专利名称：用于将气体吸收入液体中的系统和方法
技术领域：
本公开内容涉及用于将一种或多种气体选择性吸收入液体中的系 统和方法。
背景技术：
强化油采收(EOR)可用于提高全世界的油田中的油采收。存在三种 主要类型的EOR(热、化学/聚合物和气体注入)，其可用于提高从储层 中釆收油，使其超过由常规装置可以达到的-从而可能延长油田寿命 和提高油采收率。
热强化采收通过将热量加入储层而起作用。最广泛实施的形式是 蒸汽驱油，其降低了油的粘度使得它可以流至生产井。化学驱油通过 降低截留剩余油的毛细管力而提高采收。聚合物驱油提升了注入水的 驱扫效率。可混溶气体注入以与化学驱油相似的方式起作用。通过注 入与油可混溶的流体，可以采收被截留的剩余油。
通常以不均勻方式从储层中提取油。即大部分油从地层的更容易 排油的区域中产出，和相对少的油从不太容易排油的区域获得。在高 度压裂的储层或具有宽范围变化的渗透性的区域的那些中，其中油留 在储层的不易接近的部分中，这是特别真实的。在这些储层中，普通 的二次采收驱油处理通常具有有限的价值，因为注入的流体趋向于驱 扫或流动通过容易良好排油的相同地层区域，从而旁通或仅有限程度 地进入不容易排油的那些地层区域。
某些液体和气体对于二次采收驱油处理是所需的，因为它们能够 原位与油混合，和作为混合物从地层中产出。其它液体和气体对于二 次釆收驱油处理是非所需的，因为它们不能原位与油混合和通常指形 通过地层使大部分油留在地层中。在某些情况下，存在同时含所需和非所需气体的气体物流。本领域中需要使所需气体与非所需气体分离 的系统和方法。
参考图1 ，其中图示了现有技术系统100。系统100包括地下地 层102、地下地层104、地下地层106和地下地层108。在地面提供生 产设施110。井112穿过地层102和104和终止于地层106。在114 处显示了地层106的一部分。通过井112，使油和/或气从地层106中 产出至生产设施110。可以使气体和液体互相分离，在气体储存器116 中储存气体和在液体储存器118中储存液体。
美国专利No. 5， 167， 280公开了溶剂刺激法，由此使降粘剂经生产 管柱循环通过水平井。所述降粘剂离开生产管柱和进入由所述管柱和 套管形成的环状空间。在低于储层压力的压力下，所述降粘剂扩散入 储层中。因为所述降粘剂在浓度梯度的影响下扩散通过储层，所以它 降低了油的粘度和使之流动。同时，降低粘度的油在向下牵引的压力 影响下迁移入井中。当沿所述井的受激径向区中的降低粘度的油的对 流运动恰好被降粘剂的扩散速率所平衡时，达到拟稳态生产率。这剌 激大量油通过井孔的大面积区域，从而从储层中生产增大体积的烃类 流体。降粘剂可选自二氧化碳、烟气、 一氧化碳、氦、氢、C1-C10 烃、甲醇、乙醇、甲苯、二硫化碳和它们的混合物。美国专利 No. 5， 167， 280经此引用全文并入本文。
存在可用于EOR的可获得的气体混合物物流，例如来自化学过程 或加热器的废气物流。然而，这些气体混合物的物流可能含有对于E0R 来说所需的一种或多种气体和对于EOR来说非所需的一种或多种气 体。本领域中需要使所需气体与非所需气体分离。
本领域中仍需要用于强化油采收的改进系统和方法。本领域中需 要用注入物混合物强化油采收的改进系统和方法。本领域中需要用改 进的注入物混合设备和方法强化油采收的改进系统和方法。
发明内容
在一个方面中，本发明提供将气体吸收入液体中的方法，所述方
7法包括提供至少一种所需气体和至少一种非所需气体的物流，使气 体物流暴露于液体，使得所述液体吸收的所需气体多于非所需气体， 和将液体和气体混合物释放入地下地层中。
