?3和第二通道75之間的煤層氣化達(dá)到設(shè)計寬度時，油頁巖層冒落疏松，此時改由第二通道77進(jìn)氣，氣化第二通道75和第二通道77之間的煤層，并且冒落進(jìn)燃空區(qū)的油頁巖，干餾上部油頁巖，由第一通道91、93、95、97和第二通道71、73、75收集油氣。所述的氣化干餾油頁巖層，當(dāng)煤層氣化結(jié)束后，疏松了油頁巖層，并且提高了油頁巖層溫度，因此可以對疏松了油頁巖層直接氣化干餾。選擇兩側(cè)第一通道91-96中的中間兩個通道93和94作為進(jìn)氣孔，鼓入氣化劑，由兩端的通道91-92和95-96出氣，以收集油氣。由于此時油頁巖層溫度高、透氣性好，因此燃燒區(qū)可向兩端擴展，形成多個氣化干餾區(qū)。 從兩端的第一通道和第二通道輸出油氣。在地面收集油氣、冷凝分離獲得頁巖油和煤氣。根據(jù)本發(fā)明，開采油頁巖不需要井工開采，在地下直接熱解制油，省去油頁巖建井、開采以及地面破碎、熱解的設(shè)備和資金投入，縮短了制油流程，降低了油頁巖制油成本。 并且，通過利用煤炭地下氣化形成的燃空區(qū)使油頁巖冒落，疏松油頁巖層，并利用煤炭地下氣化過程的熱量干餾油頁巖層，不僅提高了能量利用率，而且不需要提供人工熱源，就可以實現(xiàn)油頁巖原位干餾制。根據(jù)本發(fā)明，還實現(xiàn)了油頁巖原位干餾制油，使油頁巖渣留在地下，減少或避免了地表塌陷，同時，實現(xiàn)了煤和油頁巖地下共同氣化干餾開采，充分利用煤和油頁巖資源，高效地利用煤和油頁巖伴生條件下的化工能源。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求
1.一種油頁巖開采方法，包括在所述油頁巖中形成通至地面的第一通道；形成從位于所述油頁巖下面的煤層通至地面的第二通道以及與所述第二通道連通的且從所述煤層通至地面的第三通道；對所述煤層進(jìn)行地下氣化，形成燃空區(qū)；以及收集油氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的油頁巖開采方法，其中，利用所述煤層地下氣化過程的熱量干餾所述油頁巖。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的油頁巖開采方法，其中，利用所述煤層地下氣化形成的燃空區(qū)使所述油頁巖冒落和/或疏松所述油頁巖。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的油頁巖開采方法，其中，通過所述第一通道、所述第二通道和所述第三通道中的至少一個通道收集所述油氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的油頁巖開采方法，其中，對所述煤層進(jìn)行分段氣化。
6.根據(jù)上述任一項權(quán)利要求所述的油頁巖開采方法，其中，至少形成三個所述第二通道，通過靠近所述第三通道的所述第二通道引入氣化劑，通過所述第三通道出氣，同時通過相對遠(yuǎn)離所述第三通道的其它所述第二通道引入氣化劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的油頁巖開采方法，其中，所述第一通道中設(shè)置有管路，其中， 所述管路設(shè)置在所述油頁巖中并且在與所述油頁巖接觸的周壁設(shè)置有至少兩個孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的油頁巖開采方法，其中，所述第一通道的直徑在150mm到 350mm范圍內(nèi)，所述第一通道的底部與所述油頁巖底板之間相距2m到5m。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的油頁巖開采方法，其中，所述第一通道中設(shè)置有套管，其中， 所述套管位于所述油頁巖上方。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的油頁巖開采方法，其中，所述第二通道的直徑在150mm到 350mm范圍內(nèi)，所述第二通道與所述煤層底板之間相距O. 5m到3m。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的油頁巖開采方法，其中，所述第二通道之間的最短距離在 50m到IOOm之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的油頁巖開采方法，其中，所述第三通道在距離所述煤層底板為Im到3m的位置沿著所述煤層底板橫向延伸。
13.根據(jù)權(quán)利要求I或12所述的油頁巖開采方法，其中，所述第三通道包括與地面垂直的垂直部分和沿所述煤層底板橫向延伸的橫向部分，所述橫向部分延伸長度大于或等于 180mo
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的油頁巖開采方法，其中，至少形成三對所述第一通道，選擇中間一對所述第一通道作為進(jìn)氣通道，向中間的所述第一通道引入氣化劑，通過兩端的所述第一通道收集油氣。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的油頁巖開采方法，其中，所述第一通道位于所述第二通道的兩側(cè)，所述第一通道的縱向間距為20m到80m之間，橫向間距為40m到IOOm之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求I所述的油頁巖開采方法，其中，所述方法還包括通過冷凝分離收集頁巖油和煤氣。
17.一種油頁巖開采裝置，其中，煤層位于所述油頁巖下方，所述開采裝置包括設(shè)置在油頁巖中并從所述油頁巖通至地面的第一通道；設(shè)置在煤層中中并從所述煤層通至地面的第二通道，所述第一通道位于所述第二通道的上方；以及與所述第二通道連通且從所述煤層通至地面的第三通道。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的開采裝置，其中，所述第一通道的直徑在150_到350_范圍內(nèi)，所述第一通道的底部與所述油頁巖底板之間相距2m到5m。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的開采裝置，其中，所述第二通道的直徑在150_到350_范圍內(nèi)，所述第二通道與所述煤層底板之間相距O. 5m到3m。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的開采裝置，其中，所述第二通道之間的最短距離在50m到 IOOm之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的開采裝置，其中，所述第三通道在距離所述煤層底板為Im 到3m的位置沿著所述煤層底板橫向延伸。
22.根據(jù)權(quán)利要求17或21所述的開采裝置，其中，所述第三通道包括與地面垂直的垂直部分和沿所述煤層底板橫向延伸的橫向部分，所述橫向部分延伸長度大于或等于180m。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的開采裝置，其中，所述第一通道位于所述第二通道的兩側(cè)， 所述第一通道的縱向間距為20m到80m之間，橫向間距為40m到IOOm之間。
24.一種使用權(quán)利要求17所述的油頁巖開采裝置在煤和油頁巖原位開采制油氣的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開一種油頁巖開采方法，包括在油頁巖中形成通至地面的第一通道；形成從位于油頁巖下面的煤層通至地面的第二通道以及與第二通道連通的且從煤層通至地面的第三通道；對煤層進(jìn)行地下氣化，形成燃空區(qū)；以及收集油氣。還提供一種油頁巖開采裝置，煤層位于油頁巖下方，該裝置包括設(shè)置在油頁巖中并從油頁巖通至地面的第一通道；設(shè)置在煤層中并從煤層通至地面的第二通道，第一通道位于第二通道的上方；以及與第二通道連通且從煤層通至地面的第三通道。根據(jù)本發(fā)明，不僅提高了能量利用率，而且不需要提供人工熱源，就可以實現(xiàn)油頁巖原位干餾制氣。
文檔編號E21B43/00GK102606128SQ20111045216
公開日2012年7月25日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者劉淑琴, 龐旭林, 梁杰 申請人:新奧氣化采煤有限公司