利用熱量產(chǎn)生的排出通道從焦油砂中生產(chǎn)烴的系統(tǒng)和方法
【專利說(shuō)明】利用熱量產(chǎn)生的排出通道從焦油砂中生產(chǎn)烴的系統(tǒng)和方法
[0001]本申請(qǐng)為分案申請(qǐng)，其母案申請(qǐng)的申請(qǐng)日為2006年10月20日，申請(qǐng)?zhí)枮?00680044203.4，和發(fā)明名稱為“利用熱量產(chǎn)生的排出通道從焦油砂中生產(chǎn)烴的系統(tǒng)和方法”。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明總體涉及用于從各種地下地層例如含烴地層中生產(chǎn)烴、氫氣和/或其它產(chǎn)品的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]從地下地層中獲得的烴常常用作能源、作為原料和作為消費(fèi)品。對(duì)可獲得的烴源耗盡的擔(dān)心和對(duì)所生產(chǎn)的烴的總質(zhì)量下降的擔(dān)心已經(jīng)導(dǎo)致開發(fā)了更加有效地采收、加工和/或使用可獲得的烴源的方法?？墒褂迷环◤牡叵碌貙又幸瞥鰺N物質(zhì)。可能需要改變地下地層內(nèi)的烴物質(zhì)的化學(xué)和/或物理性能，以允許烴物質(zhì)更加容易地從地下地層中移出。化學(xué)和物理變化可包括產(chǎn)生可移出流體、組成變化、溶解度變化、密度變化、相變和/或地層內(nèi)烴物質(zhì)的粘度變化的原位反應(yīng)。流體可以是但不限于氣體、液體、乳液、淤漿和/或具有與液體流動(dòng)類似流動(dòng)特征的固體顆粒的物流。
[0004]在北美、南美、非洲和亞洲發(fā)現(xiàn)在相對(duì)不可滲透的地層中(例如在焦油砂中)包含的大的重質(zhì)烴(重質(zhì)油和/或?yàn)r青)貯量。焦油可以地面采礦和提質(zhì)成較輕的烴如原油、石腦油、煤油和/或瓦斯油。地面選礦處理可進(jìn)一步使瀝青與砂子分離。分離的瀝青可以使用常規(guī)的精煉方法轉(zhuǎn)化成輕質(zhì)烴。與從常規(guī)油儲(chǔ)層中生產(chǎn)較輕烴相比，采礦和提質(zhì)焦油砂通常明顯更貴一些。
[0005]從焦油砂中原位生產(chǎn)徑可采用加熱和/或?qū)怏w注入地層來(lái)實(shí)現(xiàn)。Ostapovich等人的美國(guó)專利N0.5211230和Leaute的美國(guó)專利N0.5339897描述了位于儲(chǔ)油層中的水平生產(chǎn)井。豎直導(dǎo)管可用來(lái)將氧化劑氣體注入儲(chǔ)層用于原位燃燒。
[0006]Ljungstrom的美國(guó)專利N0.2780450描述了原位加熱含瀝青地質(zhì)地層而使液態(tài)焦油狀物質(zhì)轉(zhuǎn)化或裂化為油和氣。
[0007]Ware等人的美國(guó)專利N0.4597441描述了在儲(chǔ)層中石油、熱量和氫同時(shí)接觸，加氫可提高油從儲(chǔ)層中的采收率。
[0008]Glandt的美國(guó)專利N0.5046559和Glandt等人的N0.5060726描述了預(yù)熱注射井和生產(chǎn)井之間的部分焦油砂地層?？蓪⒄羝麖淖⑸渚⑷氲降貙觾?nèi)以在生產(chǎn)井生產(chǎn)烴。
[0009]如上所述，已經(jīng)做了大量努力來(lái)開發(fā)從含烴地層經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)烴、氫和/或其它產(chǎn)品的方法和系統(tǒng)。然而，目前仍有許多含烴地層不能從中經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)出烴、氫和/或其它產(chǎn)品。因此，仍然需要從各種含烴地層經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)烴、氫和/或其它產(chǎn)品的改進(jìn)方法和系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本文中描述的實(shí)施方案總體涉及用于處理地下地層的系統(tǒng)、方法和加熱器。本文中描述的實(shí)施方案還總體涉及其中具有新型組件的加熱器。通過(guò)使用本文中描述的系統(tǒng)和方法可以獲得這類加熱器。
