專利名稱：用于強(qiáng)化采油的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于強(qiáng)化采油的氣體注射方法。
背景技術(shù)：
強(qiáng)化采油是針對用于增加從油田提取的原油量的技術(shù)的術(shù)語。通過強(qiáng)化采油技術(shù)，與采用一次和二次開采方法的20-40%相比，可提取貯備原油的30-60%或更多。強(qiáng)化采油也被稱為改進(jìn)采油或三次開采。強(qiáng)化采油通過氣體注射、化學(xué)注射、超聲激勵、微生物注射或諸如循環(huán)蒸汽、蒸汽驅(qū)和火驅(qū)這樣的熱開采而實現(xiàn)。氣體注射是當(dāng)前最常用的強(qiáng)化采油方法。例如二氧化碳或天然氣或氮氣這樣的氣體在高壓下被注入到含油巖層。氣體的壓力將油朝向生產(chǎn)井推送，并幫助驅(qū)使油向上來到表面。除了提供驅(qū)動壓力源以外，該氣體還可與油混合從而降低油的粘性。

發(fā)明內(nèi)容
概要地，本發(fā)明是用于氣體注射強(qiáng)化采油的系統(tǒng)和方法。該方法包括在燃燒室內(nèi)燃燒固體燃料和含氧氣體的步驟。該方法還包括將所述燃燒步驟的輸出流引導(dǎo)通過從所述燃燒室延伸的流體路徑并到地下以朝向井推送油的步驟。該方法包括在所述燃燒步驟期間，將所述燃燒室內(nèi)的壓力保持成高于環(huán)境壓力的步驟。


由于本發(fā)明的優(yōu)點通過在聯(lián)系附圖考慮時參照以下詳細(xì)說明而變得被更好地理解，將易于意識到本發(fā)明的這些優(yōu)點，附圖中
圖I是根據(jù)本發(fā)明示范實施例的系統(tǒng)的簡化概圖。
具體實施例方式現(xiàn)參照圖1，根據(jù)本發(fā)明示范實施例的系統(tǒng)10包括燃燒室12，其能夠用于容納固體燃料和含氧氣體同時在保持成高于環(huán)境壓力的壓力下燃燒。系統(tǒng)10還包括從燃燒室12和地下16延伸的流體路徑14，用于引導(dǎo)燃燒室12的輸出蒸汽以將地下的油朝向井18推送。示范系統(tǒng)10還可包括用于發(fā)電的子系統(tǒng)。熱流體(例如水)可沿閉環(huán)的流體回路20行進(jìn)。冷凝器22、泵24、換熱器26和蒸汽輪機(jī)28可沿流體回路20定位。液態(tài)的熱流體可被泵24泵到換熱器26。該熱流體可從燃燒室12的輸出蒸汽提取熱能以轉(zhuǎn)變成氣態(tài)。流體路徑14的一部分30可穿過換熱器26。氣態(tài)的熱流體(例如蒸汽)可從換熱器26移動并經(jīng)過蒸汽輪機(jī)28。熱流體的能量可被蒸汽輪機(jī)28提取并轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)。蒸汽輪機(jī)28可將旋轉(zhuǎn)動力傳送到其它部件，例如發(fā)電機(jī)32的轉(zhuǎn)子。發(fā)電機(jī)32可響應(yīng)于來自于蒸汽輪機(jī)28的旋轉(zhuǎn)動力的輸入而發(fā)電。注意，該旋轉(zhuǎn)動力可直接從蒸汽輪機(jī)28傳送，或通過中間結(jié)構(gòu)(例如變速器或離合器)傳送。還注意，蒸汽輪機(jī)28可將旋轉(zhuǎn)動力傳送到發(fā)電機(jī)32以外的結(jié)構(gòu)。在經(jīng)過蒸汽輪機(jī)28后，熱流體可通過冷凝器22并回到液態(tài)。
