CN101595198B

CN101595198B - 用于将气体吸收入液体中的系统和方法

Info

Publication number: CN101595198B
Application number: CN200880003454.7A
Authority: CN
Inventors: Z·迪亚兹; Rn·弗伦奇; Gm·沃伦
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 2007-02-16
Filing date: 2008-02-14
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2028-02-14
Also published as: RU2009134496A; US8394180B2; CN101595198A; RU2465444C2; US20100140139A1; CA2676231A1; WO2008101042A1

Abstract

一种将气体吸收入液体中的方法，所述方法包括：提供至少一种所需气体和至少一种非所需气体的物流，使气体物流暴露于液体，使得所述液体吸收的所需气体多于非所需气体，和将液体和气体混合物释放入地下地层中。

Description

用于将气体吸收入液体中的系统和方法

技术领域

本公开内容涉及用于将一种或多种气体选择性吸收入液体中的系统和方法。

背景技术

强化油采收(EOR)可用于提高全世界的油田中的油采收。存在三种主要类型的EOR(热、化学/聚合物和气体注入)，其可用于提高从储层中采收油，使其超过由常规装置可以达到的-从而可能延长油田寿命和提高油采收率。

热强化采收通过将热量加入储层而起作用。最广泛实施的形式是蒸汽驱油，其降低了油的粘度使得它可以流至生产井。化学驱油通过降低截留剩余油的毛细管力而提高采收。聚合物驱油提升了注入水的驱扫效率。可混溶气体注入以与化学驱油相似的方式起作用。通过注入与油可混溶的流体，可以采收被截留的剩余油。

通常以不均匀方式从储层中提取油。即大部分油从地层的更容易排油的区域中产出，和相对少的油从不太容易排油的区域获得。在高度压裂的储层或具有宽范围变化的渗透性的区域的那些中，其中油留在储层的不易接近的部分中，这是特别真实的。在这些储层中，普通的二次采收驱油处理通常具有有限的价值，因为注入的流体趋向于驱扫或流动通过容易良好排油的相同地层区域，从而旁通或仅有限程度地进入不容易排油的那些地层区域。

某些液体和气体对于二次采收驱油处理是所需的，因为它们能够原位与油混合，和作为混合物从地层中产出。其它液体和气体对于二次采收驱油处理是非所需的，因为它们不能原位与油混合和通常指形通过地层使大部分油留在地层中。在某些情况下，存在同时含所需和非所需气体的气体物流。本领域中需要使所需气体与非所需气体分离的系统和方法。

参考图1，其中图示了现有技术系统100。系统100包括地下地层102、地下地层104、地下地层106和地下地层108。在地面提供生产设施110。井112穿过地层102和104和终止于地层106。在114处显示了地层106的一部分。通过井112，使油和/或气从地层106中产出至生产设施110。可以使气体和液体互相分离，在气体储存器116中储存气体和在液体储存器118中储存液体。

美国专利No.5,167,280公开了溶剂刺激法，由此使降粘剂经生产管柱循环通过水平井。所述降粘剂离开生产管柱和进入由所述管柱和套管形成的环状空间。在低于储层压力的压力下，所述降粘剂扩散入储层中。因为所述降粘剂在浓度梯度的影响下扩散通过储层，所以它降低了油的粘度和使之流动。同时，降低粘度的油在向下牵引的压力影响下迁移入井中。当沿所述井的受激径向区中的降低粘度的油的对流运动恰好被降粘剂的扩散速率所平衡时，达到拟稳态生产率。这刺激大量油通过井孔的大面积区域，从而从储层中生产增大体积的烃类流体。降粘剂可选自：二氧化碳、烟气、一氧化碳、氦、氢、C1-C10烃、甲醇、乙醇、甲苯、二硫化碳和它们的混合物。美国专利No.5,167,280经此引用全文并入本文。

存在可用于EOR的可获得的气体混合物物流，例如来自化学过程或加热器的废气物流。然而，这些气体混合物的物流可能含有对于EOR来说所需的一种或多种气体和对于EOR来说非所需的一种或多种气体。本领域中需要使所需气体与非所需气体分离。

本领域中仍需要用于强化油采收的改进系统和方法。本领域中需要用注入物混合物强化油采收的改进系统和方法。本领域中需要用改进的注入物混合设备和方法强化油采收的改进系统和方法。

发明内容

在一个方面中，本发明提供将气体吸收入液体中的方法，所述方法包括：提供至少一种所需气体和至少一种非所需气体的物流，使气体物流暴露于液体，使得所述液体吸收的所需气体多于非所需气体，和将液体和气体混合物释放入地下地层中。

