專利名稱：處理含烴巖層的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種通過熱解巖層中存在的烴類來就地處理含烴巖層以及從所述巖層生產(chǎn)烴類流體的方法。
從地下巖層得到的烴類常常用作能源、原料和消費產(chǎn)品。對可得烴類資源枯竭的關注已導致開發(fā)各種更有效的開采、加工和利用可得烴類資源的方法。就地處理方法可用于從地下巖層中移出烴類物質?？赡苄枰淖兊叵聨r層中烴類物質的化學和/或物理特性，使烴類物質更容易從地下巖層中移出。化學和物理變化可包括一些能生成可移出流體、巖層內(nèi)烴類物質發(fā)生溶解性變化、相變化和/或粘度變化的就地反應。流體可以是但不限于是氣體、液體、乳液、漿液和/或具有類似液流流動特性的固體顆粒流。
利用井下加熱器的就地加工方法的例子在US-A-2634961、US-A-2732195、US-A-2780450、US-A-2789805、US-A-2923535和US-A-4886118中公開。
例如，在US-A-2923535和US-A-4886118中述及對油頁巖巖層。在這里，對油頁巖巖層加熱。使油頁巖巖層內(nèi)的油母質熱解。熱也使巖層斷裂，以便提高巖層的滲透率。增加的滲透率使烴類流體轉移到從油頁巖巖層除去流體的生產(chǎn)井。在US-A-2923535中，通過關閉所有的氣體出口閥來施加壓力，以便測試巖層對氣體和蒸汽的孔隙率和滲透性。但是，US-A-2923535對在氣體和蒸汽的生產(chǎn)過程中維持高壓確未提及。
已作了大量努力來開發(fā)從含烴巖層經(jīng)濟地生產(chǎn)烴類、氫和/或其他產(chǎn)品的方法和體系。但是，目前仍然存在許多還不能從中經(jīng)濟地生產(chǎn)烴類、氫和/或其他產(chǎn)品的含烴巖層。因此，對從各種含烴巖層生產(chǎn)烴類、氫和/或其他產(chǎn)品的改進方法和體系仍有需求。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，熱裂中生產(chǎn)的烴類流體的數(shù)量，組成和質量可通過控制與所用溫度有關的壓力(反之亦然)來控制。在這方面，烴類流體的數(shù)量、組成和質量可由一種或多種相關的性質來確定，例如API重度，烯烴/烷烴比、碳/氫元素比、生成的等價流體(氣體和液體)、生成的液體、Fischer Assay百分數(shù)以及烴類流體內(nèi)碳原子數(shù)大于25的烴類存在?？缮a(chǎn)有相關性質的烴類流體的與所選溫度有關的壓力或與所述壓力有關的溫度可用一方程式，即下文中的“方程式1”來確定P=0.07*e-AT+273+B]]>式中P為壓力(巴，絕對)，T為溫度(℃)，A和B為與相關性質有關的參數(shù)，可用經(jīng)驗來確定。因子0.07和參數(shù)A和B的量綱是這樣的，以致與P有T的量綱符合。
在許多情況下，溫度/壓力控制的應用涉及到在熱解過程中高壓的應用?？磥砀邏旱膽糜性S多意想不到的優(yōu)點。這些優(yōu)點與本發(fā)明的溫度/壓力控制的應用無關。
在巖層中高壓得到改進的烴類流體。隨著巖層中壓力升高，從巖層中生產(chǎn)的烴類流體包括更大量不可凝組分。用這一方法，在這樣的壓力下生產(chǎn)的大量(例如主要量)烴類流體比在相對低壓力下生產(chǎn)的烴類流體有更輕和更高質量的可凝組分。
已發(fā)現(xiàn)在熱巖層中維持高壓能明顯抑制碳數(shù)例如大于約25的烴類流體和/或多環(huán)烴類化合物的生產(chǎn)。在熱巖層中維持高壓還能使從巖層生產(chǎn)的烴類流體的API比重增加。因此，相對高的壓力可提高具有更高API比重的相對短鏈烴類流體的產(chǎn)量。
此外，在巖層中維持高壓還可抑制巖層下沉。在巖層中維持高壓還傾向于用來輸送可凝組分的收集導管的所需尺寸。在巖層中維持高壓還可使由生產(chǎn)的不凝流體生產(chǎn)電力變得便容易。例如，生產(chǎn)的不凝流體可通過透平來生產(chǎn)電力。
