CN102947200B - 沉降控制系统 - Google Patents

Abstract

公开了保持沉降土质流体贮存结构的结构完整性的方法，包括形成内衬贮存基础结构（100），该内衬贮存基础结构（100）包括凸形凸起的冠部（120）、底部（110）和侧壁部分（115），其将粉碎的土质材料（126）封闭在封闭体（125）中，使得内衬贮存化合物的流体流动被限制。凸起的冠在沉降粉碎的土质材料的过程中随着流体被去除而变平，变厚，并且表面积减小。凸起的冠的形状被制成避免张应力，否则该张应力可导致内衬贮存在沉降过程中被破坏或失效。进一步，内衬贮存结构可包括本文更加具体描述的具有独特贡献的内绝缘层和外防渗密封层。

Description

沉降控制系统

相关申请

本申请要求2009年11月20日提交的美国临时专利申请号61/263,261的权益，在此将其引入作为参考。

发明背景

尽管价格攀升和其他经济和地缘政治忧虑，化石燃料的全球和国内需求持续增加。由于这种需求持续增加，探索其它经济上可行的化石燃料源的研究和考察也相应地增加。在历史上，很多研究认识到大量能量储存在例如油页岩、煤和焦油砂矿床中。但是，这些来源仍在经济竞争性回收方面存在有难度的挑战。加拿大的焦油砂已显示出，虽然仍存在许多挑战——包括环境影响、产品质量、生产成本和加工时间等，但这种努力可以是有成效的。

全世界油页岩储存的估量在2至约7万亿桶油的范围，这取决于评估来源。无论如何，这些储存表示极大的量，并仍然是基本上未使用的资源。很多公司和考察人员继续研究和测试从这种储存回收油的方法。在油页岩工业中，提取方法已包括通过爆破生成的地下碎石竖筒，原位方法如原位转化处理（ICP）方法（壳牌石油（Shell Oil）），和在钢制蒸馏罐内加热。其他方法已包括原位射频加热（微波），和“改进的”原位工艺，其中已联合地下开采、爆破和蒸馏以使碎石从地层中排出，允许更好的加热转化和产品脱除。

一般的油页岩工艺均面临经济和环境忧虑的权衡。当前没有单独的工艺符合经济、环境和技术挑战。此外，全球变暖的忧虑导致另外的措施以解决这种工艺相关的二氧化碳（CO₂）排放。需要实现环境管理、还提供大批量成本有效生产油的方法。

地下原位概念基于其大批量生产同时避免开采成本的能力而出现。虽然可实现避免开采而导致成本节约，但由于固体油页岩极低的导热性和高比热，原位方法需要长期加热地层。或许任何原位工艺最大的挑战均是地下淡水含水层可发生的水污染的不确定性和长期潜在性。在Shell的ICP方法中，“冻结壁”被用作保持含水层与地下处理区域隔离的屏障。长期防止污染仍必须被最终证实，并且几乎没有冻结壁失效的补救措施，因此需要其他方法解决这种环境危险。

2008年2月8日提交的美国申请号12/028,569公开并保护一种解决这些问题的方法和系统，在此引入其全部作为参考。在该申请中，公开了从含烃材料回收烃的方法，包括形成构建的渗透性控制基础结构。该构建的基础结构限定了基本封装体（substantially encapsulated volume）。开采后的含烃材料，如油页岩，可被引入控制基础结构，形成含烃材料渗透体。该渗透体可被加热至足以从中改变和去除烃，留下贫页岩或其他土质材料。在加热过程中，含烃材料可基本上是固定的。去除的烃可被收集，以进一步处理在工艺中用作补充燃料或添加剂，和/或直接应用而无需进一步处理。贫页岩或其他材料可留在基础结构中。控制基础结构可包括具有基本上防渗的底和帽的完整内衬的防渗壁或防渗侧壁。

本发明人已认识到，该方法和系统潜在的缺陷在于烃贫料在基础结构中随时间的沉降导致帽和任何上覆岩层下沉至初始等级以下，一定程度上有可能产生凹形表面。从环境或回收的角度来说，下沉至基础结构的等级以下可能是不利的。进一步，容器周边材料通常具有最小限度的拉伸强度或不具有拉伸强度。可将这些材料以平行于容器冠面的张力放置，如果容器表面下沉至水平面以下以产生越来越大的凹形表面，并可由于基础结构的帽下沉而随后分离或破裂，造成基础结构的内含物暴露于外部环境。贫页岩或其他土质材料的暴露可能是不利的，其可包含最少量未去除的烃、重金属及类似物。同样，还可释放基础结构中截留的气体或随后可蒸发的气体。

