TWI554676B - 在形成沉積回收中使用二氧化碳之方法與系統及在井下產生含二氧化碳流的裝置 - Google Patents
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Description
交互參照相關申請案
本申請案主張對在2011年7月11日提出之美國臨時專利申請案號61/506,429以及在2010年9月21日提出之美國臨時專利申請案號61/385,069的優先權，將其揭露兩者都以全文的方式併入本文以作為參考。
發明領域
本發明係針對將CO2使用於形成(formation)沉積回收的系統及方法。特別地，本發明提供將CO2由燃燒程序導引進入地質形成的系統及方法，以促進一或更多來自地質形成的形成沉積回收，例如燃料材料沉積。
許多用於能源生產的有用材料在地球天然地發現。舉例來說，化石燃料(例如，原油、天然氣以及煤炭)在全世界的各種岩石形成(如沉積物)被設置，且人類已經由採礦、鑽探，以及諸如此類回收這種材料許多年。隨著可較容易取得的沉積物用盡，將持續尋求促進有用材料回收的進階技術。
作為一個例子，使用流體以及流體化混合物用於強化各種化
石燃料的回收已經發展多年。強化回收的機制一般基於經由其朝向抽取井的周圍地質形成而強化化石燃料流量。以這方式強化化石燃料回收的三個主要機制包括下列的：1)使用流體創造並維持岩石形成的斷裂以促進更多自由流動通道；2)依靠流體注入用於化石燃料的容積或加壓位移以及3)將流體與化石燃料混合以使得化石燃料密度與黏度的一或兩者被降低。黏度亦可經由將其他材料混合進化石燃料、經由加熱化石燃料或經由兩者而降低。所有這些機制涉及將材料注入井或多個井，然後從注入井或諸井(或從一或更多其他在附近的井)獲得增加的化石燃料輸出。
作為一個強化化石燃料回收的方法，斷裂典型地由鑽進儲油氣層岩石形成的井眼完成。液裂(hydraulic fracture)可經由將液裂流體(fracturing fluid)以足以將下孔壓力增加至超過形成岩石斷裂梯度的數值的速率打入井眼而形成。壓力造成形成斷裂，讓液裂流體使該斷裂進一步進入並延伸進形成。為了在注入停止後維持斷裂展開，經常將固體支撐劑加至裂縫流體。將通常為經篩選的球形沙之支撐劑攜帶進裂縫。選擇比周圍形成具較高滲透性的沙，並且被撐開的液裂就變為形成流體可流至井中所通過的高滲透性導管。各種流體已提出並且使用為液裂流體、位移流體以及降低黏度流體，以強化化石燃料儲油氣層的回收。然而，現有方法採用高度爭議的環境衝擊、少於所欲效果或高花費或結合這些因素的流體。已經被提到與典型地用於先前技術液裂之流體相關的一些環境與人類健康問題包括固體有毒廢物的潛在處理不當、空氣品質的潛在風險、地下水的潛在汙染以及在提供的鑽井作業半徑內氣體與液裂化學物意外遷移至地面。
帶有或不帶表面活性劑以及帶有或不帶高熱值的流體(例如水和蒸汽)，對強化化石燃料回收經常顯示少於所欲的表現。關鍵原因為水可比某些化石燃料更加稠密並且水在平街狀態下為液體。這種化學因素限制或大幅排除可溶性以及水/蒸汽與疏水化石燃料間的混合，因此限制或大幅排除任何化石燃料黏度的降低。水的較高密度可導致化石燃料初始物理性位移，但這效應在時間與效率上常限於一個非所欲的程度。較稠密的水可往下流動並且離開化石燃料儲油氣層，快速地降低或排除任何位移效應。
超臨界二氧化碳對於強化油回收可以是高度有用的。具體而言，材料的超臨界流體性質與化學性質造成它可與石油互溶，以降低石油的黏度與密度及/或以改善通過形成的石油流量。此外，超臨界二氧化碳的密度大體上低於水的密度，並且因此它傾向於上升至化石燃料儲油氣層而非像較稠密的水往下流動。此外，超臨界CO2的材料特性使其對其他材料亦如較佳溶劑而作用。具體而言，當與氣體或液體CO2比較時，超臨界CO2表現可大體上增加其溶解特性的材料特性。目前，為了在回收方法中使用超臨界二氧化碳，必須將CO2從它的來源(天然或者人為)運送至使用地點。
目前在岩層中多達70%的石油不用強化油回收方法，特別是CO2引導的EOR，是不能回收的。儘管它的潛力，現今領域中EOR有數個限制因素。首先，純化CO2的工業產生以分離、純化以及壓縮而用於EOR太過昂貴，因它正常地需要大量資本與經營投資在系統添加物的形式例如(胺類及/或其他溶劑洗滌劑)。即使在那之後，必須將CO2壓縮至足夠的壓力以注入井中。這些系統不僅昂貴且對環境具潛在危險，亦需要能源，因此限制整個系統的效能。其次，管線網路為需要的且在大多數EOR為可能的地
點是不足的，因此限制其暴露於相當數量的形成。在目前的例子中，管線網路已從地質CO2來源供應。然而，其於可用的CO2地點與數量極有限。
此外，在經濟與政治背景下，CO2排放受到嚴密監控並且總是不被允許，開採已經為地質封存的CO2沉積物一般是非所欲要的。
當化石燃料使用強化採收方法從地下沉積物被移除時，它們常包含溶解的CO2與必須使用例如吸附程序的程序分離之其他雜質。這些可包括下列：化學的、物理的及/或固體表面程序；經由膜或低溫手段的物理分離；或提供混合物理與化學溶劑的混成溶液。這種程序可包括但不限於，昂貴與沒效率的Ryan/Holmes程序、低溫分離(Low-Temperature Separator,LTX)程序、FLUOR胺程序、Selexol程序、Rectisol程序以及其他。使用這些程序以移除從液體油中分離之天然氣的CO2含量，以使得有用的氣體部分(例如，CH4部分)可以足夠純度產生用於在管線系統中銷售並使得C2與更大的碳氫化合物部分可被分離以銷售。此外，在它可被運送或再使用之前，可使用那些程序以處理煙道氣及/或酸氣。在具有足夠品質的CO2含量(例如就重量或分壓而言大於30%)的一些例子中，分離的CO2可被回收用於進一步的EOR任務。具體而言，關於其他雜質，包含高量硫化氫(典型地H2S含量超過每立方公尺5.7mg)的天然氣已知為酸氣，並且在注入管線之前必須使用例如胺類程序或Claus程序的程序將H2S移除(即，使得天然氣「被脫硫(sweetened)」)。這些雜質移除程序可對環境、系統效率以及整體回收成本具有不利的影響。
即使當將CO2用於強化回收，存在於形成之可回收的化石燃料最終被耗盡。必須將CO2注入系統接著拆解並搬運至新的地點(其可能非
常遙遠)或中斷與廢棄。這需要CO2傳輸管線的安裝伴(隨顯著允許的、時間與費用需求)。替代地，將CO2搬運至注入地點的缺點仍可妨礙經濟以及甚至在化石燃料的強化回收方法中CO2的成功使用。
對於應用於回收非常重的油之EOR方法有特別的需求，例如低於大約15 API重力的油、瀝青與焦油砂。重油沉積物常經由從表面蒸汽生成器產生的蒸氣注入而被回收或回收成蒸汽為基礎的發電系統的分發蒸汽。這些系統常是舊的、低效能並且高度汙染，特別地伴隨高CO2排放量。因此一直在努力設計產熱裝置，其夠小型以包含於井筒內並且可在產油氣層內燃燒化石燃料，其產生不只熱且還有CO2與蒸汽(其作用來取代加熱的低黏度石油)。美國專利號4,397,356描述下孔燃燒器，其中燃料與氧化劑在燃燒器中燃燒，該燃燒器包括催化區段以確保沒有阻塞儲油氣層面之煙塵形成的完全燃燒。
然而，提供足夠手段措拖用於各種設置，以高效率、經濟、環保與容易調動用於運輸至所需的不同工作地點之方式的各種形成沉積物強化回收的這些努力仍然功虧一簣。因此，該領域依然需要用於形成沉積物強化回收的進一步系統與方法，其不僅減少對環境的衝擊以及可能地提供對其他存在的能源產生問題的方案。
本發明提供強化包括但不限於化石燃料與其他礦種的各種形成沉積物回收的系統與方法。有利地，強化回收可使用從燃燒程序導引的CO2而被達到，該燃燒程序隨選地可提供電力而亦提供在強化回收方法中使用的CO2。
在各種相關於化石燃料回收的具體實施例中，可使用CO2創造並維持岩石形成中的裂縫以促進更多包含於形成中的化石燃料之自由流動通道；將碳氫化合物(例如，甲烷)從形成表面(例如煤床甲烷形成)移開；提供形成中化石燃料的容積或加壓位移；以及與化石燃料混合，以使得化石燃料的密度與黏度中之一或兩者被降低。再進一步地，可使用CO2(單獨或伴隨水，較佳地以蒸汽或其他材料的形式)以經由與化石燃料混合而直接或經由加熱化石燃料而間接、或經由兩者降低化石燃料(例如，重油)的黏度。
利用CO2用於燃料材料沉積物強化回收的發明方法與系統可表現各種有用的特徵。舉例來說，在一些具體實施例中，使用的CO2能以副產物(例如，以燃燒化石燃料)而被獲得。在某些具體實施例中，CO2可從壓力下之發電程序而被供應，該壓力適用於沉積形成(特別是地質結構或岩石形成)的直接注入。在其他的具體實施例中，可將CO2從位於適合用於直接注入沉積形成的地點之發電程序而供應。更具體而言，這種直接沉積可意指任何與用於注入的CO2傳輸相關的CO2傳輸管線將具有最小接近零的長度--例如，短於大約10英里、短於大約5英里、短於大約1英里、短於大約1,000英呎或短於大約100英呎。在進一步的具體實施例中，本發明可提供可運送的CO2產生系統，其可安裝於或接近CO2的使用點--例如，在與一或更多井相同的領域或甚至直接在一井筒內。在額外的具體實施例中，本發明可提供可運送的CO2產生系統，其可在第一點系統使用之後輕鬆拆解、搬遷以及在一或更多後續CO2的使用點重新組裝。在另外其他的具體實施例中，本發明可提供可運送的CO2產生系統，其不用管線或以最小長度
的管線連結至CO2的使用點(如同本文另外描述的)。
在各種具體實施例中，CO2衍生自的發電程序可根據本發明的方法使用從燃料材料部分分離的流而被至少部分地供給燃料，該燃料材料部分依本發明方法而被回收。在某些具體實施例中，分離之流(其可能是氣流)包含至少CO2，以及分離之流不以進一步的程序步驟而被使用以移除碳氫化合物或汙染組成(隨選地被壓縮以及成為供應至從CO2衍生之發電程序的燃料之至少一部分之前)。在較佳的具體實施例中，根據本發明之有用的發電程序可使用CO2作為工作流體。
本發明一般包括產生CO2的程序，並且同樣可使用這種程序來發電，其增加價值。隨選地，可將程序大體上簡化為僅有燃燒器。在這種情況下，資金成本極低。這種情況是最佳於燃料成本非常低的時候，像在天然氣(NG)燃燒的地點，或當作為低成本燃料的煤炭泥漿為可取得時。
在其他的具體實施例中，可使用燃燒器來將CO2(及/或隨選地水)直接注入到適合用於沉積物(例如化石燃料)的回收之儲油氣層。可將燃料氣體、氧氣、水、氮氣、氬氣、空氣以及其他添加劑的任何結合物加進高壓與高溫燃燒器。
在一具體實施例中，可將作為燃燒結果(地面上或井下)的CO2(及/或水)導引進適合用於沉積物回收之儲油氣層。在另一具體實施例中，在注入井中用於化石燃料回收之前可將CO2(及/或水)導引通過冷卻器、過濾器以及泵的結合物。此具體實施例可僅特別用於超臨界CO2的產生以強化化石燃料從適合的儲油氣層中之回收。在這些程序中，可將二氧化碳壓縮至顯著壓力--往往超過200bar(20MPa)以注入失去所需壓力
的地下形成來促使化石燃料以及其他物質的流動至進行移除的井筒。二氧化碳可作用來復壓地下形成並且扮演為天然表面活性劑，以膨脹及/或移除來自岩石表面與孔的石油以及其他化石燃料。在強化煤層甲烷回收(ECBMR)以及其他形式的天然氣回收的例子中，煤床與其他地下結構以CO2而被淹蓋或裂開(再度作用為對井加壓、碎裂岩石以釋放氣體、或者作為天然表面活性劑以移除天然氣)。在煤床甲烷的例子中，CO2取代CH4以及相關於(例如，吸附在)煤炭粒子表面的各種短鏈碳氫化合物氣體，以及然後CO2本身變成吸附在煤炭上，此有效地將CO2封存於形成中。
在還有的其他具體實施例中，燃燒器可特別地位於井下以生成在強化回收應用中的蒸汽及/或熱，例如EOR，特別地在燃料材料的API低於大約20之形成(例如在焦油砂)中。在含有燃料材料的形成中，以水淬火平息的井下燃燒器可生成蒸汽與熱以移除燃料材料。在一具體實施例中，當包含燃料材料的加壓蒸汽離開儲油氣層，流(stream)通過擴張器並進入重油被移除之儲油氣層。再將水及/或CO2導引通過發電組件以生成電力，並且產生CO2以稀釋進入井下燃燒器的燃料。
本發明特別有利在於可提供可靠的、穩定的、高純度CO2來源而使用為回收流體。因為將從發電程序中產生的CO2導引至回收方法，這有利地防止CO2立即釋放至大氣中，因為在為回收目的之井下汲取(pumping)後CO2頗能被封存於化石燃料儲油氣層(至少部分)及/或將經由整個程序再循環一或更多次。此外，可靠的、穩定的、高純度CO2來源的可得性可取代環境上破壞材料的使用(如液裂流體)，因為相對於更具毒性的選擇，CO2可以是容易取得的、節省成本的替代方案。
在另一具體實施例中，從井下燃燒器或高效能循環出來的CO2流亦能以水冷卻，以創造蒸汽產生器。本發明進一步提供使用水蒸汽作為蒸散流體的選擇。
更具體地，本發明可針對用於從形成回收燃料材料沉積物的方法。該方法可包含燃燒燃料以提供包含CO2的流，其中CO2的至少一部分是在超臨界狀態。換句話說，至少一部分的流可包含超臨界CO2。該方法可進一步包含將含CO2流的至少一部分注入形成，其包括用於回收的燃料材料沉積物，這樣至少一部分在形成中的燃料材料以及至少一部分的CO2流從形成流動並進入回收井中。
在更特別的具體實施例中，所提方法可具有各種特徵。進一步的具體實施例之非限制性範例於下面說明。
當將含CO2的流注入形成時，含CO2的流可表現至少7.5MPa的壓力。
燃燒步驟可於距將含CO2的流注入形成的地點短距離(例如，小於大約5km)位置之地面上執行。
在被注入形成之前，可將含CO2的流擴張穿過渦輪用於發電。
可將來自燃燒的含CO2的流注入形成而不需任何的壓縮、收集或運輸至將含CO2的流導引進入形成的地點。同樣地，可將含CO2的流直接注入形成而不須經歷任何其間的處理。
可將含CO2的流經由注入井而注入形成。進一步地，可在注入井中以井下執行燃燒步驟。
燃燒步驟可特別地使用蒸散冷卻燃燒器而進行。更特別地，該方法可包含提供燃料、氧化劑以及蒸散流體至蒸散冷卻燃燒器。甚至更特別地，該方法可包含提供不同於蒸散流體之工作流體至燃燒器。
在某些具體實施例中，根據本發明而用於從形成中回收燃料材料沉積物的方法可包含下列步驟：提供燃燒燃料以及氧化劑進入蒸散冷卻燃燒器；將燃燒燃料燃燒以提供包含超臨界CO2的含CO2流；以及將含CO2流的至少一部分注入包括燃料材料沉積物回收的形成，以使得在形成中的燃料材料之至少一部分以及CO2流的至少一部分從形成流動並進入回收井中。
特別是，燃燒可在地面上進行。因此，燃燒燃料與氧化劑可被提供到置於地上的蒸散冷卻燃燒器中。
