CN105781513A - 利用生物质能热动力开采页岩气的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用生物质能热动力开采页岩气的方法，涉及一种页岩气开采领域，该方法是在待开采的底层中设置注入井和收集井，向注入井中注入燃料和助燃剂，燃料为生物质颗粒料，点燃燃料，则在收集井中得到页岩气。本发明采用的燃料为生物质颗粒料，发热量大，采收率高，具有环保、节能、成本低的特点；且本发明的生物质颗粒料是一种通过野外生物质颗粒制造机，直接利用野外生物质制造出来的颗粒型燃料；该制造机与现有机型不同，包括动力传动机构、入料斗、出料斗、旋转压轮组、出料模板Ⅰ、Ⅱ等；它具有可实现自然含水率物料常温成型、体积小，重量轻、产量高、能耗低、成型效果好的特点，适用于需求量较大的非常规天然气资源页岩气开采用的热动力燃料。

Description

利用生物质能热动力开采页岩气的方法

技术领域

本发明涉及一种非常规天然气资源页岩气开采领域，特别是一种利用生物质能热动力开采页岩气的方法。

背景技术

页岩气是一种清洁、高效的非常规能源资源和化工原料，主要用于民用和工业燃料，化工和发电等，是常规能源的重要补充，具有广阔开发前景。但是，页岩气的形成和富集有着自身独特的特点，它主要是赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附和游离状态为主要存在方式，其中，以游离相态（约50%）存在于裂缝、孔隙及其他储集空间；以吸附状态（约50%）存在于干酪根、粘士颗粒及空隙表面；极少量则以溶解状态储存于干酪根、沥青质及含油层中，并在源岩层内就近聚集，为典型的“自生、自储、自盖”原地成藏模式，而与油页岩、油砂、地沥青等差别较大，亦与常规油气储层的成藏模式不同。

我国目前页岩气的开采仍面临着诸多难题，除了勘探技术、钻井技术外，采气技术也显得十分重要。因为我国页岩气储层具有不同于国外页岩气的地质特点，演化程度较高，含气量偏低。大部分页岩气储层具有低孔、低渗透率的物性特征，气流的阻力比常规天然气大。这些特点决定了页岩气采收率比常规天然气低，常规天然气采收率在60%以上，而页岩气仅为5%～60%。因此，如何提高页岩气的采收率是一项十分重要的技术。

中国发明专利公开号CN102287175A公开了一种利用热动力开采页岩气/或页岩油的方法。该方法主要是在待开采的底层中设置至少两口井，向其中一口井中注入燃料和助燃剂，并点燃所述燃料，通过热传导，则在另一口井中得到更多的页岩气／或页岩油，由于加热了岩层，从而提高了页岩气的采收率。而所述燃料为汽油、柴油、渣油、重油和煤炭中至少一种。可见，利用汽油、柴油等为燃料产生热动力提高页岩气采收率的方法，一是开采成本高，二是易于造成环境污染。欲提高页岩气的采收率，必须另辟蹊径。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种环保、开采成本低、采收率高的利用生物质能热动力开采页岩气的方法。

解决上述技术问题的技术方案是：一种利用生物质能热动力开采页岩气的方法，该方法是在待开采的底层中设置注入井和收集井，向注入井中注入燃料和助燃剂，并点燃所述燃料，则在收集井中得到页岩气，所述的燃料为生物质颗粒料。

本发明的进一步技术方案是：所述的生物质颗粒料是一种通过野外生物质颗粒制造机制造出来的颗粒型燃料。

本发明的再进一步技术方案是：所述的野外生物质颗粒制造机包括动力传动机构、机壳、底座架、主轴、分别位于机壳内的出料模板Ⅰ、旋转压轮组、出料模板Ⅱ；所述的主轴横穿过机壳，主轴的两端、机壳分别与底座架连接；所述的旋转压轮组包括均布的3～6个旋转压轮，各旋转压轮通过连接轴安装在主轴上；所述的出料模板Ⅰ、出料模板Ⅱ分别穿过主轴并分别紧贴于旋转压轮组的左、右两侧；所述的出料模板Ⅰ、出料模板Ⅱ上沿轴向设有大量锥形成型孔，锥形成型孔的大端孔口朝向内侧，锥形成型孔的小端孔口朝向外侧；出料模板Ⅰ、出料模板Ⅱ与动力传动机构的输出端连接，且出料模板Ⅰ、出料模板Ⅱ按相反方向转动。

