專利名稱：處理含烴地層的方法
技術領域：
本發明涉及處理含烴地層的方法。
背景技術：
由地下地層得到的烴通常用作能源、原料和消費品。對可獲得的烴資源枯竭的擔 心導致開發了更有效的采收、處理和/或利用可獲得的烴資源的方法。可以按多種方法處理烴地層以產生地層流體。例如，對烴地層應用熱、氣體和/或 液體以移動和/或產生地層流體，這種方法已經用于更有效地從烴地層中采收烴。含重烴 的烴地層(例如焦油砂或油頁巖地層)可以應用熱處理方法加熱，以更有效地從含重烴的 地層采收烴。這種方法包括原位熱處理系統、燃燒斷面和驅動方法。通常應用的烴采收驅 動方法包括循環蒸汽注入、蒸汽輔助重力排油(SAGD)、溶劑注入、蒸氣溶劑和SAGD、以及二 氧化碳注入，但不局限于此。在烴采收驅動方法中已經應用加熱器在烴地層中產生高滲透性區域(或注入區 域)。可以應用加熱器在烴地層中產生移動區域或生產網絡，以使流體在驅動過程中流過地 層。例如，加熱器可以用于在注入井和生產井之間產生用于驅動方法的排油通道；預熱烴 地層以使流體在地層中移動，從而使流體和/或氣體可以被注入到地層中；為烴地層內用 于驅動方法的流體和/或氣體提供熱。通常，相對于驅動方法輸入的熱量，由所述加熱器提 供的熱量很小。已經應用化石燃料的燃燒來加熱地層，例如，在地層中直接注入熱的化石燃料燃 燒氣體；在地層中(例如在燃燒斷面中)燃燒化石燃料；從熱的化石燃料燃燒氣體熱傳遞 給其它傳熱介質如蒸汽；或應用位于烴地層中的加熱器。燃燒化石燃料加熱地層可以在地 層中、井內和/或地面附近實施。燃燒化石燃料將產生二氧化碳(一種不希望的溫室氣體) 作為燃燒副產物。原位加熱烴地層的選定部分已經用于定向加熱部分烴地層。Wellington等人的 US 7，066，257描述了一種原位處理地層的方法，所述方法包括用一個或多個熱源以及一個 或多個蒸汽注入循環來加熱烴地層的選定部分。通過地層中的一個或多個生產井可以由地 層產出可能包含熱解流體的蒸氣混合物。所述熱源可以包括以甲烷、乙烷、氫氣或合成氣為 燃料的自然分布的燃燒器。產自地層的流體可能包含硫化氫。產自地層的硫化氫可以用于 生產例如硫酸、肥料和/或元素硫。希望有一種在不產生大量二氧化碳的情況下有效的、成本有效的處理烴地層以更 有效地從烴地層中采收烴的方法。
發明內容
本發明涉及一種處理烴地層的方法，包括由井孔中的多個位置向至少一部分烴地 層提供蒸汽，其中蒸汽的溫度比所述部分含烴地層更熱；和通過在井孔中燃燒至少一部分 包含燃料和氧化劑的混合物和將燃燒產生的熱傳遞給蒸汽而在井孔中加熱蒸汽，其中所述 燃料包含硫化氫，和其中蒸汽被加熱從而在井孔中第一位置處提供給部分含烴地層的蒸汽 比在井孔中第二位置處提供的蒸汽更熱，和其中沿井孔長度第一位置比第二位置離地層表 面更遠。
另外，對本領域技術人員來說，借助于如下對優選實施方案的詳細描述并參考所 附附圖，本發明的優點將會變得很明顯，其中圖1描述了蒸汽驅動方法的示意圖。圖2描述了處理產自烴地層的地層流體的實施方案的示意圖。圖3描述了位于垂直井孔內的以硫化氫為燃料的無焰分布燃燒器的實施方案的 一部分的剖面圖。圖4描述了具有兩個燃料通道的以硫化氫為燃料的無焰分布燃燒器的實施方案 的一部分的剖面圖。圖5描述了具有三個燃料通道的以硫化氫為燃料的無焰分布燃燒器的實施方案 的一部分的剖面圖。圖6描述了位于垂直井孔中的具有點火源的以硫化氫為燃料的無焰分布燃燒器 的實施方案的一部分的剖面圖。圖7描述了位于水平井孔中的以硫化氫為燃料的燒嘴的實施方案的一部分的剖 面圖。圖8描述了應用以硫化氫為燃料的加熱器從含烴地層中生產烴的實施方案的示 意圖。圖9描述了傳統蒸汽注入方法的熱通量曲線的示意圖。圖IOA和IOB描述了應用以硫化氫為燃料的加熱器加熱蒸汽的實施方案的熱通量 曲線的示意圖。圖11描述了與水平蒸汽注入井組合應用垂直的以硫化氫為燃料的加熱器生產烴 的實施方案的示意圖。雖然本發明容許各種修改和替代形式，但是其具體的實施方案通過圖中的實施例 的方式給出。附圖可能不是按比例的。但應該理解這些圖及其詳細描述并不用于將本發明 限定于所公開的特定形式，相反，本發明將覆蓋在由所附權利要求定義的本發明實質和范 圍內的所有的修改、等價物和替代物。
具體實施例方式本發明涉及向烴地層提供地下熱的方法，其中所述熱通過如下方式產生1)由井 孔中的多個(至少兩個)位置向部分烴地層提供蒸汽；和2、通過燃燒包含硫化氫的燃料 和氧化劑的混合物而在井孔中加熱蒸汽。蒸汽比向部分烴地層提供蒸汽的各位置處的部分烴地層更熱，從而熱從蒸汽傳遞給烴地層以使地層流體移動從而可以被采收。將通過燃燒 包含硫化氫的燃料和氧化劑的混合物產生的熱傳遞給蒸汽以加熱蒸汽，其中蒸汽被加熱從 而在第一位置處提供給烴地層的蒸汽比在第二位置處提供給烴地層的蒸汽更熱，其中沿井 孔第一位置比第二位置離地層表面更遠。這能夠沿井孔整個長度向烴地層提供能量有效的 持續加熱曲線；補償在地層表面注入井孔的蒸汽在穿過井孔長度時冷卻引起的熱損失。另 外，因為燃料物流是硫基的，燃料物流的硫化物組分燃燒時避免了二氧化碳的產生，因此相 對于應用主要包含烴的燃料物流的方法而言，降低了加熱方法的總二氧化碳產量。通過燃燒過程氧化硫化氫產生硫酸的方法可以產生類似于甲烷燃燒的熱值。例 如應用 Stull 等人在"The Chemical Thermodynamics of Organic Compounds，，，Kreiger Publishing Company, Malabar Florida，1987，第 220、229、230、233 和 234 頁中的數據， 可以計算甲烷和硫化氫燃燒的反應熱焓。甲烷燃燒產生副產物二氧化碳，按如下反應式表 示CH4+202 ^ C02+2H20 ( Δ Hrxn = -191. 2kcal/mol 600° K) ·與之相對比，硫化氧氧化(燃燒)形成硫酸具有按如下反應式表示的計算反應熱焓H2S+202 — H2SO4 (AHrxn =-185. 4kcal/mol 600° K) ·在水中混合硫酸由于硫酸在水中的溶解熱而產生更多的熱，由下式表示H2S04+H20 — 50wt% H2SO4 ( Δ Hdil = -14. 2kcal/mol 298° K) ·取決于產生硫酸所應用的水量，硫化氫燃燒和硫酸溶解產生的熱量的總量可以 為-185kCal/mol至-206kcal/mol。因此，按照本發明方法，硫化氫代替甲烷作燃料燃燒為 烴地層提供熱，提供的熱量可與甲烷燃燒相當，但是不產生二氧化碳。另外，在本發明方法 中應用含硫化氫的燃料提供了一種處理來自其它過程(例如酸氣和/或加氫處理流出物物 流)的廢硫化氫的方法，但是不產生元素硫。這里所應用的術語定義如下"API比重”指在15. 50C (60 °F )下的API比重。API比重由ASTM方法D6822或 ASTM方法D1298測定。"ASTM”指美國標準測試和材料(American Standard Testing and Materials)。