从地下的含烃地层中采收烃的方法本申请要求在2008年4月18日申请的美国临时申请61/046136
的优先权，该申请在此全文引入作为参考。
技术领域
本发明涉及从地下的烃地层中采收烃的方法。
背景技术
由地下地层得到的烃通常用作能源、原料和消费品。对可获得的
烃资源枯竭的担心导致开发了更有效的采收、处理和/或利用可获得的
烃资源的方法。
可以按多种方法处理烃地层以产生地层流体。例如，对烃地层应
用热、气体和/或液体以移动和/或产生地层流体，这种方法已经用于
更有效地从烃地层中采收烃。
燃烧化石燃料和所得的燃烧副产物可以采用来加热地层。燃烧可
以在地层中、井中、和/或地面附近进行。化石燃料的燃烧产生燃烧副
产物二氧化碳。二氧化碳被认为具有较低的经济价值，和被认为对“温
室效应”有贡献。化石燃料燃烧的排放物如二氧化碳可以进行处理和/
或隔离于地层中。例如化石燃料燃烧产生的废气已经用于置换地下地
层中的重油和沥青，从而强化重油和沥青的采收。
硫化合物的燃烧也已用于加热烃地层，其中含硫的燃烧产物可以
用作驱动流体，从而更有效地由烃地层中生产烃。Rollmann的US
4,379,489描述了一种从地下贮层采收重油的方法，所述方法包括在
地下在含氧气体中燃烧液体硫，从而形成二氧化硫。二氧化硫可以用
作采收油的驱动流体，或者可以在地层中与石灰石反应以形成二氧化
碳，而二氧化碳为替代的驱动流体。含氧气体的压力维持在足够的压
力，以使二氧化硫保持为液态。
希望有一种在不产生大量二氧化碳的情况下有效的、成本有效的
处理烃地层以更有效地从烃地层中采收烃的方法。
发明内容
本发明涉及一种处理含烃地层的方法，所述方法包括：向含烃地
层外部的一个或多个地面设施提供包含硫化氢的燃料；在氧化剂存在
下在至少一个地面设施中燃烧至少一部分包含硫化氢的燃料，从而产
生至少一种包含一种或多种硫氧化物的燃烧副产物物流；使至少一部
分包含一种或多种硫氧化物的燃烧副产物物流与水接触以产生热；和
将燃烧副产物物流与水接触产生的热传递给含烃地层。
附图说明
对本领域技术人员来说，借助于如下对优选实施方案的详细描述
并参考所附附图，本发明的优点将会变得很明显，其中：
图1描述了处理由烃地层产生的地层流体的示意性实施方案。
图2描述了与蒸汽注入井组合应用含硫氧化物物流加热一部分烃
层的代表性实施方案。
图3描述了与蒸汽注入井组合应用引入含硫氧化物物流的井加热
一部分烃层的代表性实施方案。
虽然本发明容许各种修改和替代形式，但是其具体的实施方案通
过图中的实施例的方式给出和可能在此详细描述。附图可能不是按比
例的。但应该理解这些图及其详细描述并不用于将本发明限定于所公
开的特定形式，相反，本发明将覆盖在由所附权利要求定义的本发明
实质和范围内的所有的修改、等价物和替代物。
具体实施方式
本发明涉及何烃地层提供地下热，其中所述热通过燃烧包含硫化
氢的燃料物流产生，和将至少一部分所述燃烧热传递给烃地层。由于
燃料物流是硫基的，燃烧燃料物流的含硫组分避免了二氧化碳的产生，
相对于应用主要由烃组成的燃料物流的方法而言，减少了加热方法的
二氧化碳总产量。通过向烃地层注入包含硫氧化物的燃烧副产物物流，
为烃地层提供附加的热，其中通过使燃烧副产物物流中的硫氧化物与
水混合产生溶解热。与燃烧副产物物流混合的水可以与燃烧副产物物
流一起提供给烃地层，或者可以存在于烃地层中。
通过燃烧过程氧化硫化氢产生硫酸的方法可以产生类似于甲烷燃
烧的热值。例如应用Stull等人在“The Chemical Thermodynamics of
Organic Compounds”，Kreiger Publishing Company，Malabar
Florida，1987，第220、229、230、233和234页中的数据，可以计
算甲烷和硫化氢燃烧的反应热焓。甲烷燃烧产生副产物二氧化碳，按
如下反应式表示：
CH4+2O2→CO2+2H2O(ΔHrxn＝-191.2kcal/mol 600°K).
与之相对比，硫化氢氧化(燃烧)形成硫酸具有按如下反应式表示
的计算反应热焓：
H2S+2O2→H2SO4(ΔHrxn＝-185.4kcal/mol 600°K).