在燃燒後以及在注入之前，該方法可包括將含CO2流擴張越過渦輪來用於發電以生成擴張的含CO2流。可將擴張的含CO2流通過冷卻含CO2流的熱交換器及/或通過移除存在於含CO2流中一或更多第二組成的一或更多分離器。較佳地，先進行冷卻並且其後依序接著分離。
亦在注入之前，可將含CO2流分為將其注入形成中之注入CO2流以及被提供至蒸散冷卻燃燒器而作為工作流體之再循環CO2流。為此，該方法進一步包含經由將流通過壓縮器而壓縮循環CO2流以及經由將流通過冷卻擴張的含CO2流的熱交換器而加熱再循環CO2流的其中之一或更多。因此，本方法可接著包括提供再循環CO2流進入燃燒器作為工作流體。較佳地，可將循環CO2流在至少大約2MPa的壓力下提供進入燃燒器。在一些具體實施例中，將再循環CO2流的至少一部分提供進入燃燒器作為用以冷
卻蒸散冷卻燃燒器之蒸散流體的至少一部分。對於再循環CO2流亦可較佳地於特定的純度水準(--例如，具有至少95%莫耳之純度)被提供進入燃燒器。
在整個方法中含CO2的流之壓力可變化。舉例來說，擴張的含CO2流可具有至少大約1.5MPa的壓力。進一步地，注入形成的含CO2的流可具有至少大約7.5MPa的壓力。壓力可能與CO2的狀態有關。具體而言，對於注入形成中之含CO2的流，可較佳的包括超臨界CO2。同樣地，燃燒可於特定的溫度範圍下進行--例如，在至少大約400℃的溫度下。
在特別的具體實施例中，可將燃燒燃料與氧化劑提供進入在向形成內打開之井中置於井下的蒸散冷卻燃燒器。在這種具體實施例中，本發明亦可包含提供水進入蒸散冷卻燃燒器，這樣含CO2的流進一步包括蒸汽。具體地，可將水提供進入蒸散冷卻燃燒器作為蒸散冷卻流體。
如同先前所提的，本發明方法可進一步包含從回收井接受包含燃料材料以及CO2之回收流。因此，該方法可包含將回收流分成回收氣體流以及回收液體流。具體地，回收氣體流可包含甲烷以及CO2(以及隨選地，一或更多的C2碳氫化合物、C3碳氫化合物與C4碳氫化合物)。回收的液體流具體地可包含石油(其特別地可為原油，但不排除氣體及/或固體形式的石油)。在一些具體實施例中，回收的液體流可包含液化的固體燃料材料。
在某些具體實施例中，本發明方法可包含將回收氣體流的至少一部分導引至燃燒器作為至少一部分的燃燒燃料。為此，分離可包括將回收流在定義的壓力下導引通過至少一個壓力減低階段，藉此將一或更多燃料材料氣體部分抽出並且回收流的剩餘部分在定義的壓力下包括液體燃
料材料。在特別的具體實施例中，一或更多的燃料材料氣體部分可包括CO2。而且，該方法可進一步包含將包括CO2的燃料材料氣體部分導引至燃燒器作為至少一部分的燃燒燃料。該方法亦可包括將燃料材料氣體部分在引入燃燒器之前通過增加燃料材料氣體部分的壓力之壓縮器。在特定的具體實施例中，分離可造成多數的燃料材料氣體部分，並且每個部分可包括CO2。在這種具體實施例中，可將包括CO2的多數燃料材料氣體部分之二或更多結合並導引至燃燒器作為至少一部分的燃燒燃料。這進一步可包括將燃料材料氣體部分在引入燃燒器之前通過增加燃料材料氣體部分的壓力之壓縮器。這種壓縮器具體地可為多階段壓縮器。較佳地，分離步驟大體上將來自回收流的全部CO2劃分為一或更多燃料材料氣體部分。舉例來說，包含CO2之燃料材料氣體部分可包括就存在於回收流中的總CO2至少大約95%的質量。
如有需要，該方法可進一步包括將回收的氣體流分成回收的碳氫化合物氣體流以及回收的非碳氫化合物氣體流(例如，將至少一部分的CO2從燃料氣體部分分離)。雖然根據本發明這不是需要的，其在特定的具體實施例中可能是需要的並因此包含於發明方法中。
在進一步的具體實施例中，本發明可以是特徵為提供在井中產生包含井下CO2流。特別是，該方法可包括下列步驟：提供燃燒燃料以及氧化劑進入在包括燃料材料沉積物之形成中或附近的井中置於井下的蒸散冷卻燃燒器；提供蒸散冷卻流體進入燃燒器；並且在蒸散冷卻流體的存在下於蒸散冷卻燃燒器內燃燒燃料，從而在至少大約7.5MPa的壓力以及至少大約400℃的溫度下提供來自燃燒器出口之包含CO2的流。較佳地，至少一
部分的包含CO2的流包括超臨界CO2。
在特別的具體實施例中，本發明可包含利用生成的包含CO2流作為手段來擴張先前生成之井及/或生成通過形成的分開路徑。具體地，該方法可包含將包含CO2流導引朝向形成，這樣來自燃燒器之孔的出口提供之包含CO2流進入形成並創造其內的路徑。該方法亦可包含將燃燒器推進通過形成的路徑。
較佳地，可將任何生成的包含CO2流之至少一部分注入包括燃料材料沉積物的形成，這樣形成中燃料材料的至少一部分以及CO2流的至少一部分從形成流動並進入回收井中。此後，可以如同上面已經討論的進行回收步驟。
本發明亦提供對於從形成中回收沉積物可為有用的各種系統與裝置。舉例來說，在某些具體實施例中，本發明可以提供用於在井中產生包含井下CO2流的裝置為特徵。特別地，裝置可包含蒸散冷卻燃燒器、與燃燒器有流體連接的燃料供應、與燃燒器有流體連接的氧化劑供應、與燃燒器有流體連接的蒸散冷卻劑供應、在蒸散冷卻燃燒器內的腔室，其中燃料燃燒在至少大約600℃的溫度下發生以產生含CO2的流；以及在燃燒器上的出口，其從燃燒器將含CO2的流運送進入井中。在特別的具體實施例中，出口可包含圓錐狀噴嘴，其濃縮由此運送之含CO2流。換句話說，噴嘴將含CO2流集中為與出口的燃燒器端相較變窄的流，變窄的流表現增加的能量。
在進一步的具體實施例中，本發明可以提供CO2生成系統為特徵。可使用這種系統於從形成回收燃料材料沉積物。舉例來說，這種系
統可包含下列組件：蒸散冷卻燃燒器；與燃燒器有流體連接的燃燒燃料供應；與燃燒器有流體連接的氧化劑供應、與燃燒器有流體連接的蒸散冷卻劑供應；在蒸散冷卻燃燒器內的腔室，其設置為接收並將燃燒燃料燃燒以提供包括超臨界CO2之含CO2流；運送含CO2流進入包括燃料材料沉積物的形成的注入組件，這樣在形成中的燃料材料的至少一部分以及CO2流的至少一部分從形成流動並進入回收井中作為回收流；以及用於處理回收燃料材料與在回收流中之CO2的一或更多處理組件。
在特別的具體實施例中，一或更多處理組件可包括降低回收流壓力的擴張器。更具體地，擴張器可包括發電渦輪。進一步地，一或更多處理組件可包括一或更多分離單元。更具體地，分離單元可以是分離氣體流與液體流的單元。注入組件可包括延伸至在形成中形成之井的管線。
在特定的具體實施例中，一或更多燃燒燃料供應、氧化劑供應以及蒸散冷卻劑供應可包括足夠尺寸的管道以輸送井下個別的材料至在形成中形成之井。在其他的具體實施例中，可將蒸散冷卻燃燒器設置成在形成中形成之井的井下使用。較佳地，系統可充分模組建置，這樣系統可在運輸狀態與CO2生成狀態之間重新設置。這種重新設置可特別地以小時、天或週的量進行。
E‧‧‧電力
NG‧‧‧天然氣
2‧‧‧頂部土壤層
3‧‧‧低孔隙度岩石層
4/6‧‧‧介質孔隙岩石層
5‧‧‧含油層
7‧‧‧煤床形成
8‧‧‧燃料材料儲油氣層
10‧‧‧燃燒燃料來源
20‧‧‧氧氣來源
25‧‧‧混合器
30/344‧‧‧CO2流
31‧‧‧工作流體來源
40‧‧‧淬火流體來源
100‧‧‧注入井
101/201‧‧‧導線套管
102/202‧‧‧表層套管
103/203‧‧‧生產套管
104‧‧‧工作管線
105‧‧‧穿孔
110‧‧‧填充栓
112‧‧‧燃燒區
113‧‧‧注入區
115‧‧‧中央管道
200‧‧‧生產井
204‧‧‧生產管線
206‧‧‧開放井筒
210‧‧‧生產填充栓
250‧‧‧沉積物流
251‧‧‧回收甲烷流
300‧‧‧燃燒器
320‧‧‧擴充器
330‧‧‧分離單元
332‧‧‧重油流
334‧‧‧輕質氣體流
340‧‧‧氣體分離器
342‧‧‧碳氫化合物氣體流
350‧‧‧發電渦輪
375‧‧‧處理組件
600‧‧‧氧化燃燒器
650‧‧‧過濾器
1010‧‧‧固體煤炭燃料
為了協助對本發明之具體實施例的了解，現將所附圖示做參照，其中相似的參照號碼指相似組件並且其不一定按比例繪製。圖示僅為示範性的，且不應被解釋為限制本發明。
第1圖提供含有石油為沉積物之典型的地質形成的橫剖面圖，並說明在
形成中石油強化回收的系統與方法，其經由根據本發明具體實施例之位於注入井之井下燃燒器中的燃料之燃燒，以產生從注入井被導引進入形成的CO2，以藉由生產井伴隨生產石油的隨選加工而加強石油回收；第2圖提供含有天然氣為沉積物之典型的地質形成的橫剖面圖，並說明在沉積物中天然氣強化回收的系統與方法，其經由根據本發明具體實施例之在表面燃燒器中的燃料燃燒，以產生從注入井被導引進入形成的CO2，以藉由生產井伴隨生產天然氣的隨選加工而加強天然氣回收；第3圖提供含有化石燃料為沉積物之典型的地質形成的部分橫剖面圖，並說明化石燃料強化回收的系統與方法，其經由燃料之燃燒以產生從注入井被導引進入形成的CO2，其中提供雙燃燒器系統與方法以促進燃燒燃料的使用，其可能生成灰分或其他顆粒材料作為燃燒產物；以及第4圖提供了說明根據本發明之一具體實施例的發電方法效率之圖片，其中使用酸氣(即，伴隨H2S含量的天然氣)作為燃燒燃料，將效率以酸氣所分離自的原油回收流中H2S含量的函數顯示。
現將本發明經由參照各種具體實施例更充分地描述於下。提供這些具體實施例以使本揭露內容將更全面且完整，並且將充分傳達本發明的範圍給本領域的技術人員。的確，本發明可以許多不同形式實施並且不應被解釋為限制於本文所載的具體實施例；寧可為，提供這些具體實施例以使本揭露內容滿足適用的法律規定。如同在說明書以及附加的申請專利範圍中所使用的，除非上下文另外清楚指明，單數形式「一(a)」、「一(an)」、「該(the)」包括複數參照物。
本發明係相關於提供可靠的、高純度CO2來源之系統與方法，其可安全並有效率地被提供用於強化各種形成沉積物的回收，特別是燃料材料沉積物。在特定的具體實施例中，該用語「沉積物」與「形成沉積物」可具體地指燃料材料沉積物。如同本文中所使用的，該用語「燃料材料」可具體地包括任何確認為提供能量的材料，例如經由材料的燃燒、熱交換或實現材料所儲存之能量熱能的其他手段。燃料材料可包括炭質材料(包括生質、廢棄物材料，以及諸如此類)，其可進一步包括固體、液體與氣體碳氫化合物(包括全部由氫和碳組成之形式以及進一步包括額外的元素或化合物的形式--例如，硫與氧--作為碳氫化合物化學結構的一部分或作為帶有碳氫化合物的物理混合物)。更具體地，燃料材料可以化石燃料、石油、原油、天然氣、煤炭、焦碳、瀝青、油頁岩、焦油砂及/或其結合物及/或其衍生物為特徵。如本領域之技術人員以本發明的知識所可識別符合上述標準之地質形成的其他方面亦可包括於本發明。
在各種具體實施例中，本發明可以包括將CO2或含CO2流注入形成為特徵。由此意義而言，注入可包括材料的被動傳送至形成。因為將液體或氣體材料運輸至岩石面或另外的多孔形成之特有行動典型地需要採用壓力以顯著滲透形成，注入可以包括力的運用為特徵，例如施加的壓力。因為本發明之燃燒器可提供高壓的燃燒產物流，所產生的燃燒產物之內在壓力可足以達到燃燒產物流(或其一部分)的注入至形成。然而，在其他的具體實施例中，可使用額外的加壓，特別是如果燃燒產物流已於發電方法中擴張。當然，亦可使用額外的擴張。
在某些具體實施例中，使用於強化形成沉積回收的CO2可從
燃燒方法或循環生成，其中將燃料燃燒以產生包括CO2的燃燒產物流。CO2可從燃燒產物流被抽出並因此可以各種純度狀態而獲得。有利地，經由進行特定的程序步驟，分離的CO2可大體上為完全純淨。然而，在一些具體實施例中，可根據本發明使用CO2作為燃燒產物流的整合組件。換句話說，如同充分討論於下的，雖然由燃燒產物流而產生的CO2在使用前可被純化為定義的程度，含CO2的燃燒產物流可被用於無大體上的純化或無任何純化(即，燃燒產物流的直接注入，其可以含CO2流為特徵)之發明。燃燒可能會或可能不會是較大的系統或方法的組件，例如發電系統或方法。因此，根據本發明使用的CO2可從發電系統或方法生成。可將CO2(為純化流或者為燃燒產物流的組成)如同本文所討論的在回收方法中導引以使用。
用於提供CO2在強化回收方法中使用的系統可包括設置為經由燃料燃燒生產CO2的燃燒器。燃燒的一方面可為發電，並且CO2對強化沉積物回收的供應可在發電後、發電前或在發電後與前發生。然而，在一些具體實施例中，燃燒可僅為用於強化沉積物回收之CO2產生而進行。因此，燃燒炭質燃料並且以描述於本文的數量和形式產生CO2的任何系統可根據本發明按照本揭露內容設置而使用。
作為生成CO2的手段，燃燒可包括高效率燃料燃燒器(例如蒸散冷卻燃燒器)以及隨選地淬火流體(淬火流體)，其亦可如蒸散流體、混合流體及/或循環流體而使用。具體地，可在燃燒器中伴隨適合的燃料、任何需要的氧化劑以及可能對有效率的燃燒及/或對進一步強化沉積物回收有用的任何相關材料而提供循環流體。在某些具體實施例中，本發明可包括燃燒器的使用，其在非常高溫下操作(例如，在大約1,600℃至大約3,300
℃的範圍，或如同本文所揭露之其他溫度範圍)，並且如有需要，循環流體對於調節離開燃燒器之燃燒產物流的溫度可能是有用的。根據本發明之有用的範例性燃燒器係揭露於U.S.公開號2011/0083435以及U.S公開號2010/0300063，其揭露內容以全文的方式併入本文以作為參考。
在一些具體實施例中，燃燒可在條件下進行，以使得結果之燃燒產物流中的CO2處於超臨界狀態。鑑於達成燃料的大體上完全燃燒、將效率最大化以及防止微粒物或在其他固體形式物之實體含量產生的能力，高溫燃燒對提供用於強化回收方法的CO2流特別有用。在各種具體實施例中，高溫燃燒可意指以至少大約400℃、以至少大約600℃、以至少大約800℃、以至少大約1,000℃、以至少大約1,200℃、以至少大約1,300℃、以至少大約1,400℃、以至少大約1,500℃、以至少大約1,600℃、以至少大約1,750℃、以至少大約2,000℃、以至少大約2,500℃或以至少大約3,000℃的溫度燃燒。在進一步的具體實施例中，高溫燃燒可意指以大約1,200℃至大約5,000℃、以大約1,500℃至大約4,000℃、以大約1,600℃至大約3,500℃、以大約1,700℃至大約3,200℃、以大約1,800℃至大約3,100℃、以大約1,900℃至大約3,000℃或以大約2,000℃至大約3,000℃溫度燃燒。
根據本發明的使用蒸散冷卻對於防止在燃燒器中的腐蝕、積垢以及侵蝕特別有用。這進一步容許燃燒器以夠高的溫度範圍運作，以給予使用之燃料完全的或至少大體上地完全燃燒。
經由舉例的方式，根據本發明之有用的蒸散冷卻燃燒器可包括至少部分由蒸散組件界定之燃燒室，其中蒸散組件至少部分由壓力圍阻體組件環繞。燃燒室可具有進口部分與相對的出口部分。燃燒室的進口部