在另一个方面中，本发明提供用于生产油和/或气的系统，所述系统包括：包含液体的第一制剂，包含至少一种所需气体和至少一种非所需气体的第二制剂，用于将至少一部分第二制剂吸收入第一制剂中以生产包含所述液体、较大部分的所需气体和较小部分的非所需气体的第三制剂的机构，和用于将至少一部分第三制剂释放入地下地层中的机构。

在另一个方面中，本发明提供用于生产油和/或气的方法，所述方法包括：使包含二硫化碳的第一制剂与包含硫化氢和二氧化碳中的至少一种的第二制剂接触，以产生包含二硫化碳以及硫化氢和二氧化碳中的至少一种的第三制剂，和将第三制剂释放入地层中。

本发明包括以下一个或多个优点：

用含二硫化碳和气体的制剂强化从地层中采收烃的改进系统和方法。

用含有含二硫化碳的流体和气体的制剂强化从地层中采收烃的改进系统和方法。

用于强化油采收的改进系统和方法。

用于生产含二硫化碳和气体的制剂的改进系统和方法。

使用在原位与油可混溶的化合物强化油采收的改进系统和方法。

用于生产和/或使用含硫的强化油采收试剂的改进系统和方法。

附图说明

图1描述了油和/或气生产系统。

图2描述了液体和气体吸收系统。

图3描述了油和/或气生产系统。

图4描述了气体溶解度表。

图5描述了气体溶解度图线。

图6描述了气体溶解度表。

具体实施方式

现在参考图2，在本发明的一个实施方案中，将液体溶剂物流6例如二硫化碳加入泵1，使得所得液体溶剂物流7具有35bar的压力和27℃的温度。将液体溶剂物流7和混合气体物流8例如二氧化碳和氮加入吸收塔2中。混合气体物流8含有在35bar的压力和40℃的温度下的50体积％的二氧化碳和50体积％的氮。以摩尔计，气体物流8与液体物流7的流量比是22。吸收塔2具有10个塔板或级、塔顶冷凝器3和塔底再沸器4。用0.35的回流比操作吸收塔2。通过冷却物流9冷却在32bar的压力和-37℃的温度下操作的冷凝器3。冷却物流9的一种可能来源是丙烷回路。提供冷却的其它方法对本领域技术人员来说也是可获得和已知的。再沸器4通过加热物流10加热，和在34bar和-8℃的条件下操作。塔顶产物物流11含有57体积％的氮和43体积％的二氧化碳，几乎没有二硫化碳。塔底产物物流12含有73体积％的二氧化碳、26体积％的二硫化碳和1体积％的氮。以摩尔计，塔顶产物物流11与塔底产物物流12的流量比是5。在泵5中增大塔底物流12的压力，以注入地下地层中。对于60bar和20℃的储层条件，注入物混合物具有1.015g/cm³的单相密度，而对于90bar和50℃的储层条件，注入物混合物具有0.86g/cm³的单相密度。可以根据储层条件调节混合物中气体与液体的比，这对于本领域技术人员是明显的。

吸收塔中，二硫化碳吸收二氧化碳比吸收氮更有效约50-约100倍，例如约75倍。

可以调节吸收塔2的进料和工艺条件，使得物流12含有约10-约50体积％的二硫化碳、约30-约90体积％的二氧化碳和小于约10体积％(例如小于约5体积％或小于约1体积％)的氮。

物流12可以与约20-约80体积％例如约40-约60体积％的硫化氢混合。

含二硫化碳的物流6可以是用2006年4月19日提交的代理人卷号为TH2616的共同待审专利申请11/409,436中公开的系统和/或方法生产的不纯形式的二硫化碳，该文献经此引用全文并入本文。

吸收塔2可以在约5-约50bar、例如约10-约40bar的压力下操作。

吸收塔2在约-50至约100℃、例如约-20至约50℃的温度下操作。

含有二氧化碳和氮的物流8可以是来自烟气工艺的废气物流。

现在参考图3，在一些实施方案中，将含有二硫化碳以及二氧化碳、硫化氢、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和/或戊烷中的一种或多种的气体物流19加入泵14，以达到注入地下所需的压力。随后将更高压力的注入物物流20注入井15中，进入储层地层16。从生产井17生产的流体物流21可以含有注入物混合物的组分、油和其它烃、气体、水、溶解的和未溶解的组分例如矿物和盐、以及其它物质。在一些实施方案中，注射井15和生产井17是同一个井，如“Huff′n Puff”法中一样。可以在地面设施处理装置18中处理生产的物流21，以获得含烃的产物物流22、含注入物混合物的组分的物流23、以及由图中的物流24表示的含有一种或多种其它产生的物质的一个或多个物流。可能离开地面设施处理装置的物流从所需组分来看是不纯的，例如可以在物流23或物流24中发现一些烃。随后可以通过与物流20混合用于地下注入而循环含有注入物混合物的一种或多种组分的物流23。必要时，可以通过物流25加入注入物混合物的附加组分，以达到加入地下的所需组成。