因此，本發(fā)明提供一種就地處理含烴巖層以及從所述巖層生產(chǎn)烴類流體的方法，所述方法包含在從巖層生產(chǎn)烴類流的過程中，應用這樣的壓力/溫度控制，在至少1.5巴的壓力下熱解巖層中存在的烴類，以致壓力至少為可根據(jù)所選的溫度由以下方程式計算出的壓力，或溫度至多為可根據(jù)所選的壓力從以下方程式計算出的溫度。P=0.07*e-AT+273+B]]>式中P為壓力(巴，絕對)，T為溫度(℃)，A和B為預定的參數(shù)，它們與生成的烴類流體的數(shù)量、組成或質量有關的性質有關。
本發(fā)明還提供一種生產(chǎn)合成氣的方法，所述方法包括提供本發(fā)明處理的含烴巖層以及含烴巖層與合成氣生產(chǎn)流體反應。
本發(fā)明還提供一種生產(chǎn)烴類的方法，所述方法包括提供根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的合成氣以及將該合成氣轉化成烴類。
本發(fā)明還提供一種生產(chǎn)能量的方法，所述方法包括提供根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的合成氣和將該合成氣膨脹和/或燃燒。
US-A-5236039公開了一種使用射頻加熱源將巖層加熱到熱解溫度來就地處理含烴巖層的方法。在這一專利中，并提到壓力對這一方法或其結果的影響。但是，與所涉及的發(fā)明有關，提到50psi與高達575°F的熱解溫度相結合的附帶公開內(nèi)容(參見該專利表1)。在該專利的處理方法中，3.52巴(50psi)在高達301.7℃(575°F)下的應用與射頻加熱的應用相結合并未包括在該專利的保護權利中。
除非另加說明，術語“壓力”在這里指絕對壓力。在從巖層生產(chǎn)烴類流體或在合成氣生產(chǎn)過程中，采用的溫度和壓力在生產(chǎn)井中緊靠發(fā)生熱解或生產(chǎn)合成氣的巖層相關部分測量。
優(yōu)選的是，用于本發(fā)明的含烴巖層含有油母質。油母質由熟化過程已轉變的有機物質組成。含油母質的含烴巖層例如為含煤巖層和含油頁巖巖層。另一方面，不含油母質的含烴巖層也可處理，例如含重質烴類的巖層(例如油砂)。
可在至少一部分巖層性質的基礎上這樣選擇就地處理的含烴巖層，以致可從巖層生產(chǎn)高質量的流體。例如，用于處理含有油母質的含烴巖石層可在油母質的鏡質體反射的基礎上評價或選擇。鏡質體反射常與鏡質體的氫/碳元素比和氧/碳元素有關。優(yōu)選的是，鏡質體反射為0.2％-3.0％、更優(yōu)選0.5％-2.0％。這樣的鏡質體反射范圍常常表明可從巖層中生產(chǎn)相對更高質量的烴糊涂充體。
可在含烴巖層中烴類的元素氫含量的基礎上來選擇用于處理的含烴巖層。例如，一種處理含烴巖層的方法通?？砂ㄟx擇含有元素氫含量大于2％、特別是大于3％、更特別是大于4％(重量)的烴類的處理用含烴巖層(按無灰干計算)。優(yōu)選的是，含烴巖層中的烴類的氫/碳元素比為0.5-2、特別是0.70-1.7的烴類。元素氫含量可顯著影響生成的烴類流體的組成，例如可通過生成氫分子。例如，如果巖層中存在的氫太少，那么對生成流體的數(shù)量和質量會有負面影響。維持氫分壓是有利的，如果天然存在的氫太少，那么可將氫或其他還原流體加到巖層中。
巖層中烴類的元素氧重量百分數(shù)通常小于20％、特別是小于15％、更特別是小于10％(按無灰干計算)。通常，氧/碳元素比小于0.15。用這一方法，可減少從含烴材料的就地轉化過程中生成的二氧化碳和其他氧化物。常常氧/碳元素比為0.03-0.12。
加熱含烴巖層的過程包括將大量能量提供給巖層內(nèi)的熱源。含烴巖層可含有水。含烴巖層中存在的水傾向于進一步提高加熱含烴巖層所需的能量，因為可能需要大量的能量來從巖層中汽化水。所以，為了加熱含相對高水含量的巖層，可能需要過量的熱和/或過長的時間。所以，為了加熱含相對高水含量的巖層，可能需要過量的熱和/或過長的時間。優(yōu)選的是，含烴巖層的水含量小于15％、更優(yōu)選小于10％(重量)。
進行熱解的含烴巖層或其部分的寬度例如可為至少0.5米、或至少1.5米、或至少2.4米、或甚至少3.0米。所述的寬度可高達100米、或高達1000米、或甚至高達2000米或更寬。進行熱解的含烴巖層或其部分的層厚例如可為至少2米、更通常4-100米、更通常6-60米。含烴巖層的覆蓋層的厚度例如可至少10米、更特別是20-800米，或20-1000米或更厚。