分可設置為接收燃燒室內於燃燒溫度下燃燒的燃料以生成燃燒產物。可進一步將燃燒室設置為導引燃燒產物朝向出口部分。可將蒸散組件設置為導引蒸散物質由此通過朝向燃燒室，以緩衝燃燒產物以及蒸散組件間的交互作用。此外，可將蒸散物質引入燃燒室，以達成所需的燃燒產物出口溫度。在特別的具體實施例中，蒸散物質可至少部分地包括循環流體。燃燒室壁可覆上蒸散物質(例如CO2及/或H2O)導引並流動通過的多孔材料層。蒸散冷卻燃燒器的穿孔/多孔特性可大體上完全地(軸向地)從進口延伸至出口，以使得蒸散流體受導引進入燃燒室的大體上整個長度。換句話說，燃燒室的大體上整個長度可被蒸散冷卻。在其他燃燒器中，穿孔/多孔可被以適當的密度隔開，以使得蒸散物質大體上均勻的分布(即，蒸散物質存之存或流動缺乏的「作用點」)被達成。孔面積對總壁面積的比率(%多孔性)可以是，舉例來說，在至少大約5%、在至少大約10%、在至少大約15%、在至少大約20%、在至少大約30%、在至少大約40%或在至少大約50%。大約10×10至大約10,000×10,000每吋的陣列尺寸伴隨大約10%至大約80%的多孔性百分率可應用於一些範例。
範例性的燃燒室可包括由蒸散組件界定的燃燒室，其可至少部分地由壓力圍阻體組件環繞。在一些例子中，可進一步將壓力圍阻體組件至少部分地由熱轉移夾套環繞，其中熱轉移夾套可與壓力圍阻體組件配合，以界定一或更多介於其間的通道，低壓流可循環通過其間。經由蒸發的機制，循環的水可因此用以控制及/或維持壓力圍阻體組件之所選溫度，舉例來說，在大約100℃至大約250℃的範圍。在一些方面，可將絕緣層置於蒸散組件與壓力圍阻體組件之間。
在一些例子中，蒸散組件可包括，舉例來說，外部蒸散組件與內部蒸散組件，內部蒸散組件被置於相對於來自壓力圍阻體組件之外部蒸散組件，並界定燃燒室。外部蒸散組件可由任何適合的抗高溫材料組成(像是，舉例來說，鋼和鋼合金，包括不銹鋼和鎳合金)。在一些例子中，可將外部蒸散組件設置為界定第一蒸散流體供應通道，該第一蒸散流體供應通道從相鄰於絕緣層之其表面延伸至相鄰於內部蒸散組件之其表面而對其穿過。第一蒸散流體供應通道，在一些例子中，可對應於由壓力圍阻體組件、熱轉移夾套及/或絕緣層而界定之第二蒸散流體供應通道。第一與第二蒸散流體供應通道可因此設置為配合來導引蒸散流體對其穿過至內部蒸散組件。
內部蒸散組件可由，舉例來說，多孔陶瓷材料、穿孔材料、積層板材料、由隨機地於二維定向與在第三維排序的纖維組成之多孔墊、或表現如本文所揭露之其所需特徵的任何其他合適材料或其結合物所組成，即多流通道或孔或其他合適的開口用於接收與導引蒸散流體通過內部蒸散組件。適合作為這種蒸散冷卻系統的多孔陶瓷以及其他材料之非限制性範例包括氧化鋁、氧化鋯、轉換韌化鋯、銅、鉬、鎢、銅滲鎢、鎢塗層鉬、鎢塗層銅、各種高溫鎳合金以及錸所覆蓋或塗層材料。適合的材料來源包括，舉例來說CoorsTek,Inc.、(Golden,CO)(鋯)；UltraMet Advanced Materials Solutions(Pacoima,CA)(耐火金屬塗層)；Osram Sylvania(Danvers,MA)(鎢/銅)；以及MarkeTech International,Inc.(Port Townsend,WA)(鎢)。適合作為這種蒸散冷卻系統的穿孔材料之範例包括所有上述材料以及供應商(其中穿孔最終結構可經由例如將起始無孔結構使用在製造領域已知的
方法穿孔而獲得)。適合的層積板材料之範例包括所有上述材料以及供應商(其中層積板最終結構的獲得可經由例如使用在製造領域已知的方法而以達成所需最終多孔性的這種方式來將無孔或部分有孔結構層積板化)。
蒸散物質可受導引通過內部蒸散組件，這樣蒸散物質生成緊鄰燃燒室內之內部蒸散組件的緩衝層(即，「蒸汽壁」)。在一些例子中，可將蒸散流體至少於燃燒室內之壓力下運送，這樣蒸散流體進入燃燒室的流速足以供蒸散流體與燃燒產物混合並冷卻燃燒產物，以生成所需要的溫度之排出流體混合物(例如，在一些具體實施例中低至大約100℃至在其他的具體實施例中高至大約2,000℃)。
根據本發明之有用的燃燒器裝置可包括各種輔助組件，例如對於提供用於燃燒程序之各種材料的有用組件。舉例來說，燃燒器可包括整合混合室，其中可將燃料、循環流體(例如，CO2及/或水)、氧化劑以及進行燃燒必要的任何進一步材料以任何組合而合併。替代地，這種材料可在燃燒器外部混合並以大體上混合的狀態輸入燃燒器。在各種具體實施例中，燃燒器可包括供燃料、氧化劑(例如，O2或空氣)、循環流體以及蒸散流體的進口。在特定的具體實施例中，循環流體與蒸散流體可以是相同的材料或材料混合物。可使用空氣分離或壓縮單元以提供氧化劑(例如，以大體上純化的狀態)，以及可提供燃燒注入器裝置用於接收氧化劑並將其與CO2循環流體與燃料流合併，其可包括氣體、液體、超臨界流體或在高密度CO2流體中呈漿的固體顆粒燃料。
在另一方面，蒸散冷卻燃燒器裝置可包括用於注入加壓燃料流進入燃燒器裝置的燃燒室之燃料注入器，隨選地與循環流體及/或氧化劑
結合。氧化劑(隨選地富氧)以及CO2循環流體可合併為均質的超臨界混合物。
在特別具體實施例中，根據本發明的燃燒器可具有可促進特定用途(例如井下燃燒)的特別設置。舉例來說，在一些具體實施例中，對於燃燒器提供集中產物流可能是有用的，其對於部分或完全溶解形成是有效的，該形成伴隨燃燒產物流流自的燃燒器之部分。具體地，燃燒器可包括噴嘴或相似的錐形部分，其在離開燃燒器時將燃燒產物濃縮成高壓、高溫流。以這樣的設置，根據本發明的井下燃燒器可至少部分創造在形成中的鑽孔，燃燒器可經由其繼續注入超臨界CO2至周圍形成。
此外，除了已於上描述之蒸散冷卻設置外，燃燒器可包括外部殼(例如，金屬或陶瓷材料)。這種外部殼可提供對燃燒器物理傷害的結構保護(例如，免於與形成的無意接觸)並且可進一步防止有機材料的增長或來自岩石、煤煙以及可經由井下燃燒流脫落的其他材料之其他汙染物的沉積。在特別的具體實施例中，外部殼亦可被蒸散保護(其可在比主要燃燒器壁的蒸散低的溫度)。這種額外的蒸散保護對保護及/或潤滑孔下裝置以促進通過形成可為有用的。
各式各樣的材料可使用作為燃燒器中的燃料。舉例來說，產生CO2用於強化形成沉積回收的燃燒可使用任何下列者而進行：煤炭、木頭、油、燃料油、天然氣、以煤炭為基底的燃料氣體、來自焦油砂的焦油、瀝青，以及諸如此類之各種等級、類型以及衍生物。甚至進一步可使用作為燃料的材料可包括生質、藻類、分級的可燃固體廢棄垃圾、柏油(asphalt)、用過的輪胎、柴油、汽油、噴射機燃料(JP-5、JP-4)、由水合碳質材料氣
化或裂解衍生之氣體、乙醇、固體與液體生物燃料，以及諸如此類。在其中回收的形成沉積物包括化石燃料的具體實施例中，對於在燃燒器中使用的燃料特別有益的是成為從形成沉積物(例如，天然氣、石油或從形成回收的石油餾分)返回之回收流組成。上述燃燒燃料的任一者可以材料包括碳組成的程度之碳質燃料為特徵。
在注入燃燒器裝置之前，可將燃料以各種方式處理，並且可以所需速率與有用的壓力注入，以達到所需的燃燒產物流。這種燃料可以是液體、泥漿、膠體或膏狀形式伴隨在室溫或在提高的溫度下之適當的流動性與黏度。舉例來說，可提供燃料在溫度大約30℃至500℃、大約40℃至450℃、大約50℃至425℃或大約75℃至400℃。任何固體燃料材料可被磨碎或切碎或以其他方式處理，以降低成適合的顆粒大小。可視需要加入流體化或泥漿狀的媒介，以達成適合的形式(例如，煤炭泥漿)並且滿足用於高壓汲取的流動需求。當然，視燃料形式(即，液體或氣體)而可能不需要流體化媒介。同樣地，在一些具體實施例中可使用循環的循環流體作為流體化媒介。
作為用於強化形成沉積回收的CO2產生的措施，燃燒可利用特定的程序參數與組件而進行。可根據本發明而使用以生成CO2之高效燃燒系統與方法的範例描述於美國專利公開號2011/0179799，其揭露內容以全文的方式併入本文以作為參考。較佳地，燃燒系統在注入管線或形成用於強化沉積物(例如化石燃料)的回收之前不需額外壓縮或移除雜質。本發明亦可應用於可接受含有大量CO2之供應燃料流的其他燃燒程序。
在本發明的各種具體實施例中，使用於強化回收方法的燃燒
器裝置可在接近注入產生的CO2之地點的地面位置。位於地面的燃燒器可處於常設、半常設或可運送狀態。舉例來說，燃燒器可以是發電系統的組件，其中燃料在循環流體(特別是CO2)或可調節燃燒產物流離開燃燒器的溫度之其他淬火流體的存在下燃燒(較佳地於高溫)，使得可將燃燒產物流利用於能源轉移以用於產生電力。具體地，可將燃燒產物流擴張越過至少一渦輪以發電。可使擴張的氣體流受處理(如同進一步描述於下)，或可直接注入形成。
在各種具體實施例中，對於CO2在定義的壓力及/或溫度下被引至燃燒器可為需要的。具體地，對於被引至燃燒器的CO2具有壓力在至少大約2MPa、至少大約5MPa、至少大約8MPa、至少大約10MPa、至少大約12MPa、至少大約15MPa、至少大約18MPa或至少大約20MPa可以是有利的。在其他的具體實施例中，壓力可以是大約2MPa至大約50MPa、約5MPa至大約40MPa或約10MPa至大約30MPa。進一步地，對於被引至燃燒器的CO2具有溫度在至少大約200℃、，在至少大約250℃、在至少大約300℃、在至少大約400℃、在至少大約500℃、在至少大約600℃、在至少大約700℃、在至少大約800℃或在至少大約900℃可以是有利的。
在一些具體實施例中，對於供應至燃燒器的O2被大體上純化(即，相對於其他天然存在於空氣中的組成，在O2莫耳含量方面提高等級)可以是有用的。在某些具體實施例中，O2可具有大於大約50%莫耳、大於大約75%莫耳、大於大約85%莫耳、大於大約90%莫耳、大於大約95%莫耳、大於大約98%莫耳或大於大約99%莫耳的純度。在其他的具體實施例中，O2可具有大約85%至大約99.6%體積莫耳、大約85%至大約99%莫耳或大約
90%至大約98%莫耳的莫耳純度。來自燃料中之碳的總CO2回收有利於至少大約99.5%莫耳的範圍之較高純度的使用。
在某些具體實施例中，提供的O2量可以是至少大約0.1%莫耳、至少大約0.25%莫耳、至少大約0.5%莫耳、至少大約1%莫耳、至少大約2%莫耳、至少大約3%莫耳、至少大約4%莫耳或至少大約5%莫耳的所指化學計量之過量。在其他的具體實施例中，提供的O2量可以是至少大約0.1%至大約5%莫耳、大約0.25%至大約4%莫耳或大約0.5%至大約3%莫耳的所指化學計量之過量。
循環流體及/或蒸散流體的引入至燃燒器對控制燃燒溫度是有用的，以使得離開燃燒器的燃燒產物流具有所需溫度。舉例來說，對離開燃燒器的燃燒產物流而言具有至少大約500℃、至少大約750℃、至少大約900℃、至少大約1,000℃、至少大約1,200℃或至少大約1,500℃的溫度是有用的。在一些具體實施例中，燃燒產物流可具有大約100℃至大約2,000℃、大約150℃至大約1,800℃、大約200℃至大約1,600℃、大約200℃至大約1,400℃、大約200℃至大約1,200℃或大約200℃至大約1,000℃的溫度。
可將燃燒產物流導引至渦輪其中燃燒產物流被擴張以發電(例如，藉由發電機以產生電力)。渦輪可具有用於接收燃燒產物流的進口以及用於釋放渦輪排出含CO2流之出口。在一些具體實施例中可使用單一渦輪，或可使用多於一個渦輪，將多個渦輪串聯連接或隨選地被一或更多進一步的組件隔開，例如進一步的燃燒組件、壓縮組件、分離器組件，以及諸如此類。起源於如同本文所討論之燃燒程序及進入或離開任何這些組件
的流可描述為含CO2的流並且可來自一或更多燃燒器。
位於渦輪進口的流溫度可變化，例如像大約1,350℃這樣高。在其他的具體實施例中，本系統與方法可使用如同上面描述之低得多的範圍之渦輪進口溫度。此外，離開燃燒器的燃燒產物流可具有與進入燃燒器的CO2循環流體之壓力緊密對齊的壓力。在特定的具體實施例中，燃燒產物流可在流中的CO2以超臨界狀態存在的溫度以及壓力下。當燃燒產物流擴張越過渦輪時，流的壓力可被降低。這種壓力下降可被控制，這樣燃燒產物流的壓力與渦輪排出流的壓力是在定義的比率，例如，小於大約12的比率、小於大約10的比率、小於大約8的比率或小於大約7的比率。在其他的具體實施例中，渦輪中的進口壓力對應出口壓力的比率為大約1.5至大約12、大約2至大約10、大約3至大約9或大約4至大約8。
在特定的具體實施例中，對於渦輪排出流，在流中的CO2不再是超臨界流體狀態，而是氣體狀態的情況下可以是想要的。舉例來說，提供在氣體狀態的CO2可促進在注入進入形成前流的進一步處理。因此，渦輪排出流可具有壓力低於CO2將在超臨界狀態的壓力--即，小於大約7.3MPa、小於大約7MPa、小於大約6MPa、小於大約5MPa、小於大約4MPa、小於大約3MPa、小於大約2MPa或小於大約1.5MPa。在其他的具體實施例中，渦輪排出流的壓力可為大約1.5MPa至大約7MPa、大約3MPa至大約7MPa或大約4MPa至大約7MPa。在特定的具體實施例中，渦輪排出流的壓力可為小於在遇到流(例如，室溫冷卻)的冷卻溫度下的CO2冷凝壓力。然而，在其他的具體實施例中，當冷卻及/或分離可能不需要或想要時，渦輪排出流的壓力較大可能是有用的。舉例來說，壓力可為至少大約7.5MPa、
至少大約8MPa、至少大約8.5MPa、至少大約9MPa、至少大約10MPa。在又其他的具體實施例中，渦輪排出流的壓力可為至少大約1.5MPa、至少大約2MPa、至少大約3MPa、至少大約4MPa、至少大約5MPa。
雖然燃燒產物流通過渦輪可導致一些溫度降低量，渦輪排出流可顯著地類似於燃燒產物流的溫度。舉例來說，渦輪排出流可具有大約500℃至大約1,000℃、大約600℃至大約1,000℃、大約700℃至大約1,000℃或大約800℃至大約1,000℃的溫度。因為燃燒產物流的相對高溫，以能夠承受這種溫度的材料形成渦輪是有益的。渦輪包括提供對可能存在於燃燒產物流中的二級材料類型之良好化學抗性的材料亦可能為有用的。
燃燒產物流(或在能源產生的具體實施例中之渦輪排出流)可在當強化沉積物回收為需要(意指沒有必要將流進一步處理，例如移除雜質等等)時處於直接注入形成的情況。然而在一些具體實施例中，在注入前進一步處理流可能是需要的。舉例來說，當把CO2流注入一般可能被足夠高壓力的注入損壞的井、管線或形成中，可將來自燃燒程序的CO2壓力修改。如同上述提及的，在發電中的擴張可降低CO2流壓力；然而，甚至進一步的壓力降低可能是需要的，這種壓力降低可由通過一或更多進一步的發電渦輪而提供。亦可使用將由本領域之技術人員以本揭露內容的優點而辨認之壓力降低的其他措施。較佳地，按照所需的可能能源輸入將不需要壓縮CO2流。不過，若有用處，例如因為形成結構的特定地質或管線規格，可進行CO2的壓縮。
