JP2021515860A - 地下石油貯留層から合成ガスを産出するための原位置プロセス - Google Patents
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Abstract
石油貯留層は、水素ガスを含む合成ガスを生成するよう、ガス化反応、水性ガスシフト反応、及び／又は水熱分解反応を誘導するために熱により処理される。合成ガスは、１つ又はそれ以上の生産井を使用して地上に産出される。【選択図】図１Ａ
Description
[001] 本発明の技術分野は、合成ガスを産出するための石油貯留層の処理に関する。
[002] 石油貯留層は、地球上に豊富にあり、一次プロセス並びに従来の油及びガスの貯留層からさらなる油を産出するための増進回収プロセス（水攻法、スチーム攻法（steam flooding）、及びケミカル攻法など）の使用を含む多くの技術が、これらの貯留層から石油又はガスを産出するために使用されている。
[003] 在来型の原油は、精製して輸送燃料及び石油化学工業用の原料にすることによって、加工処理される。
[004] 重油及び超重質油（たとえばビチューメン）について、油は元の貯留層条件で粘性であり、油は従来の方法を使用して産出することができず、したがって、重油及びビチューメンは、貯留層中でより容易に流動し地上に産出することができるように、粘度を下げるために熱により処理される。熱処理はまた、酸素及び他の流体が貯留層内をより容易に移動するのも可能にする。
[005] 重油又はビチューメンが抽出された後、重油又はビチューメンは通常、合成原油に改質され、合成原油は次に精製され、輸送燃料及び石油化学工業用の原料になる。
[006] 油若しくはガス又はそれらの製品が、一般に、燃焼され、それらのエネルギーが回収され、二酸化炭素が生成されるので、石油又はガスの産出は、最終的に二酸化炭素を産出することを暗に示している。
[007] 炭素強度が比較的低い油及びガスの貯留層から燃料を産出することが必要とされ続けている。
[008] 本発明の第１の広範な態様によれば、貯留層から合成ガスを回収するために貯留層を処理するための方法であって、貯留層は、石油及び水を含有し、方法は、
ａ．ガス化反応、水性ガスシフト反応、及び水熱分解反応の少なくとも１つを貯留層内で生じさせるのに十分な温度まで貯留層を加熱するステップであって、反応は、石油及び水の少なくとも１つを伴うステップと、
ｂ．ガス化反応、水性ガスシフト反応、及び水熱分解反応の少なくとも１つによって、石油及び水から、水素ガスを含む合成ガスを産出させるステップと、
ｃ．貯留層中に少なくとも１つの坑井を提供するステップと、
ｄ．少なくとも一部の合成ガスを少なくとも１つの坑井を通して地上に産出するステップと、を含む方法が提供される。
ａ．ガス化反応、水性ガスシフト反応、及び水熱分解反応の少なくとも１つを貯留層内で生じさせるのに十分な温度まで貯留層を加熱するステップであって、反応は、石油及び水の少なくとも１つを伴うステップと、
ｂ．ガス化反応、水性ガスシフト反応、及び水熱分解反応の少なくとも１つによって、石油及び水から、水素ガスを含む合成ガスを産出させるステップと、
ｃ．貯留層中に少なくとも１つの坑井を提供するステップと、
ｄ．少なくとも一部の合成ガスを少なくとも１つの坑井を通して地上に産出するステップと、を含む方法が提供される。
[009] 第１の態様のいくつかの例示的な実施形態では、貯留層を加熱するステップは、貯留層内の少なくとも一部の石油を酸化させるために、貯留層の中に酸化剤を注入することを含む。
[010] 第１の態様のいくつかの例示的な実施形態では、貯留層を加熱するステップは、
貯留層内の少なくとも一部の石油を酸化させるために、貯留層の中に酸化剤を注入することと、
貯留層内に置かれた電磁波アンテナ又は高周波アンテナにより電磁波又は高周波を生成することと、
貯留層の中に高温の物質を注入することと、
貯留層内に置かれた、抵抗をベースにした（オーム）加熱システムを使用することによって熱を生成することと、の１つ又はそれ以上を含む。
貯留層内の少なくとも一部の石油を酸化させるために、貯留層の中に酸化剤を注入することと、
貯留層内に置かれた電磁波アンテナ又は高周波アンテナにより電磁波又は高周波を生成することと、
貯留層の中に高温の物質を注入することと、
貯留層内に置かれた、抵抗をベースにした（オーム）加熱システムを使用することによって熱を生成することと、の１つ又はそれ以上を含む。
[011] 加熱するステップの後に、第１の態様のいくつかの例示的な実施形態は、合成ガスのさらなる生成を可能にするために、産出されるガスストリームの産出を遅延させるステップを含んでいてもよい。遅延の期間は、作業温度に依存し得るが、１週間〜１２か月の時間範囲にあることが好ましい。より好ましい期間は、１週間〜４週間であろう。
