将纳米催化剂分散在含石油地层中的方法

将纳米催化剂分散在含石油地层中的方法
【专利摘要】本发明涉及将纳米催化剂分散在含石油地层中的方法。具体地，在本发明的实施方式提供了一种从地层中开采石油产品的方法：将纳米催化剂分布在所述地层中，然后加热其中的重原油。在另一实施方式中，提供了一种方法，所述方法包括使所述重原油和所述催化材料暴露于氧化剂(例如O2)。所述纳米催化剂可以包含钴、铁、镍、钼、铬、钨、钛、其氧化物、其合金、其衍生物或其组合。
【专利说明】将纳米催化剂分散在含石油地层中的方法
[0001]本申请是申请日为2008年01月18日，申请号为200880008755.9，发明名称为“将纳米催化剂分散在含石油地层中的方法”的发明专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明的实施方式一般性地涉及改善含石油地层的性能，具体地涉及一种用于将纳米催化剂分布在含石油地层中的改进系统、方法和设备。
【背景技术】
[0003]加拿大、委内瑞拉和美国发现有大量重油和浙青。这些重油和浙青资源通常具有如下特征:比重较低(0-18。API)、粘度较高OlOOOOOcp)并且含硫量较高(例如>5重量％ )。结果，这些资源难以精炼成商品，而且精炼成商品花费很高。
[0004]当在高于约650° F的温度下油热裂解时，发生热解作用。尽管热解作用降低了油的粘度(有时很明显)，但通常导致形成大量焦炭(coke)。这种热反应还导致API比重令人希望地增加，但对硫的作用很小而且往往使总酸值升高，这明显降低了这种油对精炼者的价值。为了克服这些局限性，有益的是:在将原料从矿井中生产出来之前，实施原位工艺来升级原料。
[0005]通常，二级精练(aftermarket refining)为初始改良步骤提供了两种可供选择的精炼方法:(I)除碳(延迟焦化过程)或(2)加氢(例如氢化过程)。延迟焦化非常不适于原位改良，因为完成该工艺需要高温(例如约900° F-1250° F)和短反应时间(例如约2-3小时)。
[0006]对于氢化，已经开发了许多用在各种精炼应用的化学反应中的纳米催化剂。纳米催化剂对于改良有益，并包括在TiO2上对芳族化合物烷基化；在TiO2上对烷烃异构化、在TiO2 / Pt上使C-H键脱氢/氢化、在TiO2 / Ni上使双键氢化以及在TiO2 / Ni / Mo上使噻吩加氢脱硫。然而，阻碍这些方案在原位改良中的应用的障碍是缺乏将适当的催化剂(例如纳米粒子)注入然后分散在目标矿藏中的一部分。
[0007]已经描述了从地下地层中原位转化并开采重原油和天然浙青的方法。将还原气体、氧化气体和蒸汽的混合物加入位于注射钻孔(borehole)中的井下燃烧装置中。或者气体混合物可由地表提供。将燃烧还原气体-氧化气体的混合物而产生的高品质湿蒸汽或过热蒸汽以及热还原气体注射到地层中，从而将重原油和浙青转化并升级成轻烃。将过量还原气体(未被用作燃料)注射到地层中，从而将油在适当的位置转化成不太粘的油并使焦油升级。尽管这种技术方案对于许多应用有益，但不适于将纳米催化剂引入和分布在含油地层中。

【发明内容】

[0008]本发明的实施方式提供了一种通过如下从含石油地层中开采石油产品的方法:将纳米催化剂分布在含石油地层中，然后加热其中的重原油。在一个实施方式中，提供了 一种从地层中开采石油产品的方法，所述方法包括:使含有纳米催化剂的催化材料流入含有重原油的地层中；使所述重原油和所述催化材料暴露于还原剂；将蒸汽发生器放置在所述地层中；由所述蒸汽发生器产生并释放蒸汽，从而对含有所述催化材料的所述重原油进行加热；所述地层中的所述重原油形成轻油产品；从所述地层中提取所述轻油产品。
[0009]在一些实例中，纳米催化剂可以包含铁、镍、钥、钨、钛、钒、铬、锰、钴、其合金、其氧化物、其硫化物、其衍生物或其组合。在一个实例中，纳米催化剂包含铁和其它金属，所述其它金属诸如为镍和/或钥。在另一实例中，纳米催化剂包含钴化合物和钥化合物。在另一实例中，纳米催化剂包含镍化合物和钥化合物。在另一实例中，纳米催化剂包含氧化钨、硫化钨、其衍生物或其组合。所述催化材料可以包含担载在碳纳米颗粒上的纳米催化剂或担载在矾土、硅石、分子筛、陶瓷材料、其衍生物或其组合上的纳米催化剂。碳纳米颗粒以及纳米催化剂通常具有小于Iym的直径,所述直径诸如在约5nm至约500nm的范围内。
[0010]在其它实施方式中，含有催化材料的重原油可以通过蒸汽被加热至低于约600° F的温度，优选地温度在约250° F至约580° F的范围内，更优选温度在约400° F至约550° F的范围内。所述还原剂可以包含如下试剂，诸如氢气、一氧化碳、合成气、四氢化萘、十氢化萘、其衍生物或其组合。在其它实例中，催化材料和还原剂一起流入地层。在一个实例中，还原剂包含氢气，其在地层中的分压为约100 psi或更高。
