CN102648331A

CN102648331A - 用于强化采油的方法和系统

Info

Publication number: CN102648331A
Application number: CN2010800402673A
Authority: CN
Inventors: J.C.勒比格
Original assignee: ROOLS-ROYCE
Current assignee: ROOLS-ROYCE
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2010-07-06
Publication date: 2012-08-22
Also published as: US20110005747A1; WO2011005725A3; WO2011005725A2

Abstract

本文公开了用于气体注射强化采油的系统和方法。该方法包括在燃烧室内燃烧固体燃料和含氧气体的步骤。该方法还包括将所述燃烧步骤的输出流引导通过从所述燃烧室延伸的流体路径并到地下以朝向井推送油的步骤。该方法包括在所述燃烧步骤期间将所述燃烧室内的压力保持成高于环境压力的步骤。

Description

用于强化采油的方法和系统

技术领域

本发明涉及用于强化采油的气体注射方法。

背景技术

强化采油是针对用于增加从油田提取的原油量的技术的术语。通过强化采油技术，与采用一次和二次开采方法的20-40%相比，可提取贮备原油的30-60%或更多。强化采油也被称为改进采油或三次开采。强化采油通过气体注射、化学注射、超声激励、微生物注射或诸如循环蒸汽、蒸汽驱和火驱这样的热开采而实现。气体注射是当前最常用的强化采油方法。例如二氧化碳或天然气或氮气这样的气体在高压下被注入到含油岩层。气体的压力将油朝向生产井推送，并帮助驱使油向上来到表面。除了提供驱动压力源以外，该气体还可与油混合从而降低油的粘性。

发明内容

概要地，本发明是用于气体注射强化采油的系统和方法。该方法包括在燃烧室内燃烧固体燃料和含氧气体的步骤。该方法还包括将所述燃烧步骤的输出流引导通过从所述燃烧室延伸的流体路径并到地下以朝向井推送油的步骤。该方法包括在所述燃烧步骤期间，将所述燃烧室内的压力保持成高于环境压力的步骤。

附图说明

由于本发明的优点通过在联系附图考虑时参照以下详细说明而变得被更好地理解，将易于意识到本发明的这些优点，附图中：

图1是根据本发明示范实施例的系统的简化概图。

具体实施方式

现参照图1，根据本发明示范实施例的系统10包括燃烧室12，其能够用于容纳固体燃料和含氧气体同时在保持成高于环境压力的压力下燃烧。系统10还包括从燃烧室12和地下16延伸的流体路径14，用于引导燃烧室12的输出蒸汽以将地下的油朝向井18推送。

示范系统10还可包括用于发电的子系统。热流体（例如水）可沿闭环的流体回路20行进。冷凝器22、泵24、换热器26和蒸汽轮机28可沿流体回路20定位。液态的热流体可被泵24泵到换热器26。该热流体可从燃烧室12的输出蒸汽提取热能以转变成气态。流体路径14的一部分30可穿过换热器26。气态的热流体（例如蒸汽）可从换热器26移动并经过蒸汽轮机28。热流体的能量可被蒸汽轮机28提取并转化成旋转。蒸汽轮机28可将旋转动力传送到其它部件，例如发电机32的转子。发电机32可响应于来自于蒸汽轮机28的旋转动力的输入而发电。注意，该旋转动力可直接从蒸汽轮机28传送，或通过中间结构（例如变速器或离合器）传送。还注意，蒸汽轮机28可将旋转动力传送到发电机32以外的结构。在经过蒸汽轮机28后，热流体可通过冷凝器22并回到液态。

如上所述，固体燃料和含氧气体可在燃烧室12内在保持成高于环境压力的压力下燃烧。在示范实施例中，固体燃料可为煤。可在实施更广泛发明的各种实施例时使用任何类型的煤。煤可具有相对高或相对低的碳含量。煤可具有相对高或相对低的硫含量。燃烧具有较高硫含量的煤可导致产生二硫化碳，这可有助于稀释地下油。稀释地下油可有助于促进采油。

可用示意性示出的固体燃料处理器34将固体燃料引导到燃烧室12。固体燃料处理器12可以是一个装置或一起工作的多个装置，其能够用于接收固体燃料并将固体燃料以期望形态输送到燃烧室12。例如，如果用煤作为固体燃料，则固体燃料处理器34可操作以将煤以粉末形态输送到燃烧室12。固体燃料处理器34可包括粉碎机以降低固体燃料的单个块的尺寸。固体燃料处理器34还可包括用于容纳固体燃料的装置，例如贮料斗，和/或还包括用于移动固体燃料的装置，例如来自铁路接收站的传送机和/或伸到燃烧室12内的注射器。固体燃料处理器34的一个或多个装置可直接或间接地从蒸汽轮机28被供应旋转或机械动力，或可从发电机32被供应电能。注意，图1中虚线表示电能传送路线。

