CN103403291A - 零排放蒸汽发生方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新颖的方法，以由与热力采收的原油同时产出的未经处理的水直接产生蒸汽，且将该蒸汽和燃烧产物注入到烃储层中以采收烃以及封存在蒸汽产生期间产生的部分二氧化碳。本发明去掉了热力采油的持续的额外水的需求和用于再使用产出水的地表处理的需求，从而得到改进的工艺效率、降低的环境影响和改进的经济价值。

Description

零排放蒸汽发生方法

技术领域

本发明属于产生用于从地下烃储层进行油和沥青热力采收的蒸汽的领域。特别地，本发明属于使用氧燃料燃烧室作为蒸汽发生器的领域。

背景技术

热力采油项目包括但不限于，蒸汽辅助重力泄油(SAGD)、蒸汽吞吐(CSS)、或蒸汽驱或潜在地用蒸汽注入开始的采收方法(例如,原位燃烧)，利用大量的以蒸汽形式的水，以携带地下热能使油、重油或沥青迁移。典型地以三份或更多份水与一份油的比，将该水与油一起输送回到地表。在水作为锅炉进料水重新使用之前，前面的方法要求大量的水处理和控制以使其清洁。例如，水处理可包括重力分离、水软化、过滤、脱盐、脱油和化学处理中的一种或多种。

水处理是任何方法的基本部分，因为由于锅炉的结垢和其它的工艺干扰事件，向锅炉中引入“脏”水可抑制或甚至关闭该工艺。锅炉中杂质的积聚需要清洁锅炉、构造用于维护期间的辅助锅炉以清理主锅炉等等。处理杂质导致资本、维护、操作成本和环境影响的增加。通常在传统的热力采油系统中，水处理过程占据多达50%的操作成本。

因此，需要除去采油方法对水处理和清洁操作的依赖。

进一步，需要一种方法，其利用低品质或“脏”水或未经历任何软化和处理的水，以产生用于热力采油的蒸汽。

此外，所有的热力采油项目具有持续的水需求，以补充水损失和水处理排出。这些损失每个操作日可多达20%。需要降低或消除这些额外的水需求。

此外，环境要求降低燃烧副产物例如氮氧化物组分和碳氧化物组分向大气中的释放。

传统地，加热/冷却过程发生在换热器容器和设备中，其具有一个共同的不足：在所有工业中使用的所有那些容器和设备都保持反应物质和加热或冷却的目标物之间的分离。例如，所有的工业锅炉或使用火管或使单程或多程锅炉管，将水(待加热的)与热源(燃烧区)分离开。类似地，乙二醇或局部(areal)冷却器分离冷却介质与工艺流体。该分离显著降低了加热器和冷却器的效率。

通过在单过程容器中使燃烧过程和进料水充分地混合，有机会获得更高的效率和工艺灵活性。使燃烧气体与进料水混合，去除所有的传热表面并导致比典型的汽包锅炉或单程蒸汽发生器更高的热效率，因为没有热量与烟气一起损失。尤其地，在美国专利5,680,764和6,170,624中教导了这样的容器的实例，并在本申请中指“含氧燃料蒸汽发生器”。

热力油项目使用大量的能量，并向大气中排放作为副产物的二氧化碳。Kresnyak和Bunio的加拿大专利2,576,896尤其说明了氧燃烧技术的用途，该技术产生主要由二氧化碳组成的气体排放物流，之后可将其封存或用于强化采油或采气。Turta等人的加拿大专利2,619,557，尤其说明了将二氧化碳用于强化采油和采气的方法。在所有这些情况中，捕集二氧化碳用于强化采烃的方法是复杂的和资本密集的。

在强化采油领域众所周知，二氧化碳可担当溶剂和膨胀剂，当注入油层中时，在某些情况下增加油采收率。但是在热力采油中，储层中的游离气体可降低原位储层温度，其进而可降低油采收率。需要使至少相同水平的采收率成为可能而同时封存温室气体的合适的二氧化碳和蒸汽的混合物是需要的。

因此，需要产生高品质蒸汽，即其大部分重量是蒸气形式，来自未经预先处理的产出水的蒸汽的方法。需要捕集二氧化碳用于热烃采收和封存的新颖方法。最后，需要降低热力采油方法对补充水的依赖。