在一些具體實施例中，在注入形成前調整CO2流的溫度可能是有用的。如同下面進一步討論的，例如在強化重油的回收中使用相對高
溫的流可能是有用的。然而，因為本發明包括高溫燃燒系統與方法，在一些具體實施例中於注入之前冷卻CO2流可能是有用的。
特別是，將CO2流通過至少一個的熱交換器可能是有用的，該熱交換器冷卻流並提供具有所定義範圍的溫度的CO2流。在特定的具體實施例中，被冷卻的CO2可具有少於大約1,000℃、少於大約750℃、少於大約500℃、少於大約250℃、少於大約100℃、少於大約80℃、少於大約60℃或少於大約40℃的溫度。在某些具體實施例中，熱交換器包括至少二熱交換器串聯用於接收CO2流並將它冷卻至所需溫度可能是特別有用的。使用的熱交換器類型可視進入熱交換器的流情況而改變。舉例來說，因為CO2流可能在相對高溫，因此直接接收CO2流的熱交換器由設計作為承受極端情況的高效能材料(例如，INCONEL®合金或相似材料)形成可能是有用的。串聯的第一熱交換器可包括能夠承受至少大約400℃、至少大約600℃、至少大約800℃或至少大約1,000℃的一致工作溫度的材料。一或更多的熱交換器包括提供對可能存在於燃燒產物流中的二級材料類型之良好化學耐性的材料可能是有用的。適合的熱交換器可包括那些在商標HEATRIC®可取得者(可從Meggitt USA,Houston,TX取得)。在串聯的第一熱交換器可從CO2流轉換足夠量的熱之具體實施例中，一或更多進一步以串聯存在的熱交換器可由更傳統的材料形成--例如，不銹鋼。在特定的具體實施例中，使用串聯至少二熱交換器或至少三熱交換器以冷卻渦輪排出流至所需溫度。
在一些具體實施例中，將來自燃燒方法的CO2流經歷進一步處理以分離出任何餘留在CO2流中的二級組成可能是需要的。這種二級組成可能或可能不存在，特別視在燃燒方法中所使用的燃料性質而定。同樣地，
視其所注入的形成而分離任何存在於CO2流中的二級組成可能或可能不是需要的。因此，本方法與系統可包括一或更多分離單元的使用。
在特別的具體實施例中，移除一些或所有存在於CO2流中的任何水可能是有用的。雖然對於將「溼的」CO2流為強化某些沉積物(包括與某些化石燃料相關)之回收而直接輸入形成可能是有用的，若另有必要，存在於CO2流的水(例如，在炭質燃料燃燒期間生成之水並且在注入前持續通過任何進一步處理)可能以液相從冷卻的CO2流中被移除大部分。這種分離可經由在一壓力下提供CO2流(例如，以氣體狀態)而達成，該壓力為小於當將氣體混合物冷卻至室溫冷卻手段所達到的最低溫度時，存在於氣體混合物中的CO2被液化之點。舉例來說，可於將二級組成由此分離的期間在小於7.38MPa的壓力下提供CO2流。若使用在低環境範圍或大體上低於環境的溫度之冷卻手段，甚至可能需要更低的壓力。這容許水以液體分離。在一些中具體實施例中，壓力可與在渦輪出口的壓力大體上相同。在水分離後的「乾」CO2流可包括在莫耳基礎上少於1.5%、在莫耳基礎上少於1%或在莫耳基礎上少於0.5%之量的水蒸汽。若有需要，可採用進一步的乾燥，這樣CO2流為完全地或大體上無水。舉例來說，低濃度的水可經由乾燥劑乾燥機或按本揭露內容將是適合的其他手段移除。
可從CO2流移除之進一步二級組成包括，舉例來說，SO2、SO3、HCI、NO、NO2、Hg、O2、N2以及Ar。這些CO2流的二級組成可使用適合的方法從冷卻的CO2流中全部移除，例如在美國專利申請公布案號2008/0226515以及歐洲專利申請號EP1952874與EP1953486中定義的方法，將其全部以全文的方式併入本文以作為參考。在特定的具體實施例中，各
種二級組成可藉由下列方法而移除：可將SO2與SO3 100%轉換成硫酸；可將>95%的NO與NO2轉換為硝酸；可將過量O2以濃化流(enriched stream)而分離供隨選再循環至燃燒器；以及惰性氣體(例如，N2以及Ar)可在對大氣低的氣壓下排出。
在其中將燃燒產物流冷卻以促進其一或更多組成的移除之具體實施例中，於注入至形成之前將流再加熱可能是有用的。如同上面描述的，可使用一或更多熱交換器以冷卻燃燒產物流。如有需要，可將含CO2流往回通過相同的熱交換器以捕捉先前由燃燒產物流收回的熱。
如有需要，可提供CO2流用於注入或循環回到燃燒器作為大體上純化的形式之循環流體。具體地，純化的CO2流可具有至少大約95%莫耳、至少大約97%莫耳、至少大約98.5%莫耳、至少大約99%莫耳、至少大約99.5%莫耳或至少大約99.8%莫耳的CO2濃度。此外，可於所需壓力下提供含CO2流用於注入至形成、輸入至管線及/或輸入至燃燒器。含CO2流具有最小程度的注入壓力(即，例如離開井筒並進入形成的注入形成點之含CO2流壓力)可為特別有用的。舉例來說，含CO2流可具有至少大約1.5MPa、至少大約2MPa、至少大約3MPa、至少大約4MPa、至少大約5MPa、至少大約6MPa、至少大約7MPa、至少大約7.5MPa、至少大約8MPa、至少大約9MPa、至少大約10MPa、至少大約11MPa或至少大約12MPa的注入壓力。在其他的具體實施例中，含CO2流可具有從環境至大約30MPa的壓力。這種壓力同樣可應用至再循環回到燃燒器及/或輸入至管線之CO2流的任何部分。
在某些具體實施例中，含CO2流能以相關於它的黏度及/或密
度為特徵。較佳地，含CO2流將具有接近或高於形成(以及它的燃料材料沉積)之最小混溶壓力(MMP)的注入壓力。因此，根據本發明的含CO2流之密度與黏度可為可以是已知數值之特定井的MMP函數。舉例來說，於北海儲油氣層已顯示使用於EOR的CO2必須具有570kg/m3至800kg/m3的密度以及0.04mPa s至0.07mPa s的黏度。如有需要，本發明可包括使用添加劑以改變含CO2流的密度及/或黏度。
在較佳的具體實施例中，可將從燃燒系統或方法生成的CO2流注入至沉積形成而不需任何非CO2組成的分離及/或CO2流的壓縮。因此，在相關於地面燃燒的具體實施例中，可將CO2流僅於燃燒之後、於燃燒以及用於發電的擴張之後、於燃燒以及冷卻之後或於燃燒、擴張以及冷卻之後注入形成。較佳地，在相關於地面燃燒的具體實施例，特別地在於注入至形成之前壓力降低一些程度是有用的具體實施例中，至少包括一個擴張步驟來產生電力。
在一些具體實施例中，CO2流的直接注入至形成可能是特別需要的。直接注入能以將包含CO2的燃燒產物流注入至形成而不需如同本文另外描述(例如，不需擴張、冷卻或從流中分離組成)之任何進一步中間步驟為特徵。直接注入可包括將CO2流由燃燒器運輸至將CO2流運送至注入地點的分離管線，或者從燃燒器通過為系統與方法的專用組件之管線而運輸CO2流。根據本發明，經由排出油井組件、天然氣井組件以及諸如此類而運送至注入的井口組件亦可認定為CO2流的直接注入。
將產生CO2用於強化形成沉積回收之如同上面描述的電力生產設施位於大體上接近CO2將注入的形成可以是特別有利的。此類鄰近可
降低或消除CO2過度轉移的需求。舉例來說，在回收的形成沉積物為化石燃料的具體實施例中，電力生產設施位在或接近包括化石燃料回收自的井或多數井的領域可以是有利的。較佳地，電力生產設施可位於非常接近將把CO2注入以強化化石燃料回收的地點。以此方式，管線、油罐車以及諸如此類的使用可減少或完全消除。特別是，本CO2生產系統可包括以流體與燃燒系統的其餘組件相連的管線區段，這樣將經由燃燒產生的CO2經由管線特別導引至注入井而沒有允許來自發明系統外部來源之CO2輸入的連結。
在一些具體實施例中，電力生產可以夠接近將產生CO2注入的地點，這樣用以導引產生的CO2至注入地點的任何管線具有少於大約50km、少於大約40km、少於大約30km、少於大約20km、少於大約10km、少於大約5km、少於大約2km、少於大約1km、少於大約0.5km、少於大約0.25km或少於大約0.1km的總長度。在一些具體實施例中，與從電力生產設施至注入地點的CO2傳輸相關的任何傳輸管線可被描述為具有接近零的長度。這可特別意指具有少於大約0.5km、少於大約0.25km或少於大約0.1km的總長之管線。此類距離根據本發明可視為「近於零」的距離，因為CO2傳輸管線典型地具有數百公里的測量長度。因此，透過比較，上面所提的數值可認定為相對地近於零。此外，提供如此鄰近於注入地點的CO2生產設施的能力非僅為沒有真正的努力能可達成的優化問題。相反地，已知CO2來源典型地不適合於特定地點在離注入地點可能座落的特定距離建置。此限制是為何該領域典型地需要相當長度的管線及/或其它手段來運輸CO2所需相當距離以到達需要強化回收方法之化石燃料沉積。
本發明的優點係特別經由提供由於但不限於它的小體積與
模組設計而完全可運輸的CO2生產系統的能力而實現。根據本發明之完全可運輸的系統可以是地面生產設施或井下燃燒系統，其由可在相對短的時間內被組裝以形成可操作設施的組件形成，並且當有需要時，可在相對短的時間內拆解，這樣全套組件可被運輸至不同地點(例如，經由卡車、火車或其他適合的載具)並且再度於相對短的時間內組裝。因此，可將系統或裝置描述為模組化性質，從而使系統由運輸模式重新設置為操作模式。如同關於這些具體實施例中所使用的，可定義相對短的時間以意指從獨立組件至可操作的設施(即，產生CO2)之總組裝時間或少於56天、少於49天、少於42天、少於35天、少於28天、少於21天、少於14天、少於10天、少於7天、少於5天或少於2天的重新設置之總時間。類似的時間期間可適用於由可操作的設施拆解成分離組件。這種可運輸系統可包括如同本文所描述之電力產生組件或可大體上限制為燃燒器以及CO2產生之必需之相關組件。此外，這種可運輸系統可能足夠小型(例如可為滑座式(skid-mounted))。以此方式，可將CO2產生系統運輸至特定注入井並大體上直接附加於井口，以用於將產生的CO2直接注入至井中。因此CO2產生程序為簡潔的並且可以盡可能最低的花費拆解、運輸至新的回收地點以及重新組裝的形式建置。這同樣可有功能來消去CO2管線的花費。
除了例如上面所描述的地面燃燒，本發明亦包括其中在地下位置進行燃燒之具體實施例。「地下」一詞意指產生CO2之燃料實際燃燒以係於地面以下的物理位置進行。在一些具體實施例中，燃燒器僅可位於地面以下數公尺。在其他的具體實施例中，燃燒器可位於地面以下最多大約10m、最多大約100m、最多大約500m、最多大約1,000m、最多大約1,500m、
最多大約2,000m、最多大約5,000m或最多大約1,0000m。在進一步的具體實施例中，燃燒器可位於地面以下至少大約1m、至少大約10m、至少大約25m、至少大約50m、至少大約100m、至少大約250m、至少大約500m或至少大約1,000m。在甚至其他的具體實施例中，燃燒器可位於地面以下大約1m至大約5,000m、大約5m至大約4,000m、大約10m至大約3,000m或大約25m至大約2,000m。根據本發明的這方面，燃燒器的特徵可以是位於井下(特別地相關於化石燃料形成或可鑽井回收沉積物之其他形成)、如位於需要強化回收的形成內、位於需要強化回收的沉積物上、位於需要強化回收的沉積物下、或位於需要強化回收的沉積物旁(即，與沉積物共同的一水平面)。
當使用井下燃燒，完全地淘汰使用工作流體(例如要發電)的預注入電力生產系統可為特別有益的。以此方式，本發明的方法與系統可以是有效地濃縮成與燃燒器一樣小與任何必要來運送燃燒材料(以及任何額外需要的強化回收組件--例如，供蒸汽生成的水)到井下至燃燒器輸入端的管道。因此，燃燒可進行以產生CO2(以及隨選地蒸汽或對強化某些沉積物之回收有用的其他產物)，其直接由燃燒器的輸出端通過進入形成以強化特別沉積物的回收(例如本文進一步描述者)。如同下文更詳細的討論，可將產生的CO2與從形成回收之沉積物在回收流中合併。如有需要，可使用特別地產生之CO2或回收流的部分或全部以上文所述大致相同的方式發電。在這些具體實施例中，可將系統與方法的電力產生組件與燃燒器物理上分離(即，燃燒器位於井下以及電力產生渦輪與相似或額外的組件位於地面上)。然而，即使在這樣的具體實施例中，可將燃燒器與電力產生組件描述為流體聯通。特別地，離開燃燒器輸出端的燃燒產物流傳遞到形成，
混合於或以其他方式促進沉積物回收，並包括於來自形成的回收流，其可直接通過電力產生組件或在通過電力產生組件之前分離為一或更多部分。
無論採取地表燃燒或井下燃燒，本發明可相關於各種材料的強化回收。在特定的具體實施例中，本發明之方法與系統可用於強化化石燃料的回收。在特別較佳的具體實施例中，本發明可特別地相關於流體形式的化石燃料之強化回收。在特定的具體實施例中，流體形式可意指於標準溫度與壓力下為可流動的形式。化石燃料當維持於它的形成(或儲油氣層)內時可大體上為流體形式，例如夠低黏度的原油或天然氣的情況。在與CO2及/或任何蒸汽或可使用的其他加熱及/或稀釋材料(例如瀝青、焦油砂、油頁岩以及諸如此類者的例子)接觸後，化石燃料亦可以流體形式為特徵。
本發明之強化回收方法可包括運送含CO2流至包括回收沉積物之形成。雖然含CO2流可包括一或更多進一步的組成，含CO2流根據流的總重量按CO2重量而包含至少大約10%、至少大約20%、至少大約30%、至少大約40%、至少大約50%、至少大約60%、至少大約70%、至少大約80%、至少大約90%、至少大約95%、至少大約98%或至少大約99%是理想的。在進一步具體實施例中，含CO2流可按CO2重量包含大約50%至大約100%、大約60%至大約98%、大約70%至大約97%或大約75%至大約95%。如同上面提到的，在含CO2流中的CO2可以是超臨界流體或氣體的形式。在一些具體實施例中，含CO2流可以由CO2組成為特徵。在其他的具體實施例中，含CO2流可以實質上由CO2組成為特徵。在這種具體實施例中，「實質上由…組成」可特別意指下列任何者：含CO2流就任何非CO2組成重量而言包括少於2%；
含CO2流明確沒有任何典型被辨別為液裂流體的進一步材料；含CO2流明確沒有任何支撐劑的含CO2流；或含CO2流明確沒有任何表面活性劑。
