CN203879468U - 可垂直压缩的流体输送装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可垂直压缩的流体输送装置(10)，所述装置可包括横向流体输送导管(12)，所述横向流体输送导管用于经由其运送流体输送流体，并且由堆积至第一密度的粒子(16)支撑。另外，所述装置(10)可包括联接到所述横向流体输送导管(12)并与其流体连通的竖管(14)。当所述横向流体输送导管随着所述支撑粒子(16)堆积至高于所述第一密度的第二密度而下降时，所述竖管(14)可垂直压缩至少20％，同时保持结构完整性。

Description

可垂直压缩的流体输送装置

相关专利申请

本专利申请要求提交于2011年8月16日的美国临时申请No.61／524，142的权益，该申请以引用方式并入本文中。

技术领域

本实用新型整体涉及使用嵌入式导管和结构加热或以其他方式处理沉陷质块，以允许在沉陷过程中保持结构完整性。因此，本实用新型涉及机械工程和化学工程领域。

背景技术

尽管价格不断上涨并且存在其他经济学和地理政治学问题，但化石燃料的国际国内需求仍持续上升。由于这种需求持续上升，为发现其他经济可行的化石燃料资源的研究与调查相应地也在增加。从历史观点上说，许多人已认识到，例如油页岩、煤和焦油砂沉积物中存储有大量能源。然而，这些资源在经济竞争性再生方面仍存在巨大挑战。加拿大焦油砂已显示，这种努力可以是富有成效的，但仍然存在许多挑战，包括环境影响、产品质量、生产成本和加工时间等。

根据估算的资源，全球油页岩储量估算值在2至几乎7万亿桶油范围内。无论如何，这些储量代表巨大的量并且仍保持为基本未开发的资源。许多公司和研究者继续对从此类储量中再生石油的方法进行研究和测试。在油页岩行业中，提取方法包括由爆破形成的地下碎石竖筒，原位方法(in-situ method)诸如原位转化工艺(ICP)方法(壳牌石油(Shell Oil))，以及在钢制蒸馏罐中加热。其他方法包括原位射频加热(微波)和“改进的”原位工艺，其中已组合地下采矿、爆破和蒸馏，以通过形成物制造碎石，从而允许更好的热传递和产物移出。

典型的油页岩工艺均面临经济与环境问题的权衡。目前尚无能单独满足经济、环境和技术挑战的工艺。此外，全球变暖问题催生了解决与此类工艺相关的二氧化碳(CO₂)排放问题的其他方法。需要既能实现环境管理，又能提供大容量高性价比石油生产的方法。

地下原位概念应运而生，这基于其大容量生产同时避免采矿成本的能力。虽然可通过避免采矿实现节约成本，但由于固体油页岩具有极低的热导率和高比热容，原位方法需要对地层进行长时间加热。也许任何原位工艺的最大挑战在于，可伴随地下淡水含水层发生的水污染的不确定性和长期可能性。就壳牌公司(Shell)的ICP方法而言，使用“冻结壁”作为使含水层与地下处理区域隔离的屏障。长期的污染预防尚有待确凿的验证，并且如果冻结壁失效，几乎没有补救措施，因此需要解决此类环境风险的其他方法。

解决以上问题中的许多问题的一种方法和系统公开于名称为“Methods ofRecovering Hydrocarbons from Hydrocarbonaceous Material Using aConstructed工nfrastructure and Associated Systems”(使用构造的基层结构和相关系统从含烃材料再生烃的方法)的美国专利No.7，862，705中并受其权利要求书保护，该专利以引用方式全文并入本文。在该专利中，公开了从含烃材料再生烃的方法，包括形成构造的渗透性控制基层结构。该构造的基层结构限定基本密闭的空间。可将开采的含烃材料诸如油页岩引入控制基层结构，以形成含烃材料的可渗透主体。可通过可渗透主体内的嵌入式导管对可渗透主体加热至足以从中改良并移出烃，留下贫瘠页岩或其他土质材料。可收集已移出的烃以用于进一步加工，在工艺中用作补充燃料或添加剂，和／或直接使用而无需进一步处理。贫瘠页岩或其他材料可以保留在该基层结构中。控制基层结构可包括全内衬不可渗透壁或不可渗透侧壁，其具有基本不可渗透的底面和顶盖。

实用新型内容

公开了一种可垂直压缩的流体输送装置，该装置可嵌入含烃材料内并用于从含烃材料提取烃。该装置可在含烃材料随着烃的释放而沉降的过程中保持结构完整性。该装置可包括横向流体输送导管，以经由其运送流体。横向流体输送导管可由堆积至第一密度的粒子支撑。另外，该装置可包括联接到横向流体输送导管并与其流体连通的竖管。当横向流体输送导管随着支撑粒子堆积至高于第一密度的第二密度而下降时，该竖管可垂直压缩，同时保持结构完整性。横向流体输送导管和竖管可使热传递流体、烃、气体或其他流体经由该系统循环。该系统可作为热传递系统、流体分散系统、收集系统和／或这些操作的组合运行。

支撑粒子可包含含烃材料，例如油页岩或煤，但也可使用其他沉陷材料。此类可垂直压缩的流体输送装置可用于有效地从含烃材料提取烃。另外，在含烃材料随着烃的释放而沉降时，该装置可降低或最小化结构破坏风险。

因此，已对本实用新型的更重要的特征进行了广义的概述，以更好地理解接下来的本实用新型的具体实施方式，并且更好地认识本实用新型对本领域的贡献。通过本实用新型的以下具体实施方式结合附图和权利要求，本实用新型的其他特征将变得更清晰，或者可通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的特征和优势将通过接下来的具体实施方式显而易见，并且该具体实施方式结合附图一起示出本实用新型的特征。应当理解，这些附图仅仅示出示例性实施例，因此不应视为对其范围的限制。此外，将易于认识到，如本文图中大体描述和示出的组件可排列和设计为多种不同构型。