当考虑下面的发明内容和本文中所说明的优选实施方案的更加详细的描述时，本发明进一步的和其它的目标对本领域的技术人员将是简而易见的。

发明内容

本文提供了通过提供依赖于未处理水的含氧燃料蒸汽发生器用于产生蒸汽和二氧化碳的气态混合物的新颖方法，其排除了在蒸汽产生前对水控制和处理的需求。

具体地，本方法使用设计为气体发生器的装置作为工艺容器的新颖概念，以使用地下水，该地下水与油共同产出，直接用于蒸汽而不经过沸腾之前的软化或处理。热力采油包括但不限制于蒸汽辅助重力泄油(SAGD)、蒸汽吞吐(CSS)、蒸汽驱，或组合的蒸汽-添加剂方法，其中添加剂可以是不可冷凝性气体、溶剂或表面活性剂中的一种或多种。此外，该方法捕集所有产生的燃烧气体，并将蒸汽和燃烧气体同时地注入地下，从而除去热力采油对补充水的持续需求。

最初发展该替代的气体发生器以产生在电力生产中使用的过热蒸汽和二氧化碳的物流，并尤其地在美国专利5,680,764和6,170,624中说明。该替代的气体发生器是新一代的工艺容器，其使工艺流体与加热或冷却介质充分地混合。在所有其它工艺容器中，通过障碍物例如穿过其发生热量传递的金属管壁，将热源或吸热源(sink)物理地分离；例如，所有的传统锅炉使用或火管或锅炉(水)管以维持燃烧气体和进料水流体的分离。在最初的实施方案中，气体发生器使用去矿物质水、天然气和氧以产生相对纯的蒸汽二氧化碳混合物为电力涡轮机提供动力。在该方法结束时，将蒸汽冷凝以再使用，并将二氧化碳封存在地下。由“清洁能源系统(Clean Energy Systems)”制造可用作含氧燃料蒸汽发生器的该气体发生器。

本发明发展了Anderson等人之前专利申请WO2010/101647，其证明了在蒸汽辅助重力泄油(SAGD)操作中，气体发生器作为传统锅炉的替代的初始实施方案。在最初的公开中，产生了100%品质的蒸汽和二氧化碳，以及在用于SAGD方法之前通过盐分离器去除痕量杂质。

本发明能够使用氧燃料蒸汽发生器，以使用未经处理的油田产出水产生用于热力采油的100%品质的蒸汽。这通过改变发生器的操作条件来完成，从而在蒸汽发生器中产生小于100%品质的蒸汽，并增加蒸汽分离器去除所得到的盐水。不像所有其它的蒸汽发生方法，所有的这些方法要求对锅炉进料水中约5000ppm以上的悬浮物固体进行水软化，本发明不需要在水中为任意水平的悬浮固体的输入水调节。

在本申请中，术语“脏水”、“半咸水”和“未经处理的水”指具有约500-20,000ppm或更高的高含量杂质的液体。而这些杂质可包含盐，油残余物和其它有机的和非有机的污染物。水的来源可以是当地地下水，地下水或从烃采收过程中提取的水。在优选实施方案中，脏水在引入至蒸汽发生器之前未经处理。

本发明也发展了所有的热力采油应用的用途，并讨论了用于共注入的其它物质，其可进一步提高热力油采收率。

根据本发明的优选实施方案，提供蒸汽处理系统，其具有:

a)具有流体入口，反应室和出口含氧燃料蒸汽发生器。该发生器通过以足够比例在反应室内充分地混合燃烧燃料、氧和水进料，将热量直接加入到入口流体，从而用于基本上完全燃烧；该系统在出口提供具有二氧化碳和痕量杂质的蒸汽混合物；

b)控制该蒸汽混合物品质的蒸汽分离器。

此外，将所得的蒸汽混合物用作热力油方法中的注入物。

根据本发明的另一优选方面，提供蒸汽处理系统，其具有:

具有流体入口的含氧燃料蒸汽发生器，该流体包括燃烧燃料、氧和包含一定百分数的、具有显著多于4,000ppm的悬浮固体的脏的返回工艺水的水，所述发生器通过在基本上是如下的压力下以足够比例在反应室内充分地混合燃烧燃料、氧和水进料，将热量直接加入到入口流体，从而用于基本上完全燃烧：

a)通常地，在690和17,800kPa之间，

b)对于SAGD，在500和5000kPa之间且优选地在1000和3000kPa之间。

c)对于CSS，在储层破裂压力或之上。

该系统在出口提供具有二氧化碳和痕量杂质的蒸汽混合物；该系统具有蒸汽分离器，利用先进的惰性冶金构造和控制所述蒸汽混合物的品质；其中将所得到的蒸汽混合物用作热力油方法中的注入物。