在另一个方面中，本发明提供用于生产油和/或气的系统，所述系 统包括包含液体的第一制剂，包含至少一种所需气体和至少一种非 所需气体的第二制剂，用于将至少一部分第二制剂吸收入第一制剂中 以生产包含所述液体、较大部分的所需气体和较小部分的非所需气体 的第三制剂的机构，和用于将至少一部分第三制剂释放入地下地层中
的机构。
在另一个方面中，本发明提供用于生产油和/或气的方法，所述方 法包括使包含二硫化碳的第 一制剂与包含硫化氢和二氧化碳中的至 少 一种的第二制剂接触，以产生包含二硫化碳以及硫化氢和二氧化碳 中的至少 一种的第三制剂，和将第三制剂释放入地层中。
本发明包括以下一个或多个优点
用含二硫化碳和气体的制剂强化从地层中采收烃的改进系统和方法。
用含有含二疏化碳的流体和气体的制剂强化从地层中采收烃的改 进系统和方法。
用于强化油采收的改进系统和方法。
用于生产含二硫化碳和气体的制剂的改进系统和方法。
使用在原位与油可混溶的化合物强化油采收的改进系统和方法。
用于生产和/或使用含硫的强化油采收试剂的改进系统和方法。
图1描述了油和/或气生产系统。 图2描述了液体和气体吸收系统。 图3描述了油和/或气生产系统。 图4描述了气体溶解度表。 图5描述了气体溶解度图线。图6描述了气体溶解度表。
具体实施例方式
现在参考图2，在本发明的一个实施方案中，将液体溶剂物流6 例如二硫化碳加入泵1，使得所得液体溶剂物流7具有35 bar的压力 和271C的温度。将液体溶剂物流7和混合气体物流8例如二氧化碳和 氮加入吸收塔2中。混合气体物流8含有在35 bar的压力和40匸的 温度下的50体积％的二氧化碳和50体积％的氮。以摩尔计，气体物流 8与液体物流7的流量比是22。吸收塔2具有10个塔板或级、塔顶冷 凝器3和塔底再沸器4。用0. 35的回流比操作吸收塔2。通过冷却物 流9冷却在32 bar的压力和-37°C的温度下操作的冷凝器3。冷却物 流9的一种可能来源是丙烷回路。提供冷却的其它方法对本领域技术 人员来说也是可获得和已知的。再沸器4通过加热物流IO加热，和在 34 bar和-8t:的条件下操作。塔顶产物物流11含有57体积％的氮和 43体积°/。的二氧化碳，几乎没有二硫化碳。塔底产物物流12含有73 体积％的二氧化碳、26体积％的二硫化碳和1体积％的氮。以摩尔计， 塔顶产物物流11与塔底产物物流12的流量比是5。在泵5中增大塔 底物流12的压力，以注入地下地层中。对于60 bar和20X:的储层条 件，注入物混合物具有1. 015 g/cm"的单相密度，而对于90bar和50 X:的储层条件，注入物混合物具有0. 86 g/cm'的单相密度。可以根据 储层条件调节混合物中气体与液体的比，这对于本领域技术人员是明 显的。
吸收塔中，二硫化碳吸收二氧化碳比吸收氮更有效约50-约100 倍，例力。约75倍。
可以调节吸收塔2的进料和工艺条件，使得物流12含有约10-约 50体积％的二硫化碳、约30-约90体积°/。的二氧化碳和小于约10体积 %(例如小于约5体积％或小于约1体积％)的氮。
物流12可以与约20-约80体积°/ 例如约40-约60体积％的硫化氩 混合。含二硫化碳的物流6可以是用2006年4月19日提交的代理人巻 号为TH2616的共同待审专利申请11/409， 436中公开的系统和/或方法 生产的不纯形式的二硫化碳，该文献经此引用全文并入本文。
吸收塔2可以在约5-约50 bar、例如约10-约40 bar的压力下操作。