[012] 第１の態様のいくつかの例示的な実施形態では、方法は、合成ガスのさらなる生成を可能にするために、加熱の後に、産出されるガスストリームを産出するステップをさらに含む。貯留層の中への熱の注入（酸化剤又は高周波又は抵抗加熱を介しての）は、合成ガス産出が継続されている間、継続されてもよい。
[013] 第１の態様のいくつかの例示的な実施形態では、誘電加熱が、貯留層を加熱するために使用される。これらの実施形態では、電磁放射は、約６０Ｈｚ〜１０００ＧＨｚの範囲の周波数を有していてもよい。周波数の好ましい範囲は、１０ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの範囲にある。
[014] オーム加熱とも呼ばれる、抵抗をベースにした加熱が貯留層を加熱するために使用される実施形態では、温度は、２００〜８００℃の間まで上昇させてもよい。好ましい温度範囲は、４００〜７００℃の間にある。
[015] 本発明の第２の広範な態様によれば、合成ガスを貯留層から回収するために貯留層を処理するためのシステムであって、合成ガスは水素ガスを含み、貯留層は石油及び水を含有し、システムは、
貯留層を加熱し、ガス化反応、水性ガスシフト反応、及び水熱分解反応の少なくとも１つによって、石油及び水から合成ガスを生成するための装置と、
合成ガスを地上に産出するために、貯留層中に配置される坑井と、を含むシステムが提供される。
貯留層を加熱し、ガス化反応、水性ガスシフト反応、及び水熱分解反応の少なくとも１つによって、石油及び水から合成ガスを生成するための装置と、
合成ガスを地上に産出するために、貯留層中に配置される坑井と、を含むシステムが提供される。
[016] 第２の態様のいくつかの例示的な実施形態では、貯留層を加熱するための装置は、酸化剤インジェクタ、電磁石、高周波アンテナ、又は高温の物質のインジェクタの少なくとも１つを含む。
[017] 第１及び第２の態様のいくつかの例示的な実施形態では、産出される合成ガスは、電気化学的燃料電池デバイスで消費される又は発電のための蒸気若しくは油回収のための蒸気を生成するために燃焼させる又は燃料、プラスチック、メタノール、水素、硫黄、及び尿素などのような化学製品の産出のために化学原料として使用される。
[018] 第１及び第２の態様のいくつかの例示的な実施形態では、油又は他の流体は、垂直であっても、水平であっても、偏っていても、又は他の幾何学的配置をしていてもよい同じ坑井又は追加の坑井を通して、貯留層から間欠的に又は連続的に産出される。
[019] 二酸化炭素強度の低下には、いくつかの実施形態では、蒸気、一酸化炭素、二酸化炭素、及び水素並びに油又は遊離ガス層中に溶解している溶解ガスとして入手されるメタン及び他の炭化水素を含む合成ガスを産出するために原位置ガス化を使用することを伴い得る。窒素が注入される場合、窒素もまた、一般に、合成ガスの成分となる。硫黄が存在する場合、Ｈ２Ｓなどのような硫黄化合物は、合成ガスの一部となり得る。プロセスは、次いで、合成ガス製品を地上に産出する。
[020] 産出される合成ガスは、石油貯留層から地上に産出することができる代替エネルギー媒介物又は石油化学製品用の原料ガスとなる。産出される合成ガスは、電力若しくは熱を生成するために地上で燃焼させるか、電力の産出のために燃料電池デバイスで消費するか、又はメタノール、液体燃料、プラスチック、アンモニア、水素、グラフェン、及び尿素の産出のための原料として使用することができる。
[021] 油若しくはガス又はその両方、特に在来型の原油、重油、及びビチューメン又は天然ガスの合成ガスへの原位置変換は、現在、望ましい次世代技術であると考えられている。しかしながら、現在使用されている商業的に実現可能なプロセスはない。
[022] 広範な態様では、本明細書において記載される方法及びシステムは、石油資源を合成ガスの大規模な供給源と見ており、石油だけでなく、生成される合成ガスに水素を供給し貯留層内に追加のオキシダイザーを供給することもできる地層水もまた、合成ガスの大規模な供給源と見ている。