根据本发明的另一方面，提供使用蒸汽处理系统的方法，具有以下步骤：

a)将燃料和氧一起注入燃烧室/燃烧单元；

b)点燃该混合物/或保持该混合物点燃；

c)使进料水通过燃烧气体；

d)向火焰下游加入额外的水，直到获得所需的二氧化碳和蒸汽的混合物；

e)在注入100%品质的蒸汽和二氧化碳混合物之前，在下游去除夹带的杂质。

根据优选实施方案，进料水包括未经处理的地下水，其与采油共同产出。使用这种未经处理的产出水的能力将导致以下的优点:

它将去除热力采油方法中对额外水的持续需求，该热力采油方法例如但不限于蒸汽辅助重力泄油(SAGD)、蒸汽吞吐(CSS)、或蒸汽驱或其它的以蒸汽注入开始的采收方法例如原位燃烧。通过捕集燃烧的水，一旦生产过程稳定，将不需要进一步的水。

它将增加该方法的热效率。通过捕集烟气排放中的热量损失和进一步的管道损失，热效率可增加大于10%。

它通过完全除去水处理设备将降低热力采油方法的多达50%的资本和操作成本。

仍根据本发明的另一方面，提供使用蒸汽处理系统的方法，其中用于注入的所产生的混合物基本上由蒸汽和二氧化碳组成。该混合物用作热力油方法中的注入物，该热力油方法例如但不限于蒸汽辅助重力泄油(SAGD)、蒸汽吞吐(CSS)、蒸汽驱或其它的以蒸汽注入开始的采收方法，例如,原位燃烧。由以下步骤产生该混合物:

a)在690和17,800kPa之间的压力下，将燃料和氧一起注入到反应室中；

b)点燃该燃烧气体混合物/或保持点燃；

c)使产出水通过燃烧气体；

d)向火焰下游加入额外的水，直至获得所需的二氧化碳、蒸气-蒸汽和液体水的混合物；

e)在注入基本上为纯的品质的蒸汽和二氧化碳的混合物之前，在下游去除任何液体盐水或卤水。

最后，上面提供的该方法可能导致通过蒸汽处理系统所产生的较低品质的蒸汽(<100%饱和度)和二氧化碳。

优选地，用于该方法的燃料选自：甲烷、油、重油、沥青、乳液、或它们的混合物，或利用氧经历燃烧的类似的流体材料。

该方法可进一步导致在注入井、采出井、邻井或这些井的组合的热力采油方法中，产生由注入的蒸汽和相关的油冷凝所得的水。

仍根据本发明的另一方面，该方法可进一步利用来自蒸汽分离器的一些液体排出水作为工艺进料水，和处理剩余的液体排出水。优选地，该方法进一步包括在封存或作为进料水再使用之前，从液体排出物中去除固体。

该方法可任选地具有以下变化，例如:

●通过使用其它燃料和/或二氧化碳再循环使二氧化碳在注入物物流中的分数变化。

●改变用于增加来自储层的热力油采收率的注入物物流中的二氧化碳。

●将轻质烃或其它物质添加到蒸汽分离器下游的蒸汽和二氧化碳的混合物中，以作为进一步的溶剂

该蒸汽处理系统可进一步包含操作储层和地面设施以捕集大部分产生的二氧化碳，以将二氧化碳再注入回到储层中。

仍根据本发明的另一方面，将上面列出的方法所使用的蒸汽处理系统设置在井场远处，与建立中央装置的标准实践相反。

最后，该方法可以这样的方式进行，当发生部分燃烧时，产生合成气，将其输送至热力油井中，用于在热力采油方法中注入。

附图说明

图1是根据本发明的优选实施方案的示意流程图。

图2A显示二氧化碳和沥青的混合物的压力-温度-溶解度-粘度图，且图2B是己烷和沥青的混合物的粘度的实施例。

图3是本发明的优选实施方案中物料流程图的实施例。

图4是传统的热力采油方法的示意图。

图5-6是蒸汽辅助重力泄油热力采油方法的侧视和前视的示意图。

图7是蒸汽吞吐热力采油方法的示意图。

图8是蒸汽驱热力采油方法的示意图。

实施本发明的最佳模式

在本发明中提出了在本领域已知的热力采油方案中的数种不足：

第一，热力采油方案使用巨大量的水。尽管现代的方案通过再使用产出水满足它们的至多95%的水需求，但仍经常需要一些补充水。根据本发明，当燃料例如天然气和氧组合时，水是作为燃烧的副产物而产生。捕集该水并添加到可获得的用于注入的蒸汽中。这意味着一旦系统在稳定状态下操作，不再需要补充水。在大多数情况下，预期该方法需要将少量的排出水在深的地下地层中进行处置。

