CN1507528A - 用来回收油的就地燃烧 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通过传导将热量基本上传递给环绕注热井的含有烃的地层的方法和装置，其使用布置在注热井井筒内的氧化剂供应管道和燃烧气体排放管道，其中通过氧化剂供应管道将例如空气的氧化剂注入到在注热井附近地层内的反应区，在此该地层中的至少一部分烃被氧化，从而产生热量和燃烧气体，并且通过燃烧气体排放管道将至少一部分燃烧气体传送到远离反应区的地方，从而阻止燃烧气体从该反应区移动到含有烃的地层。

Description

用来回收油的就地燃烧

【发明背景】

本发明涉及一种用来加热环绕注热井的例如煤层或者油页岩沉积物的含有烃的地层的方法和装置。

在Ljungstrom的美国专利2923535和Van Meurs等的美国专利4886118中描述了对油页岩地层加热的申请。这些现有技术参考文献公开了电加热器将热量传递给油页岩地层，从而使油页岩地层中的油母岩热解。该热量也可以使该地层断裂，以增加该地层的渗透性。增加的渗透性允许地层流体前进到开采井中，在这里从该油页岩地层中取走该流体。例如，在Ljungstrom公开的一些方法中，从一预热步骤，含有氧气的气体介质最好在仍很热时被引入可渗透的地层，以开始燃烧。

美国专利2548360描述了一种放在井筒内的粘性油中的电加热元件。该加热元件将油加热并且使其变稀，从而允许从井筒中泵送油。美国专利4716960描述了一种通过使相对低压的电流流过石油井的管道系统来对其进行电加热以防止固体的形成。Van Egmond的美国专利5065818描述了一种将其用水泥粘合在井筒中的电加热元件，而不用环绕该加热元件的套管。

Vinegar等的美国专利6023554描述了一种位于套管内的电加热元件。该电加热元件产生加热套管的辐射能量。颗粒状的固体填充物质可以布置在套管和该地层之间。套管可传导地加热填充物质，接着传导地加热该地层。

如参考其全部公开结合在此的Van Meurs等的美国专利4570715描述了一种电加热元件。该加热元件具有导电芯子、由绝缘材料制成的包围层以及围绕的金属护套。该导电芯子可以具有在高温下相对较低的电阻。该绝缘材料可以具有在高温下相对较高的电阻、抗压强度和导热性能。该绝缘层可以防止从芯子到金属护套形成弧击穿。该金属护套可以具有在高温下相对较高的拉伸强度和蠕变阻力。

如参考其全部公开结合在此的Van Egmond的美国专利5060287描述了一种具有铜镍合金芯子的电加热元件。

也可以使用燃料的燃烧来加热地层。燃烧燃料来加热地层比使用电能加热地层更加经济。几种不同形式的加热器可以使用燃料燃烧作为加热地层的热源。可以在地层中、井中和/或接近表面的地方进行燃烧。

美国专利4662443、4662439和4648450公开了燃烧在地下地层中的烃的火驱法，其中将例如空气的氧化剂泵入该地层中。可以点燃氧化剂以便使火苗前部朝向开采井前进。泵入该地层中的氧化剂可以沿着该地层中的断裂线流过该地层。氧化剂的点燃不能使火苗前部均匀地通过地层。

也已知道，可以使用无火焰的燃烧器来燃烧注入加热井中的燃料。好象参考它们的全部公开结合在此的Mikus的美国专利5255742、Vinegar等的5404952、Wellington等的5862858和Wellington等的5899269描述了无火焰燃烧器。通过预先加热燃料且燃烧空气到达高于该混合物自动点燃温度的温度，可以完成无火焰燃烧。在加热区可以使燃料和燃烧空气混合以便于燃烧。在无火焰燃烧器的加热区内，可以设置催化表面以降低燃料和空气混合物的自动点燃温度。在这些公知的无火焰燃烧器中，通过分开的供应管道将燃料和氧化剂注入到加热井中，或者通过唯一的供应管道供应混合物，而废气则通过排放管道被排放到地面，该排放管道可以同轴地包围燃料和/或氧化剂供应管道。