本发明的再进一步技术方案是：所述的旋转压轮组包括旋转压轮Ⅰ、旋转压轮Ⅱ、旋转压轮Ⅲ、旋转压轮Ⅳ，所述的连接轴为十字轴，旋转压轮Ⅰ、旋转压轮Ⅱ、旋转压轮Ⅲ、旋转压轮Ⅳ分别连接在连接轴的四个端头，连接轴的中部安装在主轴上。

本发明的再进一步技术方案是：所述的动力传动机构包括电机、减速机、传动主轴、传动齿轮Ⅰ、传动齿轮Ⅱ、皮带轮Ⅰ、皮带轮Ⅱ、皮带轮Ⅲ、皮带轮Ⅳ、传动轴、连接轴Ⅰ、连接轴Ⅱ；所述的电机与减速机连接，减速机的输出轴与传动主轴连接，所述的传动齿轮Ⅰ、皮带轮Ⅰ分别安装在传动主轴上，皮带轮Ⅰ与皮带轮Ⅱ通过皮带连接，皮带轮Ⅱ通过连接轴Ⅰ与出料模板Ⅰ固定连接；所述的传动齿轮Ⅰ、传动齿轮Ⅱ相啮合，传动齿轮Ⅱ与传动轴连接，传动轴与皮带轮Ⅲ固定连接，皮带轮Ⅲ与皮带轮Ⅳ通过皮带连接，皮带轮Ⅳ通过连接轴Ⅱ与出料模板Ⅱ固定连接。

本发明的再进一步技术方案是：在旋转压轮组上方的机壳上还安装有入料斗，该入料斗的底部连通机壳的内腔；机壳的下方还连接有出料斗，该出料斗的顶部连通机壳的内腔。

本发明的再进一步技术方案是：所述的出料模板Ⅰ的外侧、出料模板Ⅱ的外侧与机壳的内壁之间形成集料仓，该集料仓内设置有刮刀。

本发明的进一步技术方案是：所述的助燃剂为空气。

本发明的再进一步技术方案是：在向注入井中注入燃料和助燃剂的步骤中，还同时注入有引燃剂。

本发明的更进一步技术方案是：所述的引燃剂为工业用石蜡。

由于采用上述结构，本发明之利用生物质能热动力开采页岩气的方法与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.采收率高：

由于本发明是在待开采的底层中设置注入井和收集井，向注入井中注入燃料和助燃剂，并点燃所述燃料，则在收集井中得到页岩气。本发明通过点燃生物质颗粒料燃料，使得页岩层局部燃烧气化，一方面使页岩层中的有机物质分解产生更多的页岩气，另一方面，热量通过岩层的传递加热岩层，可大大提高页岩气的采收率；此外，由于本发明采用的燃料为生物质颗粒料，生物质颗粒料的发热量大，发热量在3900～4800千卡/kg左右，经炭化后的发热量高达7000～8000千卡/kg，可进一步地提高页岩气的采收率。

2.环保、节能：

由于本发明的燃料采用生物质颗粒料，无需汽油、柴油、渣油、重油和煤炭，从而不会对环境造成污染，是一种清洁环保、节能的燃料。此外，该生物质颗粒料是采用野外生物质颗粒制造机对山林中的烂木渣、木屑、秸秆、玉米杆等生物质原料进行颗粒成型，避免了这些生物质原料的堆积和污染，使其得到循环再利用，也具有节能、环保的特点。