[0011]在另一实例中，所述蒸汽通过如下产生:使氧气和氢气在蒸汽发生器中燃烧。氧气和氢气各自通过钻孔由地层的外部转移到地层中。在另一实例中，所述蒸汽通过在蒸汽发生器中燃烧氧气和烃气而产生。氧气和烃气各自通过钻孔由地层的外部运输到地层中。所述烃气可以包括甲烷。在其它实例中，可以将重原油和催化材料暴露于载气(诸如二氧化碳)从而减小粘度。二氧化碳可溶于重原油中，从而使地层中的重原油的粘度降低。二氧化碳可以通过钻孔由地层的外部运输到地层中。在其它实例中，开采的轻油产品与重原油相比包含更低浓度的硫杂质。轻油产品与重原油相比硫杂质降低了约30重量％，优选地轻油产品与重原油相比硫杂质降低了约50重量％。
[0012]在另一实施方式中，提供了一种从含石油地层中开采石油产品的方法，所述方法包括:将含有纳米催化剂的催化材料流入含有重原油的地层中；使所述重原油和所述催化材料暴露于氧化剂；将蒸汽发生器放置在所述地层中；由所述蒸汽发生器产生并释放蒸汽，从而对含有所述催化材料的所述重原油进行加热；所述地层中的所述重原油形成轻油产品；从所述地层中提取所述轻油产品。
[0013]在一些实例中，纳米催化剂可以包含钛、锆、铝、硅、其氧化物、其合金、其衍生物或其组合。在一个实例中，纳米催化剂包含氧化钛或其衍生物。在其它实例中，催化材料包含担载在碳纳米管上的纳米催化剂或担载在矾土、硅石、分子筛、陶瓷材料、其衍生物或其组合上的纳米催化剂。
[0014]在其它实例中，含有催化材料的重原油(即纳米催化剂重油混合物)可以通过蒸汽加热至低于约600° F的温度，优选温度在约250° F至约580° F的范围内，更优选温度在约400° F至约550° F的范围内。所述氧化剂可以包括如下试剂，诸如氧气、空气、富氧空气、过氧化氢溶液、其衍生物或其组合。在一些实例中，催化材料和氧化剂一起流入地层中。在一个实例中，还原剂包含氧气。
[0015]在另一实施方式中，提供了一种从含石油地层中开采石油产品的方法，所述方法包括:使纳米催化剂和还原剂流入含有重原油的地层中，其中所述纳米催化剂和所述重原油形成纳米催化剂重油混合物；将蒸汽发生器放置在所述地层中；由所述蒸汽发生器产生并释放蒸汽，从而对所述地层中的所述纳米催化剂重油混合物进行加热；通过氢化所述纳米催化剂重油混合物中的所述重原油形成轻油产品；从所述地层中提取所述轻油产品。
[0016]在另一实施方式中，提供了一种从含石油地层中开采石油产品的方法，所述方法包括:使载气流过第一容器，所述第一容器包含在第一容器中的第一批含有纳米催化剂的催化材料；在第二容器中制备第二批的所述催化材料；然后使所述催化剂与所述载气由所述第一容器流入含有重原油的地层中，其中，所述纳米催化剂和所述重原油形成纳米催化剂重油混合物。所述方法进一步包括，使所述纳米催化剂重油混合物暴露于还原剂；将蒸汽发生器放置在所述地层中；由所述蒸汽发生器产生并释放蒸汽，从而对所述地层中的所述纳米催化剂重油混合物进行加热；通过氢化所述纳米催化剂重油混合物中的所述重原油形成轻油产品；从所述地层中提取所述轻油产品。在一个实例中，所述载气包含二氧化碳，其被暴露于所述纳米催化剂重油混合物。所述二氧化碳可以通过钻孔由所述地层的外部运输到所述地层中。
[0017]所述方法可以进一步包括:通过在所述第二容器中组合所述纳米催化剂和纳米颗粒制备所述第二批催化材料。所述纳米催化剂可以包含至少一种金属，诸如铁、镍、钥、钨、钛、钒、铬、锰、钴、其合金、其氧化物、其硫化物、其衍生物或其组合。在一些实例中，纳米颗粒可以包含碳、矾土、硅石、分子筛、陶瓷材料、其衍生物或其组合。纳米颗粒具有小于Iym的直径，所述直径优选在约5 nm至约500 nm的范围内。
[0018]在另一实施方式中，提供了一种从含石油地层中开采石油产品的方法，所述方法包括:使纳米催化剂和还原剂流入含有重原油的地层中，其中所述纳米催化剂和所述重原油形成纳米催化剂重油混合物；将所述地层中的所述纳米催化剂重油混合物加热至低于约600° F的温度；通过氢化所述纳米催化剂重油混合物中的所述重原油形成轻油产品；以及从所述地层萃取所述轻油产品。
[0019]在一些实例中，可以通过如下在所述地层中加热纳米催化剂重油混合物:使热气体、液体或流体通过钻孔从所述地层的外部流入所述地层同时使其暴露于所述纳米催化剂重油混合物。在一个实例中，使所述纳米催化剂重油混合物暴露于热水、蒸汽或其组合。在其它实例中，通过位于所述地层中的至少一个电加热器加热所述地层中的所述纳米催化剂重油混合物。在其它实例中，所述方法进一步包括通过如下加热所述地层中的所述纳米催化剂重油混合物:将蒸汽发生器放置在所述地层中，然后由所述蒸汽发生器产生并释放蒸汽，从而对所述地层中的所述纳米催化剂重油混合物进行加热。温度可以在约250° F至约580° F的范围内，优选在约400° F至约550° F的范围内。