也已知道从地面加热器给地层供应热量。该地面加热器可以产生燃烧气体，使燃烧气体流过井筒以便加热地层。作为替换实施形式，可以使用地面火炉来加热热传递流体，其经过井筒来加热地层。在Vinegar等的美国专利6056057和Mikus等的6079499中例示了可以用来加热地下地层的点火加热器或者地面火炉，好象参考它们的全部公开结合在此。

燃料、氧化剂和/或废气流过加热井的公知的地面和井下的加热器的缺点在于：加热井中的壳体和其他管道需要由耐高温的钢种来制造，尤其是壳体承受由环绕地层的热膨胀引起的高挤压力。因此，在加热井中的套管必须由昂贵的耐高温和耐腐蚀的不锈钢制造。如果安装电加热器，燃料的供应和电能的供应通常也需要复杂的下部结构，因此比较昂贵。

公知的火驱法的缺点是：在含有烃的地层中以不规则的方式产生裂缝，并且只有裂缝附近的烃被氧化，所以只能以相当不规则且不能控制的方式来加热这些地层。

本发明的目的是消减公知的火驱法、注入燃料燃烧和电加热法的缺点，并且提供一种廉价的井下的加热方法和装置，其以均匀的方式将受控制的热量传递给地层。

【发明概述】

根据本发明，用来将热量传递给环绕注热井的含有烃的地层的装置包括：

氧化流体源；

布置在注热井井筒中的氧化剂供应管道，其中该管道构造为在使用期间能够从该氧化流体源将氧化流体供应到在地层中的反应区，并且该氧化流体被选择成能够在使用期间将在井筒区域附近地层中的至少一部分烃氧化，从而在该反应区产生热量；

布置在注热井井筒中的燃烧气体排放管道，用来通过该注热井的井筒将燃烧气体传送到远离反应区的地方。

最好使该装置构造成能够在使用期间允许热量基本上通过传导从反应区传送到地层的选定区。

最好该氧化剂供应管道和燃烧气体排放管道设置有调压装置，该调压装置控制在反应区内的压力，从而可以通过燃烧气体排放管道将在反应区产生的至少相当大的一部分燃烧气体排放到地面。

在某些情况下，该压力发生装置能够用来允许一部分燃烧气体排放到地面，并且允许一部分穿透该处理区。这样可以使井筒内的压力比远离井筒区域内的压力高。该压差可以使氧化流体更快地和/或以较多量地到达反应区，从而允许由该反应区产生增加的热量。

较为合适的是，氧化剂注入管道和燃烧气体排放管道彼此同轴地从加热井的井口延伸进入含有烃的地层中，并且该氧化剂注入管道从氧化剂注入管道的下端伸出穿透至少相当大的一部分含有烃的地层，并且伸出的氧化剂注入管道的下部设置有一列氧化剂注入口，通过这些注入口其中的氧化剂以亚音速或者超音速的速度注入到在氧化剂注入管道和反应区之间的环形空间内。

该氧化剂注入管道可以是空气注入管道并且设置有空气注入泵，空气注入管道和燃烧气体排放管道每一个均可以设有压力控制阀，以便控制在该氧化剂注入管道的打孔的下部和该反应区之间的环形空间内的压力，从而使所述的压力基本上等于在至少一部分周围的含有烃的地层内的孔隙压力，并且阻止燃烧气体传送到地层中。但是在某些情况下，可以允许燃烧气体部分地穿透进入地层，以便促进氧化流体传送到反应区并且增加在那里产生的热量。

为了启动或者支持就地燃烧过程，该加热井可以配备有电加热器以便将热量传递给反应区，或者配备有燃料注入管道以便将另外的燃料注入到反应区。

【附图说明】

下面参考附图通过例子来更加详细地描述本发明，其中：

图1画出了自然分布的燃烧器热源的实施例；

图2画出了具有热源的地层的覆盖层的一部分；

图3和4画出了自然分布的燃烧器热源的实施例；

图5和6画出了用来加热地层的装置的实施例。

【发明的详细描述】

根据本发明，在围绕注热井的地层中，通过烃的就地氧化来加热含有烃的地层，该装置也称为自然分布的燃烧器(NDC)加热装置。可以允许产生的热量通过对流传递给围绕加热井的地层的一部分，从而将其加热，但是阻止或者部分地阻止燃烧气体从反应区传送到地层。

