专利名称：原地萃取烃材料的方法
技术领域：
本发明涉及从地下地质层组萃取烃材料的方法。
背景技术：
随着能量消耗的增加，开发传统油井的替代油源以满足消耗需求。例如，一种替代油源是油页岩。油页岩从地下地质层组被移除并接着在地面被处理以从岩石萃取油。所萃取的油随后使用常规提炼技术来提炼。
图I示出了用于原地萃取地下区域中的烃材料的示例性方法。
图2示出了实施用于原地萃取地下区域中的烃材料的方法的示例性井装置。
具体实施例方式图I示出了用于原地萃取地下区域中的烃材料的示例性方法20.。如将描述的，示例性方法20可用于从不可渗透或低渗透性的地下区域萃取或回收烃材料，所述不可渗透或低渗透性的地下区域包含油页岩沉积物或包括有油或油母岩的其他类似地质层组。在一些示例中，沉积物是具有油或重油或浙青的固化碳酸盐和/或具有油或重油或浙青的固化油砂。如将在下文更详细描述的，所公开的方法20利用加热地下区域的技术以原地萃取有用的烃材料并且随后将所萃取的烃材料移动到表面，而不需要移除大块的含油岩石。在所述的示例中，方法20总体上包括步骤22、24和26，但是要理解的是，步骤22、24和26中的每个可包括任何数量的子步骤以便实施或有利于主步骤22、24或26。在所示的示例中，步骤22包括增加低渗透性的含烃地下区域的渗透性的动作。渗透性的增加产生多个井子区域，该井子区域包括第一井子区域以及在竖直方向位于该第一井子区域下方的第二井子区域。第二步骤24包括加热第一井子区域以萃取液态烃材料的动作，然后该液态烃材料借助重力从第一井子区域流动到第二井子区域。第三步骤26包括将液态烃材料例如从第二井子区域运输到地面的动作。将参考图2来进一步描述方法20，图2示出了用于实施方法20的示例性井装置40。要理解的是，所公开的井装置40仅是示例并且该井装置40能够根据方法20而变化。在所示的示例中，井装置40相对于表面区域42和地下区域44构造成。地下区域44包括低渗透性的含烃地下区域44a，该低渗透性的含烃地下区域总体上位于近地下区域44b和远地下区域44c之间。也就是说，低渗透性的含烃地下区域44a的深度在近地下区域44b和远地下区域44c之间。在一些示例中，地下区域44a的深度从500英尺至数千英尺。在该示例中，通过增加地下区域44a的渗透性，在低渗透性的含烃地下区域44a内形成三个井子区域46a、46b和46c。例如,通过将地下区域44a碎石化来形成这些井子区域46a、46b和46c中的每个。利用水平井柱、液压破碎和/或通过利用压缩气体或超临界气体来使得该地下区域44a碎石化。岩石破碎以形成碎裂岩石的碎石床，这增加了热工作流体的流动面积、增加了用于热传递的岩石表面面积、以及减少了影响液态油从岩石孔扩散和排出的岩石尺寸或直径的大小。总体上，碎石化技术是已知的，并且在给出该说明的情况下，本领域普通技术人员将认识到满足他们具体要求的合适碎石化技术。如所示的，第一井子区域46a通过注入管件48a流体连接到表面区域42，第二井子区域46b通过收集管件48b连接到地面区域42，并且第三井子区域46c通过排出管道48c流体连接到表面区域42。由此，第一井子区域46a被认为是注入井子区域，第二井子区域46b被认为是收集井子区域，并且第三井子区域46c被认为是排出井子区域。在所示的示例中，注入井子区域和排出井子区域具有大致相等的地下深度。注入管件48a和排出管件48c借助地面机组(battery) 50连接，以使得工作流体再循环通过地下区域44a。在所述的示例中，地面机组50包括冷凝器52、涡轮压缩机54、分离器56和气源58。井下燃烧加热器60位于在地面区域42下方的注入管件48a内。燃烧加热器60 紧邻第一井子区域46a定位，用于增强传送被加热工作流体进入到第一井子区域46a内的热效率。该紧邻允许有效的热量产生和传输，而不会遭受工作流体从遥远表面加热设备的长距离运输的热损失。