一种双向水平井热烟气密闭循环开采油砂的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种双向水平井热烟气密闭循环开采油砂的系统及方法，该系统包括油砂开采回填单元和气体循环单元组成，所述油砂开采回填单元包括设置于地面上的旋转热解炉和主坑道下的双向水平螺旋钻机，采用主坑道加双向水平井新方法，将油砂矿密闭加热、软化、钻取、流化、输送、干馏、分离获得干馏油、冷凝油、可燃气等，分离出的冷凝水和尾砂循环入井进行原位埋藏，该系统及方法可高效解决常规油砂开采的剥采量大、能耗大、效率低、成本高，安全风险高，土壤破坏和环境污染严重等难题，具有较好的应用前景和经济环保价值。

A System and Method of Oil Sand Recovery with Hot Flue Gas Closed Circulation in Two-way Horizontal Wells

The invention discloses a system and method for oil sand recovery by two-way horizontal well hot flue gas closed circulation. The system consists of oil sand recovery backfilling unit and gas circulation unit. The oil sand recovery backfilling unit comprises a rotary pyrolysis furnace on the ground and a two-way horizontal screw drilling machine under the main tunnel. A new method of adding two-way horizontal well to the main tunnel is adopted to heat the oil sand mine in a closed way. Softening, drilling, fluidization, transportation, retorting, separation to obtain distillate oil, condensate oil, combustible gas, etc. The separated condensate water and tailings are recycled into wells for in-situ burial. The system and method can effectively solve the problems of conventional oil sand exploitation, such as large stripping production, large energy consumption, low efficiency, high cost, high safety risk, serious soil damage and environmental pollution, etc., and have better response. Use prospects and economic environmental protection value.

【技术实现步骤摘要】
一种双向水平井热烟气密闭循环开采油砂的系统及方法
本专利技术设计油砂开采及环保领域，尤其涉及一种双向水平井热烟气密闭循环开采油砂的系统及方法。
技术介绍
随着全球石油需求的不断增加，常规石油资源已经不能满足石油需求的快速增长，人们开始把目光转向非常规石油资源。油砂作为非常规石油资源的主要来源，近年来在全球可利用的烃类能源中所占的比例不断增大，在世界能源供给中起着举足轻重的作用，是未来油气资源的重要接替资源。油砂是指已露出或近地表的重质残余石油浸染的砂岩，系沥青基原油在运移过程中失掉轻质组分后的产物，有时也指浸渍轻馏分部分逸出后的一种天然石油的砂或砂岩，可用来提取重油或沥青。目前，越来越多的公司、科研院所开始关注油砂的综合利用，对油砂资源的勘探和开发技术进行专门的研究工作，但是我国油砂开发利用的总体水平还是相对滞后，相关的油砂分离的技术研究也比较少，并且没有专门的油砂分离工业化装置。油砂分离技术主要有三种：热水洗法、溶剂萃取法、热解干馏法。