CN102272417B - 用于使用可得到的废热从水合物储层中生产烃的方法和*** - Google Patents

用于使用可得到的废热从水合物储层中生产烃的方法和*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种从含烃地下水合物储层生产烃的方法和***。废热被捕集后传送至载烃水合物地层，以将水合物分解成天然气和水。废热可以是由地面设施、例如气转液(GTL)厂、液化天然气(LNG)厂、电厂或发电厂，以及由从地下储层生产其他常规或非常规烃的陆上或海上设施产生的热量。作为选择，废热也可以从地下储层获得，例如从含烃生产井和生产热水的地热井获得。

Description

用于使用可得到的废热从水合物储层中生产烃的方法和***
技术领域
本发明涉及地下含烃水合物储层中烃的生产。
背景技术
当水和某些气体分子放在一起时，在较高压力和较低温度的适宜条件下，就会形成天然气水合物(NGH或天然气的笼形水合物)。在这些条件下，“主”水分子将形成笼或格结构，在内部捕集“客”气体分子。大量气体通过这种机理密集在一起。例如，一立方米的甲烷水合物包含0.8立方米的水，并通常包含164立方米、有时高达172立方米的甲烷气。虽然世界上自然存在的最普通的笼形化合物是甲烷水合物，但是，其他气体也会形成水合物，包括烃气、诸如乙烷和丙烷，以及非烃类气体、诸如二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S)。
NGH自然存在，并且广泛存在于水深通常在中纬度到低纬度大于500米(1600英尺)、在高纬度大于150-200米(500-650英尺)与北极、高山地区和大陆边缘有关的深层永久冻结带中。水合物稳定区域的厚度随温度、压力、水合物形成气体的组分、下层地质条件、水深和其他因素而变化。
甲烷水合物的天然气全球蕴藏量估计接近700000万亿立方英尺——相比人们目前已经探明的天然气储量5500万亿立方英尺，这是一个大得惊人的数字。
迄今为止，大部分甲烷水合物研究已经集中在基础研究以及水化物沉积物的检测和表征上。商业上可行并且环境上可接受的提取方法仍然处开发初期。开发安全、成本低廉的用于生产甲烷水合物的方法对于水合物沉积物的开采来说仍是一个重大技术挑战和经济挑战。
水合物分解是一个强吸热过程(即，为了进行分解，水合物必须从周围环境中吸取热量)。从周围地质地层中可获得的热量通常是有限的，并且热流速率通常很慢。对于水合物生产，最初的想法是设置专门的外部加热源(例如蒸汽锅炉)，将热量(例如热水或蒸汽)喷射到水合物储层中，以便提供热源来支撑吸热分离过程，并由此提供高的烃生产率。这一般被称为热增产处理。当时的经济分析是以在专门机械中产生蒸汽或热水的成本为基础，但表明这种技术是不经济的。从那以后的研究已经转向利用减压(与地球本身提供的吸收热一起)进行水合物储层开采。可理解的是，这比通过直接加热(热增产处理)获得的生产率低，这是因为热量流入受到上述地质条件的限制。
发明内容
本申请公开了一种从载烃地下水合物储层生产烃的方法。从物理上紧邻但其他方面无关的设施或设备捕集废热，并将废热传送至一流体，以形成加热的流体。加热的流体被传送至载烃水合物地层，并将热量传送至水合物储层中所含的水合物，使得水合物分解成天然气和水。分解的天然气和水被输送到一生产设施，在这里对天然气进行处理。可以喷射在水合物地层中的加热的流体的例子，举例来说，包括但不限于：热淡水或热咸水、蒸汽、热烃气或热液体、CO2或氮气。
在一个实施例中，废热是在陆地上或水体表面上或水体表面附近的热量产生设施中所产生的热量。举例来说，这样的热量产生地面设施可以包括气转液(GTL)厂、液化天然气(LNG)厂、电厂或发电厂、以及由从地下储层生产其他常规或非常规烃的陆上或海上设施，但本申请不于此。短语“非常规烃”表示例如含气页岩、低渗透气、煤层甲烷、油页岩和油砂。
在另一替换方案中，废热从地下地层产生。例如，废热可以通过地下地热井生成。另一个替换方案是，利用从来自烃生产储层的产出流体捕集的废热。理想的是，来自产出流体的废热被传送到如下流体，即该流体被喷射到水合物储层中以诱使水合物分解。也可以直接喷射产出流体。
本申请还公开了一种用于从含烃地下水合物储层生产天然气的***。该***包括：形成废热的地面设施；流体，其由废热加热以生成加热的流体；含烃水合物储层；第一管道，其携带加热的流体至含烃水合物储层，使得水合物分解成天然气和水；第二管道，用于将来自含烃水合物储层的分解的天然气和水输送至一生产设施。这样的地面设施的非限制性的例子可以包括气转液(GTL)厂、液化天然气(LNG)厂、发电厂、以及由从地下储层生产其他常规或非常规烃的陆上或海上设施。
作为选择，本申请描述了一种***，其包括地下废热源，而不是地面设施。作为一个例子，地下废热源可以是地热源加热的岩石。作为另一个例子，地下废热源可以是烃生产储层，被加热的流体是水，其从烃生产储层的产出流体中接收热量。例如通过使用热交换器，可将热量从产出流体传送至待再喷射以使水合物分解的流体。也可以直接喷射产出流体。