由于这些和其他原因，仍需要这样的方法和系统：可使烃从合适的含烃材料的回收提高，同时提供经历沉降的烃贫料或和其他土质材料的封装和贮存，同时避免基础结构帽或盖和上覆岩层下沉到等级以下。

概述

提供沉降土质材料的密封贮存系统，其包括内衬贮存基础结构（linedcontainment infrastructure）——包括底部、凸形凸起的冠部和连续的侧壁部分，该侧壁部分连接底部和冠部，形成密封的封闭体（sealed enclosed volume），该封闭体限定流体在内衬贮存基础结构外流动。封闭体具有至少一个流体出口，并且凸起的冠具有向上凸起的圆顶外形。封闭体填充有粉碎的含烃材料，如油页岩、焦油砂、煤及类似物。形成基础结构的内衬贮存（lined containment），使得在从基础结构去除烃时和封闭体内的沉降发生时，封闭体伴随凸形凸起的冠压缩而缩小——凸形凸起的冠压缩导致冠高度和表面积减少并且冠多层深度增加。封闭体仍密封隔离外部环境，并且凸形凸起的冠经改造使得在沉降完成和达到最终等级前凸起的冠基本上不从凸形发展至凹形（压缩至拉伸）。

底、凸形凸起的冠和侧壁包括多个渗透性控制层，如下文所充分描述的。该层可包括内绝缘层，如细粉层。一般还包括外防渗密封层（outer impermeable seallasyer），其对于流体运输是防渗的，并提供流体贮存。这种密封层的一个实例是膨润土改造的土壤层。如需，任选的内部相邻于绝缘层的高温沥青密封层可构成基础结构的内表面。

基础结构的侧壁、底和冠的内表面对来自封闭体内的气体、蒸气或其他流体具有渗透性，该气体、蒸气或其他流体可凝结于细粉层内并以任何预期方式收集用于进一步处理。构成基础结构的各层具有如下文所说明的特定功能，并至少包括绝缘层和密封层。

本发明其他特征和优势将由下文的详细描述而显而易见，下文的详细描述示例了例如本发明的特征。

附图简述

图1是根据一个实施方式所述基础结构的侧剖视图，显示在烃脱除处理前填充有粉碎的含烃材料的封闭体，并进一步显示构成底、侧壁和在现有等级以上延伸的凸形凸起的冠的各种层。

图2是图1所示基础结构的侧剖视图，其中凸起的冠由于封闭体内的粉碎材料沉降而部分压缩，而凸形凸起的冠在现有等级以上延伸，其程度低于图1所示的程度。

图3是图1所示基础结构非侧剖视图，其中凸形凸起的冠由于封闭体内的粉碎材料沉降而压缩至基本上平行于局部表面的水平面。

图4是图1所示基础结构的侧剖视图，其中凸形凸起的冠已由于封闭体内的粉碎材料沉降而压缩，然后部分扩张为凹形表面。

图中所示尺寸、材料和构型仅为方便描述本发明，不能代表准确相对比例或替代性变化，其被认为是本发明的一部分。一些方面可由实践的实施方式进行扩展或改变，从而更加清楚。

详述

现参考示例性实施方式，并在此使用具体语言对其进行描述。但要理解的是，并不因此意图限制本发明的范围。相关领域并具有本公开的技术人员会想到的本文所述发明特征的改变和进一步改正和本文所述发明原理的其它应用被认为在本发明范围内。进一步，在公开和描述本发明的具体实施方式前，要理解的是，本发明不限于本文公开的具体方法和材料，因为其可在一定程度上改变。还要理解的是，本文所用的术语仅是用于描述具体实施方式，并不意为限制，因为本发明的范围将仅由所附权利要求及其等同形式限定。

定义

在本发明的描述和权利要求中，将应用下列术语。

除非上下文明确另外指示，单数形式“一（a）”、“一（an）”和“该（the）”包括复数指代。因此，例如，“壁”的指代包括一个或多个这种结构的指代，“渗透体”包括一个或多个这种材料的指代，“加热步骤”指一个或多个这种步骤。

如本文所用，“现有等级（existing grade）”或类似术语指平行于包含本文所述基础结构的位点的局部表面地势的等级或平面，该基础结构可在现有等级以上或以下。但是，为了说明目的，现有等级将被描述为这样的平面等级：基本在其以下的本发明基础结构的冠面不应在烃脱除和基础结构内材料沉降后的任何时间移动，因此避免凹冠面或平行于冠面或沿冠面的张应力形成。