[0011]在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種或多種系統(tǒng)、方法和/或加熱器。在一些實(shí)施方案中，該系統(tǒng)、方法和/或加熱器用于處理地下地層。
[0012]在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種用于處理焦油砂地層的系統(tǒng)，包括:位于地層中的多個(gè)加熱器，其中加熱器包括至少部分位于地層烴層中的至少部分水平的加熱部分，所述加熱部分至少部分按圖案設(shè)置在烴層中，和加熱器設(shè)置為向烴層提供熱量，提供的熱量產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)流體的多個(gè)排出通道，排出通道中的至少兩個(gè)匯合；和生產(chǎn)井設(shè)置為從烴層中匯合的排出通道收集和生產(chǎn)運(yùn)動(dòng)流體。
[0013]在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種用于處理焦油砂地層的方法，包括:從位于地層中的多個(gè)加熱器向地層中的至少部分烴層提供熱量；允許至少一些運(yùn)動(dòng)流體沿排出通道和/或匯合的排出通道從地層流到生產(chǎn)井中；和通過(guò)生產(chǎn)井生產(chǎn)至少一些運(yùn)動(dòng)流體。
[0014]在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，可組合來(lái)自具體實(shí)施方案的特征和來(lái)自其它實(shí)施方案的特征。例如來(lái)自一個(gè)實(shí)施方案的特征可與來(lái)自任何其它實(shí)施方案的特征組合。
[0015]在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，使用此處所述的任何一種方法、系統(tǒng)或加熱器，進(jìn)行地下地層的處理。
[0016]在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，可添加附加的特征到此處所述的具體實(shí)施方案中。
【附圖說(shuō)明】
[0017]在受益于下述詳細(xì)說(shuō)明并參考附圖的情況下，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將變得顯而易見(jiàn)，其中:
[0018]圖1描述了對(duì)加熱含烴地層的階段的說(shuō)明。
[0019]圖2給出了用于處理含烴地層的原位熱處理系統(tǒng)的一部分的實(shí)施方案的示意圖。
[0020]圖3描述了從具有相對(duì)薄烴層的焦油砂地層中生產(chǎn)運(yùn)動(dòng)流體的實(shí)施方案的側(cè)視圖。
[0021]圖4描述了從具有比圖3所示的烴層厚的烴層的焦油砂地層中生產(chǎn)運(yùn)動(dòng)流體的實(shí)施方案的側(cè)視圖。
[0022]圖5描述了從具有比圖4所示的烴層厚的烴層的焦油砂地層中生產(chǎn)運(yùn)動(dòng)流體的實(shí)施方案的側(cè)視圖。
[0023]圖6描述了從帶有具有頁(yè)巖夾層的烴層的焦油砂地層中生產(chǎn)運(yùn)動(dòng)流體的實(shí)施方案的側(cè)視圖。
[0024]圖7描述了用STARS模擬的360天后地層中的溫度剖面圖。
[0025]圖8描述了用STARS模擬的360天后地層中的油飽和剖面圖。
[0026]圖9描述了用STARS模擬的1095天后地層中的油飽和剖面圖。
[0027]圖10描述了用STARS模擬的1470天后地層中的油飽和剖面圖。
[0028]圖11描述了用STARS模擬的1826天后地層中的油飽和剖面圖。
[0029]圖12描述了用STARS模擬的1826天后地層中的溫度剖面圖。
[0030]圖13描述了油生產(chǎn)速率和氣生產(chǎn)速率與時(shí)間的關(guān)系。