在水中混合硫酸由于硫酸在水中的溶解热而产生更多的热，由下
式表示：
H2SO4+H2O→50wt％H2SO4(ΔHdil＝-14.2kcal/mol 298°K).
取决于产生硫酸所应用的水量，硫化氢燃烧和硫酸溶解产生的热
量的总量可以为-185kcal/mol至-206kcal/mol。因此，按照本发明
方法，硫化氢代替甲烷作燃料燃烧可以用于为烃地层提供热，提供的
热量可与甲烷燃烧相当，但是不产生二氧化碳。另外，在本发明方法
中应用含硫化氢的燃料提供了一种处理来自其它过程(例如酸气和/或
加氢处理流出物物流)的废硫化氢的方法，但是不产生元素硫。
这里所应用的术语定义如下：
“API比重”指在15.5℃(60℉)下的API比重。API比重由ASTM
方法D6822或ASTM方法D1298测定。
“ASTM”指美国标准测试和材料(American Standard Testing and
Materials)。
“地层”包括一层或多层含烃层、一层或多层非烃层、上覆地层
和/或下伏地层。“烃层”指在地层中含有烃的层。烃层可以含有非烃
材料和烃材料。“上覆地层”和/或“下伏地层”包含一种或多种不同
类型的不可渗透材料。在一些情况中，上覆地层和/或下伏地层可以略
微可渗透。
“地层流体”指在地层中存在的流体，和可以包含高温裂解流体、
合成气、流动烃和水(蒸汽)。地层流体可以包括烃流体和非烃流体。
术语“流动流体”指含烃地层中因地层处理而能够流动的流体。“产
生的流体”指从地层中脱除的流体。
“加热器”为在井中或井孔区域附近产生热的任何系统或热源。
加热器可以为电加热器、烧嘴、与地层中的材料或由地层中产生的材
料发生反应的燃烧器和/或它们的组合，但不局限于此。
“重烃”为粘稠的烃流体。重烃可以包括非常粘稠的烃流体如重
油、焦油和/或沥青。重烃可以包含碳和氢以及较低浓度的含硫、氧和
氮的化合物。在重烃中也可能存在附加的元素(例如镍、铁、钒或它们
的混合物)。重烃可以按API比重分类。重烃的API比重通常低于约
20。例如，重油的API比重通常为约10-20，而焦油的API比重通常
低于约10。重烃的粘度在15℃下通常为至少100厘泊。重烃可以包含
芳烃或其它复杂环状烃。
“烃”一般定义为主要由碳和氢原子形成的分子。这里所应用的
烃还可以包括金属元素和/或其它包含但不局限于卤素、氮、氧和/或
硫的化合物。含有硫的烃化合物被称为“有机硫化合物”。烃可以为
油母质、沥青、焦沥青、油、天然矿物蜡和沥青质，但不局限于此。
烃可以位于地下的矿物基质内或附近。基质可以包括但不限于沉积岩、
砂岩、沉积石英岩、碳酸盐、硅藻土和其它多孔介质。“烃流体”指
包含烃的流体。烃流体可以包含、夹带非烃流体或被夹带于非烃流体
中，如氢、氮、一氧化碳、硫氧化物、羰基硫、二氧化碳、硫化氢、
水、氨或它们的混合物。
正如这里所应用的，当两个或更多个设备被描述为“操作上相连
的”时，所述设备被定义为直接或间接相连，以允许所述设备间直接
或间接的流体流动。在“操作上相连的”定义中所应用的术语“流体
流动”指气体或流体的流动。正如在“操作上相连的”定义中所应用
的，术语“间接流体流动”指流体或气体在所定义的两个设备间的流
动可以被导引通过一个或多个附加的设备，从而当流体或气体在两个
定义的设备间流动时，改变流体或气体的一个或多个方面。在间接流
体流动中可能改变的流体或气体的方面包括物理特性，例如气体或流
体的温度或压力，和/或气体或流体的组成，例如通过分离气体或流体
的组分，例如通过从包含蒸汽的气体物流中冷凝出水等。
“氧化剂”指适于支持燃烧的化合物。氧化剂的例子包括空气、