其中，热解干馏法是指在隔绝空气或充满惰性气体的条件下，采用间接或直接加热的方法，使预处理过的油砂加热分解的复杂的反应过程，油砂在热解干馏后生成干馏气以及固体残渣，干馏气经冷却后得到气体和液体，热解干馏法通过能量回收系统，降低了总体能耗，而且基于热解吸的原理，油砂在缺氧和封闭的空间中通过间接加热，使水和碳氢化合物挥发出来，油砂中所含烃类物质都被热解实现惰性化，分离相对彻底。现有油砂矿全覆盖坑道挖掘开采和干馏热解方法主要存在以下问题：油砂矿及其上覆盖层、盖层和夹层全部机械挖掘、运输、回填等作业量大、耗能大、成本高、安全风险高，土壤植被破坏和环境污染严重；油砂矿干馏热解炉产生的热烟气直接排放，其成分和余热没有充分资源化循环利用，不仅热效率低，而且污染环境。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对当前油砂挖掘开采和干馏裂解存在的上述问题，提供一种双向水平井热烟气密闭循环开采油砂的系统及方法，解决当前采用全覆盖坑道挖掘开采和干馏裂解过程中存在开采及回填作业量大、耗能大、效率低、安全风险高、余热无法重复利用、土壤植被破坏和环境污染严重的问题。本专利技术通过下述技术方案实现：一种双向水平井热烟气密闭循环开采油砂的系统，包括油砂开采回填单元，所述油砂开采回填单元包括设置于地面上的旋转热解炉和主坑道下的双向水平螺旋钻机，所述旋转热解炉包括反应炉、排砂炉、产物炉和排油炉，所述双向水平螺旋钻机两侧分别还连接有开采钻头和回填钻头，所述旋转热解炉开采钻头之间设有进砂管道，与回填钻头之间设有排砂管道，所述进砂管道与反应炉进料口的连通，所述排砂管道与排砂炉出料口连通，所述反应炉用于干馏热解油砂，所述排砂炉用于排出尾砂，所述产物炉用于接收干馏热解后的热解气，所述排油炉用于排出干馏油。根据油砂层厚度、埋深和稳定性，选取安全经济的方式进行主坑道的挖掘，旋转热解炉置于主坑道旁，双向水平螺旋钻机置于主坑道下，双向水平螺旋钻机的开采钻头钻入油砂矿，钻出油砂经过进砂管道输送至旋转热解炉干馏热解，分解成干馏油、热解气和尾砂；尾砂经排砂管道排出，双向水平螺旋钻机的回填钻头退出，及时携带尾砂回填到已采油砂废弃井，双向水平螺旋钻机完成尾矿回填后，再将主坑道全部回填完全恢复地下、洞口和底面生态环境。进一步地，作为优选技术方案，所述的一种双向水平井热烟气密闭循环开采油砂的系统，还包括气体循环单元，所述气体循环单元包括与反应炉出气口连通的第一管道，与反应炉进气口连通的空气喷射混合器，与产物炉出口连通的冷凝分离器，所述空气喷射混合器设有第三管道，所述冷凝分离器的出水口与排砂管道通过第六管道连通，所述冷凝分离器的出气口与空气喷射混合器通过第五管道连通。所述热烟气管道一端与旋转热解炉的反应炉出气口密闭连通，用于排出热烟气，冷凝分离器通过第二管道与旋转热解炉的产物炉出口密闭连通，用于输送热解气至冷凝分离器，分离成冷凝油、可燃气及冷凝水，所述冷凝分离器设有第六管道并与排砂管道连接，空气喷射混合器通过第五管道与冷凝分离器出气口连通，空气喷射混合器还设有第三管道，空气喷射混合器通过第四管道与反应炉进气口连通。进一步地，作为优选技术方案，所述第一管道远离旋转热解炉的一端穿过进砂管道延伸至开采钻头钻杆内。进一步地，作为优选技术方案，所述油砂开采回填单元还包括油砂缓存脱气罐，所述油砂缓存脱气罐顶部设有第八管道，所述油砂缓存脱气罐的出料口与反应炉的进料口连通，油砂缓存脱气罐的进料口和进砂管道连通。进一步地，作为优选技术方案，所述双向水平螺旋钻机水平旋转角度范围在0-360°，所述开采钻头和回填钻头的倾角调节范围在0-45°。一种双向水平井热烟气密闭循环开采油砂的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：挖掘主坑道；根据油砂层厚度、埋深和稳定性，选取安全经济的方式进行主坑道的挖掘；S2：双向水平螺旋钻机置于主坑道内，双向水平螺旋钻机的开采钻头正转，采出油砂；S3：开采钻头采出的油砂经进砂管道输送至旋转热解炉；S4：旋转热解炉设置于地面，将油砂进行干馏热解，获得热解气和尾砂；S5：双向水平螺旋钻机的回填钻头反转，经排砂管道将尾砂回填至地下。进一步地，作为优选技术方案，还包括步骤S6:将热解气输送至冷凝分离器，获得冷凝水、冷凝油和可燃气。进一步地，作为优选技术方案，还包括步骤S7:将冷凝水输送至排砂管道，和尾砂一起回填至地下。进一步地，作为优选技术方案，还包括步骤S8:将可燃气与空气混合后输送至旋转热解炉加热形成热烟气，将热烟气输入开采钻头钻杆内。