第二，注意到热力采油方案产生二氧化碳排放物(温室气体)。在该实施方案中，将所有在蒸汽发生期间所产生的二氧化碳注入井下。一旦在井下，该二氧化碳的大部分通过溶解在储层中存在的原生水中而保留在那里。一些分数的该二氧化碳的也将溶解在储层中的非采出油中。潜在地，另外一些分数的该二氧化碳可通过矿化反应化学地转化为固体形式。此外，将采出流体中夹带的二氧化碳的大部分捕集在地表装置中，与伴生的燃料气体一起流动通过蒸汽发生器，并再次注入。当井的资源最终枯竭时，大量的二氧化碳将永久地遗留下来，也就是，封存在储层中。

第三，在传统的热力采油方案中，再使用产出水(从储层中与油一起采出)所需的资本支出和装置是巨大的，接近所需的总资本和操作支出的二分之一。因为本实施方案去除了水处理的需要，资本成本显著降低，并且环境足迹减少。利用该新颖技术，考虑到消除了水处理和控制设备和操作，资本和操作成本将比传统设施系统的降低高达50%。

第四，当在特定的储层中和特定的分数使用时，与蒸汽同时注入的二氧化碳可具有溶剂性能。通过调节二氧化碳的质量分数，对油采收率的影响可最大，从无渐增的影响到高达25%的额外的采收率。

在此新颖方法的第一实施方案中,如图1中所示，含氧燃料蒸汽发生器直接混合燃料例如天然气、氧和进料水以产生蒸汽、液体水和二氧化碳的混合物。将燃料和氧混合并在也已知为火焰单元的燃烧室的反应室中燃烧。将进料水直接添加到该反应室中，进入燃烧气体的混合物中，在产生蒸汽混合物时，水中的部分杂质参与燃烧过程。

该发生器入口中的水包含500-20,000ppm的任何溶解的固体。这是实质性的改进，因为目前的工业锅炉的溶解固体的上限为至多5,000ppm。该蒸汽发生器的输出品质在从100%到60%以下变化，取决于输入水中存在的悬浮固体。将改变蒸汽发生器冶金以确保在蒸汽发生器中在主要的接触中不发生腐蚀。在优选实施方案中，在蒸汽中二氧化碳的质量分数为7%和15%之间。二氧化碳同时担当降低油的粘度的试剂和担当膨胀剂。当油膨胀时，它从致密孔中出来，并且因为它移动性更高(粘度较低)，它更易于流动到采出井中。图1进一步说明了产生的蒸汽在数种热力油方法中的用途。这些方法在图4-7中进一步详细说明。在图1中说明了接收蒸汽的注入井和从其中提取油和水的采出井。因此，在使油与产出水分离之后，在油处理单元，将产出水直接给进到蒸汽处理系统中而不经过任何额外的处理。

使燃料与用于蒸汽发生的水直接燃烧的一个结果是燃烧的其它主要产物是二氧化碳。将蒸汽与二氧化碳分离在技术上是困难的(尽管保留了蒸汽的品质)且昂贵的。因此，将二氧化碳与蒸汽注入，并作为油中的溶剂对该过程具有影响(其降低油粘度且导致油膨胀)。图显示了油-碳混合物的粘度与压力和温度的关系。油的温度由蒸汽温度设置，且二氧化碳溶解度和因此的油的粘度由采收过程中蒸气室内的温度和二氧化碳的分压同时决定。因此，该系统的额外益处是将蒸汽和二氧化碳(溶剂和油膨胀剂)注入储层中的能力。图2A显示了这点。可进行向蒸汽-二氧化碳的混合物中进一步添加更重的溶剂。该添加降低油相的粘度，甚至低于用单独的蒸汽和蒸汽-二氧化碳的注入的油相的粘度，因此产出甚至更高的含油率。

