CN101268250B - 从地下区域生产烃物流的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及从地下区域(100)生产含烃物流(110)的方法，其中将注入流体(50)注入地下区域(100)，该方法至少包括如下步骤：(a)提供含有合成气体的注入流体(50)；(b)将注入流体(50)注入地下区域(100)以在其中获得所需的压力；(c)从地下区域(100)获得含烃物流(110)。
Description
技术领域
本发明涉及从地下区域生产含烃物流的方法，其中将注入流体注入地下区域。
背景技术
已知将注入流体注入地下区域如油田或气田中以在其中保持所需的压力从而改进所需烃物流从地下区域的生产。在石油是要从油田生产的烃物流的情况下，这称为‘提高采油率’(也称为‘EOR’)。为了EOR提出在油田中注入的注入流体是a.o.天然气(NG)、二氧化碳(CO2)和氮气(N2)。注入流体如NG、CO2和N2在油田中的注入已经描述于如《World′s Largest N2-generation Plant，Commissioned forCantarell Pressure Maintenance》，J.C.Kuo，Doug Elliot，Javier Luna-Melo，Jose B.De Leon Perez，公开于Oil & Gas Journal，2001年3月12日。描述这种注入流体使用的其它出版物是例如CA-A-2147079、CA-A-2261517、CA-A-2163684和US-A-4161047。
以上和其它已知的注入流体具有几个缺点。天然气本身太昂贵而不能用于注入。使用空气分离单元(ASU)生产氮气的通常方法也相对昂贵。
进一步的问题是已知的注入流体通常在低压力下获得和结果是必须在注入油田采用压缩步骤，从而导致另外的成本。
US-A-4512400描述了从天然气制备LPG类型注入流体的方法。在这种方法中将天然气首先转化为一氧化碳和氢的混合物及其次将这种气体混合物用作费-托合成中的原料。将包含乙烷、丙烷和丁烷的气体(即LPG类型气体)从合成产物分离和用作注入流体。
EP-A-1004746描述了通过将伴生气部分氧化为一氧化碳和氢的混合物而提高采油率。这种混合物用作费-托合成中的原料以获得液体 烃产物和废气。这种废气包含氮气、一氧化碳、二氧化碳、氢和C1-C5烃。这种废气用作燃料以在膨胀/燃烧过程如结合的燃气涡轮/蒸汽轮机循环中产生能量。产生的能量接着用于石油从地面下储集层的次级采出和/或提高采出。
US-A-4512400和EP-A-1004746的方法的缺点是费-托工艺步骤是方法的一部分。这样的工艺步骤使方法变复杂。
US-A-3150716描述了从地下区域生产烃物流的方法，其中使用包含合成气体的注入流体。通过将甲烷和蒸汽催化转化(即蒸汽重整)为合成气体混合物而获得注入流体。
US-A-4434852描述了注入流体的制备。注入流体是烟道气，它可以在锅炉或内燃机中获得。
在Chenglin Zhu等人，An EOR application at Liaohe Oil fieldin China，Test for pumping Boiler Flue Gas into Oil Wells，FirstNational Conference on Carbon Sequestration的文章，2001年5月15-17日，华盛顿DC，USA中，将在点火锅炉中获得的烟道气描述为注入流体。
使用烟道气的缺点是直接获得的烟道气的氧含量为约3.5vol％，该氧含量太高而使烟道气不能直接用作注入流体。必须采取特殊的措施以降低氧含量。
发明内容
如果要求大量的注入流体，则以上问题是甚至更相关的。
本发明的目的是至少使以上问题之一最小化。