[023] 概して、本明細書は、合成ガスを回収するために、油の貯留層（たとえば在来型の油、重油、オイルサンド貯留層、炭酸塩岩油層（carbonate oil reservoir）、天然ガス、硫化水素など）を処理するための方法を記載する。いくつかの例示的な方法は、貯留層中の酸化可能な流体の一部分を燃焼させるための、貯留層の中への酸素又は酸素の多いストリームの注入を含む。プロセスのこの部分の間に、地上に産出される流体はない。貯留層において目標温度に達したら、注入を停止させてもよく、貯留層はソークさせ、この間に、貯留層中の残存酸素は、消費され、ガス化反応及び水性ガスシフト反応が起こってもよい。これらの反応の間に、水素及び酸化炭素が、貯留層内に産出される。生産井は、産出のために開かれると、水素、酸化炭素、水（合成ガス）、炭化水素ガス、及び硫化水素の混合物を地上に産出する。合成ガス産出速度が限界値まで下がったら、酸素注入をもう一度開始させてもよく、全体的な合成ガス産出速度が限界値まで下がるまで、プロセスを複数回繰り返すことができる。したがって、プロセスは、貯留層内にある炭化水素及び水から合成ガスをもたらす。水又は蒸気又は可燃性の燃料又は有機物質若しくは下水などのような廃棄物又は他の流体若しくは粒子が、酸素と共に又は酸素と別々に貯留層の中に注入されてもよい。
[024] いくつかの例示的な実施形態では、油から合成ガスを産出するための材料は、熱、油、及び水を含むことができる。貯留層の中に酸素を注入することによる貯留層の酸化は、貯留層内で熱を生成するための１つの手段である。温度が高い貯留層において生じる反応は、低温及び高温酸化、熱分解（サーマルクラッキング）、水熱分解（含水熱分解又は水の存在下におけるサーマルクラッキング反応）、ガス化反応、並びに水性ガスシフト反応を含むことができる。
[025] 本発明の方法はまた、通常の手法ではこれらの貯留層がそれぞれ油又はガスを産出しないと思われるほど貯留層の含水率が高いと考えられる油又はガスの貯留層において使用することもできる。本明細書において教示される方法は、水素が、石油からだけでなく、貯留層内の水からも入手されるので、高含水率石油貯留層において使用することができる。したがって、本明細書において教示される方法は、高含水率によって、油の多い飽和貯留層ほど価値がないものとされる貯留層において使用することができる。したがって、方法は、水素が、貯留層中の石油及び水の両方から入手されるので、以前はそれほど価値がなかった石油貯留層を、価値のあるエネルギー供給源及び化学原料供給源に変換する。
[026] 合成ガスが、Ｈ２Ｓなどのような硫黄化合物を含む場合、水素は、Ｈ２Ｓから分離し、価値のある水素の供給源を作り出すことができる。
[027] 本発明の例示的な実施形態の詳細な説明は、以下に示される。しかしながら、本発明がこれらの実施形態に限定されると解釈されるべきではないことが理解されるべきである。例示的な実施形態は、本発明の特定の適用に関するものであり、その一方で、本発明が、本明細書において記載される例示的な実施形態を超える適用可能性を有することが、当業者らに明らかであろう。
[028] 本出願の実施形態の特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び添付される図面から明白になるであろう。
[035] 本発明の例示的な実施形態は、ここで、添付の図面に関連して記載する。
[036] 以下の説明の全体にわたって、当業者らに対して、より十分な理解をもたらすために、特に詳細な説明が記載される。しかしながら、よく知られている部分は、本開示を不必要に不明瞭にすることを回避するために詳細には示さなかったか又は記載しなかった場合がある。以下の説明は、網羅的であること又は本発明を任意の例示的な実施形態の厳密な形態に限定することを意図していない。したがって、説明及び図面は、制限的な意味ではなく説明的な意味に見なされ、解釈されるべきである。
[037] 本発明は、貯留層内の石油及び水からの合成ガスの産出のための油又はガスの貯留層の処理に関する。処理は、貯留層内で合成ガスを産出するために、ガス化反応及び水性ガスシフト反応を可能にするよう、貯留層を加熱すること並びに次いで、貯留層から水素を産出するために生産井を使用することを含む。
[038] 油及びガスの貯留層における高含水率は、通常、油又はガスの産出に不利であると考えられる。本明細書において記載される方法は、水が水素を供給するので、高含水率が合成ガスの産出にとって有益であることを示す。合成ガスを産出する反応の多くは、貯留層における水から水素を入手し、これらの反応の温度下で、地層水は、蒸気に変換され、これは、次いで、貯留層の炭化水素と共に水蒸気改質反応に関与する。
[039] 油及びガスの貯留層における高Ｈ２Ｓ含有率は、通常、油及びガスの産出に不利であると考えられる。本明細書において記載される方法は、水素をＨ２Ｓから分離することができることを示し、カーボンレスのエネルギー及び／又は石油化学原料といった利益をもたらす。
[040] 油及びガスの貯留層からの既存の原位置エネルギー産出プロセスは、油又はガス又はその両方を地上に産出する。