该紧邻的附加益处在于，地下区域44a位于水体下方很深、冻土层下方很深、或这些情况的组合下方很深。井下燃烧加热器60操作以加热第一井子区域46a内的被碎石化材料，以从油页岩或其他载油材料萃取含烃材料。燃烧加热器60将被加热工作流体分配到第一井子区域46a内以缓慢地加热该页岩并且释放(即，通过退化过程实现)液态油。能够调节关于时间和温度的加热曲线，使得油母岩至油或油和气产品的退化被控制。在一个不例中，燃烧加热器60被用于将第一井子区域46a加热至350° - 450°C(662° - 842° F)的温度。在另一示例中，目标加热温度是大约350°C - 400°C (698° F- 752° F)。给定温度范围通过十分缓慢地加热第一井子区域46a而将油母岩热分解为轻质的低粘性液态油。比较而言，在高得多的温度下开采岩石的表面蒸馏时间要短得多。在一个示例中，燃烧加热器60是设计用于高热输出的削弱(vitiated)的加压燃烧器单元，例如与气体或液体燃料火箭发动机具有类似设计的燃烧器。取决于地下区域中的载油材料类型，所萃取的含烃材料是液态烃材料、气态烃材料、或者液态烃材料和气态烃材料。所萃取的液态烃材料向下流动到第二井子区域46b，在这里，该液态烃材料随后通过收集管件48b被输送到表面区域42。在开始加热第一井子区域46a以萃取并排出液态烃材料之后，第一井子区域46a的温度可选地缓慢增加，以更有效地释放烃气体和可冷凝的液体以及通过热分解任何残留浙青产品来产生附加液态油。在一个示例中，被萃取的燃料气体被用作燃烧加热器60的燃料。被加热并提供到第一井子区域46a内的工作流体是不可降解流体，例如二氧化碳、甲烷、氮气或其混合物。也就是说，工作流体并不分解成为其他更短链的分子，否则该工作流体会堵塞燃烧加热器60的表面或井内的孔。在另一示例中，工作流体是压缩气体或超临界气体。从涡轮压缩机54提供到燃烧加热器60并进入到第一井子区域46a内的被加热工作流体循环到第三井子区域46c。所萃取的气态烃材料与工作流体被携带进入到第三井子区域46c中并且通过排出管件48c排出到表面区域42。冷凝器52冷凝被排出气体中的任何可冷凝烃材料，并且分离器56随后分离被冷凝流体，例如液态油和水。其余气态材料大致由工作流体构成，该其余气态材料然后被传送到压缩机54，用于通过燃烧加热器60再循环到第一井子区域46a中。能够燃烧的气体(例如，氧气)从气源58被提供到注入管件48a中，用于在燃烧加热器60中燃烧。利用所公开的工作流体的方法20的实验性建模表明，该井能够被加热到期望温度并且油在合理的油田生产寿命周期(例如，10-15年)内从岩石被释放。在一些示例中，影响生产率的参数是地层内的热损失以及注入管件的长度内(由井下燃烧加热器60最小化)的热损失；被加热工作流体的体积计循环速率；被注入工作流体的温度；以及被碎石化岩石的几何特征。虽然在所示示例中示出了特征的组合，但是并非全部特征都需要被组合以实现本发明的各个实施方式的益处。换句话说，根据本发明的实施方式设计的系统将不必要包括在任何一个附图中示出的全部特征或在附图中示意性示出的全部部分。此外，一个示例性实施方式的选定特征可以与其他示例性实施方式的选定特征结合。前述说明本质上是示例性而非限制性的。所公开示例的变形和修改对于本领域技 术人员应该是显而易见的，并且该变形和修改不必要偏离本发明的实质。给予本发明的法律保护范围仅能够通过研究下述权利要求书来确定。
权利要求
1.一种原地萃取地下区域中的烃材料的方法，所述方法包括 增加低渗透性含烃地下区域的渗透性，以形成包括第一井子区域和在竖直方向位于该第一井子区域下方的第二井子区域的多个井子区域； 加热所述第一井子区域，以萃取从所述第一井子区域流动到所述第二井子区域的液态烃材料；以及 从所述第二井子区域运输所述液态烃材料。
2.根据权利要求I所述的方法，所述方法包括通过碎石化所述地下区域来增加所述渗透性。