吸收塔2在约-50至约100C、例如约-20至约50。C的温度下操作。 含有二氧化碳和氮的物流8可以是来自烟气工艺的废气物流。 现在参考图3，在一些实施方案中，将含有二硫化碳以及二氧化碳、 疏化氢、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和/或戊烷中的一种或多种的气体物 流19加入泵14，以达到注入地下所需的压力。随后将更高压力的注 入物物流20注入井15中，进入储层地层16。从生产井17生产的流 体物流21可以含有注入物混合物的组分、油和其它烃、气体、水、溶 解的和未溶解的组分例如矿物和盐、以及其它物质。在一些实施方案 中，注射井15和生产井17是同一个井，如"Huff'nPuff"法中一样。 可以在地面设施处理装置18中处理生产的物流21,以获得含烃的产 物物流22、含注入物混合物的组分的物流23、以及由图中的物流24 表示的含有一种或多种其它产生的物质的一个或多个物流。可能离开 地面设施处理装置的物流从所需组分来看是不纯的，例如可以在物流 23或物流24中发现一些烃。随后可以通过与物流20混合用于地下注 入而循环含有注入物混合物的一种或多种组分的物流23。必要时，可 以通过物流25加入注入物混合物的附加组分，以达到加入地下的所需 组成。
2006年4月19日提交的代理人巻号为TH2616的共同待审专利申 请11/409, 436中公开了用于注入二硫化碳制剂和生产烃的适合的系 统和方法，所述文献经此引用全文并入本文。
二硫化碳制剂可以含有二硫化碳和/或二硫化碳衍生物例如硫代 碳酸、黄原酸酯和它们的混合物；和任选的以下的一种或多种硫化 氢、硫、二氧化碳、烃和它们的混合物。
二硫化碳制剂或与其它组分混合的二硫化碳制剂在地层16中的油
10和/或气中可能是可混溶的。在一些实施方案中，二硫化碳制剂或与其
它组分混合的二硫化碳制剂可能混合于地层16中的油和/或气中，形 成产生至井17的可混溶混合物。
二硫化碳制剂或与其它组分混合的二硫化碳制剂在地层16中的油 和/或气中可能是不可混溶的。在一些实施方案中，二硫化碳制剂或与 其它组分混合的二硫化碳制剂可能不混合于地层16中的油和/或气 中，使得二硫化碳制剂或与其它组分混合的二硫化碳制剂作为活塞运 行穿过地层16，从而驱使油和/或气到达井17。
可以将一定量的二硫化碳制剂或与其它组分混合的二硫化碳制剂 注入井15中，之后利用另一组分(例如空气；气体或液体形式的水； 与一种或多种盐、聚合物和/或表面活性剂混合的水；二氧化碳；其它 气体；其它液体；和/或它们的混合物)驱使二硫化碳制剂或与其它组 分混合的二硫化碳制剂穿过地层16。
现在参考图4，其中以表格形式描述了二硫化碳中多种气体的气体 溶解度。从表中可以看出，硫化氢、二氧化碳和甲烷比氧、 一氧化碳 和氮更容易和/或以更大的量溶解于二硫化碳中。
现在参考图5,其中以表格形式描述了在与二硫化碳的混合物中多 种气体的泡点。从图中可以看出，对于给定气体-二硫化碳混合物， 随着压力增大，可以在溶液中保持增大量的气体。相反地，降低压力 将导致一部分气体从溶液中鼓泡出来。此外，对于给定压力，与数量 小得多的氧、 一氧化碳和/或氮相比，可以使数量大得多的硫化氢、二 氧化碳和/或甲烷溶解于二硫化碳中。
可以使溶剂与所需气体和非所需气体混合，以形成溶剂-气体混合 物。基于溶剂中所需气体比非所需气体高的溶解度，与非所需气体相 比，溶剂-气体混合物含有更大比例的所需气体。更大比例的所需气体 可以是至少约2倍那么多、至少约5倍那么多、至少约IO倍那么多或 至少约20倍那么多。
现在参考图6,其中以表格形式描述了多种溶剂中二氧化碳的气体 溶解度。从表中可以看出，可使用多种溶剂溶解二氧化碳。可以从图6中列出的那些中选择用于溶解一种或多种所需气体的 溶剂。作为替代，溶剂可以选自二硫化碳，苯，甲苯，二甲苯，氯 代烃例如四氯化碳或二氯甲烷，C「d5烃例如汽油或柴油，矿物油，其 它环烷烃或链烷烃，和/或它们的混合物。