從上述可以看出，本發明具體地可提供強化化石燃料儲量回收的方法。在各種具體實施例中，可將該方法應用於可能包含甲烷、其他輕質碳氫化合物氣體(例如，C2至C4氣體)、不同黏度的石油、瀝青、焦油砂以及油頁岩其中之一或更多的任何形成。舉例來說，根據本發明的方法可包括：燃燒炭質燃料以提供包括CO2之燃燒產物流；並且導引CO2的至少一部分進入含有回收化石燃料的形成。進一步地，該方法可包括從形成接收流體流，其包括來自形成之化石燃料的部分以及注入形成之CO2的部分。在進一步的具體實施例中，自形成回收之化石燃料部分的至少一部分可由流體流分離。分離的化石燃料部分可包括輕質油、重油、輕質氣體或高黏度燃料材料(例如，瀝青、焦油砂以及油頁岩)。可應用多數的分離以從流體流獲得所有適於銷售的產品，並且這種分離可造成非碳氫化合物材料的分離，包括CO2。在其他的具體實施例，回收流體流的至少一部分可再循環回到燃燒方法。具體地，回收流可包括CO2及/或回收化石燃料內容物(例如，輕質氣體部分)。此外，在回收混合的碳氫化合物產物之具體實施例中(例如，包括氣體部分以及液態油部分)，為市場分離液體部分可能是有益的。可將剩餘氣體部分(包括任何雜質與CO2)直接輸入到燃燒器作為全部或部分的燃燒燃料。較佳地，回收化石燃料的含量可足以完全於燃燒程序添燃料而不需外部燃料來源的輸入。在其他的具體實施例中，再循環回系統之回收化石燃料部分可用以補充外部燃料來源。這種方法同樣地可應用於其他類型形成沉積物的回收。
在進一步具體實施例中，本發明可提供系統，其用於將CO2提供給來自形成之化石燃料的回收。舉例來說，根據本發明之系統可包括下列者：設置為接收炭質燃料並且具有燃燒燃料以提供包含CO2之燃燒產物流的至少一燃燒階段之燃燒器；以及用於導引CO2的至少一部分進入形成的一或更多組件。該系統亦可包括一或更多用於電力產生的組件，例如發電渦輪組件，其可為與燃燒器流體聯通及/或可使用回收的燃料材料流之組件而定位為發電。該系統進一步可包括一或更多用於從形成接收流體流的組件，該流體流包括來自形成之化石燃料的部分以及受導引進入形成之CO2的部分。該系統可進一步包括一或更多從流體流分離回收化石燃料部分的至少一部分的組件及/或一或更多流體流的至少一部分再循環回到燃燒器的組件。這種系統同樣地可適用於其他類型形成沉積物的回收。
在一些具體實施例中，本發明可相關藉由液裂程序的強化化石燃料回收中之CO2的使用。液裂在強化碳氫化合物氣體的回收中可以是特別有用的，例如在煤床與具有碳氫化合物、包含頁岩之形成，其典型地包含甲烷(CH4)以及小量的其他輕質碳氫化合物氣體。
當將含有CO2的處理流體在高於形成的液裂壓力下注入適合的形成(舉例來說，例如上述者)時，該形成可有效地被壓裂以促進甲烷與其他碳氫化合物氣體的產生。液裂減輕形成中的壓力、對被捕捉的氣體進行開封，並且創造孔間隙以及通道供來自形成的氣體流動至井筒。此外，因為經由CO2吸收或晶格化的甲烷之偏向位移，進一步的甲烷係由處理而發展，而非將伴隨其他液裂處理或其他氣體的使用而發生。由於CO2取代甲烷的能力，CO2的使用亦提供較長期的總氣體產量的強化。若足夠的甲烷
在環繞井筒之斷裂面的局部區域被取代，形成中的壓力亦可下降得夠低，因此它降至低於形成內甲烷的臨界脫附壓力(critical desorption pressure)，其可造成自動脫附以及甲烷的顯著產量。
根據本發明的液裂可使用於任何碳氫化合物生產(特別是氣體碳氫化合物生產)被低形成壓力及/或低形成滲透性(即，「緻密」形成)充分阻礙的形成。具有足夠低滲透性從而使液裂為強化回收有利的方法的形成(例如：頁岩形成、煤床以及諸如此類)包括具有低於大約10mD、低於大約5mD、低於大約1mD或低於大約0.5mD之滲透性者。
根據本發明的液裂方法可包括將含CO2流(例如通過井筒或其他注入井)在高於形成的液裂壓力之壓力下引入形成。液裂方法可特別地包括地面燃燒器的使用。因此，含CO2流可實質地為離開燃燒器之燃燒產物流。在其他的具體實施例中，含CO2流可以是離開渦輪或其他電力生產組件的流。在又進一步的具體實施例中，含CO2流可能是離開使用於可進行的任何分離程序步驟中的組件之流。此外，可將額外的液裂材料於在燃燒之後並且緊臨於引入裂隙之前(其可能包括發生於井筒本身內的結合)的任何點加至含CO2流中。這種額外的組成包括但不限於支撐劑、表面活性劑(例如，脂肪族或含氧碳氫化合物聚合物、氫氟聚合物或全氟聚合物，帶有分子量高達每莫耳400克的部分或完全氟化的小分子、全氟醚、中性表面活性劑、帶電表面活性劑、兩性離子表面活性劑、脂肪酸酯及/或引起黏彈行為的表面活性劑)、膠凝劑或水(包括鹽水)。含CO2流亦可以明確沒有任何或全部的上述組成或可典型地識別為在液裂流體中有用的任何進一步組成為特徵。此外，可將含CO2流與水及/或進一步的液裂流體或材料同時、在之
前、在之後或依續地引入形成。
二氧化碳對於從晶格結構(例如甲烷水合物與甲烷晶籠化合物)中取代甲烷，以及從地面、孔隙空間、空隙以及形成裂縫取代吸附的甲烷可以是特別有用的。其他氣體，例如氮氣或空氣，典型地不表現取代吸收或晶格的甲烷之相似的優先傾向。特別地，煤床以及氣體水合物相較於甲烷顯示了CO2的優先吸附或替換。
因為CO2從晶格結構替換甲烷以及從表面、孔隙空間、空隙以及形成裂縫取代吸附的甲烷之傾向，根據本發明產生的CO2亦可具體地使用於在缺乏液裂下達到這些功用。換句話說，可將含CO2流引入形成，例如在低於形成的液裂壓力之壓力，但在足以進入形成中的裂縫或裂痕的壓力，或在足以進入形成孔隙的至少一部分的壓力，從而替換吸附的碳氫化合物氣體或以其他方式促進碳氫化合物氣體從形成的移除。這可能特別有益於回收天然氣自煤床、地下煤層(特別是那些深的及/或具有經濟或技術生產問題中的一或兩者)以及頁岩氣體形成(其中天然氣或其他短鏈碳氫化合物氣體係相關於固體材料並且優先地被CO2替換)。雖然在液裂方法中的CO2較佳地藉由地表燃燒而產生來容許進一步的材料隨選的含入，供純氣體回收方法而不用液裂的CO2可藉由地表燃燒或在井下燃燒器中產生。經由第一井筒(即，注入井)而注入這種形成的含CO2流替換由其而來的碳氫化合物氣體，至少部分地與替換的碳氫化合物氣體結合，並促使碳氫化合物氣體由形成回收，例如經由注入井或一或更多的回收井。回收的碳氫化合物氣體隨選地可被如同進一步描述於下地處理。
除了強化碳氫化合物氣體的回收，本發明方法亦可用於燃料
材料的形成與回收兩者。舉例來說，CO2將與煤炭化學性地反應(特別地於高溫與高壓下)來產生CO與H2(以及水)。因此，可將根據本發明產生的CO2引至煤炭形成，從而與煤炭化學性地反應並生成CO與H2，其可如同另外於本文討論的回收並且使用為燃料材料--例如，於合成氣的產生。在某些具體實施例中，可執行多種功能，其中CO2注入至煤炭形成可進行取取代來回收與之相關的任何碳氫化合物氣體及/或與煤炭反應，以生成供回收的CO與H2及/或封存CO2的至少一部分於煤炭形成內。
根據本發明產生的CO2對於強化液體燃料材料(例如，原油)以及甚至高黏度的燃料材料(例如，瀝青、焦油砂以及油頁岩)的回收亦可以是有用的。與這種液體及/或高黏度的燃料材料相關之含CO2流的使用經由各種方法(例如增加形成壓力以及改變燃料材料的物理性質(例如，降低其黏度)中的一或兩者)以強化其回收可以是有效的。
經由CO2注入的石油替換可視CO2與原油混合物的相行為而定，其可視各種因素(例如儲油氣層溫度、儲油氣層壓力以及原油組成)而定。雖然不希望受到理論約束，已相信促使原油替換的機制可包括石油膨脹、黏度降低以及CO2與原油的完全互溶性。本發明之方法可提供強化從形成回收石油與高黏度碳氫化合物的這種機制之一或任何組合。雖然下面的討論一般討論相關於石油(或原油)的液體碳氫化合物的移除，據了解這種揭露內容可相關於強化廣泛黏度的石油回收並亦可相關於強化其他高黏度的碳氫化合物回收-例如，瀝青、焦油砂、油頁岩以及諸如此類。
當將CO2注入至儲油氣層，它可變為與剩餘原油相互可溶(如同來自石油的輕質碳水化合物溶解入CO2以及CO2溶解入石油)。這種互
相溶解的程度可隨著CO2的密度增加而增加，其可特別有助於以壓縮(即，加壓)形式提供CO2。在石油包含顯著量的「輕」(即，較低碳)碳氫化合物的形成中之互相溶解亦可以更多。當注入的CO2與剩餘石油為互溶時，保持兩相分開(界面張力)的物理性力量有效率地消失。這使CO2能夠從岩石孔隙替換石油，將它推向生產井。隨著CO2溶解入石油，它使石油膨脹並降低石油黏度，其亦有助於改善替換程序的效率。
因為需要維持石油與CO2互相溶解的最小壓力可以是儲油氣層溫度、儲油氣層壓力、流壓力以及石油密度(即，輕質碳氫化合物的相對部分)的因素，所需獲得石油/CO2混溶性的最小壓力可以改變。因此，除了控制所注入CO2流的性質(即，溫度、壓力以及隨選的添加物，例如蒸汽)之外，本發明可包括除了CO2注入之外的額外處理。舉例來說，在CO2注入之前、之後或同時，本發明亦可包括將水注入至形成，其對增加儲油氣層壓力可以是特別有用的。更具體地，本發明可包括將CO2流注入以水量替換。這技術可稱為水氣交替(或「WAG」)洪水。這種方法對減輕較低黏度的CO2在替換之石油前潛移的任何傾向可能是有用的。其它類似技術亦可包含於本發明。
僅為範例的方式，根據本發明用於強化石油回收的CO2注入方法可如同以下進行。首先，燃燒可如同本文已描述的來進行而產生含CO2流(較佳地包括超臨界CO2)。燃燒可在地面上或井下進行，並且任何根據受刺激形成的具體情況被視為適合的干預步驟(例如，用於電力生產的擴張及/或注入不需要的任何流組成的分離)可被進行。較佳地，若使用地表燃燒，燃燒系統的位置可顯著接近注入井及/或要使用含CO2流的油田。可
特別地將CO2提供用於在如同本文另外描述之注入壓力下的注入。
下一步，可將離開燃燒器(或如所需之進一步的系統組件)的含CO2流導引至策略性地以一形態置放的一或更多個注入井，以優化儲油氣層的表面掃描(areal sweep)。這可以藉由如同上述之相對短的傳輸線。當使用井下燃燒時，含CO2流的導引可僅包括從燃燒器將含CO2流輸出並直接將含CO2流輸出到形成，例如經由在油井套管中穿孔或經由開放的岩石面。所注入的CO2進入儲油氣層並且移動通過形成岩石的孔隙空間。當CO2移動通過儲油氣層並遇到原油沉積物時，它可變為與石油可混溶的並生成向個別的生產井延伸之濃縮油儲油氣層--其可包括在一些具體實施例中的注入井。換句話說，通過儲油氣層之含CO2流的移動強化石油流出形成並進入生產井的移動。這可能繼續進行，因為上述的相互溶解度現象並且因為形成仍表現足夠壓力以「推動」石油/CO2結合(其現在具有降低的黏度及/或僅相關於石油的密度)至開放的生產井(其具有相關於形成本身更降低的密度)。石油至生產井的移動亦可來自於形成壓力的增加，該形成壓力的增加來自其中CO2的注入(及/或可注入的任何其他再加壓材料--例如，水)。
在生產井，將石油(典型地為石油、CO2、水以及可能碳氫化合物氣體的混合物)運送至地表(其典型地可包括主動汲取)以如同下述進行處理。可將含CO2流注入至數個注入井，並且注入井和生產井的形態可隨時間而變化。可根據認定的工程模型(例如根據不同設計方案塑造儲油氣層的特性之電腦模擬)而決定想要的形態。
雖然CO2在刺激石油與天然氣井的使用先前已為人知，CO2 EOR要承擔資本密集是眾所周知的，其伴隨最大的單一項目成本(典型地為
購買用於注入的CO2之成本，特別是在所需壓力與純度下)。已估計在EOR程序中，總CO2成本(購買價格與再循環成本兩者)可達到每桶生產石油的25%至50%成本。本發明可經由提供連續CO2來源而克服此限制(其在接近注入地點生成以及可甚至於井下生成而甚至削減CO2運送成本)。此外，CO2生產成本能以如上所述之預注入循環而經由電力生產以及甚至使用在一些具體實施例中的生產流而經由電力生產而有效抵消。此外，如同本文額外描述的，燃燒燃料成本可經由在強化回收程序中回收之燃料材料部分的使用(包括液體與氣體燃料材料)而顯著抵消。
除了CO2供應/注入/再循環計畫的高額前期資本成本，起始CO2注入體積典型地必須於增量生產開始之前購買好。因此，CO2 EOR的投資回報已經傾向於是低的，僅伴隨漸進的、長期的支出。鑑於顯著的前期投資在井、再循環設備以及CO2、在達到石油增量生產反應的時間延遲以及顯著降低預期反應的未預期地質非均質性的潛在風險，CO2 EOR被許多經營者認為是風險投資，特別是在先前尚未實施的區域與儲油氣層。此外，先前了解伴隨較高資本成本需求的石油儲油氣層以及增量石油生產之注入CO2的較不利比率將無法達到投資的經濟上合理回報(無改良的技術及/或對於儲存CO2之財政/稅收獎勵)。同樣地，本發明克服這些缺點並使CO2為基礎的強化回收方法是經濟上合理的並且甚至在廣泛範圍的燃料材料沉積物以及甚至進一步類型的沉積物都是有利的。
如同上面已提及的，根據在儲油氣層或形成內於井下置放燃燒器裝置的能力，本發明的方法與系統可為特別有利。這種具體實施例在EOR方法中可為特別有用。更具體地，一般針對含瀝青形成之使用、焦油
砂中之使用、油頁岩提取中的使用以及重油的使用(-即具有低於大約20的美國石油協會(American Petroleum Institute,API)比重的油)，井下燃燒器之具體實施例可以是高度有利的。在特定的具體實施例中，發明的方法與系統特別的可使用於形成中，該形成包含的油伴隨之API比重小於大約19、小於大約18、小於大約17、小於大約16、小於大約15、小於大約14、小於大約13、小於大約12、小於大約11、小於大約10、小於大約9或小於大約8。API比重可使用比重計直接測量，該比重計以API比重單位分等級，該API比重單位如ASTM D287中詳細介紹。替代地，可從油的密度計算API比重，其可如ASTM D1298中詳細介紹的使用比重計或者如ASTM D4052中詳細介紹的以振盪U形管方法測量。於不同溫度的密度調整、針對鈉鈣玻璃擴張與收縮的校正以及針對不透明油的半月形面校正乃於ASTM D1250中詳細指明之石油測量表(Petroleum Measurement Tables)使用細節中詳細介紹。再從下面公式1計算比重，並且由下面公式2計算API比重。
根據本發明的某些具體實施例，來自形成之燃料材料沉積物的強化回收中的井下燃燒器使用係於第1圖的流程圖中說明。特別地，該圖片說明(從上到下)由頂部土壤層2、不允許顯著的油滲透之低孔隙度岩石層3(例如頁岩)、可或不可使油滲透的介質孔隙岩石層4、具有足夠孔隙以
包含石油並可能容許由此自由流動至較低壓區的含油層5(例如砂岩或石灰岩)、以及進一步的介質孔隙岩石層6所組成之典型的地質形成橫剖面圖。要了解這種地質形成僅為示範性的，並且可由本發明之方法受益的地質形成可具有更多或更少帶各種不同配置的形成，包括形成的相交。此外，相關於含石油層的討論不應被視為將井下燃燒限制到僅有這種形成。