[0031]盡管本發(fā)明易于進(jìn)行各種改進(jìn)和替代形式，但其具體實(shí)施方案通過(guò)附圖內(nèi)的實(shí)施例方式給出，且可在此處詳細(xì)描述。附圖可能不是按比例的。然而，應(yīng)當(dāng)理解，附圖及其詳細(xì)說(shuō)明不打算限制本發(fā)明到所公開的特定形式，相反，本發(fā)明擬覆蓋落在所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)的所有改進(jìn)、等價(jià)和替代方案。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下述說(shuō)明一般地涉及處理地層內(nèi)的烴的系統(tǒng)與方法?？商幚磉@種地層得到烴產(chǎn)品、氫氣和其它產(chǎn)品。
[0033]“烴”通常定義為主要由碳和氫原子形成的分子。烴也可包括其它元素，例如但不限于鹵素、金屬元素、氮、氧和/或硫。烴可以是但不限于油母質(zhì)、瀝青、焦瀝青、油、天然礦物蠟和瀝青巖。烴可位于地殼內(nèi)的礦物母巖內(nèi)或者與之相鄰。母巖可包括但不限于沉積巖、砂子、硅酸鹽、碳酸鹽、硅藻土和其它多孔介質(zhì)?！盁N流體”是包含烴的流體。烴流體可包含、夾帶或者被夾帶在非烴流體內(nèi)，所述非烴流體例如氫氣、氮?dú)?、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、水和氨氣?br>[0034]“地層”包括一層或多層含烴層、一層或多層非烴層、上覆地層和/或下伏地層?！吧细驳貙印焙?或“下伏地層”包括一類或更多不同類的不可滲透材料。例如上覆地層和/或下伏地層可包括巖石、頁(yè)巖、泥巖或濕/致密碳酸鹽。在原位熱處理法的一些實(shí)施方案中，上覆地層和/或下伏地層可包括一層含烴層或多層含烴層，所述含烴層相對(duì)不可滲透且沒(méi)有經(jīng)歷導(dǎo)致上覆地層和/或下伏地層中含烴層顯著特性變化的原位熱處理加工過(guò)程中的溫度。例如下伏地層可包含頁(yè)巖或泥巖，但不允許加熱上覆地層到原位熱處理法期間的熱解溫度下。在一些情況下，上覆地層和/或下伏地層可具有一些滲透性。
[0035]“地層流體”是指存在于地層內(nèi)的流體，且可包括熱解流體、合成氣、運(yùn)動(dòng)流體、減粘流體和水(蒸汽)。地層流體可包括烴流體以及非烴流體。術(shù)語(yǔ)“運(yùn)動(dòng)流體”是指作為熱處理地層的結(jié)果能流動(dòng)的含烴地層內(nèi)的流體?！皽p粘流體”是指因地層熱處理而粘度降低的流體。
[0036]“所生產(chǎn)的流體”是指從地層中移出的地層流體。
[0037]“熱源”是基本通過(guò)傳導(dǎo)和/或輻射傳熱提供熱量到至少一部分地層的任何系統(tǒng)。例如熱源可包括電加熱器，例如絕緣導(dǎo)體、伸長(zhǎng)構(gòu)件和/或在導(dǎo)管內(nèi)布置的導(dǎo)體。熱源也可包括通過(guò)在地層外部或者內(nèi)部燃燒燃料生成熱的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以是表面燃燒器、井下氣體燃燒器、無(wú)火焰的分布燃燒器和自然分布的燃燒器。在一些實(shí)施方案中，可通過(guò)其它能源供應(yīng)在一個(gè)或多個(gè)熱源內(nèi)提供或生成的熱量。其它能源可直接加熱地層，或者可施加能量到傳遞介質(zhì)上，所述傳遞介質(zhì)直接或間接加熱地層。應(yīng)理解向地層施加熱量的一個(gè)或多個(gè)熱源可使用不同的能源。因此，例如對(duì)于給定的地層來(lái)說(shuō)，某些熱源可由電阻加熱器供應(yīng)熱量，某些熱源可由燃燒提供熱量，而某些熱源可由一種或多種其它能源(例如化學(xué)反應(yīng)、太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物物質(zhì)或其它可再生的能源)提供熱量。化學(xué)反應(yīng)可包括放熱反應(yīng)(例如氧化反應(yīng))。熱源也可包括提供熱量到與加熱位置相鄰區(qū)域和/或在其周圍區(qū)域例如加熱器井的加熱器。
[0038]“加熱器”是在井內(nèi)或者在附近的井孔區(qū)域內(nèi)生成熱的任何系統(tǒng)或熱源。加熱器可以是但不限于電加熱器、燃燒器、與在地層內(nèi)的材料或者從地層中產(chǎn)生的材料反應(yīng)的燃燒器、和/或它們的組合。
[0039]“原位熱處理法”是指用熱源加熱含烴地層以將至少一部分地層的溫度