进一步地，作为优选技术方案，还包括步骤S9：将钻落的油砂和热烟气混合物输送至油砂缓存脱气罐脱气，再输送至旋转热解炉继续加温。开采钻头周围油砂温度升高，原油粘度降低流化，油砂层的可钻性和流动性提高，钻落的油砂和热烟气经进砂管道输送至油砂缓存脱气罐脱气，油砂缓存脱气罐脱掉氮气、二氧化碳和水蒸气等，排出符合环保要求的冷烟气，油砂再经第七管道输送至旋转热解炉继续加温。根据油砂层厚度、埋深和稳定性，选取安全经济的方式进行主坑道的挖掘，旋转热解炉置于主坑道一侧，双向水平螺旋钻置于主坑道下，双向水平螺旋钻机一向驱动开采钻头钻入油砂矿，钻出油砂经过进砂管道输送至旋转热解炉干馏热解，分解成干馏油、热解气和尾砂；热解气通过第一管道密闭输送至冷凝分离器，分离出冷凝水、冷凝油和可燃气，冷凝水经第六管道输送至排砂管道，可燃气经第五管道输送至空气喷射混合器，外供燃气经第三管道输送至空气喷射混合器，空气喷射混合器将可燃气、外供燃气和空气混合喷射至旋转热解炉加热，形成热烟气，热烟气再经第一管道密闭输送至开采钻头，尾砂经排砂管道排出，双向水平螺旋钻机另一向驱动回填钻头退出，及时携带尾砂回填到已采油砂废弃井，双向水平螺旋钻机完成尾矿回填后，再将主坑道全部回填完全恢复地下、洞口和底面生态环境。油砂经旋转热解炉干馏热解，分解成干馏油、热解气和尾砂，热解气通过第一管道密闭输送至冷凝分离器，分离出冷凝水、冷凝油和可燃气，冷凝水经第六管道输送至排砂管道，可燃气经第五管道输送至空气喷射混合器，外供燃气经第三管道输送至空气喷射混合器，空气喷射混合器将可燃气、外供燃气和空气混合喷射至旋转热解炉加热，形成热烟气，热烟气再经第一管道密闭输送至开采钻头的钻杆内，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双向水平井热烟气密闭循环开采油砂的系统，包括油砂开采回填单元，其特征在于，所述油砂开采回填单元包括设置于地面上的旋转热解炉(9)和主坑道(12)下的双向水平螺旋钻机(13)，所述旋转热解炉(9)内包括反应炉(19)、排砂炉(18)、产物炉(21)和排油炉(20)，所述双向水平螺旋钻机(13)两侧分别还连接有开采钻头(14)和回填钻头(22)，所述旋转热解炉(9)与开采钻头(14)之间设有进砂管道(11)，与回填钻头(22)之间设有排砂管道(15)，所述进砂管道(11)与反应炉(19)进料口的连通，所述排砂管道(15)与排砂炉(18)出料口连通。

【技术特征摘要】
1.一种双向水平井热烟气密闭循环开采油砂的系统，包括油砂开采回填单元，其特征在于，所述油砂开采回填单元包括设置于地面上的旋转热解炉(9)和主坑道(12)下的双向水平螺旋钻机(13)，所述旋转热解炉(9)内包括反应炉(19)、排砂炉(18)、产物炉(21)和排油炉(20)，所述双向水平螺旋钻机(13)两侧分别还连接有开采钻头(14)和回填钻头(22)，所述旋转热解炉(9)与开采钻头(14)之间设有进砂管道(11)，与回填钻头(22)之间设有排砂管道(15)，所述进砂管道(11)与反应炉(19)进料口的连通，所述排砂管道(15)与排砂炉(18)出料口连通。2.根据权利要求1所述的一种双向水平井热烟气密闭循环开采油砂的系统，其特征在于，还包括气体循环单元，所述气体循环单元包括与反应炉(19)出气口连通的第一管道(1)，与反应炉(19)进气口连通的空气喷射混合器(17)，与产物炉(21)出口连通的冷凝分离器(16)，所述空气喷射混合器(17)设有第三管道(3)，所述冷凝分离器(16)的出水口与排砂管道(15)连通，所述冷凝分离器(16)的出气口与空气喷射混合器(17)连通。3.根据权利要求2所述的一种双向水平井热烟气密闭循环开采油砂的系统，其特征在于，所述第一管道(1)远离旋转热解炉(9)的一端穿过进砂管道(11)延伸至开采钻头(14)内。4.根据权利要求1所述的一种双向水平井热烟气密闭循环开采油砂的系统，其特征在于，所述油砂开采回填单元还包括油砂缓存脱气罐(10)，所述油砂缓存脱气罐(10)顶部设有第八管道(8)，所述油砂缓存脱气罐(10)的出料口与反应炉(19)的进料口连通，油砂缓存...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛辉英，付丽，付睿，付万春，
申请(专利权)人：成都聚熵能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51