输送到燃烧室12的含氧气体可为纯氧或空气。输出流的性质将会受到固体燃料的特性和含氧气体的特性影响。当含氧气体是纯氧并且脱硫煤被一起燃烧时，输出流基本上是纯的二氧化碳。二氧化碳可在油中混溶，因此有助于促进采油。如上所述，当煤包括硫时，二硫化碳会是输出流的成分。当含氧气体是空气并且固体燃料是未处理的煤时，输出流可包括二氧化碳、氮气、水、矿物质成分以及痕量的其它气体。所有这些成分可被引导到地下。替代地，这些成分的一个或多个可从输出流的其余部分中分离，然后输出流的剩余部分被引导到地下。

系统10可包括与燃烧室12在现场的氧气分离器36，用于此空气分离氧气并将基本上纯氧输送到燃烧室12。氧气分离器36可应用任何用于分离氧气的工艺。例如，可采用低温空气分离。美国专利No. 6,279,344通过引用结合于此作为产生氧气流的低温空气分离方法的一个例子。从空气中分离氧气或产生氧气流的另一工艺出现在固体氧化物燃料电池中。空气可被加压到大约300 p.s.i.并被注入到燃料电池内。电流可经过该电池以产生氧气流。美国专利No. 7,531,260通过引用结合于此作为可应用在本发明实施例中的固体氧化物燃料电池的一个例子。氧气分离器36可直接或间接地从蒸汽轮机28被供应旋转或机械动力，或可从发电机32被供应电能。

被引导到燃烧室12内的由氧气分离器36产生的氧气或其它任何含氧气体可被压缩机38压缩。压缩机38也可压缩被引导到氧气分离器36中的空气。在本发明的各种实施例中，压缩机38可操作以将含氧气体压缩到200 p.s.i.和3000 p.s.i.之间。更广泛发明的一些实施例可在压力为1500-2500 p.s.i.的范围内实施。更广泛发明的其它实施例可在不同范围上实施。燃烧室12可操作以容纳固体燃料和含氧气体，同时该组合在高于环境压力的预定压力下燃烧或在压力范围上进行燃烧。压缩机38可直接或间接地从蒸汽轮机28被供应旋转或机械动力，或可从发电机32被供应电能。

组合的固体燃料和含氧气体可在燃料室内在200-3000 p.s.i.之间的压力下并且在4500℉-6000℉之间的峰值温度下燃烧，出口温度将会在100和4000F之间。由于组合的固体燃料和含氧气体在增加的压力下一起燃烧，燃烧室12可为当前用于强化采油系统中的燃料室尺寸的大约1/100。这种好处是让人满意的，因为，通常输出流的传热系数随压力改变而改变。随着燃料期间压力增加，传热系数增加，使得可在换热器26处提取更多的能量。可从高于环境压力的燃烧享受的另一好处是换热器可为当前用在燃煤电厂中的换热器尺寸的大约1/40。

如上所述，矿物质成分可能是燃料输出流的一部分。如果矿物质成分不阻塞流体路径14或以其它方式阻碍采油，则该矿物质成分可随燃烧产生的气体被引导到地下。然而，系统10也可包括矿物质成分处理设备，在图1中由附图标记40示意地表示。矿物质成分处理设备40被示出位于流体路径14的部分42、44之间，但在本发明的替代实施例中，矿物质成分处理设备40可位于其它位置。矿物质成分处理设备40可为静电沉降器，或可通过其它工艺去除矿物质成分。矿物质成分处理设备40可直接或间接地从蒸汽轮机28被供应旋转或机械动力，或可从发电机32被供应电能。

系统10可包括再循环路径46。燃烧的输出流的一部分可在输出流经过矿物质成分处理设备40和换热器26后返回到燃烧室12。在本发明的一个实施例中，输出流的75%（如果输入到煤燃烧器的氧化流几乎是纯O₂，或大约0-30%，如果氧化流是空气）可被导回到燃烧室。然而，在本发明的其它实施例中，再循环路径46可被省略，并且所有输出流可被引导到地下。再循环路径46被示为从流体路径14的部分52延伸，但是在本发明的替代实施例中，再循环路径46可从沿着流体路径14的其它位置延伸。