足以支持氧化的温度可以是例如至少大约200℃或者250℃。然而，足以支持氧化的温度趋向于根据例如含有烃的地层中的烃的成分而改变。在加热之前可以从地层中去除水分。例如，可以使用脱水井从地层中抽吸水分。该地层的被加热部分可以接近或者基本上邻近在含有烃的地层中的开口。在地层中的该开口可以是形成在地层中的加热井。可以按照在此描述的任一实施形式来形成加热井。含有烃的地层的被加热部分在径向上可以从开口延伸到大约0.3米至大约1.2米的宽度。然而，该宽度也可以小于0.9米左右。被加热部分的宽度可以改变。例如在某些实施例中，这种改变取决于在碳氧化期间产生足够热量以维持氧化反应而不需要由另外的热源提供热量所需要的宽度。

在地层的该部分达到足以支持氧化的温度之后，可以把氧化流体供入该开口，以便氧化在地层内的反应区或者热源区的至少一部分烃。该烃的氧化将在反应区产生热量。在大多实施例中，产生的热量将从反应区传递给地层中的热解区。在某些实施例中，产生的热量以沿着该反应区的深度进行测量每米大约650瓦特到1650瓦特之间的比率进行传递。由于在地层中的至少一些烃的氧化，所以可以减小或者可以关闭用于最初加热而供给加热器的能量。这样，可以显著降低能量输入费用，从而提供显著的更加有效的用来加热地层的装置。

在一实施例中，可以把管道布置在该开口内，以便将氧化流体供给该开口。该管道可以具有流量孔或者其他的流量控制装置(即切口、文丘里计、阀等)，以允许氧化流体进入该开口。术语“孔”包括具有广泛的横截面形状变化的开口，这些形状包括但不限于圆形、椭圆形、正方形、长方形、三角形、狭长切口或者其他规则的或者不规则的形状。这些流量孔可以是临界流量孔，流体以高速例如超声速度流过该孔，以便给该开口提供基本一致流量的氧化流体，而不管在该开口内的压力大小。

在某些实施例中，形成在管道中或者连接到管道上的流量孔的数量可以由这些孔的直径和相对于管道的长度而言在这些孔之间的需要间隔来限制。例如，随着这些孔的直径减小，流量孔的数量可以增加，反之亦然。另外，随着需要间隔的加大，流量孔的数量可以增加，反之亦然。例如通过管道内的压力和/或通过这些孔的需要流速可以确定这些孔的直径。例如，对于每分钟大约1.7标准立方米的流量和大约7巴绝对压力来讲，孔的直径可以为大约1.3mm，在这些孔之间的间隔为大约2m。

例如由于在开口内的流体污物或者在这些孔内或者离这些孔最近的固体沉积物的影响，所以较小直径的孔比较大直径的孔更易堵塞。在某些实施例中，可以选择这些孔的数量和直径，以便沿着该开口内的地层深度获得更加均匀或者接近一致的加热型面。例如，意图是具有接近一致的加热型面的被加热地层的深度可以大于大约300m，甚或大于大约600m。然而这样的深度可以改变，其取决于例如待加热地层的种类和/或需要的生产率。

在某些实施例中，流量孔可以以螺旋状的形式绕着该开口内的管道设置。这些流量孔可以以螺旋状的形式在孔之间间隔大约0.3m到大约3m。在某些实施例中，该间隔可以为大约1m到大约2m，例如为大约1.5m。

可以控制流入该开口内的氧化流体的流速，从而使得在反应区的氧化速度得到控制。氧化流体也可以冷却管道，从而使得该管道基本上不会被氧化而加热。

图1示出了构造成用来加热含有烃的地层的自然分布的燃烧器的实施例。管道512可以布置在地层516的开口514内。管道512可以具有内管道513。氧化流体源508可以把氧化流体517供给内管道513。内管道513可以沿着其长度具有临界流量孔515。临界流量孔515可以沿着开口514内的内管道513的长度以螺旋形式(或者任意其他形式)布置。例如，可以以螺旋的形式在相邻孔之间相距大约1m到大约2.5m的距离布置临界流量孔515。可以按照在此描述的形式来进一步形成临界流量孔515。内管道513在底部被密封住。穿过内管道513的临界流量孔515可以把氧化流体517供应到开口514内。

