CN104520529A - 沥青回收过程 - Google Patents

Abstract

一种沥青回收过程，其中所述过程包括以下步骤：a)钻单井进入到沥青矿床内；b)将所述井装备有加热元件、溶剂注入构件和沥青回收构件；c)将溶剂注入所述井；d)使用所述加热元件加热所述溶剂至蒸汽状态；e)使所述溶剂蒸汽与所述矿床内的沥青混合；f)将所述沥青排出到所述井的底部；g)加热所述沥青以保持其粘度低；h)通过加热元件蒸发截留在沥青内的溶剂的一部分；i)从井内回收所述沥青和微量水；j)冷凝井内的溶剂以用于进一步与所述矿床内的沥青混合；k)重复步骤h至j，其中大部分所述溶剂在所述过程期间不离开所述井。

Description

沥青回收过程

背景技术

存在几种已知的用于从地下地层强化油回收的技术。那些技术中的一些技术使用地层的加热，以便提高沥青的流动并使回收更容易。这些技术中的一种技术被称为蒸汽辅助重力泄油(SAGD)。

其他强化油回收的技术包括将加热元件引入地下地层。加热元件可以是本领域已知的任何类型，包括以下：1)具有电加热元件的连续管或2)允许诸如蒸汽、气体、过热液体、熔融盐或本领域已知的其它加热流体之类的加热流体循环的连续管。这些加热元件通常用于在将蒸汽注入地下地层之前预热地下地层。

进一步强化油回收技术利用溶剂辅助技术。溶剂辅助技术包括以下步骤：1)将溶剂注入到地层中；2)将溶剂与沥青混合；3)从沥青地层中回收溶剂/沥青混合物；和4)将溶剂从沥青分离，回收并然后再次在地层中使用。

强化油回收技术的最新发展包括US2011/0303423。US2011/0303423教导了从地下储层回收原位粘性油。电力通过至少两个电极以在没有溶剂注入时，将引起储层内的水邻近于电极蒸发的量穿过地下储层进行传导。溶剂被注入储层，以通过蒸发邻近于电极的溶剂减轻该区域内的水蒸发。油和溶剂通过一个或多个生产井而生产。然而，US2011/0303423中公开的过程没能设想一种减少溶剂使用和水处理程序两者的节能过程。

已知的强化油回收技术被大量研究，但在每一阶段仍然需要改进。所需的改进包括：1)简化油回收过程；2)减少对诸如蒸汽和溶剂之类的材料的需要，从而减少用于蒸汽产生的能量消耗；3)减少水处理程序；和4)改进从沥青混合物的溶剂回收过程。

发明内容

本文公开的是一种用于从地下地层回收诸如沥青之类的烃类的过程，该过程被设计成通过减少1)地表水处理和2)溶剂使用来提高能量效率。

在一个方面中，沥青回收过程包括以下步骤：

a)钻单井进入沥青矿床中；

b)使所述井配备有加热元件、溶剂注入构件和沥青回收构件；

c)通过所述溶剂注入构件将具有低闪点的溶剂注入所述井；

d)使用所述加热元件加热所述溶剂至蒸汽状态，同时保持所述井内的温度和压力处于预定的条件；

e)使所述溶剂蒸汽与所述矿床内的沥青混合，从而降低所述沥青粘度；

f)将所述沥青排出到邻近所述加热元件的所述井的底部；

g)加热所述沥青以保持其粘度低，使得能够通过沥青回收构件回收所述沥青；

h)通过所述加热元件蒸发截留在所述井的底部的所述沥青内的溶剂的至少一部分；

i)通过所述沥青回收构件从井内回收所述沥青和微量水；

j)在井内冷凝所述溶剂以用于进一步与矿床内的沥青反应；

k)重复步骤h至j，其中所述溶剂的大部分在沥青回收过程期间不离开井。

在一个实施例中，加热元件利用通过井循环的电、蒸汽或热流体。在另外的实施例中，加热元件利用通过井在管内循环的电、蒸汽或热流体。在又一个实施例中，电、蒸汽或热流体在井的表面或孔内被再加热。

在一个实施例中，在过程中使用的溶剂包括丙烷、丁烷(正、异和混合丁烷)、戊烷(正、异和混合戊烷)或己烷(正、异和混合己烷)。在另一实施例中，溶剂是具有从C3至C8的组合物的混合溶剂。在又一实施例中，溶剂是具有从C5至C7的组合物的混合溶剂。甚至进一步，溶剂组合物在初始回收过程是较重的C7，并且随着过程继续逐渐被较轻的烃类取代。在一个实施例中，蒸汽随同溶剂一起被注入井中。