顯示的注入井100穿透包括含油形成5的各種地質形成。雖然顯示單一注入井，要了解可應用複數的注入井。此外，如果有需要，注入井可以是修改的預先存在的井筒，以適應井下燃燒器(或它的產物)或可為刻意形成之鑽孔。說明的注入井100包括導線套管101、表層套管102以及生產套管103，可將其每個按位置用水泥接合。生產套管內部為利用以運送燃燒材料的工作管線104。在一些具體實施例中，可能不存在工作管線，燃燒產物的運送可經由生產套管進行。在明確地為了井下燃燒之目的而生成之井的例子中，套管結合可能改變或實質上不存在。舉例來說，注入井可僅包括導管、表層套管以及延伸到低於表層套管下緣的開放式鑽孔。在說明的具體實施例中，使用作為壓力封口的注入填充栓110被提供於接近工作管線104的較低界限，以分離下方來自燃燒區112之井的上部。
在燃燒區112內的是燃燒器300，例如如同本文另外描述之蒸散冷卻燃燒器。燃燒器係地理上對齊於形成中相對低的含油層(或形成)。在形成內的提取位置可能改變--例如，在形成中高處以有利於注入材料向下移動、或者在形成中低處以有利於注入材料的向上滲透--並且這種位置可視注入材料的實際性質以及要從形成中回收沉積物的實際性質而定)。在特定的具體實施例中，使用一或更多的非垂直壁作為注入井可能是
需要的。舉例來說，注入井可包括一或更多斜向或水平區域，含CO2流自該一或更多斜角或水平區域而被注入至形成。注入井同樣地可包括相關於地面表面之任何垂直的、水平的或斜向的一或複數的分枝。在進一步具體實施例中，燃燒器或導引含CO2流的組件可座落於軌道或滑輪或者可利用其他機制使它在所有潛在的方向移動。控制流動至燃燒器的各個部分之閥門亦可被使用以控制CO2流動的方向。
燃燒燃料來源10提供燃燒燃料至井下的燃燒器300，例如經由關聯的管線或其他方式之適合的運送裝置。如同進一步描述於下的，燃燒燃料可為從沉積形成回收的燃料材料之部分。氧化劑來源20(其是以在此具體實施例中之範例的方式提供O2的空氣分離單元)在井下提供O2(較佳地以如同上述之大體上純化的形式)至燃燒器(例如經由關聯的管線或其他方式之適合的運送裝置)。CO2流30亦被提供來通過燃燒器。在說明的具體實施例中，CO2流與來自混合器25之氧氣來源的O2流匯集。另外，CO2流可直接以個別的運送線路前往燃燒器。更進一步地，額外的或不同的混合器裝置可用以在通過燃燒器之前結合燃料、氧氣以及CO2。在來自燃燒的CO2顯著封存在注入之形成內或沒有再循環至燃燒方法的具體實施例中，CO2流可能不存在。在說明的具體實施例中，燃燒系統進一步包括淬火流體來源40，其可特別地藉由關聯的管線或其他方式之適合的運送裝置提供水、不同的淬火流體(包括CO2)或淬火流體的混合物至燃燒器。淬火流體可特別地被運送至燃燒器作為蒸散冷卻流體。此外，CO2流可經由淬火流體來源被運送至燃燒器(特別地當可能希望將CO2使用作為蒸散冷卻流體時)。
當將給料的結合物(即，O2、水、CO2以及燃料)運送至燃
燒器，燃燒可進行，並且離開燃燒器的燃燒產物可包括如同本文另外討論的、蒸汽、CO2以及反應副產物的其中之一或更多。可將燃燒器描述為具有一輸入區(其中燃料與進一步的材料被運送)，以及產生燃燒產物流的輸出區。如同在第1圖所見的，生產套管103可包括一或更多穿孔105，其可顯著位於燃燒器300的區域或可能在對應於產油形成的不同位置相隔。這種穿孔可提供燃燒產物流流出井外並且進入含油形成的通道。在其他的具體實施例中，至少在產油形成內，生產套管103可能不存在，並且燃燒產物流可輕易地流動通過形成之孔隙。
經由生產形成的燃燒產物傳播促進形成沉積物經由一或更多生產井200(例如，石油)的回收。這種燃燒產物以及形成沉積物的傳播係經由在第1圖中之方塊箭頭說明。未填滿的箭頭代表進入形成的燃燒產物。依次更深的箭頭代表與CO2混溶且具有降低的黏度(以及由蒸汽處理而隨選地增加的溫度及/或增加的壓力)而前進至生產井中之形成沉積物(例如，石油)。在一些具體實施例中，可將注入井100設置成於生產形成內的第一區注入燃燒產物流並且於生產形成內的第二區接收產生的形成沉積物。舉例來說，燃燒產物流的注入可從填充栓110下的生產套管進行，並且沉積物可經由一或更多額外的穿孔(未顯示)進入填充栓上的生產套管，並且回收的沉積物可流動通過介於生產套管103以及工作管線104之間的環形空間。
顯示於第1圖的分別的生產井200包括導線套管201、表層套管202以及生產套管203，可將其每個按位置用水泥接合。在此具體實施例中，生產套管僅於表層套管的下端延伸短距離，並且在其以下之井的剩餘
部分僅如開放井筒206說明。在其他的具體實施例中，生產套管可在井內延伸更下去，並且開放井筒實際上可包括襯墊或套管，該襯墊或套管可被穿孔或以其他方式而有孔，以容許產生沉積物進入井的通道。生產套管內部是被利用於將回收沉積物運送至地表的生產管線204，並且生產管線在其下端附近以生產填充栓210而被環繞。
運送至生產井200表面之回收沉積物流250可經歷一或更多處理步驟。舉例來說，回收的沉積物流可流經擴充器320以降低流的壓力。隨選降低的壓力流可流經分離單元330，以例如從輕質氣體流334中分離重油流332。輕質氣體流可繼續通過氣體分離器340，該氣體分離器可分離來自與回收沉積物流結合的任何CO2(及/或雜質-例如，H2S)的碳氫化合物氣體流342。擴張的CO2流344可隨選地繼續通過發電渦輪350，以產生電力(E)，以及擴張的CO2流30可前進至混合器25，以與O2流結合而再注入至注入井100中。在替代的具體實施例中，特別是若不需要或不希望任何干預壓力調整、分離或電力生產組件時，任何的流250、332、334、342與344可被直接輸入至燃燒系統。
在一些具體實施例中，這種組成可仍然與用於輸入至燃燒器的CO2流結合，而非分離出輕質氣體。以此方式，可將個別燃料來源部分或完全地消除。效果上，該方法將產生重油產物供銷售，並且任何產生的輕質氣體可被使用作為燃燒器的燃料來源，以生成進一步的CO2來繼續EOR操作。更進一步地，氣體分離步驟可能還是發生，並且任何分離的碳氫化合物氣體可被運送至燃燒器作為燃料來源。
在一些具體實施例中，將氧化劑對輸入至燃燒器中的CO2
的比率特定地調整可以是有用的。舉例來說，引入燃燒器中的氧化劑之量可以就引入燃燒器的CO2重量而言少於約50%。在進一步的具體實施例中，引入燃燒器中之氧化劑的量可以就引入燃燒器CO2重量而言少於大約45%、少於大約40%、少於大約35%或少於大約30%。在特定的具體實施例中，引入燃燒器中的氧化劑之量可以就引入燃燒器的CO2重量而言為大約10%至大約50%、大約10%至大約45%、大約12%至大約40%、大約12%至大約35%或大約15%至大約30%。
在某些具體實施例中，產生顯著量的蒸汽作為燃燒程序的一部分可以是特別需要的。具體地，水可使用作為淬火流體並且可特別地輸入至燃燒器作為蒸散冷卻劑。因此，除了CO2之外，燃燒程序亦可提供相對大體積的蒸汽。在某些具體實施例中，蒸汽部分可於質量對質量的基礎上少於大約50%、少於大約40%、少於大約30%、少於大約20%、少於大約10%或少於大約5%的燃燒蒸氣。然而如有需要(例如在熱量的EOR程序中)，蒸汽部分就燃燒產物流的質量而言可大於50%。
在有利的具體實施例中，本發明可以是特徵相關於有過量氧化劑(例如，O2或空氣)的燃燒器井下使用。在特定的具體實施例中，以供燃料燃燒所需含量之化學計量過量而提供的O2之量在莫耳的基礎上是至少大約0.1%、至少大約0.2%、至少大約0.25%、至少大約0.5%或至少大約1.0%。在其他的具體實施例中，超過燃料燃燒所需之量的O2化學計量過量在莫耳的基礎上是大約0.1%至大約5%、大約0.15%至大約4%、大約0.2%至大約3%或大約0.25%至大約2.5%。以燃料燃燒所需含量之化學計量過量而提供的空氣量可高達大約40倍過量。提供這種化學計量過量對於確保炭質燃料
的完全燃燒(其具有如同上述之相同特徵，該相同特徵具有直接接受產生的、強化的回收廢氣的能力)可以是有用的。這是希望的因為它可大體上或完全地消除碳的產生(即，煤煙)，其可大體上堵塞形成。舉例來說，大量過量的氧化劑可有效率地氧化煤炭以產生CO。在特別的具體實施例中，碳的生產可被限制，這樣燃燒產物流就微粒碳(或煤煙)的重量而言包括少於大約2%、少於大約1.5%、少於大約1、少於大約0.5%、少於大約0.25%或少於大約0.1%之量。
關於油井或天然氣井，提供過量的氧化劑(特別是O2)是有悖常理的，因為這種井典型地需要將任何存在的O2嚴格界定於非常低的水平以避免藻類的生長或硫沉積的問題。然而，在本燃燒系統與方法中，提供過量O2作為高溫氣體流的一部分。在描述於本文的情況下，任何在燃燒後剩餘的過量O2可經由伴隨在儲油氣層中之碳氫化合物的副反應而被有效地移除。舉例來說，下列反應可於此類情況下發生。
Coal(CHx)+O2=CO+0.5XH2O 公式3
2CO+O2=2CO2 公式4
CO2+C=2CO 公式5
CO+H2O-CO2+H2 公式6
H2+O2=H2O 公式7
Oil(CH2)x+O2=CO+XH2O 公式8
預期公式4-7的反應同樣會按照公式8的反應。
除了上述，使用井下燃燒器伴隨蒸散注入流對於控制強化回收流體流的溫度可特別地有利。更具體地，依所需可調整水含量(以及隨
選地CO2流)以直接冷卻燃燒產物流至使用者設計的、控制的可針對在特別的儲油氣層中最大石油回收而設定的溫度。舉例來說，燃燒產物流溫度可控制於在大約100℃至大約1,800℃的範圍或本文另外揭露之任何進一步的範圍。
雖然井下燃燒已於先前在本領域討論，這種方法不同於本發明，因為在已知系統中的燃燒不包括可達成足夠高的溫度與壓力以促進甚至受汙染的燃料之燃燒(如同進一步討論於下的)。此外，已知的井下燃燒技術典型地已需要使用固體支持催化劑以避免煤煙產生以及產油形成表面的堵塞。如同已於上提及的，本發明可消除這種催化系統的需求。然而如有需要，在特別的具體實施例中，根據本發明的燃燒(地表燃燒或井下燃燒)亦可結合催化劑的使用。
包括地表燃燒的特別具體實施例係於第2圖中說明。如同其中所見的，本系統與方法的一般性質為與井下燃燒類似，因為燃料來源10提供燃燒燃料至置於地表的燃燒器300(較佳地大體上接近注入井100)。氧氣來源20(例如在此示範性具體實施例中之空氣分離單元)提供O2(較佳地以如同上述之大體上純化的形式)至燃燒器。亦包括工作流體來源31以提供工作流體(例如CO2流)用於通過燃燒器。隨選地，進一步的淬火流體，例如水，可提供至燃燒器。淬火流體及/或工作流體可根據已於上提供之討論特別運送至燃燒器作為蒸散冷卻流體。混合器裝置可用於在通過進入燃燒器前結合燃料、氧氣以及CO2。
舉例來說，第2圖說明(從上到下)由頂部土壤形成2、低孔隙度岩石層3(例如頁岩)、化石燃料儲油氣層及/或其中包括甲烷以及可能
的其他輕質碳氫化合物之煤床形成7以及進一步的介質孔隙岩石層6所組成之典型地質形成的橫剖面圖。同樣地，實際的地質地層的分層可能會不同。
顯示的注入井100穿透包括煤床形成7的各種地質形成。雖然顯示單一注入井，要了解可利用複數的注入井。此外，如果有需要。注入井可以是修改的預先存在的井筒，以促進CO2流動或可為刻意形成之鑽孔。說明的注入井100包括導線套管101、表層套管102以及生產套管103，可將其每個按位置用水泥接合。生產套管內部為包括中央管道115以注入含CO2流至井中的工作管線104。在一些具體實施例中，工作管線可能不存在，且含CO2流的運送可經由單單中央管道進行。在說明的具體實施例中，使用作為壓力封口的注入填充栓110在工作管線104的較低界限附近被提供，以分離下方來自注入區113之井的上部。
如同在第2圖所見的，生產套管103可包括一或更多穿孔105，其可在煤床形成的不同位置相隔。這種穿孔可提供燃燒產物流流向井外以及向煤床內的通道。在其他的具體實施例中，至少在煤床形成內，生產套管103可能不存在，並且燃燒產物流可輕易地流過在煤床表面之孔隙及/或流過在煤床的裂縫。
在特別的具體實施例中，所欲的是使用一或更多的非垂直壁作為注入井。舉例來說，注入井可包括一或更多斜向或橫向區域，含CO2流自該一或更多斜向或橫向區域被注入形成。注入井同樣地可包括相關於地面水平表面之垂直、水平或斜向任一的一或複數分枝。該注入可能再度具有勢能或平移、軸向或旋轉移動。
在操作上，燃料來源10提供燃燒至燃燒器300，例如經由關
聯的管線或以其他方式之適合的運送裝置，並且這種燃料可為從沉積形成回收的燃料材料之部分。氧氣來源20(例如空氣分離單元)提供O2(較佳地以如同上述之大體上純化的形式)至燃燒器，例如經由關聯的管線或以其他方式之適合的運送裝置。亦提供CO2流31來用於通過燃燒器的通道。在說明的具體實施例中，CO2流較佳地作用為工作流體及/或淬火流體及/或蒸散流體。如有需要，可使用不同的工作流體及/或淬火流體及/或蒸散流體(其可以是相同或不同的)，並且可提供每個流分別的來源。混合器裝置可用於在進入燃燒器之通道前結合燃料、氧氣以及工作流體。
燃燒器300包括燃燒產物流(可描述為含CO2流)所流自的輸出。CO2可如同已於上討論的任何形式。將燃燒產物流輸入至渦輪350以產生電力(E)，並且將渦輪輸出流導引至進一步處理或至注入井。處理組件375可包括一或更多的熱交換器、分離單元(例如，用於移除水或微量雜質)、壓縮器、擴張器以及冷卻單元。離開渦輪或處理組件的含CO2流藉由中央管道115至少部分被導引進入井中並且經由生產套管103中之穿孔105進入煤床形成7。
經由煤床傳播的含CO2流促進形成沉積物(例如，甲烷)經由一或更多生產井200的回收。這種燃燒產物以及形成沉積物的傳播係經由在第2圖中之方塊箭頭說明。未填滿的箭頭代表進入形成的含CO2流。依次更深的箭頭代表與CO2混合及/或被CO2簡單替換並前進至生產井之形成沉積物(例如，甲烷)。在一些具體實施例中，可將注入井100設置來於生產形成內的第一區注入燃燒產物流並且於生產形成內的第二區接收產生的形成沉積物。舉例來說，燃燒產物流的注入可從填充栓110下進行，並且沉積
物可經由一或更多額外的穿孔(未顯示)進入填充栓上的生產套管，並且回收的沉積物可流動通過介於生產套管103以及工作管線104之間的環形空間。
顯示於第2圖的分別的生產井200包括導線套管201、表層套管202以及生產套管203，可將其每個按位置用水泥接合。在此具體實施例中，生產套管僅於表層套管的下端延伸短距離，並且在其以下之井的剩餘部分僅以開放井筒206說明。在其他的具體實施例中，生產套管可在井內延伸下去，並且開放井筒實際上可包括可被穿孔或以其他方式而有孔以容許所產生沉積物進入井的通道之襯墊或套管。生產套管內部是被利用於將回收沉積物運送至地表的生產管線204，並且生產管線於其下端附近以提供密封之生產填充栓210而被環繞。