图1A为根据本实用新型的例子的可垂直压缩的流体输送装置的一部分。

图1B为处于垂直压缩构型的图1A的可垂直压缩的流体输送装置。

图2A为根据本实用新型的例子的波纹构型。

图2B为根据本实用新型的另一个例子的波纹构型。

图3A为根据本实用新型的一个例子的竖管的可垂直压缩部分。

图3B为处于垂直压缩构型的图3A的竖管部分。

图4A为根据本实用新型的例子的横向流体输送导管和竖管的联接构型。

图4B为根据本实用新型的另一个例子的横向流体输送导管和竖管的联接构型。

图5为根据本实用新型的另一个例子的可垂直压缩的流体输送装置。

图6为根据本实用新型的又一个例子的可垂直压缩的流体输送装置。

图7为根据本实用新型的又一个例子的可垂直压缩的流体输送装置。

图8为根据本实用新型的另一个例子的可垂直压缩的流体输送装置。

图9为根据本实用新型的另一个例子的可垂直压缩的流体输送装置。

图10为根据本实用新型的又一个例子的可垂直压缩的流体输送装置。

图11为示出使用计算机模型优化根据本实用新型的例子的流体输送装置的设计的框图。

具体实施方式

现在将参考示例性实施例，并且本文将使用具体语言描述示例性实施例。然而应当理解，并不旨在对本实用新型的范围进行任何限制。相关领域的技术人员和本实用新型产权的拥有者可能想到的本文所述本实用新型的特征的改变和进一步修改形式，以及如本文所述的本实用新型的原理的其他应用，应视为在本实用新型的范围之内。另外，在公开和描述特定实施例之前，应当理解，本实用新型不限于本文所公开的特定工艺和材料，其可以在一定程度上变化。还应当理解，虽然本实用新型的范围将仅通过所附权利要求及其等同条件限定，但是本文所用术语仅出于描述特定实施例的目的，并非旨在进行限制。

必须注意的是，除非上下文明确规定，否则如本说明书和所附权利要求中所用，单数形式“一”、“一个”和“所述”包括多个指代物。因此，例如，提及“(一个)竖管部分”时也包括此类竖管部分的一个或多个，提及“(一个)导管部分”时也包括此类导管部分的一个或多个的参考。

在描述本实用新型和主张其权利要求时，将根据下文所述定义使用以下术语。

如本文所用，“导管”是指沿着指定距离的任何通道，其可用于将材料和／或热从一点运送到另一点。虽然导管通常可为圆形管道，但其他非圆形导管也可以是可用的，例如长方形、矩形等。导管可有利地用于贯穿堆积的粒子传递热。一般来讲，导管也可用于将流体递送到堆积的粒子和／或从堆积的粒子移除流体。

如本文所用，“纵轴”是指导管或通道的长轴或中心线。

如本文所用，“横向”是指以偏离参考面或轴90度至约45度范围内的角度穿过参考面或轴的方向。

如本文所用，“横向流体输送导管”是指可垂直压缩的流体输送装置中包括的导管的取向使得横向流体输送导管的纵轴相对于水平面成+／-45度范围内的角度。

如本文所用，“竖管”是指可垂直压缩的热传递装置中包括的导管的取向使得竖管的纵轴相对于垂直面成+／-45度范围内的角度。

如本文所用，“构造的基层结构”是指基本上完全人造的结构，与通过对现有的地层改性或填孔形成的冻结壁、硫壁或其他屏障相反。构造的渗透性控制基层结构通常基本上不含原状地层，但该基层结构可与原状地层邻近或直接接触而形成。该基层结构通常至少部分地由土质材料形成，并通过现有坡面(即，沿着现有坡面的基层结构底面的地层)获得结构支撑。此类控制基层结构可为独立的或通过机械手段、化学手段或此类手段的组合附连到原状地层，例如使用锚钉、结或其他合适的硬件螺栓连接到底层中。

如本文所用，“粉碎”是指将地层或较大质块破碎为小块。可将粉碎的质块碎石化或以其他方式破碎为碎片。

如本文所用，“含烃材料”是指任何包含烃类的材料，可从该材料中提取或衍生烃类产物。例如，可直接提取液体烃，通过溶剂提取、直接蒸发或以其他方式从材料中提移出烃。然而，许多含烃材料包含油母岩或沥青，其通过加热和热解转变为烃类产物。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，“粒子”是指不同的固体。通常，粒子的粒径可为约1／8英寸至约6英尺，但该范围外的粒度也可为合适的。附加的指导性内容和更具体的粒度范围在下文陈述。

如本文所用，“开采”是指将含烃材料或其他土质材料从初始的地层或地理位置移到或扰动到第二和不同位置或返回到相同位置。通常，可通过碎石化、粉碎、爆炸引爆、钻孔或以其他方式从地层移出材料来生产开采材料。

如本文所用，“蓄积池”是指旨在保持或保留流体和／或固体可移动材料积聚的结构。蓄积池通常通过土质材料获得至少大部分基础和结构支撑。因此，除控制壁形成时抵靠的土质材料和／或地层之外，控制壁并非总是具有独立的强度或结构完整性。

如本文所用，“贫瘠的材料”或类似术语是指处理过的含烃材料，例如油页岩、焦油砂等，这些材料中的一些或全部烃已被移出。

如本文所用，“可渗透主体”是指粉碎的含烃材料的任何质块，该含烃材料具有相对较高的渗透性，该渗透性超过相同组成的原状固体地层的渗透性。合适的可渗透主体可具有大于约10％的空隙空间，并且通常具有约30％至50％的空隙空间，但其他范围也可为合适的。例如通过结合较大的不规则形状粒子而实现高渗透性，有利于在主要的热离开导管传递到主体中时通过对流加热主体，同时显著降低与粉碎为极小尺寸(例如低于约1至约0.5英寸)相关的成本。

如本文所用，“壁”是指对将材料限制在至少部分由控制壁限定的密闭空间内具有渗透性控制贡献的任何构造的特征物。可以按任何方式对壁进行取向，例如垂直，但限定密闭空间的顶面、底面和其他轮廓也可以是如本文所用的“壁”。