由通过使用其它燃料和/或二氧化碳再循环而改变注入物物流中二氧化碳的体积百分比，使二氧化碳的分数变化，以达到来自储层的最佳经济采收率。图2A显示二氧化碳和沥青的混合物的压力-温度-溶解度-粘度图。“x”表示溶解在油相中的二氧化碳的摩尔分数。所呈现的溶解度是在给出的温度和注入物物流中二氧化碳的分压下，二氧化碳在沥青中的溶解度。等粘度线揭示通过改变溶解度，也就是温度和二氧化碳在注入物物流中的分压可改变二氧化碳和沥青的粘度与温度和压力的关系。二氧化碳在注入物物流中的分压由总注入压力和二氧化碳在注入物物流中的体积百分数设定。此外，注入物物流的温度由该物流中蒸汽的分压设定。因此，在蒸汽温度(较高的温度意味着较低的油粘度)和二氧化碳分压(较高的二氧化碳含量意味着在油中更多的溶解，其意味着较低的油粘度)之间存在竞争。对于沥青采出方法，例如SAGD，生产率主要与油的迁移率(油的有效渗透率和油的粘度的比)成比例，因此通过在注入物物流中使用变化量的二氧化碳可实现油的粘度的最佳降低。除了二氧化碳外，可将其它的溶剂添加到注入物物流中以进一步降低油的粘度。例如，丙烷、丁烷、戊烷、己烷、天然气冷凝物、稀释剂，石脑油和组合可添加到注入物物流中以使油粘度降低到通过在油相中溶解二氧化碳所达到的油粘度以下。例如，图2B显示己烷和沥青的混合物的粘度与己烷的体积百分数的关系。溶剂例如丙烷、丁烷、戊烷、己烷、天然气冷凝物、稀释剂、石脑油和组合可能是昂贵的，因此向注入物中添加二氧化碳将降低添加到注入物中的溶剂包(溶剂加上二氧化碳)的总成本。

图3显示包含图1的含氧燃料蒸汽发生器的蒸汽加工单元的系统的质量平衡的实施例。

在蒸汽发生器的下游，高压蒸汽分离器从100%-60%的蒸汽&二氧化碳的混合物中去除液体水级分(排出水)。该蒸汽分离器的金属组成是该新颖方法成功的关键。使用传统的或直接火加热的锅炉的之前的蒸汽分离器，由于腐蚀和侵蚀问题限制了盐水组合物。在本实施方案中，分离器由非常惰性的金属例如允许用非常腐蚀性的盐、金属和燃烧产物而使液体水饱和的哈氏合金(Hastalloy)或Inconnel而构造。该水可以直接再注入用于蒸汽发生，不像其中该排出水需处置且需添加补充水的传统的锅炉。在本实施方案中，只有将对蒸汽需求过剩的水经过注入后进行处置。在所有情况中，将水与所有腐蚀性和燃烧产物一起再注入到深的地下，其中的一些在传统的热力采油方法中释放到大气中。

蒸汽二氧化碳的混合物从高压分离器流向一个或多个注入井，以将它输送到地下储层。蒸汽和二氧化碳的混合物可在690和17,800kPa(100和2,000psi)之间的任何压力下和65和100%之间的任何蒸汽品质下输送，仅取决于保留足够的液体水以使产出水输入中夹带的固体悬浮。推荐的操作条件的范围是500kPa和12,000kPa之间，而对于SAGD，优选范围是500-5000kPa，且最优选是100和3000kPa之间。对于CSS优选的操作范围是在储层的破裂压力或高于储层的破裂压力。关于蒸汽品质，优选值为100%(但在实践中，对于SAGD>90%，且对于CSS～65%)。

在储层中足够的停留时间以允许热量传递之后，冷凝的蒸汽-水在采出井中产出。注入井也可担当采出井，或者一个邻井或多个邻井也可用于油采出。然后在常规的油田分离装置中分离水和油，且将“脏”产出水不经处理而给进到含氧燃料蒸汽发生器的入口。

例如，通过清洁能源系统(Clean Energy Systems)，制造可用作含氧燃料蒸汽发生器的含氧燃料燃烧室。可通过本领域已知的任何措施，例如低温法、来自空气技术或任何其它的空气处理设备的变压法，提供用于该方法的氧。

新颖系统的额外益处如下：该新颖含氧燃料燃烧室是小的和标准组件的(modular)，且可易于在现场附近移动，而旧的燃烧室非常大，且从不或很少移动。此外，考虑到在新颖的发生器中(燃烧锋面和水的直接接触)蒸汽发生的属性，热量传递有效得多。在现有技术中，燃烧加热管将水在其中加热为蒸汽。在新颖的燃烧室中，不存在管，因此无管热量损失发生，从而降低传热的无效率。来自新颖发生器的蒸汽品质可以是高的或接近100%，因为杂质是对流地驱动通过系统。在旧的发生器中，经常产生较低品质的蒸汽，以预防固体在管中的积聚。因为在新颖设计中不存在管，固体的积累不是问题。