【专利附图】

【附图说明】
[0020]为了更详细地获得并理解本发明明显的特征和优点，通过附图中阐述的实施方式对以上简单概括的
【发明内容】
进行更详细地描述，其中所述附图构成本说明书的一部分。然而，应当注意到:附图仅仅阐述了本发明的一些实施方式，因此其不应被认为限制本发明的范围，因为本发明允许其它等同有效的实施方式。
[0021]图1表示根据本文所述实施方式的位于矿井中具有壳体(casing)和分隔器(packer)的井下燃烧器的侧视图，其中所述侧视图以沿着所述壳体的纵轴所取的剖视图示出；
[0022]图2表示根据本文所述实施方式的图1的组件沿着图1的线2-2所取的仰视剖视图；
[0023]图3表示根据本文所述另一实施方式的盖板的俯视图；
[0024]图4表示根据本文所述另一实施方式的氧化剂分配分流板(manifold plate)的俯视图；
[0025]图5表示根据本文所述另一实施方式的燃料分配分流板的俯视图；
[0026]图6表示根据本文所述另一实施方式的注射器面板的俯视图；
[0027]图7表示根据本文所述另一实施方式的注射器的下部轴侧图；
[0028]图8表示根据本文所述另一实施方式的冷却套筒(cooling liner)的侧视图；
[0029]图9表示根据本文所述另一实施方式的冷却套筒(图8所示)中含泻流孔部分的局部放大侧视图；
[0030]图10表示根据本文所述另一实施方式的图8的冷却套筒中含混合孔部分的局部放大侧视图；
[0031]图11表示根据本文所述另一实施方式的注射器面板的仰视图；
[0032]图12表示根据本文所述另一实施方式的将纳米催化剂引入并分配在含油地层中的系统的不意图。
【具体实施方式】
[0033]尽管为了说明，以下详细说明中包含了一些具体细节，但是本领域普通技术人员将认识到可以在本发明的范围内对以下细节进行一些变化和改变。因此，阐述以下所述本发明的示例性实施方式并不意味着丢弃本发明的一般性，也并不意味着对本发明施加任何限制。
[0034]图1表示了根据本发明实施方式的位于矿井中的井下燃烧器11。该矿井可以包含各种井身结构，包括例如垂直的、水平的、SAGD或其各种组合。本领域普通技术人员将认识至IJ，燃烧器还起到加热器的作用从而加热进入地层中的流体。壳体17和分隔器23被示于沿着壳体17的纵轴所取的横截面中。井下燃烧器11包括注射器13以及含有中空圆柱套管的冷却套筒15。燃料管线19和氧化剂管线21连接到注射器13上并且与之流体连通。
[0035]还可以使用单独的CO2管线。可以沿着套筒在不同和/或多个位置注射CO2，所述位置包括头端，在套筒15或注射器13上或者分隔器23之前的出口，这取决于应用。在一个实施方式中，燃烧器11被封闭在外壳或者燃烧器壳体22中。
[0036]燃烧器11可以悬挂在燃料管线19、氧化剂管线21和蒸汽管线20上，同时被降至井下。在另一实施方式中，一系列或一串管道(未不出)系到注射器13和/或冷却套筒15上从而悬挂燃烧器11。安装时，燃烧器11可以被支撑在分隔器23或壳体17上。在一个实施方式中，燃烧器壳体22和燃烧器11形成环形的蒸汽通道25，该通道基本上围绕注射器13和冷却套筒15的外表面。
[0037]在操作过程中，蒸汽(具有在约50%至约100%的范围内的优选蒸汽品质或者一定程度的过热蒸汽)可以在矿井的表面上形成，并且在例如约ieoopsi的压力下以流体方式连通到蒸汽通道25中。到达蒸汽通道25中的蒸汽可以具有约40%至约90%的蒸汽品质，这是因为在运送到井下的过程中热量损耗了。在一个实施方式中，燃烧器11具有约13MMBTU /小时的功率输出并被设计成在满载荷下生产约3200bpd(桶/天)、出口温度为约700° F的过热蒸汽(冷水等同物)。更低温度的蒸汽也可行。
[0038]通过蒸汽通道25连通到燃烧器11中的蒸汽可以通过冷却套筒15中的多个孔进入燃烧器11。在冷却套筒15中进行燃烧从而加热蒸汽并提高该蒸汽的蒸汽品质。被加热的高品质蒸汽以及燃烧产物通过出口 24离开燃烧器11。然后可以使蒸汽和燃烧产物(例如燃烧过的燃料和氧化剂(例如产物)或排气)进入含油地层，从而例如升级并改善地层中的重原油的流动性。本领域普通技术人员将认识到，具有燃烧器11设计的各种燃烧器可以具有基本上任何功率输出并且可以提供基本上任何蒸汽产量和蒸汽品质。
[0039]图2表示图1的井下燃烧器的仰视图。在燃烧器壳体22和冷却套筒15的冷却套筒壁27之间形成蒸汽通道25。注射器13(见图1)的注射器面板29中形成多个将燃料和氧化剂注射到燃烧器中的注射孔31。注射器面板29还包含将注射到燃烧器中的燃料和氧化剂点燃的点火器33。点火器33可以是各种装置，其可以是催化装置。注射器面板29和冷却套筒壁27之间具有小间隙35，使得蒸汽可以漏过去从而冷却注射器面板29。
