專利名稱：冷熱交替高速氣流破碎油頁巖裝置及破碎油頁巖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油頁巖原位開采方法，具體為一種利用冷熱交替高速氣流破碎油頁巖的裝置和破碎油頁巖的方法。
背景技術(shù)：
雖然地面干餾技術(shù)是全球油頁巖開發(fā)利用的主體，但該工藝在中深層油頁巖的開發(fā)上，由于開發(fā)成本過高而經(jīng)濟(jì)效益較低。自20世紀(jì)80年代開始，許多世界石油公司都在積極開發(fā)更為經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的頁巖油制取技術(shù)，油頁巖原位開采技術(shù)就是其中一種。該技術(shù)的原理為通過給地下油頁巖層直接加熱，使其在地下進(jìn)行裂解，生成油氣，最后通過生產(chǎn)井把油氣開采出來。地下油頁巖層的加熱方式可分為電加熱、流體加熱和輻射加熱，前2種方法已經(jīng)初步進(jìn)行了野外試驗(yàn)。在原位開采過程中存在的主要問題為
(I)油頁巖是熱的不良導(dǎo)體，熱量的傳導(dǎo)性很差，對(duì)于完整的大體積油頁巖無論是電加熱還是流體加熱，效率都很低；(2)油頁巖儲(chǔ)層基質(zhì)的滲透率極低(0. 0001 0. OOOOOlmD)，內(nèi)部的油(氣)若想從致密的油頁巖中排出，進(jìn)入開采井，就必須有裂縫體系使油(氣)與開采井有效地溝通。即使油頁巖中存在一定的天然裂縫以及在受熱情況下膨脹產(chǎn)生的裂縫，但仍不易滿足油氣從油頁巖中排出的需要。美國“SinclairResearch”公司于 1953-1954 年和 1964-1966 年進(jìn)行了兩次油頁巖地下原位試驗(yàn)，在原位開采試驗(yàn)中研究了油頁巖的原位破碎方法。在美國綠河油頁巖礦選取一個(gè)巨大的、數(shù)公里厚的礦區(qū)，完成了一個(gè)“Bronco”實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，在900m深地下利用相當(dāng)于5萬噸炸藥的地下核爆炸，對(duì)油頁巖進(jìn)行了破壞，消耗了 20-30萬美元。2007年，斯倫貝謝/Raytheon2CF的臨界流射頻技術(shù)是使用射頻來加熱油頁巖到裂解溫度及注入超臨界二氧化碳，通過二氧化碳?xì)怏w產(chǎn)生壓力超過油頁巖儲(chǔ)層的破碎壓力，導(dǎo)致儲(chǔ)層破裂，形成裂縫，從而破碎油頁巖，產(chǎn)生出油通道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于針對(duì)上述向有技術(shù)的不足，提供一種冷熱交替高速氣流破碎油頁巖裝置；本發(fā)明的另一目的是提供一種冷熱交替高速氣流破碎油頁巖裝置破碎油頁巖的方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的冷熱交替高速氣流破碎油頁巖裝置，是由空氣壓縮機(jī)I通過管線經(jīng)第一閥門2、空氣加熱器3和第二閥門4與入氣管道8相連接，空氣壓縮機(jī)I通過管線經(jīng)第三閥門5、空氣渦輪制冷機(jī)6和第四閥門7與入氣管道8相連接，兩用氣泵10通過管線與出氣管道9相連接構(gòu)成。
