一种油页岩原位转化制油气制氢的工艺方法及系统与流程

本发明涉及油页岩开采，具体地说，涉及一种油页岩原位转化制油气制氢的工艺方法及系统。

背景技术：

1、油页岩大多沉积在地下深处，经成岩作用和挥发物质散失等物理化学作用，成为油页岩层，通过加热干馏的手段从油页岩中取得油页岩油。目前油页岩开发主要有地面干馏和原位转化开采两种方式。地面干馏则是指油页岩经露头开采或井下开采，送至地面，经破碎筛分至所需粒度或块度，进入干馏炉内加热干馏，生产油页岩油气。原位转化开采是指埋藏于地下的油页岩不经开采，直接在地下设法加热干馏，在地下分解，生产的油页岩油气被导至地面。与地面干馏相比，原位开采具有节省露头开采费用、降低地面植被破坏程度和占地面积少等优点。

2、现有技术的原位开采通过引燃输送到地下的可燃气体和助燃气体所产生的热量作为干馏地下油页岩层的热源，其中，烃类气体或水蒸气加热到400℃～700℃后注入到油页岩矿层，通过对流换热方式对油页岩层进行加热，成本高，效率低，热量损耗大；地下燃烧虽可提供大量的热量，但这是一种不可恢复的开采的方式，反应过程不易控制，对引燃装置及介质都有较高的要求。

3、催化剂能够改变反应过程中化学反应必需的活化能，从而改变反应速率、加快反应进行。通过添加催化剂降低油页岩原位油气转化所需的温度、改善油气产物品质成了油页岩原位转化工业化的一种方向。与非催化热解相比，催化热解能提高油页岩油产率，提高油页岩热解转化率。但对于油页岩原位油气转化开采来说，往地下加入固体催化剂是十分困难的，且催化剂的组成物质之多，催化剂的配制操作复杂，成本高。

4、因此，本发明提供了一种油页岩原位转化制油气制氢的工艺方法及系统。

技术实现思路

1、针对现有原位开采技术成本高、效率低的不足，依据有机地球化学动力学反应原理，本发明提供了一种先转化、再催化和综合利用原地转化副产物氢能的技术工艺，提高清洁能源的综合利用，从而降低原位开采成本，实现经济有效开采。本发明提供了一种油页岩原位转化制油气制氢系统，所述系统包含：

2、原位加热转化系统，其用于在热解转化过程中，向注热井(5)内输送热混合气体或放置井下加热器(4)，使油页岩中的有机质转化为热解沥青；

3、产物再利用系统，其用于收集热解转化过程产生的气体，以应用于压裂催化过程，使热解沥青转化为油页岩油和气；

4、产物分离收集系统，其用于实现热解转化过程以及压裂催化过程中油气产物的分级收集。

5、根据本发明的一个实施例，所述原位加热转化系统包括：控制器(7)、稳压装置(9)、气体管道(8)以及井下加热器(4)，其中，控制器(7)与稳压装置(9)的进口相连接，稳压装置(9)的出口通过气体管道(8)与注热井(5)内部连通，并在稳压装置(9)的出口处设置有单向阀，防止气体回流；井下加热器(4)设置在气体管道(8)的井下端；气体管道(8)外部缠设有保温材料，用于降低热交换，减少热量的损失。

6、根据本发明的一个实施例，所述产物再利用系统包括气体在线检测器(12)、混合气利用装置(11)和气体泵(10)，其中，气体在线检测器(12)通过管路与混合气体利用装置(11)入气口连接，气体泵(10)通过管路与混合气利用装置(11)出气口连接，同时气体泵(10)通过管路与气体管道(8)连通；混合气利用装置(11)外部包裹有保温石棉层。

7、根据本发明的一个实施例，所述产物分离收集系统包括分级冷凝装置(13)、油水分离器(14)、重油储集罐(15)、三相分离器(16)、轻油储集罐(17)、氢气处理储存装置(18)以及废水处理器(19)，其中，分级冷凝装置(13)的入口通过管路与生产井(6)内部连通，分级冷凝装置(13)的出口通过管路与油水分离器(14)连接；废水处理器(19)、重油储集罐(15)和三相分离器(16)分别通过管路与油水分离器(14)连接；轻油储集罐(17)、氢气处理储存装置(18)与三相分离器(16)通过管路连接。