如本文所用，当具体应用时，“等级以下（below grade）”和“地基（subgrade）”指在构建的基础结构下方支撑土壤或土的基础。

如本文所用，“管道”指可用于由一点至另一点输送材料和/或热量的沿指定距离的任何通道。虽然管道一般可以是循环管道，但其他非循环管道也可使用。管道可有利地用于将流体引入渗透体和/或从渗透体提取流体，通过流体迁移传送热量，和/或输送天然气燃烧器射频装置、燃料电池机构、电阻加热器或其他装置。

内衬贮存基础结构一般基本上不含原状（undisturbed）地质地层，虽然基础结构可邻近或直接接触原状地层而形成。

如本文所用，“粉碎”指使地层或较大块破碎成小块。粉碎的块可被细碎或另外破碎成碎片。

如本文所用，“含烃材料”指可提取或获得烃产物的任何含烃材料。例如，烃可被直接提取为液体，通过溶剂萃取去除，直接蒸发或另外从材料去除。但是，很多含烃材料包含干酪根、沥青或不同等级的煤，其通过加热和热解可转化为较小分子量的烃液体或气体。含烃材料可包括但不限于，油页岩、焦油砂、煤、褐煤、沥青、泥煤和其他有机材料。

如本文所用，“贫料（lean material）”或类似术语指处理后的含烃材料，如一些或全部烃已被从中去除的油页岩、焦油砂及类似物。

如本文所用，“渗透体（permeable body）”指任何量的粉碎的含烃材料或其他土质材料，其具有相对高的渗透性，超过了具有相同组成的固体原状地层的渗透性。适当的渗透体一般可具有大于约10%的空隙空间，通常具有约20%至40%的空隙空间，虽然其他范围也可适合。允许高渗透性促进——例如，通过掺入不规则形状的大颗粒——由于最初的热量传递通过气体对流加热所述体，同时还明显降低与粉碎成极小尺寸例如约1至约0.5英寸以下相关的成本。

如本文所用，“壁”（一个或多个）或“侧壁”（一个或多个）指构建的连续多层壁，其具有绝缘性和渗透性控制作用，以将材料限制在至少部分由控制壁限定的封闭体内。壁一般是垂直的，但可以任何功能方式定向。除非另外说明，限定封装体的基础结构的顶、底和其他轮廓和部分也可以是本文所用的“壁”。

如本文所用，“凸起的冠（bludged crown）”指基础结构上端的多层凸顶或凸顶部分，其位于粉碎的土质材料上方并与限定封闭空间的上部的壁或侧壁的上端相连。

如本文所用，“底”指封闭空间的底，其上支持或固定壁或侧壁。基础结构的底部一般与壁部分相连。

如本文所用，术语“凸起的冠”、“壁”和“底”用于方便描述基础结构的定位，而构成冠、壁和底的各种层一般可以是一个连续层。

如本文所用，“开采后的”指已被从原地层或地质位置去除或干扰至第二个不同位置或回到相同位置的含烃材料或其他土质材料。一般，开采后的材料可通过破碎、粉碎、爆破性引爆、钻探或从地质地层另外去除材料而生成。

如本文所用，“细粉”指构成底、凸起的凸形冠或壁中的一个部分的绝缘控制层，包括微粒无机或土质材料，如砂砾、碎石、砂石或类似材料，一般具有直径小于2英寸的颗粒尺寸。

如本文所用，“膨润土改造的土壤”或“BAS”指构成底、凸起的冠或壁中的一个部分的密封控制层。BAS层一般包含按重量计约6-12%的膨润土；15-20%的水，与颗粒尺寸小于1”的土壤或集料混合，并向下扩散至容易获得的最细的材料，虽然可由这些一般准则进行改变，只要含水BAS可保持功能性密封。换句话说，BAS层是含水层。当含水时，膨润土组分膨胀至膨润土干体积的数倍，从而密封土壤，使得这种材料具有塑性和韧性。

如本文所用，“悬浮微粒”指在液态烃生成后常被发现悬浮在这些液体中的精细无机微粒。虽然这些悬浮微粒其中一些可容易滤出，但一些悬浮微粒大部分可能很难利用常规方法去除。

如本文所用，“基本固定（substantially stationary）”指固体材料近似固定的定位，在一定程度上允许由于烃从封闭体中含烃材料被去除而留下贫料时的沉降、膨胀和/或下沉。相反，固体含烃材料的任何循环和/或流动，如流化床或旋转蒸馏器中发现的循环和/或流动，均包括含烃材料固体颗粒的极大幅度的运动和处理。