如本文所用，“基本上静止”是指材料的几乎静止的定位，其对于沉陷、由于爆米花效应产生的膨胀，和／或随着烃从密闭空间内的含烃材料移出并留下贫瘠材料而沉降具有容许度。相比之下，例如流化床或旋转蒸馏罐中发现的含烃材料的任何循环和／或流动涉及含烃材料的大量移动和处理。应当理解，一些富含有机物材料或富烃材料可导致高沉陷度(例如，在一些情况下高至80％)并且此类由于沉降形成的沉陷在该系统的环境中“基本上静止”。

如本文所用，关于材料的量或含量或材料的具体特征使用的“基本的”是指足以提供材料或特征旨在提供的影响的含量。在一些情况下，容许的精确偏差度取决于具体情况。相似地，“基本上不含”等是指组合物中不含已识别的元素或试剂。具体地讲，被识别为“基本上不含”的元素要么完全不存在于组合物中，要么仅以对组合物没有计量影响的足够小的含量包含于组合物中。

如本文所用，“约”是指基于对已识别的特定性能常见的实验误差的偏差度。如果提供范围，术语“约”将取决于具体语境和特定性能并且可易于被本领域的技术人员辨别。术语“约”并非旨在详述或限制等效度，等效度可以被赋予特定值。另外，除非另外指明，否则术语“约”应明确地包括与下文有关范围和数值数据的论述一致的“精确地”。

如本文所用，“邻近”是指两个结构或元件接近。具体地讲，被识别为“邻近”的元件可邻接或连接。此类元件还可以彼此靠近或接近，而不一定彼此接触。在一些情况下，精确的接近度可以取决于具体情况。

本文可能以范围格式表示浓度、维度、含量和其他数值数据。应当理解，此类范围格式的使用仅仅出于方便和简洁目的，并且应灵活解读为不仅包括明确引用为范围限值的数值，还包括涵盖在该范围内的所有单个数值或子范围，如同明确引用每个数值和子范围。例如，约1至约200的范围应解读为不仅包括明确引用的限值1和200，还包括诸如2、3、4的单个尺寸，以及诸如10至50、20至100的子范围等。

如本文所用，为方便起见，多个物品、结构元件、组成元件和／或材料可以在相同列表中表示。然而，这些列表应理解为列表的每个构件独立地识别为单独且唯一的构件。因此，在没有相反指示的情况下，不应单独地基于它们在相同组中的表现，将此类列表的任何单个构件理解为相同列表的任何其他构件的实际等同物。

除非另外指明，否则任何方法或工艺权利要求中引用的任何步骤可以按任何顺序执行并且不限于权利要求中示出的顺序。只有在对于具体的权利要求限制，所有以下条件均存在于该限制中时，才能使用手段加功能或步骤加功能限制：a)明确引用“手段”或“步骤”；以及b)明确引用对应功能。在本文的说明中明确引用了支持手段加功能的结构、材料或行为。因此，本实用新型的范围应仅由所附权利要求及其合法等同条件确定，而非由本文给定的描述和例子确定。

可垂直压缩的流体输送装置可埋入开采的含烃材料(例如油页岩、焦油砂、煤等)的可渗透主体中，该主体包含于构造的渗透性控制基层结构中，并且旨在从其中提取烃类产物。可通过如下方法提取烃类产物，使热传递流体例如热空气、热废气、蒸汽、烃蒸气和／或热液体流入或流经内埋的可垂直压缩的热传递装置的导管，以将含烃材料加热至足以从其中移出烃的温度水平。为了使提取工艺有效，可能期望将可渗透主体的温度提高至200°F和900°F之间，以引发热解。因此，可将可垂直压缩的热传递装置中的热传递流体的温度提升至更高温度，以保持热从热传递流体恒定流出，并流入可渗透主体。

本文所述系统还可结合流体递送用于可渗透主体和／或从可渗透主体收集和移出流体。此类系统包括流体入口和／或出口，以允许流体在可渗透主体和流体输送系统之间输送。这些入口和出口可沿着横向导管和／或竖管分布。

已发现，在加热和／或热解工艺中，随着烃释放后作为液体向下流动或作为气体向上流动，含烃材料的可渗透主体可发生显著的垂直沉陷运动和沉降。可渗透主体的垂直沉陷可对埋入可渗透主体的结构施加横向剪切应力，导致壁和加热导管或其他导管的接头中有害的横向应力积聚。当聚焦于局部应力-浓度点时，剪切诱导应力可超过导管壁和接头的材料限值，导致破裂，该破裂允许加热流体逸出或以其他方式损害导管的其他指定功能。因此，期望通过减轻导管经历的有害的沉陷诱导效应，保持埋在沉陷的可渗透主体内的导管的结构完整性。

根据含烃材料的组成及其初始构型，可渗透主体经历的垂直沉陷的量可极大地不同。根据含烃材料的类型，顶部表面的垂直运动的量有时可在主体的初始垂直高度的5％和80％之间。对于油页岩，12％-40％的沉陷可以是常见的，但对于一些富含油母质的页岩，可遇到最高至约50％的沉陷。在一种油页岩例子中，在16英尺深的可渗透主体中实现约30英寸的沉陷。包含大量含烃材料的油页岩可以比含较少量烃材料的油页岩具有更大的沉陷。同样，对于一些高品质煤，可观察到最高至80％的沉陷。然而，对于大多数煤和焦油砂，通常可遇到大于25％沉陷的沉陷。同样，粒度可影响沉陷度，粒度分布相对较大还是较窄，以及相关的粒子堆积密度。

加工过程中引入的附加复杂问题是沉陷不均匀。粒子堆积的空间变化、粒度、热传递、转化效率、烃含量等导致在整个可渗透主体上的沉陷度变化，这并不罕见。因此，导管系统的某些部分可比导管系统的相邻部分经历更高的沉陷诱导应力。根据特定可渗透主体和加工条件，此类沉陷变化可在0％至约60％范围内。通常，沉陷过程中的水平运动是适度的，使得横切垂直面的应力不足以导致失效。然而，波纹的可伸缩部分可用于导管的水平部分中，以适应垂直沉陷的局部变化，这可形成一些横向应力。