如上所述，固體燃料和含氧氣體可在燃燒室12內(nèi)在保持成高于環(huán)境壓力的壓力下燃燒。在示范實施例中，固體燃料可為煤?？稍趯嵤└鼜V泛發(fā)明的各種實施例時使用任何類型的煤。煤可具有相對高或相對低的碳含量。煤可具有相對高或相對低的硫含量。燃燒具有較高硫含量的煤可導(dǎo)致產(chǎn)生二硫化碳，這可有助于稀釋地下油。稀釋地下油可有助于促進(jìn)采油?？捎檬疽庑允境龅墓腆w燃料處理器34將固體燃料引導(dǎo)到燃燒室12。固體燃料處理器12可以是一個裝置或一起工作的多個裝置，其能夠用于接收固體燃料并將固體燃料以期望形態(tài)輸送到燃燒室12。例如，如果用煤作為固體燃料，則固體燃料處理器34可操作以將煤以粉末形態(tài)輸送到燃燒室12。固體燃料處理器34可包括粉碎機(jī)以降低固體燃料的單個塊的尺寸。固體燃料處理器34還可包括用于容納固體燃料的裝置，例如貯料斗，和/或還包括用于移動固體燃料的裝置，例如來自鐵路接收站的傳送機(jī)和/或伸到燃燒室12內(nèi)的注射器。固體燃料處理器34的一個或多個裝置可直接或間接地從蒸汽輪機(jī)28被供應(yīng)旋轉(zhuǎn)或機(jī)械動力，或可從發(fā)電機(jī)32被供應(yīng)電能。注意，圖I中虛線表示電能傳送路線。輸送到燃燒室12的含氧氣體可為純氧或空氣。輸出流的性質(zhì)將會受到固體燃料的特性和含氧氣體的特性影響。當(dāng)含氧氣體是純氧并且脫硫煤被一起燃燒時，輸出流基本上是純的二氧化碳。二氧化碳可在油中混溶，因此有助于促進(jìn)采油。如上所述，當(dāng)煤包括硫時，二硫化碳會是輸出流的成分。當(dāng)含氧氣體是空氣并且固體燃料是未處理的煤時，輸出流可包括二氧化碳、氮氣、水、礦物質(zhì)成分以及痕量的其它氣體。所有這些成分可被引導(dǎo)到地下。替代地，這些成分的一個或多個可從輸出流的其余部分中分離，然后輸出流的剩余部分被引導(dǎo)到地下。系統(tǒng)10可包括與燃燒室12在現(xiàn)場的氧氣分離器36，用于此空氣分離氧氣并將基本上純氧輸送到燃燒室12。氧氣分離器36可應(yīng)用任何用于分離氧氣的工藝。例如，可采用低溫空氣分離。美國專利No. 6，279，344通過引用結(jié)合于此作為產(chǎn)生氧氣流的低溫空氣分離方法的一個例子。從空氣中分離氧氣或產(chǎn)生氧氣流的另一工藝出現(xiàn)在固體氧化物燃料電池中?？諝饪杀患訅旱酱蠹s300 p. s. i.并被注入到燃料電池內(nèi)。電流可經(jīng)過該電池以產(chǎn)生氧氣流。美國專利No. 7，531，260通過引用結(jié)合于此作為可應(yīng)用在本發(fā)明實施例中的固體氧化物燃料電池的一個例子。氧氣分離器36可直接或間接地從蒸汽輪機(jī)28被供應(yīng)旋轉(zhuǎn)或機(jī)械動力，或可從發(fā)電機(jī)32被供應(yīng)電能。被引導(dǎo)到燃燒室12內(nèi)的由氧氣分離器36產(chǎn)生的氧氣或其它任何含氧氣體可被壓縮機(jī)38壓縮。壓縮機(jī)38也可壓縮被引導(dǎo)到氧氣分離器36中的空氣。在本發(fā)明的各種實施例中，壓縮機(jī)38可操作以將含氧氣體壓縮到200 p. s. i.和3000 p. s. i.之間。更廣泛發(fā)明的一些實施例可在壓力為1500-2500 p. s. i.