在一个实施例中，从井内回收的所产生的流体主要是具有少量混相的所含的溶剂和一些原生水的沥青或重油。

附图说明

图1是单井加热的剖视图。

图2是预加热单井的结束的剖视图。

图3是预加热单井的结束的另一视图。

图4是接近废弃的单井的剖视图。

图5是单井加热的生产剖面。

图6是示出单井加热的生产剖面的图表。

图7是单井加热中的溶剂回收的剖视图。

具体实施方式

到目标地层内钻井。整个操作可以在竖井、倾斜井、水平井或不规则井内实现，其中不规则井具有竖直、水平和倾斜部分的组合，以适应地层的几何形状。甚至进一步，水平井可从竖井延伸

单井被用于实现重力驱动沥青或重油生产过程。然而，多井可以被同时或顺序地加热并生产，每个井都有自己的加热柱(string)。该井被加套到中间套管的底部，在该处水平段包括热套管和热水泥。在水平段，该井具有衬垫，该衬底带有开槽或筛网以控制任何沙涌入。

如图1所示，油管柱2被放置到孔内，向下穿过竖直段并伸出进入水平段内至所需长度。然后，管子2随后卷回以沿水平行程返回并回到地面4。管子可以完全绝缘、部分绝缘或非绝缘的。

管子2包含加热介质6，其可以是电、蒸汽或具有高传热特性的另一种流体。在地面4上，电、蒸汽或流体被再加热到目标温度，然后返回到井内的油管柱2部分。当进入井孔时，电、蒸汽或流体处于过热或饱和蒸汽状态，使得其将热量传导到水平段。地层的该初始预热产生并启动耗竭室。可以发生冷凝，并且由于相变和固定的体积，将会产生热虹吸效应。

预热步骤之后，溶剂被引入井内。优选地，在井的水平段，溶剂通过附加油管柱被加入。优选地，溶剂是在井温下容易蒸发并且与储层沥青/油混相的直链烃。更优选地，溶剂是一种轻质烃，诸如丁烷、异丁烷、戊烷、己烷或混合溶剂，该混合溶剂具有类似的带从C3至C8的组合物的商业稀释剂，但大部分的溶剂体积在C5至C7范围内。实验已经表明，二甲苯和天然柠檬酸也可以用作溶剂。随着时间从较重的C7到较轻的C3改变溶剂组合物可能在生产周期内是有帮助的。应当记住的是，溶剂组合物必须匹配于特定储层的操作条件，从而确保与井下温度匹配的良好蒸发和冷凝温度。

如图2和3所示，溶剂在水平井孔内的初始填充应足以维持该过程。当液体溶剂到达由蒸汽加热的管时，冷凝的热量被释放到溶剂。溶剂迅速加热到其沸点并蒸发。由于蒸汽较轻，并且具有比液相更低的密度，溶剂蒸汽将在井孔中上升，从而填充耗竭室。蒸汽将上升直到它到达足够冷以冷凝它的表面。通常，冷却表面将是套管井上方的沥青。一旦蒸汽被冷凝到沥青上或与沥青一起冷凝，烃混合物就被形成，并且混合物的粘度和密度都比单独的沥青低得多，但是比纯溶剂高得多。烃混合物将通过重力向下流到井的水平段，从而在储层上方形成空隙空间。较轻的烃混合物落入井孔的水平段，并再次与蒸汽管子的热相遇。这会导致混合物的溶剂部分蒸发并在一个新的循环内上升到该空隙空间中。同时，在井孔内的沥青被保持在温暖的温度下，这保持它可流动。

如图4所示，可流动沥青可以通过本领域已知的手段从水平井被回收。例如，气举或电动潜油泵系统12可被用于将热的沥青提升到地面。优选地，热源被定位在地平面。但是，它也可以位于井下，如当使用标准的ESP(电动潜油泵)时，其在泵送动作中产生大量的热。此外，电加热源可以单独使用，或与其它热源组合使用。

基于储层的特性，如果使用适当的溶剂组合物和操作条件，该溶剂在整个过程中将会留在储层内，不需要加满溶剂。这导致在产出流体中很少或没有溶剂，这是因为溶剂保持储层内的工作流体。溶剂具有重复循环，该循环包括水平段内热液体到热蒸汽，该热蒸汽穿过储层上升到沥青/溶剂混合物流回水平段。因为溶剂保持储层内的工作流体，因此没有溶剂回收直到过程的结束，从而导致更少的溶剂在整个过程中被使用。