冷熱交替高速氣流破碎油頁巖裝置破碎油頁巖的方法，包括以下步驟a、在油頁巖礦區(qū)內(nèi)鉆開采井，用水力在相鄰兩個(gè)鉆孔間預(yù)開采油頁巖層的下方打開一個(gè)硐室，為油頁巖破碎提供空間；b、將冷熱交替高速氣流破碎油頁巖的裝置連接好，將入氣管道8和出氣管道9放入開米井中；C、打開第一閥門2和第二閥門4，關(guān)閉第三閥門5和第四閥門I ；d、開啟空氣壓縮機(jī)I，調(diào)節(jié)空氣壓縮機(jī)I的風(fēng)量，使氣流流速在lOm/s以上，開啟管道式空氣加熱器3，加熱溫度設(shè)在200°C 500°C ；e、空氣經(jīng)空氣壓縮機(jī)I壓縮后經(jīng)第一閥門2進(jìn)入到管道式空氣加熱器3進(jìn)行加熱，再經(jīng)第二閥門4送入進(jìn)氣管道8進(jìn)入地下油頁巖破碎區(qū)域，并在流經(jīng)區(qū)破巖后經(jīng)吸氣管 道9和吹吸兩用氣泵10吸出；f、持續(xù)加熱30-60分鐘之后，關(guān)閉第一閥門2和第二閥門4的同時(shí)關(guān)閉管道式空氣加熱器3進(jìn)行冷熱切換；g、開啟空氣渦輪制冷機(jī)6，將制冷溫度設(shè)為_20°C _40°C，打開第三閥門5和第四閥門7進(jìn)行凍脹破碎；保持凍脹破碎30-60分鐘后，再切換回?zé)釟饬髌扑?；即每個(gè)30-60分鐘進(jìn)行一次冷熱切換；h、高速的熱、冷氣流交替進(jìn)入原位破碎區(qū)域，使油頁巖在三重破碎作用下破碎，直至油頁巖破碎完成。有益效果油頁巖在冷熱氣流的交替作用下發(fā)生風(fēng)化作用，冷熱交替變化導(dǎo)致的不均勻脹縮三重作用下破碎，在油頁巖層下方打開一個(gè)硐室，為油頁巖破碎提供足夠的空間。解現(xiàn)有油頁巖原位開采過程中油頁巖導(dǎo)熱性差、滲透率低的問題。經(jīng)試驗(yàn)，采用該方法后油頁巖的過熱面積、油氣通道將大幅度增加，熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流效率顯著提高，極大的提高了油頁巖原位開采過程中頁巖油的開采效率。


附圖為冷熱交替高速氣流破碎油頁巖裝置結(jié)構(gòu)圖。I空氣壓縮機(jī)，2第一閥門，3管道式空氣加熱器，4第二閥門，5第三閥門，6空氣渦輪制冷機(jī)，7第四閥門，8入氣管道，9出氣管道，10吹吸兩用氣泵
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說明冷熱交替高速氣流破碎油頁巖裝置，是由空氣壓縮機(jī)I通過三通和管線經(jīng)第一閥門2、空氣加熱器3、第二閥門4和三通與入氣管道8相連接，空氣壓縮機(jī)I通過三通和管線經(jīng)第三閥門5、空氣渦輪制冷機(jī)6、第四閥門7和三通與入氣管道8相連接，兩用氣泵10通過管線與出氣管道9相連接構(gòu)成。冷熱交替高速氣流破碎油頁巖裝置破碎油頁巖的方法，包括以下步驟a、在油頁巖礦區(qū)內(nèi)鉆開采井，用水力在相鄰兩個(gè)鉆孔間預(yù)開采油頁巖層的下方打開一個(gè)硐室，為油頁巖破碎提供空間；b、將冷熱交替高速氣流破碎油頁巖的裝置連接好，將入氣管道8和出氣管道9放入開米井中；C、打開第一閥門2和第二閥門4，關(guān)閉第三閥門5和第四閥門I ;d、開啟空氣壓縮機(jī)I，調(diào)節(jié)空氣壓縮機(jī)I的風(fēng)量，使氣流流速在lOm/s以上，開啟管道式空氣加熱器3，加熱溫度設(shè)在200°C 500°C ；e、空氣經(jīng)空氣壓縮機(jī)I壓縮后經(jīng)第一閥門2進(jìn)入到管道式空氣加熱器3進(jìn)行加熱，再經(jīng)第二閥門4送入進(jìn)氣管道8進(jìn)入地下油頁巖破碎區(qū)域，并在流經(jīng)區(qū)破巖后經(jīng)吸氣管道9和吹吸兩用氣泵10吸出；f、持續(xù)加熱30-60分鐘之后，關(guān)閉第一閥門2和第二閥門4的同時(shí)關(guān)閉管道式空氣加熱器3進(jìn)行冷熱切換；g、開啟空氣渦輪制冷機(jī)6，將制冷溫度設(shè)為-20°C -40°C，打開第三閥門5和第四閥門7進(jìn)行凍脹破碎；保持凍脹破碎30-60分鐘后，再切換回?zé)釟饬髌扑?