的范圍內(nèi)實施。更廣泛發(fā)明的其它實施例可在不同范圍上實施。燃燒室12可操作以容納固體燃料和含氧氣體，同時該組合在高于環(huán)境壓力的預(yù)定壓力下燃燒或在壓力范圍上進(jìn)行燃燒。壓縮機(jī)38可直接或間接地從蒸汽輪機(jī)28被供應(yīng)旋轉(zhuǎn)或機(jī)械動力，或可從發(fā)電機(jī)32被供應(yīng)電能。組合的固體燃料和含氧氣體可在燃料室內(nèi)在200-3000 p. s. i.之間的壓力下并且在4500 0F -6000 °F之間的峰值溫度下燃燒，出口溫度將會在100和4000F之間。由于組合的固體燃料和含氧氣體在增加的壓力下一起燃燒，燃燒室12可為當(dāng)前用于強(qiáng)化采油系統(tǒng)中的燃料室尺寸的大約1/100。這種好處是讓人滿意的，因為，通常輸出流的傳熱系數(shù)隨壓力改變而改變。隨著燃料期間壓力增加，傳熱系數(shù)增加，使得可在換熱器26處提取更多的能量?？蓮母哂诃h(huán)境壓力的燃燒享受的另一好處是換熱器可為當(dāng)前用在燃煤電廠中的換熱器尺寸的大約1/40。如上所述，礦物質(zhì)成分可能是燃料輸出流的一部分。如果礦物質(zhì)成分不阻塞流體路徑14或以其它方式阻礙采油，則該礦物質(zhì)成分可隨燃燒產(chǎn)生的氣體被引導(dǎo)到地下。然而，系統(tǒng)10也可包括礦物質(zhì)成分處理設(shè)備，在圖I中由附圖標(biāo)記40示意地表示。礦物質(zhì)成分處理設(shè)備40被示出位于流體路徑14的部分42、44之間，但在本發(fā)明的替代實施例中，礦物質(zhì)成分處理設(shè)備40可位于其它位置。礦物質(zhì)成分處理設(shè)備40可為靜電沉降器，或可通過其它工藝去除礦物質(zhì)成分。礦物質(zhì)成分處理設(shè)備40可直接或間接地從蒸汽輪機(jī)28被供應(yīng)旋轉(zhuǎn)或機(jī)械動力，或可從發(fā)電機(jī)32被供應(yīng)電能。系統(tǒng)10可包括再循環(huán)路徑46。燃燒的輸出流的一部分可在輸出流經(jīng)過礦物質(zhì)成 分處理設(shè)備40和換熱器26后返回到燃燒室12。在本發(fā)明的一個實施例中，輸出流的75%(如果輸入到煤燃燒器的氧化流幾乎是純O2，或大約0-30%，如果氧化流是空氣)可被導(dǎo)回到燃燒室。然而，在本發(fā)明的其它實施例中，再循環(huán)路徑46可被省略，并且所有輸出流可被引導(dǎo)到地下。再循環(huán)路徑46被示為從流體路徑14的部分52延伸，但是在本發(fā)明的替代實施例中，再循環(huán)路徑46可從沿著流體路徑14的其它位置延伸。系統(tǒng)可包括燃燒室12下游的壓縮機(jī)48。在本發(fā)明的一些實施例中，可能需要對輸出流進(jìn)行壓縮。例如，如果輸出流被壓縮，則含氧氣體可在較低壓力下被引導(dǎo)到燃燒室12內(nèi)，并且燃燒室12可以在強(qiáng)固性上稍低。然而請注意，本發(fā)明可在燃燒室12的下游沒有壓縮機(jī)的情況下實施。壓縮機(jī)48可直接或間接地從蒸汽輪機(jī)28被供應(yīng)旋轉(zhuǎn)或機(jī)械動力，或可從發(fā)電機(jī)32被供應(yīng)電能。壓縮輸出流的另一根據(jù)可在于可在換熱器26處從輸出流提取更多的能量。輸出流可以在4500 °F-6000 °F之間的溫度以及200-3000 p. s. i.之間的壓力下進(jìn)入換熱器28。輸出流可在200 0F -1000 °F之間的溫度(在示范實施例中，約為燃燒溫度的3%-25%)以及160-2400 p. s. i.之間的壓力(在示范實施例中，約為燃燒壓力的80%-100%)下離開換熱器