3.成本低：

由于本发明的燃料为生物质颗粒料，该生物质颗粒料是一种通过野外生物质颗粒制造机，把山林中的烂木渣、木屑、木粉、秸秆、玉米杆等干原料压制而成的颗粒型燃料，其成本比较低。此外，本发明的助燃剂为空气，引燃剂为极少量的工业用石蜡，与现有技术采用的富氧气体相比，其成本也得到降低。

4.采用的野外生物质颗粒制造机适用于天然气资源页岩气开采：

本发明采用的野外生物质颗粒制造机与目前国内外的平模、环模或双环模机型不同，它是一种能适应于野外作业用的生物质颗粒成型机，主要包括动力传动机构、机壳、分别位于机壳内的出料模板Ⅰ、入料斗、旋转压轮组、出料模板Ⅱ、出料斗；其中出料模板Ⅰ、出料模板Ⅱ与动力传动机构的输出端连接，且出料模板Ⅰ、出料模板Ⅱ按相反方向转动，可带动机壳内腔的旋转压轮组的各旋转压轮按两两相反的方向旋转，可使落入机壳内腔的物料得到多方位、完全、彻底的碾碎和挤压，不仅可快速去除物料的水份，还可使物料实现快速碾碎、成型。因而本发明采用的野外生物质颗粒制造机具有以下特点：

①可实现自然含水率物料常温成型：

对野外生物质资源如林业废弃物、田地秸秆等大部分原料无需干燥，实现自然含水率物料在不加任何添加剂或粘结剂情况下能常温成型，所用制粒原料范围十分广泛，适于野外作业；

②体积小，重量轻：

总重量小于2吨，方便于运输及野外安装作业；

③产量高、能耗低：

产量为900～1100kg/h,比目前国产的新型双环模机型产量（200～400kg/h）高，单位产品能耗为80kwh/t(包括粉碎和制粒)，比新型双环模机型能耗（110～130kwh/t）与意大利产的ETS机型能耗（100～110kwh/t）低。

④成型效果好：

由于出料模板Ⅰ、出料模板Ⅱ分别紧贴于旋转压轮组的左、右两侧，可保证粉碎后的物料能尽快、大量地被挤压入出料模板内；而且出料模板Ⅰ、出料模板Ⅱ上沿轴向设有大量锥形成型孔，锥形成型孔的大端孔口朝向内侧，锥形成型孔的小端孔口朝向外侧，可确保粉碎后的物料能迅速被挤压入锥形成型孔内，然后，利用旋转压轮组的各旋转压轮旋转形成的切面推力和压力，进行连续性地二次压实变小后挤出，使颗粒更结实、固化成型更好，作为非常规天然气资源页岩气开采的燃料，其燃烧更充分、更彻底、更环保。