本实用新型的热传递结构可以几乎任何比例应用。较大的密闭空间和数量增加的蓄积池可易于产生烃类产物和相当于或超出较小构造基层结构的性能。作为举例说明，单一蓄积池的尺寸可在数十米至数十英亩的范围内。最佳蓄积池尺寸可以根据含烃材料和工作参数变化，然而典型的通用合适区域的俯视表面积可在约二分之一英亩至二十英亩的范围内。在一个具体方面，俯视表面积可为约10至约12英亩。

可以处理的开采的含烃材料的非限制性例子包括油页岩、焦油砂、煤、褐煤、沥青、泥煤、生物质或它们的组合。在一些情况下，可能期望提供单一类型的含烃材料，以使得可渗透主体基本上由上述材料中的一者组成。然而，可渗透主体可包括这些材料的混合物，使得等级、油含量、氢含量、渗透性等可调节，以实现所需的结果。另外，不同的烃材料可设置为多层或混合形式，例如组合煤、油页岩、焦油砂、生物质和／或泥煤。

作为一般准则，可渗透主体可包括约1／8英寸至约6英尺的粒子，在一些情况下小于1英尺，并且在其他情况下小于约6英寸。然而，就实际问题而言，约2英寸至约2英尺的粒度可提供良好的结果，其中约1英尺直径对油页岩尤其有用。空隙空间可以是决定最佳粒径的重要因素。一般来说，可使用任何功能性空隙空间；然而，约15％至约60％并且在一些情况下约40％-50％通常提供渗透性与可用体积的有效利用之间的良好平衡。可通过改变诸如加热导管布置、添加剂等其他参数一定程度地改变空隙体积。开采的含烃材料的机械分离允许形成细网目高渗透性粒子，该粒子一旦被放入蓄积池就提高热扩散率。增加的渗透性可实现更合理的低温，这也有助于避免高温，而高温会导致更多的CO₂通过碳酸盐分解和痕量重金属、挥发性有机物和其他化合物的相关释放而产生，所述释放可形成有毒流出物和／或不期望的材料，必须对其进行监测和控制。

可将粉碎的含烃材料填充到控制基层结构内，以通过任何合适的方式形成可渗透主体。通常，可通过倾倒、传送带或其他合适的方法将粉碎的含烃材料运送到控制基层结构。如上所述，可渗透主体可具有适当高的空隙体积。不加选择的倾倒可导致过度压缩和空隙体积减小。因此，可通过将含烃材料低压实运送到基层结构中来形成可渗透主体。例如，回缩传送带可用于在可渗透主体的顶部表面形成时递送材料到其附近。这样，在不需要进一步粉碎或压实的情况下，含烃材料可保持显著的粒子间空隙体积，尽管存在一些较小的压实度，这通常是在形成可渗透主体时由岩石静压力造成。

一旦控制基层结构中形成所需的可渗透主体，可引入足以开始例如通过热解移出烃的热。合适的热源可与可渗透主体热相关。可渗透主体中的最佳工作温度可根据组成和所需产品而不同。然而，作为一般准则，工作温度可在约200°F至约750°F的范围内。整个密闭空间的温度变化可以是变化的并且在一些区域中可以达到高达900°F或更高。在一个实施例中，工作温度可以是相对较低的温度，例如约200°F至约750°F，以便于制备液体产物。该加热步骤可为焙烧操作，导致可渗透主体的压碎矿石富集。可控制温度、压力和其他变量，足以主要制备并且在一些情况下基本上仅制备液体产物。一般来讲，产物可包括液体产物和气体产物，而液体产物可能需要的加工步骤更少，例如洗涤器等。可渗透主体的相对较高的渗透性可实现液体烃类产物的制备并将气体产物减到最少，这在一定程度上取决于特定起始物质和工作条件。

如上所述，可垂直压缩的热传递装置可嵌入可渗透主体中。参照图1A和1B，示出了可垂直压缩的热传递装置10。装置10可包括导管，例如横向热传递导管12和竖管14，以运送热传递流体。因此，竖管14部分还充当进入可渗透主体的热传递通道。导管可被配置用作加热管、冷却管、热传递管、排水管或输气管。另外，在基层结构的操作即热传递和排水过程中，导管可提供单一功能或者可以提供多种功能。横截面尺寸可以是恒定的或者沿着导管长度变化。当用于加热时，导管可包括翅片、叶片或其他特征物，以加强导管与周围环境例如含烃材料的可渗透主体之间的热传递。导管可根据预期功能由任何合适的材料形成。在一个方面，加热导管可由为可垂直压缩的热传递装置提供合适的热传递和结构特性的材料构造。合适的材料的非限制性例子可包括金属片、陶土管、耐火水泥管、耐火ECC管、现浇管、诸如铸铁、不锈钢等金属管、诸如PVC的聚合物等等。在一个具体实施例中，嵌入式导管的全部或至少一部分可包含可降解材料。例如，非镀锌6英寸铸铁管可有效地用于单一用途实施例，并且在蓄积池的整个使用寿命(通常小于约2年)表现良好。另外，导管的不同部分可由不同材料形成。现浇管对于管道直径超过若干英尺的极大密闭空间可特别有用。可使用柔性包裹物形成此类管道，所述管道将粘性流体保持为环形。例如，PVC管道可连同柔性包裹物一起用作外形的一部分，其中将混凝土或其他粘性流体泵入PVC与柔性包裹物之间的环形空间。根据预期功能，可在导管中制造孔眼或其他孔，以允许流体在导管和可渗透主体之间流动。典型的工作温度超过常规聚合物和树脂管的熔点。在一些实施例中，导管的放置和取向可使得导管在基层结构的操作过程中有意地熔融或以其他方式降解。虽然具体导管尺寸的直径可较大地从1英寸变化至80英寸，烃类生产工艺通常可涉及约15英寸至约35英寸的导管直径。虽然不是必需的，竖管歧管部分可比连接的水平部分具有相对较大的直径。例如，典型的歧管部分的直径可为连接的水平部分的直径的约1.5至约4倍。同样，竖管直径可在约15英寸至约80英寸直径范围内，并且在一些情况下为约36英寸至约68英寸直径。