进一步的目的是提供生产在地下区域如油田或气田中注入的注入流体的替代方法。
以上或其它目的一个或多个可以根据本发明通过提供从地下区域生产含烃物流的方法而达到，其中将注入流体注入所述地下区域，该方法至少包括如下步骤：
(a)提供含有合成气体的注入流体；
(b)将所述注入流体注入地下区域以在其中获得所需的压力；
(c)从所述地下区域获得含烃物流。
已经令人惊奇地发现根据本发明可以采用经济的方式从地下区域生产含烃物流，特别是如果需要大量注入流体的情况。
本发明的进一步优点是由于合成气体的存在，注入流体基本不含有游离氧(O2)。
要从地下区域生产的烃物流可具有各种组成，但通常是天然气、气体冷凝物、油(也称为粗矿物油)或其混合物。
地下区域可以是包含要开采的烃的任何地下区域。地下区域的例子是如油田、气田等。当然地下区域也可以位于水下或类似地方。
注入流体可以采用各种方式如通过催化或非催化部分氧化或通过任何其它方式生产，条件是它包含合成气体(即一氧化碳(CO)和氢(H2))。
注入流体的注入和烃物流从地下区域的相关生产自身是已知的和例如描述于在本公开内容的引言部分中讨论的参考文献。要在地下区域中获得的所需压力将取决于状况和可以容易地由本领域技术人员确定。通常需要在地下区域中保持现有压力；因此术语″获得所需的压力″也包括在地下区域中保持某些压力。
优选地，注入流体包含基于干燥气体的0.1-20mol％、优选＞3mol％且＜10mol％、更优选约5mol％合成气体(即CO+H2)。
此外优选注入流体包含基于干燥气体的：
-0.1-20mol％、优选＞3mol％且＜10mol％、更优选约5mol％合成气体；
-5-20mol％、优选10-20mol％和甚至更优选12-15mol％CO2；
-70-90mol％、优选80-90mol％N2。
有利地，在步骤(a)中提供的注入流体基本不含有O2，优选含有小于10ppmv的O2。
此外优选注入流体在注入时的压力为50-500巴，优选＞70巴且＜400巴，更优选＞80巴且＜300巴；和温度为0-300℃，优选＞20℃且＜100℃。
注入流体优选从烃物流制备。这种烃物流可以从要从地下区域生产的烃物流分离。替代地这种烃物流可以来自另一种来源。为避免任何混淆，这种烃物流进一步称为碳质合成气体源。合成气体可以从一种或多种碳质合成气体源使用一种或多种转化方法制备。合适碳质合成气体源的例子是天然气、LPG、煤、褐煤、泥煤、木材、焦炭、煤烟、 生物质、石油、冷凝物或任何其它气态、液体或固体燃料、或它们的混合物。优选的碳质合成气体源是从地下区域生产的一部分含烃物流。这种来源的例子当生产天然气烃时是天然气和更特别地当生产原油烃时是伴生气。在气体原料(特别是包含甲烷的气体原料)的情况下，优选的转化方法是蒸汽重整、合适地自热蒸汽重整(ATR)、催化部分氧化和优选通过部分氧化方法、更优选通过非催化部分氧化方法。通过部分氧化方法将非气体碳质源例如煤、泥煤、木材、石油焦炭、煤烟、生物质、石油、脱沥青油、裂化减压渣油和气体冷凝物优选转化为合成气体。
部分氧化可以在一个或多个部分氧化步骤中进行以相对于使用的碳质合成气体源量增加氮气和二氧化碳的体积百分比。
在另一方面，本发明提供生产注入流体的方法，该方法至少包括：
(a1)提供含有合成气体的物流；和
(a2)使步骤(a1)中提供的含合成气体的物流部分氧化，因此获得含有合成气体的注入流体。
已经令人惊奇地发现通过使合成气体物流部分氧化，大量的合适注入流体可以采用相对经济的方式获得。
进一步的优点是在步骤(a2)中获得的物流在相对高的压力下得到使得获得的物流的压力适于直接注入或在油田或其它地下区域中进一步压缩之后注入。结果是在油田中注入之前必须需要较少的压缩成本。在一些情况下甚至可以省去随后的压缩步骤。