因此，本发明采用的野外生物质颗粒制造机完全适用于需求量较大的非常规天然气资源页岩气开采用的热动力燃料。

下面，结合附图和实施例对本发明之利用生物质能热动力开采页岩气的方法的技术特征作进一步的说明。

附图说明：

图1：实施例一所述本发明之利用生物质能热动力开采页岩气的方法中设置的注入井和收集井的结构示意图，

图2：实施例一所述本发明采用的野外生物质颗粒制造机的结构示意图，

图3：实施例一所述出料模板Ⅱ的剖视图，

图4：实施例一所述出料模板Ⅰ的剖视图，

图5：实施例一所述旋转压轮Ⅰ、旋转压轮Ⅱ、旋转压轮Ⅲ、旋转压轮Ⅳ之间的连接关系示意图；

图6：实施例二所述本发明之利用生物质能热动力开采页岩气的方法中设置的注入井和收集井的结构示意图。

在上述附图中，各标号的说明如下：

A1-砂岩层，A2-页岩层，A3-水平井，A4-注入井，A5-收集井；

1-动力传动机构，

101-电机，102-减速机，103-传动主轴，104-传动齿轮Ⅰ，105-传动齿轮Ⅱ，

106-皮带轮Ⅰ，107-皮带轮Ⅱ，108-皮带轮Ⅲ，109-皮带轮Ⅳ，110-传动轴，

2-机壳，3-出料模板Ⅰ，4-入料斗，5-旋转压轮Ⅰ，6-出料模板Ⅱ，

7-旋转压轮Ⅱ，8-出料斗，9-连接轴，10-刮刀，11-底座架，12-主轴，13-夹头，

14-旋转压轮Ⅲ，15-旋转压轮Ⅳ，

H-锥形成型孔，Hm-大端孔口，Hs-小端孔口。

具体实施方式

实施例一：

一种利用生物质能热动力开采页岩气的方法，该方法是在待开采的底层砂岩层A1和页岩层A2中设置两口倾斜的注入井A4和一口竖直的收集井A5，三口井的底部直接连通在一起。分别向两口注入井A4中注入燃料和助燃剂、引燃剂，并点燃所述燃料，则在收集井A5中得到页岩气，所述的燃料为生物质颗粒料，该生物质颗粒料是一种通过野外生物质颗粒制造机，把山林中的烂木渣、木屑、木粉、秸秆、玉米杆等干原料压制而成的颗粒型燃料，所述的助燃剂为空气，引燃剂为工业用石蜡。

所述的野外生物质颗粒制造机包括动力传动机构1、机壳2、底座架11、主轴12、夹头13、分别位于机壳2内的出料模板Ⅰ3、旋转压轮组、旋转压轮Ⅱ7；其中：

所述的机壳2固定在底座架11上，主轴12横穿过机壳2，主轴12的两端分别通过夹头13夹紧并通过夹头13固定在底座架11上；所述的旋转压轮组包括均布的4个旋转压轮，它们分别是旋转压轮Ⅰ5、旋转压轮Ⅱ7、旋转压轮Ⅲ14、旋转压轮Ⅳ15，所述的连接轴9为十字轴，旋转压轮Ⅰ5、旋转压轮Ⅱ7、旋转压轮Ⅲ14、旋转压轮Ⅳ15分别呈前、后、左、右四个方向连接在连接轴9的四个端头，连接轴9的中部安装在主轴12上。

所述的出料模板Ⅰ3、出料模板Ⅱ6分别穿过主轴12并分别紧贴于旋转压轮组的左、右两侧；该出料模板Ⅰ3、出料模板Ⅱ6上沿轴向设有大量锥形成型孔H，锥形成型孔的大端孔口Hm朝向内侧，锥形成型孔的小端孔口Hs朝向外侧；出料模板Ⅰ3、出料模板Ⅱ6与动力传动机构1的输出端连接，且出料模板Ⅰ3、出料模板Ⅱ6按相反方向转动。

所述的入料斗4安装在旋转压轮Ⅰ5上方的机壳2上，该入料斗4的底部连通机壳2的内腔；所述的出料斗8连接在机壳2的下方，该出料斗8的顶部连通机壳2的内腔。所述的出料模板Ⅰ3的外侧、出料模板Ⅱ6的外侧与机壳2的内壁之间形成集料仓，该集料仓内设置有刮刀10。