[0040]本发明的实施方式适于许多不同类型和尺寸的矿井。例如，在一个被设计用在矿井壳体直径为75 / 8英寸的矿井中的实施方式中，燃烧器壳体22具有6英寸的外径和0.125英寸的壁厚；冷却套筒壁27具有5英寸的外径和4.75英寸的内径以及0.125英寸的壁厚；注射器面板29具有4.65英寸的直径；蒸汽通道25具有0.375英寸的环形宽度(介于冷却套管壁27和燃烧壳体22之间)；并且间隙35具有0.050英寸的宽度。
[0041]图11表示注射器面板29的一个实施方式。注射器面板29形成注射器13的一部分并且包括点火器33。燃料孔93、97可以以同心环81和85排列。氧化剂孔91、95、99、101也可以以同心环79、83、87、89排列。燃料孔93、97和氧化剂孔91、95、99、101相应于图2中的注射孔31。在一个实施方式中，同心环79具有1.75英寸的半径，同心环81具有1.50英寸的半径，同心环83具有1.25英寸的半径，同心环85具有1.00英寸的半径，同心环87具有0.75英寸的半径，同心环89具有0.50英寸的半径。在一个实施方式中，氧化剂孔91具有0.056英寸的直径，氧化剂孔95具有0.055英寸的直径，氧化剂孔99具有0.052英寸的直径，氧化剂孔101具有0.060英寸的直径，燃料孔93、97具有0.075英寸的直径。
[0042]在一个实施方式中，燃料孔93、97和氧化剂孔91、95、99、101产生喷淋头流形式的燃料和氧化剂，而不是冲击流形式或雾化效果。尽管可以使用其它设计而且其它设计也落在本文实施方式的范围内，但是喷淋头设计使燃料和氧化剂流远离注射剂面板29移动。这在具有高火焰温度的燃烧燃料与注射器面板29之间提供更长的安全距离(stand-offdistance)，这回过头来又有助于保持注射器面板29更冷。
[0043]图3示出了根据本发明实施方式的盖板41。盖板41形成注射器13的一部分，并可以包括氧化剂入口 45和定位孔43。图4示出了根据本发明实施方式的氧化剂分配分流板47。氧化剂分配分流板47形成注射器13的一部分，并可以包括氧化剂歧管49、氧化剂孔51和定位孔43。
[0044]图5示出了根据本发明实施方式的燃料分配分流板53。燃料分配分流板53形成注射器13的一部分，并可以包括氧化剂孔51和定位孔43。燃料分配分流板53还可以包含燃料入口 55、燃料歧管或通道57以及燃料孔59。燃料歧管57可被形成来使得燃料流经燃料分配分流板53的整个内部，作为冷却该板的手段。
[0045]图6示出了根据本发明的实施方式的注射器面板29。注射器面板29形成注射器13的一部分，并可以包含氧化剂孔51、燃料孔59和定位孔43。图6的氧化剂孔相当于图11的氧化剂孔91、95、99、101，图6的燃料孔59相当于图11的燃料孔93、97。
[0046]图7表示了根据本发明一个实施方式的注射器13的组装部件。注射器13可以由图3-6的板形成，其中各个板中的定位孔43排列对齐。更具体地，注射器13可以通过如下形成:将盖板41叠置在氧化剂分配分流板47上，然后将氧化剂分配分流板47叠置在燃料分配分流板53上，然后将燃料分配分流板53叠置在注射器面板29上。如附图所示，在注射器面板29的外部、或底部、侧面可以见到定位孔43、氧化剂孔51和燃料孔59。在注射器13的侧面还可以见到燃料分配分流板53的燃料入口 55。可以在定位孔43中插入销钉从而确保各板29、41、47、53对齐。图3-7简化了注射器13和形成注射器13的各板，从而更好地说明各板的关系以及注射器的设计。注射器13的商用实例可以包括更大数量的氧化剂孔和燃料孔，并且可以包括与图3-7中所示各板相比相对更薄的板。
[0047]图8表示冷却套筒15的一个实施方式。冷却套筒15形成图1中所示燃烧器11的一部分。注射器13可以布置在冷却套筒15的入口(或上端)67。冷却套筒15包括泻流冷却区域63以及泻流冷却并喷射混合区域65。在一个实施方式中，区域63由注射器13的底部延伸约7.5英寸，区域65由区域63的底部延伸约10英寸。本领域普通技术人员将认识到，其它长度的区域63、65也落在本文实施方式的范围内。被加热蒸汽和燃烧产物通过出口 24离开冷却套筒15。
[0048]泻流冷却区域63可以具有如下特征:包含多个泻流孔71。泻流冷却区域63起到沿着冷却套筒15的表面注射小股蒸汽流的作用，因而提供一层较冷气体从而保护套筒15。在一个实施方式中，如图9所示，泻流孔71呈20度角偏离冷却套筒15的内表面，并且朝向入口 67的下游。泻流孔71的角度防止蒸汽过远渗入燃烧器11，并且允许蒸汽沿着套筒15的壁面移动以使其冷却。泻流冷却区域63的位置可以对应于燃烧器11中的火焰位置。在一个实施方式中，穿过通道25 (图1)提供给燃烧器11的蒸汽中的约37.5%通过泻流冷却区域63注射。