含烴巖層可按本專業(yè)已知的方法用加熱井中一個或多個熱源加熱到足以使巖層中存在的烴類熱解的溫度。
加熱井可緊靠含烴巖層或優(yōu)選在含烴巖層內(nèi)。優(yōu)選的是，使用多個熱源，以使大部分含烴巖層可被加熱，優(yōu)選熱源產(chǎn)生的熱重疊。熱的重疊可縮短達到熱解溫度所需的時間。熱的重疊可允許在相鄰熱源之間有相對大的間隔，反過來它可提供含烴害層的相對緩慢的加熱速度。熱的重疊還提供均勻的加熱，以致可控制溫度，在便在整個(大部分)含烴巖層中均勻地生產(chǎn)希望性質的流體。
熱源之間的間隔通常為5-20米、優(yōu)選8-12米。基本上等距的熱源以三角形放置是優(yōu)選的，因為與其他形式例如六角形相比，它提供對巖層更加均勻的加熱。此外，與其他形式例如六角形相比，為達到預定的溫度，三角形常常提供更快的加熱。
可使用任何傳統(tǒng)的熱源。優(yōu)選使用適合于傳導加熱的熱源，例如任何類型的電加熱器或任何類型的燃燒加熱器。采用射頻加熱的熱源不太優(yōu)選。
因為在加熱巖層中滲透率和/或孔隙率相對迅速地增加，生南的蒸汽可通過巖層流動相對長的距離。并有相對很小的壓差。由于水的汽化、烴類和除去和/或斷裂的產(chǎn)生，受熱部分質量的減少使?jié)B透透增加。為了烴類流體的開采，可建生產(chǎn)井，優(yōu)選在巖層的上表面附近。在含烴巖層內(nèi)產(chǎn)生的流體可隨蒸汽通過含烴巖層移動相當長的距離。這樣的相當長的距離例如可為50-1000米。由于巖層受熱部分的滲透性，蒸汽穿過相當長的距離可能有相對小的壓降。由于這樣的可滲透性，可能每兩個熱源單元或每三個、四個、五個、六個熱源單元只需提供一個生產(chǎn)井，所述的熱源單元都可為多個加熱井，例如兩個、三個或六個。生產(chǎn)井可為有生產(chǎn)濾網(wǎng)或多孔套管的套管井。此外，生產(chǎn)井可用砂子或礫石圍繞，使流體進入套管的壓降減到最小，使孔的堵塞減到最小。
此外，可設置抽水井或真空井，以便從含烴巖層中除去液體水。例如，許多個水井可圍繞要加熱的整個巖層或其一部分。
生產(chǎn)的烴類流體其他子結構中含有碳和氫的物質。它也可含有其他元素，例如鹵素、金屬元素、氮、氧和硫。
將含烴巖層加熱到可發(fā)生熱解的溫度。熱解溫度的范圍例如可包括一直到900℃。主要的烴類流體可在250-400℃、更優(yōu)選260-375℃的熱解溫度范圍內(nèi)生產(chǎn)。足以使相對低滲透性的含烴巖層中的重質烴類熱解的溫度可為270-375℃。在另外一些實施方案中，足以使重質烴類熱裂的溫度為300-375℃。如果將含烴巖層加熱到整個熱解溫度范圍，巖層只能生產(chǎn)相對熱解溫度范圍的上限的少量氫，可利用的氫耗盡后，僅可從巖層生產(chǎn)很少的烴。
優(yōu)選的是，將用于熱解的含烴巖層或其一部分以低加熱速率加熱。通常，加熱速率至多50℃/天。通常，加熱速率小于10℃/天、更通常小于3℃/天、特別是小于0.7℃/天。加熱速率常常大于0.01℃/天、特別是大于0.1℃/天。特別是，這樣的低加熱速率用于所述熱解溫度范圍。更特別的是，含烴巖層的受熱部分可能這樣的速率加熱，其用時跨越熱解溫度范圍所需時間的50％以上優(yōu)選75％以上、或更優(yōu)選90％以上的時間。
加熱含烴巖層的速率可能影響從含烴巖層生產(chǎn)的烴類流體的數(shù)量和質量。例如，以高加熱速率下加熱可從含烴巖層中生產(chǎn)更大數(shù)量的流體。但是，這樣一過程的產(chǎn)品可能比用相對低加熱速率得到的產(chǎn)品有低得多的質量。此外，控制加熱速率在小于3℃/天通常在含烴巖層內(nèi)得到更好的溫度控制。
本發(fā)明有關加熱速率的內(nèi)容是適用的，與本發(fā)明的溫度/壓力控制的應用無關。
含烴巖層加熱到熱解溫度可能在含烴巖層內(nèi)產(chǎn)生相當大的滲透性以前出現(xiàn)。最初滲透性的缺乏可能阻止從熱解段產(chǎn)生的流體在巖層內(nèi)輸送。用一這方法，隨著熱開始從熱源傳遞到含烴巖層，靠近熱源的含烴巖層內(nèi)的流體壓力可升高。