所述的动力传动机构1包括电机101、减速机102、传动主轴103、传动齿轮Ⅰ104、传动齿轮Ⅱ105、皮带轮Ⅰ106、皮带轮Ⅱ107、皮带轮Ⅲ108、皮带轮Ⅳ109、传动轴110、连接轴Ⅰ111、连接轴Ⅱ112；所述的电机101与减速机102连接，减速机102的输出轴与传动主轴103连接，所述的传动齿轮Ⅰ104、皮带轮Ⅰ106分别安装在传动主轴103上，皮带轮Ⅰ106与皮带轮Ⅱ107通过皮带连接，皮带轮Ⅱ107通过连接轴Ⅰ111与出料模板Ⅰ3固定连接；所述的传动齿轮Ⅰ104、传动齿轮Ⅱ105相啮合，传动齿轮Ⅱ105与传动轴110连接，传动轴110与皮带轮Ⅲ108固定连接，皮带轮Ⅲ108与皮带轮Ⅳ109通过皮带连接，皮带轮Ⅳ109通过连接轴Ⅱ112与出料模板Ⅱ6固定连接。本动力传动机构1中，传动齿轮Ⅰ104、传动齿轮Ⅱ105是同样规格和型号的，所用的皮带轮Ⅰ106、皮带轮Ⅱ107、皮带轮Ⅲ108、皮带轮Ⅳ109也是同样规格和型号的，以便使出料模板Ⅰ3、出料模板Ⅱ6的转速一致；而电机与减速机的皮带轮可按实际情况进行适当的调节，以达到额定的转速。

本发明采用的野外生物质颗粒制造机的工作原理如下：

通过电机101带动减速机102，减速机102的输出轴带动传动主轴103转动，传动主轴103直接带动传动齿轮Ⅰ104、皮带轮Ⅰ106，其中皮带轮Ⅰ106带动出料模板Ⅰ3旋转；传动齿轮Ⅰ104驱动传动齿轮Ⅱ105带动传动轴110转动，从而带动皮带轮Ⅲ108转动，皮带轮Ⅲ108带动皮带轮Ⅳ109，皮带轮Ⅳ109带动出料模板Ⅱ6按相反方向旋转，而且转速一致。

另外，由于机壳内腔的旋转压轮组的四个旋转压轮均紧贴着出料模板Ⅰ3和出料模板Ⅱ6，所以在出料模板Ⅰ3和出料模板Ⅱ6的反向旋转下，四个旋转压轮会向两两相反的方向旋转，从而完成进料和压挤的连续过程，实现屑料的颗粒成型。

本发明采用的野外生物质颗粒制造机的工作过程如下：

1．先把烂木渣、木屑、木粉、秸秆、玉米杆等较干原料进行加工粉碎，形成粉料后经过输送带送入进料斗内，不需要进行烘干。

2．粉料流入内腔后，在两侧出料模板Ⅰ3和出料模板Ⅱ6的反向旋转下，带动四个旋转压轮按两两相反的方向旋转，把粉料迅速压入出料模板Ⅰ3和出料模板Ⅱ6的锥形成型孔内。

3．由于锥形成型孔的入口较大，粉料被迅速而且持续挤压入锥形成型孔内时，形成连续二次挤压后，会迅速挤出出料模板外，形成颗粒状。

4．粉料形成颗粒后，会被集料仓内的刮刀刮断，落在集料仓内，再由出料口流出，形成颗粒产品。

实施例二

一种利用生物质能热动力开采页岩气的方法，该方法基本同实施例一，所不同之处在于：该方法是在待开采的底层砂岩层A1和页岩层A2中设置两口竖直的注入井A4和一口竖直的收集井A5，三口井的底部通过一口水平井连通在一起。

Claims (10)

1.一种利用生物质能热动力开采页岩气的方法，该方法是在待开采的底层中设置注入井和收集井，向注入井中注入燃料和助燃剂，并点燃所述燃料，则在收集井中得到页岩气，其特征在于：所述的燃料为生物质颗粒料。