临界流量孔515可以设计成这样，即：穿过每一个临界流量孔可以提供基本上相同流速的氧化流体517。临界流量孔515也可以沿着管道512的长度提供基本上均匀流动的氧化流体517。这样的流动可以沿着管道512的长度提供基本上均匀加热的地层516。

密封材料542可以将在地层的覆盖层540内的管道512围起来。密封材料542可以基本上阻止流体从开口514到地面550的流动。密封材料542可以包括任意能够构造成阻止流体向地面550流动的材料，例如水泥、砂子和/或碎石子。

氧化产物519通常从开口514进入管道512。氧化产物5 19可以包括二氧化碳、氮的氧化物、硫的氧化物、一氧化碳和/或由氧气和烃和/或碳发生反应而产生的其他产物。可以通过管道512将氧化产物519排放到地面550。氧化产物519可以沿着在开口514内的反应区524的面流动，直到到达氧化产物519可以流入管道512内的开口514顶端附近。也可以通过布置在开口514和/或地层516内的一个管道和/或多个管道排出氧化产物519。例如，可以通过设置在开口514内的第二管道来排出氧化产物519。通过管道来排出氧化产物519可以基本上防止氧化产物519流到布置在地层516中的开采井中。临界流量孔515也可以构造成能够基本上阻止氧化产物519进入内管道513。

氧化产物519的流速可以与氧化流体517的流速相平衡，从而在开口514内保持基本上恒定的压力。对于100m长度的被加热部分来讲，氧化流体的流速可以在大约0.5标准立方米每分钟到大约5标准立方米每分钟之间，或者在大约1.0标准立方米每分钟到大约4标准立方米每分钟之间，或者例如为1.7标准立方米每分钟。例如，在开口内的压力可以为大约8巴绝对压力。氧化流体517可以在反应区524氧化含有烃的地层516的被加热部分518内的至少一部分烃。使用如图5所示的电加热器或者在此描述的任意其他合适的装置或者方法，开始已把该被加热部分518加热到足以支持氧化的温度。在某些实施例中，电加热器可以布置在管道513的里面或者用带子捆绑到管道513的外面。

在某些实施例中，控制开口514内的压力是有益的，从而可以阻止氧化产物和/或氧化流体流入地层的热解区。在一些情况下，在开口514内的压力与地层内的压力相平衡，以便达到这样的效果。在其他的实施例中，可以允许一些燃烧产物流入地层中，以便这样产生的压差使氧化流体加速流向反应区，由此提高热产生率。

虽然把氧化物产生的热量传递给地层，但是可以基本上阻止氧化产物519(以及过量的氧化流体，例如空气)流动穿过该地层和/或流到在地层516内的开采井。而是如在此所述的那样，将氧化产物519(以及过量的氧化流体)去除(例如通过管道，比如管道512)。在这种方式下，氧化而将热量传递给地层，同时可以基本上阻止和/或部分或者完全防止热解区暴露给氧化产物519和/或氧化流体。

在某些实施例中，也可以在反应区524氧化在反应区524附近除了碳之外的一些热解产物。在反应区524内热解产物的氧化可以对地层516提供另外的加热。当热解产物的这种氧化发生时，需要按照在此描述的那样，在反应区附近去除(例如通过管道，比如管道512)由于该氧化产生的氧化产物，从而阻止该氧化产物污染在该地层中的其他热解产物。

管道512可以构造成能够从地层516内的开口514去除氧化产物519。这样，来自管道512内的氧化产物519，通过在覆盖层部分540内的热交换可以加热在内管道513内的氧化流体517。通过将热量传递给氧化流体517，可以冷却氧化产物519。在这种方式下，在地层516内的烃的氧化可以更加具有热效率。

氧化流体517可以通过气相扩散和/或对流穿过反应区524或者热源区进行传送。在氧化的相对高温下，氧化流体517穿过反应区524的扩散可以更加有效。氧化流体517的扩散可以抑制在该地层中的局部过热和指状现象的发展。穿过地层516的氧化流体517的扩散通常是一种质量转移过程。在没有外力的情况下，氧化流体517的扩散速度取决于在地层516内的氧化流体517的浓度、压力和/或温度。该扩散速度也取决于氧化流体517穿过地层516的扩散系数。该扩散系数可以通过测量来确定，或者基于气体的分子运动论来计算出来。通常，氧化流体517的随机运动可以把氧化流体517从高浓度区域经过地层516传送到低浓度区域。根据流体流过多孔介质的原理，由在井筒和反应区之间的压差来控制氧化流体从注入孔到反应区的对流。