如本文所用，“基本上”当用于材料的数量或用量或其特定特征时指足以提供材料或特征预期提供的效果的量。允许的确切偏差程度在一些情况下可取决于具体背景。类似地，“基本上不含”或类似用语指组成中不含被确定的成分或剂。具体地，被确定为“基本上不含”的成分在组成中完全不存在或仅以小到足以对组成结果不具有可测的效果的量被包含在内。

如本文所用，“约”指基于所确定的具体性质的一般实验误差的偏差程度。术语“约”提供的范围将取决于具体背景和具体性质，并可容易被本领域技术人员理解。术语“约”并非意为扩大或限制可另外被提供具体值的等价的程度。进一步，除非另外说明，术语“约”将明确包括“确切地”，与下文关于范围和数值数据的描述一致。

浓度、尺寸、量和其他数值数据可在本文中以范围形式呈现。要理解的是，这种范围形式使用的目的仅为方便和简要，并应被灵活地解释为不仅包括范围界限明确描述的数值，而且包括该范围内所包含的全部单独数值或亚范围，如同各数值和亚范围被明确描述。例如，约1至约200的范围应被解释为不仅包括明确描述的界限1和约200，而且包括单独的尺寸如2、3、4和亚范围如10至50、20至100等。

如本文所用，为方便，多个项目、结构成分、组成成分和/或材料可以在共同列表中呈现。但是，这些列表应被解释为如同列表各成员被分别确定为单独和唯一的成员。因此，该列表各成员不应仅基于其在同组中呈现而没有相反的表示就被解释为同一列表中任何其他成员的实质上等同物。

密封贮存系统

公开了密封贮存基础结构，其可用于从粉碎的含烃材料或其他土质材料脱除烃或其他材料。构建贮存基础结构，使得在烃脱除后烃贫料仍在基础结构中适当的位置，并且其中在粉碎的材料沉降后保持基础结构的完整性。密封贮存系统包括内衬贮存基础结构，该内衬贮存基础结构包括底部、凸形凸起的冠部和连接底和冠的侧壁部分，形成封闭体，该封闭体包含粉碎的材料，并限定流体在内衬贮存基础结构外流动。贮存基础结构具有至少一个流体出口，并可具有多个流体出口和入口，这取决于系统如何在脱除烃或其他材料过程中应用。凸起的冠具有向上圆顶凸形外形，其限定封闭体的上端，并与侧壁相连。底也与侧壁相连，并可基本上水平，或如需向排水管倾斜以收集在粉碎的含烃材料的处理过程中提取的烃流体。

如上文引用的共同未决申请所述，从含烃材料回收烃的方法可包括形成构建的渗透性控制基础结构。该构建的基础结构限定了基本封装体。可将被开采的或得到的在引入条件下是固体或至少不自由流动的含烃材料引入控制基础结构，形成含烃材料渗透体。渗透体可被加热至足以从中去除烃。在加热过程中，含烃材料基本固定，因为构建的基础结构是固定结构。去除的烃（包括液体和气体）可被收集用于进一步处理，用于所述工艺和/或回收利用。具体的处理步骤在本文引入的在前申请中被充分公开，并可容易地适用于本文公开的贮存基础结构。

可选地，可通过任何数量的方法从土质材料回收流体，如但不限于，沥滤、溶剂提取（例如蒸气提取、液体提取）、生物修复、化学氧化、热氧化及类似方法。这些方法可用于去除污染物、有毒成分、挥发性有机物或其他不需要的物质、以及回收有价值的材料如贵金属或其他金属和化学前体物质。因此，土质材料可包括污染的土壤、金属富矿、城市废物及类似物。这些方法中一些需要加热，而其他可无需加热而有效进行。因此，虽然应用防渗密封层，但任何其他层如绝缘层或其他层是任选的。

构建的渗透性控制基础结构可包括渗透性控制蓄水库，其限定基本封装体。渗透性控制蓄水库（impoundment）可基本上不含原状地质地层。具体地，蓄水库的渗透性控制方面可被完全构建和制造为单独分离的机构，以防止材料不受控制地迁移进或出封装体，或其可利用挖掘（excavation）表面的一些成分。例如，在一些挖掘中，底和壁可具有足够的天然低防渗性，膨润土改造的土壤层可不是基础结构部分所必需的。但是，细粉层仍可以为绝缘性所需。