；即每?0-60分鐘進(jìn)行一次冷熱切換； h、高速的熱、冷氣流交替進(jìn)入原位破碎區(qū)域，使油頁巖在三重破碎作用下破碎，直至油頁巖破碎完成。實(shí)施例I冷熱交替高速氣流破碎油頁巖裝置，是由空氣壓縮機(jī)I通過三通和管線經(jīng)第一閥門2、空氣加熱器3、第二閥門4和三通與入氣管道8相連接，空氣壓縮機(jī)I通過三通和管線經(jīng)第三閥門5、空氣渦輪制冷機(jī)6、第四閥門7和三通與入氣管道8相連接，兩用氣泵10通過管線與出氣管道9相連接構(gòu)成。冷熱交替高速氣流破碎油頁巖裝置破碎油頁巖的方法，包括以下步驟a、在油頁巖礦區(qū)內(nèi)鉆開采井，用水力在相鄰兩個(gè)鉆孔間預(yù)開采油頁巖層的下方打開一個(gè)硐室，為油頁巖破碎提供空間；b、將冷熱交替高速氣流破碎油頁巖的裝置連接好，將入氣管道8和出氣管道9放入開米井中；C、打開第一閥門2和第二閥門4，關(guān)閉第三閥門5和第四閥門I ；d、開啟空氣壓縮機(jī)I，調(diào)節(jié)空氣壓縮機(jī)I的風(fēng)量，使氣流流速在15m/s，開啟管道式空氣加熱器3，加熱溫度設(shè)在400°C ；e、空氣經(jīng)空氣壓縮機(jī)I壓縮后經(jīng)第一閥門2進(jìn)入到管道式空氣加熱器3進(jìn)行加熱，再經(jīng)第二閥門4送入進(jìn)氣管道8進(jìn)入地下油頁巖破碎區(qū)域，并在流經(jīng)區(qū)破巖后經(jīng)吸氣管道9和吹吸兩用氣泵10吸出；f、持續(xù)加熱30分鐘之后，關(guān)閉第一閥門2和第二閥門4的同時(shí)關(guān)閉空氣加熱器3進(jìn)行冷熱切換；g、開啟空氣渦輪制冷機(jī)6，將制冷溫度設(shè)為-30°C，打開第三閥門5和第四閥門7進(jìn)行凍脹破碎；保持凍脹破碎30分鐘后，再切換回?zé)釟饬髌扑?；即每?0分鐘進(jìn)行一次冷熱切換；h、高速的熱、冷氣流交替進(jìn)入原位破碎區(qū)域，使油頁巖在三重破碎作用下破碎，直至油頁巖破碎完成。實(shí)施例2冷熱交替高速氣流破碎油頁巖裝置，是由空氣壓縮機(jī)I通過三通和管線經(jīng)第一閥門2、空氣加熱器3、第二閥門4和三通與入氣管道8相連接，空氣壓縮機(jī)I通過三通和管線經(jīng)第三閥門5、空氣渦輪制冷機(jī)6、第四閥門7和三通與入氣管道8相連接，兩用氣泵10通過管線與出氣管道9相連接構(gòu)成。冷熱交替高速氣流破碎油頁巖裝置破碎油頁巖的方法，包括以下步驟a、在油頁巖礦區(qū)內(nèi)鉆開采井，用水力在相鄰兩個(gè)鉆孔間預(yù)開采油頁巖層的下方打開一個(gè)硐室，為油頁巖破碎提供空間；b、將冷熱交替高速氣流破碎油頁巖的裝置連接好，將入氣管道8和出氣管道9放入開米井中；C、打開第一閥門2和第二閥門4，關(guān)閉第三閥門5和第四閥門I ;d、開啟空氣壓縮機(jī)1，調(diào)節(jié)空氣壓縮機(jī)I的風(fēng)量，使氣流流速在25m/s，開啟管道式空氣加熱器3，加熱溫度設(shè)在 500。。；
e、空氣經(jīng)空氣壓縮機(jī)I壓縮后經(jīng)第一閥門2進(jìn)入到管道式空氣加熱器3進(jìn)行加熱，再經(jīng)第二閥門4送入進(jìn)氣管道8進(jìn)入地下油頁巖破碎區(qū)域，并在流經(jīng)區(qū)破巖后經(jīng)吸氣管道9和吹吸兩用氣泵10吸出；f、持續(xù)加熱50分鐘之后，關(guān)閉第一閥門2和第二閥門4的同時(shí)關(guān)閉空氣加熱器3進(jìn)行冷熱切換；g、開啟空氣渦輪制冷機(jī)6，將制冷溫度設(shè)為-30°C，打開第三閥門5和第四閥門7進(jìn)行凍脹破碎；保持凍脹破碎50分鐘后，再切換回?zé)釟饬髌扑?；即每?0分鐘進(jìn)行一次冷熱切換；h、高速的熱、冷氣流交替進(jìn)入原位破碎區(qū)域，使油頁巖在三重破碎作用下破碎，直至油頁巖破碎完成。