“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。“烴 層”指在地層中含有烴的層。烴層可以含有非烴材料和烴材料。“上覆地層”和/或“下伏 地層”包含一種或多種不同類型的烴不可滲透材料。在一些情況中，上覆地層和/或下伏地 層可能對烴材料略微可滲透。“地層流體”指在地層中存在的流體，和可以包含高溫裂解流體、合成氣、流動烴和 水(蒸汽)。地層流體可以包括烴流體和非烴流體。術語“流動流體”指含烴地層中因地層 處理而能夠流動的流體。“產生的流體”指從地層中脫除的流體。“加熱器”為在井中或井孔區域附近產生熱的任何系統或熱源。加熱器可以為電加 熱器、燒嘴、與地層中的材料或由地層中產生的材料發生反應的燃燒器和/或它們的組合， 但不局限于此。“無焰分布燃燒器”指基本無焰的加熱器，其中氧化劑物流和燃料物流在等 于或高于混合物的自動點火溫度下在加熱器的至少一部分分布長度上一起混合。“重烴”為粘稠的烴流體。重烴可以包括非常粘稠的烴流體如重油、焦油和/或浙 青。重烴可以包含碳和氫以及較低濃度的含硫、氧和氮的化合物。在重烴中也可能存在附加的元素(例如鎳、鐵、釩或它們的混合物)。重烴可以按API比重分類。重烴的API比重 通常低于約20。例如，重油的API比重通常為約10-20，而焦油的API比重通常低于約10。 重烴的粘度在15°C下通常為至少100厘泊。重烴可以包含芳烴或其它復雜環狀烴。“烴”一般定義為主要由碳和氫原子形成的分子。這里所應用的烴還可以包括金屬 元素和/或其它包含但不局限于鹵素、氮、氧和/或硫的化合物。含有硫的烴化合物被稱為 “有機硫化合物”。烴可以為油母質、浙青、焦浙青、油、天然礦物蠟和浙青質，但不局限于此。 烴可以位于地下的礦物基質內或附近。基質可以包括但不限于沉積巖、砂巖、沉積石英巖、 碳酸鹽、硅藻土和其它多孔介質。“烴流體”指包含烴的流體。烴流體可以包含、夾帶非烴流 體或被夾帶于非烴流體中，如氫、氮、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、硫氧化物、羰基硫、氮氧 化物、水、氨或它們的混合物。“氧化劑”指適于支持燃燒的化合物。氧化劑的例子包括空氣、氧、和/或富氧空 氣。“富氧空氣”指空氣中氧的摩爾分率大于常壓下空氣中氧的摩爾分率。空氣通常被富集 以增加空氣支持燃燒的能力。“SAGD”指蒸汽輔助的重力排油。“焦油”是一種在15°C下粘度通常大于約10，000厘泊的粘稠烴。焦油的比重通常 大于1. 000。焦油的API比重可能小于10。“焦油砂地層”指其中烴主要以夾帶在礦物顆粒結構或其它宿主巖石(如砂或碳 酸鹽)中的重烴和/或焦油形式存在的地層。焦油砂地層的例子包括阿薩巴斯卡地層、 Grosmont地層和皮斯河地層，以上三者均在加拿大的阿爾伯達省；和委內瑞拉奧里諾科河 帶中的i^aja地層。“水”指水的液相和氣相。例如水、水蒸汽和過熱蒸汽。在本發明的方法中，通過一個或多個井孔向烴地層提供蒸汽。由井孔中的多個位 置向至少一部分含烴地層提供蒸汽，其中所述多個位置包括至少兩個位置。在本發明方法 的一個實施方案中，蒸汽可以在第一位置處提供給第一部分烴地層，和可以在第二位置處 提供給第二部分烴地層。提供給烴地層的蒸汽的溫度比向其中提供蒸汽的部分烴地層的溫 度更高。在本發明的方法中，通過在井孔中燃燒至少一部分包含硫化氫的燃料和氧化劑的 混合物和將燃燒產生的熱傳遞給蒸汽而在井孔中加熱蒸汽。蒸汽被加熱從而在井孔中第一 位置處提供給部分含烴地層的蒸汽比在井孔中第二位置處提供給部分烴地層的蒸汽更熱， 其中沿井孔長度第一位置離地層表面與井孔的交叉處比第二位置更遠。在沿井孔離烴地層 表面更遠的位置處加熱烴地層所使用的蒸汽與沿井孔長度離烴地層表面更近的位置處加 熱烴地層所用的蒸汽同樣熱或更熱，這使得1)沿井孔整個長度由蒸汽向烴地層基本均勻 供熱；或幻沿井孔長度在離烴地層表面較遠位置處蒸汽向烴地層提供的熱比沿井孔長度 離烴地層表面較近位置處更多，從而允許將更多的熱選擇性地提供給沿井孔離地層表面較 遠的部分烴地層。在本發明中，包含硫化氫的燃料物流和氧化劑的混合物在位于井孔中的一個或多 個加熱器中燃燒，其中在所述井孔中將蒸汽提供給烴地層。在井孔中的多個(至少兩個) 位置處將燃燒產生的熱傳遞給蒸汽，從而加熱的蒸汽可以向部分烴地層傳遞熱。燃料物流 燃燒產生包含一種或多種硫氧化物的燃燒副產物物流。燃燒副產物物流可以在烴地層中與水接觸，以釋放溶解熱進入烴地層，從而進一步加熱烴地層。與燃燒副產物物流接觸的水可 以為烴地層中的水、燃料物流與氧化劑燃燒產生的水或通過向烴地層提供蒸汽而由一個或 多個井孔提供給至少一部分烴地層的水。在本發明方法的一個實施方案中，可以結合驅動方法應用本方法處理烴地層。所 述驅動方法包括蒸汽注入方法如循環蒸汽注入、SAGD、溶劑注入、蒸氣溶劑和SAGD方法、或 二氧化碳注入，但不局限于此。本發明的方法可用于預熱用于驅動方法的烴地層，或者用于 在驅動方法期間或之后提供熱。圖1描述了其中可以應用本發明方法的蒸汽驅動方法的示意圖。蒸汽100進入注 入井102。蒸汽100可以在100-500°C、優選150-300°C的溫度和l_15MPa的壓力下注入。 注入井102可以包括開口 104，以允許蒸汽100流入和/或壓入烴層106。蒸汽100為烴層 106中的地層流體提供熱。加熱地層流體可以移動地層流體，從而促進地層流體向位于注入 井102下方的生產井108排放。地層流體110產自生產井108，和被輸送至一個或多個處理 設施。加熱器可以位于注入井102內，按照本發明的方法，可以在注入井中利用氧化劑 燃燒包含硫化氫的燃料物流，為烴地層進一步提供熱從而進一步移動地層流體110。包含硫 氧化物的燃燒副產物可以在烴地層中與來自注入井的蒸汽混合，通過釋放硫氧化物與蒸汽 接觸時所形成的溶解熱進入烴地層中來為烴地層進一步提供熱。在本發明的方法中，提供給加熱器的包含硫化氫的燃料物流可以產自含烴地層。 圖2描述了處理產自烴地層的地層流體的示意圖。所產生的地層流體110進入流體分離單 元112，和被分離為液體物流114、氣體物流116和含水物流118。所產生的地層流體110可 以得自主要為氣體貯層的烴地層，或者得自主要為液體烴貯層的烴地層。液體物流114可 以被輸送至其它處理單元和/或貯存單元。氣體物流116可以包含烴、羰基硫、硫化氫、硫 氧化物、有機硫化合物、氫氣、二氧化碳或它們的混合物，但不局限于此。氣體物流116可以 進入氣體分離單元120，以從氣體物流116中分離出至少一部分氣體烴物流122、至少一部 分硫化氫物流124、至少一部分二氧化碳物流126、至少一部分二氧化硫物流1 和至少一 部分氫氣物流130。一個或多個來自不同來源的含硫化氫的物流(包括來自烴地層的氣體物流116) 可以組合并被送至氣體分離單元，以產生在本發明方法中應用的包含硫化氫的燃料物流。 例如，來自氣體貯層、液體烴貯層和/或地面設施的物流可以組合作為氣體分離單元的進 料物流，從該物流中可以分離出富含硫化氫的氣體。