在一方面中，内衬贮存基础结构可沿挖掘的含烃材料矿床的壁形成。例如，可从矿床开采油页岩、焦油砂或煤，形成近似相应于预期密封贮存系统封装体的空腔。然后挖掘的空腔可被用作内衬贮存基础结构的形式和支撑。在可选方面中，如果基础结构部分或基本上在地面水平上，可在基础结构外壁表面周围形成护道。

烃矿床开采和/或挖掘及其粉碎和在基础结构中的定位可利用任何适当的技术实现，如上述申请中公开的技术。

内衬基础结构包括底、由底向上延伸的侧壁和向上延伸并在侧壁上的凸起的凸形冠，从而限定封闭体。底、侧壁和凸起的冠中的每一个均可由多个层制成，至少包括内细粉层或其他绝缘材料和改造膨润土土壤或类似流体屏障材料的外层。任选地，除膨润土改造的土壤外，进一步防止基础结构外的流体通过的外膜可被用作流体屏障。外膜可充当第二备用密封层——如果第一密封层由于任何原因失效。高温沥青或其他流体屏障材料的内层也可任选地用于细粉层内表面和限定蓄水库的内表面。

构成贮存基础结构的联合多层用于使基础结构绝缘，使得封闭体中的热量被保持，以促进烃从粉碎的油页岩、焦油砂或其他含烃材料脱除。细粉层的绝缘性使得跨越该层的温度梯度允许膨润土改造的土壤层冷却到足以保持含水。膨润土改造的土壤层的塑性密封基础结构，以防止基础结构外的烃除通过指定管道、在细粉中凝结或其他适当手段渗透或通过。膨润土改造的土壤层还起防止烃蒸气、烃液体和内衬基础结构外的外部水蒸气通过的作用。进一步，膨润土改造的土壤层具有足够的塑性，从而在封闭体中发生沉降时被压缩，特别是在圆顶凸形冠中，由此保持封闭体处于密封状态。

在某些情况下，基础结构中可省略绝缘细粉层。例如，当粉碎的材料经过无需利用或产生热量的可选方法如溶剂提取或沥滤从而从中去除材料时，绝缘层是任选的。在这种实施方式中，包含粉碎材料的封闭体通过含水膨润土改造的土壤层被密封隔离外部大气。适当的防渗膜可任选地内衬含水膨润土改造的土壤层的内表面。虽然并非总是需要，但这种内衬可防止含水膨润土改造的土壤层与溶剂和/或沥滤流体之间的相互作用，否则该溶剂和/或沥滤流体可与BAS层反应或破坏BAS层。

在使用时，绝缘层可最常由细粉层组成。一般，细粉层可以是直径小于2”的微粒材料。虽然其他材料可适合，但细粉层一般可由砂砾、砂石、粉碎的贫油页岩或其他微粒细粉制成，其不截留或以其它方式抑制流体流动穿过绝缘层。通过选择适当的微粒材料和层厚度，细粉层可充当绝缘的理论来源。相邻于正被烘烤的油页岩的细粉层内表面处于烘烤工艺的温度。相邻于膨润土改造的土壤层的细粉层外表面保持足够冷却，低于水沸点，从而防止膨润土改造的土壤层的水合作用。因此，穿越细粉层至细粉层外表面存在显著的热梯度。烘烤过程中产生的气体渗透该渗透性细粉层。由于这些气体在细粉层中充分冷却（在相应气体的凝点以下），液体可由气体凝结。这些液体很大程度上是烃，其基本上不使细粉潮湿，并且随后经过细粉向下滴流至贮存基础结构底，在此其被收集和去除。

此外，在收集的烃被凝结并且生成的液体向下经过细粉层以从基础结构收集和脱除时，细粉层充当去除存在于烃中的悬浮微粒的过滤器。这种悬浮微粒被吸引和粘附于细粉颗粒表面，导致生成的不含或基本不含悬浮微粒的烃被收集。因此，烃向下渗滤通过细粉层，其污染物被过滤，并且大部分悬浮微粒从烃脱除。