氧、和/或富氧空气。“富氧空气”指空气中氧的摩尔分率大于常压下
空气中氧的摩尔分率。空气通常被富集以增加空气支持燃烧的能力。
“焦油”是一种在15℃下粘度通常大于约10,000厘泊的粘稠烃。
焦油的比重通常大于1.000。焦油的API比重可能小于10。
“焦油砂地层”指其中烃主要以夹带在矿物颗粒结构或其它宿主
岩石(如砂或碳酸盐)中的重烃和/或焦油形式存在的地层。焦油砂地层
的例子包括阿萨巴斯卡地层、Grosmont地层和皮斯河地层，以上三者
均在加拿大的阿尔伯达省；和委内瑞拉奥里诺科河带中的Faja地层。
“水”指水的液相和气相。例如水、水蒸汽和过热蒸汽。
在本发明的方法中，向含烃地层提供热。向产烃地层外部的一个
或多个地面设施提供包含硫化氢的燃料，并在氧化剂存在下在所述的
一个或多个地面设施中燃烧，从而产生包含一种或多种硫氧化物的燃
烧副产物物流。使至少一部分所述的燃烧副产物物流与水接触产生溶
解热，并将所产生的热传递给烃地层。通过使热的燃烧副产物物流与
烃地层接触或者将热的燃烧副产物物流的热传递给水和然后使加热的
水与烃地层接触，从而也可以将包含硫化氢的燃料燃烧产生的热传递
给烃地层。提供给烃地层的热可以用于驱动地层流体，从而可以从烃
地层收集和产生地层流体。
可以与本发明方法一起应用驱动方法来处理烃地层，并移动和驱
动地层流体至生产井，从而可以从烃地层采收地层流体。驱动方法可
以包括蒸汽注入方法如循环蒸汽注入、蒸汽辅助重力排油、溶剂注入、
或蒸气溶剂和蒸汽辅助重力排油、或二氧化碳注入，但不局限于此。
在本发明方法中应用的包含硫化氢的燃料可以包含1-100vol％、
或3-90vol％、或10-80vol％、或20-50vol％的硫化氢；或至少1vol％、
或至少5vol％、或至少10vol％、或至少20vol％、或至少25vol％、或
至少30vol％的硫化氢。物流中的硫化氢含量可以应用ASTM方法D2420
测量。包含硫化氢的燃料物流可以含有烃(如甲烷和乙烷)和/或氢。包
含硫化氢的燃料物流可以包含其它含硫化合物，如硫氧化物和有机硫
化合物，包括甲基硫醇、噻吩、噻吩化合物、二硫化碳和羰基硫。包
含硫化氢的燃料物流每克燃料可以含有至少0.1克或至少0.3克或至
少0.5克或至少0.7克或至少0.9克硫原子，按ASTM方法D4294测量。
包含硫化氢的燃料物流可以与元素硫混合用于在氧化剂存在下燃
烧。将包含硫化氢的燃料物流和元素硫混合用于燃烧为形成与水混合
以为烃地层提供溶解热以及附加的燃烧热的硫氧化物提供了附加的
硫，所述燃烧热按下式表示：
S+O2→SO2(ΔHrxn＝-72.8kcal/mol 600°K).
另外，在本发明的方法中元素硫与包含硫化氢的燃料物流组合燃
烧提供了一种处理元素硫的方法，其中所述元素硫可以由处理含硫烃
的累积。
包含硫化氢的燃料物流也可以与烃燃料物流混合用于在氧化剂存
在下燃烧。烃燃料物流可以包含气态烃，和可以包含甲烷、乙烷、丙
烷和丁烷。
在本发明的方法中，包含硫化氢的燃料物流利用其发生燃烧的氧
化剂是含氧气体或液体。氧化剂优选选自压缩空气、富氧空气或氧气。
在本发明的方法中，可以通过传统空气压缩方法压缩空气而提供压缩
空气作为氧化剂，例如，使空气流过透平压缩机可以压缩空气。富氧
空气可以含有比空气多0.5-15vol％的氧气，可以通过压缩空气并使
压缩后的空气流过能增加空气中氧含量的膜而产生。通常传统的空气
分离技术可以提供氧气作为氧化剂。
其中在氧化剂存在下燃烧包含硫化氢的燃料物流的地面设施可以
是用于实施包含烃的燃料物流燃烧的任何常规设施，所述设施配备用
于处理硫化氢燃烧。地面设施可以包括一个或多个常规的燃烧反应器，