運送至生產井200表面之回收甲烷流251可經歷一或更多處理步驟，並且甲烷流的全部或部分可被導引回燃燒器系統。舉例來說，回收的沉積物流可經由一或更多的擴充器處理以降低流的壓力、經由一或更多的分離單元處理以分離純甲烷流來用於銷售及/或從任何CO2(及/或雜質-例如，H2S)分離進一步的碳氫化合物氣體流，以及經由進一步的發電渦輪處理，其全部係就第1圖之關係而於上描述。如同第2圖中說明的，可將甲烷流251的部分導引至燃料來源。此部分可能是一或更多碳氫化合物氣體的結合物並且可能包括在甲烷流中產生的任何雜質。可將甲烷流的進一步部分導引至工作流體來源。此部分可能是分離的CO2流並可能包括在甲烷流中產生的任何雜質。
使用地表燃燒或井下燃燒的選擇可視各種因素而定，包括要
回收的材料類型以及形成的物理狀況。典型地，任一系統可被使用於任何流體形式之化石燃料的強化回收--例如，氣體碳氫化合物、低黏度油以及甚至高黏度油。對於非常高黏度的油與其他高度黏滯碳氫化合物(例如，瀝青、焦油砂以及頁岩油)，井下燃燒系統因為輕鬆提供可包括顯著部分之蒸汽(其可有利於增加這種較高黏度材料的流動性)的高溫燃燒產物流的能力而可以是有利的。
無論伴隨地表燃燒或者井下燃燒，可使用各種的燃燒燃料。具體地，可使用氣體碳氫化合物與液體石油，並且燃燒燃料因此可至少部分地從經由該方法回收之燃料材料形成。燃燒方法亦可包括固體燃料作為燃燒燃料。舉例來說，可使用煤炭(較佳地是微粒化以及流體化的狀態)。在這種具體實施例中，發明系統包括複數的燃燒器可能是有用的。
舉例來說，第3圖說明在第2圖中說明之地表燃燒具體實施例部分視圖(其修改成結合部分氧化燃燒器600)。第3圖說明(從上到下)由頂部土壤形成2、低孔隙度岩石層3(例如頁岩)以及燃料材料儲油氣層8所組成之典型地質形成的橫剖面圖。如同在先前圖式中，注入井100顯示為穿透包括燃料材料形成8的各種地質形成。雖然顯示單一注入井，要了解可利用複數的注入井。此外，如果有需要，注入井可以是修改的預先存在的井筒(以促進CO2流動)或可為刻意形成之鑽孔。說明的注入井100包括導線套管101、表層套管102以及生產套管103，可將其每個按位置用水泥接合。生產套管內部為包括中央管道115以注入含CO2流至井中的工作管線104。在一些具體實施例中，工作管線可能不存在，含CO2流的運送可僅經由中央管道進行。如同在第1圖以及第2圖中說明的一或更多回收井同樣地可包括於本具
體實施例中。
如同第3圖所顯示的，提供固體煤炭燃料1010至部分氧化燃燒器600，其為串聯的第一個燃燒器。雖然具體實施例係與煤炭相關而討論，據了解任何固體燃料材料可如同描述地使用。較佳地，固體燃料例如煤炭，可例如經由通過研磨裝置而被微粒化。這可以在現場執行，或將固體燃料以預微粒化形式提供。微粒化尺寸可為了提供大約10μm至大約500μm、大約25μm至大約400μm或大約50μm至大約200μm的平均粒徑。可將粉末狀煤炭與流體化物質混合以提供泥漿形式的煤炭(其可為伴隨CO2的泥漿)。
除了固體煤炭燃料1010，可提供來自氧氣來源20之O2以及來自工作流體來源31的CO2至部分氧化燃燒器600。CO2可為隨選的並且可為流體化介質的來源。亦可使用CO2冷卻部分氧化燃燒器600。較佳地，使用的CO2之量為足以冷卻離開部分氧化燃燒器之部分氧化燃燒流的溫度，以使得存在的任何灰分是在可被安全地移除之固體形式。因此，可按比率提供CO2、煤炭以及O2至部分氧化燃燒器，以使得煤炭僅為部分氧化，以產生包括CO2以及H2、CO、CH4、H2S以及NH3其中之一或更多之部分氧化的燃燒產物流。亦可較佳地將CO2、煤炭以及O2以需要的比率引入部分氧化燃燒器600，以使得部分氧化的燃燒產物流溫度為夠低的，以致存在於流中所有的灰分是可以很輕易地經由一或更多分離器及/或過濾器移除的固體顆粒形式--例如，旋風過濾器。如同在第3圖中顯示的，顯示藉由過濾器650的灰分移除。在特定的具體實施例中，部分氧化的燃燒流溫度可少於大約1,100℃、少於大約1,000℃、少於大約900℃、少於大約800℃或少於大約700℃。
在進一步的具體實施例中，部分氧化的燃燒流溫度可為大約300℃至大約1,000℃、大約400℃至大約950℃或大約500℃至大約900℃。可將離開過濾器650之經過濾的、部分氧化的燃燒流直接輸入至蒸散冷卻燃燒器300。此輸入係隨著來自氧氣來源20之O2流以及來自工作流體來源31之再循環的CO2工作流體而提供。在這一點燃燒可如同另外描述於本文而類似地進行。將在部分氧化燃燒流中之可燃材料在O2與CO2的存在下於燃燒器300中燃燒以提供包括CO2的燃燒流。可將此流擴充跨越渦輪350以產生電力(例如，藉由發電機)。可將渦輪排出流通過一或更多處理組件375，並且輸入至中央管道115以注入井中。當然，據了解這種部分氧化的具體實施例可適應於井下燃燒器的具體實施例，如同本文另外描述的，特別地相關於第1圖。
本發明亦提供對本領域已知的CO2溢流方法之普遍改進。因為在本發明中生成和使用的含CO2流為燃燒產物流，含CO2流亦可對形成提供顯著量的熱。因此燃燒的熱可轉移至形成部分，並且這種加熱的功能可以是促進其中沉積物(特別相關於化石燃料)之強化回收。若需要，可甚至在足以促進長鏈碳氫化合物裂解的溫度提供含CO2流，例如在原油形成中。這可以特別有用於強化高黏度油以及甚至高度黏滯沉積物的回收。
在根據本發明可利用的任何系統與方法中，從生產井或(複數)井移除的生產流典型地將包括材料的混合物。舉例來說，回收的化石燃料可包括一部分(在某些例子中甚至大量)的硫化氫，若有需要，其可被移除以提供實質上純的化石燃料流。同樣地，任何通過形成並且進入回收流的CO2典型地必須被移除以提供適於銷售的化石燃料。利用燃燒程序以提供用於強化回收的含CO2流之本發明可減輕或消除在回收化石燃料流中
雜質存在的不利影響。舉例來說，因為燃燒程序可與使用CO2(例如上面參考的)作為工作流體的高效率及乾淨的超臨界動力循環整合，這種循環可有效率地處理包含大部分的含硫化合物之燃料流(以及其他雜質)。因此，可使用化石燃料、CO2、H2S以及進一步的雜質之混合物作為在燃燒程序中的燃料(甚至伴隨高CO2、H2S及/或其他雜質部分)。因此，舉例來說，可將油、輕質氣體、CO2、含硫化合物以及其他雜質的各種結合物直接注入電力生產循，以環供燃燒以及發電使用，以產生額外的CO2與電力。同樣地，在高壓、高溫、井下燃燒的具體實施例中，輸入的燃燒燃料的範圍可以是從實質上純的碳氫化合物至伴隨以各種組合的各種雜質之一或更多碳氫化合物燃料的混合物。換句話說，根據產生在強化回收技術中注入的CO2的發明之燃燒程序可實質上順暢進行(包括甚至顯著量的雜質存在)。
回收流部分可視形成性質以及可從流中抽出的任何適於銷售的材料而不同，該回收流被利用來作為燃料器中的燃燒燃料，以產生進一步CO2來用於加強回收(以及隨選地，電力生產)。舉例來說，在強化石油回收中，回收流將包括原油與可能地水、氣體碳氫化合物及/或H2S。在一些具體實施例中，將原油部分使用作為燃燒燃料可能是有用的。典型地，這種使用將在石油回收流經歷對抽出流的其他組成(例如天然氣及/或水)有用的分離步驟之後發生。
當包括原油的回收流亦包含足夠部分的氣體碳氫化合物時，可應用特定的處理步驟以從原油中分離氣體碳氫化合物。然後可使用氣體碳氫化合物(包括其內所含的各種雜質)作為燃燒燃料。在特定的具體實施例中，氣體碳氫化合物(其可能主要包括甲烷作為氣體碳氫化合物
組成)可包括顯著含量的H2S。本發明特別有用，因為可將酸氣直接輸入至燃燒器而無任何脫硫之需求(即，無顯著含量的H2S被移除)，雖然不一定將脫硫排除在外。有利地，燃燒可使用酸氣而無實際減少燃燒循環的效率而進行(效率為根據較低的天然氣燃料加熱值之實際電力生產對理論的電力生產)。這說明於第4圖，其中經由天然氣燃燒的電力生產效率以原始的原油回收流之酸氣含量的函數顯示。如同其中所見的，以輸入為基礎的效率(即，根據包括天然氣與H2S的總燃料輸入之效率)隨著H2S含量增加而保持實質上不變，其表示H2S的存在不減少程序的效率。然而，酸氣的使用可以是特徵為相較於純天然氣的使用是有利的，因為以燃料為基礎的效率(即，僅以天然氣的潛在電力生產為基礎的效率)實際上顯示隨著H2S含量增加而稍有增加。這是因為被燃燒的天然氣實際量隨著H2S含量增加而減少(伴隨在實際電力生產中大體上沒有損失)。作為回收天然氣流的組成之H2S的燃燒因此可作用為H2S移除之簡化裝置。舉例來說，可將包括H2S的天然氣流伴隨氧化劑與隨選地CO2(其可能除了H2S之外至少部分地存在於天然氣流中)輸入至燃燒器。燃燒流(其中H2S已藉由與氧氣在燃燒器中的反應被轉變為SO3)可通過渦輪用於電力產生(例如，經由與渦輪連接的發電機)及然後通過熱交換器以降低流的溫度。冷卻的流(例如，低於大約90℃、低於大約50℃或低於大約30℃)可具有大於大約8MPa、大於大約12MPa或大於大約15MPa的壓力。可再將此流經由一或更多分離單元處理，例如濃縮器以及酸反應器，其中起初以H2S輸入之硫係以在酸反應器中之硫酸而移除。
雖然回收的化石燃料流可能包含一或更多雜質(包括
CO2)，在各種具體實施例中，發明的系統及方法可以是特徵為將分離的化石燃料(將其收集用於銷售或直接使用)、電力以及亦可收集並安全地自系統移除之受控制的、安全的廢物流中的僅一或更多者排至環境中。這可能按照可應用於回收的化石燃料流之特定處理而達成，該處理可根據流的實際成分而自定。
舉例來說，回收流可顯著包含僅燃料材料以及CO2。如同上述，這種材料的混合物可能經歷分離程序以抽出燃料材料，該燃料材料可在所給壓力下濃縮或否則在環境條件下為液體狀態。因此，可提供適於銷售的液體燃料材料之產物流。剩餘流實質上可由燃料材料(特別是輕質碳氫化合物或氣體碳氫化合物)以及CO2所組成，並且此流可在界定的燃燒程序中直接使用作為燃燒燃料。以此方式，界定的燃燒程序可具有於其燃料給料(包括任何重新傳輸的CO2)實質上回收總CO2的100%之特徵--即，伴隨實質上CO2的零排放至大氣。此外，因為可將任何回收的CO2與氣體碳氫化合物之混合物直接運送至燃燒程序，沒有必要從低分子量碳氫化合物中分離CO2(例如使用吸收程序、物理性分離或在已知技藝中所需的混成溶液)。
在某些具體實施例中，根據本發明之石油生產程序可涉及來自必須被降低壓力以分離液體石油部分與氣體流的高壓流體井之生產。這種情況已於上面就與井下燃燒的具體實施例之關係而被描述，但這種揭露內容同樣地可應用於地表燃燒系統與方法。
用於分離液體石油部分與氣體碳氫化合物部分(其典型地將包括任何CO2部分)之壓力降低可以於數個階段中實施(伴隨於每個階段的
氣體分離)以最小化氣體再壓縮的能源。階段中的壓力下降亦具有以更多控制方式分餾廢氣的好處，因此容許氣體分離用於商業上的分散。當一或更多的這些分餾氣體具有商業價值時，這可能是特別地有用的。於特別的壓力程度脫氣的氣體流相對於被送返至燃燒程序，可被進一步處理以供收集。剩餘氣體流可包含CO2之非常大部分。同樣地，本發明因此可克服在已知技藝的限制--即需要回收的氣體碳氫化合物流在處理單元例如Ryan-Holmes與LTX中處理，以產生管線級天然氣、液態丙烷氣體(LPG)以及回收用於進一步的回收方法之CO2部分。
在強化石油回收方法中，沉積回收流包括原油、氣體碳氫化合物(例如，甲烷)以及各種比例的水的混合物是很普遍的(視形成的實際性質而定)。在一些具體實施例中，用於部分蒸餾的已知技術與程序可應用於回收流組成的分離。用於分離想要的部分的所欲程序因此可按照結合有用的已知技藝程序之本揭露內容的總體而辨別。如同處理混合物用於組成分離的範例，希望回收流為在有利的溫度範圍下--例如，大約10℃至大約50℃、大約15℃至大約40℃或在形成位置的其他不同環境表面溫度。不排除其他的處理溫度並且在一些具體實施例中實際上可能是所欲的。然而可了解相關於處理壓力的下列討論可能根據回收流的實際溫度而有不同。因此，在一些具體實施例中，在經歷任何壓力下降分離步驟之前或甚至在壓力下降步驟期間，調整溫度的回收流可能是希望的(例如，在將流從一處理壓力轉變至進一步的、不同的處理壓力之前升高或降低溫度)。
作為一個例子，包括石油/氣體/水混合物的回收流可能在大於大約60bar(6MPa)、大於大約75bar(7.5MPa)、大於大約90bar(9MPa)
或大於大約100bar(10MPa)的壓力下回收。當流於大約15℃至大約40℃的溫度下被處理時，流的壓力可先降低至大約50bar(5MPa)。在此壓力下，可以氣體形式被抽出之混合物的可能組成包括CH4、C2H2、C2H4、H2、Ar、N2以及He。大體上所有存在於流的CO2同樣可於此壓力下以氣體被抽出。可再將流的壓力降低至大約7bar(0.7MPa)。在此壓力下，可以氣體形式被抽出之混合物的可能組成包括C2H6、所有C3化合物(例如，C3H8)以及H2S。接著可將壓力降低至大約2bar(0.1MPa)。在此壓力下，可以氣體形式被抽出之混合物的可能組成包括所有C4化合物(例如，C4H10)以及額外的H2S。此後回收流主要包括水、石油，以及任何殘餘的H2S(雖然在此溫度及壓力下可能有高達大約3g/L的H2S溶解於水，並且油的部分亦可包括溶解其中之殘餘量的H2S)。可將這種混合物在這點降低至環境壓力並且經由石油/水分離器處理。可將回收的石油送至槽、管線或其他希望的儲存或輸送工具。可將分離的水重新注入相同形成或不同形成中，或者可將水儲存或輸送到異地。
據了解，可使用進一步及/或不同的壓力階段以分離回收流的特定組成。此外，按照本揭露內容可設想的壓力下降階段之任何組合係包含於本文。一旦回收流的化學組成被確認，可將上述方案具體化為特定化學組成，以隔開希望的回收流特定組成。
在某些具體實施例中，從回收產物流中分離甲烷氣體流(或包括甲烷及/或其他氣體碳氫化合物的流--包括可商業上確認為天然氣之氣體化合物的組合物)可能是希望的。這種回收產物流可為如同上面討論的包括氣體部分的原油流。在這種具體實施例中，上述的高壓部分可被抽
出並且進一步處理以分離一或更多希望的產物流。在其他具體實施例中，回收產物流可能主要包括例如在來自天然氣形成的強化回收或在強化煤床甲烷生產中的氣體材料。在這種具體實施例中，回收流可能包括甲烷、其他氣體燃料及/或非燃料氣體，例如惰性氣體或CO2。在一些具體實施例中，氣體組成的分離可經由按照本揭露內容之已知技術而達成。