[041] いくつかの実施形態では、本発明の方法は、以下の要素に関して異なるアプローチを採用する：貯留層の加熱のタイミング、原位置ガス化反応及び水性ガスシフト反応のタイミング、並びに貯留層からの合成ガスの産出。本明細書における方法はすべて、いくつかの共通のステップを有する。
[042] 最初に、貯留層は加熱される−例示的な１つの方法は、火攻法が一定期間貯留層において行われる、酸素注入であろう；別の例示的な方法は、電磁放射又は高周波を使用するであろう；別の例示的な方法は、貯留層の中に高圧、高温蒸気又は別の高温物質を注入するであろう；別の例示的な方法は、電気抵抗加熱を使用するであろう。
[043] 酸化剤が貯留層の中に注入される場合、ガス化反応及び水性ガスシフト反応は、酸素注入が停止された後、継続が許可される。
[044] 合成ガス産出は、生産井を通して可能になる。したがって、プロセスは、貯留層から、合成ガスの形態をしたエネルギー及び化学原料；熱及び電力又は価値のある化学製品をそれぞれ生成するために使用することができる比較的低公害の燃料及び有用で価値のある化学原料を産出する。
[045] 本明細書の全体にわたって、多数の用語及び表現は、それらの通常の意味に従って使用される。続く説明において使用されるいくつかのさらなる用語及び表現の定義が下記に提供される。
[046] 「油」は、炭化水素成分を含む、天然に存在する未精製の石油製品である。「ビチューメン」及び「重油」は、大抵、それらの密度及び粘度に基づいて、他の石油製品と区別される。「重油」は、通常、９２０〜１０００ｋｇ／ｍ３の間の密度により分類される。「ビチューメン」は、通常、１０００ｋｇ／ｍ３を超える密度を有する。本明細書の目的のために、用語「油」、「ビチューメン」、及び「重油」は、おのおのが他の用語を含むように、区別なく使用される。たとえば、用語「ビチューメン」が単独で使用される場合、ビチューメンは、その範囲内に「重油」を含む。油によって又は油と共に同時に産出され得る又は移動性を持ち得る、懸濁、吸着、乳濁、分子の結合、又は他の手段のいずれかを通して油に流入した非炭化水素部分は、この定義内に含まれる。
[047] 本明細書において使用されるように、「石油貯留層」は、石油製品、すなわち油及びガスを含有する多孔性マトリックスから主として構成される、地表下の形成物を指す。本明細書において使用されるように、「重油貯留層」は、重油を含有する多孔質岩石から主として構成される石油貯留層を指す。本明細書において使用されるように、「オイルサンド貯留層」は、ビチューメンを含有する多孔質岩石から主として構成される石油貯留層を指す。貯留岩中の「水相」は、多孔質貯留岩中に存在する間隙水である。
[048] 「自然の貯留層温度」は、冷たい又は加熱されていない貯留層の周囲温度である。「貯留層温度」は、自然の貯留層温度又は加熱された貯留層の温度を指してもよい。
[049] 「クラッキング」は、大きな炭化水素鎖を小さな鎖状化合物に分割することを指す。「水素化」は、炭化水素への水素の追加を指す又は水素が奪われる置換反応を指す。
[050] 用語「原位置」は、地表下のオイルサンド貯留層の環境を指すことができる。「原位置」は、「所定の場所で」又は「元の場所で」を意味する。
[051] 図１Ａ〜図１Ｃは、貯留層内の油及び水が合成ガスに変換される、油の貯留層を処理するための本発明の例示的な実施形態を示す。
[052] 図１Ａ〜図１Ｃに示される実施形態において、この技術は、逆のスチーム補助重力排油法坑井配置を使用している。図１Ａ〜図１Ｃにおける例示的な実施形態は、サイクルごとに３つのステージを含む。ステージ１（図１Ａ）では、酸素が貯留層の中に注入され、ビチューメンの一部が燃焼され、ガス化反応、水性ガスシフト反応、及び／又は水熱分解反応に必要とされる温度（たとえば＞７００℃）を生成する。ステージ２（図１Ｂ）では、酸素注入が停止され、貯留層中の残存酸素が消費される。近くの坑井領域の貯留層は温度が高くなり、ガス化反応、水性ガスシフト反応、及び水熱分解反応が継続する。反応に由来するガス製品が、貯留層中に蓄積する。その後、ステージ３（図１Ｃ）が始動され、その時、生産井が開かれ、生産井は、次いで、合成ガスを地上に産出する。合成ガス産出が非商業的な速度まで落ちたら、プロセスは、ステージ１から再度開始されてもよい。方法は、水平の坑井に限定されず、垂直な及び偏った及び多角の坑井でも行うことができる。方法は、ガスの貯留層において等しく適用することができる。酸化剤の注入は、図４に示されるように、合成ガスの産出の間でさえ継続することができる。