3.根据权利要求I所述的方法，其中，所述第一井子区域和所述第二井子区域被流体连接。
4.根据权利要求I所述的方法，所述方法包括利用井下燃烧加热器来加热。
5.根据权利要求I所述的方法，所述方法包括将所述第一井子区域加热到350°-450 0C (662。- 842。F)的温度。
6.根据权利要求I所述的方法，所述方法包括通过将被加热工作流体注入到所述第一井子区域中来加热。
7.根据权利要求6所述的方法，所述方法包括从所述第一井子区域运输所述工作流体；净化所述工作流体；以及将所述工作流体再循环回到所述第一井子区域中。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述工作流体选自包括二氧化碳、甲烷、氮气及其组合的组。
9.根据权利要求I所述的方法，所述方法包括增加所述渗透性，以便还形成在所述第二井子区域上方的第三井子区域，其中，加热所述第一井子区域使得能够萃取从所述第一井子区域流动到所述第三井子区域的气态烃材料；以及从所述第三井子区域运输所述气态烃材料。
10.根据权利要求9所述的方法，所述方法包括将被加热工作流体从所述第一井子区域循环到所述第三井子区域。
11.根据权利要求I所述的方法，其中，所述地下区域包括具有油母岩的油页岩。
12.—种原地萃取地下区域中的烃材料的方法，所述方法包括 增加低渗透性含烃地下区域的渗透性，以形成注入井子区域、排出井子区域以及在竖直方向位于所述注入井子区域下方的收集井子区域； 加热所述注入井子区域以萃取气态烃材料和液态烃材料，其中，所述液态烃材料从所述注入井子区域流动到所述收集井子区域，并且所述气态烃材料流动到所述排出井子区域；以及 从所述收集井子区域运输所述液态烃材料以及从所述排出井子区域运输所述气态烃材料。
13.根据权利要求12所述的方法，所述方法包括利用井下燃烧加热器来加热。
14.根据权利要求12所述的方法，所述方法包括将所述注入井子区域加热到350°-450 0C (662。- 842。F)的温度。
15.根据权利要求12所述的方法，所述方法包括通过将被加热工作流体注入到所述注入井子区域中来加热。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述注入井子区域、所述收集井子区域以及所述排出井子区域流体连接在一起。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，所述注入井子区域和所述排出井子区域具有大致相等的地下深度。
18.一种用于原地萃取地下区域中的烃材料的井装置，所述井装置包括 注入管件，所述注入管件在地下延伸到第一井子区域中； 收集管件，所述收集管件在地下从第二井子区域延伸，所述第二井子区域与所述第一井子区域流体连接； 排出管道，所述排出管道在地下从第三井子区域延伸，所述第三井子区域与所述第一井子区域和所述第二井子区域流体连接； 地面机组，所述地面机组连接所述排出管道和所述注入管件；以及 在所述注入管件中的井下加热器。
19.根据权利要求18所述的井装置，其中，所述地面机组包括涡轮压缩机、分离器和冷凝器。
20.根据权利要求18所述的井装置，其中，所述收集管件延伸的深度大于所述注入管件和所述排出管道延伸的深度。
全文摘要
本发明涉及原地萃取烃材料的方法。原地萃取地下区域中的烃材料的方法包括增加低渗透性含烃地下区域的渗透性，以形成第一井子区域和在竖直方向位于该第一井子区域下方的第二井子区域。加热所述第一井子区域，以萃取流动到所述第二井子区域的液态烃材料。接着从所述第二井子区域运输所述液态烃材料。
文档编号E21B43/241GK102889071SQ20121025237
公开日2013年1月23日 申请日期2012年7月20日 优先权日2011年7月20日
发明者A.E.斯图尔特 申请人:普拉特及惠特尼火箭达因公司