作為示範性的具體實施例，包括材料例如CH4、C2H2、C2H4、H2、Ar、N2、He以及CO2之回收產物流，可被分離為三流。第一流可包括組成例如Ar、N2、He以及H2。第二流可包括CH4為主，以及可能少量的C2H2、C2H4、C2H6以及C3碳氫化合物(此混合物可辨別為天然氣流)。第三流可包括C2H2以及C2H4為主，以及可能包括小量的C2H6以及C3碳氫化合物。上述蒸餾步驟可在顯著低的溫度下進行--例如，大約-150℃至大約-100℃。在這樣的條件下，可使用氣體的差分蒸氣壓(differential vapor pressures)以影響蒸餾。可使用各種溫度與壓力以影響蒸餾，其視原油氣體流的組成與天然氣產物流(或其他氣體產物流)所希望的純度而定。這種情況可按照本揭露內容與本領域辨別的蒸餾程序而識別。
電力生產組件的包含對提供用於供格網分布及/或內部使用的電力可以是有用的。相關的電源循環組件實質上可作為洗滌器來捕獲所有汙染的副產物(例如硫、氮、灰分、重金屬，以及諸如此類)並將它們轉變為它們最良性以及輕易可銷售或可丟棄的形式。可將硫轉變成硫酸；可將含氮化合物轉變成硝酸；可將金屬轉變成金屬鹽類；可將灰分轉變為不可濾瀝灰分(non-leachable ash)。在各種具體實施例中，電力輸出可從開採的燃料材料之總能源的小百分率到大百分率而變化。在煤炭的例子中它
可以是100%，其中電力比煤炭更有價值，除非煤炭要被轉變成燃體燃料像是汽油，在這種情況下，電力生產僅可足以供給動力到處理系統。這可能在開採的燃料材料之總能源的大約10%至大約50%、大約15%至大約40%或大約20%至大約35%的範圍。在具體實施例中，其中被開採的產物為石油，可將發電最小化至僅為相關系統運作所需。舉例來說，在強化石油回收中，可將開採的石油之總能源的大約1%至大約10%、大約1%至大約7%或大約2%至大約5%轉變為本地的能源。
以描述於上的各種方式，本發明因此可提供燃燒程序，該燃燒程序於高壓下產生純的CO2流來注入形成，以強化沉積物(特別是化石燃料沉積物)的由此移除。雖然燃燒程序可需要碳質材料的輸入(包括油、天然氣等等)，產生的CO2流可包含存在於給料至燃燒器的化石燃料之CO2的實質全部。因此，本發明方法特徵可以是燃燒化石燃料而強化進一步化石燃料的回收。較佳地，經由本發明方法回收之化石燃料的量可顯著地超過輸入燃燒系統之化石燃料的量，以使得本方法和系統對於強化化石燃料的回收是經濟上有利的。此外，顯著地所有經由燃燒程序產生的CO2被回收為離開一或更多生產井之回收流組成、變成被封存於它所注入的形成中或兩者的結合。在任何情況下，經由燃燒程序直接產生的CO2以方法的參數而被包含，從而被封存、再循環至燃燒程序或以其他方式捕獲。
舉例來說，根據本發明之燃燒系統可包括與電力產生裝置(例如渦輪)流體聯通之燃燒器。可將燃料在燃燒器內燃燒，並且所產生的含CO2燃燒產物流可通過流被擴張以產生電力的渦輪。擴張的含CO2流可接著通過管道或其他與渦輪流體聯通的適合裝置至位於含有化石燃料之形成的
注入井中，這種管道隨選地往下延伸一距離至注入井中。所注入的含CO2流可經由含化石燃料的形成傳播從而強化化石燃料由此的移除，例如經由描述於本文的各種方法。當含CO2流進一步傳播通過形成，化石燃料與來自流之CO2的結合物可移動至低壓區，例如生產井，並且合併的CO2/化石燃料流可從生產井抽出。在生產時，發明系統可包括與回收井流體聯通的管道，所述管道運送回收沉積物至與此流體聯通的一或更多的進一步組件。此類進一步的組件係已於上描述。
如同已提及的，本發明之方法與系統可針對從形成回收的沉積物之特定需求而自定。舉例來說，相關於化石燃料的回收，根據本發明之系統與方法的規格可由處理考量例如下列的因素之決策樹而自定：是否形成的性質以及強化回收需要的物理參數有利於使用地表燃燒或者井下燃燒；是否希望運送至形成的CO2是處於氣體狀態或超臨界狀態；是否希望含CO2流進一步包括蒸汽或對進一步的化石燃料之強化回收有用的其他材料；是否希望燃燒產物流於注入形成之前初始地使用於電力生產方法中；是否希望燃燒產物流於注入形成之前以其他方式調整壓力及/或調整溫度；以及是否需要於注入形成之前過濾或以其他方式從燃燒產物流中分離一或更多組成。
本發明的特定優點來自於使用回收為用於燃燒器的燃料之
所有或部分化石燃料的能力。這可完全消除從外部來源運送燃料至燃燒器位置的需要。可用於燃燒器的燃料類型可視存在於形成的化石燃料以及為該井或田野的主要經濟驅動之所希望的可回收產物而不同。
舉例來說，在強化石油回收的具體實施例中，可將CO2/化石燃料流處理以分離任何液體石油或其他存在的液體碳氫化合物。可使用起初的減壓步驟，例如描述於上者。從液體分離移除的總氣體流隨選地被再壓縮然後可直接輸入至燃燒程序作為全部或部分所需的燃燒產物。若殘餘物、氣體碳氫化合物部分超過燃燒燃料的需求，可應用如同上面描述之進一步的分離步驟以分離一或更多碳氫化合物氣體組成以用於銷售。
作為進一步的例子，在強化天然氣回收的具體實施例及/或強化煤床甲烷回收的具體實施例中，總碳氫化合物氣體生產(主要部分為甲烷)較佳地將顯著超過用於燃燒程序之燃料需求。因此，可將總回收CO2/甲烷流分離成二或更多部分。可將一部分(代表總共產生的氣體流的一部分)隨選地再壓縮然後直接輸入至燃燒程序中作為燃燒燃料。剩餘部分可經歷各種需要的分離程序以分離甲烷(或其他可供出售的氣體，例如丙烷以及丁烷)用於銷售。較佳地，大體上所有的CO2將區分為用以作為燃料組成的第一部分。在這種具體實施例中，可將所產生的甲烷流直接輸入至天然氣管線(大體上無任何純化需要，除了可能LPG回收外)。同樣地，當在強化石油回收方法中的總氣體組成係使用作為燃燒燃料，來自強化石油回收系統的產物可大體上僅石油、(隨選地)LPG以及(隨選地)電力。
本發明之系統與方法於更進一步的理由可特別地有利。舉例來說，本發明的系統與方法可降低經營成本及/或提取化石燃料所需之資本
成本。此外，本系統與方法可創造有價值的副產物，其包括但不限於，電力、氨、油、合成氣、氫、石油以及石油產物、天然氣、其他化石燃料、熱燃料、熱力熱(thermal heat)、蒸汽以及對於持有本揭露內容之具技藝的人員為明顯的其他材料。進一步地本發明方法可消除對在燃燒程序中可能需要之外部天然氣、液體燃料或固體燃料的任何需求。再進一步地，本發明的方法可消除分離CO2、硫、CO、石油氣體或其他雜質的任何需求。
在額外的具體實施例中，根據本發明被使用以產生CO2的燃燒程序可將所有包括於回收化石燃料流的雜質燃燒成提供容易處理的廢物流之形式。舉例來說，可將所有含硫化合物轉變為硫酸，在最小資本與經營成本下其容易地與石灰石反應以生成適於銷售的石膏或可被生產為固體硫。
本發明是進一步有利的，因為可靠的、一致的、乾淨的CO2來源可被提供來用作強化回收流體。作為電力生產的副產品而產生的CO2到回收方法的方向有利地避免CO2立即釋放至大氣中，因為CO2將在為回收目的之井下抽氣後被封存於化石燃料儲油氣層，或者將經由燃燒系統再循環。封存於形成中的CO2量可視石油與儲油氣層的地質之混溶性而定。不沉積於儲油氣層的CO2可被再壓縮並且再循環以供額外的強化化石燃料回收。用於注入之回收的/新CO2的比率以及因此儲存於儲油氣層中的CO2之量，視上述規定的參數以及井的壽命而定可以是範圍從0至大約3。在某些具體實施例中，平均速率可以是使得就所回收之注入CO2的質量而言的大約50%被再循環，並且因此可將就注入CO2的質量而言之大約50%封存於儲油氣層(其替換到達地面的化石燃料)。
具有上述說明與相關圖式中所提供教示益處之本發明相關的本領域一般技術人員將想到本發明的許多修改與其它實施例。因此，要了解本發明並非限制於所揭露的特定的具體實施例並且修改與其他的具體實施例係意圖包括於所附加的申請專利範圍之範圍內。雖然本文中採用特定的用語，它們僅用以通用與描述性的意義而不為限制之目的。
E‧‧‧電力
2‧‧‧頂部土壤層
3‧‧‧低孔隙度岩石層
8‧‧‧燃料材料儲油氣層
10‧‧‧燃燒燃料來源
20‧‧‧氧氣來源
31‧‧‧工作流體來源
100‧‧‧注入井
101‧‧‧導線套管
102‧‧‧表層套管
103‧‧‧生產套管
104‧‧‧工作管線
115‧‧‧中央管道
300‧‧‧燃燒器
350‧‧‧發電渦輪
375‧‧‧處理組件
600‧‧‧氧化燃燒器
650‧‧‧過濾器
1010‧‧‧固體煤炭燃料
Claims (33)
- 一種用於從一形成中回收一燃料材料沉積物的方法，該方法包括：提供一燃燒燃料以及一氧化劑至一燃燒器；燃燒該燃燒燃料以提供包括超臨界CO2之一含CO2流；以及將來自該含CO2流而在一超臨界狀態中的該超臨界CO2之至少一部分注入至包括該燃料材料沉積物的該形成供回收，以使得在該形成中的該燃料材料之至少一部分以及該CO2流之至少一部分從該形成流動並且進入一回收井中。
- 如申請專利範圍第1項中所述的方法，其中該燃燒燃料以及氧化劑係提供至置放於地面上的一燃燒器。
- 如申請專利範圍第2項中所述的方法，其進一步包括，在所述燃燒步驟之後以及在所述注入步驟之前：將該含CO2流擴張越過供發電的一渦輪，以生成一擴張的含CO2流；使該擴張的含CO2流依序通過冷卻該含CO2流的一熱交換器以及通過移除一或更多存在於該含CO2流中之二級組成的一或更多分離器；以及將該含CO2流分離成為被注入該形成的一注入CO2流以及提供至該燃燒器而作為一工作流體的一回收CO2流。
- 如申請專利範圍第3項中所述的方法，其進一步包括，一或更多的經由將該流通過一壓縮器以壓縮該回收CO2流以及經由將該流通過冷卻該擴張的含CO2流之該熱交換器以加熱該回收CO2流。
- 如申請專利範圍第4項中所述的方法，其進一步包括於至少大約2MPa的一壓力下提供該回收CO2流至該燃燒器而作為該工作流體。
- 如申請專利範圍第5項中所述的方法，其中該回收CO2流的至少一部分係被提供作為一蒸散冷卻流體。
- 如申請專利範圍第5項中所述的方法，其中提供至該燃燒器之該回收CO2流具有至少95%體積莫耳的一純度。
- 如申請專利範圍第3項中所述的方法，其中包括下列之一或更多步驟：注入該形成之該含CO2流具有至少大約7.5MPa的一壓力；該燃燒係於至少大約400℃的一溫度下進行。
- 如申請專利範圍第1項中所述的方法，其中該燃燒燃料以及氧化劑係被提供至一燃燒器，該燃燒器被置放於向該形成內打開的一井之井下。
- 如申請專利範圍第9項中所述的方法，其進一步包括提供水至該燃燒器，以使得該含CO2流進一步包括蒸汽。
- 如申請專利範圍第1項中所述的方法，其進一步包含從該回收井接收包括該燃料材料以及該CO2的一回收流。
- 如申請專利範圍第11項中所述的方法，其進一步包含將該包括甲烷以及CO2的回收流分離成為一回收的氣體流以及一回收的液體流。
- 如申請專利範圍第12項中所述的方法，其中該回收的氣體流進一步包括一或更多的C2碳氫化合物、C3碳氫化合物以及C4碳氫化合物。
- 如申請專利範圍第12項中所述的方法，其中該回收的液體流包括原油。
- 如申請專利範圍第12項中所述的方法，其中該回收的液體流包括一流體化的固體燃料材料。
- 如申請專利範圍第12項中所述的方法，其包括引導該回收的氣體流的至少一部分流至該燃燒器而作為該燃燒燃料的至少一部分。
- 如申請專利範圍第12項中所述的方法，其中所述分離係包括導引該回收流於一界定的壓力下經過至少一個壓力減少階段，藉以將一或更多的燃料材料氣體部分抽出，並且於該界定的壓力下的該回收流之該剩餘部分包括液體燃料材料。
- 如申請專利範圍第17項中所述的方法，其中該燃料材料氣體部分中的一或更多包括該CO2。
- 如申請專利範圍第18項中所述的方法，其進一步包括導引包括該CO2的一燃料材料氣體部分至該燃燒器作為該燃燒燃料的至少一部分。
- 如申請專利範圍第19項中所述的方法，其進一步包括在被引入該燃燒器之前使該燃料材料氣體部分通過增加該燃料材料氣體部分的該壓力之一燃燒器。
- 如申請專利範圍第17項中所述的方法，其中所述分離造成複數燃料材料氣體部分，該複數燃料材料氣體部分每個包括CO2。
- 如申請專利範圍第21項中所述的方法，其中包括CO2之該複數燃料材料氣體部分之二或更多被結合並且導引至該燃燒器而作為該燃燒燃料的至少一部分。
- 如申請專利範圍第22項中所述的方法，其進一步包括在被引入該燃燒器之前使該燃料材料氣體部分通過增加該燃料材料氣體部分的該壓力之一燃燒器。
- 如申請專利範圍第12項中所述的方法，其包括分離該回收的氣體流至一回收的碳氫化合物氣體流以及一回收的非碳氫化合物氣體流。
- 如申請專利範圍第9項中所述的方法，其進一步包括導引該含CO2流朝向形成，這樣由該燃燒器之該出口提供之該含CO2流鑽入該形成並創造在其中的一路徑。
- 如申請專利範圍第28項中所述的方法，其進一步包括推進該燃燒器通過該形成的路徑。
- 如申請專利範圍第1至26項中任一項所述的方法，其中該燃燒器是一蒸散冷卻燃燒器。
- 一種在一井的井下產生一含CO2流的裝置，該裝置包括：一燃燒器；與該燃燒器流體聯通的一燃燒燃料供應；與該燃燒器流體聯通的一氧化劑供應；在該燃燒器內的一腔室，其中該燃料的燃燒於至少大約600℃的一溫度及足夠產生該含CO2流的一壓力下發生，該含CO2流包括超臨界CO2；以及在該燃燒器上的一出口，其運送來自該燃燒器並且進入該井中的具有該超臨界CO2之該含CO2流。
- 如申請專利範圍第28項中所述的裝置，其中該出口包括一錐形噴嘴，該錐形噴嘴濃縮由其運送的具有該超臨界CO2之該含CO2流。
- 一種用於生成CO2並且從一形成回收一燃料材料沉積物的系統，該系統包括：一燃燒器；與該燃燒器流體聯通的一燃燒燃料供應；與該燃燒器流體聯通的一氧化劑供應；在該燃燒器內的一腔室，其設置用於接收並燃燒該燃燒燃料以提供包括超臨界CO2的一含CO2流； 一注入組件，其將來自該含CO2流而在一超臨界狀態中的該超臨界CO2之至少一部分運送進入包括該燃料材料沉積物之該形成，以使得在該形成中之該燃料材料的至少一部分以及該CO2流的至少一部分從該形成流動並且進入一回收井而作為一回收流；以及用於處理該回收的燃料材料以及在該回收流中的CO2之一或更多處理組件。
- 如申請專利範圍第30項中所述的系統，其中包括下列之一或更多：該一或更多處理組件包括降低該回收流的該壓力之一發電渦輪；該一或更多處理組件包括一或更多分離單元包含從一液體流中分離一氣體流的一單元；該注入組件包括延伸至於該形成中形成之一井的一管線；該燃燒燃料供應以及該氧化劑供應中的一或更多包括足夠尺寸的管道以運送該個別材料至該形成中形成之一井的井下。
- 如申請專利範圍第30項中所述的系統，其中燃燒器被設置為於該形成中形成之一井中的井下使用。
- 如申請專利範圍第30項中所述的系統，其中該系統係充分模組化建置，以使得該系統設置於一運輸狀態以及一CO2生成狀態之間。
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