系统可包括燃烧室12下游的压缩机48。在本发明的一些实施例中，可能需要对输出流进行压缩。例如，如果输出流被压缩，则含氧气体可在较低压力下被引导到燃烧室12内，并且燃烧室12可以在强固性上稍低。然而请注意，本发明可在燃烧室12的下游没有压缩机的情况下实施。压缩机48可直接或间接地从蒸汽轮机28被供应旋转或机械动力，或可从发电机32被供应电能。

压缩输出流的另一根据可在于可在换热器26处从输出流提取更多的能量。输出流可以在4500℉-6000℉之间的温度以及200-3000 p.s.i.之间的压力下进入换热器28。输出流可在200℉-1000℉之间的温度（在示范实施例中，约为燃烧温度的3%-25%）以及160-2400 p.s.i.之间的压力（在示范实施例中，约为燃烧压力的80%-100%）下离开换热器26。从输出流提取的能量的量或能量的提取率可基于系统10的功率需要而选择。例如，如果系统10包括氧气分离器36、固体燃料处理器34、压缩机38、矿物质成分处理设备40和压缩机48，那么相比如果系统10只包括压缩机38而言可提取更多的功率。如果从输出流被提取到功率附件的能量导致压力下降到低于采油所需的量，则系统10可包括压缩机48。

所提取的能量的量可大于给系统10提供动力所需的功率量。例如，系统10的操作者可选择产生超出系统10的需要的功率，并可然后将该超出功率卖给消费者，在图1中参照附图标记50。这样，本发明的实施例可在系统操作者是功率供应者而不是功率购买者的情况下实施。

系统10的操作的另一方面是地面入口处的输出流的温度。系统10的操作者可在相对较高的温度下或在相对较低的温度下将输出流引导到地面内。例如，较高的温度将会加剧油的稀释，从而促进采油。然而，另一方面，较高的温度可增加注射管线的成本，因为会需要更大更坚固的管线。一般地，在本发明的至少一些实施例中，更希望强调更高的压力而不是温度。可希望使输出流处于超临界液体状态，因为其将会更容易泵到地下，并将会给予更大的压力来促使油的运动。

示范流体路径14的一部分54从压缩机48延伸并延伸到地下。在本发明的实施例中，燃烧的输出流可在一个或多个位置被注射到地下。注意，美国公开No. 2008087425和美国专利No. 5,065,821和No. 5,803,171通过引用并入作为如何采用输出流或输出流的一部分来移动油的示范教导。在本发明的实施例中，可应用其它注射方案。

还注意，系统10可包括中央控制器以控制系统的单独的部件的操作。

尽管已参照示范实施例说明了本发明，本领域技术人员会理解可做出各种改变，并可用等同物替换其元件，而不背离本发明的范围。另外，对于本发明的教导可做出各种变型以适应具体情况或材料，而不背离本发明的基本范围。因此，本发明不限于本文公开的预期作为实施本发明最佳模式的具体实施例，而是本发明包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。特此保留请求保护本文公开的组合的元件和/或子组合的权利。