基础结构可用任何适当的方法形成。但是，在一方面，该结构自底向上形成。壁（一个或多个）的形成和用粉碎的土质材料填充封闭体可在材料以预先确定的模式沉积的垂直沉积工艺中同时实现。例如，多个滑槽或其他微粒输送机构可沿沉积材料上方相应的位置定向。通过选择性控制输送的微粒体积和沿系统俯视图的位置——其中分别输送各微粒材料，层和结构可自底至冠同时形成。基础结构的侧壁部分可形成为在底的外周连续向上延伸，并且各存在层、膨润土改造的土壤层、细粉层以及——如果存在——膜和/或沥青内衬，被构建为连续的底副本（counterpart）的连续延伸。在堆积侧壁的过程中，粉碎的含烃材料可被同时置于底和侧壁周边内，使得变成的封闭空间随着构建的侧壁上升同时被填充。在这种方式下，可避免内部挡墙或其他侧面限制考虑。这种方法还可在垂直堆积过程中被监测，从而验证层交界面的混合在可接受的预先确定的耐受性（例如保持各层的功能性）内。例如，BAS与细粉的过度混合可减弱BAS层的密封功能。这可通过在堆积时小心沉积各相邻层和/或通过增加沉积层厚度避免。

在堆积过程接近上部时，可利用上述相同的输送机构和仅调整构成冠层的适当材料的沉积位置和速率形成凸形凸起的冠。例如，当达到侧壁预期高度时，可添加足量的粉碎的含烃材料，形成凸起或冠。该粉碎的含烃材料的凸起或冠可在基本上平行于周围局部表面或现有等级并且起始于贮存系统侧壁顶端的假想水平面以上延伸。换句话说，这种材料将在绝缘层（例如顶、底和侧壁）内周限定的空间中被过度充填。用于形成冠的粉碎的土质材料的体积被称为“冠体积”。类似地，底、侧壁和上述假想水平面限定的空间体积可被称为目标体积。

防止过度沉降（即导致体积小于目标体积的沉降）所必需的预期冠体积可取决于多个因素而改变。一个可影响预期冠体积的因素是贮存系统的体积。另一个可影响预期冠体积的因素是置于密封贮存系统中的粉碎土质材料的性质。例如，如果密封贮存系统包含粉碎的油页岩，则沉降可大于如果粉碎的材料是焦油砂。类似地，包含大量含烃材料的油页岩可比具有较少量含烃材料的油页岩具有较大的沉降。类似地，微粒尺寸可影响沉降程度和颗粒尺寸分布是相对较广还是相对较窄。还有另一可影响预期冠体积的因素可以是贮存系统的深度，即侧壁长度。相对于较浅的贮存系统，较深的贮存系统一般需要较大的冠体积。当达到预期的过度充填时，基础结构的凸起的凸形冠可通过细粉层和膨润土改造的土壤层置于凸起上而实现。如前所述，任选地，沥青内层可被置于粉碎的含烃材料的凸起与细粉层之间，并且防渗层可任选地被置于改造的膨润土土壤层上。

无论用于形成基础结构的具体方法如何，底一般首先形成，并包括安置任选的外膜、膨润土改造的土壤层和细粉层。任选地，沥青层可相邻于细粉层内表面安置。取决于具体安装，加热管道、收集管道、流体输送管道、收集托盘和/或其他结构可任选地被嵌入沉积的微粒材料。包括装有粉碎的含烃材料的封闭空间的基础结构由此形成。形成的基础结构还可具有位于凸起的冠上的上覆岩层。如果密封贮存系统将在现有等级以下形成，可通过挖掘或其他适当步骤制成多孔凹坑。如果不在地下位置，土壤或其他支撑护道可围绕侧壁并在层材料沉积时支撑层材料。

在考虑以上描述下，图1描绘一个实施方式的侧视图，显示用于从粉碎的含烃材料126提取烃的贮存基础结构100。显示了基础结构100，其中现有表面或挖掘等级135首先被用作基础结构的底部110的支撑。底部110包括外膜112、膨润土改造的土壤层113、绝缘细粉层114和任选地沥青内层111。自底部110向上堆积的是连续的侧壁部分115，其包括外膜119、膨润土改造的土壤层118、细粉层117和任选地沥青内层116。如前所述，在构建基础结构100时，不同的层可自底至顶同时形成。同样，在构建壁时，粉碎的土质材料126，如油页岩、焦油砂、煤及类似物可被置于底上，并填充变成的封闭体125。取决于系统的安置，侧壁部分115和底部110的外表面可由护道（berm）支撑，或者由——如果进行挖掘——挖掘的底和壁支撑。基础结构的各底、壁和冠部共同形成绝缘层和包容层。一般，这些层部分是围绕粉碎的土质材料的连续层。