在其中可以将包含硫化氢的燃料物流和氧化剂混合，和可以将燃烧反
应器的温度升至高于混合物的自动点火温度，从而引发混合物燃烧。
地面设施位于烃地层的外部，通过与所述地层气体或液体连通而
在操作上与所述烃地层相连，从而燃烧副产物可以从地面设施输送至
烃地层。地面设施也可以与烃地层热连通，从而包含硫化氢的燃料物
流与氧化剂燃烧产生的热可以提供给烃地层。在一个实施方案中，在
一个或多个地面设施中的一个或多个燃烧反应器通过延伸入烃地层的
井孔与烃地层以气体或液体连通方式而在操作上相连，和与烃地层以
气体或液体连通方式而在操作上相连。
在本发明的方法中，包含硫化氢的燃料物流在氧化剂存在下燃烧
产生包含硫氧化物的燃烧副产物物流。在一些实施方案中，燃烧副产
物物流包含1-100vol％、或3-90vol％、或10-80vol％、或20-50vol％
的硫氧化物，或者至少1vol％、或至少5vol％、或至少10vol％、或至
少20vol％、或至少25vol％、或至少30vol％的硫氧化物。燃烧副产物
物流可以包含硫化氢、二氧化硫、三氧化硫、氮气、氮氧化物、二氧
化碳、羰基硫、有机硫硫化合物、水和/或氧气，但不局限于此。
在燃烧的过程中可以控制总硫与氧化剂的比。通过选择相对于所
存在的氧化剂量的总硫量(来自包含硫化氢的燃料和任选来自元素
硫)(以硫原子与氧原子的比为基准，或者按化学计量基准)，并调节总
硫量为所选量，可以控制所产生的燃烧副产物(例如硫化氢、二氧化硫
和/或三氧化硫)的组成。可以控制包含硫化氢的燃料物流的量，可以
控制元素硫的量，和/或可以控制氧化剂物流的量，从而产生用于燃烧
的选定比的总硫与氧化剂，产生优选的燃烧副产物物流组成。
可以以一定的方式控制提供给本发明方法用于燃烧的包含硫化氢
的燃料物流、元素硫和氧化剂物流的量，使得燃烧产生的燃烧副产物
物流中主要为三氧化硫。为了产生富含三氧化硫的燃烧副产物物流，
可以控制总硫与氧化剂的比，从而相对于在包含硫化氢的燃料物流和
元素硫中的总硫量而言，燃烧过量的氧化剂。燃烧贫硫的总混合物产
生多于二氧化硫的三氧化硫作为燃烧副产物。三氧化硫可以在烃地层
中与水反应形成硫酸。三氧化硫可以很容易转化为硫酸，因此可以产
生溶解热，且与所燃烧的总硫量相对于氧化剂的量为化学计量量或不
足量时相比更迅速地传递给烃地层。
替代地，可以以一定的方式控制提供给本发明方法用于燃烧的总
硫量和氧化剂量，使得燃烧产生的燃烧副产物物流中主要为二氧化硫。
为了产生富二氧化硫的燃烧副产物物流，可以控制硫化氢和元素硫与
氧化剂的比，从而相对于总硫量燃烧不足量的氧化剂。相对于氧化剂
应用过量的总硫将产生富含二氧化硫且还含有硫化氢的燃烧副产物物
流，和允许硫化氢和/或二氧化硫被引入含烃地层的层内。一部分硫化
氢和/或二氧化硫可以与至少一部分地层流体接触并溶剂化和/或溶解
地层流体中的部分重烃。溶剂化和/或溶解至少部分重烃可以促进重烃
向生产井中移动。另外，向地层流体中引入至少部分包含二氧化硫的
燃烧副产物物流可以增加地层中施加给烃流体的剪切速率，并降低地
层内非牛顿烃流体的粘度。二氧化硫也可以驱动地层流体流向生产井。
因此向地层中引入富含二氧化硫的燃烧副产物物流可以增加一部分开
采用地层，并可以增加地层能量输出(产自地层的产品的能量含量)与
地层能量输入(处理地层的能量消耗)之间的比。
在另一个替代方案中，可以控制提供给本发明方法用于燃烧的总
硫量和氧化剂量，以提供化学计量等价量的总硫和氧。燃烧化学计量
量的硫化氢和氧可以按如下反应主要产生二氧化硫和水作为燃烧副产
物：
H2S+1.5O2→SO2+H2O(ΔHrxn＝-124kcal/mol 600°K).