随着时间的流逝，由于烃被氧化，反应区524可以从开口514较慢地径向扩展到较大的直径。在许多实施例中，反应区524可以保持相对恒定的宽度。例如，对于含有烃的地层来讲，反应区524可以以小于大约0.91米每年的速度径向地扩展。例如，对于包括煤层的地层来讲，反应区524可以以大约0.5米每年到大约1米每年之间的速度径向地扩展。对于含有油页岩的地层来讲，反应区524可以以第一年大约2m并且在以后的年份按照较低的速度径向地扩展，这是因为随着反应区524的径向扩展反应区524的体积的增加的原因。该较低的速度可以是大约1米每年到大约1.5米每年。对于烃丰富的地层(例如煤)，反应区524可以以较低的速度扩展，而对于其中(例如油页岩)具有更多无机材料的地层，可以以较快的速度扩展，因为在烃丰富的地层中，每单位体积可以得到更多的烃用于燃烧。

随着反应区524的直径增加，可以提高氧化流体517进入开口514内的流速，从而将每单位体积的氧化速率保持在基本稳定的状态。因此在一些实施例中，在反应区524内的温度可以保持为基本恒定。在反应区524内的温度可以在大约650℃到大约900℃之间，例如为大约760℃。

在反应区524内的温度可以改变，例如其取决于选定部分526需要的加热速度。通过分别提高或者降低氧化流体517进入开口514内的流速，可以升高或者降低在反应区524内的温度。然而，管道512、内管道513和/或在开口514内的任何冶金材料的温度通常不能超过开始使该冶金材料快速变形或者腐蚀的温度。

反应区524的直径增加可以相对较快地加热含有烃的地层516。随着反应区524的直径的增加，在反应区524内每单位时间产生的热量也会增加。在许多情况下，在反应区524内每单位时间产生的热量增加将可以提供在一段时间内地层516提高的加热速度，即使不会提高在反应区内的温度或者在管道513处的温度。这样可以随着时间的过去获得增加的热量，而不用安装另外的热源，并且不会提高温度。在某些实施例中，加热速度可以提高，同时允许温度下降(允许温度下降经常可以延长使用设备的寿命)。

通过把地层中的碳用作燃料，该自然分布的燃烧器可以显著节约能源费用。因此可以为加热地层提供一种经济的方法，否则，用其他方法来加热在经济上不合适。还有，很少有加热器可以放置在地层516的扩大的面积上。这也提供了与加热地层516有关的降低的设备成本。

在反应区524产生的热量可以通过热传导传递给地层516的选定部分526。另外，产生的热量可以较小程度地通过对流从反应区传递到选定部分。在此选定部分526有时也称作“热解区”，其基本上邻近反应区524。因为通常从该反应区除去氧化产物(以及过量的氧化流体，例如空气)，所以热解区可以从反应区接收热量，而不会受到在反应区内的氧化产物或者氧化剂的影响。如果氧化产物和/或氧化流体存在于热解区内，那么它们可以导致形成不需要的地层产物。例如，在某些实施例中需要在还原环境下进行热解。因此，允许热量从反应区传递到热解区而阻止或者防止氧化产物和/或氧化流体到达热解区经常是有用的。

可以在被加热的选定区域526内发生烃的热解或者其他热量控制的过程。选定区域526可以处于大约270℃到大约400℃之间的温度，以便于高温分解。由来自反应区524的热传递可以升高选定区域526的温度。如在此描述的任一实施例所述的那样，可以选择温度升高的速度。可以控制在地层516内、选定部分526和/或反应区524内的温度，从而可以基本上阻止氮的氧化物的产生。常常在高于大约1200℃的温度下产生氮的氧化物。