[0049]泻流冷却并喷射混合区域65可以具有如下特征:包含多个泻流孔71以及多个混合孔73。如图10所示，混合孔73大于泻流孔71。此外，混合孔73可被设定成与冷却套筒15的内表面呈90度角。泻流孔71起到通过引导蒸汽沿着套筒15的壁面从而冷却套筒15的作用，而混合孔73起到使蒸汽更远射向燃烧器11的中心轴部分的作用。
[0050]在另一实施方式中，本发明的方法进一步包括:将液体水注射到井下燃烧器中，并用水冷却注射器和/或壳体。所述水可被引入矿井中并且以多种方式(诸如本文所述那些方式)注射。
[0051]表I汇总了一个实施方式中区域63、65各孔的性质和布置。第一栏定义了冷却套筒15的区域，第二栏描述了孔的类型。第三栏和第四栏描述了相对于区域63的顶部(对应于注射器13的底表面)各孔出现的起始位置和终止位置。第五栏示出了通过各组孔注射的全部蒸汽的百分率。第六栏包括各孔的数量，第七栏描述了注射的角度。第八栏示出了相对于冷却套筒15的内径喷射穿透蒸汽的最高百分率。第九栏示出了各组孔的直径。[0052]表1.冷却套筒性质的实例
【权利要求】
1.一种从含石油地层中开采石油产品的方法，所述方法包括: 将蒸汽发生器放置在与含有重原油的含石油地层连通的井身中； 使燃料源和氧化剂流入所述蒸汽发生器； 在所述蒸汽发生器产生蒸汽，并且使所述重原油暴露于所述蒸汽； 使所述重原油暴露于含有纳米催化剂的催化材料，其中所述纳米催化剂包含选自铁、镍、钥、钨、钛、钒、铬、锰、钴的金属、其合金、其氧化物、其硫化物、其衍生物或其组合，并且其中所述催化材料包含担载在矾土、硅石、分子筛、陶瓷材料、其衍生物或其组合上的所述纳米催化剂；并且 在所述含石油地层中由所述重原油生产石油产品。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述燃料源包括选自烃气、天然气、甲烷、合成气、氢气、一氧化碳、二氧化碳、其衍生物和其组合的至少一种气体。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述燃料源包括甲烷、合成气、氢气、其衍生物或其组合。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述氧化剂包括选自氧气、空气、富氧空气、其衍生物或其组合的至少一种气体。
5.如权利要求1所述的方法，其中，载气和所述催化材料一起流入所述含石油底层。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述载气包括选自合成气、氢气、一氧化碳、二氧化碳、氧气、空气、富氧空气、其衍生物或其组合的至少一种气体。
7.如权利要求1所述的方法，其中，由所述蒸汽发生器产生的压力使所述催化材料和所述蒸汽分散到所述重原油中。
8.如权利要求7所述的方法，还包括，使所述重原油暴露于含有二氧化碳的排气。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述催化材料能使所述重原油裂化，从而在所述含石油地层中形成含有裂化烃类的石油产品。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述催化材料包含氢化催化剂，其能使所述重原油氢化从而形成所述石油产品。
11.如权利要求1所述的方法，其中，含有所述催化材料的所述重原油被所述蒸汽加热至小于约600° F的温度。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述温度在约250°F至约580° F的范围内。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述温度在约400°F至约550° F的范围内。
14.如权利要求1所述的方法，其中，所述纳米催化剂包含铁和选自镍、钥、钨、钛、钒、铬、锰、钴的金属、其合金、其氧化物、其硫化物、其衍生物或其组合。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述纳米催化剂包含铁、镍和钥。
16.如权利要求1所述的方法，其中，所述纳米催化剂包含镍化合物和钥化合物。
17.如权利要求1所述的方法，其中，所述纳米催化剂包含钴化合物和钥化合物。
18.如权利要求1所述的方法，其中，所述纳米催化剂包含氧化钨、硫化钨、其衍生物或其组合。
19.如权利要求1所述的方法，其中，所述催化材料包括担载在碳纳米颗粒上的所述纳米催化剂。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述碳纳米颗粒具有小于Iμ m的直径。
21.如权利要求20所述的方法，其中，所述直径在约5nm至约500nm的范围内。