[053] 方法の別の実施形態は、図２に示される。この実施において、貯留層に提供される熱は、電磁波／高周波アンテナを使用することによって提供される。高温の貯留層は、ガス化反応、水性ガスシフト反応、及び水熱分解反応を経て、これによって、貯留層内に水素、酸化炭素、及び他のガスを生成する。生成された合成ガスは、生産井を通して地上に産出される。方法は、水平の坑井に限定されず、垂直な及び偏った及び多角の坑井でも行うことができる。方法は、ガスの貯留層において等しく適用することができる。
[054] 別の実施形態は、図３に示され、坑井の横断方向で示されるが、複数の水素生産井の間に配置される電磁／高周波ヒーターを示す。方法は、水平の坑井に限定されず、垂直な及び偏った及び多角の坑井でも行うことができる。方法は、ガスの貯留層において等しく適用することができる。
[055] 反応によって、ガスが生成され、これは、次いで、高温の移動性を持った油及び復水の、ガス化反応チャンバーの底部の方への重力排水（密度差による）を可能にする。したがって、プロセスは、移動性を持った油を、圧入井の上及びそのまわりの反応ゾーンの方へ移動させることによってプロセス自体を持続させている。これは、ガス化反応を促進し、坑井ペアの近くで高温（たとえば７００＋℃）ゾーンを維持する。
[056] 他の実施では、単一の坑井を使用することができ、酸素は、坑井のある部分に沿って注入され、合成ガス産出は、坑井の別の部分に沿って生じる。坑井は、垂直であっても、偏っていても、又は水平であってもよい。
[057] さらなる実施では、貯留層の加熱は、電磁波又は高周波によって行うことができる。
[058] さらなる実施では、貯留層の加熱は、高圧、高温蒸気を使用することによって行うことができる。
Ａ．貯留層の加熱
[059] 第１のステップにおける例示的な方法は、ガス化反応及び／又は水性ガスシフト反応が貯留層内の油と水との間で起こることができる温度まで貯留層を加熱する。
[059] 第１のステップにおける例示的な方法は、ガス化反応及び／又は水性ガスシフト反応が貯留層内の油と水との間で起こることができる温度まで貯留層を加熱する。
[060] 熱は、当技術分野においてよく知られている様々な方法を通して貯留層に送ることができる。市販で入手可能な方法は、酸素注入を含み、いくつかの例示的な方法では、燃焼ステップは、一定期間、酸素を貯留層の中に注入し、石油の一部分が燃焼し、貯留層内で熱を生成し、約４００〜７００℃の温度に達する。当技術分野において知られている加熱の他のモードは、電磁波又は高周波をベースにした加熱を含む。加熱の他のモードは、貯留層の中に高温の物質を注入することを含む。
[061] 熱が貯留層に注入されたら、次いで、燃焼によって行われたのであれば、酸素注入は停止されてもよく、貯留層は、燃焼ステップによって達した高い温度でソークしたまま放置される。電磁加熱によって加熱されたのであれば、この加熱は、所望の温度で貯留層を高温のまま保ち続けることができる。
Ｂ．ガス化、水性ガスシフト、及び水熱分解反応期間
[062] 貯留層の温度が高い期間に、ガス化反応及び水性ガスシフト反応及び水熱分解反応が生じ、水素、硫化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、及び蒸気（水蒸気）が結果的に生成されてもよい。反応が貯留層中で生じるとともに、気体成分が、貯留層空間内に集まる。
[062] 貯留層の温度が高い期間に、ガス化反応及び水性ガスシフト反応及び水熱分解反応が生じ、水素、硫化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、及び蒸気（水蒸気）が結果的に生成されてもよい。反応が貯留層中で生じるとともに、気体成分が、貯留層空間内に集まる。
[063] 図６は、貯留層中で生じてもよいいくつかの反応を示す。図６において、酸化及びガス化のための燃料は、ビチューメン及びプロセスの間に生じる反応から形成されるコークスである。ビチューメンは、マルテン（飽和分、芳香族分、及びレジン）並びにアスファルテン（高い粘度を有する大きな環式化合物）の混合物として表すことができる。酸化の間に、マルテンは、アスファルテンに変換され得る。アスファルテンは、低温及び高温酸化の両方並びにサーマルクラッキングを介して、メタン、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、硫化水素、及び高分子量ガス（たとえばプロパンなど）を含む様々なガス製品並びにコークスに変換され得る。コークスは、次いで、酸化及びガス化反応を通して、メタン、水（蒸気）、一酸化炭素、二酸化炭素、及び水素を含むが、これらに限定されない製品に変換され得る。さらに、メタンは、ガス化反応を介して、水素並びに二酸化炭素及び一酸化炭素に変換され得る。一酸化炭素及び水（蒸気）は、水性ガスシフト反応を介して、水素及び二酸化炭素に変換され得る。概して、本システムにおける燃料成分、たとえば油、コークス、メタンは、ガス化され、一酸化炭素、二酸化炭素、硫化水素、及び水素の混合物を産出し得る。