所得的硫化氫物流IM可以貯存，和/ 或與產自其它氣體分離單元和/或其它處理設施的一個或多個硫化氫物流組合，以形成在 本發明方法中應用的包含硫化氫的燃料物流。用于形成在本發明方法中應用的包含硫化氫的燃料物流的氣體分離單元120可 以包括物理處理系統和/或化學處理系統。物理處理系統包括膜單元、變壓吸附單元、液 體吸收單元和/或低溫單元，但不局限于此。化學處理系統可以包括在處理工藝中應用 胺(如二乙醇胺或二異丙醇胺)、氧化鋅、環丁砜、水或它們的混合物的單元。在一些實施 方案中，氣體分離單元120應用Sulfinol氣體處理工藝脫除硫化合物。二氧化碳可以應 用 Catacarb (Catacarb, Overland Park, Kansas, U.S.A.)禾口 / 或 Benfield(UOP, DesPlaines, Illinois, U.S.A.)氣體處理工藝進行脫除。氣體分離單元可以為精餾吸附和高壓蒸餾單元。在本發明方法中應用的包含硫化氫的燃料物流可以包含l-lOOvol^d-gOvol1^、 10-80vol %、或20-70vol %、或30-60vol %、或40-50vol %的硫化氫，或者可以包含至 少IOvol %、或至少20vol%、或至少30vol%、或至少40vol%、或至少50vol%、或至少 60VOl%、或至少70VOl%的硫化氫。物流中的硫化氫含量可以應用ASTM方法DM20測量。 包含硫化氫的燃料物流可以包含烴(例如甲烷和乙烷)、氫氣、二氧化碳或它們的混合物。 在一些實施方案中，燃料可以包含有機硫化合物。有機硫化合物的實例包括但不限于甲基 硫醇、噻吩、噻吩化合物、二硫化碳、羰基硫或它們的混合物。應用包含硫化氫和/或有機硫 化合物的燃料可以允許針對燃料中每摩爾原子硫節省0. 3-1摩爾甲烷。在本發明方法的一 個實施方案中，由烴地層產生的地層流體包括硫化氫物流124以及氣體物流116、氫氣物流 130和/或氣體烴物流122，它們可以用作包含硫化氫的燃料物流。可以干燥包含硫化氫的燃料物流以脫除水分，從而提高燃料物流的可燃性。例如， 通過使硫化氫物流與乙二醇接觸而脫除水可以使包含硫化氫的燃料物流干燥。在本發明的方法中，包含硫化氫的燃料物流利用其發生燃燒的氧化劑是含氧氣體 或液體。氧化劑優選選自壓縮空氣、富氧空氣或氧氣。在本發明的方法中，可以通過傳統空 氣壓縮方法壓縮空氣而提供壓縮空氣作為氧化劑，例如，使空氣流過透平壓縮機可以壓縮 空氣。富氧空氣可以含有比空氣多0. 5-15Vol%的氧氣，可以通過壓縮空氣并使壓縮后的空 氣流過能降低空氣中氮含量的膜而產生。通常傳統的空氣分離技術可以提供氧氣作為氧化 劑。在一些實施方案中，在燃燒的過程中控制硫化氫與氧化劑的比。通過選擇相對于 待燃燒的混合物中所存在的氧化劑量的硫化氫量(以硫原子與氧原子的比為基準，或者按 化學計量基準)，并調節硫化氫量為選定量，可以控制燃燒中硫化氫的量和所產生的燃燒副 產物(例如二氧化硫和/或三氧化硫)的組成。可以控制包含硫化氫的燃料物流的量，和 /或可以控制氧化劑物流的量，從而產生用于燃燒的選定比的硫化氫與氧化劑，進而產生優 選的燃燒副產物物流組成。可以以一定的方式控制在本發明方法中混合用于燃燒的包含硫化氫的燃料物流 量和氧化劑物流量，使得混合物燃燒產生的燃燒副產物物流中主要為三氧化硫。為了產生 富含三氧化硫的燃燒副產物物流，可以控制燃燒混合物中硫化氫與氧化劑的比，從而相對 于燃料物流的硫化氫含量而言，過量的氧化劑與包含硫化氫的燃料物流一起燃燒。燃燒貧 硫化氫的混合物產生多于二氧化硫的三氧化硫作為燃燒副產物。三氧化硫可以在烴地層中 與水反應形成硫酸。三氧化硫可以很容易轉化為硫酸，因此可以產生溶解熱，且與所燃燒的 硫化氫量相對于氧化劑的量為化學計量量或不足量時相比更迅速地傳遞給烴地層。替代地，可以以一定的方式控制在本發明方法中在燃燒混合物中提供的包含硫化 氫的燃料物流量和氧化劑量，使得燃燒產生的燃燒副產物物流中主要為二氧化硫。為了產 生富二氧化硫的燃燒副產物物流，可以控制硫化氫與氧化劑的比，從而相對于燃料物流的 硫化氫含量使不足量的氧化劑存在于燃燒混合物中。相對于氧化劑應用過量的硫化氫將產 生富含二氧化硫且還含有硫化氫的燃燒副產物物流，和允許硫化氫和/或二氧化硫被引入 含烴地層的層內。一部分硫化氫和/或二氧化硫可以與至少一部分地層流體接觸并溶劑化 和/或溶解地層流體中的部分重烴。溶劑化和/或溶解至少部分重烴可以促進重烴向生產井中移動。另外，向地層流體中引入至少部分包含二氧化硫的燃燒副產物物流可以增加地 層中施加給烴流體的剪切速率，并降低地層內非牛頓烴流體的粘度。因此向地層中引入富 含二氧化硫的燃燒副產物物流可以增加一部分開采用地層，并可以增加地層能量輸出(產 自地層的產品的能量含量)與地層能量輸入(處理地層的能量消耗)之間的比。在另一個替代方案中，可以控制在本發明方法中在燃燒混合物中提供的包含硫化 氫的燃料物流量和氧化劑量，以提供化學計量等價量的硫化氫和氧化劑。燃燒化學計量量 的硫化氫和氧可以按如下反應主要產生二氧化硫和水作為燃燒副產物H2S+1. 502 -> S02+H20 ( Δ Hrxn = -124kcal/mol 600° K) ·除了燃燒硫化氫得到的熱值外，向烴地層引入加熱后的二氧化硫/水燃燒副產物 物流可以促進從地層中采收烴。來自二氧化硫的熱可以將熱傳遞給地層中的流體，和加熱 后的流體可以流向生產井。另外，正如上文所討論的，燃燒副產物物流中的二氧化硫可以降 低烴地層中烴地層流體的粘度，和因而增加了可從地層中采收的烴量。二氧化硫的溶解熱 雖然少于硫酸的溶解熱，但也可以傳遞給烴地層中的地層流體，從而使地層流體移動。包含硫化氫的燃料物流與氧化劑物流的混合物的燃燒可以在位于一個或多個井 孔中每一個內的一個或多個加熱器中實施，其中通過所述井孔向烴地層提供蒸汽。加熱器 可以為無焰分布燃燒器、燒嘴或這兩者的組合。在一個優選的實施方案中，每一個加熱器均為無焰分布燃燒器，在其中包含硫化 氫的燃料物流與氧化劑物流的混合物無焰燃燒。在無焰分布燃燒器中，在加熱器中以一定 速度提供氧化劑物流，充分提高所述速度以防止氧化劑和燃料物流的混合物在加熱器中燃 燒時形成固定的擴散火焰，從而確保沿無焰分布燃燒器的長度有控制地釋放熱。在操作無焰分布燃燒器的加熱器以燃燒包含硫化氫的燃料物流和氧化劑物流時， 將燃料物流與氧化劑混合，其中將所述燃料物流和氧化劑的混合物加熱至等于或高于混合 物的自動點火溫度，通常為250-800°C，或300-750°C，或400_700°C (其中純硫化氫燃料物 流的自動點火溫度為260°C )。在加熱器中混合氧化劑物流和包含硫化氫的燃料物流之前， 氧化劑物流、燃料物流或者這兩者可以被預熱至足以使混合物在混合時達到等于或高于混 合物自動點火溫度的溫度。氧化劑物流和/或包含硫化氫的燃料物流可以通過與熱源如蒸 汽或過熱蒸汽換熱來預熱。作為替代，可以將包含硫化氫的燃料物流和氧化劑物流混合，并 用點火設備(如火花塞或熱線點火塞)點火，所述點火設備促進混合物的溫度提升至等于 或高于混合物的自動點火溫度。