因此，可渗透主体的对应深度可在若干英尺至数百英尺的范围内，并且在一些情况下，在约40英尺至约300英尺深度范围内。

可垂直压缩的热传递装置的导管可易于以任何构型取向，不管是基本水平、垂直、倾斜、分叉或是其他。在将可垂直压缩的热传递装置嵌入可渗透主体之前，导管的至少一部分可沿着预定的通道取向。预定通道可被设计用于改善热传递、气液固接触，最大化流体输送或从密闭空间内的具体区域移出等。另外，导管的至少一部分可有助于加热可渗透主体。可对这些加热导管选择性地打孔，以允许受热气体或其他流体在整个可渗透主体中对流加热和混合。可对孔眼的位置和尺寸进行设置，以优化整个可渗透主体中的均匀和／或受控的加热。或者，加热导管可形成闭环，使得加热气体或流体与可渗透主体隔离。因此，“闭环”不一定需要再循环，而是使加热流体与可渗透主体隔离。这样，可主要或基本上仅通过横跨导管壁从加热流体到可渗透主体的热传导完成加热。在闭环中加热可防止加热流体与可渗透主体之间的质量传递，并且可减小气体烃类产物的形成和／或提取。

另外，导管可在多个蓄积池和／或控制基层结构中取向，以在结构之间输送流体和／或热。可使用常规焊接等将导管彼此焊接。另外，导管可包括接头，该接头允许在可渗透主体中的材料的膨胀和沉陷过程中旋转和／或少量移动。另外，导管可包括支撑系统，该支撑系统用于在填充密闭空间之前和过程中以及在操作过程中支撑导管的组件。例如，在加热流体流的过程中，加热等可导致足以形成对导管和相关接头的潜在损坏应力和应变的膨胀(压裂或爆米花效应)或沉陷。桁架支撑系统或其他类似锚定构件可用于降低对导管的损坏。锚定构件可包括水泥砖、工字梁、钢筋、柱等，这可与蓄积池的壁(包括侧壁、底面和顶面)关联。

或者，可垂直压缩的热传递装置的导管可在将任何开采的材料引入控制基层结构之前完成构造和组装。在设计导管的预定通道和填充空间的方法时，可将护理和规划考虑在内，以防在填充工艺过程中由于导管的埋入对可垂直压缩的热传递装置造成损伤。因此，作为一般准则，本实用新型所用的导管从头开始取向，或将可垂直压缩的热传递装置嵌入可渗透主体之前，使得它们是非机钻式的。因此，可以在没有与井孔或水平钻井相关的取芯钻和／或复杂机器的情况下，进行导管的构造及其布置。相反，通过在用含烃材料填充基层结构之前或同时组装所需的预定通道，可易于实现导管的水平或任何其他取向。以各种几何图案取向的非机钻式手动／吊车放置的导管可设置有阀门控制的连接点，这在控制基层结构中产生精确而严密监控的加热。对包括连接阀、旁通阀和流量阀以及直接喷射和出口点的导管进行放置和分层堆放的能力，可实现精确温度和加热速率，精确压力和增压速率，精确流体和气体入口、出口以及组合物外加剂。例如，当使用细菌、酶或其他生物材料时，可易于在整个可渗透主体中保持最佳温度，以增强此类生物材料的性能、反应和可靠性。

继续参照图1A，竖管14可联接到横向热传递导管12并与其流体连通。可使用任何合适的方法联接竖管14和横向导管12，所述方法例如但不限于焊接(例如焊接的重叠滑动接头)、螺纹、止动装置等。在一个具体方面，可使用焊接的重叠滑动接头联接导管。另外，横向热传递导管12可由粒子16(例如含烃材料的可渗透主体)来支撑。粒子16可堆积至如上所述第一密度。例如，粒子16的第一密度可为导致松填情况的密度，在这种情况下粒子已沉积，无需通过外部装置对粒子进行后续压实。该相对较低密度初始条件可有助于间隙气体和／或液体在热解过程中流动。

可垂直压缩的热传递装置10可被配置成在横向导管12和由粒子16的主体构成的周围环境之间传递热。随着加热过程中从含烃材料的可渗透主体产生和／或释放烃，粒子16经历垂直沉陷运动和沉降。随着粒子16沉降，粒子可被逐渐压实到高于第一密度的第二密度。换句话讲，随着粒子16被热传递装置10加热，粒子可变得更加密实或具有更高的密度。通常，对于粒子16的给定量而言，更高的粒子密度将比更低的粒子密度占据更小的空间。因此，随着粒子16变得更加密实，粒子主体的高度将降低。因为粒子16支撑横向热传递导管12，粒子的这种致密化可导致横向热传递导管12下降。

竖管14被配置成在横向热传递导管12下降时保持结构完整性，所述下降可以是在提取工艺的整个过程中多至约40％或更多的高度降低。因此，如图1B所示，当横向热传递导管12随着支撑粒子16’堆积至高于第一密度的第二密度而以方向2下降时，竖管14’可垂直压缩同时保持结构完整性。在一个方面，竖管可为基本上垂直的。在另一方面，竖管可垂直压缩至少20％，并且在一些情况下至少40％并保持结构完整性。因此，经由可垂直压缩的竖管对可垂直压缩的热传递装置赋予柔性，可最大程度地减小由于含烃材料的可渗透主体的沉陷形成的装置的导管中的应力。

例如，可通过在竖管中引入波纹来实现竖管的可压缩性，如图2A和2B所示。在一个方面，波纹32可效仿平滑弯曲的谷36和峰38的连续重复的正弦曲线图案，如图所示。在其他方面，波纹可具有不同形状，例如在峰顶和谷底的平坦部分，或过渡表面的线性壁，或波纹间的平滑直管的短部分等。此外，波纹32可垂直于加热导管(图2A)的纵轴对齐，或者波纹32’可相对于纵轴以锐角θ(图2B)螺旋缠绕。可预配置波纹的振幅(36和38之间的距离)和周期(相邻峰38之间的距离)，从而在整个温度范围内以及加热导管经历的沉陷过程中提供最佳柔性和耐久性。波纹的振幅和周期还提供了显著增加的优势，即显著增加可用于热传递的表面积。例如，虽然其他范围可为合适的，但在25至30英寸直径导管中，2至4英寸周期和0.3至1.5英寸振幅可特别有效。另外，一个竖管部分中的波纹可以或可以不与另一个竖管部分中的波纹相同。具体而言，位于可渗透主体上部区域的竖管部分将比相对下部部分经历较大垂直运动。因此，可相应地调节波纹和长度。