附图说明
参照下文的描述、附带的权利要求以及附图，本发明的这些及其他目标、特征和优点将变得更加透彻，其中：
图1是第一实施例的示意图，其中来自地面设施的废热被输送至水合物储层，并用于提高来自水合物储层的烃采收；和
图2是第二实施例的示意图，其中来自地热井和地下地层的热量用来提高水合物储层的烃采收。
具体实施方式
可利用的废热用作提供热增产处理的源是非常有利的。该废热可以，例如，经由热交换器来自生产设施的发电***、压缩机，或者来自于常规或非常规油气生产。非常规油气生产表示例如含气页岩、低渗透气、煤层甲烷、油页岩和油砂。大的废热源可以例如通过同地设置的发电厂或化工厂提供，例如气转液(GTL)厂或液化天然气(LNG)厂。与GTL厂的同地设置尤其有益，因为GTL处理放热高，并且GTL厂需要大量供应甲烷，不但用作燃料，也用作原材料。GTL厂产生大量废热，而这些废热将导入水合物储层，由此高速率产生大量甲烷气来供应GTL厂。如果水合物储层地理上远离潜在的用户，则与GTL同地设置会产生另外的相互促进的好处。与天然气相比，GTL产品(合成液体燃料)更加容易从偏远的地方输送。同样的原理也适用于LNG厂。
而且，水合物储层中′热沉′的可利用性意味着：由于可能消除或至少减少传统设备、即冷却***(冷却塔和／或翅片式风扇热交换器)的尺寸，这样可以降低GTL厂构建和运行成本。
并且，在水合物分解期间析出并在水合物生产期间生产至地面的大量淡水可被利用而输送至GTL或LNG厂，用作热交换的流体。
图1显示了用于从水合物地层22生产烃的***20的第一实施例。覆盖地层28处于水合物地层22上方，充当一顶部密封，并提供有限的地热以支撑水合物地层22的吸热分解。位于水合物地层22下方的是支撑地层30，其提供大部分地热以支撑水合物地层22的吸热分解。沙漏状分解区域26形成在生产井36与水合物地层22之间。生产井36可以为竖直方向(如图所示)或任何其他方向。生产井36提供环绕生产井36的低压区域，其使水合物地层22中的水合物分解并流入井眼。为提高水合物地层22中水合物的分解，若干喷射井34向水合物地层22供应加热的流体，例如热水或蒸汽。理想的是，热量进入水合物地层22，并通过天然气水合物地层22的分解形成天然气和水。喷射井34可以终止于水合物储层或延伸至更深的带有包含乏热流体特征的地体(geobody)。
流体经由生产井36从分解区域26传送。理想的是，产出流体被分离器40分离，并传送到烃输送管路42和水输送管路44，以进一步处理、储存、运输、或用作厂50、60、70或80的热交换流体。
理想地，加热的流体可以来自其他热量不容易处置的源。作为一个例子，利用来自气转液(GTL)厂50的废热，经由热交换器或管道(未显示)，可以向水合物地层22提供热激励。第二示例性实施例可以利用来自液化天然气(LNG)厂60的废热，经由热交换器和管道(未显示)，向水合物地层22提供热激励。第三示例性实施例，可以利用来自发电厂70(例如燃气汽轮机厂或气轮机热电厂)的废热，经由热交换器和管道(未显示)，向水合物地层22提供热激励。第四示例性实施例，采用从油和／或气生产设施或结构80(例如从发电***、压缩机或产出气和油冷却器)经由加热的水传送的热量，经由热交换器和管道(未显示)，向水合物地层22提供热激励。
加热的流体向水合物地层22内的喷射可以通过例如利用泵40或通过重力流动实现。
图2示出了向含烃水合物储层122供应热量的其他替换方案。水合物储层122界定大体上沙漏状的分解区域126，生产井136穿过该分解区域126。分解区域126包含烃和水以及从水合物储层122释放的其他成分。生产井136将水和烃输送至分离器140。水和烃被分离，并通过烃管道142和水管道144输送。
可以分接位于水合物储层122上方或下方的地热源150，以获得热水源。然后热水返回到地面，在这里通过喷射井134向下泵送至水合物地层122内。来自水的热量有助于水合物地层122中烃和水的分解，并有助于到分解区域126的释放。作为选择，热水可以通过辅助管道132直接传送至井134，不需要首先返回到地面。否则，来自热水或蒸汽的热量可以流过待喷射的流体或者与之互换。
作为另一个向水合物储层122供应热量的可利用的热源，产烃储层260将热的产出流体输送至生产井262。产出流体，即烃，例如油和天然气，与产出水一起，沿着生产井262向上流到装有分离器280的平台。产出流体再被分离成烃和水，经由管道282和284排出。在生产井262的管道周围可形成热交换器280。在地面上生成的水，或者其他可利用的，例如海水，可以向下流到热交换器280的下部分，并使得水沿着水合物储层122向上流。生产井262中来自产出流体的热量从热交换器传送至流过的水，然后传送至水合物地层122。从储层260引入的“废热”再用来通过诱导水合物分解提高水合物地层122的生产。
虽然在上文中已经就某些优选实施例描述了本发明，并且为了说明已经阐述了许多细节，但是，对本领域技术人员来说，显而易见，本发明易于改变，而且再次所述的某些其他细节可以改变很大，这都不会脱离本发明的基本原理。