因为在所述过程中具有最小的溶剂注入，能量是守恒的，这是因为通常在地面不需要溶剂回收。即使回收的沥青中含有微量或少量的溶剂，残留在沥青中的溶剂也导致略微降低的粘度和密度，从而降低了销售或管道运输前对稀释剂添加的任何要求。

如图5和6所示，从该过程制造的沥青仍含有一些水，因为存在随同沥青一起在储层内在所述砂粒周围截留的原生水。然而，在井内的水的体积将会大大降低。事实上，在典型的SAGD操作中试验的在沥青体积内的水的体积的300％被减小到在沥青体积内的水的体积的15-30％。

如图7所示，在沥青地层耗竭时，残留在地层内的溶剂可以被冷却，被排出到井的底部，并从井内被回收以供将来重复使用。

如从上面所见，该过程的重要优点包括以下：

1)生产成本将会比传统的CSS或SAGD过程显著更低。因为没有加入水，水不必被提升到地面、清洁和再用或处置。同样，也不需要为进入到储层内的蒸汽注入而蒸发水。

2)因为没有重水利用，操作的环境影响将会比传统的CSS或SAGD低得多。

3)利用和循环含热流体可以保持井孔处于非常低的压力。此特征允许非常接近地面并且对于SAGD或CSS过程过于复杂或者甚至是危险的(在被释放到地面的潜在蒸汽方面)的矿床的回收。仅在阿萨巴斯卡区域，适合于该特定技术的资源数量是巨大的，并且几乎是未国际性地勘探过的。

4)上述过程可以配备有在强化油回收中使用的额外机械和设备，诸如本领域中已知的油处理设施、水处理设施、加热器、贮油器、发电和输送设备。

由于可以对本发明的优选实施例进行许多变化，而不脱离其范围。因此，应该认为，本文中所包含的所有内容是本发明的说明，而不具有限制意义。

Claims (13)

1.一种沥青回收过程，所述过程包括以下步骤：

a)钻单井进入到沥青矿床内；

b)将所述井配备有加热元件、溶剂注入构件和沥青回收构件；

c)通过所述溶剂注入构件将具有低闪点的溶剂注入所述井；

d)使用所述加热元件加热所述溶剂至蒸汽状态，同时保持所述井内的温度和压力处于预定的条件；

e)使所述溶剂蒸汽与所述矿床内的沥青混合，从而降低所述沥青的粘度；

f)将所述沥青排出到邻近所述加热元件的所述井的底部；

g)加热所述沥青以保持其粘度低，从而使得能够通过沥青回收构件回收所述沥青；

h)通过所述加热元件蒸发截留在所述井的底部的所述沥青内的溶剂的至少一部分；

i)通过所述沥青回收构件从所述井内回收所述沥青和微量水；

j)冷凝所述井内的所述溶剂以用于进一步与所述矿床内的所述沥青混合；

k)重复步骤h至j，其中大部分所述溶剂在所述沥青回收过程期间不离开所述井。

2.根据权利要求1所述的过程，其中所述加热元件利用通过所述井循环的电、蒸汽、或热流体。

3.根据权利要求2所述的过程，其中所述电、所述蒸汽或所述热流体在管内通过所述井循环。

4.根据权利要求3所述的过程，其中所述管是绝缘或部分绝缘的。

5.根据权利要求2所述的过程，其中所述电、所述蒸汽或所述热流体在地面被再加热。

6.根据权利要求2所述过程，其中所述电、所述蒸汽或所述热流体在所述井的孔内被再加热。

7.根据权利要求1所述过程，其中所述溶剂是纯的轻质烃溶剂。

8.根据权利要求6所述过程，其中所述纯烃溶剂包括丙烷、丁烷(正、异&混合丁烷)、戊烷(正、异&混合戊烷)或己烷(正、异&混合己烷)。

9.根据权利要求1所述过程，其中所述溶剂是具有从C3至C8的组合物的混合溶剂。

10.根据权利要求1所述过程，其中所述溶剂是具有从C5至C7组合物的混合溶剂。

11.根据权利要求8和9所述的过程，其中所述溶剂组合物在初始回收过程中是较重的C7，并且随着所述过程继续逐渐被较轻的烃取代。

12.根据权利要求1所述过程，其中存在随着所述溶剂一起被注入所述井内的蒸汽。

13.根据权利要求1的所述过程，其中从所述井中回收的产出流体主要是具有少量混相的所含溶剂和一些原生水的沥青或重油。