由巖層中產(chǎn)生的烴類流體或其他流體膨脹產(chǎn)生的壓力初期可升高，當通向生產(chǎn)井的通路或任何其他壓力變換在巖層中尚未存在時。此外，流體的壓力可能超過巖石靜壓，以致可從熱源到生產(chǎn)井形成含烴巖層的裂縫。由于通過生產(chǎn)井生產(chǎn)烴類流體，在受熱部分內(nèi)裂縫的產(chǎn)生使壓力下降。
為了在烴類流體的生產(chǎn)過程中，維持含烴巖層內(nèi)的壓力，可在生產(chǎn)井處維持一個背壓。所述的壓力可通過閥門和/或將氣體注入含烴巖層來控制，例如注入氫、二氧化碳、一氧化碳、氮或甲烷、或水或水蒸汽。注入氫是特別優(yōu)選的。
可用閥門來維持、改變和/或控制含烴巖層內(nèi)的壓力。例如，放置在含烴巖層內(nèi)的熱源可連接到一個閥上。可用閥門通過熱源從巖層釋放出流體以及用于將氣體注入含烴巖層。另一方面，可將壓力閥與生產(chǎn)井連接?？蓪⑼ㄟ^閥門釋放的流體收集并輸送到用于進一步加工和/或處理的地表單元。
根據(jù)本發(fā)明，在熱解過程中和在從巖層生產(chǎn)烴類流體的過程中，控制壓力和溫度，以便控制與烴類流體的數(shù)量、組成和質量有關的某些性質。參數(shù)A和B的數(shù)值可由實驗來確定。通常，參數(shù)A的數(shù)值可為5000-60000，而參數(shù)B的數(shù)值可為10-90。下文給出一些例子。
為了生產(chǎn)低含量的碳數(shù)為25或更多的烴類的烴類流體，例如小于25％(重量)，優(yōu)選使用壓力至少是可根據(jù)所選的溫度由方程式1計算的壓力或溫度至多是可根據(jù)所選的壓力由方程式1計算的溫度，其中A等于約14000和B等于約25，優(yōu)選A等于14206和B等于25.123更優(yōu)選A等于15972和B等于28.442，特別是A等于17912和B等于31.804，更特別是A等于19929和B等于35.349，最特別是A等于21956和B等于38.849。在實踐中，這樣的壓力和溫度常常對操作是足夠的，所述的壓力至多為可根據(jù)所選的溫度由方程式1計算的壓力而所述的溫度至少為可根據(jù)所選的壓力由方程式1計算的溫度，其中A等于24146和B等于43.349。
為了生產(chǎn)高API重度例如至少30°的可凝烴類的烴類流體，優(yōu)選壓力至少為可根據(jù)所選的溫度由方程式1計算的壓力或溫度至多為可根據(jù)所選的壓力由方程式1計算的溫度，其中A等于30864和B等于50.676，更優(yōu)選A等于21719和B等于37.821，特別是A等于16895和B等于31.170。在實踐中，這樣的壓力和溫度常?？勺阋圆僮?，以致所述的壓力至多為可根據(jù)所選的溫度由方程式1計算的壓力，或溫度至少為可根據(jù)所選的壓力由方程式1計算的溫度，其中A等于16947和B等于33.603。正如這里使用的，“可凝的烴類”為在1巴下沸點至少為25℃的烴類。
為了生產(chǎn)低乙烯/乙烷比例如至多0.1的烴類流體，優(yōu)選使用至少為可根據(jù)所選的溫度由方程式1計算的壓力或至多為可根據(jù)所選的壓力由方程式1計算的溫度，其中A等于57379和B等于83.145，更優(yōu)選A等于16056和B等于27.652，特別是A等于11736和B等于21.986。在實踐中，這樣的壓力和溫度常常足以操作，以致所述的壓力至多為可根據(jù)所選的溫度由方程式1計算的壓力或溫度至少為可根據(jù)所選的壓力由方程式1計算的溫度，其中A等于5492.8和B等于14.234。
為了生產(chǎn)高氫/碳元素比例如至少1.7的可凝烴類的烴類流體，優(yōu)選壓力至少為可根據(jù)所選的溫度由方程式1計算的壓力或溫度至多為可根據(jù)所選的壓力由方程式1計算的溫度，其中A等于38360和B等于60.531，更優(yōu)選A等于12635和B等于23.989、特別優(yōu)選A等于7953.1和B等于17.889。在實踐中，這樣的壓力和溫度是足夠的，以致壓力至多為可根據(jù)所選的溫度由方程式1計算的壓力，或溫度至少為可根據(jù)所選的壓力由方程式1計算的溫度，其中A等于6613.1和B等于16.364。