所需气体可以包括硫化氢、二氧化碳、曱烷、乙烷、丙烷、丁烷、 戊烷和/或它们的混合物中的 一种或多种。
非所需气体可以包括氧、 一氧化碳、氮和/或它们的混合物中的一 种或多种。
可以将溶剂、大部分一种或多种所需气体和小部分一种或多种非 所需气体的混合物注入地下地层中。
可以将溶剂、大部分一种或多种所需气体和小部分一种或多种非
所需气体的混合物注入地下地层中，以用于强化从地下地层中烃的油采收。
在一个实施例中，使溶剂二硫化碳与硫化氢、二氧化碳、曱烷、 乙烷、丙烷、丁烷、戊烷中的至少一种以及氧、 一氧化碳和氮中的至 少一种混合，以形成混合物。随后可以将混合物注入地下地层中。混 合物可以含有约20-50%的二硫化碳、约20-50%的硫化氢、和各自小于 约10%的氧和氮。混合物可以含有约20-50%的二硫化碳、约20-50%的 二氧化碳、和各自小于约10%的氧和氮。混合物可以含有约20-50%的 二硫化碳、约15-40%的二氧化碳、约15-40%的硫化氢、和各自小于约 10%的氧和氮。
在本发明的一个实施方案中，其中公开了将气体吸收入液体中的 方法，所述方法包括提供至少一种所需气体和至少一种非所需气体 的物流，使气体物流暴露于液体，使得所述液体吸收的所需气体多于 非所需气体，和将液体和气体混合物释放入地下地层中。在一些实施 方案中，所述方法还包括在释放液体和气体混合物之后从地下地层中 生产烃。在一些实施方案中，至少一种所需气体包括硫化氢和/或二氧 化碳。在一些实施方案中，至少一种所需气体包括二氧化碳。在一些 实施方案中，至少一种非所需气体包括氮和/或氧。在一些实施方案中，至少一种非所需气体包括氮。在一些实施方案中，所述液体包括二硫
化碳、苯、甲苯、二甲苯、氯代烃例如四氯化碳或二氯甲烷、c6-c15 烃例如汽油或柴油、矿物油、其它环烷烃或链烷烃、和/或它们的混合 物中的至少一种。在一些实施方案中，所述液体包括二硫化碳。在一
些实施方案中，所述液体吸收的所需气体至少是非所需气体的2倍， 例如以摩尔基准计。在一些实施方案中，所述液体吸收的所需气体至 少是非所需气体的5倍，例如以摩尔基准计。在一些实施方案中，所 述液体吸收的所需气体至少是非所需气体的10倍，例如以摩尔基准 计。
在本发明的一个实施方案中，公开了用于生产油和/或气的系统， 所述系统包括包含液体的第一制剂，包含至少一种所需气体和至少 一种非所需气体的第二制剂，用于将至少 一部分第二制剂吸收入第一 制剂中以生产包含所述液体、较大部分的所需气体和较小部分的非所 需气体的第三制剂的机构，和用于将至少一部分第三制剂释放入地下 地层中的机构。在一些实施方案中，所述系统还包括用于从地层中 采收液体和气体中的至少一种的机构，所述用于采收的机构包括地下 地层中的井和在井上部处的釆收设施。在一些实施方案中，用于释放 第三制剂的机构包括用于将第三制剂释放入地层中的地下地层中的 井。在一些实施方案中，地下地层在水体下方。在一些实施方案中， 所述系统还包括用于注入水的机构，所述机构适合于在已经将第三制 剂释放入地层中之后将水注入地层中。在一些实施方案中，所述用于 吸收的机构包括吸收塔。在一些实施方案中，第一制剂包含至少50 体积％的二硫化碳。在一些实施方案中，第二制剂包含至少40%的二氧 化碳，以摩尔分数计。在一些实施方案中，第二制剂包含至少20%的 二氧化碳和至少20%的硫化氢，以摩尔分数计。在一些实施方案中， 第三制剂包含至少40%的二氧化碳和至少10%的二硫化碳，以摩尔分数 计。在一些实施方案中，第三制剂包含至少60%的二氧化碳和至少20% 的二硫化碳。在一些实施方案中，第三制剂包含至少20%的二氧化碳、 至少20%的硫化氢和至少20%的二硫化碳，以摩尔分数计。在一些实施
