利用熱量產生的排出通道從焦油砂中生產烴的系統和方法
【專利說明】利用熱量產生的排出通道從焦油砂中生產烴的系統和方法
[0001]本申請為分案申請，其母案申請的申請日為2006年10月20日，申請號為200680044203.4，和發明名稱為“利用熱量產生的排出通道從焦油砂中生產烴的系統和方法”。
技術領域
[0002]本發明總體涉及用于從各種地下地層例如含烴地層中生產烴、氫氣和/或其它產品的方法和系統。
【背景技術】
[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品。對可獲得的烴源耗盡的擔心和對所生產的烴的總質量下降的擔心已經導致開發了更加有效地采收、加工和/或使用可獲得的烴源的方法。可使用原位法從地下地層中移出烴物質。可能需要改變地下地層內的烴物質的化學和/或物理性能，以允許烴物質更加容易地從地下地層中移出。化學和物理變化可包括產生可移出流體、組成變化、溶解度變化、密度變化、相變和/或地層內烴物質的粘度變化的原位反應。流體可以是但不限于氣體、液體、乳液、淤漿和/或具有與液體流動類似流動特征的固體顆粒的物流。
[0004]在北美、南美、非洲和亞洲發現在相對不可滲透的地層中(例如在焦油砂中)包含的大的重質烴(重質油和/或瀝青)貯量。焦油可以地面采礦和提質成較輕的烴如原油、石腦油、煤油和/或瓦斯油。地面選礦處理可進一步使瀝青與砂子分離。分離的瀝青可以使用常規的精煉方法轉化成輕質烴。與從常規油儲層中生產較輕烴相比，采礦和提質焦油砂通常明顯更貴一些。
[0005]從焦油砂中原位生產徑可采用加熱和/或將氣體注入地層來實現。Ostapovich等人的美國專利N0.5211230和Leaute的美國專利N0.5339897描述了位于儲油層中的水平生產井。豎直導管可用來將氧化劑氣體注入儲層用于原位燃燒。
[0006]Ljungstrom的美國專利N0.2780450描述了原位加熱含瀝青地質地層而使液態焦油狀物質轉化或裂化為油和氣。
[0007]Ware等人的美國專利N0.4597441描述了在儲層中石油、熱量和氫同時接觸，加氫可提高油從儲層中的采收率。
[0008]Glandt的美國專利N0.5046559和Glandt等人的N0.5060726描述了預熱注射井和生產井之間的部分焦油砂地層。可將蒸汽從注射井注入到地層內以在生產井生產烴。
[0009]如上所述，已經做了大量努力來開發從含烴地層經濟地生產烴、氫和/或其它產品的方法和系統。然而，目前仍有許多含烴地層不能從中經濟地生產出烴、氫和/或其它產品。因此，仍然需要從各種含烴地層經濟地生產烴、氫和/或其它產品的改進方法和系統。
【發明內容】
[0010]本文中描述的實施方案總體涉及用于處理地下地層的系統、方法和加熱器。本文中描述的實施方案還總體涉及其中具有新型組件的加熱器。通過使用本文中描述的系統和方法可以獲得這類加熱器。
[0011]在一些實施方案中，本發明提供一種或多種系統、方法和/或加熱器。在一些實施方案中，該系統、方法和/或加熱器用于處理地下地層。
[0012]在一些實施方案中，本發明提供一種用于處理焦油砂地層的系統，包括:位于地層中的多個加熱器，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置在烴層中，和加熱器設置為向烴層提供熱量，提供的熱量產生運動流體的多個排出通道，排出通道中的至少兩個匯合；和生產井設置為從烴層中匯合的排出通道收集和生產運動流體。
[0013]在一些實施方案中，本發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；允許至少一些運動流體沿排出通道和/或匯合的排出通道從地層流到生產井中；和通過生產井生產至少一些運動流體。
[0014]在進一步的實施方案中，可組合來自具體實施方案的特征和來自其它實施方案的特征。例如來自一個實施方案的特征可與來自任何其它實施方案的特征組合。
[0015]在進一步的實施方案中，使用此處所述的任何一種方法、系統或加熱器，進行地下地層的處理。
[0016]在進一步的實施方案中，可添加附加的特征到此處所述的具體實施方案中。
【附圖說明】
[0017]在受益于下述詳細說明并參考附圖的情況下，本發明的優點對于本領域的技術人員來說將變得顯而易見，其中:
[0018]圖1描述了對加熱含烴地層的階段的說明。