可從含烴巖層生產(chǎn)的烴類流體潛在總量可由Fischer Assay確定。Fischer Assay是一種標準方法，它包括將含烴物質的樣品加熱到約500℃，收集由受熱樣品生產(chǎn)的產(chǎn)品以及定量分極該產(chǎn)品。為了從含烴巖層生產(chǎn)大量的烴類流體，例如用Fischer Assay表示的至少60％的數(shù)值，優(yōu)選壓力至多為可根據(jù)所選的溫度由方程式1計算的壓力或溫度至少為可根據(jù)所選的壓力由方程式1計算的溫度，其中A等于11118和B等于23.156，更優(yōu)選A等于13726和B等于26.635，特別優(yōu)選A等于20543和B等于36.191在實踐中，這樣的壓力和溫度是足夠的，以致壓力至少為可根據(jù)所選的溫度由方程式1計算的壓力或溫度至多為可根據(jù)所選的壓力由方程式1計算的溫度，其中A等于28554和B等于47.084。
在一些情況下，這樣控制壓力和溫度是最有利的，以致它們屬于這樣的A和B數(shù)值，這些數(shù)值表示如上文所述的相對低的優(yōu)選范圍的條件。例如，當希望產(chǎn)品的數(shù)量、組成和質量的某種組合時，情況就這樣。因此，上面的公開內(nèi)容還包括所有可由A和B的組合確定的子范圍。特別是，在烴類流體的生產(chǎn)過程中，保持相關性質基本上不變可能是有利的，它可能通過在參數(shù)A和B的恒定的數(shù)值下操作來達到。
在熱解過程中和在從巖層生產(chǎn)烴類流體的過程中，壓力可在寬范圍內(nèi)選擇。通常，使用至少1.5巴的壓力，更通常至少1.6巴、特別是至少1.8巴。常常，當熱解溫度為至少300℃時，可使用至少1.6巴的壓力，而當溫度低于300℃時，可使用至少1.8巴的壓力。壓力的上限可由覆蓋層的結構和重量來確定。常常在實踐條件下，壓力小于70巴，更常常小于60巴，或甚至小于50巴。最好將壓力控制在2-18巴或2-20巴或另一方面控制在20-36巴。
在一優(yōu)選的實施方案中，正如上述，維持一定的氫分壓。通常，氫分壓為至少0.5巴，例如一直到20巴，更通常1-10巴，特別是5-7巴。在巖層中維持一定的氫分壓特別使生產(chǎn)的烴類流體的API重度增加和長鏈烴類流體的產(chǎn)量減少。
有關氫分壓的公開內(nèi)容是適用的，與本發(fā)明的溫度/壓力控制無關。
含烴巖層或其一部分進行熱解時，有機碳初始總含量中至少20％、通常至少25％、優(yōu)選至少35％可轉變成烴類流體。在實踐中，含烴巖層或其一部分進行熱解時，有機碳總含量中常常至多90％可轉變成烴類流體，更常常為至多80％或至多70％或至多60％。
在一些實施方案中，在熱解之后，可由殘留在含烴巖層內(nèi)的烴類生產(chǎn)合成氣。熱解可在整個含烴巖層或已熱解部分中產(chǎn)生相對高的基本上均勻的滲透性。這樣的相對高的基本上均勻的滲透性能在合成氣中不生成大量烴類流體的情況下生產(chǎn)合成氣。所述部分還有大的表面積和/或大的表面積/體積。大的表面積可在合成氣生產(chǎn)過程中使合成氣生產(chǎn)反應基本上處在平衡條件下。與未經(jīng)熱解的含烴巖層中生產(chǎn)合成氣相比，相對高的基本上均勻的滲透性可得到相對高的合成氣回收率。這一公開內(nèi)容是適用的，與本發(fā)明的溫度/壓力控制無關。
在這一些實施方案中，至少一些含烴巖層的熱解可轉化20％可利用的初始碳。合成氣生產(chǎn)可轉化至少另外10％和通常一直到另外70％的可利用的初始碳。用這一方法，從含烴巖層就地生產(chǎn)合成氣可使其中更大數(shù)量的可利用的初始碳轉化。
可在從巖層生產(chǎn)烴流體以前或以后從巖層中生產(chǎn)合成氣。合成氣雖然通常規(guī)定為氫(H2)和一氧化碳(CO)的混合物，但它還可含有另外的組分，例如水、二氧化碳(CO2)、甲烷和其他氣體。