在第二实施方案中，该方法直接地在远处的油井(在油田中的卫星位置)使用蒸汽发生器和分离器的组合，而不是其中它们都位于中央装置的常规实践。将燃料(例如天然气)、氧和产出水管送到蒸汽发生器可位于远处的卫星位置中。在该实施方案中，位置不再与大量的且昂贵的水处理装置相联。远处的含氧燃料蒸汽发生器的建议能力为约20MW。然而，那些发生器的尺寸和能力可根据工业的需求而变化。

在本发明的第三实施方案中，含氧燃料蒸汽发生器可使用部分富氧空气，其具有至多10%的剩余氮含量而不是纯氧。使用较低纯度的氧作为氧化剂可增加燃烧气体中氮氧化物(NO_x)，但因为将所有的燃烧产物注入到地下，因此不存在不良环境效果。

图4显示常规的热力油方法，强调了水处理区和水处置和补充物流。所有先前的技术需要这些水处理过程区，因为所有先前的热力油方法使用或目前的工业锅炉，其具有至多5,000ppm的溶解的固体的上限和低得多的水硬度和二氧化硅的阀值，或具有直接火锅炉的参比操作条件，其需要“脏水”仍在需要软化的阀值之下。在提出的实施方案中那些过程区都被去掉。

在典型的热力采油方法中，水处理和控制资本以及操作成本可接近总资本和操作成本的50%。达到所需的水的品质所需的装置可构成热力油项目的地面设施的多达二分之一。因此本发明具有大幅度地降低资本和操作成本以及设施的足迹的结果。

本发明的第四实施方案，允许使用较重的燃料例如馏出物或重燃料油，以产生如35%一样高的较大分数的二氧化碳。在该实施方案中，使二氧化碳的质量分数调整为储层和油的参数，以使采收率最大。

本发明的第五实施方案允许向蒸汽分离器下游的蒸汽二氧化碳物流中添加更轻的烃或其它化合物，以担当用于烃采收中的额外的溶剂。

本发明的第六实施方案允许燃料的部分氧化，其与热解和水热裂解一起可产生由水、氢、二氧化碳、和一氧化碳组成的合成气。如果注入的气体处在足够的温度以能够使油地下气化(典型地约300℃以上)，可将所述合成气注入到油层，以能够进行油采收和部分提质加工。

向含氧燃料蒸汽发生器中注入具有痕量的油和杂质的水的其它益处是，在燃烧过程期间那些杂质作为燃料的用途。在该情况下，焚烧杂质，并为蒸汽发生提供额外的热能。在该过程中，可消耗水中多达80%的油。

可将由含氧燃料蒸汽发生器中产生的蒸汽用于各种的热力采油项目，例如在图5、6、7和8中所说明的那些。但是，该方法也可用在需要使用蒸汽的其它工业中。那些工业可包括油气工业、化学制造工业、食品工业、药物工业和其它。可调整该方法至对气体、蒸汽中杂质的允许率(allowed rate)和注入的水的品质的需要。

尽管已经说明和描述了本发明的优选实施方案，但是本领域的技术人员可在不偏离本发明的范围或指导对其进行修改。本文中所描述的实施方案仅是示例性的且是非限制性的。对系统的许多变化和修改是可能的，并在本发明的范围内。对于其它的实施例，可以变化各部件的相对尺寸、制造各部件的材料、操作参数，只要系统和方法保留本文中所讨论的优点。因此，保护的范围不限制于本文中所描述的实施方案，而仅通过下面的权利要求而限制，其范围应包括权利要求的主题的所有等效物。

因此，因为可对本发明的优选实施方案做出许多改变而不偏离它的范围。可认为本文中包含的所有情况认为是本发明的说明而不是限制意义。

工业适用性

本发明呈现出工业适用性，因为它提供了采油系统，该系统利用蒸汽并具有来自该系统排出的组合的水和油的水的循环，从而为该系统的蒸汽发生器供给水。

本发明的另一目的是提供使用未经处理的水或小于发生蒸汽的完全处理的水的蒸汽发生器。

本发明的另一目的是提供蒸汽发生器，其由混油水输入产生蒸汽。

本发明的另一目的是使用采油系统和方法提供蒸汽，其需要很少的净水或不需要净水，而具有整合至系统中的水循环。

本发明的另一目的是提供含氧燃料燃烧蒸汽发生器，其具有至少部分CO₂捕集，且利用未经处理的或最少处理的水输入到含氧燃料燃烧蒸汽发生器中。

本发明的另一目的是利用采油系统提供蒸汽，该采油系统具有来自该系统排出的水和油的水的循环，从而为该系统内的蒸汽发生供给水，以及具有至少部分二氧化碳捕集。

本发明的另一目的是提供利用蒸汽的采油系统，该系统需要很少的净水或不需要净水，但具有该系统内的水循环，以及具有二氧化碳捕集，使得将系统内的蒸汽的含氧燃料燃烧所产生的二氧化碳至少部分地捕集，从而为远离大气而进行封存。