在步骤(a1)中提供的含合成气体的物流可以是部分氧化的物流，但也可以采用任何其它合适的方式获得。总之，与在步骤(a2)中获得的‘注入流体’含有的合成气量(优选0.1-20mol％，基于干燥气体)相比，在步骤(a1)中提供的‘含合成气体的物流’包含更多的合成气体(优选＞25mol％，基于干燥气体)。如果需要可以采用多于两个部分氧化步骤。
作为例子在步骤(a1)中提供的含合成气体的物流可以从上述碳质合成气体源获得。
优选地，通过部分燃烧即使烃物流部分氧化获得在步骤(a1)中提供的含合成气体的物流，该烃物流优选选自油、气体和煤、更优选气体。后者通常在油田以伴生气的形式得到，其中要将注入流体注入以生产石油。由于生产合成气体的方法从实践是公知的，在此不进一步讨论。使用天然气或伴生气作为步骤(a1)原料的优点是这些原料从地面下储集层在高压下获得。这使得可以将这种原料在压缩较少或没有压缩的情况下用作在高压下进行的部分氧化的原料。
优选在步骤(a1)中提供的含合成气体的物流包含基于干燥气体的＞25mol％、优选30-50mol％、更优选30-40mol％合成气体。
此外优选在步骤(a1)中提供的含合成气体的物流的压力为20-200巴，优选＞40巴且＜100巴；和温度为100-400℃，优选＞200℃且＜350℃。
优选在步骤(a1)中提供的含合成气体的物流也通过使烃物流部分氧化而获得。优选两个步骤(a1)和(a2)中的部分氧化通过非催化部分氧化即部分燃烧获得。多于一个部分氧化步骤以获得注入流体(与一个部分氧化步骤相比)的优点是可以更好地控制工艺温度。
如需要，可以在步骤(a2)中部分氧化在步骤(a1)中获得的含合成气体的物流之前将其冷却。如果在步骤(a1)中使用非催化部分氧化，可以使用任何含游离O2的物流。在步骤(a2)中优选使用(优选包含至少70％N2)的空气或富氧空气。
在进一步优选的实施方案中，通过将步骤(a1)中获得的一部分含合成气体的物流循环回步骤(a1)而进行步骤(a2)。优选在循环之前降低循环合成气体的温度。优选将1-20mol％循环到步骤(a1)，其中将循环率计算为基于由该方法制备的总注入流体的循环物流摩尔分率乘100％。
优选在步骤(a2)中或在循环实施方案的情况下在组合步骤(a1)和(a2)中获得的注入流体的压力为20-200巴，优选＞50巴且＜80巴；和将该注入流体冷却到0-300℃、优选＞20℃且＜100℃的温度。如需要可以在注入之前将注入流体压缩到50-500巴的压力。
此外优选在步骤(a2)中获得的注入流体基本不含有O2，优选包含小于10ppmv的O2。
更优选地，在步骤(a2)中获得的注入流体包含基于干燥气体的0.1-20mol％、优选＞3mol％且＜10mol％、更优选约5mol％合成气体；甚至更优选在步骤(a2)获得的注入流体包含基于干燥气体的：
-0.1-20mol％、优选＞3mol％且＜10mol％、更优选约5mol％合成气体；
-5-20mol％、优选10-20mol％和甚至更优选12-15mol％CO2；
-70-90mol％、优选80-90mol％N2。
如需要，可以将在步骤(a2)中获得的注入流体注入油田或其它地下区域之前进一步处理，而基本不改变存在的合成气体的量。作为例子，可以将在步骤(a2)中获得的注入流体冷却、脱除存在的任何H2O和压缩。
在甚至其它方面本发明提供可通过本发明方法获得的注入流体，该注入流体优选包含基于干燥气体的：
-0.1-20mol％、优选＞3mol％且＜10mol％、更优选约5mol％合成气体；
-5-20mol％、优选10-20mol％和甚至更优选12-15mol％CO2；
-70-90mol％、优选80-90mol％N2。
优选注入流体基本不含有O2，优选包含小于10ppmv的O2。
在进一步的方面，本发明提供生产用于在地下区域中注入的注入流体的系统，该系统至少包括：