合成氣產(chǎn)生過程可在烴類流體產(chǎn)量下降到不經(jīng)濟的水平以前和/或以后進行。用這種方法，提供給熱解的熱也可用來生產(chǎn)合成氣。例如，如果熱解以后一部分巖層為375℃，那么為了將這一部分加熱到足以支持合成氣生產(chǎn)的溫度，通常需要相對少的外加熱量。在某些情況下，可從一個或多個熱源提供熱量。將巖層加熱到足以進行合成氣生產(chǎn)的溫度(例如從400-1200℃或更高)。在所述溫度范圍的上限，生產(chǎn)的合成氣可主要含有H2和CO，例如摩爾比為1∶1。在這一溫度范圍的下限，生產(chǎn)的合成氣可能有相對高的H2/CO比。在合成氣生產(chǎn)過程中，可利用在巖層中用于熱解和從巖層生產(chǎn)烴類流體的加熱井、熱源和生產(chǎn)井作為送入合成氣生產(chǎn)用流體的注入井、作為生產(chǎn)井或作為加熱巖層的熱源。用于合成氣生產(chǎn)的熱源可包括任何一種熱源。另一方面，加熱可包括傳遞傳熱流體例如水蒸汽或燃燒器的燃燒產(chǎn)物的熱量，在巖層中的多個井身內(nèi)流動。
合成氣生產(chǎn)用流體例如液體水、水蒸汽、二氧化碳、空氣、氧、烴類及其混合物提供給巖層。例如，合成氣生產(chǎn)用用流體混合物可包含水蒸汽和氧。合成氣生產(chǎn)用流體可包含在另一部分巖層內(nèi)含烴物質熱解生成的含水流體。條件是合成氣生產(chǎn)用流體可包含將巖層的地下水面升高，使它流入巖層。合成氣生產(chǎn)用流體也可通過注入井提供。合成氣生產(chǎn)用流體通常將與巖層中的碳反應形成H2、水(液體水或水蒸汽)、CO2和/或CO。
可將CO2從合成氣中分離出來，并可與合成氣生產(chǎn)用流體一起再注入巖層。通過變更點優(yōu)勢的化學平衡反應，加入到合成氣生產(chǎn)用流體中的二氧化碳可基本上抑制在合成氣生產(chǎn)過程中進一步生成二氧化碳。二氧化碳也可與巖層中碳反應生成一氧化碳。
可將烴類例如乙烷加到合成氣生產(chǎn)用流體中。當烴類加到巖層中時，它們可裂化生成氫和/或甲烷。在生成的合成氣中甲烷的存在可提高它的熱值。生產(chǎn)合成氣的反應通常為吸熱反應。在合成氣生產(chǎn)過程中可將熱加到巖層中，以便使巖層的溫度保持在所需的水平。熱可從熱源和/或從送入的溫度高于巖層的合成氣生產(chǎn)用流體加入。作為另一供選擇的方案，可將氧化劑加到合成氣生產(chǎn)用流體中，例如空氣、富氧的空氣、氧氣、過氧化氫、其他氧化性流體或它們的組合形式。氧化劑可與巖層中的碳反應產(chǎn)生熱量，并生成CO2和/或CO。在一優(yōu)選實施方案中，將氧和水(或水蒸汽)送入巖層，例如摩爾比為1∶2至1∶10、優(yōu)選1∶3至1∶7、例如1∶4。
在合成氣生產(chǎn)過程中，可將含烴巖層維持在相對高的壓力下。合成氣可在寬的壓力范圍內(nèi)生產(chǎn)，例如1-100巴、更通常2-80巴、特別是5-60巴。高的操作壓力可得到高的H2產(chǎn)量。高的操作壓力能借助將所生產(chǎn)的合成氣通過透平來生產(chǎn)電力，以及能用相對小的收集導管來輸送生成的合成氣。
合成氣可在寬的溫度范圍內(nèi)生產(chǎn)，例如400-1200℃、更通常600-1000℃。在相對低的合成氣生產(chǎn)溫度下，可生產(chǎn)有高H2/CO比的合成氣。相對高的巖層溫度可生產(chǎn)H2/CO比接近1的合成氣，且料流主要包括(在某些情況下基本上只為)H2和CO。在約700℃的巖層溫度下，所述巖層可生產(chǎn)H2/CO比為2的合成氣。通常，可生產(chǎn)H2/CO摩爾比為1∶4至8∶1范圍、更典型是從1∶2至4∶1范圍，特別是1∶1至2.5∶1的合成氣。某些實施方案可包括將第一合成氣與第二種合成氣混合，生產(chǎn)所需組成的合成氣。第一種和第二種合成氣可由不同部分的巖層生產(chǎn)。
可將經(jīng)過熱解和任選經(jīng)合成氣生產(chǎn)的含烴巖層或其部分冷卻形式冷卻的廢巖層。生產(chǎn)烴類流體和/或合成氣以后，可將流體(例如二氧化碳)隔絕在巖層內(nèi)。為了將大量流體貯存在巖層內(nèi)，巖層的溫度常常需要低于100℃，例如降到20℃。將水送入巖層以產(chǎn)生水蒸汽并降低巖層的溫度。可從巖層中除去水蒸汽。水蒸汽可用于各種應用目的，例如用于加熱巖層的另一部分、用于在巖層相鄰部分中生產(chǎn)合成氣或在油層中用作蒸汽驅。在巖層冷卻以后，可將流體加壓并隔絕在巖層中。將流體隔絕在巖層中可減少或消除由于在就地加工中的操作釋放到環(huán)境中的流體。廢巖層特別適用于這一目的，因為對流體特別是氣休具有大的孔隙性和滲透性的結構。