Ｃ．合成ガスの産出
[064] 十分な時間が合成ガスの生成の間に経過したら、次いで、ガスは、生産井を通して貯留層から産出される。合成ガスが貯留層から取り出されるので、これは、より多くの合成ガスを生成するように反応を促す。いくつかの実施形態の間に、下の方の酸素圧入井の近くに蓄積した油は、合成ガスが上の方の圧入井を通して産出されるのと同時に、同じ酸素圧入井又は別々の坑井を通して産出され、商業的に販売されてもよい。この油は、連続的に若しくは合成ガス産出と同時に産出することができる又は酸素ポートにより、油が連続的に若しくは間欠的に産出される同じ坑井の内側から酸素を注入することができる。合成ガスチャンバー発生、油移動性、貯留圧力、又は他の要素などのような特性に依存して産出アプローチを変化させることは好都合であってもよい。同じウェルボア内で行われるのであれば、ダウンホール部分酸化及び貯留層又はパイプ内での油の部分的な改質／水素化、燃焼ガス膨張リフト効果（上昇している油柱内でのいくらかの合成ガスの生成の制御により、間欠泉のように流体を地上まで押し、同時の大容量真空／サイフォンを作り出す）、貯留層内の坑井からの又は随伴する圧力及び流動効果による地上への砂の単離又は除去、並びに油／エマルジョンが加熱され、上昇して地上に至るなどのようなさらなる利益があってもよい。水素のいくらかは、油と同時に産出される水に由来してもよい。これは、自燃性の濃度／温度条件で、少量の下に向かう酸素を上昇中の流体に追加することによってもたらすことができる。
[064] 十分な時間が合成ガスの生成の間に経過したら、次いで、ガスは、生産井を通して貯留層から産出される。合成ガスが貯留層から取り出されるので、これは、より多くの合成ガスを生成するように反応を促す。いくつかの実施形態の間に、下の方の酸素圧入井の近くに蓄積した油は、合成ガスが上の方の圧入井を通して産出されるのと同時に、同じ酸素圧入井又は別々の坑井を通して産出され、商業的に販売されてもよい。この油は、連続的に若しくは合成ガス産出と同時に産出することができる又は酸素ポートにより、油が連続的に若しくは間欠的に産出される同じ坑井の内側から酸素を注入することができる。合成ガスチャンバー発生、油移動性、貯留圧力、又は他の要素などのような特性に依存して産出アプローチを変化させることは好都合であってもよい。同じウェルボア内で行われるのであれば、ダウンホール部分酸化及び貯留層又はパイプ内での油の部分的な改質／水素化、燃焼ガス膨張リフト効果（上昇している油柱内でのいくらかの合成ガスの生成の制御により、間欠泉のように流体を地上まで押し、同時の大容量真空／サイフォンを作り出す）、貯留層内の坑井からの又は随伴する圧力及び流動効果による地上への砂の単離又は除去、並びに油／エマルジョンが加熱され、上昇して地上に至るなどのようなさらなる利益があってもよい。水素のいくらかは、油と同時に産出される水に由来してもよい。これは、自燃性の濃度／温度条件で、少量の下に向かう酸素を上昇中の流体に追加することによってもたらすことができる。
[065] 当業者らは、様々な合成ガス成分が、低温蒸留、圧力スイング吸収／吸着、温度スイング吸収／吸着、膜、分子篩、遠心分離機、磁場、重力／浮力成層／蒸留、化学反応、熱分解、共鳴場、照射、電場、音響破壊、音響分離、及び他の方法を含む種々様々のよく知られているプロセスを通して分離されてもよいことを知っているであろう。
Ｄ．新たなサイクル
[066] 加熱が、たとえば、図１Ａ〜図１Ｃにおいて示されるように酸素注入を使用して、火攻法で周期的に行われる場合、ガス化、水性ガスシフト、及び水熱分解反応速度が落ちて、合成ガス産出が限界値未満に落ちるほど貯留層の温度が落ちた後、酸素注入及び結果として生ずる火攻法の新たなサイクルが開始し、貯留層の加熱に至るであろう。その後、ステップＡ〜Ｃが繰り返される。継続的な加熱が、酸化作用物質の注入又は電磁波若しくは高周波又は抵抗加熱法によって行われる場合、継続的な合成ガス産出が貯留層から生じ得る。
[066] 加熱が、たとえば、図１Ａ〜図１Ｃにおいて示されるように酸素注入を使用して、火攻法で周期的に行われる場合、ガス化、水性ガスシフト、及び水熱分解反応速度が落ちて、合成ガス産出が限界値未満に落ちるほど貯留層の温度が落ちた後、酸素注入及び結果として生ずる火攻法の新たなサイクルが開始し、貯留層の加熱に至るであろう。その後、ステップＡ〜Ｃが繰り返される。継続的な加熱が、酸化作用物質の注入又は電磁波若しくは高周波又は抵抗加熱法によって行われる場合、継続的な合成ガス産出が貯留層から生じ得る。
[067] 図５は、貯留層内の油及び水が合成ガスに変換される、油の貯留層を処理するための本発明の方法の実施を示す。