证明它的工业适用性的本发明的其它进一步的目的，通过仔细阅读所含的详细描述、检查所附的附图，和检查本文中所含的权利要求，将变得显而易见。

Claims (32)

1.蒸汽处理系统，包括:

a)具有流体入口的含氧燃料蒸汽发生器，所述发生器通过以足够比例在反应室内充分地混合燃烧燃料、氧和水进料，将热量直接加入到入口流体，从而用于基本上完全燃烧；该系统在出口提供具有二氧化碳和痕量杂质的蒸汽混合物；和

b)蒸汽分离器，利用先进的惰性冶金控制所述蒸汽混合物的品质；其中将所得到的蒸汽混合物用作热力油方法中的注入物。

2.使用权利要求1的蒸汽处理系统的方法，所述方法包括:

a)将燃料和氧一起注入到反应室中；

b)点燃所述混合物；

c)使进料水通过燃烧气体；

d)向火焰下游加入额外的水，直到获得所需的二氧化碳和蒸汽的混合物；

e)在注入100%品质的蒸汽和二氧化碳的混合物之前，在下游去除夹带的杂质。

3.权利要求2的方法，其中所述进料水包含与采油共产出的未处理地下水，其可包含未限制的悬浮固体(大于5,000ppm)硬度和任意的其它组分。

4.权利要求2的方法，其中所述用于注入而产生的混合物基本上由蒸汽和二氧化碳组成，其用作热力油方法例如，但不限于，蒸汽辅助重力泄油(SAGD)、蒸汽吞吐(CSS)、蒸汽驱或其它的用蒸汽注入开始的热力采油方法例如原位燃烧中的注入物；

通过以下步骤产生所述混合物:

a)在690和17,800kPa之间的压力下，将燃料和氧一起注入到反应室中；

b)点燃所述混合物；

c)使产出水通过燃烧气体；

d)向火焰下游加入额外的产出水，直至获得所需的二氧化碳、蒸气-蒸汽和液体水的混合物；

e)在注入基本上为纯的品质的蒸汽和二氧化碳的混合物之前，在下游去除任何液体盐水或卤水。

5.权利要求2的方法，其中较低品质的蒸汽(<100%的饱和度)和二氧化碳通过蒸汽处理系统产生。

6.权利要求2的方法，其中所述燃料是选自甲烷、油、重油，沥青、乳液或它们的混合物或利用氧进行燃烧的类似的流体材料。

7.权利要求2的方法，还包括产生由来自通过注入井、邻井或二者的热力采油方法中的注入蒸汽和伴生油冷凝的水。

8.权利要求2的方法，还包括将来自蒸汽分离器的一些液体排出水用作工艺进料水，并处置剩余的液体排出水。

9.权利要求8的方法，还包括在封存或作为进料水再使用之前，从液体排出物中去除固体。

10.权利要求2的方法，还包括通过使用其它燃料和/或二氧化碳再循环，使所述注入物物流中二氧化碳分数变化为1-50体积%。

11.权利要求10的方法，还包括改变用于从储层增加热力油采收率的注入物物流中的二氧化碳，其中随着采收过程的进展，使二氧化碳从1体积％增加到50体积％，或随着采收过程的进展，使二氧化碳从50体积％下降到1体积％。

12.权利要求2的方法，还包括操作储层和地面设施以捕集大部分产生的二氧化碳，以将二氧化碳再注入回到储层中。

13.权利要求2的方法，还包括与建造中央装置的标准实践相反，将蒸汽处理系统设置在井场远处。

14.权利要求2的方法，还包括将轻质烃或其它物质添加到蒸汽分离器下游的蒸汽和二氧化碳的混合物中，以作为进一步的溶剂。

15.权利要求14的方法，其中所述优选的溶剂是丙烷、丁烷、戊烷、己烷、天然气冷凝物、稀释剂、石脑油和它们的组合。

16.权利要求2的方法，其中发生部分燃烧以产生合成气，将其输送到热力油井中从而用于在热力采油方法中注入，这通过燃料的部分氧化而完成，其与热解和水热裂解一起可产生由水、氢、二氧化碳和一氧化碳组成的合成气，如果注入的气体处在足够的温度以能够使油地下气化(典型地约300℃以上)，可将所述合成气注入到油层，以能够进行油采收和部分提质加工。