26。從輸出流提取的能量的量或能量的提取率可基于系統(tǒng)10的功率需要而選擇。例如，如果系統(tǒng)10包括氧氣分離器36、固體燃料處理器34、壓縮機(jī)38、礦物質(zhì)成分處理設(shè)備40和壓縮機(jī)48，那么相比如果系統(tǒng)10只包括壓縮機(jī)38而言可提取更多的功率。如果從輸出流被提取到功率附件的能量導(dǎo)致壓力下降到低于采油所需的量，則系統(tǒng)10可包括壓縮機(jī)48。所提取的能量的量可大于給系統(tǒng)10提供動力所需的功率量。例如，系統(tǒng)10的操作者可選擇產(chǎn)生超出系統(tǒng)10的需要的功率，并可然后將該超出功率賣給消費者，在圖I中參照附圖標(biāo)記50。這樣，本發(fā)明的實施例可在系統(tǒng)操作者是功率供應(yīng)者而不是功率購買者的情況下實施。系統(tǒng)10的操作的另一方面是地面入口處的輸出流的溫度。系統(tǒng)10的操作者可在相對較高的溫度下或在相對較低的溫度下將輸出流引導(dǎo)到地面內(nèi)。例如，較高的溫度將會加劇油的稀釋，從而促進(jìn)采油。然而，另一方面，較高的溫度可增加注射管線的成本，因為會需要更大更堅固的管線。一般地，在本發(fā)明的至少一些實施例中，更希望強(qiáng)調(diào)更高的壓力而不是溫度?？上Ｍ馆敵隽魈幱诔R界液體狀態(tài)，因為其將會更容易泵到地下，并將會給予更大的壓力來促使油的運動。示范流體路徑14的一部分54從壓縮機(jī)48延伸并延伸到地下。在本發(fā)明的實施例中，燃燒的輸出流可在一個或多個位置被注射到地下。注意，美國公開No. 2008087425和美國專利No. 5，065，821和No. 5，803，171通過引用并入作為如何采用輸出流或輸出流的一部分來移動油的示范教導(dǎo)。在本發(fā)明的實施例中，可應(yīng)用其它注射方案。還注意，系統(tǒng)10可包括中央控制器以控制系統(tǒng)的單獨的部件的操作。盡管已參照示范實施例說明了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解可做出各種改變，并可用等同物替換其元件，而不背離本發(fā)明的范圍。另外，對于本發(fā)明的教導(dǎo)可做出各種變 型以適應(yīng)具體情況或材料，而不背離本發(fā)明的基本范圍。因此，本發(fā)明不限于本文公開的預(yù)期作為實施本發(fā)明最佳模式的具體實施例，而是本發(fā)明包括落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實施例。特此保留請求保護(hù)本文公開的組合的元件和/或子組合的權(quán)利。
權(quán)利要求
1.一種用于強(qiáng)化采油的氣體注射方法，包括步驟 在燃燒室內(nèi)燃燒固體燃料和含氧氣體； 將所述燃燒步驟的輸出流引導(dǎo)通過從所述燃燒室延伸的流體路徑并到地下以朝向井推送油；以及 在所述燃燒步驟期間，將所述燃燒室內(nèi)的壓力保持成高于環(huán)境壓力。