[068] いくつかの例示的な方法は、貯留層の中に連続的に酸素を注入することによって貯留層内の油及び／又は水を伴うガス化反応及び水性ガスシフト反応が起こる温度まで貯留層を加熱し（図４に示されるように）、４００〜７００℃の間の好ましい温度まで貯留層を加熱する火攻法の反応を生じさせる。この温度範囲は、間隙規模で又は貯留層の領域内で、一時的に到達してもよく又は超過してもよく、全体的な平均貯留層温度がこの範囲内にあることを必要としない。
[069] 貯留層が加熱されており、温度が高い間、ガス化反応及び水性ガスシフト反応及び水熱分解反応が生じ、水素、硫化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、及び蒸気（水蒸気）が結果的に産出されてもよい。反応が貯留層中で生じるとともに、気体成分は、貯留層空間内に集まるが、貯留層中で浮力効果により上昇する傾向があり、移動性を持った油が圧入井のまわりに集まり、そこで反応を持続させ、ガスは、生産井の方へ上に向かって上昇し、貯留層中に集まる。合成ガスは、生産井を通して貯留層から産出される。
[070] 酸素が貯留層の中に注入されるとともに、反応ゾーンが貯留層内に作り出される。反応ゾーンは、元の貯留層温度よりも高い温度を有するゾーンによって特徴付けられる。反応ゾーン中で、温度は、４５０℃超に上昇し、反応フロントで、温度は、９００℃を超過し得る。４００℃超の温度で、ガス化反応が、水素を生成する高温のゾーン内で生じ、上の方の生産井によって地上にもっぱら産出される。圧入井のまわりの高温のゾーン内で、加熱された油が、圧入井のまわりに流れ出て、蓄積し、こうして、圧入井のまわりで生じる反応に、より多くの燃料が供給される。
[071] 本明細書において教示される方法から生成される合成ガスは、電力、熱を生成するために使用することができる、電力を生成するために使用することができる蒸気若しくは他の原位置油回収プロセスのための蒸気を産出するために燃焼させることができる、又は燃料、プラスチック、メタノール、尿素、水素、硫黄などを含む他の化学製品を産出するための原材料とすることができる。
[072] 本明細書及び請求項の全体にわたって、文脈上明らかに他の意味に解すべき場合を除いて、
・「含む」、「含むこと」、及びその他同種のものなどは、排他的又は網羅的な意味に対立するものとして、包括的な意味で、すなわち、「含むが、限定されない」という意味で解釈されるべきである。
・「接続された」、「カップルされた」、又はその任意の変形は、２つ又はそれ以上のエレメントの間の直接的な又は間接的な任意の接続又はカップリングを意味し、そのエレメントの間のカップリング又は接続は、物理的、論理的、又はその組み合わせとすることができる。
・「本明細書における」、「上記に」、「下記に」、及び類似する意味の語は、本明細書を説明するために使用される場合、全体としての本明細書を指し、本明細書の任意の特定の一部を指すものではない。
・２つ又はそれ以上のアイテムのリストに関する「又は」は、語についての以下の解釈をすべてカバーする：リスト中のアイテムのいずれか、リスト中のアイテムのすべて、及びリスト中のアイテムの任意の組み合わせ。
・単数形「１つの（a）」、「１つの（an）」、及び「その」はまた、任意の適切な複数形の意味をも含む。
・「含む」、「含むこと」、及びその他同種のものなどは、排他的又は網羅的な意味に対立するものとして、包括的な意味で、すなわち、「含むが、限定されない」という意味で解釈されるべきである。
・「接続された」、「カップルされた」、又はその任意の変形は、２つ又はそれ以上のエレメントの間の直接的な又は間接的な任意の接続又はカップリングを意味し、そのエレメントの間のカップリング又は接続は、物理的、論理的、又はその組み合わせとすることができる。
・「本明細書における」、「上記に」、「下記に」、及び類似する意味の語は、本明細書を説明するために使用される場合、全体としての本明細書を指し、本明細書の任意の特定の一部を指すものではない。
・２つ又はそれ以上のアイテムのリストに関する「又は」は、語についての以下の解釈をすべてカバーする：リスト中のアイテムのいずれか、リスト中のアイテムのすべて、及びリスト中のアイテムの任意の組み合わせ。
・単数形「１つの（a）」、「１つの（an）」、及び「その」はまた、任意の適切な複数形の意味をも含む。