除了燃烧硫化氢得到的热值外，向烃地层引入加热后的二氧化硫/
水燃烧副产物物流可以促进从地层中采收烃。来自二氧化硫的热可以
将热传递给地层中的流体，和加热后的流体可以流向生产井。另外，
正如上文所讨论的，燃烧副产物物流中的二氧化硫可以降低烃地层中
烃地层流体的粘度，和因而增加了可从地层中采收的烃量。二氧化硫
的溶解热虽然少于硫酸的溶解热，但也可以传递给烃地层中的地层流
体，从而使地层流体移动。
燃烧副产物物流与水接触产生热，而热传递给烃地层。燃烧副产
物物流与水接触产生溶解热。燃烧副产物二氧化硫、三氧化硫和通过
三氧化硫与水接触形成的硫酸在与水混合时将会产生溶解热。另外，
包含硫化氢的燃料物流与氧化剂的燃烧热通过使热的燃烧副产物物流
与水接触而传递给水，从而形成蒸汽或过热蒸汽，然后所述蒸汽可以
与烃地层接触而将热提供给烃地层。如果需要，来自其它燃烧过程如
含烃燃料燃烧产生的热的燃烧副产物可以与包含硫化氢的燃料燃烧产
生的燃烧副产物物流混合，从而为烃地层提供附加的热。
与燃烧副产物物流接触以产生热的水可以为在烃地层中存在的
水，或者可以为与燃烧副产物物流一起提供给烃地层的水。在一个优
选的实施方案中，所述水为通过蒸汽注入方法提供给烃地层的蒸汽，
其中将蒸汽和燃烧副产物物流通过井孔注入一部分烃层中。
燃烧副产物物流可以与水一起或单独在一定压力下注入到一部分
含烃地层中。燃烧副产物物流的压力可以为至少6MPa、至少10MPa或
至少12MPa或者等于地层的压力，或者可以将燃烧副产物物流加压至
上述压力，和在该压力下通过井或蒸汽注入井注入烃地层。可以将燃
烧副产物物流引入位于烃地层表面下方约100、200、500、1000、1500、
2500、5000或10000米深度处的一个或多个井中。在较浅的深度加热
含烃地层可以采收通过常规烃采收方法不容易采收的烃。
在本发明方法的一个实施方案中，结合蒸汽注入方法，将燃烧副
产物物流注入一部分烃地层。蒸汽注入方法可以包括蒸汽驱动、循环
蒸汽注入、SAGD或将蒸汽注入烃地层的其它方法。燃烧副产物物流可
以与水/蒸汽一起通过一个或多个井注入一部分烃地层，和/或燃烧副
产物物流和水/蒸汽可以在单独的井中注入到一部分烃地层中，从而使
燃烧副产物在烃地层中与所注入的水混合。
在本发明方法的一个实施方案中，包含硫氧化物的燃烧副产物物
流和任选的水/蒸汽可以与二氧化碳组合，并被引入到烃地层中。与蒸
汽和/或二氧化碳组合引入包含硫氧化物的燃烧副产物物流可以在烃
层中提供热和/或足以驱使重烃移动。
通过反应热、溶剂化热、传导热或对流热可以将热传递至地层流
体(包含水)、至引入地层中的流体和/或至一部分含烃地层。引入到地
层中的流体和/或燃烧副产物物流可以将热传递给至少一部分含烃地
层和/或地层流体。
当不可冷凝的不混溶气体如氮气与地层流体和/或含烃地层接触
时可能发生对流热传递。当氧化剂物流由压缩空气或富氧空气形成时，
燃烧副产物物流可能包含氮气。当过热的混溶性溶剂蒸汽(如硫化氢、
二氧化碳和/或二氧化硫蒸气)与地层流体和/或含烃地层接触时，也可
能发生对流热传递。当过热的不混溶性溶剂蒸汽如水与地层流体和/
或含烃地层接触时，也可能发生对流热传递。
当热的液体蒸汽凝液与地层流体和/或含烃地层接触时，可能发生
传导热传递。当热的液体混溶性溶剂(如硫化氢、二氧化碳和/或二氧
化硫)与地层流体和/或含烃地层接触时，可能发生传导热传递。
当一种化合物与另一种化合物反应时，可能发生反应热的热传递。
例如，硫氧化物在含烃地层中与液体水和/或在井中与水/蒸汽形成溶
液，产生反应热。当氧与烃或硫化合物反应形成碳氧化物或硫氧化物
时，也会产生反应热。
当至少一种组分在溶剂中溶解时，可以产生溶解热。例如，当硫
酸在水中溶解时会产生热。
传递给烃地层的热可以使地层流体移动。一个或多个生产井可以
位于一定位置用来收集移动的地层流体，从而可以从烃地层采收地层
流体。
在本发明方法的一个实施方案中，包含硫化氢的燃料物流可以产
自烃地层，优选通过燃烧包含硫化氢的燃料物流加热烃地层。图1描
述了处理产自烃地层的地层流体的示意图。可以通过从产自含烃地层、
贮气层、地面设施或它们的组合的地层流体中分离硫化氢而获得包含
硫化氢的燃料物流。从烃层102生产的地层流体100进入流体分离单
元104，和分离为液体物流106、气体物流108和含水物流110。液体
物流106可以被输送至其它处理单元和/或贮存单元。气体物流108
可以包含烃、羰基硫、硫氧化物、硫化氢、有机硫化合物、氢气、二
氧化碳或它们的混合物，但不局限于此。气体物流108可以进入气体
分离单元112，以从气体物流中分离出气体烃物流114。在气体分离单
元112中，处理气体物流108从气体烃物流114中分离出至少一部分
硫化氢物流116、至少一部分二氧化碳物流118、至少一部分二氧化硫
物流120和/或至少一部分氢气物流122。气体分离单元可以处理来自
贮层、气田的气体和/或来自其它地面设施的废物流。
气体分离单元112可以包括物理处理系统和/或化学处理系统。物
理处理系统包括膜单元、变压吸附单元、液体吸收单元和/或低温单元，
但不局限于此。化学处理系统可以包括在处理工艺中应用胺(如二乙醇
胺或二异丙醇胺)、氧化锌、环丁砜、水或它们的混合物的单元。在一
些实施方案中，气体分离单元112应用Sulfinol气体处理工艺脱除硫
化合物。二氧化碳可以应用Catacarb![]()
(Catacarb，Overland Park，
Kansas，U.S.A.)和/或Benfield(UOP，Des Plaines，Illinois，U.S.A.)
