[发明专利]零排放蒸汽发生方法

说明书

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。