2.如權(quán)利要求I所述的氣體注射方法，其中，所述燃燒步驟被進(jìn)一步限定為 在所述燃燒室內(nèi)燃燒固體燃料和基本上純氧。
3.如權(quán)利要求I所述的氣體注射方法，其中，所述引導(dǎo)步驟被進(jìn)一步限定為 將所述燃燒步驟的輸出流的全部引導(dǎo)到地下。
4.如權(quán)利要求3所述的氣體注射方法，其中，所述引導(dǎo)步驟被進(jìn)一步限定為 在所述燃燒步驟之后不壓縮所述輸出流的情況下，將所述燃燒步驟的輸出流的全部引導(dǎo)到地下。
5.如權(quán)利要求I所述的氣體注射方法，其中，所述引導(dǎo)步驟被進(jìn)一步限定為 當(dāng)輸出流移動到低于地面水平時，在輸出流的壓力在燃燒室的壓力的大體80%和大體99%之間的情況下，將所述燃燒步驟的輸出流引導(dǎo)到地下。
6.如權(quán)利要求I所述的氣體注射方法，其中，所述引導(dǎo)步驟被進(jìn)一步限定為 當(dāng)輸出流移動到低于地面水平時，將所述燃燒步驟的輸出流引導(dǎo)到地下，同時輸出流的溫度在所述燃燒室的溫度的大體3%和大體90%之間。
7.如權(quán)利要求I所述的氣體注射方法，其中，所述引導(dǎo)步驟被進(jìn)一步限定為 在不在所述燃燒室的下游壓縮輸出流的情況下，將所述燃燒步驟的輸出流引導(dǎo)到地下以朝向井推送油。
8.如權(quán)利要求I所述的氣體注射方法，其中，所述保持步驟被進(jìn)一步限定為 在所述燃燒步驟期間，將所述燃燒室內(nèi)的壓力保持在200-3000磅每平方英寸(p. s. i.)之間。
9.如權(quán)利要求I所述的氣體注射方法，進(jìn)一步包括步驟 在所述引導(dǎo)步驟期間，在所述輸出流移動到地下之前，從所述燃燒步驟的輸出流提取倉tfi。
10.如權(quán)利要求9所述的氣體注射方法，其中，所述提取步驟被進(jìn)一步限定為 在不導(dǎo)致輸出流中的顯著壓力降的情況下，從所述燃燒步驟的輸出流提取熱能，由此在所述輸出流移動到地下之前需要額外壓縮所述輸出流。
11.如權(quán)利要求9所述的氣體注射方法，進(jìn)一步包括步驟 在所述提取步驟期間，用所提取的熱能生成蒸汽；以及 使所述蒸汽經(jīng)過蒸汽輪機(jī)以產(chǎn)生動力。
12.如權(quán)利要求11所述的氣體注射方法，其中，所述保持步驟進(jìn)一步包括步驟 在所述燃燒步驟之前用壓縮機(jī)將所述含氧氣體壓縮到第一壓力水平； 在所述燃燒步驟期間至少基本上將含氧氣體的壓力保持在所述第一壓力水平；以及 聯(lián)接所述壓縮機(jī)和所述蒸汽輪機(jī)使得所述蒸汽輪機(jī)為所述壓縮機(jī)提供動力。
13.如權(quán)利要求11所述的氣體注射方法，進(jìn)一步包括步驟 用氧氣分離器從空氣分離氧氣，所述氧氣分離器與所述燃燒室在現(xiàn)場；以及將所分離的氧氣輸送到所述燃燒室。
14.如權(quán)利要求11所述的氣體注射方法，進(jìn)一步包括步驟 用粉碎機(jī)粉碎所述固體燃料； 用傳送機(jī)將所粉碎的固體燃料輸送到所述燃燒室；以及 用在所述經(jīng)過步驟期間產(chǎn)生的動力的至少一部分為所述粉碎機(jī)和所述傳送機(jī)提供動力。