-第一气化反应器，其具有含氧物流的入口、烃物流的入口和在第一气化反应器下游在第一气化反应器中产生的含合成气体的物流的出口；
-第二气化反应器，其具有第二含氧物流的入口、连接到第一气化反应器出口的入口和在第二气化反应器下游在第二气化反应器中产生的注入流体的出口。
优选该系统进一步包括：
-冷却在第一气化反应器中生产的含合成气体的物流的第一冷却器；和
-冷却在第二气化反应器中生产的注入流体的第二冷却器。
第一和第二气化反应器可以是任何合适的气化反应器。由于气化反应器自身是已知的，在此不进一步讨论它们。如需要可以使用多于一个第一和第二气化反应器，因此获得包括多于两个气化反应器的系统。优选第二气化反应器是气体气化反应器，其中可以进行气体的部分氧化。合适气体气化器和冷却器的例子描述于US-A-4836831、EP-A-257719、EP-A-774103。
第一和第二含氧物流可以来自任何合适的来源。优选基本纯(＞95mol％)氧或(任选地富氧)空气等用于第一气化反应器和(任选地富氧)空气用于第二气化反应器。
在进一步的方面，本发明提供生产用于在地下区域中注入的注入流体的系统，该系统至少包括：
-气化反应器，其具有含氧物流的入口、烃物流的入口和在第一气化反应器下游在气化反应器中产生的含合成气体的物流出口；
-冷却器，其用于冷却在第一气化反应器中产生的含合成气体的物流；和
-将冷却的合成气体分流成两个物流的分流器、将一个合成物流循环到气化反应器的管道和排出注入流体的管道。
气化反应器可以是任何合适的气化反应器。由于气化反应器是自身已知的，在此不进一步讨论它们。如需要可以并联使用多于一个气化反应器，因此获得包括两个或多个气化反应器的系统。优选气化反应器是气体气化反应器，其中可以进行气体的部分氧化。
附图说明
现在通过实施例参考非限制性附图更详细地描述本发明，其中：
图1示意性给出根据本发明从地下区域生产烃物流的方法；和
图2示意性给出实施本发明生产注入流体的方法的工艺方案，其中以串流使用两个气化反应器。
图3示意性给出实施本发明生产注入流体的方法的工艺方案，其中应用循环。
为了此描述的目的，单一的附图标记指定管线以及在该管线中携带的物流。相同的附图标记表示相似的组件。
图1示意性给出从地下油田100(在地球的表面150以下)生产石油110的方法，其中将注入流体50在油田100中注入或靠近油田100注入。
注入流体50包含合成气体(CO+H2)，优选为基于干燥气体的0.1-20mol％。注入流体50可以采用多种方式获得。优选地，注入流体50通过部分氧化如在包括一个或多个气化反应器的系统1中获得。使用注入器120将注入流体50在地下油田100中注入，因此获得或保持所需的压力以提高从油田100的石油生产。通常将注入流体50在注入油田100之前压缩(压缩的注入流体称为物流51)。从油田100，获得石油物流110和在泵送单元130取出用于进一步加工。可以获得多于一个物流110；也可以生产其它烃物流如天然气。
现在参考图2。图2示意性给出生产包含合成气体的注入流体50的系统1，该注入流体50要在油田(未在图2中显示；参见图1)中注入。
系统1包括第一气化反应器2和第二气化反应器3。
在图2所示的实施方案中，第一气化反应器2是油气化反应器和第二气化反应器3是气体气化反应器。本领域技术人员容易理解第一气化反应器2也可以是煤气化反应器或适于任何其它含烃物流的气化反应器。
在图2的系统1中，将含石油的物流10和含氧物流20分别在入口4和5进料到油气化反应器2。
通过以通常的方式在气化反应器2中燃烧将含石油的物流10部分氧化，因此获得含合成气体的物流30(通过出口6取出)和熔渣60(通过出口13取出)。为此目的通常在气化反应器2中存在一个或多个燃烧器(未显示)。
在油气化反应器2中生产的含合成气体的物流30通常包含＞25mol％合成气体；压力为20-200巴；和温度为1000-1500℃。通常将物流30在冷却器15中冷却到100-400℃的温度，其中热量如用于蒸汽产生。