波纹竖管可由波纹金属片形成，该波纹金属片已被卷曲、轧制，然后沿着纵向接缝焊接，以形成管状导管区段。然后可直接使用管状区段或将其端到端焊接到其他区段，以形成延伸的导管。或者，围绕并沿着管道的纵向长度连续螺旋焊接波纹金属片，使得导管壁的接缝不与导管的中心线纵轴连续平行或垂直。可任选地用常用于管道制造业的便携式设备现场制造此类波纹导管。

在一个方面，竖管可为柔性的，因为它是可垂直压缩的。例如，当最初位于可渗透主体中时，竖管可具有初始长度。随着粒子或含烃材料开始升温、释放烃并发生沉陷，横向热传递导管可响应于可渗透主体的垂直沉陷运动而开始下降。横向热传递导管的沉陷和下降将继续进行，直至最终竖管由于其与横向热传递导管相联接而垂直压缩。换句话讲，由横向热传递导管赋予竖管上的力(这种力通常增大联接头的应力)可导致竖管垂直压缩，由此最大限度地减小联接头处承受的应力。如图3A和3B所示，通过减小每个波纹的谷56和峰58处的曲率半径(如增大的弯曲度)，可将波纹52之间的间距54压缩至新的间距54’，从而允许竖管向下压缩并跟随可渗透主体的运动，而不经历加热导管的壁或竖管与横向加热导管之间的联接头的应力的显著增加。联接头将承受应力，然而，该设计可使得这些应力被限制在联接头的容差内。因此，当横向热传递导管下降时，竖管可保持结构完整性。

参照图4A和4B，示出了横向热传递导管与竖管的联接构型的例子。如图4A所示，横向热传递导管120可联接到竖管140的端部。例如，横向热传递导管120和／或竖管140可包括过渡部分130，该部分在横向热传递导管120的横向取向和竖管140的垂直取向之间过渡。在一个方面，过渡部分130可包括具有90度角的“肘部”。过渡部分130允许热传递流体在横向热传递导管130和竖管140之间流动，同时具有足以在横向热传递导管下降时保持横向热传递导管120与竖管140之间的联接头的结构完整性的强度。如图4B所示，横向热传递导管122可联接到竖管142的中间部分。在一个方面，过渡部分132可形成“T”接头的至少一部分，从而在横向热传递导管122和竖管142之间提供90度角。如图4B所示，过渡部分132没有波纹，这可有利于横向热传递导管122与竖管142之间联接头的结构完整性。因此，过渡部分130、132可提供从横向热传递导管到竖管的可垂直伸缩特征物的结构稳固的过渡。然而应该指出的是，横向热传递导管可直接联接到竖管的可垂直伸缩特征物，如图1A和1B所示。

参照图5，示出了可垂直压缩的热传递装置200，该图示出了横向热传递导管和竖管构型的例子。如该例子中所示，竖管可包括多个竖管部分240、242、244，并且横向热传递导管可包括多个横向热传递导管部分220、222、224和226。在一个方面，竖管部分和横向热传递导管部分可以螺线型排列方式彼此交替地联接。具体而言，如该例子中所示，竖管部分240可联接到横向热传递导管部分220，横向热传递导管部分222可联接到竖管部分240，竖管部分242可联接到横向热传递导管部分222，横向热传递导管部分224可联接到竖管部分242，竖管部分244可联接到横向热传递导管部分224，并且横向热传递导管部分226可联接到竖管部分244，以形成螺线型排列方式。在另一方面，螺线型排列方式可为垂直取向的，如图所示。另外，多个竖管部分可为基本上垂直的。在另一方面，螺线型排列方式的竖管部分和横向热传递导管部分可共面。然而，螺线型排列方式的竖管部分和横向热传递导管部分可彼此在不同平面内。

参照图6，示出了可垂直压缩的热传递装置300。装置300包括入口歧管360，以将入口热传递流体流分离到至少两个流道中。例如，入口歧管360可接纳来自入口362的热传递流体流并且可将流体流分离或导入横向热传递导管部分320、321中。在所示例子中，横向热传递导管部分320、321可各自形成垂直取向的螺线型排列方式的一部分，如上参照图5所述。具体而言，第一螺线型排列方式可包括横向热传递导管部分320、322、324、326和竖管部分340、342、344。第二螺线型排列方式可包括横向热传递导管部分321、323、325、327和竖管部分341、343、345。竖管部分和横向热传递导管部分的每个螺线型排列方式可与入口歧管360流体连通。因此入口歧管可对多个螺线型排列方式提供热传递流体。在一个方面，横向热传递导管(例如横向热传递导管部分320、320)可形成入口歧管360的至少一部分。

可垂直压缩的热传递装置300可包括出口歧管370，以合并来自至少两个流道的出口热传递流体流，然后经由出口372离开装置300。例如，出口歧管370可接纳来自竖管部分和横向热传递导管部分的第一和第二螺线型排列方式的横向热传递导管部分(例如横向热传递导管部分326、327)的热传递流体流。因此，螺线型排列方式的竖管部分和横向热传递导管部分与出口歧管流体连通。因此，出口歧管可接纳来自多个螺线型排列方式的热传递流体。在一个方面，竖管(例如竖管部分346)可形成出口歧管370的至少一部分。在另一方面，横向热传递导管(例如横向热传递导管部分326、327)可形成出口歧管370的至少一部分。

如图6所示，可垂直压缩的热传递装置可被配置为闭环，该闭环用于将热传递流体与可渗透主体分离，并且在整个导管壁上形成热传导，然后此类热的对流作为加热可渗透主体的主要机制。封闭系统也可具有入口，例如入口362，该入口从构造的渗透性控制基层结构的边界延伸并且可操作地联接到热传递流体的热源。