可以用放置在开口514内的热电偶来监控在开口514内的温度。可以监控在开口514内的温度，从而将温度保持在选定范围内。该选定范围可以变化，例如取决于地层516需要的加热速度。通过提高或者降低氧化流体517的流速可以将温度保持在选定范围内。例如，如果在开口514内的温度下降到选定温度范围之下，那么可以提高氧化流体517的流速，以便增加燃烧并且因此提高在开口514内的温度。作为替换实施形式，热电偶可以布置在管道512上和/或放置在反应区524的面上，从而可以监控温度。

在某些实施例中，可以沿着地层走向和/或水平方向布置一个或者多个自然分布燃烧器。这样做势必会降低沿着该井的加热长度的压差，从而有助于促进更加均匀的加热和改善的控制。

在一些实施例中，可以监控在氧化产物519中的空气或者分子氧、氧气的存在。作为替换实施形式，在氧化产物519中可以监控氮、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、硫的氧化物等含量。监控氧化产物519的成分和/或量对于热平衡、过程诊断、过程控制等来说都是有用的。

图2示出了带有图1中所述的自然分布燃烧器的一部分覆盖层的实施例。覆盖层套管541可以设置在地层516的覆盖层540内。可以用基本上阻止对覆盖层540加热的材料(例如绝热材料，比如水泥)来大致上包围住覆盖层套管541。覆盖层套管541可以由金属材料制造，例如但不限于碳素钢。

可以将覆盖层套管布置在覆盖层540中的强化材料544内。强化材料544例如可以是水泥、砂子、混凝土等。密封材料542可以位于覆盖层套管541和在地层中的开口514之间。密封材料542可以是任何基本上无孔的材料(例如水泥、混凝土、灰浆等)。密封材料542可以阻止流体流到管道512的外面以及流到开口514和地面550之间。内管道513可以把流体送到在地层516中的开口514内。管道512可以从地层516中的开口514去除燃烧产物(或者过量的氧化流体)。根据在该自然分布燃烧器中的氧化产生的燃烧产物的量可以确定管道512的直径。例如，对于由自然分布燃烧加热器产生较大量的排放燃烧产物的情况，就需要较大的直径。

在一替换实施例中，至少一部分地层可以被加热到这样的温度，即：至少一部分含有烃的地层可以转变为焦炭或者木炭。焦炭和/或木炭可以在高于400℃左右的温度且在较高加热速度(例如大于10℃左右/天)下形成。在氧化流体存在的情况下，焦炭或者木炭将被氧化。如在此描述的任一实施例那样，由焦炭或者木炭的氧化可以产生热量。

图3示出了自然分布燃烧加热器的一个实施例。绝缘导体562可以与管道532结合在一起并且布置在地层516的开口514中。绝缘导体562可以布置在管道532的里面(从而允许回收绝缘导体562)，或者作为替换实施形式，将其结合在管道532的外表面上。这样的绝缘导体例如可以包括矿物或者陶瓷等。在开口514内，管道532可以具有沿着其长度布置的临界流量孔515。可以如在此所述的那样形成临界流量孔515。可以将电流施加到绝缘导体562上，以便在开口514内产生辐射热。可以把管道532构造成为电流的回路。绝缘导体562可以形成为能够将压差的一部分518加热到足以支持烃氧化的温度。该部分518、反应区524和选定部分526可以具有在此所述的特性。这样的温度可以包括在此所述的温度。

氧化流体源508可以把氧化流体供给管道532。氧化流体可以穿过在管道532内的临界流量孔515供应到开口514内。在反应区524，氧化流体可以氧化至少一部分含有烃的地层。热源区524可以具有在此所述的特性。在反应区524产生的热量可以传递到选定部分526，例如通过对流、辐射和/或传导。通过布置在开口514内的单独的管道或者通过在覆盖层套管541内的洞孔543可以去除氧化产物。可以如在此所述的那样形成单独的管道。可以如在此所述的那样形成密封材料542和强化材料544。