在完成侧壁部分115时，无论同时还是分别填充，粉碎的土质材料126被置于变成的封闭体125内，其足以过度填充侧壁部分115或在侧壁部分115以上延伸形成凸形凸起。凸形冠或帽部分120可在粉碎的土质材料126的凸起上形成，并与侧壁部分115相连。如底和侧壁一样，凸起的冠120可具有多个层，包括任选的外膜124、膨润土改造的土壤层123、细粉层122和任选地沥青内层121。如需，上覆岩层136还可覆盖凸起的冠。同样，被用作上覆岩层136的材料可被用作淹没或围绕基础结构的侧填或底。

底、侧壁和凸起的冠的各种层是连续的，其直接接触或以类似的材料连通，使得例如细粉层114、117和122是一个围绕封闭体的连续层。其也适用于外膜层112、119和124；膨润土改造的土壤层113、118和123；并且——如使用——还可适用于沥青内层111、116和121。要注意的是，整个基础结构的各层厚度可不均匀。重要的是层的存在，而各层厚度并不重要，只要其具有目标功能性。

热量、溶剂、沥滤流体及类似物进入和提取的烃、富溶剂和沥滤液排出的各种管道可位于封闭体125内，如前文引用的2008年2月8日提交的美国申请号12/028,569所述，在此引入其全部作为参考。层状底、侧壁和凸起的凸形冠提供绝缘，从而保持封闭空间内的热量，以从粉碎的含烃材料提取烃。封闭体125中保持正压，其足以确保空气不从周围大气流入贮存结构。一些烃被提取为液体，一些烃被提取为气体或蒸气。一些烃凝结发生在封闭空间125中，并连同提取的液态烃可借助于适当定位在系统中的一个或多个排水管（未显示）被从封闭空间中去除。一些提取的气体或蒸气还可经过封闭体的内表面进入基础结构的细粉层，其中细粉内壁与外壁之间存在温度梯度。因此，气体或蒸气冷却和凝结。在细粉层中，由该蒸气或气体凝结的液体通过该层向下渗透，其也在此被通过适当的排水管从系统去除。在细粉层中随同封闭体中正压凝结该蒸气或气体充当自动凝结泵，将额外的蒸气或气体从封闭体提取至细粉层，用于进一步凝结和烃脱除。

烃从粉碎的含烃材料的脱除可随时间造成烃贫料在封闭体中沉降。这种沉降在同样沉降的凸起的凸形冠中产生压缩应力。这种沉降由于冠变平并向下回落导致冠的表面积减少，并伴随凸起的凸形冠的层厚度增加，特别是在膨润土改造的土壤层中。该特征保持了封闭体的完整性，并防止其内含物暴露于外部大气。

当沉降前不存在冠或凸起并且密封系统顶端基本上平行于现有等级时，烃从系统的脱除可导致系统中的沉降，该沉降可导致系统顶端逐渐更加凹陷的形状（参见图4）。这可在表面中和接近表面材料产生逐渐增大的张应力。这些材料具有相对很低的拉伸强度，因此不可拉伸，导致系统破裂或打开，可使化合物从系统不利地脱离到环境中，并可使水进入系统。如上所述，系统顶端冠或凸起的存在改变了沉降发生时位于系统内衬基础结构的应力。具体地，由于冠层上内衬的拱形轮廓，在沉降发生时内衬基础结构的应力主要是压缩应力，而非张应力。因此，随冠沉降，层压缩在一起——特别是角区，层失效的倾向显著降低或消除。

图2是如图1所示的侧剖视图，示例了由于粉碎的材料126A在封闭体125A中沉降引起的凸形凸起的冠120A的凸起减小。

图3是如图1所示的侧剖视图，示例了粉碎的材料126B在进一步减小的封闭体125B中沉降后，最初凸形冠120的表面积已回落至处于基本扁平位置的冠120B。在该位置上，基础结构所在的整体地形基本上恢复至构建基础结构并用其从中除烃前所存在的环境。

图4是如图1所示的侧剖视图，示例了粉碎的材料126C在封闭体125C中沉降后，已回落至基本上凹形位置的凹形冠120C，其表面积增加，这是不太希望发生的。随向下移动进展和冠形状由凸形演变为凹形，冠压缩应力（平行于冠面，减少，然后变为张应力（平行于冠面）），其可导致冠破裂，致使封闭体125C中的贫粉碎材料暴露于外部环境，并有可能使不利的蒸气或其他材料释放或暴露于外部环境。