權(quán)利要求
1.一種冷熱交替高速氣流破碎油頁巖裝置，其特征在于，是由空氣壓縮機(jī)(I)通過管線經(jīng)第一閥門(2)、空氣加熱器(3)和第二閥門(4)與入氣管道(8)相連接，空氣壓縮機(jī)(I)通過管線經(jīng)第三閥門(5)、空氣渦輪制冷機(jī)(6)和第四閥門(7)與入氣管道(8)相連接，兩用氣泵(10)通過管線與出氣管道(9)相連接構(gòu)成。
2.一種冷熱交替高速氣流破碎油頁巖裝置破碎油頁巖的方法，其特征在于，包括以下步驟 a、在油頁巖礦區(qū)內(nèi)鉆開采井，用水力在相鄰兩個(gè)鉆孔間預(yù)開采油頁巖層的下方打開一個(gè)硐室，為油頁巖破碎提供空間； b、將冷熱交替高速氣流破碎油頁巖的裝置連接好，將入氣管道(8)和出氣管道9放入開米井中； C、打開第一閥門(2)和第二閥門(4)，關(guān)閉第三閥門(5)和第四閥門(7)； d、開啟空氣壓縮機(jī)(I)，調(diào)節(jié)空氣壓縮機(jī)(I)的風(fēng)量，使氣流流速在lOm/s以上，開啟管道式空氣加熱器(3)，加熱溫度設(shè)在200°C 500°C ； e、空氣經(jīng)空氣壓縮機(jī)(I)壓縮后經(jīng)第一閥門(2)進(jìn)入到管道式空氣加熱器(3)進(jìn)行加熱，再經(jīng)第二閥門(4)送入進(jìn)氣管道(8)進(jìn)入地下油頁巖破碎區(qū)域，并在流經(jīng)區(qū)破巖后經(jīng)吸氣管道(9)和吹吸兩用氣泵(10)吸出； f、持續(xù)加熱30-60分鐘之后，關(guān)閉第一閥門(2)和第二閥門(4)的同時(shí)關(guān)閉管道式空氣加熱器(3)進(jìn)行冷熱切換； g、開啟空氣渦輪制冷機(jī)(6)，將制冷溫度設(shè)為_20°C _40°C，打開第三閥門(5)和第四閥門(7)進(jìn)行凍脹破碎；保持凍脹破碎30-60分鐘后，再切換回?zé)釟饬髌扑?；即每?0-60分鐘進(jìn)行一次冷熱切換； h、高速的熱、冷氣流交替進(jìn)入原位破碎區(qū)域，使油頁巖在三重破碎作用下破碎，直至油頁巖破碎完成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種冷熱交替高速氣流破碎油頁巖裝置及破碎油頁巖的方法。該裝置是由空氣壓縮機(jī)通過管線經(jīng)第一閥門、空氣加熱器和第二閥門與入氣管道相連接，空氣壓縮機(jī)通過管線經(jīng)第三閥門、空氣渦輪制冷機(jī)和第四閥門與入氣管道相連接，兩用氣泵通過管線與出氣管道相連接構(gòu)成。油頁巖在冷熱氣流的交替作用下發(fā)生風(fēng)化作用，冷熱交替變化導(dǎo)致的不均勻脹縮三重作用下破碎，在油頁巖層下方打開一個(gè)硐室，為油頁巖破碎提供足夠的空間。解決現(xiàn)有油頁巖原位開采過程中油頁巖導(dǎo)熱性差、滲透率低的問題。經(jīng)試驗(yàn)，采用該方法后油頁巖的過熱面積、油氣通道將大幅度增加，熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流效率顯著提高，極大的提高了油頁巖原位開采過程中頁巖油的開采效率。
文檔編號(hào)E21B43/00GK102808603SQ20121033274
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月10日
發(fā)明者陳晨, 趙貴杰, 閆歡, 王維, 陳大勇, 溫繼偉, 劉鑫鵬, 錢方, 高帥, 董雪嬌 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)