Claims (15)

1.一种从载烃地下储层生产烃的方法，该方法包括：
(a)在载烃地下储层中形成呈沙漏状的分解区域；
(b)捕集废热，并将废热传送至流体，以形成加热的流体；
(c)将加热的流体输送至载烃地下储层，并将热量传送至载烃地下储层所包含的水合物，使得水合物分解成天然气和水；和
(d)将分解的天然气和水输送至一生产设施，在这里对天然气进行处理。
2.如权利要求1所述的方法，其中：捕集的废热是地面产热设施产生的热量。
3.如权利要求2所述的方法，其中：废热由气转液厂产生。
4.如权利要求2所述的方法，其中：废热由液化天然气厂产生。
5.如权利要求2所述的方法，其中：废热由发电厂产生。
6.如权利要求2所述的方法，其中：废热由用于从地下储层生产其他常规烃或非常规烃的陆上或海上设施产生。
7.如权利要求1所述的方法，其中：废热从地下地层产生。
8.如权利要求7所述的方法，其中：废热由地下地热井生成。
9.如权利要求7所述的方法，其中：废热是从来自烃生产储层的产出流体捕集的热量。
10.如权利要求7所述的方法，其中：来自产出流体的废热被传送到向水合物储层内喷射的水中。
11.一种用于从地下储层生产天然气的***，该***包括：
(a)含烃水合物储层；
(b)在含烃水合物储层中形成呈沙漏状的分解区域，用于连接第一管道和第二管道；
(c)产生废热的地面设施；
(d)流体，其由废热加热，以生成加热的流体；
(e)第一管道，其输送加热的流体至含烃水合物储层，使水合物分解成天然气和水；和
(f)第二管道，其输送来自所述含烃水合物储层的已分解的天然气和水至生产设施。
12.如权利要求11所述的***，其中：地面设施是气转液厂和液化天然气厂中的一个。
13.如权利要求11所述的***，其中：地面设施是发电厂。
14.如权利要求11所述的***，其中：地下废热源是由地热源加热的岩石；和
所加热的流体是从加热的岩石和地面设施接收热量的水。
15.如权利要求11所述的***，其中：地下废热源是来自烃生产储层的产出流体中的热量；以及
所加热的流体是从产出流体和地面设施接收热量的水。
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