Claims

1.一种用于强化采油的气体注射方法，包括步骤：

在燃烧室内燃烧固体燃料和含氧气体；

将所述燃烧步骤的输出流引导通过从所述燃烧室延伸的流体路径并到地下以朝向井推送油；以及

在所述燃烧步骤期间，将所述燃烧室内的压力保持成高于环境压力。

2.如权利要求1所述的气体注射方法，其中，所述燃烧步骤被进一步限定为：

在所述燃烧室内燃烧固体燃料和基本上纯氧。

3.如权利要求1所述的气体注射方法，其中，所述引导步骤被进一步限定为：

将所述燃烧步骤的输出流的全部引导到地下。

4.如权利要求3所述的气体注射方法，其中，所述引导步骤被进一步限定为：

在所述燃烧步骤之后不压缩所述输出流的情况下，将所述燃烧步骤的输出流的全部引导到地下。

5.如权利要求1所述的气体注射方法，其中，所述引导步骤被进一步限定为：

当输出流移动到低于地面水平时，在输出流的压力在燃烧室的压力的大体80%和大体99%之间的情况下，将所述燃烧步骤的输出流引导到地下。

6.如权利要求1所述的气体注射方法，其中，所述引导步骤被进一步限定为：

当输出流移动到低于地面水平时，将所述燃烧步骤的输出流引导到地下，同时输出流的温度在所述燃烧室的温度的大体3%和大体90%之间。

7.如权利要求1所述的气体注射方法，其中，所述引导步骤被进一步限定为：

在不在所述燃烧室的下游压缩输出流的情况下，将所述燃烧步骤的输出流引导到地下以朝向井推送油。

8.如权利要求1所述的气体注射方法，其中，所述保持步骤被进一步限定为：

在所述燃烧步骤期间，将所述燃烧室内的压力保持在200-3000磅每平方英寸（p.s.i.）之间。

9.如权利要求1所述的气体注射方法，进一步包括步骤：

在所述引导步骤期间，在所述输出流移动到地下之前，从所述燃烧步骤的输出流提取能量。

10.如权利要求9所述的气体注射方法，其中，所述提取步骤被进一步限定为：

在不导致输出流中的显著压力降的情况下，从所述燃烧步骤的输出流提取热能，由此在所述输出流移动到地下之前需要额外压缩所述输出流。

11.如权利要求9所述的气体注射方法，进一步包括步骤：

在所述提取步骤期间，用所提取的热能生成蒸汽；以及

使所述蒸汽经过蒸汽轮机以产生动力。

12.如权利要求11所述的气体注射方法，其中，所述保持步骤进一步包括步骤：

在所述燃烧步骤之前用压缩机将所述含氧气体压缩到第一压力水平；

在所述燃烧步骤期间至少基本上将含氧气体的压力保持在所述第一压力水平；以及

联接所述压缩机和所述蒸汽轮机使得所述蒸汽轮机为所述压缩机提供动力。

13.如权利要求11所述的气体注射方法，进一步包括步骤：

用氧气分离器从空气分离氧气，所述氧气分离器与所述燃烧室在现场；以及

将所分离的氧气输送到所述燃烧室。

14.如权利要求11所述的气体注射方法，进一步包括步骤：

用粉碎机粉碎所述固体燃料；

用传送机将所粉碎的固体燃料输送到所述燃烧室；以及

用在所述经过步骤期间产生的动力的至少一部分为所述粉碎机和所述传送机提供动力。

15.如权利要求11所述的气体注射方法，进一步包括步骤：

用矿物质成分去除设备从所述输出流去除矿物质成分；以及

用在所述经过步骤期间产生的动力的至少一部分为所述矿物质成分去除设备提供动力。

16.如权利要求11所述的气体注射方法，进一步包括步骤：

用氧气分离器将氧气提供到所述燃烧室，所述氧气分离器与所述燃烧室在现场；

用固体燃料处理器将所粉碎的固体燃料输送到所述燃烧室；以及

用在所述经过步骤期间产生的动力的至少一部分为所述压缩机、所述氧气分离器和所述固体燃料处理器提供动力，其中，在所述提取步骤期间被提取来产生在所述提供动力步骤期间输送的动力的能量被限制成使得所述输出流不需要所述燃烧室下游的压缩。

17.如权利要求9所述的气体注射方法，其中，所述提取步骤被进一步限定为：

在所述引导步骤期间在所述输出流移动到地下之前从所述燃烧步骤的输出流提取能量，使得所提取的能量的量超过执行所述保持和引导步骤所需的量。

18.如权利要求9所述的气体注射方法，其中，所述提取步骤被进一步限定为：

在所述引导步骤期间在所述输出流移动到地下之前从所述燃烧步骤的输出流提取能量，使得所提取的能量的量超过执行所述保持和引导步骤所需的量，并且其中，所提取的能量的量被限制成使得所述输出流在移动到地下之前不需要所述燃烧室下游的压缩。

19.一种用于强化采油的气体注射方法的系统，包括：

燃烧室，所述燃烧室能够用于容纳固体燃料和含氧气体同时在保持成高于环境压力的压力下燃烧；以及

流体路径，所述流体路径在所述燃烧室下游延伸并延伸到地下，用于将所述燃烧室的输出流引导到地下以朝向井推送油。

20.如权利要求19所述的系统，进一步包括：

换热器，所述换热器沿所述流体路径布置并能够用于从所述输出流提取热；

蒸汽轮机；

流体回路，所述流体回路包括所述换热器和所述蒸汽轮机，其中，通过所述流体回路的传热流体在所述换热器内吸收热而变成蒸汽，然后经过所述蒸汽轮机；

压缩机，所述压缩机能够用于在所述含氧气体进入所述燃烧室之前加压所述含氧气体，其中，所述压缩机由所述蒸汽轮机提供动力；以及

氧气分离器，所述氧气分离器由所述蒸汽轮机提供动力并能够用于产生基本上纯氧到所述压缩机。