图4示出了带有增加的燃料导管的自然分布燃烧加热器的实施例。燃料管道536可以布置在开口514内。在某些实施例中，可以将其布置在实质上邻近管道533的地方。在开口514内，燃料管道536沿着其长度可以具有临界流量孔535。在开口514内，管道533沿着其长度可以具有临界流量孔515。可以如在此所述的那样形成临界流量孔515。临界流量孔535和临界流量孔515可以分别布置在燃料管道535和管道533上，因此通过燃料管道536供给的燃料流体和通过管道533供给的氧化流体基本上不会由于反应而加热燃料管道536和/或管道533。例如，由于彼此接触燃料流体和氧化流体可以起反应，从而产生由反应引起的热量。由于该反应而引起的热量可以将燃料管道536和/或管道533加热到这样的温度，即：如果反应发生在离燃料管道536和/或管道533最近的地方，那么该温度足以实质上开始熔化在燃料管道536和/或管道533内的冶金材料。因此，可以这样设计布置在燃料管道536上的临界流量孔535和在管道533上的临界流量孔515，即：在离管道最近的地方，该燃料流体和氧化流体基本上不起反应。例如，可以把管道536和533这样加工结合在一起，即：这些孔沿着相反的方向定向，并且这些孔面向地层516。

燃料流体和氧化流体的反应可以产生热量。在此该燃料流体和氧化流体可以具有一些特性。燃料流体例如可以是天然气、乙烷、氢气或者在地层的另一部分进行的就地燃烧过程中产生的合成气体。可以把该产生的热量设定为能够将部分518加热到足以支持烃氧化的温度。当将部分518加热到足以支持氧化的温度的时候，可以调小或者关闭流进开口514内的燃料流。作为替换实施形式，在整个地层的加热过程中可以连续供给燃料，从而利用在碳中储存的热量将开口514内的温度保持在燃料的自燃温度之上。

氧化流体可以氧化在反应区524的至少一部分烃。产生的热量例如通过辐射、对流和/或传导将热量传递给选定部分526。通过设置在开口514内的单独管道或者通过在覆盖层套管541内的孔洞543，可以除去氧化产物。密封材料542和强化材料544可以形成为在此所述的那样。

图5示出了构造为能够加热含有烃的地层的装置的一实施例。电加热器510可以位于含有烃的地层516中的开口514内。开口514可以穿透覆盖层540进入地层516而形成。开口514可以具有至少大约5cm的直径。作为例子，开口514可以具有大约13cm的直径。电加热器510可以将含有烃的地层516的至少一部分518加热到足以支持氧化的温度(例如大约260℃)。该部分518可以具有大约1m的宽度。可以把氧化流体(例如液体或者气体)通过管道512或者任意其他合适的流体传送装置而供应到开口内。管道512可以具有沿着其长度布置的临界流量孔515。可以如在此所述的那样形成该临界流量孔515。

例如，管道512可以是一根导管或者管子，将其构造成能够把氧化流体从氧化流体源508供应到开口514内。例如，管道512可以是不锈钢管。氧化流体可以包括空气或者任何其他含有氧气的流体(例如过氧化氢、氮的氧化物、臭氧)。可以使用氧化流体的混合物。氧化流体混合物可以包括：例如包括百分之五十氧气和百分之五十氮气的流体。在某些实施例中，氧化流体也可以包括当按照在此所述的那样进行加热时释放氧气的化合物，例如过氧化氢。该氧化流体可以氧化在地层中的至少一部分烃。

在某些实施例中，布置在地层外面的热交换器可以构造成能够加热该氧化流体。可以将被加热的氧化流体从该热交换器(直接或间接地)供应到开口内。例如，通过布置在该开口内且与热交换器结合在一起的管道将被加热过的氧化流体从热交换器供应到开口内。在某些实施例中，管道可以是不锈钢管。可以使加热过的氧化流体形成为能够把地层的至少一部分加热或者至少有助于加热到足以支持烃氧化的温度。在该被加热部分达到这样的温度后，可以减小或者停止在热交换器中的氧化流体的加热。

图6示出了构造成能够加热含有烃的地层的装置的另一实施例。热交换器520可以布置在含有烃的地层516内的开口514的外面。可以穿透覆盖层540进入地层516形成开口514。热交换器520可以从另一地面过程供给热量，或者它可以包括加热器(例如电加热器或者燃烧加热器)。氧化流体源508可以把氧化流体供给热交换器520。热交换器520可以加热氧化流体(例如200℃以上或者达到足以支持烃氧化的温度)。该加热的氧化流体可以通过管道521供应到开口514内。管道521可以具有沿着其长度布置的临界流量孔515。可以如在此所述的那样形成临界流量孔515。加热的氧化流体可以把地层的至少一部分518加热或者至少有助于加热到足以支持烃氧化的温度。该氧化流体可以氧化至少在地层中的一部分烃。