2006年4月19日提交的代理人卷号为TH2616的共同待审专利申请11/409,436中公开了用于注入二硫化碳制剂和生产烃的适合的系统和方法，所述文献经此引用全文并入本文。

二硫化碳制剂可以含有二硫化碳和/或二硫化碳衍生物例如硫代碳酸、黄原酸酯和它们的混合物；和任选的以下的一种或多种：硫化氢、硫、二氧化碳、烃和它们的混合物。

二硫化碳制剂或与其它组分混合的二硫化碳制剂在地层16中的油和/或气中可能是可混溶的。在一些实施方案中，二硫化碳制剂或与其它组分混合的二硫化碳制剂可能混合于地层16中的油和/或气中，形成产生至井17的可混溶混合物。

二硫化碳制剂或与其它组分混合的二硫化碳制剂在地层16中的油和/或气中可能是不可混溶的。在一些实施方案中，二硫化碳制剂或与其它组分混合的二硫化碳制剂可能不混合于地层16中的油和/或气中，使得二硫化碳制剂或与其它组分混合的二硫化碳制剂作为活塞运行穿过地层16，从而驱使油和/或气到达井17。

可以将一定量的二硫化碳制剂或与其它组分混合的二硫化碳制剂注入井15中，之后利用另一组分(例如空气；气体或液体形式的水；与一种或多种盐、聚合物和/或表面活性剂混合的水；二氧化碳；其它气体；其它液体；和/或它们的混合物)驱使二硫化碳制剂或与其它组分混合的二硫化碳制剂穿过地层16。

现在参考图4，其中以表格形式描述了二硫化碳中多种气体的气体溶解度。从表中可以看出，硫化氢、二氧化碳和甲烷比氧、一氧化碳和氮更容易和/或以更大的量溶解于二硫化碳中。

现在参考图5，其中以表格形式描述了在与二硫化碳的混合物中多种气体的泡点。从图中可以看出，对于给定气体-二硫化碳混合物，随着压力增大，可以在溶液中保持增大量的气体。相反地，降低压力将导致一部分气体从溶液中鼓泡出来。此外，对于给定压力，与数量小得多的氧、一氧化碳和/或氮相比，可以使数量大得多的硫化氢、二氧化碳和/或甲烷溶解于二硫化碳中。

可以使溶剂与所需气体和非所需气体混合，以形成溶剂-气体混合物。基于溶剂中所需气体比非所需气体高的溶解度，与非所需气体相比，溶剂-气体混合物含有更大比例的所需气体。更大比例的所需气体可以是至少约2倍那么多、至少约5倍那么多、至少约10倍那么多或至少约20倍那么多。

现在参考图6，其中以表格形式描述了多种溶剂中二氧化碳的气体溶解度。从表中可以看出，可使用多种溶剂溶解二氧化碳。

可以从图6中列出的那些中选择用于溶解一种或多种所需气体的溶剂。作为替代，溶剂可以选自：二硫化碳，苯，甲苯，二甲苯，氯代烃例如四氯化碳或二氯甲烷，C₆-C₁₅烃例如汽油或柴油，矿物油，其它环烷烃或链烷烃，和/或它们的混合物。

所需气体可以包括硫化氢、二氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷和/或它们的混合物中的一种或多种。

非所需气体可以包括氧、一氧化碳、氮和/或它们的混合物中的一种或多种。

可以将溶剂、大部分一种或多种所需气体和小部分一种或多种非所需气体的混合物注入地下地层中。

可以将溶剂、大部分一种或多种所需气体和小部分一种或多种非所需气体的混合物注入地下地层中，以用于强化从地下地层中烃的油采收。

在一个实施例中，使溶剂二硫化碳与硫化氢、二氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷中的至少一种以及氧、一氧化碳和氮中的至少一种混合，以形成混合物。随后可以将混合物注入地下地层中。混合物可以含有约20-50％的二硫化碳、约20-50％的硫化氢、和各自小于约10％的氧和氮。混合物可以含有约20-50％的二硫化碳、约20-50％的二氧化碳、和各自小于约10％的氧和氮。混合物可以含有约20-50％的二硫化碳、约15-40％的二氧化碳、约15-40％的硫化氢、和各自小于约10％的氧和氮。