加熱器也可以是產生火焰的燒嘴。在操作燒嘴時，向燒嘴提供用于燃燒的包含硫 化氫的燃料物流和氧化劑物流。燃料物流和氧化劑物流可以在燒嘴中混合，或者在提供給 燒嘴之前混合。通過將燃料物流和氧化劑物流的混合物的溫度提升至等于或高于混合物的 自動點火溫度(例如通過用點火設備如火花塞或熱線點火塞將混合物點火)而使混合物燃 燒。以一定的速度為燒嘴提供氧化劑物流和包含硫化氫的燃料物流，從而燒嘴可以產生穩 定的火焰。燒嘴可以包括在燒嘴火焰附近的火焰穩定罩，以在點火后幫助穩定火焰。如上所述，在本發明的方法中，通過一個或多個井孔向至少一部分含烴地層提供 蒸汽，其中在所述井孔中包含硫化氫的燃料物流和氧化劑物流發生燃燒。提供給一個或多 個井孔的蒸汽可以為蒸汽或過熱蒸汽形式。提供給井孔的至少一部分蒸汽可以在地下被包含硫化氫的燃料物流與氧化劑物流燃燒產生的熱所加熱。包含硫化氫的燃料物流與氧化劑物流燃燒所產生的熱可以在井孔 中一個或多個位置處與井孔中的一個或多個部分的蒸汽熱交換。一個或多個加熱部分的蒸 汽可以在井孔中一個或多個位置處與一個或多個部分的烴地層熱交換，從而熱可以在一個 或多個位置處從加熱部分的蒸汽傳遞給烴地層，為烴地層中的至少一部分地層流體移動提 供驅動力。加熱部分的蒸汽可以沿井孔長度與烴地層熱交換，和加熱部分的蒸汽可以沿井 孔長度在一個或多個位置處和/或在井孔的終端處注入烴地層。包含硫化氫的燃料物流與氧化劑物流的燃燒可以在注入井的井孔中地下進行，從 而為地下加熱蒸汽供熱。通過在注入井井孔的地下部分內燃燒包含硫化氫的燃料物流和氧 化劑物流的混合物和將燃燒產生的熱傳遞給井孔中的蒸汽可以在地下加熱蒸汽。由于在地 下產生較高的蒸汽溫度，地下燃燒產生的熱可以強化至烴地層的熱傳遞，從而與常規蒸汽 驅動方法相比，可以擴大熱傳遞區域或“影響區域”(ROI)。例如，應用硫化氫的地下加熱可 以產生溫度為約500-2000°C的燃燒產物物流，從而加熱蒸汽，而蒸汽加熱部分烴層。與之相 對比，常規的蒸汽注入方法可以產生溫度為約^KTC的蒸汽來加熱烴層，其中隨著離蒸汽注 入點的距離增大，蒸汽的溫度沿井孔長度降低。提供給注入井的地下加熱蒸汽可以抑制沿注入井長度的水冷凝。在注入井中抑制 水冷凝可以強化加熱，和允許更加均勻地加熱烴層。地下加熱蒸汽可以減少需要注入以加 熱烴層的蒸汽量，例如，通過減少蒸汽過早冷凝的量來實現。在一些實施方案中，由于更有 效地利用了蒸汽，減少了水再循環設施。地下加熱蒸汽可以減少或取消在井位置處作為能 源而需要的烴氣體，從而使更多的烴氣體銷售用于商業能源和/或居民能源。在燃燒產生的熱傳遞給蒸汽的下游，加熱部分的蒸汽可以用于維持包含硫化氫的 燃料物流與氧化劑物流的混合物在井孔中的燃燒。通過將燃燒產生的熱傳遞給蒸汽而將蒸 汽加熱至等于或高于燃料物流和氧化劑物流的混合物的自動點火溫度。在燃燒產生的熱傳 遞給蒸汽的下游，可以引導加熱的蒸汽流入井孔中(井口的下游)，和可以將熱從加熱的蒸 汽傳遞給包含硫化氫的燃料物流和氧化劑物流的混合物，其中由加熱的蒸汽傳遞給燃料物 流和氧化劑物流的下游混合物的熱足以將混合物加熱至等于或高于混合物的自動點火溫 度，從而使混合物燃燒為井孔中的蒸汽提供進一步的熱。井孔中的蒸汽或流出井孔進入烴地層的蒸汽可以通過與至少一部分燃燒副產物 物流接觸而被加熱。燃燒副產物物流可以將燃燒產生的熱直接傳遞給至少一部分蒸汽，和 燃燒副產物物流在與蒸汽或水混合時可以產生溶解熱，特別是當燃燒副產物物流含有大量 的三氧化硫時，因為三氧化硫在與蒸汽/水混合時可以轉化為硫酸。燃燒副產物物流加熱 的蒸汽/水可以將熱傳遞給一部分烴地層，為至少一部分地層流體的移動提供驅動力。來自地面設施的燃燒副產物可以被引入提供給井孔的蒸汽中。加熱器的熱可以為 來自地面設施的燃燒副產物提供熱，從而有利于驅動所述燃燒副產物進入烴地層。提供給 井孔的蒸汽可以用來自地面設施的燃燒副產物初始加熱。提供給一個或多個井孔的蒸汽也 可以包含二氧化碳、二氧化硫、來自地面設施的燃燒副產物或它們的混合物。具體地，通過 在井孔中注入二氧化碳可以在烴地層中隔離二氧化碳，在井孔中包含硫化氫的燃料物流與 氧化劑物流的燃燒產生的熱為注入的二氧化碳提供熱，從而有利于驅動二氧化碳進入烴地 層。通過反應熱、溶劑化熱、傳導熱或對流熱可以將熱傳遞至引入地層中的流體、至地層流體和/或至一部分含烴地層。引入到地層中的流體和/或燃燒副產物可以將熱傳遞給 至少一部分含烴地層和/或地層流體。當不可冷凝的不混溶氣體如氮氣與地層流體和/或含烴地層接觸時可能發生對 流熱傳遞。當氧化劑物流由壓縮空氣或富氧空氣形成時，燃燒副產物物流可能包含氮氣。 當過熱的混溶性溶劑蒸汽(如硫化氫、二氧化碳和/或二氧化硫蒸氣)與地層流體和/或 含烴地層接觸時，也可能發生對流熱傳遞。當過熱的不混溶性溶劑蒸汽如水與地層流體和 /或含烴地層接觸時，也可能發生對流熱傳遞。當熱的液體蒸汽凝液與地層流體和/或含烴地層接觸時，可能發生傳導熱傳遞。 當熱的液體混溶性溶劑(如硫化氫、二氧化碳和/或二氧化硫)與地層流體和/或含烴地 層接觸時，可能發生傳導熱傳遞。當一種化合物與另一種化合物反應時，可能發生反應熱的熱傳遞。例如，硫氧化物 在含烴地層中和/或井孔外部與液體水形成溶液，產生反應熱。當氧與烴或硫化合物反應 形成碳氧化物或硫氧化物時，也會產生反應熱。當至少一種組分在溶劑中溶解時，可以產生溶解熱。例如，當硫酸在水中溶解時會 產生熱。可以在井孔的第一部分如第一通道中提供蒸汽，而包含硫化氫的燃料物流與氧化 劑物流的混合物的燃燒可以在井孔的第二部分如位于第二通道中的加熱器中實施。井孔 的第二部分可以與井孔的第一部分熱交換，從而燃料物流與氧化劑物流燃燒產生的熱可以 從井孔的第二部分傳遞給井孔的第一部分中流動的水/蒸汽。井孔的第一部分可以與一部 分烴地層熱交換，從而來自加熱的水/蒸汽的熱可以從熱的水/蒸汽傳遞給與井孔的第一 部分熱交換的部分烴地層。井孔的第一部分可以沿井孔長度與烴地層熱交換。井孔的第一 部分也可以與烴地層中位于井孔終端的烴地層熱交換，在此處可以將水/蒸汽注入烴地層 中。在一些實施方案中，加熱器位于井孔的內部部分。井孔的外部部分可以允許加入 包含水(如驅動流體或溶劑)的物流，和/或在所述物流引入到含烴地層時加熱所述物流。 加熱器可以位于與外部通道耦合的內部通道內。兩個通道均可以放置于井孔中。所述通道 可以并排設置。應該理解的是可以按設想和希望應用任何數量和/或預想構造的管道。可以將燃料提供給一個或多個燃料管道，其中至少一個管道提供一部分包含硫化 氫的燃料，和至少一個管道提供其它燃料。可以將燃料提供給至少一個加熱器中的一個或 多個燃料管道，從而至少一部分燃料被引入到至少一個加熱器的上游部分，和至少一部分 燃料物流被引入到至少一個加熱器的下游部分。可以將燃料提供給至少一個加熱器中的一 個或多個燃料管道，其中至少一個管道是可以調節的，從而至少一部分燃料被輸送至加熱 器的第一部分，和然后輸送至第一部分下游的加熱器的第二部分。