随后，将含合成气体的物流30在入口7进料到第二气化反应器3(其是气体气化反应器)。如需要，可以将含合成气体的物流30在进入第二气化反应器3之前处理，如脱除存在的任何硫化合物。
在第二气化反应器3中，优选也通过燃烧，将含合成气体的物流30部分氧化直到仅留下少量合成气体(即CO+H2)。如果燃烧用于第二气化反应器3中的部分氧化则使用空气或富氧空气，其在入口8通过物流40施加。
获得注入流体50(其通过出口9取出)。通常在第二气化反应器3中获得的注入流体50包含基于干燥气体的0.1-20mol％合成气体。
尽管根据图2的实施方案，含合成气体的物流30是‘部分氧化物流’，它也可以采用任何其它合适的方式获得。总之，与在第二气化反应器3中获得的‘注入流体’(或‘步骤(a2)’；优选0.1-20mol％CO+H2)相比，在第一气化反应器2(或‘步骤(a)’)中提供的‘含合成气体的物流’包含更多的合成气体(即优选＞25mol％CO+H2)。
通常在第二气化反应器3中获得的注入流体50的压力为20-200巴、优选50-80巴；温度为0-300℃(在第二冷却器25中冷却之后)；和基本不含有O2、优选包含小于10ppmv O2。
由于注入流体50可能(和通常会)具有适于在油田中注入的相对高压力(约70巴)，获得的物流可能原样用作注入流体，及仅需要降低的另外压缩量(如在压缩机12中压缩从而获得物流51)。通常物流51的压力为50-500巴。在一些情况下甚至可以省却另外的压缩。如需要如通过使用合适催化剂的催化氧化可以进一步除去任何剩余的游离O2。
本领域技术人员容易理解可以采用多种方式改进本发明而不背离权利要求中限定的范围。作为例子，可以将注入流体50在油田或其 它地下区域中用作注入流体之前进一步加工(如冷却、H2O脱除等)。替代地可以将注入流体50贮存以备后用。
图3显示本发明的另一个优选实施方案。在气化反应器201中将含甲烷的气体202采用空气203部分氧化以获得含合成气体的物流204。将这个物流在第一步骤中用蒸发水206冷却以在锅炉205中制备高压蒸汽207。将冷却的含合成气体的物流在空气冷却器208中用空气进一步冷却。将水212在罐209中分离。将含合成气体的物流的一部分210循环到气化反应器201。将剩余的净含合成气体的物流或注入流体211在压缩机213中压缩之前优选进一步在所谓的TEG脱水单元(未显示)中脱水以获得适于在表面218以下存在的烃储集层219中注入的加压的注入流体214。由于在储集层219中得到的更高压力，地下储集层219将产出烃物流215。在烃物流215是天然气物流，任选地与气体冷凝物物流结合的情况下，分离单元216可以是该方案的一部分。这个单元216从生产的气体215分离液体冷凝物、LPG馏分和任选地乙烷馏分(都显示为217)。在本发明的方法中，物流202可以是气体215或富含甲烷的气体217，从其分离出气体冷凝物、LPG馏分和/或乙烷馏分。它们是否在物流202中存在将取决于这些产物的当地价值。
通过调节在循环物流210和净生产物流211之间的循环比，可以达到氮气和二氧化碳在注入流体中的所需含量。例如，最终气体202或气体215的氮气含量会由于注入流体214的使用而增加。这将最终导致为达到物流211中相同氮气含量的较少循环。
通过基于模型计算的如下试验说明本发明。参考图3。在此实施例中将含甲烷的气体202采用空气203部分氧化。在下表中在无水基准上提供最重要物流的质量和数量。这个表显示使用本发明，贫气体的10kg/s物流可制备210kg/s的注入流体。循环百分比是20/210*100％＝9,5％。
| 图3中的物流 | 202 | 203 | 210 | 211 |