2.根据权利要求1所述的利用生物质能热动力开采页岩气的方法，其特征在于：所述的生物质颗粒料是一种通过野外生物质颗粒制造机制造出来的颗粒型燃料。

3.根据权利要求2所述的利用生物质能热动力开采页岩气的方法，其特征在于：所述的野外生物质颗粒制造机包括动力传动机构（1）、机壳（2）、底座架（11）、主轴（12）、分别位于机壳（2）内的出料模板Ⅰ（3）、旋转压轮组、出料模板Ⅱ（6）；所述的主轴（12）横穿过机壳（2），主轴（12）的两端、机壳（2）分别与底座架（11）连接；所述的旋转压轮组包括均布的3～6个旋转压轮，各旋转压轮通过连接轴（9）安装在主轴（12）上；所述的出料模板Ⅰ（3）、出料模板Ⅱ（6）分别穿过主轴（12）并分别紧贴于旋转压轮组的左、右两侧；所述的出料模板Ⅰ（3）、出料模板Ⅱ（6）上沿轴向设有大量锥形成型孔（H），锥形成型孔的大端孔口（Hm）朝向内侧，锥形成型孔的小端孔口（Hs）朝向外侧；出料模板Ⅰ（3）、出料模板Ⅱ（6）与动力传动机构（1）的输出端连接，且出料模板Ⅰ（3）、出料模板Ⅱ（6）按相反方向转动。

4.根据权利要求3所述的利用生物质能热动力开采页岩气的方法，其特征在于：所述的旋转压轮组包括旋转压轮Ⅰ（5）、旋转压轮Ⅱ（7）、旋转压轮Ⅲ（14）、旋转压轮Ⅳ（15），所述的连接轴（9）为十字轴，旋转压轮Ⅰ（5）、旋转压轮Ⅱ（7）、旋转压轮Ⅲ（14）、旋转压轮Ⅳ（15）分别连接在连接轴（9）的四个端头，连接轴的中部安装在主轴（12）上。

5.根据权利要求3所述的利用生物质能热动力开采页岩气的方法，其特征在于：所述的动力传动机构（1）包括电机（101）、减速机（102）、传动主轴（103）、传动齿轮Ⅰ（104）、传动齿轮Ⅱ（105）、皮带轮Ⅰ（106）、皮带轮Ⅱ（107）、皮带轮Ⅲ（108）、皮带轮Ⅳ（109）、传动轴（110）、连接轴Ⅰ（111）、连接轴Ⅱ（112）；所述的电机（101）与减速机（102）连接，减速机（102）的输出轴与传动主轴（103）连接，所述的传动齿轮Ⅰ（104）、皮带轮Ⅰ（106）分别安装在传动主轴（103）上，皮带轮Ⅰ（106）与皮带轮Ⅱ（107）通过皮带连接，皮带轮Ⅱ（107）通过连接轴Ⅰ（111）与出料模板Ⅰ（3）固定连接；所述的传动齿轮Ⅰ（104）、传动齿轮Ⅱ（105）相啮合，传动齿轮Ⅱ（105）与传动轴（110）连接，传动轴（110）与皮带轮Ⅲ（108）固定连接，皮带轮Ⅲ（108）与皮带轮Ⅳ（109）通过皮带连接，皮带轮Ⅳ（109）通过连接轴Ⅱ（112）与出料模板Ⅱ（6）固定连接。

6.根据权利要求3所述的利用生物质能热动力开采页岩气的方法，其特征在于：在旋转压轮组上方的机壳（2）上还安装有入料斗（4），该入料斗（4）的底部连通机壳（2）的内腔；机壳（2）的下方还连接有出料斗（8），该出料斗（8）的顶部连通机壳（2）的内腔。

7.根据权利要求3所述的利用生物质能热动力开采页岩气的方法，其特征在于：所述的出料模板Ⅰ（3）的外侧、出料模板Ⅱ（6）的外侧与机壳（2）的内壁之间形成集料仓，该集料仓内设置有刮刀（10）。

8.根据权利要求1所述的利用生物质能热动力开采页岩气的方法，其特征在于：所述的助燃剂为空气。

9.根据权利要求1至8任一权利要求所述的利用生物质能热动力开采页岩气的方法，其特征在于：在向注入井中注入燃料和助燃剂的步骤中，还同时注入有引燃剂。

10.根据权利要求9所述的利用生物质能热动力开采页岩气的方法，其特征在于：所述的引燃剂为工业用石蜡。