22.如权利要求1所述的方法，其中，与所述重原油相比，所述石油产品具有较低浓度的硫杂质。
23.如权利要求22所述的方法，其中，与所述重原油相比，所述石油产品包含约50重量％或更少的所述硫杂质。
24.如权利要求23所述的方法，其中，与所述重原油相比，所述石油产品包含约30重量％或更少的所述硫杂质。
25.一种从含石油地层中开采石油产品的方法，所述方法包括: 将蒸汽发生器放置在与含有重原油的含石油地层连通的井身中； 使气体和催化材料一起流入与所述含石油地层中的所述重原油接触，其中所述气体包括氢气或合成气，并且所述催化材料包含纳米催化剂，其中所述纳米催化剂包含选自铁、镍、钥、钨、钛、钒、铬、锰、钴的金属、其合金、其氧化物、其硫化物、其衍生物或其组合，并且其中所述催化材料包含担载在矾土、硅石、分子筛、陶瓷材料、其衍生物或其组合上的所述纳米催化剂； 在所述蒸汽发生器中产生蒸汽，并且使所述重原油暴露于所述蒸汽；并且 在所述含石油地层中由所述重原油生产石油产品。
26.如权利要求25的方法，还包括，使燃料源和氧化剂流入所述蒸汽发生器，并且使所述燃料源燃烧从而产生所述蒸汽。
27.如权利要求26所述的方法，其中，所述燃料源包括选自烃气、天然气、甲烷、合成气、氢气和其组合的至少一种气体。
28.如权利要求26所述的方法，其中，所述氧化剂包括选自氧气、空气、富氧空气、其衍生物或其组合的至少一种气体。
29.如权利要求25所述的方法，其中，使载气流入所述含石油地层，并且所述载气包括选自合成气、氢气、一氧化碳、二氧化碳、氧气、空气、富氧空气、其衍生物或其组合的至少一种气体。
30.如权利要求25所述的方法，还包括，使所述重原油暴露于含有二氧化碳的排气。
31.如权利要求25所述的方法，其中，所述催化材料能使所述重原油裂化，从而在所述含石油地层中形成含有裂化烃类的石油产品。
32.如权利要求25所述的方法，其中，所述催化材料包含氢化催化剂，其能使所述重原油氢化从而形成所述石油产品。
33.如权利要求25所述的方法，其中，含有所述催化材料的所述重原油被所述蒸汽加热至小于约600° F的温度。
34.如权利要求33所述的方法，其中，所述温度在约250°F至约580° F的范围内。
35.如权利要求34所述的方法，其中，所述温度在约400°F至约550° F的范围内。
36.如权利要求25所述的方法，其中，所述纳米催化剂包含铁、镍和钥。
37.如权利要求25所述的方法，其中，所述纳米催化剂包含镍化合物和钥化合物，或者所述纳米催化剂包含钴化合物和钥化合物。
38.如权利要求25所述的方法，其中，所述纳米催化剂包含氧化钨、硫化钨、其衍生物或其组合。
39.如权利要求25所述的方法，其中，所述催化材料包括担载在碳纳米颗粒上的所述纳米催化剂，并且所述碳纳米颗粒具有小于I μ m的直径。
40.如权利要求39所述的方法，其中，所述直径在约5nm至约500nlm的范围内。
41.如权利要求25所述的方法，其中，与所述重原油相比，所述石油产品包含约30重量％或更少的硫杂质。
42.一种从含石油地层中开采石油产品的方法，所述方法包括: 使含有纳米催化剂的催化材料流入与含石油地层中的重原油接触，其中所述纳米催化剂包含选自铁、镍、钥、钨、钛、钒、铬、锰、钴的金属、其合金、其氧化物、其硫化物、其衍生物或其组合，并且其中所述催化材料包含担载在矾土、硅石、分子筛、陶瓷材料、其衍生物或其组合上的所述纳米催化剂； 在被放置在与所述含石油地层连通的井身中的蒸汽发生器中产生蒸汽； 使所述重原油暴露于所述蒸汽，从而将所述重原油在所述含石油地层中加热至小于约600° F的温度；并且 在所述含石油地层中由所述重原油生产石油产品。
43.如权利要求42的方法，还包括，使燃料源和氧化剂流入所述蒸汽发生器，并且使所述燃料源燃烧从而产生所述蒸汽。
44.如权利要求43所述的方法，其中，所述燃料源包括选自烃气、天然气、甲烷、合成气、氢气和其组合的至少一种气体。
45.如权利要求43所述的方法，其中，所述氧化剂包括选自氧气、空气、富氧空气、其衍生物或其组合的至少一种气体。
46.如权利要求42所述的方法，其中，含有所述催化材料的所述重原油被所述蒸汽加热至在约250° F至约580° F的范围内的温度。
47.如权利要求46所述的方法，其中，所述温度在约400°F至约550° F的范围内。
48.如权利要求42所述的方法，其中，所述纳米催化剂包含铁、镍和钥。
49.如权利要求42所述的方法，其中，所述纳米催化剂包含镍化合物和钥化合物，或者所述纳米催化剂包含钴化合物和钥化合物。
50.如权利要求42所述的方法，其中，所述催化材料包括担载在碳纳米颗粒上的所述纳米催化剂，并且所述碳纳米颗粒具有小于I μ m的直径。
51.如权利要求50所述的方法，其中，所述直径在约5nm至约500nm的范围内。