可將要隔絕的流體在例如5-50巴下注入冷卻的廢巖層并吸收在巖層的含烴物質上。水隨后加入巖層的水可阻止二氧化碳的脫附。US-A-5566756中說明了隔絕二氧化碳的方法的一個例子。
這里描述的合成氣可轉化成烴類(包括甲烷)或其他產(chǎn)物(例如氨)。例如，可用費托烴類合成過程配套將合成氣轉化成烷烴。合成氣也可用于催化甲烷來生產(chǎn)甲烷。另一方面，合成氣可用來生產(chǎn)甲醇、汽油和柴油、氨和中間餾分油。
合成氣也可用作能源。例如，它可用作燃燒燃料，用來加熱含烴巖層或用來生產(chǎn)水蒸汽，然后推動渦輪生產(chǎn)電力。合成氣可通過合成氣在渦輪中減壓或利用合成氣的溫度來生產(chǎn)水蒸汽然后推動渦輪來產(chǎn)生電力。也可將合成氣用于這樣一種能量生產(chǎn)單元，例如熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池或其他類型燃料電池。
用作費-托合成反應進料氣體的合成氣其H2/CO摩爾比通常為約2∶1費-托合成法通常是生產(chǎn)分支和未分支的烷烴，它們可通過加氫裂化轉化成例如包括柴油、噴氣燃料和石腦油在內(nèi)的烴類產(chǎn)品。合成氣在費一托合成法中轉化成烴類的方法的例子在US-A-4096163、US-A-4594468、US-A-6085512和US-A-6172124說明。
生成的可用作催化甲烷化法進料氣體合成氣的組成的H2/CO摩爾比為3∶1至4∶1可能是希望的。催化甲烷化法的例子在US-A-3992148、US-A-4130575和US-A-4133825中說明。
由合成氣生產(chǎn)甲醇的方法的例子在US-A-4407973、US-A-4927857和US-A-4994093中說明。
生產(chǎn)發(fā)動機燃料的方法的例子在US-A-4076761、US-A-4138442和US-A-4605680中說明。
以下的實施例例示說明本發(fā)明。
實施例1
將美國科羅拉多州的格林河油頁巖沉積物的各種樣品在不同的溫度和壓力下熱解，以確定熱解溫度和壓力對所生成烴流體的質量和數(shù)量的影響。
不銹鋼壓力容器用來裝油頁巖樣品。容器和與所述容器相連的流動管線繞有電熱帶，以便給整個容器和出油管提供基本均勻的加熱。流動管線有用于在升壓下試驗的背壓閥。通過閥門以后，產(chǎn)物在常壓下在常用的實驗室玻璃冷凝器中冷卻分析。試驗結果用于通過方程式1和參數(shù)A和B確定產(chǎn)品的特定質量和產(chǎn)率的壓力/溫度關系，以上所述。結果表明，通過提高壓力，碳數(shù)為25或更大的烴類的含量減少，API重度增加、乙烯/乙烷比下降H/C比增加以及相對于Fischer Assay的烴類產(chǎn)率降低。
權利要求
1.一種就地處理含烴巖層以及從所述巖層生產(chǎn)烴類流體的方法，所述的方法包括在從巖層生產(chǎn)烴類流體的過程中熱解巖層中存在的烴類，同時使用壓力/溫度控制，以致壓力至少為可根據(jù)所選的溫度由以下方程式計算的壓力或溫度至多為可根據(jù)所選的壓力由以下方程式計算的溫度P=0.07*e-AT+273+B]]>式中P為壓力(巴，絕對)，T為溫度(℃)，A和B為預定的參數(shù)，它們與生產(chǎn)的烴類流體的數(shù)量、組成或質量有關的性質有關。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中含烴巖層含有油母質，例如煤或油頁巖或重質烴類例如油砂。
3.根據(jù)權利要求1或2的方法，其中使用適用于通過傳導加熱巖層的熱源。
4.根據(jù)權利要求1-3中任一項的方法，其中通過在250-400℃、特別是260-375℃的溫度下加熱使巖層中存在的烴類熱解。