气体处理工艺进行脱除。气体分离单元可以为精馏吸附和高压蒸馏单
元。二氧化碳物流118可以被隔离和/或用作驱动流体。气体烃物流
114和/或氢气物流122可以用作燃料。例如，可以燃烧气体烃物流114
和/或氢气物流122以加热水或驱动透平来发电。气体烃物流114可以
在井下加热器中用作燃料，以加热蒸汽和/或地层的层。
气体分离单元112可以应用可再生方法从气体物流中脱除硫氧化
物。在这种方法中，至少一部分气体物流108与从物流中吸附至少一
部分二氧化硫的材料和/或化合物接触。可以处理吸附剂以释放二氧化
硫，从而形成二氧化硫物流120。二氧化硫物流120可以包含二氧化
硫和一些三氧化硫。在一些实施方案中，应用Johnson等人的美国专
利US 5,480,619中描述的方法和/或Cansolv![]()
SO2洗涤系统(Cansolv
Technologies，Montreal Canada)从气体物流108中分离出二氧化硫
物流120。二氧化硫物流120可以含有至少50vol％、至少80vol％或至
少99vol％的二氧化硫。物流中的二氧化硫含量可以应用ISO方法7935
测量。二氧化硫物流120可以被贮存和/或与一个或多个物流组合，从
而形成浓缩的二氧化硫物流。
硫化氢物流116可以被贮存和/或与一个或多个物流组合，从而形
成浓缩的硫化氢物流。硫化氢物流116可以包含1vol％至约100vol％、
3-90vol％、10-80vol％或20-50vol％的硫化氢。物流中的硫化氢含量可
以用ASTM方法D2420测量。在一些实施方案中，硫化氢物流116包含
烃(例如甲烷和/或乙烷)和/或氢气。至少一部分硫化氢物流116可以
用作井下加热器的燃料。
可以干燥硫化氢物流116以脱除水分。例如，通过使硫化氢物流
与乙二醇接触脱除水可以使硫化氢物流116干燥。
至少一部分硫化氢物流116进入燃烧器126。至少一部分气体物
流108、至少一部分烃物流114和/或至少一部分二氧化碳物流118可
以进入燃烧器126。在燃烧器126中，硫化氢物流116、气体物流108、
烃物流114或它们的混合物可以与氧化剂物流124反应，以产生热量
和燃烧副产物物流128。在一些实施方案中，不用气体物流108、烃物
流114和/或二氧化碳物流118。
燃烧副产物物流128包含一种或多种硫氧化物。燃烧副产物物流
128可以包含二氧化硫、三氧化硫、硫化氢、氧气和/或氮气。在一些
实施方案中，至少一部分二氧化硫物流120可以与一部分燃烧副产物
物流128组合从而形成富含二氧化硫的物流。
元素硫可以与硫化氢物流116一起燃烧。元素硫可以提供给燃烧
器和/或可以与硫化氢物流116组合，和可以在燃烧器126中与硫化氢
物流116一起燃烧，以形成燃烧副产物物流128。在一些实施方案中，
在燃烧器126中燃烧的组合的硫化氢物流和元素硫按每克组合的硫化
氢物流116和元素硫计含有至少0.1克、至少0.3克、至少0.5克、
至少0.7克、至少0.9克或至少0.99克原子硫，按ASTM方法D4294
测量。
燃烧器126产生的热可以用于加热水，产生包含蒸汽的物流。所
述物流可以用于驱动过程。燃烧包含硫化氢的燃料可能产生至少25％
加热包含蒸汽的物流所需的热。在一些实施方案中，加热用于驱动工
艺、其它地面设施工艺、其它烃采收工艺或它们的组合的水所需要的
至少25％、至少50％、至少75％、至少95％或所有的热通过燃烧包含硫
化氢的物流116和任选的元素硫的燃料来产生。
在一些实施方案中，处理含烃地层的方法包括在一个或多个地面
设施中燃烧按每克燃料计硫含量为至少0.1克原子硫的燃料，以产生
至少一个燃烧副产物物流。燃烧副产物物流包含一种或多种硫氧化物。
向至少一部分含烃地层提供至少一部分硫氧化物物流。将包含蒸汽的
物流提供给含烃地层中的多个井孔。至少一部分硫氧化物物流与至少
一部分提供给烃地层的蒸汽和/或地层中的水接触以产生热。
可以控制待注入的燃烧副产物物流128的组成。在一些实施方案
中，待注入的燃烧副产物物流128的组成可以通过混合各种硫化氢燃