13方案中，所述用于释放的机构包括注射井，和其中所述用于采收的机 构包括注射井附近的多个生产井。在一些实施方案中，当第三制剂从 注射井到达生产井时，调整多个生产井中的至少一个使之停车。
在本发明的一个实施方案中，公开了用于生产油和/或气的方法，
所述方法包括使包含二硫化碳的第一制剂与包含疏化氢和二氧化碳 中的至少一种的第二制剂接触，以产生包含二硫化碳以及硫化氢和二 氧化碳中的至少一种的第三制剂，和将第三制剂释放入地层中。在一 些实施方案中，所述方法还包括从地层中采收液体和气体中的至少一 种。在一些实施方案中，所述方法还包括从地层中回收至少一部分第 三制剂，和随后将至少一部分回收的第三制剂释放入地层中。在一些 实施方案中，释放包括将至少一部分第三制剂作为与烃、液体和/或蒸 汽形式的水、二硫化碳之外的硫化合物、 一氧化碳或它们的混合物中 的一种或多种的混合物注入地层中。在一些实施方案中，所述方法还 包括在将第三制剂释放入地层中之前、或当在地层内的时候加热第三 制剂。在一些实施方案中，在释放第三制剂之后，将另一种材料释例 如选自空气、液体和/或蒸汽形式的水、二氧化碳和/或它们的混合物 的另一种材料释放入地层中。在一些实施方案中，当注射开始之前测 量，在高于初始储层压力0-37， 000千帕的压力下释放第三制剂。在一 些实施方案中，所述方法还包括将至少一部分采收的液体和/或气体转 化成选自运输燃料例如汽油和柴油、民用燃料、润滑剂、化学品和/ 或聚合物的材料。
本领域技术人员将理解，在不偏离本发明公开的实施方案、构造、 材料和方法的精神和范围的条件下，它们可能存在多种修改和变化。 因此，所附权利要求的范围和它们的功能等价物不应受限于本文描述 和图示的特定实施方案，因为这些实施方案的性质仅仅是示例性的。
权利要求
1.一种将气体吸收入液体中的方法，所述方法包括提供至少一种所需气体和至少一种非所需气体的物流；使气体物流暴露于液体，使得所述液体吸收的所需气体多于非所需气体；和将液体和气体混合物释放入地下地层中。
2. 权利要求1的方法，还包括在释放液体和气体混合物之后从地 下地层中生产烃。
3. 权利要求1-2的一项或多项的方法，其中所述至少一种所需气 体包括硫化氢和/或二氧化碳。
4. 权利要求1-3的一项或多项的方法，其中所述至少一种所需气 体包括二氧化碳。
5. 权利要求1-4的一项或多项的方法，其中所述至少一种非所需 气体包括氮和/或氧。
6. 权利要求1-5的一项或多项的方法，其中所述至少一种非所需 气体包括氮。
7. 权利要求1-6的一项或多项的方法，其中所述液体包括二硫化 碳、苯、甲苯、二曱苯、氯代烃例如四氯化碳或二氯曱烷、C「ds烃例 如汽油或柴油、矿物油、其它环烷烃或链烷烃、和/或它们的混合物中 的至少一种。
8. 权利要求1-7的一项或多项的方法，其中所述液体包括二硫化碳。
9. 权利要求1-7的一项或多项的方法，其中所述液体吸收的所需 气体至少是非所需气体的2倍，例如以摩尔基准计。
10. 权利要求1-7的一项或多项的方法，其中所述液体吸收的所 需气体至少是非所需气体的5倍，例如以摩尔基准计。
11. 权利要求1-7的一项或多项的方法，其中所述液体吸收的所 需气体至少是非所需气体的10倍，例如以摩尔基准计。
12. —种用于生产油和/或气的系统，所述系统包括 包含液体的第一制剂；包含至少 一种所需气体和至少 一种非所需气体的第二制剂； 用于将至少一部分第二制剂吸收入第一制剂中以生产包含所述液体、较大部分的所需气体和较小部分的非所需气体的第三制剂的机构；和用于将至少一部分第三制剂释放入地下地层中的机构。