在本发明的一个实施方案中，其中公开了将气体吸收入液体中的方法，所述方法包括：提供至少一种所需气体和至少一种非所需气体的物流，使气体物流暴露于液体，使得所述液体吸收的所需气体多于非所需气体，和将液体和气体混合物释放入地下地层中。在一些实施方案中，所述方法还包括在释放液体和气体混合物之后从地下地层中生产烃。在一些实施方案中，至少一种所需气体包括硫化氢和/或二氧化碳。在一些实施方案中，至少一种所需气体包括二氧化碳。在一些实施方案中，至少一种非所需气体包括氮和/或氧。在一些实施方案中，至少一种非所需气体包括氮。在一些实施方案中，所述液体包括二硫化碳、苯、甲苯、二甲苯、氯代烃例如四氯化碳或二氯甲烷、C₆-C₁₅烃例如汽油或柴油、矿物油、其它环烷烃或链烷烃、和/或它们的混合物中的至少一种。在一些实施方案中，所述液体包括二硫化碳。在一些实施方案中，所述液体吸收的所需气体至少是非所需气体的2倍，例如以摩尔基准计。在一些实施方案中，所述液体吸收的所需气体至少是非所需气体的5倍，例如以摩尔基准计。在一些实施方案中，所述液体吸收的所需气体至少是非所需气体的10倍，例如以摩尔基准计。

在本发明的一个实施方案中，公开了用于生产油和/或气的系统，所述系统包括：包含液体的第一制剂，包含至少一种所需气体和至少一种非所需气体的第二制剂，用于将至少一部分第二制剂吸收入第一制剂中以生产包含所述液体、较大部分的所需气体和较小部分的非所需气体的第三制剂的机构，和用于将至少一部分第三制剂释放入地下地层中的机构。在一些实施方案中，所述系统还包括：用于从地层中采收液体和气体中的至少一种的机构，所述用于采收的机构包括地下地层中的井和在井上部处的采收设施。在一些实施方案中，用于释放第三制剂的机构包括用于将第三制剂释放入地层中的地下地层中的井。在一些实施方案中，地下地层在水体下方。在一些实施方案中，所述系统还包括用于注入水的机构，所述机构适合于在已经将第三制剂释放入地层中之后将水注入地层中。在一些实施方案中，所述用于吸收的机构包括吸收塔。在一些实施方案中，第一制剂包含至少50体积％的二硫化碳。在一些实施方案中，第二制剂包含至少40％的二氧化碳，以摩尔分数计。在一些实施方案中，第二制剂包含至少20％的二氧化碳和至少20％的硫化氢，以摩尔分数计。在一些实施方案中，第三制剂包含至少40％的二氧化碳和至少10％的二硫化碳，以摩尔分数计。在一些实施方案中，第三制剂包含至少60％的二氧化碳和至少20％的二硫化碳。在一些实施方案中，第三制剂包含至少20％的二氧化碳、至少20％的硫化氢和至少20％的二硫化碳，以摩尔分数计。在一些实施方案中，所述用于释放的机构包括注射井，和其中所述用于采收的机构包括注射井附近的多个生产井。在一些实施方案中，当第三制剂从注射井到达生产井时，调整多个生产井中的至少一个使之停车。

在本发明的一个实施方案中，公开了用于生产油和/或气的方法，所述方法包括：使包含二硫化碳的第一制剂与包含硫化氢和二氧化碳中的至少一种的第二制剂接触，以产生包含二硫化碳以及硫化氢和二氧化碳中的至少一种的第三制剂，和将第三制剂释放入地层中。在一些实施方案中，所述方法还包括从地层中采收液体和气体中的至少一种。在一些实施方案中，所述方法还包括从地层中回收至少一部分第三制剂，和随后将至少一部分回收的第三制剂释放入地层中。在一些实施方案中，释放包括将至少一部分第三制剂作为与烃、液体和/或蒸汽形式的水、二硫化碳之外的硫化合物、一氧化碳或它们的混合物中的一种或多种的混合物注入地层中。在一些实施方案中，所述方法还包括在将第三制剂释放入地层中之前、或当在地层内的时候加热第三制剂。在一些实施方案中，在释放第三制剂之后，将另一种材料释例如选自空气、液体和/或蒸汽形式的水、二氧化碳和/或它们的混合物的另一种材料释放入地层中。在一些实施方案中，当注射开始之前测量，在高于初始储层压力0-37,000千帕的压力下释放第三制剂。在一些实施方案中，所述方法还包括将至少一部分采收的液体和/或气体转化成选自运输燃料例如汽油和柴油、民用燃料、润滑剂、化学品和/或聚合物的材料。