52.如权利要求42所述的方法，其中，与所述重原油相比，所述石油产品包含约30重量％或更少的硫杂质。
53.—种从含石油地层中开采石油产品的方法，所述方法包括: 将蒸汽发生器放置在与含有重原油的含石油地层连通的井身中； 使催化材料分散在所述含石油地层中的所述重原油中，其中所述催化材料包含纳米催化剂，其中所述纳米催化剂包含选自铁、镍、钥、钨、钛、钒、铬、锰、钴的金属、其合金、其氧化物、其硫化物、其衍生物或其组合，并且其中所述催化材料包含担载在矾土、硅石、分子筛、陶瓷材料、其衍生物或其组合上的所述纳米催化剂； 在所述蒸汽发生器中产生蒸汽，并且使所述重原油暴露于所述蒸汽；并且 在所述含石油地层中由所述重原油生产石油产品。
54.如权利要求53的方法，还包括，使燃料源和氧化剂流入所述蒸汽发生器，并且使所述燃料源燃烧从而产生所述蒸汽。
55.如权利要求54所述的方法，其中，所述燃料源包括选自烃气、天然气、甲烷、合成气、氢气和其组合的至少一种气体。
56.如权利要求54所述的方法,其中,所述氧化剂包括选自氧气、空气、富氧空气、其衍生物或其组合的至少一种气体。
57.如权利要求53所述的方法，其中，含有所述催化材料的所述重原油被所述蒸汽加热至在约250° F至约580° F的范围内的温度。
58.如权利要求57所述的方法，其中，所述温度在约400°F至约550° F的范围内。
59.如权利要求53所述的方法，其中，所述催化材料包括担载在碳纳米颗粒上的所述纳米催化剂，并且所述碳纳米颗粒具有小于I μ m的直径。
60.如权利要求59所述的方法，其中，所述直径在约5nm至约500nm的范围内。
61.如权利要求53所述的方法，其中，与所述重原油相比，所述石油产品包含约30重量％或更少的硫杂质。
62.—种从含石油 地层中开采石油产品的方法，所述方法包括: 将蒸汽发生器放置在与含有重原油的含石油地层连通的井身中； 使燃料源和氧化剂流入所述蒸汽发生器； 在所述蒸汽发生器中产生蒸汽，并且使所述重原油暴露于所述蒸汽； 使所述重原油暴露于含有纳米催化剂的催化材料，其中所述纳米催化剂包含选自铁、镍、钥、钨、钛、钒、铬、锰、钴的金属、其合金、其氧化物、其硫化物、其衍生物或其组合，并且其中所述催化材料包含担载在碳纳米颗粒上的所述纳米催化剂；并且在所述含石油地层中由所述重原油生产石油产品。
63.如权利要求62所述的方法，其中，所述碳纳米颗粒具有小于Iμ m的直径。
64.如权利要求63所述的方法，其中，所述直径在约5nm至约500nm的范围内。
65.—种从含石油地层中开采石油产品的方法，所述方法包括: 将蒸汽发生器放置在与含有重原油的含石油地层连通的井身中； 使气体和催化材料一起流入与所述含石油地层中的所述重原油接触，其中所述气体包括氢气或合成气，并且所述催化材料包含纳米催化剂，其中所述纳米催化剂包含选自铁、镍、钥、钨、钛、钒、铬、锰、钴的金属、其合金、其氧化物、其硫化物、其衍生物或其组合，并且其中所述催化材料包含担载在碳纳米颗粒上的所述纳米催化剂，并且所述碳纳米颗粒具有小于I μ m的直径； 在所述蒸汽发生器中产生蒸汽，并且使所述重原油暴露于所述蒸汽；并且 在所述含石油地层中由所述重原油生产石油产品。
66.如权利要求65所述的方法,其中，所述直径在约5nm至约500nm的范围内。
67.—种从含石油地层中开采石油产品的方法，所述方法包括: 使含有纳米催化剂的催化材料流入与含石油地层中的重原油接触，其中所述纳米催化剂包含选自铁、镍、钥、钨、钛、钒、铬、锰、钴的金属、其合金、其氧化物、其硫化物、其衍生物或其组合，并且其中所述催化材料包含担载在碳纳米颗粒上的所述纳米催化剂，并且所述碳纳米颗粒具有小于I μ m的直径；在被放置在与所述含石油地层连通的井身中的蒸汽发生器中产生蒸汽； 使所述重原油暴露于所述蒸汽，从而将所述重原油在所述含石油地层中加热至小于约.600° F的温度；并且 在所述含石油地层中由所述重原油生产石油产品。
68.如权利要求67所述的方法，其中，所述直径在约5nm至约500nm的范围内。
69.—种从含石油地层中开采石油产品的方法，所述方法包括: 将蒸汽发生器放置在与含有重原油的含石油地层连通的井身中； 使催化材料分散在所述含石油地层中的所述重原油中，其中所述催化材料包含纳米催化剂，其中所述纳米催化剂包含选自铁、镍、钥、钨、钛、钒、铬、锰、钴的金属、其合金、其氧化物、其硫化物、其衍生物或其组合，并且其中所述催化材料包含担载在碳纳米颗粒上的所述纳米催化剂，并且所述碳纳米颗粒具有小于I μ m的直径； 在所述蒸汽发生器中产生蒸汽，并且使所述重原油暴露于所述蒸汽；并且 在所述含石油地层中由所述重原油生产石油产品。
70.如权利要求69所述的方法，其中，所述直径在约5nm至约500nm的范围内。