一般来讲，通过将一个或多个导管或热源取向为限定空间的较低或基底部分，形成对流流动。通过以这种方式取向导管，受热流体可沿着再循环模式中含烃材料的可渗透主体占据的大部分空间向上流动，并且冷却的流体向下回流。

如图6进一步所示，入口362和出口372设置在可垂直压缩的热传递装置300的下部或底部。这可有利于装置300的热传递特性和／或热传递流体流动特性。因此，在一个方面，入口362和／或出口372可位于至少与装置300的竖管(例如竖管部分)和横向热传递导管(例如横向热传递导管部分)同样低的位置。

在某些方面，横向热传递导管可包括与其他部分具有不同长度的部分。例如，横向热传递导管部分324比横向热传递导管部分326长。不同长度横向热传递导管部分可使得可垂直压缩的热传递装置300适形于粒子堆的侧面中，并且被粒子堆的侧面覆盖。例如通过倾倒为堆来沉积粒子时，粒子堆的侧面可相对于水平面形成休止角，该休止角在给定粒子类型特有的范围内，例如相对于水平面在约34度和约40度之间。因此，可被设计为设置在粒子堆中的热传递装置300可被配置为具有横向热传递导管部分，该部分垂直间隔开并且横向终止于接近给定粒子堆或粒子群形成的休止角。

参照图7，示出了可垂直压缩的热传递装置400，该图示出了横向热传递导管和竖管构型的例子。如该例子中所示，竖管可包括两个竖管部分440、442，并且横向热传递导管可包括多个横向热传递导管部分420、422。这两个竖管可分别充当入口竖管和出口竖管。在一个方面，每个横向热传递导管部分420、422可联接到两个竖管部分440、442。例如，如图所示，两个竖管部分440、442可联接到横向热传递导管部分420、422中的一者或多者的彼此相对的两端。在另一方面，两个竖管部分440、442可为基本上垂直的。因此，在一些情况下，竖管部分可在热传递装置的公共端邻近地取向。

参照图8，示出了可垂直压缩的热传递装置500，该图示出了具有两个竖管部分的竖管构型的另一个例子。在该例子中，如图7所示例子中，每个横向热传递导管部分520、522、524、526、528可联接到两个竖管部分540、542。然而在该例子中，横向热传递导管部分的至少一个被构造为细长的U形。因此，在一些情况下，竖管部分可在热传递装置的公共端邻近地取向。横向热传递导管部分520、522、524、526、528可为堆叠的，并且彼此垂直间隔开。因此，横向热传递导管部分520、522、524、526、528的每一个可为悬臂式构型，相对于邻近彼此设置的竖管部分540、542；但由于竖管部分可远离彼此设置，因此竖管部分的这种定位是可选的。

在一个方面，两个竖管部分中的第一个，例如竖管部分540，可形成入口歧管560的至少一部分，该入口歧管将入口热传递流体流针对联接到竖管部分540的横向热传递导管部分520、522、524、526、528的每一个进行分离。入口歧管560可与热传递流体的入口562流体连通。横向热传递导管部分520、522、524、526、528可形成入口歧管560的至少一部分。

在另一方面，两个竖管部分中的第二个，例如竖管部分540，形成出口歧管570的至少一部分，该部分合并来自联接到竖管部分542的横向热传递导管部分520、522、524、526、528的每一个的出口热传递流体流。出口歧管570可与热传递流体的出口572流体连通。横向热传递导管部分520、522、524、526、528可形成出口歧管570的至少一部分。

如图8所示，入口562和出口572设置在可垂直压缩的热传递装置500的下部或底部。因此，在一个方面，入口562和／或出口572可位于至少与两个竖管部分540、542以及装置500的横向热传递部分520、522、524、526、528同样低的位置。如上参照图6所述，例如通过利用装置内的对流流动，该构型可有利于装置500的热传递特性和／或热传递流体流动特性。然而，出口和／或入口可以在从高于垂直切面的上部位置至下部位置的任何位置取向。

参照图9，示出了可垂直压缩的热传递装置600，该图还示出了具有两个竖管部分的竖管构型的另一个例子。在某些方面，装置600的横向热传递导管可包括与另一个横向热传递导管部分具有不同长度的横向热传递导管部分。例如，横向热传递导管部分620比横向热传递导管部分622长，使得横向热传递导管部分620的细长U形延伸到横向热传递导管部分622的细长U形之外。如上相对于图6所述，不同长度横向热传递导管部分可使得可垂直压缩的热传递装置600适形于粒子堆的侧面中并被粒子堆的侧面覆盖，并且在一个方面，接近给定粒子堆的休止角。因此，可被设计为设置在粒子堆中的热传递装置600可被配置为具有横向热传递导管部分，该部分垂直间隔开，并且横向终止于接近给定粒子堆或粒子群形成的休止角。

图10示出了另一个可垂直压缩的热传递装置700，该装置也被配置为接近休止角。然而在该实施例中，横向热传递导管部分722比横向热传递导管部分720长，使得横向热传递导管部分722的细长U形延伸到横向热传递导管部分720的细长U形之外。在一些情况下，在其中设置了可垂直压缩的热传递装置的粒子堆或粒子群可包含在基本上由土质材料形成的蓄积池中。蓄积池可由具有休止角的一堆或一系列土质材料堆构造。在其中设置了可垂直压缩的热传递装置的粒子群可填充蓄积池，蓄积池的侧面因此具有形成蓄积池的土质材料的休止角的补角形式。

因此，不同长度横向热传递导管部分可使得可垂直压缩的热传递装置700适形于粒子堆的侧面中并被粒子堆的侧面覆盖，并且在一个方面，接近在其中设置了粒子的蓄积池的休止角。因此，可被设计为设置在粒子堆中的热传递装置700可被配置为具有横向热传递导管部分，该部分垂直间隔开，并且横向终止于接近形成粒子堆的蓄积池的给定土质材料堆或组形成的休止角。

