用于从地质地层中提取燃料的系统及方法与流程

本发明涉及提高能量效率的用于提取从地质地层中经由原位热转化生成的化石燃料和氢的方法及系统。

背景技术：

1、如碳氢化合物(例如，原油、天然气等)或氢气(h2)的化石燃料可以经由热转化来原位生成，例如在地质地层内由前体材料如干酪根、沥青、焦油席或液态原油(例如，在生成h2的情况下)等经由热转化来原位生成。例如，fan,y.等人的numerical simulation ofthe in-situ upgrading of oil shale(油页岩的原位改质的数值模拟)，spe j.15(2010)论述了用于从油页岩中生成碳氢化合物的热原位改质过程，该过程包括将页岩中的干酪根通过一系列化学反应分解为液体和气体产物的过程。

2、ramsay等人的electrode placement evaluation in radio frequencyhydrogen generation using multiphysics simulation(利用多物理场仿真评估射频制氢中的电极放置)，proceedings of the abu dhabi international petroleumexhibition and conference(阿布扎比国际石油展览暨会议论文集))，阿布扎比，阿联酋，2022年10月31日-–2022年11月3日，spe-210801-ms中描述了在油页岩中通过射频加热进行原位热解的显式耦合多物理场仿真的不确定性量化。

3、ramsay，t等人的uncertainty quantification of allen-cahn phase fieldparameters in multiphysics simulation of oil shale radio frequency heating(油页岩射频加热的多物理场仿真中的allen-cahn相场参数的不确定性量化)，proceedingsof the spe annual technical conference and exhibition(spe年度技术会议暨展览论文集)，迪拜，阿联酋，2021年9月21日-2021年9月23日，spe-205866-ms中论述了用于将富含干酪根的油页岩通过原位热解转化为液态油的介电加热技术。

4、yuan等人的high-purity，co2-free hydrogen generation from crude oils incrushed rocks using microwave heating(利用微波加热从碎石中的原油中生成高纯度、不含co2的氢气)，proceedings of the 2021spe annual technical conference andexhibition(2021年spe年会技术会议暨展览会论文集)，迪拜，阿联酋，2021年9月21日-2021年9月23日，spe-206341-mss中论述了利用微波加热从碎石中的原油中生成高纯度、无co2的h2。

技术实现思路

1、通常，如上所述的原位燃料转化技术可能表现出例如由于从例如经由射频(rf)、微波(mw)频率或太赫兹(terraherz即thz)加热来生成燃料的目标体积例如经由热传导或材料平流(在下面参见图1的论述)或类似的热传输机制向周围岩层传递热所引起的热损失。在这种情况下，需要新的燃料转化和/或提取方法及系统，这些方法及系统可以提高整个过程的能源效率并减少整个碳足迹。

2、具体地，本公开的各方面涉及一种用于从地质地层中提取燃料的方法，该方法包括：对加热地质地层中的目标体积进行加热，以经由前体材料的热转化来生成燃料，由此还加热地质地层的一部分；从地质地层中提取所生成的燃料；从地质地层中回收热；以及将所回收的热用于以下各项中的一者或更多者：加热目标体积、加热不同的目标体积、提取燃料、从地质地层中回收热、处理所提取的燃料以及将所回收的热转换为另一形式的可储存能量。

3、例如，前体材料可以包括干酪根、油页岩、沥青、焦油席(tar mats)以及液态原油或类似的富烃材料。

4、例如，液态原油可以通过干酪根、焦油、沥青和油页岩的热转化而生成，并且h2气体可以经由液态原油的热转化而生成。例如，供应至目标体积的热可以驱动一系列化学反应，这一系列化学反应从存在于目标体积中的液态原油中可能存在的烃分子比如烷烃、环烷烃或芳烃中产生h2。

5、因此，本公开的各方面允许例如经由开环地热能收集系统(参见图2)或闭环地热能收集系统(参见图3)来从地质地层中回收和使用所损失的热的至少一部分。所回收的热可以用于例如通过由蒸汽涡轮机提供动力的发电机来产生电力。所回收的热可以例如经由所产生的电力来用于加热目标体积和/或不同的目标体积，用于提取所生成的燃料，用于从地质地层中回收热，用于处理所提取的燃料、以及/或者用于转换为可储存形式的能量。通常，将原位加热与如本文中所公开的地热能收集系统相结合可以收集和再利用否则可能由于热传导、材料平流或类似的热传输过程而损失的热。