15.如權(quán)利要求11所述的氣體注射方法，進(jìn)一步包括步驟 用礦物質(zhì)成分去除設(shè)備從所述輸出流去除礦物質(zhì)成分；以及 用在所述經(jīng)過步驟期間產(chǎn)生的動力的至少一部分為所述礦物質(zhì)成分去除設(shè)備提供動力。
16.如權(quán)利要求11所述的氣體注射方法，進(jìn)一步包括步驟 在所述燃燒步驟之前用壓縮機(jī)將所述含氧氣體壓縮到第一壓力水平； 用氧氣分離器將氧氣提供到所述燃燒室，所述氧氣分離器與所述燃燒室在現(xiàn)場； 用固體燃料處理器將所粉碎的固體燃料輸送到所述燃燒室；以及用在所述經(jīng)過步驟期間產(chǎn)生的動力的至少一部分為所述壓縮機(jī)、所述氧氣分離器和所述固體燃料處理器提供動力，其中，在所述提取步驟期間被提取來產(chǎn)生在所述提供動力步驟期間輸送的動力的能量被限制成使得所述輸出流不需要所述燃燒室下游的壓縮。
17.如權(quán)利要求9所述的氣體注射方法，其中，所述提取步驟被進(jìn)一步限定為 在所述引導(dǎo)步驟期間在所述輸出流移動到地下之前從所述燃燒步驟的輸出流提取能量，使得所提取的能量的量超過執(zhí)行所述保持和引導(dǎo)步驟所需的量。
18.如權(quán)利要求9所述的氣體注射方法，其中，所述提取步驟被進(jìn)一步限定為 在所述引導(dǎo)步驟期間在所述輸出流移動到地下之前從所述燃燒步驟的輸出流提取能量，使得所提取的能量的量超過執(zhí)行所述保持和引導(dǎo)步驟所需的量，并且其中，所提取的能量的量被限制成使得所述輸出流在移動到地下之前不需要所述燃燒室下游的壓縮。
19.一種用于強(qiáng)化采油的氣體注射方法的系統(tǒng)，包括 燃燒室，所述燃燒室能夠用于容納固體燃料和含氧氣體同時在保持成高于環(huán)境壓力的壓力下燃燒；以及 流體路徑，所述流體路徑在所述燃燒室下游延伸并延伸到地下，用于將所述燃燒室的輸出流引導(dǎo)到地下以朝向井推送油。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括 換熱器，所述換熱器沿所述流體路徑布置并能夠用于從所述輸出流提取熱； 蒸汽輪機(jī)； 流體回路，所述流體回路包括所述換熱器和所述蒸汽輪機(jī)，其中，通過所述流體回路的傳熱流體在所述換熱器內(nèi)吸收熱而變成蒸汽，然后經(jīng)過所述蒸汽輪機(jī)； 壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)能夠用于在所述含氧氣體進(jìn)入所述燃燒室之前加壓所述含氧氣體，其中，所述壓縮機(jī)由所述蒸汽輪機(jī)提供動力；以及 氧氣分離器，所述氧氣分離器由所述蒸汽輪機(jī)提供動力并能夠用于產(chǎn)生基本上純氧到所述壓縮機(jī)。
全文摘要
本文公開了用于氣體注射強(qiáng)化采油的系統(tǒng)和方法。該方法包括在燃燒室內(nèi)燃燒固體燃料和含氧氣體的步驟。該方法還包括將所述燃燒步驟的輸出流引導(dǎo)通過從所述燃燒室延伸的流體路徑并到地下以朝向井推送油的步驟。該方法包括在所述燃燒步驟期間將所述燃燒室內(nèi)的壓力保持成高于環(huán)境壓力的步驟。
文檔編號E21B43/22GK102648331SQ201080040267
公開日2012年8月22日 申請日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者J.C.勒比格 申請人:勞斯萊斯公司