| Kg/s | 10 | 200 | 20 | 210 |
| H2(％mol) | - | - | 2 | 2 |
| CO | - | - | 3 | 3 |
| CO2 | 0.5 | (*) | 10 | 10 |
| N2 | 3.4 | 80 | 85 | 85 |
| CH4 | 85 | - | - | - |
| C2+ | 11.1 | - | - | - |
| O2 | - | 20 | ＜10ppm | ＜10ppm |
(*)假定零
Claims (22)
1.从地下区域生产含烃物流的方法，其中将注入流体注入所述地下区域，该方法至少包括如下步骤：
(a)提供含有基于干燥气体的0.1-20mol％合成气体的注入流体，其中所述注入流体通过用空气部分氧化碳质合成气体源获得；
(b)将所述注入流体注入地下区域以在其中获得所需的压力；
(c)从所述地下区域获得含烃物流；
其中所述注入流体的压力为50-500巴和温度为0-300℃。
2.权利要求1的方法，其中在步骤(a)中提供的所述注入流体包含＞3mol％且＜10mol％合成气体。
3.权利要求2的方法，其中所述注入流体包含基于干燥气体的：
-5mol％合成气体；
-10-20mol％CO2；
-70-90mol％N2。
4.权利要求3的方法，其中所述注入流体包含基于干燥气体的12-15mol％CO2。
5.权利要求3的方法，其中所述注入流体包含基于干燥气体的80-90mol％N2。
6.权利要求1-5任一项的方法，其中在步骤(a)中提供的所述注入流体包含小于10ppmv O2。
7.权利要求1-5任一项的方法，其中所述注入流体的压力为＞70巴且＜400巴。
8.权利要求1-5任一项的方法，其中所述注入流体的压力为＞80巴且＜300巴。
9.权利要求1-5任一项的方法，其中所述注入流体的温度为＞20℃且＜100℃。
10.权利要求1-5任一项的方法，其中所述碳质合成气体源是从地下区域获得的含烃物流的一部分。
11.权利要求10的方法，其中所述碳质合成气体源当含烃物流是天然气时为天然气或当含烃物流是原油烃时为伴生气。
12.权利要求1的方法，其中所述注入流体通过至少包括如下步骤的方法生产：
(a1)提供含有合成气体的物流；和
(a2)采用空气或包含至少70％N2的富氧空气使步骤(a1)中提供的含合成气体的物流部分氧化，因此获得含有合成气体的注入流体。
13.权利要求12的方法，其中步骤(a2)通过将步骤(a1)中获得的一部分含合成气体的物流循环回步骤(a1)而进行。
14.权利要求13的方法，其中在循环之前使循环合成气体的温度降低到100-400℃。
15.权利要求13或14的方法，其中循环回步骤(a1)的合成气体和由该方法制备的合成气体净总量的摩尔比为1∶2-2∶1。
16.权利要求12的方法，其中在步骤(a1)中提供的含合成气体的物流包含基于干燥气体的＞25mol％合成气体。
17.权利要求12的方法，其中在步骤(a1)中提供的含合成气体的物流包含基于干燥气体的30-50mol％合成气体。
18.权利要求12的方法，其中在步骤(a1)中提供的含合成气体的物流包含基于干燥气体的30-40mol％合成气体。
19.权利要求12的方法，其中在步骤(a1)中提供的含合成气体的物流的温度为100-400℃。
20.权利要求12的方法，其中在步骤(a1)中提供的含合成气体的物流的温度为＞200℃且＜350℃。
21.权利要求12-14任一项的方法，其中在步骤(a1)中提供的含合成气体的物流通过使烃物流(10)部分氧化而获得，烃物流(10)选自油、气体和煤。
22.权利要求21的方法，其中在步骤(a1)中提供的含合成气体的物流通过使天然气或伴生气部分氧化而获得。
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