烧产物物流而进行控制。在一些实施方案中，通过使二氧化硫物流120
与燃烧副产物物流128组合来调节燃烧副产物物流128的组成。在一
些实施方案中，将燃烧副产物物流128加热，并直接引入到地层或井
孔中。在一些实施方案中，至少一部分包含硫化氢的燃料产生热水，
和进一步包括向含烃地层提供至少一部分热水。
图2和图3描述了由含烃地层(例焦油砂地层)生产烃的系统示意
图。烃层102包括一个或多个含重烃部分。烃层102可以位于上覆地
层130下方。可以应用多种方法由烃层102产生烃。
应用蒸汽注入方法可以从一部分烃层102产生烃。在蒸汽注入方
法中，通过注入井136中的开孔134将包含蒸汽的物流132引入到烃
层102中。正如图2所示，蒸汽注入方法应用基本垂直的井。应该理
解的是可以应用任何的井构造(例如基本水平的或基本斜置的)。在一
些实施方案中，蒸汽注入井136的终点位于下方100、200、500、1000、
1500、2500、5000或10000米的深处。
在一些实施方案中，将加热的二氧化碳单独或与蒸汽132组合而
引入注入井136中。引入至少一部分加热的二氧化碳可以通过加热、
驱动地层流体和/或降低其粘度而有利于地层流体向生产井138移动。
向井孔中注入至少一部分二氧化碳对减少二氧化碳排放来说可能是有
利的。在一些实施方案中，蒸汽132包含二氧化碳、氮气和/或二氧化
硫，例如，蒸汽132可以与至少一部分二氧化硫物流120和/或至少一
部分燃烧副产物物流128混合。
在一些实施方案中，在蒸汽注入方法之前应用加热器处理一部分
烃层102。加热器可以用于提高一部分烃层102的温度和/或渗透性。
通过加热烃层可以由生产井138产生一些烃。由生产井138脱除的地
层流体100可以送至地面设施(如图1中所示)。在一些实施方案中，
在蒸汽注入之前不加热烃层102。注入井、加热器井和生产井的分布
和数量可以为足以由含烃地层生产地层流体的任何数量或几何形状。
在一些实施方案中，注入井136包括加热器或一系列加热器。在
一些实施方案中，在已从烃层102产出一些烃后在注入井136中插入
加热器。在一些实施方案中，注入井136中的加热器可以燃烧燃料，
以加热注入井中所注入的蒸汽。
在一些实施方案中，一部分蒸汽132在温度为至少200℃、至少
225℃、至少250℃或至少260℃和压力范围为约1-15MPa下引入到注
入井136中。注入地层的蒸汽可以移动和/或驱动重烃至生产井138。
一部分燃烧副产物物流128可以通过管道140进入注入井136。
在一些实施方案中，二氧化硫物流120与燃烧副产物物流128组合。
在一些实施方案中，在将包含蒸汽的物流提供给含烃地层之前，使至
少一部分包含一种或多种硫氧化物的燃烧副产物物流与包含蒸汽的物
流混合。
在一些实施方案中，管道140可以包括开孔142，以使燃烧副产
物物流128与蒸汽132和/或地层中存在的水混合。蒸汽132、蒸汽132
和燃烧副产物物流128的混合物、和/或燃烧副产物物流和地层水的混
合物可以将热传递给烃层102。蒸汽132、蒸汽132和燃烧副产物物流
128的混合物、和/或燃烧副产物物流128自身通过注入井136中的开
孔134进入烃层102中。
在一些实施方案中，将燃烧副产物物流128直接注入到注入井136
中的蒸汽132中和/或在注入注入井之前与蒸汽132混合。来自其它工
艺的燃烧副产物物流也可以在将蒸汽132引入注入井136中之前与蒸
汽132混合。组合至少一部分燃烧副产物物流128和任选的其它燃烧
副产物物流将为至少一部分蒸汽132提供热。
至少一部分二氧化硫物流120也可以与包含蒸汽132的物流在注
入井136的井口处混合。将至少一部分二氧化硫物流120与蒸汽132
组合可以加热至少一部分蒸汽，并为物流提供附加的地层流体驱动剂。
开口142可以打开和/或关闭，以允许将燃烧副产物物流128引入
注入井136和/或烃层102的特定部分。可以调节管道140的位置，从