要注意的是，细粉层和膨润土改造的土壤层所用的材料不具有显著的拉伸强度，因为其是微粒和/或含水材料。因此，可耐受一定最小程度的凹度，而没有丧失基础结构的完整性；但是，这种耐受性是适度的，使得基础结构的运行和设计应小心避免基础结构最终状态的大凹度。一个确定耐受程度的因素是基础结构在除通过专用出口排出外将流体保持在基础结构内的完整性。产生凸起的冠的过度充填程度将是封闭体中粉碎材料和预期沉降程度的函数。这可具体问题具体分析，考虑含烃材料、尺寸和含烃土质材料的多孔性以及本领域技术人员可利用的其他因素而确定。

要理解的是，上文所述的安排是为示例本发明原理的应用。因此，虽然上文已联合本发明的示例性实施方式对本发明进行描述，但对于本领域普通技术人员显而易见的是，可进行多种改变和替换安排，而没有背离权利要求提出的本发明的原理和概念。

Claims (18)

1.用于沉降土质材料的密封贮存系统，包括：

a.内衬贮存基础结构，包括底部、凸形凸起的冠部和侧壁部分，所述侧壁部分连接所述底部和所述凸形凸起的冠部，形成密封的封闭体，所述封闭体限定流体在所述内衬贮存基础结构外流动，所述封闭体具有至少一个流体出口；和

b.粉碎土质材料，经历沉降，填充所述封闭体。

2.权利要求1所述的系统，其中所述底部、所述凸形凸起的冠部和所述侧壁部分中的每一个均至少包括内绝缘层和外防渗密封层。

3.权利要求2所述的系统，其中所述内绝缘层和防渗密封层是跨越所述底部、所述凸形凸起的冠部和所述侧壁部分的连续层。

4.权利要求2所述的系统，其中所述内绝缘层包括细粉层，所述外防渗密封层包括含水膨润土改造的土壤层，其中所述细粉层包括土质材料，并且所述细粉具有直径小于2英寸的颗粒尺寸。

5.权利要求4所述的系统，进一步包含防渗外膜，其外部相邻于所述外防渗密封层。

6.权利要求4所述的系统，进一步包括高温沥青密封层，其内部相邻于所述细粉层。

7.权利要求4所述的系统，进一步包括上覆岩层，其至少在所述凸起的冠部上。

8.权利要求3所述的系统，其中所述粉碎土质材料充当所述凸起的冠部的支撑。

9.权利要求8所述的系统，其中配置所述内衬贮存基础结构，使得随着所述封闭体中所述粉碎土质材料由于烃脱除而沉降，所述封闭体将减小，并且所述凸形凸起的冠部将变平，使其表面积减少，同时连续密封所述封闭体隔离外部大气。

10.权利要求9所述的系统，其中随着所述凸形凸起的冠表面积变平，所述凸起的冠部变厚。

11.权利要求4所述的系统，其中所述细粉层足以提供温度梯度，使得细粉内表面温度处于从所述封闭体中提取烃的所述粉碎土质材料的加热温度，并且外表面的温度不足以使所述含水膨润土改造的土壤层脱水。

12.权利要求11所述的系统，其中配置所述细粉层以接收和凝结从封闭体中提取的随同烃液体一起的烃，使得所述烃向下渗透经过所述细粉层，伴随大部分悬浮微粒被从所述烃中过滤和脱除。

13.权利要求1所述的系统，其中所述内衬贮存基础结构通过同时从基础结构的底向上垂直沉积材料而形成，使得所述基础结构除任何含水膨润土改造的土壤外是基本上松散的微粒材料。

14.权利要求1所述的系统，其中所述粉碎土质材料选自油页岩、焦油砂、煤、污染土壤、金属富矿、城市废物及其组合。

15.形成用于沉降土质材料的密封贮存系统的方法，包括：

a.制备多孔凹坑，用于沉积所述密封贮存系统；

b.以预先确定的模式、以由底向上的方式沉积多种微粒材料，形成微粒体，所述微粒体具有粉碎土质材料的核心体，其被内绝缘层和外防渗密封层围绕，从而在所述粉碎土质材料周围形成所述密封贮存系统，使得所述系统具有上部凸形凸起的冠部，所述上部凸形凸起的冠部被配置以弥补所述土质材料的沉降。

16.权利要求15所述的方法，其中所述多种微粒材料包括所述粉碎土质材料、作为所述内绝缘层的粉碎的细粉、和作为所述外防渗密封层的膨润土改造的土壤，其中所述细粉包括土质材料，并且所述细粉具有直径小于2英寸的颗粒尺寸。

17.权利要求15所述的方法，其中在堆积所述微粒体时所述沉积保持基本上水平的上部外形。

18.权利要求15所述的方法，进一步包括暂停沉积至少一次，并安置管道，所述管道被配置用作加热和/或收集管道。