在另一实施例中，燃料流体可以在位于含有烃的地层外面的加热器中被氧化。可以用加热器中的氧化流体来氧化燃料流体。作为例子，该加热器可以是火焰点燃的加热器。燃料流体可以包括任意和氧气起反应的流体。燃料流体的例子可以是甲烷、乙烷、丙烷或者任意其他的烃或者氢气和合成气体。可以把氧化过的燃料流体从加热器经过管道供给开口，并且经过在覆盖层中的另一管道返回到地面。该管道可以结合在覆盖层内。在某些实施例中，可以同心地布置这些管道。可以使氧化过的燃料流体形成为能够把地层的至少一部分加热或者至少有助于加热到足以支持烃氧化的温度。当达到这样的温度时，可以用氧化流体代替氧化过的燃料流体。该氧化流体可以氧化在地层中的反应区的至少一部分烃。

Claims (13)

1.一种用来把热量传递给环绕注热井的含有烃的地层的装置，该装置包括：

氧化流体源；

布置在注热井井筒中的氧化剂供应管道，其中该管道构造成在使用期间能够从该氧化流体源将氧化流体供应到在地层中的反应区，并且该氧化流体被选择成能够在使用期间将在井筒区域附近地层中的至少一部分烃氧化，从而在该反应区产生热量；

布置在注热井井筒中的燃烧气体排放管道，用来通过该注热井的井筒将燃烧气体传送到远离反应区的地方。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于该装置构造成能够在使用期间允许热量基本上通过传导从反应区传递到该地层的选定区。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于该氧化剂供应管道和燃烧气体排放管道设置有调压装置，该调压装置控制在反应区内的压力，从而可以通过燃烧气体排放管道将在反应区产生的至少相当大一部分燃烧气体排放到地面。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于该氧化剂注入管道和燃烧气体排放管道彼此同轴地从加热井的井口延伸进入含有烃的地层中，该氧化剂注入管道从氧化剂注入管道的下端伸出穿透至少相当大一部分含有烃的地层，并且伸出的氧化剂注入管道的下部设置有一列氧化剂注入口，通过这些注入口其中的氧化剂被注入到在氧化剂注入管道和反应区之间的环形空间内。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于该氧化剂注入管道是空气注入管道并且设置有空气注射泵，并且该空气注入管道和燃烧气体排放管道每一个均设有压力控制阀，以便控制在该氧化剂注入管道的打孔的下部和该反应区之间的环形空间内的压力，从而使所述的压力基本上等于在至少一部分周围的含有烃的地层内的孔隙压力，并且阻止燃烧气体传送到地层中。

6.如权利要求1-5中任一所述的装置，其特征在于该注热井还包括用来将热量传递给反应区的电加热器。

7.如权利要求1-5中任一所述的装置，其特征在于加热井还包括用来将燃料注入到反应区的燃料注入管道。

8.一种用来把热量传递给环绕注热井的含有烃的地层的方法，该方法包括：

通过布置在注热井井筒中的氧化剂供应管道将氧化剂注入到地层中的反应区，使该氧化流体氧化在井筒附近的地层中的至少一部分烃，从而在该反应区产生热量和燃烧气体；

通过布置在注热井井筒中的排放管道将至少一部分燃烧气体排放到远离反应区的地方。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，基本上通过传导将在该反应区产生的热量从反应区传送到在那里烃被热解的含有烃的地层中的热解区。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，一个或者多个开采井以距离该注热井选定距离地横穿含有烃的地层，并且控制在该注热井和每一个开采井中的流体压力，从而使热解的烃产物从热解区穿过地层流到开采井中，并且阻止燃烧气体从该反应区传送到任一开采井中。

11.如权利要求8、9或者10所述的方法，其特征在于该含有烃的地层是煤层。

12.如权利要求8、9或者10所述的方法，其特征在于该含有烃的地层是油页岩沉积物或者沥青砂。

13.如权利要求8-12中任一所述的方法，其特征在于，在将氧化剂注入到注热井之前，用电加热器预先加热该注热井。

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