流體(如含水物流)流過井孔的外部部分和進入含烴地層可以移動或驅動地層流 體到達生產井。流體可以與地層流體接觸并與部分地層流體混合、溶劑化部分地層流體和/ 或溶解一部分烴。流體與地層流體的接觸可以降低地層流體的粘度，并促進地層流體向一 個或多個生產井移動。在井孔內部部分的加熱器中產生的熱可以加熱流過井孔外部部分的至少一部分 流體。通過使加熱器產生的燃燒副產物與流過井孔外部部分的流體接觸或反應也可以產生熱。燃燒副產物可以移動或驅動外部管道中的流體進入含烴地層。在一些實施方案中，燃 燒產生包含二氧化硫的燃燒副產物。含烴地層中的至少一部分地層流體可以與所產生的二 氧化硫混合以形成混合物。在一些實施方案中，向流過外部部分的至少一部分流體傳遞熱可以維持沿加熱器 長度的加熱器部分的氧化和熱。維持沿加熱器部分的熱可以在所有操作條件下增強加熱器 在氧化溫度下的穩定性。圖3至圖7為用于地下加熱的以硫化氫為燃料的加熱器130的實施方案。圖3至 圖6描述了以硫化氫為燃料的無焰分布燃燒器的剖面圖。圖7描述了以硫化氫為燃料的燒 嘴的剖面圖。圖3描述了位于垂直井孔102中的以硫化氫為燃料的無焰分布燃燒器150的部分 剖面圖。包含硫化氫的燃料物流152 (例如圖2所示的氣體物流116和/或硫化氫物流124， 任選包括二氧化硫物流128、氫氣物流130和/或氣體烴物流12 進入中心燃料管154。氧 化劑物流156(例如空氣、富氧空氣、氧氣或它們的混合物)進入燃燒管道158。在一些實施 方案中，水162的熱加熱燃料物流152、氧化劑物流156和/或燃料/氧化劑的混合物至等 于或高于引起燃料物流混合物燃燒所必須的自動點火溫度。在一些實施方案中，在進入燃 料管道和/或燃燒管道之前，將燃料物流152和/或氧化劑物流156加熱至等于或高于混 合物的自動點火溫度。氧化劑物流156與燃料物流152混合，和燃料/氧化劑混合物在等 于或高于混合物的自動點火溫度下反應(燃燒)。中心燃料管IM位于燃燒管道158的內部，和可以延伸無焰分布燃燒器150的長 度。中心燃料管IM包括沿中心燃料管長度的開孔160。開孔160可以為臨界流開孔。開 孔160允許加熱后的燃料與加熱后的氧化劑混合，從而使混合物反應(無焰燃燒)以產生 熱。在一些實施方案中，確定開孔160的形狀以使燃料與氧化劑的動量比范圍為10-100、 30-80或50-70，其中動量等于燃料或氧化劑的密度乘以燃料或氧化劑的速度的平方。在一 些實施方案中，通過開孔160的燃料與氧化劑的壓力比范圍為1. 5-2。燃燒管道158的下游部分的燃燒可以將熱傳遞給外部管道164中的水162。在一 些實施方案中，將水加熱以形成蒸汽和/或過熱蒸汽。外部管道164可以為注入井102的 內壁與燃燒管道158的外壁之間形成的空間。外部管道164可以包括允許水和/或熱進入 與注入井相鄰的烴層的開孔104。在一些實施方案中，外部管道164是包圍燃燒管道158的 管道，并與無焰分布燃燒器150相耦合或為無焰分布燃燒器150的整合部分。耦合外部管 道164與無焰分布燃燒器150可以有利于將無焰分布燃燒器插入現存的注入井中。在一些實施方案中，在燃燒管道158中燃料燃燒產生燃燒副產物物流。燃燒副產 物物流可以加熱水162。燃燒副產物物流可以從開孔104流出，和驅動、加熱含烴地層中的 地層流體和/或降低其粘度。在一部分地層中在距井102 —定距離處水與燃燒副產物物流 接觸可以產生熱，和加熱至少一部分地層，以使流體移動。在一些實施方案中，中心燃料管154的一個或多個部分是可以調節的。調節中心 燃料管巧4的能力允許為燃燒管道158的選定部分提供燃料。例如，在無焰分布燃燒器的上 游部分處放置中心燃料管巧4可能促進在所需時刻在井上游部分的燃燒過程。一旦燃燒發 生，燃料管道可以沿注入井的長度向前行進(或者可以沿注入井的長度打開選定的閥門)， 從而為井中放置的其它燃燒器提供燃料。在一些實施方案中，可以調節開孔160，以使燃料流入燃燒管道158。例如，開孔160可以與按需要打開或關閉所述開孔的計算機系統相連。圖4描述了具有內部燃料管道166和外部燃料管道168的中心燃料管154。內部 燃料管道166可以與外部燃料管道168耦合和/或可拆除地耦合。內部燃料管道166可以 貼合外部燃料管道168的內側，從而在兩個管道間形成一個空間。在一些實施方案中，兩個 管道是同軸的。在一些實施方案中，所述管道是分開且平行的。硫化氫物流IM進入內部燃料管道166，并通過開孔170流入外部燃料管道168。 在一些實施方案中，硫化氫通過內部燃料管道166的下游部分的開孔(例如燃料管道的終 端是打開的)輸送至外部燃料管道168。燃料物流152進入外部燃料管道168。在一些實 施方案中，一部分內部燃料管道166相對于外部燃料管道168可調節，從而允許為維修目的 拆除任何一個管道和/或將硫化氫和/或燃料選定地輸送給無焰分布燃燒器的選定部分。 硫化氫作為單獨物流輸送可以允許控制提供給燃燒管道158的燃料物流中的硫化氫量。在 一些實施方案中，外部管道168為硫化氫管道，和燃料通過內部管道166輸送給地層。圖5描述了具有一個以上燃料管道的無焰分布燃燒器150。如圖所示，燃料管相 互分開且平行。在一些實施方案中，所述管道是同軸的。燃料管道154、154' ,154"包括 沿燃料管道以不同間隔設置的開孔160、160' ,160"。設置開孔160、160'、160〃可以使 燃料在選定時間段輸送至無焰分布燃燒器150的選定部分。例如，燃料物流152可以通過 開孔160輸送至燃燒管道158的上游部分。在燃燒管道158的上游部分燃料152的燃燒可 以為外部管道164的上游部分的蒸汽162提供熱。燃料物流152'通過開孔160'進入燃 燒管道158的中部，與氧化劑混合，和然后反應而為外部管道164中部的蒸汽提供熱。燃料 物流152"通過燃料管道154"中的開孔160"輸送，和隨后在燃燒管道158的下游部分燃 燒，從而為外部管道164下游部分的蒸汽提供熱。在一些實施方案中，燃料物流152、152'、 152"含有不同量的硫化氫。在一些實施方案中，燃料物流152、152' ,152"含有相同量的 硫化氫。應該理解的是可以改變燃料管道的數量和/或開孔在燃料管道中的位置。在一些 實施方案中，調節開孔160、160'和160"(打開和/或關閉)，以控制流入燃燒管道158的 燃料和/或硫化氫的流量。圖6描述了具有點火設備172的無焰分布燃燒器150的剖面圖。點火設備172可 以在燃燒管道158中提升燃料/氧化劑混合物的溫度至燃燒溫度。例如，一旦在點火設備 172附近將燃料/氧化劑混合物點火，火焰的熱則將燃料/氧化劑混合物加熱至燃料/氧化 劑混合物的自動點火溫度，從而有利于燃料與氧化劑反應以產生無焰燃燒和熱。圖7描述了以硫化氫為燃料的燒嘴174的剖面圖。燒嘴174可以包含燃料管道 176、燃燒管道158和外部管道164。點火設備172可以位于燃燒管道158的底部。