6、本公开的其他方面涉及一种用于从地质地层中提取燃料的系统。该系统可以包括加热系统，该加热系统构造成用于加热地质地层中的目标体积以经由前体材料的热转化来生成燃料，由此还加热地质地层的一部分。该系统还可以包括：燃料提取器(例如，油或气体泵)，燃料提取器构造成用于从地质地层中提取所生成的燃料；以及地热能收集系统，地热能收集系统配置成用于从地质地层中回收热。地热能收集系统还可以配置成用于提供所回收的热以在以下各项中的一者或更多者中使用：加热目标体积，加热不同的目标体积，提取燃料，从地质地层中回收热，处理所提取的燃料，以及将所回收的热转换为另一形式的可储存能量。

7、在下面参照所附附图描述了本公开的其他方面以及一些相关益处。

技术特征：

1.一种用于从地质地层中提取燃料的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，

3.根据权利要求2所述的方法，还包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其中，加热所述目标体积包括电磁加热、热电加热、蒸汽加热和燃烧加热中的一者或更多者。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述前体材料包括固体有机物、天然气和液态原油中的一者或更多者。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，使用地热能收集系统来回收所述热，所述地热能收集系统包括以可操作的方式联接至涡轮机的电力发电机。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，生成的所述燃料包括液态原油、天然气和氢气中的一者或更多者。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述支持材料包括使电磁辐射的吸收增强的材料。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述支持材料包括催化剂，所述催化剂增加了在提取的所述燃料的生成中涉及的化学反应的反应速率。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，从所述地质地层中回收热包括经由热交换器从提取的所述燃料中回收热。

12.一种用于从地质地层中提取燃料的系统，所述系统包括：

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述地热能收集系统构造成用于通过从所述地质地层中提取温水或蒸汽中的一者或更多者来从所述地质地层中回收所述热。

14.根据权利要求12所述的系统，其中，所述地热能收集系统包括泵，所述泵用于将工作流体泵送通过地下热交换管道，所述地下热交换管道布置成与所述地质地层的一部分热接触。

15.根据权利要求12所述的系统，其中，所述地热能收集系统包括电力发电机，所述电力发电机以可操作的方式连接至涡轮机并且构造成用于从提取的所述热中产生电力。

16.根据权利要求12所述的系统，其中，所述加热系统包括电磁加热系统、热电加热系统、蒸汽加热系统和燃烧加热系统中的一者或更多者。

17.根据权利要求12所述的系统，其中，所述前体材料包括固体有机材料、天然气和液态原油中的一者或更多者。

18.根据权利要求12所述的系统，其中，生成的所述燃料包括液态原油、天然气和氢气中的一者或更多者。

19.根据权利要求12所述的系统，还包括以可操作的方式连接至所述燃料提取器的冷却器，所述冷却器构造成用于对提取的所述燃料进行冷却。

20.根据权利要求12所述的系统，还包括以可操作的方式连接至所述燃料提取器的压缩机，所述压缩机构造成用于对提取的所述燃料进行压缩。

21.根据权利要求19所述的系统，其中，所述燃料包括氢气，并且所述冷却器包括低温冷却器，所述低温冷却器构造成用于将所述氢气冷却至低于20开氏度的温度，以产生液体氢，并且其中，所述系统还包括用于储存产生的所述液体氢的低温储存罐。

22.根据权利要求12所述的系统，还包括用于将二氧化碳从生成的所述燃料中分离的二氧化碳分离器。

技术总结本发明涉及了一种用于从地质地层中提取燃料的方法，该方法包括：对地质地层中的目标体积进行加热，以经由前体材料的热转化来生成燃料，由此还加热该地质地层的一部分；从地质地层中提取所生成的燃料；从地质地层中回收热；以及将所回收的热用于以下各项中的一者或更多者：加热目标体积、加热不同的目标体积、提取燃料、从地质地层中回收热、处理所提取的燃料、以及将所回收的热转换为另一形式的可储存能量。本发明还涉及了一种用于从地质地层中提取燃料的系统。技术研发人员：特拉维斯·S·拉姆齐,拉胡尔·M·丰塞卡受保护的技术使用者：阿布扎比国家石油公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10