[0019]圖2給出了用于處理含烴地層的原位熱處理系統的一部分的實施方案的示意圖。
[0020]圖3描述了從具有相對薄烴層的焦油砂地層中生產運動流體的實施方案的側視圖。
[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運動流體的實施方案的側視圖。
[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運動流體的實施方案的側視圖。
[0023]圖6描述了從帶有具有頁巖夾層的烴層的焦油砂地層中生產運動流體的實施方案的側視圖。
[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描述了油生產速率和氣生產速率與時間的關系。
[0031]盡管本發明易于進行各種改進和替代形式，但其具體實施方案通過附圖內的實施例方式給出，且可在此處詳細描述。附圖可能不是按比例的。然而，應當理解，附圖及其詳細說明不打算限制本發明到所公開的特定形式，相反，本發明擬覆蓋落在所附權利要求定義的本發明的精神與范圍內的所有改進、等價和替代方案。
【具體實施方式】
[0032]下述說明一般地涉及處理地層內的烴的系統與方法。可處理這種地層得到烴產品、氫氣和其它產品。
[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、瀝青、焦瀝青、油、天然礦物蠟和瀝青巖。烴可位于地殼內的礦物母巖內或者與之相鄰。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。“烴流體”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，所述非烴流體例如氫氣、氮氣、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、水和氨氣。
[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。“上覆地層”和/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、頁巖、泥巖或濕/致密碳酸鹽。在原位熱處理法的一些實施方案中，上覆地層和/或下伏地層可包括一層含烴層或多層含烴層，所述含烴層相對不可滲透且沒有經歷導致上覆地層和/或下伏地層中含烴層顯著特性變化的原位熱處理加工過程中的溫度。例如下伏地層可包含頁巖或泥巖，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”是指存在于地層內的流體，且可包括熱解流體、合成氣、運動流體、減粘流體和水(蒸汽)。地層流體可包括烴流體以及非烴流體。術語“運動流體”是指作為熱處理地層的結果能流動的含烴地層內的流體。“減粘流體”是指因地層熱處理而粘度降低的流體。
[0036]“所生產的流體”是指從地層中移出的地層流體。
[0037]“熱源”是基本通過傳導和/或輻射傳熱提供熱量到至少一部分地層的任何系統。例如熱源可包括電加熱器，例如絕緣導體、伸長構件和/或在導管內布置的導體。熱源也可包括通過在地層外部或者內部燃燒燃料生成熱的系統。該系統可以是表面燃燒器、井下氣體燃燒器、無火焰的分布燃燒器和自然分布的燃燒器。在一些實施方案中，可通過其它能源供應在一個或多個熱源內提供或生成的熱量。其它能源可直接加熱地層，或者可施加能量到傳遞介質上，所述傳遞介質直接或間接加熱地層。應理解向地層施加熱量的一個或多個熱源可使用不同的能源。因此，例如對于給定的地層來說，某些熱源可由電阻加熱器供應熱量，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(例如化學反應、太陽能、風能、生物物質或其它可再生的能源)提供熱量。化學反應可包括放熱反應(例如氧化反應)。熱源也可包括提供熱量到與加熱位置相鄰區域和/或在其周圍區域例如加熱器井的加熱器。
[0038]“加熱器”是在井內或者在附近的井孔區域內生成熱的任何系統或熱源。加熱器可以是但不限于電加熱器、燃燒器、與在地層內的材料或者從地層中產生的材料反應的燃燒器、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