燃料物 流152 (例如圖2中的氣體物流116、硫化氫物流124、二氧化硫物流128、氫氣物流130和/ 或氣體烴物流122，(甲烷、天然氣、酸性氣或它們的混合物))進入中心燃料管176。氧化 劑物流156(例如空氣、富氧空氣或它們的混合物)進入燃燒管道158。在一些實施方案中， 燒嘴174可以包括一個以上的燃料管道。例如，一個管道用于硫化氫和一個管道用于化石 燃料。在一些實施方案中，燃料管道176為燃燒管道158而燃燒管道為燃料管道176。在一些實施方案中，在進入燃料管道和/或燃燒管道之前，燃料物流152和/或 氧化劑物流156被加熱。在一些實施方案中，水162加熱燃料物流152和/或氧化劑物流 156。燃料物流152和氧化劑物流156在燃燒管道158中混合。點火設備172提供火花使1燃料/氧化劑混合物燃燒以產生火焰。在一些實施方案中，燒嘴包括一個或多個噴嘴178。通過使至少一部分燃料和至少 一部分氧化劑流過噴嘴178可以使燃料與氧化劑混合。噴嘴178可以強化燃燒管道158和 /或外部管道164中的混合。噴嘴178的幾何構造(例如收縮-擴散區的尺寸、長度、直徑 和/或擴張角)可以依據著火速率、燃料物流組成和/或氧化劑物流組成進行調節。噴嘴 擴張角可以沿流動方向為1-10度、2-9度或3-8度。在一些實施方案中，可以確定噴嘴178 的形狀以允許形成同心流動或反向同心流動(混合物渦流)。噴嘴渦流角可以為10-40度、 15-35度或20-30度。在一些實施方案中，噴嘴渦流角為30度。在一些實施方案中，燒嘴 174不包括噴嘴178。在一些實施方案中，燃料管道176的下游部分可以成錐形。錐形角可以為5-30度、 10-25 度或 15-20 度。燃料/氧化劑混合物在燒嘴174的燃燒管道158中燃燒可以將熱傳遞給外部管道 164中的水162。在一些實施方案中，加熱水以形成蒸汽和/或過熱蒸汽。外部管道164可 以為注入井102內壁和燃燒管道158外壁之間形成的空間。外部管道164可以包括允許水 和/或熱進入與注入井相鄰的烴層的開孔104。在一些實施方案中，外部管道164為包圍燃 燒管道158的管道，并與燒嘴174耦合或為燒嘴174的整合部分。耦合外部管道164與燒 嘴174可以有利于將燒嘴插入現存的注入井中。在一些實施方案中，外部管道為燃料管道 而水通過內部管道輸送。在一些實施方案中，燃料/氧化劑混合物在燒嘴174的燃燒管道158中燃燒產生 燃燒副產物物流。燃燒副產物物流可以加熱水162。燃燒副產物物流可以從開孔104流出， 和驅動、加熱含烴地層中的地層流體和/或降低其粘度。在一部分地層中在距井102 —定 距離處水與燃燒副產物物流接觸可以產生熱，和加熱至少一部分地層，以使流體移動。加熱器130(例如圖3-7中描述的無焰分布燃燒器和燒嘴)可以由適合井下燃燒 過程的材料制造。在一些實施方案中，在燃料和/或硫化氫物流中存在的水與硫化氫相互 作用以在管道壁的金屬表面上形成硫化物層。硫化物層的形成可以抑制碳酸和/或其它酸 對管道壁金屬表面的進一步腐蝕。硫化物層的形成可以允許外部管道164、中心燃料管IM 和燃燒管道158由碳鋼或其它合金制造。例如，可以應用合金230、合金800H、合金370H或 Hastelloy C276來制造加熱器130的多個部分。在一些實施方案中，內部燃料管道166 (如 圖4所示)由耐受高溫和/或高濃度硫化氫的材料制造。在一些實施方案中，將含少量硫化氫或相對于氧化劑量低于化學計量量的硫化氫 的烴燃料的開車混合物引入到加熱器130 (例如無焰分布燃燒器150和/或燒嘴174)的燃 料管道154中。在一些實施方案中，開車燃料物流包含至多lVol%、至多0. 5V01%、至多 0. Olvol%的硫化氫。在一些實施方案中，開車燃料包含氫氣和/或含氧醚如二甲醚以降低 點火溫度。一旦已經引發了燃燒，則可以增加燃料物流152中的硫化氫濃度。在一些實施方案中，對于開車和/或維持燃燒來說，相對于氧化劑含較低量硫化 氫的混合物不是必要的。例如，燃料物流可以含有0. I-IOOvol %>3-90vol %、10-80vol % 或20-50Vol%的硫化氫。在一些實施方案中，燃料的硫含量為每克燃料至少0. 01克、至少 0. 1克、至少0. 5克或至少0. 9克原子硫，按ASTM方法D4294測量。圖8描述了從含烴地層(如焦油砂地層)生產烴的實施方案的示意圖。烴層106包括含有重烴的一個或多個部分。烴層106可以位于上覆地層180下方。應用多種方法從 烴層106生產烴。應用蒸汽注入方法和/或其它驅動方法(如二氧化碳驅動方法)可以由烴層106 的第一部分生產烴。蒸汽注入方法可以包括蒸汽驅動、循環蒸汽注入、SAGD或其它將蒸汽 注入地層的方法。在蒸汽注入方法之前可以應用加熱器處理一部分烴層106。可以應用加 熱器提高部分烴層106的溫度和/或滲透性。通過加熱烴部分可以由生產井108生產一 些烴。作為替代，在蒸汽注入前可以不加熱烴層106。生產井108可以位于100、200、500、 1000、1500、2500、5000、10000或10500米的深度處。注入井、加熱器井和生產井的分布和數 量可以為足以由含烴地層生產地層流體的任何數量或幾何形狀。注入井102可以包括加熱器130或一系列加熱器。當已從烴層106生產出一些烴 后，可以將加熱器130插入注入井102中。注入井102可以位于地下100、200、500、1000、 1500、2500、5000或10000米的深度處。在地層的較淺深度加熱或注入驅動流體可以采收通 過常規蒸汽驅動方法和/或應用加熱器的加熱方法不容易采收的烴。在較淺深度在含烴地 層中加熱或注入驅動流體還可以采收通過常規烴采收方法不容易采收的烴。注入井102可以由現有技術中已知的耐受硫氧化物的材料制造。例如，注入井102 可以由Haste 1 Ioy C276、合金230、合金800H、合金370H、鎳/銅/鐵合金或鈷-鉻合金制造。水162 (如蒸汽和/或熱水)可以被注入注入井102。水可以在溫度為至少200°C、 至少225°C、至少250°C或至少260°C和壓力為約l_15MPa下注入。燃料物流152和氧化劑 物流156進入加熱器130。在加熱器130中燃料/氧化劑混合物的燃燒可以加熱水162和 /或加熱部分含烴層106。來自水162的熱足以使燃料/氧化劑混合物自動點火。在燃燒管道158中在燃料/氧化劑混合物的燃燒過程中產生的熱將熱傳遞給水 162。加熱后的水162可以通過開孔104流入烴層106。蒸汽加熱和/或注入、燃燒氣體和 /或硫化氫可以使烴層106中的地層流體向生產井移動。在地層中加熱水162的能力可以 允許烴層106的加熱擴展和/或更均勻。來自燃燒和/或加熱水162的熱形成第一加熱區。烴層106中的烴可以被熱移動 和由生產井108中產出。硫化氫/氧化劑混合物的燃燒產生燃燒副產物物流。燃燒副產物物流可以包含硫 氧化物如三氧化硫和/或二氧化硫。至少一部分硫氧化物與水162的接觸(如混合、溶劑化 和/或溶解)可以加熱井102和/或烴層106中的水，從而形成第二加熱區。第二加熱區 可以加熱注入井102終端附近的一部分烴層106和/或延伸至烴層106中。由于烴層106 的熱傳遞和更均勻的加熱，與常規驅動流體方法相比，單位體積可以產生增加量的烴量。第 一和第二加熱區可能重疊。在一些實施方案中，第二加熱區位于離井102較遠的位置。例如，燃燒副產物可以 驅動蒸汽進入地層。當蒸汽冷凝時，燃燒副產物中的硫氧化物與冷凝的水發生反應，由于形 成硫酸而產生熱。所產生的熱可以為地層提供足以使烴向生產井108移動的熱。與潛熱 (蒸汽冷凝后的加熱)結合的地下蒸汽加熱可能有利于從地層中采收烴。相比于常規烴采 收方法所需的能量和/或加熱，所有引入組分的顯熱與潛熱組合可以降低從地層生產烴所 需的能量和/或加熱。