本领域技术人员将理解，在不偏离本发明公开的实施方案、构造、材料和方法的精神和范围的条件下，它们可能存在多种修改和变化。因此，所附权利要求的范围和它们的功能等价物不应受限于本文描述和图示的特定实施方案，因为这些实施方案的性质仅仅是示例性的。

Claims

1.一种用于生产油和/或气的方法，所述方法包括：

提供包含至少一种所需气体和至少一种非所需气体的气体物流，其中所需气体选自硫化氢、二氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷和它们的混合物，和其中非所需气体选自氧、一氧化碳、氮和它们的混合物；

在-50至100℃的温度下和在5-50ba r的压力下使气体物流暴露于包含液体的第一制剂，使得所述包含液体的第一制剂吸收的所需气体多于非所需气体，其中所述液体选自二硫化碳、苯、甲苯、二甲苯、四氯化碳、二氯甲烷、汽油、柴油、矿物油和它们的混合物；和

将所获得的液体和气体混合物释放入地下地层中。

2.权利要求1的方法，还包括在释放液体和气体混合物之后从地下地层中生产烃。

3.权利要求1-2任一项的方法，其中所述至少一种所需气体包括硫化氢和/或二氧化碳。

4.权利要求3的方法，其中所述至少一种所需气体包括二氧化碳。

5.权利要求1-4任一项的方法，其中所述至少一种非所需气体包括氮和/或氧。

6.权利要求5的方法，其中所述至少一种非所需气体包括氮。

7.权利要求1-6任一项的方法，其中所述液体为二硫化碳。

8.权利要求1-7任一项的方法，其中所述含液体的第一制剂吸收的所需气体至少是非所需气体的2倍，以摩尔基准计。

9.权利要求1-7任一项的方法，其中所述含液体的第一制剂吸收的所需气体至少是非所需气体的5倍，以摩尔基准计。

10.权利要求1-7任一项的方法，其中所述含液体的第一制剂吸收的所需气体至少是非所需气体的10倍，以摩尔基准计。

11.一种用于生产油和/或气的系统，所述系统包括：

包含液体的第一制剂，其中所述液体选自二硫化碳、苯、甲苯、二甲苯、四氯化碳、二氯甲烷、汽油、柴油、矿物油和它们的混合物；

包含至少一种所需气体和至少一种非所需气体的第二制剂，其中所需气体选自硫化氢、二氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷和它们的混合物，和其中非所需气体选自氧、一氧化碳、氮和它们的混合物；

用于在-50至100℃的温度下和在5-50ba r的压力下将至少一部分第二制剂吸收入第一制剂中以生产包含所述液体、较大部分的所需气体和较小部分的非所需气体的第三制剂的机构；和

用于将至少一部分第三制剂释放入地下地层中的机构。

12.权利要求11的系统，还包括用于从地层中采收液体和气体中的至少一种的机构，所述用于采收的机构包括地下地层中的井和在井上部处的采收设施。

13.权利要求11-12任一项的系统，其中所述用于释放第三制剂的机构包括用于将第三制剂释放入地层中的地下地层中的井。

14.权利要求11-13任一项的系统，其中所述地下地层在水体下方。

15.权利要求11-14任一项的系统，还包括用于注入水的机构，所述机构适合于在已经将第三制剂释放入地层中之后将水注入地层中。

16.权利要求11-15任一项的系统，其中所述用于吸收的机构包括吸收塔。

17.权利要求11-16任一项的系统，其中所述第一制剂包含至少50体积％的二硫化碳。

18.权利要求11-17任一项的系统，其中所述第二制剂包含至少40％的二氧化碳，以摩尔分数计。

19.权利要求11-17任一项的系统，其中所述第二制剂包含至少20％的二氧化碳和至少20％的硫化氢，以摩尔分数计。

20.权利要求11-19任一项的系统，其中所述第三制剂包含至少40％的二氧化碳和至少10％的二硫化碳，以摩尔分数计。

21.权利要求11-19任一项的系统，其中所述第三制剂包含至少60％的二氧化碳和至少20％的二硫化碳。

22.权利要求11-19任一项的系统，其中所述第三制剂包含至少20％的二氧化碳、至少20％的硫化氢和至少20％的二硫化碳，以摩尔分数计。

23.权利要求12的系统，其中所述用于释放的机构包括注射井，和其中所述用于采收的机构包括注射井附近的多个生产井。

24.权利要求23的系统，其中当第三制剂从注射井到达生产井时，调整多个生产井中的至少一个使之停车。