13. 权利要求12的系统，还包括用于从地层中采收液体和气体中的至少一种的机构，所述用于采收的机构包括地下地层中的井和在井 上部处的采收设施。
14. 权利要求12-13的一项或多项的系统，其中所述用于释放第 三制剂的机构包括用于将第三制剂释放入地层中的地下地层中的井。
15. 权利要求12-14的一项或多项的系统，其中所述地下地层在 水体下方。
16. 权利要求12-15的一项或多项的系统，还包括用于注入水的 机构，所述机构适合于在已经将第三制剂释放入地层中之后将水注入 地层中。
17. 权利要求12-16的一项或多项的系统，其中所述用于吸收的 机构包括吸收塔。
18. 权利要求12-17的一项或多项的系统，其中所述第一制剂包 含至少50体积％的二硫化碳。
19. 权利要求12-18的一项或多项的系统，其中所述第二制剂包 含至少40%的二氧化碳，以摩尔分数计。
20. 权利要求12-19的一项或多项的系统，其中所述第二制剂包 含至少20%的二氧化碳和至少20%的硫化氢，以摩尔分数计。
21. 权利要求12-20的一项或多项的系统，其中所述第三制剂包 含至少40%的二氧化碳和至少10%的二硫化碳，以摩尔分数计。
22. 权利要求12-21的一项或多项的系统，其中所述第三制剂包 含至少60%的二氧化碳和至少20%的二硫化碳。
23. 权利要求12-22的一项或多项的系统，其中所述第三制剂包 含至少20%的二氧化碳、至少20%的硫化氬和至少20%的二硫化碳，以 摩尔分数计。
24. 权利要求13的系统，其中所述用于释放的机构包括注射井， 和其中所述用于釆收的机构包括注射井附近的多个生产井。
25. 权利要求14的系统，其中当第三制剂从注射井到达生产井时， 调整多个生产井中的至少一个使之停车。
26. —种用于生产油和/或气的方法，所述方法包括使包含二硫化碳的第 一制剂与包含硫化氢和二氧化碳中的至少一 种的第二制剂接触，以产生包含二硫化碳以及硫化氢和二氧化碳中的 至少一种的第三制剂；和将第三制剂释放入地层中。
27. 权利要求26的方法，还包括从地层中釆收液体和气体中的至 少一种。
28. 权利要求26-27的一项或多项的方法，还包括从地层中回收 至少一部分第三制剂，和随后将至少一部分回收的第三制剂释放入地 层中。
29. 权利要求26-28的一项或多项的方法，其中释放包括将至少 一部分第三制剂作为与烃、液体和/或蒸汽形式的水、二硫化碳之外的 硫化合物、 一氧化碳、或它们的混合物中的一种或多种的混合物注入 地层中。
30. 权利要求26-29的一项或多项的方法，还包括在将第三制剂 释放入地层中之前、或当在地层内的时候加热第三制剂。
31. 权利要求26-30的一项或多项的方法，其中在释放第三制剂 之后，将另一种材料释例如选自空气、液体和/或蒸汽形式的水、二氧 化碳和/或它们的混合物的另 一种材料放入地层中。
32. 权利要求26-31的一项或多项的方法，其中当注射开始之前 测量，在高于初始储层压力0-37， 000千帕的压力下释放第三制剂。
33. 权利要求27的方法，还包括将至少一部分采收的液体和/或气体转化成选自运输燃料例如汽油和柴油、民用燃料、润滑剂、化学 品和/或聚合物的材料。
全文摘要
一种将气体吸收入液体中的方法，所述方法包括提供至少一种所需气体和至少一种非所需气体的物流，使气体物流暴露于液体，使得所述液体吸收的所需气体多于非所需气体，和将液体和气体混合物释放入地下地层中。
文档编号C09K8/592GK101595198SQ200880003454
公开日2009年12月2日 申请日期2008年2月14日 优先权日2007年2月16日
发明者Gm·沃伦, Rn·弗伦奇, Z·迪亚兹 申请人:国际壳牌研究有限公司