烴地層可以含有石灰石。當在水存在下硫氧化物與地層接觸時，石灰石與硫氧化 物反應和產生二氧化碳。二氧化碳可以用作附加的驅動流體推動流體流向生產井108。硫氧化物可以與地層流體中的芳烴反應和形成磺酸酯。原位磺酸酯的形成可能有 利于使烴向一個或多個生產井移動。產自生產井108的地層流體110可以在地面設施(如參考圖2所示的地面設施) 中處理，以形成氣體物流和液體物流。在一些實施方案中，所生產烴的API比重為至多15、 至多10、至多8或至多6。氣體物流可以包含硫化氫、二氧化硫、烴氣體和/或二氧化碳。在 一些實施方案中，應用可再生方法(如圖2中所示)從地層流體中分離出二氧化硫。至少 一部分二氧化硫可以引入到外部管道164和/或含烴地層中。在一些實施方案中，由含烴 地層產生包含至少一部分二氧化硫的地層流體，并與地層流體分離。可以將至少一部分分 離的二氧化硫提供給含烴地層和/或至少一個無焰分布燃燒器。全部或一部分氣體物流116可以被輸送至燃料物流152和在加熱器130中燃燒。 在一些實施方案中，燃料物流152包含二氧化硫。在氧化劑存在下在加熱器130中，至少一 部分二氧化硫可以轉化為三氧化硫，和隨后在地層中轉化為硫酸。在一些實施方案中，至少 一部分二氧化硫進入地層。通過循環二氧化硫，減少了由地層和/或地面設施產生的大部 分硫排放，因而相比于由燃燒化石燃料生產用于蒸汽驅油的蒸汽而產生的排放物(如二氧 化碳)而言減少了排放物。在一些實施方案中，水162包含一種或多種表面活性劑和/或一種或多種發泡劑。 表面活性劑包括熱穩定的表面活性劑(例如硫酸鹽、磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽、乙氧基化的硫 酸鹽和/或磷酸鹽)。應用發泡劑和/或表面活性劑可以改變烴與地層間的表面張力，從而 使烴向生產井108移動。在一些實施方案中，水162包含消泡劑。消泡劑可以抑制當二氧 化碳和表面活性劑存在時地層流體發泡。在一些實施方案中，引入到烴層106的水162包含硫化氫和/或氫。硫化氫和/ 或氫可以使一部分重烴溶劑化、稀釋和/或加氫，以形成可以使地層流體向生產井108移動 的混合物。混合物的形成可以增加烴層106的烴產量。一部分重烴的溶解、稀釋和/或加 氫可以增加產自烴層的烴量。溶劑和/或硫化氫可以從混合物中分離出來，和與水162 — 起注入或用于其它方法中。例如，硫化氫可以從混合物中分離出來，和燃燒以加熱水。在一 些實施方案中，烴加氫產生的熱傳遞給一部分烴層106和/或水162。在一些實施方案中，加熱器130或一系列加熱器位于注入井102內。將加熱至至 少300°C或至少500°C和加壓至l_15MPa壓力的水162引入到井102中和傳熱給烴層106。 一部分水162可以通過開孔104進入烴層106。水162在流過外部管道164時可以冷卻。 位于井口下游的加熱器可以被點火，以在水162流過外部管道164時將其加熱。加熱器可 以將水162加熱至足以加熱烴層106的溫度(例如加熱至約200-500°C的溫度)。地層流 體可以被熱和/或水162驅動移向生產井108。可以監測井102不同部分的溫度。加熱器 可以在井102中在預定溫度點火。在一些實施方案中，水162在地下加熱以形成過熱蒸汽。在一些實施方案中，相比于應用常規蒸汽注入方法實施的加熱，水162的地下加 熱增加了待加熱的含烴層的體積。地下加熱允許應用大量的液體水和/或低壓蒸汽作為驅 動流體，而不是在注入含烴地層之前必須加熱或加壓蒸汽至等于或高于地層壓力。在注入 井中地下加熱水可以沿無焰分布氧化器的長度形成蒸汽再沸器。沿加熱器長度明顯加熱驅動流體(如蒸汽)的能力可以允許烴層的加熱方式比應用地面加熱的驅動流體的系統更均 勻。更均勻加熱可以允許生產井離注入井的位置比常規蒸汽注入方法更遠。在一些實施方案中，相比于常規驅動流體注入方法，地下加熱水改變了系統的熱 通量曲線。圖9描述了常規蒸汽注入方法的一個實施方案的熱通量曲線的示意圖。在常規 蒸汽注入方法中注入的蒸汽流向注入井102的終端，在向離注入點最遠的井部分移動時， 蒸汽冷卻和形成冷凝液。如箭頭長度所示，蒸汽的冷卻減少了傳遞給烴層的熱量。因此，相 對于井的終端，在離井口最近的部分，傳熱可能最大。在一些實施方案中，處理含烴地層的方法包括由井孔中多個位置向至少一部分含 烴地層提供蒸汽，其中所述蒸汽比所述部分含烴地層的溫度更熱；和通過在井孔中燃燒包 含燃料和氧化劑的至少一部分混合物而在井孔中加熱蒸汽，其中所述燃料包含硫化氫。燃 燒產生的熱傳遞給蒸汽；和蒸汽被加熱從而使在井孔中第一位置處提供給部分含烴地層的 蒸汽比在井孔中第二位置處提供的蒸汽更熱；和沿井孔長度第一位置比第二位置離地層表 面更遠。在一些實施方案中，燃燒產生燃燒副產物物流，和至少一部分燃燒副產物物流與一 部分含烴地層中的一部分水接觸，其中所述部分含烴地層位于沿井孔長度方向已傳熱部分 的地層表面的下游。在一些實施方案中，至少一部分熱傳遞給至少一部分含烴地層；和至少 一部分地層流體在加熱部分中移動。圖IOA和IOB描述了在水平注入井102中應用加熱器130地下加熱蒸汽的一個實 施方案的熱通量曲線的示意圖。如圖IOA所示，當應用加熱器130來加熱地層中的水時，較 長的箭頭表示在井下游部分產生的熱比井上游部分多。如圖所示，加熱蒸汽162，使得在井 孔下游部分提供給地層的蒸汽比地層上游部分附近提供給含烴地層的蒸汽更熱。通過控制 更熱的部分沿井孔的長度，可以以均勻方式向地層傳熱，因而可以控制沿井孔長度的熱通 量、熱點和/或冷點。被來自注入井102的熱和/或蒸汽移動的烴由生產井108產出。在一 些實施方案中，與第一位置相比，井孔的下游部分更接近單位體積具有更多烴(更富含烴) 的地層部分，因此允許將熱傳遞給應用常規蒸汽驅動方法可能更難產出的烴。在一些實施 方案中，生產井108可以包含允許烴流入井中的開孔。如圖IOB所示，熱通量曲線的形狀可能是拋物線形的。加熱后的水進入注入井102 中，和加熱井的上游部分。隨著水的冷卻，熱曲線縮短。隨著水的冷卻，點燃井102中的加 熱器以將水再加熱。通過調節部分開孔和/或加熱器，可以得到其它熱通量曲線，如基本恒 定的熱通量。通過使蒸汽溫度沿井孔長度保持為恒定溫度，可以使沿井孔長度的燃料和氧化劑 溫度得到緩沖，從而抑制沿加熱器長度的溫度波動(例如地層的熱點和/或冷點)。抑制溫 度波動可以維持和/或增強沿加熱器長度的氧化。這種持續加熱井孔允許熱均勻傳遞給地 層，從而有利于地層流體從含烴地層移動和/或產出。應用加熱器130由注入井102向烴層106均勻傳熱可能有利于更多烴向生產井 108移動。熱通量曲線的變化和更均勻加熱烴層可以允許生產井108位于比應用常規驅動 流體注入法更遠的距離處，從而使較不易接近區域的烴被產出。在一些實施方案中，通過用位于一個或多個水平蒸汽注入井終端附近的井內的以 硫化氫為燃料的加熱器加熱一個區域，強化由含烴層生產烴。以硫化氫為燃料的加熱器提 供的熱可以強化從烴層生產烴。