71.—种从矿藏中开采烃类的方法，所述方法包括: 利用载气使纳米催化剂流入所述矿藏中，其中所述载气包括二氧化碳和氮气中的至少一种，并且所述纳米催化剂担载在碳、矾土、硅石、分子筛、陶瓷材料、其衍生物或其组合上； 利用蒸汽发生器使蒸汽流入所述矿藏中； 利用蒸汽加热所述纳米催化剂和烃类； 利用降粘气降低所述矿藏中的烃类的粘度；以及 从所述矿藏开采烃类。
72.如权利要求71的方法，还包括，使所述蒸汽发生器放置在与所述矿藏连通的井身中；并且利用所述蒸汽发生器产生流向所述矿藏的蒸汽。
73.如权利要求72的方法，还包括，将所述纳米催化剂在所述蒸汽发生器的下游注射到由所述蒸汽发生器产生的流向所述矿藏的蒸汽。
74.如权利要求73的方法，还包括，使燃料和氧化剂流入所述蒸汽发生器，并且使所述燃料和所述氧化剂在所述蒸汽发生器中燃烧以产生蒸汽，其中所述燃料包括烃气、天然气、甲烷、合成气、氢、一氧化碳和二氧化碳中的至少一种，并且其中所述氧化剂包括空气和氧中的至少一种。
75.如权利要求71的方法，还包括，使所述纳米催化剂、载体和蒸汽一起流入所述矿藏。
76.如权利要求71的方法，其中，所述纳米催化剂包含铁、镍、钥、钨、钛、钒、铬、锰、钴、锆、铝、硅、其合金、其氧化物、其硫化物、其衍生物和其组合中的至少一种。
77.如权利要求71所述的方法，其中，所述纳米催化担载在直径小于Iμ m的碳纳米颗粒上。
78.如权利要求71所述的方法，还包括，在流入所述矿藏之前对所述载气进行预热。
79.如权利要求71所述的方法，还包括，使来自地表上的第一容器的所述纳米催化剂和载气流到所述矿藏中，同时在地表上的第二容器中准备第二纳米催化剂和载气。
80.如权利要求79所述的方法，还包括，使来自所述第二容器的所述第二纳米催化剂和载气流到所述矿藏，其中，所述第二纳米催化剂与来自所述第一容器的所述纳米催化剂相同或不同。
81.如权利要求71所述的方法，还包括，使氧流入所述矿藏，用于在所述矿藏中的烃类的原位燃烧。
82.如权利要求71所述的方法，还包括，使氢流入所述矿藏，用于在所述矿藏中的烃类的原位降解。
83.如权利要求71所述的方法，其中，所述载气还包括一氧化碳、氢气、氧气、空气和合成气中的至少一种。
84.如权利要求71所述的方法，其中，所述降粘气包括蒸汽、二氧化碳、氮气、氢气、氧气、空气和合成气中的至少一种。
85.如权利要求71所述的方法，其中，所述降粘气包括所述载气和由所述蒸汽发生器产生的所述蒸汽中的至少一种。
86.如权利要求71所述的方法，还包括，将所述纳米催化剂和烃类在所述矿藏中加热至在约250° F至约580° F的范围内的温度。
87.如权利要求71所述的方法，还包括，将所述纳米催化剂和烃类在所述矿藏中加热至在小于600° F的温度。
88.—种从矿藏中开采烃类的方法，所述方法包括: 利用载气使所述矿藏暴露于纳米催化剂，其中所述载气包括二氧化碳和氮气中的至少一种，并且所述纳米催化剂担载在碳、矾土、硅石、分子筛、陶瓷材料、其衍生物或其组合上； 利用蒸汽发生器使所述矿藏暴露于蒸汽； 在矿藏中加热所述纳米催化剂和烃类； 利用降粘气、所述纳米催化剂、所述载气和由所述蒸汽发生器产生的蒸汽中的至少一种降低所述矿藏中的烃类的粘度；以及 从所述矿藏开采烃类。
89.如权利要求88的方法，还包括，使所述纳米催化剂、所述载体和来自所述蒸汽发生器的蒸汽一起流入所述矿藏，从而加热并降低所述烃类的粘度。
90.一种从矿藏中开采烃类的方法，所述方法包括: 利用载气使纳米催化剂流入所述矿藏中，其中所述载气包括二氧化碳和氮气中的至少一种，并且所述纳米催化剂担载在直径小于I μ m的碳纳米颗粒上； 利用蒸汽发生器使蒸汽流入所述矿藏中； 利用蒸汽加热所述纳米催化剂和烃类； 利用降粘气降低所述矿藏中的烃类的粘度；以及 从所述矿藏开采烃类。
91.一种从矿藏中开采烃类的方法，所述方法包括: 利用载气使纳米催化剂流入所述矿藏中，其中所述载气包括二氧化碳和氮气中的至少一种； 使来自地表上的第一容器的所述纳米催化剂和所述载气流到所述矿藏中，同时在地表上的第二容器中准备第二纳米催化剂和第二载气； 利用蒸汽发生器使蒸汽流入所述矿藏中； 利用蒸汽加热所述纳米催化剂和烃类； 利用降粘气降低所述矿藏中的烃类的粘度；以及 从所述矿藏开采烃类。
92.如权利要求91所述的方法，还包括，使来自所述第二容器的所述第二纳米催化剂和所述第二载气流到所述矿藏，其中，所述第二纳米催化剂与来自所述第一容器的所述纳米催化剂相同或不同。
【文档编号】E21B43/243GK103993866SQ201410136415
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2008年1月18日 优先权日:2007年1月18日
【发明者】约翰·E·兰格顿, 查尔斯·H·威尔 申请人:世界能源系统有限公司