8、根据本发明的一个实施例，生产井(6)以注热井(5)为中心呈三角形或四边形或六边形或圆形分布，注热井(5)与生产井(6)以及生产井(6)与生产井(6)之间的距离为15～25m，若采用压裂或水平井模式增大反应区孔隙或通道技术后，注热井(5)与生产井(6)之间的距离不受15～25m的限制。

9、根据本发明的另一个方面，还提供了一种油页岩原位转化制油气制氢的工艺方法，通过如上任一项所述的系统执行，所述方法包含：

10、通过所述原位加热转化系统在热解转化过程中，向注热井(5)内输送热混合气体或放置井下加热器(4)，使油页岩中的有机质转化为热解沥青；

11、通过所述产物再利用系统收集热解转化过程产生的气体，以应用于压裂催化过程，使热解沥青转化为油页岩油和气；

12、通过所述产物分离收集系统实现热解转化过程以及压裂催化过程中油气产物的分级收集。

13、根据本发明的一个实施例，所述方法包含：

14、钻至少一口加热井(5)和至少一口生产井(6)至目标油页岩层(1)，并在加热井(5)内布置井下加热器(4)或形成有热混合气体注入通道；生产井(6)形成有气体流出通道和油页岩油气抽取通道；

15、在热解转化过程中，将320～350℃的热混合气体通过注热井(5)的注入通道注入井内，或启动井下加热器(4)对油页岩层(1)进行初步加热，使油页岩地层温度达320～350℃；

16、在压裂催化过程中，在生产井(6)中采用水力压裂的方式进行人工造缝，形成压裂裂缝，在压裂造缝的同时将外部包裹塑料外壳内部含有催化剂的多孔陶瓷支撑剂随压裂液一起压入压裂裂缝中，使其充满整个压裂区；

17、在压裂催化过程中，使用井下加热器(4)或利用回收的热解转化过程产生的热混合气体使油页岩层(1)温度加热至350-400℃；

18、在压裂催化过程中，油气水产物通过生产井(6)的气体流出通道收集，经过所述产物分离收集系统进行油气水分离，分别收集重质油、轻质油和气体，并对气体的氢气进行分离提取储存。

19、根据本发明的一个实施例，多孔陶瓷的孔隙度和抗压强度根据目标地层深度和地层压力选择，所用催化剂种类及其含量根据设定的开采工艺选择，具体参数应根据当地油页岩层的具体性质特点而定，确保多孔陶瓷支撑剂抗压强度足够，并且催化剂载体在加热过程中可以释放出足够量的催化物质作用于油页岩。

20、根据本发明的一个实施例，所述多孔陶瓷支撑剂抗压强度5-30mpa。

21、根据本发明的另一个方面，还提供了一种存储介质，其包含用于执行如上任一项所述的方法步骤的一系列指令。

22、本发明提供的一种油页岩原位转化制油气制氢的工艺方法及系统，采用井下加热器或热混合气体注入地下油页岩层中，加热油页岩层至320-350℃，使油页岩中的有机质转化为热解沥青，采用内部填充催化生烃物质的多孔陶瓷材料作为支撑剂，通过压裂注入催化剂，热至350-400℃，释放出的催化物质作用于热解沥青，使其转化为高品质的油页岩油和气，同时多孔陶瓷支撑剂本身的高孔隙度，使得油页岩地层内部孔隙度进一步提高。对产出的气体进行分离收集烃气和氢气，进行控制和回收注到地下再利用，为油页岩原位转化加热提供能量，并且提取了副产品氢气资源，减少了能耗，提高了产品附加值，大大降低了传统加热至500℃以上原位开采工艺的成本，实现了清洁能源的综合利用，减少了对环境的危害。

23、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。