在一些實施方案中，處理含烴地層的方法包括由多個基本水平的蒸汽注入井向 至少一部分含烴地層提供蒸汽；在位于一個或多個基本垂直的井孔內的一個或多個無焰分 布燃燒器中燃燒至少一部分包含硫化氫和氧化劑的混合物以產生熱，其中至少一個基本垂 直的井孔處于至少一個基本水平的蒸汽注入井終端十米范圍內；允許一部分所產生的熱傳 遞給位于至少一個基本水平的蒸汽注入井和至少一個基本垂直的加熱器井之間的一部分 含烴地層；和在含烴地層的加熱部分在使至少一部分地層流體移動。在一些實施方案中，所 產生的熱通過傳導、對流或溶解熱而傳遞給所述部分。其中所產生的熱通過對流傳遞給所 述部分。在一些實施方案中，通過在位于至少一個基本水平的蒸汽注入井內的一個或多個 無焰分布燃燒器中燃燒至少一部分混合物而加熱一部分蒸汽。在一些實施方案中，通過在 位于至少一個基本水平的蒸汽注入井內的一個或多個燒嘴中燃燒至少一部分混合物而加 熱一部分蒸汽。蒸汽傳熱給至少一部分含烴地層。至少一部分蒸汽可以驅動至少一部分地層流體 流向一個或多個生產井。可以由至少一個基本垂直的加熱器井和至少一個基本水平的蒸汽 注入井之間的體積產出地層流體。在一些實施方案中，在提供水之前將烴地層加熱。在一 些實施方案中，將至少一部分燃燒副產物提供給地層。進入地層的至少一部分燃燒副產物 和/或至少一部分蒸汽為至少一部分地層流體的移動提供驅動力。在一些實施方案中，燃燒副產物物流包含硫氧化物，和將至少一部分燃燒副產物 蒸汽提供給含烴地層，從而至少一部分蒸汽和一部分硫氧化物在地層中與水混合產生溶解 熱，和將至少一部分溶解熱傳遞給一部分含烴地層。圖11描述了與基本水平或傾斜的蒸汽注入井組合應用基本垂直的以硫化氫為燃 料的加熱器生產烴的系統的示意圖。垂直加熱器井186可以位于水平蒸汽注入井102下游 部分附近。例如，垂直加熱器井186可以位于水平注入井102終端1-10米處。生產井108 延伸超過注入井102，和位于加熱井186下方。垂直加熱器井186包括這里所描述的以硫化 氫為燃料的加熱器130。通過在加熱器130中硫化氫的氧化而由加熱器井186產生的熱可 以使烴向生產井108移動。與應用水平注入井的常規驅動方法相比，與來自蒸汽注入井102 的熱和物流驅動組合，由以硫化氫為燃料的加熱器井186產生的熱傳遞可以允許由生產井 108產出更多的烴。根據本說明書，本發明各個方面的其它修改和替代實施方案對于本領域技術人員 來說將是明顯的。因此，本說明書僅作為示例而理解，和目的是教導本領域技術人員實施本 發明的一般方式。將會理解的是本文所給出和描述的本發明的形式將被認為是實施方案的 例子。一些要素和材料可以替換本文所說明和描述的那些，一些部件和過程可以顛倒，和本 發明的某些特征可以單獨使用，所有這些在受益于本發明的描述之后，對本領域技術人員 來說均是明顯的。在不偏離后面的權利要求所述的本發明的精神和范圍的條件下，可以對 本文所描述的要素進行改變。
權利要求
1.一種處理含烴地層的方法，包括由井孔中的多個位置向至少一部分含烴地層提供蒸汽，其中蒸汽的溫度比所述部分的 含烴地層更高；和通過在井孔中燃燒至少一部分包含燃料和氧化劑的混合物和將燃燒產生的熱傳遞給 蒸汽而在井孔中加熱蒸汽，其中所述燃料包含硫化氫，和其中蒸汽被加熱從而在井孔中第 一位置處提供給部分含烴地層的蒸汽比在井孔中第二位置處提供的蒸汽更熱，和其中沿井 孔長度第一位置比第二位置離地層表面更遠。
2.權利要求1的方法，其中一部分蒸汽在至少一個井孔的外部部分提供，和在井孔的 內部部分的一個或多個加熱器中進行燃燒，和井孔的內部部分與井孔的外部部分相互連 通，從而至少一部分所產生的熱為一部分蒸汽供熱。
3.權利要求1或2的方法，其中一部分蒸汽在至少一個井孔的外部部分提供，和在井孔 的內部部分的一個或多個加熱器中進行燃燒，和井孔的內部部分與井孔的外部部分相互連 通，從而至少一部分所產生的熱為一部分蒸汽供熱，使其達到等于或高于燃料/氧化劑混 合物的自動點火溫度的溫度。
4.權利要求1-3任一項的方法，其中燃燒產生燃燒副產物物流，和所述方法還包括使 至少一部分燃燒副產物物流在一部分含烴地層中與一部分水接觸，其中所述含烴地層在沿 井孔長度離開被傳熱部分的地層表面下游。
5.權利要求4的方法，還包括用至少一部分燃燒副產物物流和一部分蒸汽驅動地層流體。
6.權利要求1-4任一項的方法，還包括通過向一部分烴地層提供蒸汽而移動烴地層中 的地層流體。
7.權利要求1-6任一項的方法，其中至少一部分硫化氫產自由含烴地層獲得的地層流體。
8.權利要求1-7任一項的方法，還包括控制其中第二位置沿井孔長度的步驟。
9.權利要求1-8任一項的方法，還包括控制沿井孔長度的熱通量。
10.權利要求1-9任一項的方法，其中與第一位置相比，第二位置的熱接近更富含烴的 部分地層。
11.權利要求1-10任一項的方法，其中包含蒸汽的物流還包含二氧化碳、氮氣和/或二 氧化硫。
12.一種處理含烴地層的方法，包括由井孔中多個位置向至少一部分含烴地層提供蒸汽，其中所述井孔從地面延伸至所述 部分烴地層，和其中所述蒸汽的溫度比所述部分含烴地層更高；通過在井孔中燃燒包含硫化氫的物流而在井孔中加熱蒸汽，其中將燃燒產生的熱傳遞 給蒸汽，其中蒸汽被加熱從而使在井孔中第一位置處提供給部分地層的蒸汽比在井孔中第 二位置處提供的蒸汽更熱，和其中沿井孔長度從地面測量第一位置比第二位置更遠； 在第一位置將至少一部分熱傳遞給至少一部分含烴地層； 在第二位置將至少一部分熱傳遞給至少一部分烴地層；和 在加熱部分的烴地層中，使至少一部分地層流體移動。
全文摘要
本申請公開了產生用于處理含烴地層的地下熱的方法。所述方法包括由井孔中的多個位置向至少一部分含烴地層提供蒸汽，蒸汽比地層部分的溫度更高；通過在井孔中燃燒包含硫化氫的物流和將燃燒產生的熱傳遞給蒸汽而在井孔中加熱蒸汽；沿井孔長度在井孔中第一位置處提供給部分地層的蒸汽比在井孔中第二位置處提供的蒸汽更熱，其中沿井孔長度第一位置比第二位置離地層表面更遠。
文檔編號E21B43/16GK102046915SQ200980119194
公開日2011年5月4日 申請日期2009年4月17日 優先權日2008年4月18日
發明者M·A·雷諾爾德斯, M·L·喬什, S·L·韋林頓, S·N·米拉姆, 崔晶瑜 申請人:國際殼牌研究有限公司