[073] 本明細書及び任意の添付の請求項（存在する場合）において使用される「垂直の」、「横向きの」、「水平の」、「上向きの」、「下向きの」、「前方の」、「後方の」、「内向きの」、「外向きの」、「垂直の」、「横向きの」、「左の」、「右の」、「前の」、「後ろの」「上部の」、「下部の」、「下方の」、「上方の」、「下の」、及びその他同種のものなどのような方向を示す語は、説明され且つ示される装置の特定の方向に依存する。本明細書において記載される主題は、様々な代替の方向を取ってもよい。したがって、これらの方向の用語は、厳密に定められず、狭く解釈されるべきでない。
[074] 成分（たとえば回路、モジュール、アセンブリー、デバイスなど）が本明細書において言及される場合、別段の指示がない限り、その成分への言及（「手段」への言及を含む）は、本発明の示される例示的な実施形態における機能を実行する開示される構造物と構造的に等価でない成分を含む、記載される成分の機能を実行する（すなわち、機能的に等価である）任意の成分を、その成分の等価物として含むと解釈されるべきである。
[075] 方法及び装置の特定の実施例は、例説の目的のために本明細書において記載された。これらは単なる例である。本明細書において提供される技術は、上記に記載される例示的な構成以外の構成に適用することができる。多くの変更、修飾、追加、省略、及び並べ換えが、本発明の手法内で可能である。本発明は、当業者に明白であろう、記載される実施形態の変化形を含み、特徴、エレメント、及び／又は行為を等価な特徴、エレメント、及び／又は行為と置き換えることによって；様々な実施形態の特徴、エレメント、及び／又は行為を混合し、マッチングすることによって；本明細書において記載される実施形態の特徴、エレメント、及び／又は行為を他の技術の特徴、エレメント、及び／又は行為と組み合わせることによって；及び／又は記載される実施形態の特徴、エレメント、及び／又は行為の組み合わせを省くことによって得られる変化形を含む。
[076] 前述の事項は、本発明の原理の説明にすぎないものとして考えられる。請求項の範囲は、前述の事項において記載される例示的な実施形態によって限定されるべきではないが、全体として、本明細書と一貫した最も広範な解釈が与えられるべきである。
Claims (10)
- 石油及び水を含有する石油貯留層から合成ガスを回収するために前記石油貯留層を処理するための方法であって、
ａ．ガス化反応、水性ガスシフト反応、及び水熱分解反応の少なくとも１つを前記貯留層内で生じさせるのに十分な温度まで前記貯留層を加熱するステップであって、前記少なくとも１つの反応は、前記石油及び前記水の少なくとも１つを伴うステップと、
ｂ．前記ガス化反応、水性ガスシフト反応、及び水熱分解反応の少なくとも１つによって、前記石油及び前記水から、水素ガスを含む合成ガスを産出させるステップと、
ｃ．前記貯留層中に少なくとも１つの坑井を提供するステップと、
ｄ．少なくとも一部の前記合成ガスを前記少なくとも１つの坑井を通して地上に産出するステップと、を含む方法。 - 前記貯留層の前記加熱は、少なくとも一部の前記石油を酸化するために、前記貯留層の中に酸化剤を注入することを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記貯留層の前記加熱は、前記貯留層中に電磁波アンテナ又は高周波アンテナを配置すること及びそれによって電磁波又は高周波を生成することを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記貯留層の前記加熱は、前記貯留層中に抵抗をベースにした加熱システムを配置すること及びそれによって前記貯留層を加熱することを含む、請求項１に記載の方法。
- ステップｂ．は、１週間〜１２か月の期間、起こる、請求項１に記載の方法。
- ステップｂ．は、１〜４週間の期間、起こる、請求項５に記載の方法。
- 前記貯留層を加熱するステップ及び前記合成ガスを産出するステップを繰り返し且つ交互に行うことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
- 前記合成ガスが産出されている間、前記貯留層の加熱が継続される、請求項１に記載の方法。
- 合成ガスを石油貯留層から回収するために前記石油貯留層を処理するためのシステムであって、前記貯留層は石油及び水を含有し、前記合成ガスは水素ガスを含み、前記システムは、
前記貯留層を加熱し、それによって、ガス化反応、水性ガスシフト反応、及び水熱分解反応の少なくとも１つによって、前記石油及び前記水から前記合成ガスを生成するための装置と、
前記合成ガスを地上に産出するために、前記貯留層中に配置される坑井と、を含む、システム。 - 前記貯留層を加熱するための前記装置は、酸化剤インジェクタ、電磁石、高周波アンテナ、及び高温の物質のインジェクタからなる群から選択される、請求項９に記載のシステム。
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