可垂直压缩的热传递装置的其他构型可包括多个延长的竖管，使得竖管包括热传递表面的大部分。例如，U形区段可垂直取向，而非水平取向(如图6和8-10所示)。

参照图11，示出了框图，该框图示出了使用计算机模型优化热传递装置的设计。例如，设计可垂直压缩的热传递装置的方法可包括创建可垂直压缩的热传递装置的计算机模型，所述装置具有联接到垂直取向的竖管810的横向热传递导管。该方法还可包括测定横向热传递导管的支撑粒子的垂直沉陷量，所述支撑粒子在粒子的第一密度和粒子820的第二密度之间。该方法还可包括计算随着横向热传递导管由于支撑粒子830的垂直沉陷而下降时，从横向热传递导管转移到竖管的力。另外，该方法可包括确定竖管的波纹构型，使得竖管响应于力而垂直压缩，同时将横向热传递导管和竖管中的应力保持在设计限值840之下。应当注意，该方法中没有要求具体顺序，但通常在一个实施例中，可按顺序执行这些方法步骤。

上述具体实施方式参照具体示例性实施例描述了本实用新型。然而，应当理解，在不脱离如所附权利要求中所述的本实用新型的范围的情况下，可进行各种修改和变化。具体实施方式和附图应视为仅仅是示例性的，而非限制性的，并且所有此类修改或更改(如果有的话)旨在属于如本文所述和示出的本实用新型的范围内。

更具体地讲，虽然本文描述了本实用新型的示例性实施例，但本实用新型不限于这些实施例，而包括具有如本领域的技术人员基于前文所述具体实施方式将认识到的修改、删减、组合(例如各种实施例的方面)、适应和／或变更的任何和所有实施例。权利要求中的限制应根据权利要求所用语言进行广义地解释，并且不限于上述具体实施方式或专利申请过程中所述的例子，这些例子应理解为非排他性的。任何方法或工艺权利要求中所引用的任何步骤可以按任何顺序执行并且不限于权利要求提供的顺序。因此，本实用新型的范围应仅由所附权利要求及其合法等同条件确定，而非由上述给定的描述和例子确定。

Claims (21)

1.一种可垂直压缩的流体输送装置，其特征在于包括： 

横向流体输送导管，所述横向流体输送导管用于经由其运送流体并且由堆积至第一密度的粒子支撑；和 

竖管，所述竖管联接到所述横向流体输送导管并与其流体连通，其中当所述横向流体输送导管随着所述支撑粒子堆积至高于所述第一密度的第二密度而下降时，所述竖管能够垂直压缩至少20％同时保持结构完整性。 

2.根据权利要求1所述的流体输送装置，其特征在于所述竖管为基本上垂直的。 

3.根据权利要求1所述的流体输送装置，其特征在于还包括堆积至所述第一密度的粒子。 

4.根据权利要求3所述的流体输送装置，其特征在于其中所述粒子包括油页岩。 

5.根据权利要求1所述的流体输送装置，其特征在于其中所述竖管在垂直压缩至少40％时能够保持结构完整性。 

6.根据权利要求1所述的流体输送装置，其特征在于其中所述竖管包括波纹部分，用于垂直压缩同时保持结构完整性。 

7.根据权利要求1所述的流体输送装置，其特征在于其中所述竖管包括多个竖管部分，并且所述横向流体输送导管包括多个横向流体输送导管部分，所述竖管部分和横向流体输送导管部分以垂直取向的螺线型排列方式彼此交替联接。 

8.根据权利要求7所述的流体输送装置，其特征在于其中所述多个竖管部分和所述多个横向流体输送导管部分与入口歧管流体连通，所述入口歧管将入口流体流分离到至少两个流道中。 

9.根据权利要求8所述的流体输送装置，其特征在于其中所述横向流体输送导管形成所述入口歧管的至少一部分。 

10.根据权利要求7所述的流体输送装置，其特征在于其中所述多个竖管部分和所述多个横向流体输送导管部分与出口歧管流体连通，所述出口歧管合并来自至少两个流道的出口流体流。 

11.根据权利要求11所述的流体输送装置，其特征在于其中所述竖管形成所述出口歧管的至少一部分。 

12.根据权利要求7所述的流体输送装置，其特征在于还包括与所述多个竖管部分和所述多个横向流体输送导管部分流体连通的入口和出口，其中所述入口和所述出口位于与所述多个竖管部分和所述多个横向流体输送导管部分同样低的位置。 

13.根据权利要求1所述的流体输送装置，其特征在于其中所述竖管由在所述装置的公共端取向的入口竖管和出口竖管组成。 

14.根据权利要求1所述的流体输送装置，其特征在于其中所述竖管包括两个竖管部分，并且所述横向流体输送导管包括多个横向流体输送导管部分，每个横向流体输送导管部分联接到所述两个竖管部分。 

15.根据权利要求14所述的流体输送装置，其特征在于其中所述两个竖管部分为基本上垂直的。 

16.根据权利要求14所述的流体输送装置，其特征在于其中所述两个竖管部分的第一个形成入口歧管的至少一部分，所述入口歧管将入口流体流针对所述多个横向流体输送导管部分的每一个进行分离。 

17.根据权利要求14所述的流体输送装置，其特征在于其中所述两个竖管部分的第二个形成出口歧管的至少一部分，所述出口歧管合并来自所述多个横 向流体输送导管部分的每一个的出口流体流。 

18.根据权利要求14所述的流体输送装置，其特征在于还包括与所述两个竖管部分和所述多个横向流体输送导管部分流体连通的入口和出口，其中所述入口和所述出口位于与所述两个竖管部分和所述多个横向流体输送导管部分同样低的位置。 

19.根据权利要求14所述的流体输送装置，其特征在于其中所述两个竖管部分联接到所述多个横向流体输送导管部分中的一者的彼此相对的两端。 

20.根据权利要求14所述的流体输送装置，其特征在于其中所述多个横向流体输送导管部分中的至少一个被构造为细长的U形。 

21.根据权利要求14所述的流体输送装置，其特征在于其中所述多个横向流体输送导管部分中的至少两个具有不同长度。