5.根據(jù)權利要求1-4中任一項的方法，其中壓力為至少1.4巴和其中如果壓力為3.52巴和熱解在高達301.7℃的溫度下進行，那么使用一種不是僅提供射頻加熱的熱源。
6.一種就地處理含烴巖層以及從所述巖層生產(chǎn)烴類流體的方法，所述的方法包括在從巖層生產(chǎn)烴類流體的過程中熱解巖層中存在的烴類，同時使用壓力/溫度控制，以致壓力至少為可根據(jù)所選的溫度由以下方程式計算的壓力或溫度至多為可根據(jù)所選的壓力由以下方程式計算的溫度P=0.07*e-AT+273+B]]>式中P為壓力(巴，絕對)，T為溫度(℃)，A和B為預定的參數(shù)，它們與生產(chǎn)的烴類流體的數(shù)量、組成或質量有關的性質有關以及在氫分壓為至少0.5巴，例如1-10巴、特別是5-7巴的氫存在下。
7.根據(jù)權利要求1-6中任一項的方法，其中A等于14000和B等于25。
8.根據(jù)權利要求1-6中任一項的方法，其中A等于24146和B等于43.349。
9.根據(jù)權利要求1-6中任一項的方法，其中A等于30864和B等于50.676。
10.根據(jù)權利要求1-6中任一項的方法，其中A等于16947和B等于33.603。
11.根據(jù)權利要求1-6中任一項的方法，其中A等于57379和B等于83.145。
12.根據(jù)權利要求1-6中任一項的方法，其中A等于5492.8和B等于14.234。
13.根據(jù)權利要求1-6中任一項的方法，其中A等于38360和B等于60.531。
14.根據(jù)權利要求1-6中任一項的方法，其中A等于6613.1和B等于16.364。
15.根據(jù)權利要求1-6中任一項的方法，其中A等于28554和B等于47.084。
16.根據(jù)權利要求1-6中任一項的方法，其中A等于11118和B等于23.156。
17.一種生產(chǎn)合成氣的方法，所述的方法包括—提供含烴巖層，它按照就地處理含烴巖層和所述的巖層生產(chǎn)烴類流體的方法處理，所述的方法包括在從巖層生產(chǎn)烴類流體的過程中熱解巖層中存在的烴類，同時使用壓力/溫度控制，以致壓力至少為可根據(jù)所選的溫度由以下方程式計算的壓力或溫度至多為可根據(jù)所選的壓力由以下方程式計算的溫度P=0.07*e-AT+273+B]]>式中P為壓力(巴，絕對)，T為溫度(℃)，A和B為預定的參數(shù)，它們與生產(chǎn)的烴類流體的數(shù)量、組成或質量有關的性質有關，以及——隨后至少一部分經(jīng)處理的含烴巖與合成氣生產(chǎn)用流體反應。
18.一種生產(chǎn)烴類的方法，所述的方法包括提供按權利要求17生產(chǎn)的合成氣以及將合成氣轉化成烴類。
19.根據(jù)權利要求18的方法，其中用費-托烴類合成法將合成氣轉化成烷烴，然后將烷烴在加氫裂化反應器中進行轉化。
20.一種生產(chǎn)能源的方法，所述的方法包括提供按權利要求17生產(chǎn)的合成氣并將合成氣膨脹和/或燃燒或將合成氣用于燃料電池。
全文摘要
公開了一種就地處理含烴巖層和從所述巖層生產(chǎn)烴類流體的方法，其中巖層中存在的烴類在高壓下熱解，同時使用壓力/溫度控制，以致壓力至少為可根據(jù)所選的溫度由方程式(1)計算的壓力或溫度至多為可根據(jù)所選的壓力由方程式(I)計算的溫度，式中P為壓力(巴，絕對)，T為溫度(℃)，A和B為預定的參數(shù)，它們與生產(chǎn)的烴類流體的數(shù)量、組成或質量有關的性質有關。任選的是，所述的方法接著生產(chǎn)合成氣的步驟，所述的步驟包括被本發(fā)明的方法部分消耗的含烴巖層與合成氣生產(chǎn)用流體反應。任選的是，將如此生產(chǎn)的合成氣轉化成烴類和/或通過使如此生產(chǎn)的合成氣膨脹和/或燃燒或將它用于燃料電池來產(chǎn)生能量。
文檔編號E21B41/00GK1430698SQ01810049
公開日2003年7月16日 申請日期2001年4月24日 優(yōu)先權日2000年4月24日
發(fā)明者G·L·斯特戈美爾, S·L·威靈頓, E·張, H·J·萬嘉, I·E·伯肯克, E·德魯菲格納克 申請人:國際殼牌研究有限公司