17.蒸汽处理系统，包括:

具有流体入口的含氧燃料蒸汽发生器，所述流体包括燃烧燃料、氧和包含一定百分数的、具有显著多于4,000ppm的悬浮固体的脏的返回工艺水的水，所述发生器通过在基本上是如下的压力下以足够比例在反应室内充分地混合燃烧燃料、氧和水进料，将热量直接加入到入口流体，从而用于基本上完全燃烧：

a)通常地，在690和17,800kPa之间，

b)对于SAGD，在500和5000kPa之间且优选地在1000和3000kPa之间，

c)对于CSS，在储层破裂压力或之上，

所述系统在出口提供具有二氧化碳和痕量杂质的蒸汽混合物；和

蒸汽分离器，利用先进的惰性冶金构造且控制所述蒸汽混合物的品质；其中将所得到的蒸汽混合物用作热力油方法中的注入物。

18.使用权利要求17的蒸汽处理系统的方法，所述方法包括:

a)将燃料和氧一起注入到反应室中；

b)点燃所述混合物；

c)使进料水通过燃烧气体；

d)向火焰下游加入额外的水，直到获得所需的二氧化碳和蒸汽的混合物；

e)在注入基本上纯品质的蒸汽和二氧化碳的混合物之前，在下游去除夹带的杂质。

19.权利要求18的方法，其中所述进料水包含与采油共产出的未处理地下水，其可包含未限制的悬浮固体(大于5,000ppm)硬度和任意的其它组分。

20.权利要求19的方法，其中所述用于注入而产生的混合物基本上由蒸汽和二氧化碳组成，其用作热力油方法例如，但不限于，蒸汽辅助重力泄油(SAGD)、蒸汽吞吐(CSS)、蒸汽驱或其它的用蒸汽注入开始的热力采油方法例如原位燃烧中的注入物；

通过以下步骤产生所述混合物:

a)将燃料和氧一起注入到反应室中，并点燃所述混合物；

b)使产出水通过燃烧气体；

c)向火焰下游加入额外的产出水，直至获得所需的二氧化碳、蒸气-蒸汽和液体水的混合物；

d)在注入基本上为纯的品质的蒸汽和二氧化碳的混合物之前，在下游去除任何液体盐水或卤水。

21.权利要求18的方法，其中较低品质的蒸汽(<100%的饱和度)和二氧化碳通过蒸汽处理系统产生。

22.权利要求18的方法，其中所述燃料是选自甲烷、油、重油，沥青、乳液或它们的混合物或利用氧进行燃烧的类似的流体材料。

23.权利要求18的方法，还包括产生由来自通过注入井、邻井或二者的热力采油方法中的注入蒸汽和伴生油冷凝的水。

24.权利要求18的方法，还包括将来自蒸汽分离器的一些液体排出水用作工艺进料水，并处置剩余的液体排出水。

25.权利要求24的方法，还包括在封存或作为进料水再使用之前，从液体排出物中去除固体。

26.权利要求18的方法，还包括通过使用其它燃料和/或二氧化碳再循环，使所述注入物物流中二氧化碳分数变化为1-50体积%。

27.权利要求26的方法，还包括改变用于从储层增加热力油采收率的注入物物流中的二氧化碳，其中随着采收过程的进展，使二氧化碳从1体积％增加到50体积％，或随着采收过程的进展，使二氧化碳从50体积％下降到1体积％。

28.权利要求18的方法，还包括操作储层和地面设施以捕集大部分产生的二氧化碳，以将二氧化碳再注入回到储层中。

29.权利要求18的方法，还包括标准组件可运输蒸汽处理系统，且与建造中央装置的标准实践相反，将蒸汽处理系统设置在井场远处。

30.权利要求18的方法，还包括将轻质烃或其它物质添加到蒸汽分离器下游的蒸汽和二氧化碳的混合物中，以作为进一步的溶剂。

31.权利要求30的方法，其中所述优选的溶剂是丙烷、丁烷、戊烷、己烷、天然气冷凝物、稀释剂、石脑油和它们的组合。

32.权利要求18的方法，其中发生部分燃烧以产生合成气，将其输送到热力油井中从而用于在热力采油方法中注入，这通过燃料的部分氧化而完成，其与热解和水热裂解一起可产生由水、氢、二氧化碳和一氧化碳组成的合成气，如果注入的气体处在足够的温度以能够使油地下气化(典型地约300℃以上)，可将所述合成气注入到油层，以能够进行油采收和部分提质加工。

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