而允许将管道置于注入井136的不同部分。可以将一部分蒸汽132在
管道140外壁和注入井136的内壁间引入注入井136的所述部分。
在一些实施方案中，管道140外壁和注入井136内壁间的部分为
连通注入井和所述管道的通道。一部分蒸汽132和燃烧副产物物流128
可以被引入管道140和管道140外壁与注入井136内壁之间。
如图3所示，一部分燃烧副产物物流128可以进入位于烃层102
中的注入井136和生产井138之间的注入井144。注入井144可以包
括开孔146，以使燃烧副产物物流128进入地层，并与地层水混合，
和/或当蒸汽通过开孔134流入地层时与蒸汽132混合，从而进入烃层
102。蒸汽、冷却的蒸汽、和/或地层水与燃烧副产物物流的混合向烃
地层释放热。
注入井136、144可以用现有技术中已知的耐硫氧化物的材料制
造。例如，注入井136、144可以用Hastelloy![]()
C276、合金230、合
金800H、合金370H、镍/铜/铁合金或钴-铬合金制造。
蒸汽132的热可以形成第一加热区。烃层102中的烃可以被热移
动，和由生产井138生产。
在一些实施方案中，燃烧副产物物流128中的硫氧化物与水可以
在烃层102中产生附加的对流和/或传导热，和形成第二加热区。来自
第二加热区的热可以传递给一部分烃层102，和使地层流体向生产井
138移动。
至少一部分燃烧副产物物流128与水132接触可以加热注入井
136和/或烃层102中的水，从而形成第二加热区。第二加热区可以加
热一部分接近注入井136终端的烃层102和/或延伸至烃层102内。由
于来自燃烧副产物物流的热，与常规驱动流体工艺相比，单位体积可
以产生增加的烃量。第一和第二加热区可能重叠。
在一些实施方案中，第二加热区离注入井136有较远的距离。例
如，燃烧副产物物流可以驱动蒸汽进入地层。当蒸汽冷凝时，燃烧副
产物物流中的硫氧化物可以与冷凝水和/或地层中的水反应，从而由于
形成硫酸而产生热。硫酸可以与水混合并释放出溶解热。释放的热和/
或由燃烧副产物物流产生的热可以充分地加热地层，从而驱动烃流向
生产井138。蒸汽加热与潜热加热(蒸汽冷凝后加热)的组合可能有利
于从地层中采收烃。相比于传统烃采收工艺的能量和/或热量需求，所
有引入组分的显热和潜热的组合可以会减少从地层中生产烃的能量和
/或热量需求。
在一些实施方案中，可以将一部分燃烧副产物物流128和/或二氧
化硫物流120压缩以形成液体物流。液体二氧化硫可以强化有机化合
物的溶解。在一些实施方案中，在注入烃地层和/或井孔之前，可以压
缩一部分二氧化硫物流和/或一部分燃烧副产物物流。
在一些实施方案中，地层含有石灰石。当在水存在下硫氧化物与
地层接触时，石灰石与硫氧化物反应和产生二氧化碳。二氧化碳可以
用作附加的驱动流体，以推动流体流向生产井138。
在一些实施方案中，当燃烧副产物物流和/或二氧化硫物流被引入
地层时，这些物流可以增加施加到地层中的烃流体上的剪切速率，并
降低地层内非牛顿烃流体的粘度。向地层中引入燃烧副产物物流和/
或二氧化硫物流可以增加可用于开采的地层部分。燃烧副产物物流和/
或二氧化硫物流的引入可以增加地层能量输出(产自地层的产品的能
量含量)与地层能量输入(处理地层的能量消耗)之间的比。
在一些实施方案中，在氧化剂存在下，燃烧含硫化氢和烃气体的
燃料产生包含硫氧化物和其它非烃气体如氮气、氮氧化物、有机硫化
合物、羰基硫和二氧化碳的燃烧副产物物流。在燃料物流中的烃的燃
烧过程中产生二氧化碳、氮气和/或氮氧化物可能有利于加热蒸汽
132、驱动蒸汽132进入烃层102和/或使地层流体流向生产井138。
产自生产井138的地层流体(如重烃)可以在地面设施(例如图1
所描述的地面设施)中处理，以形成气体物流和液体物流。气体物流可
能包含硫化氢、烃气体、二氧化硫、氮气、氮氧化物、有机硫化合物、
羰基硫和/或二氧化碳。一些气体物流可以进入燃烧器(例如参见图1
中的燃烧器126)。产自生产井138的气体物流中的至少一部分二氧化
硫可以在氧化剂存在下在燃烧器126中氧化，并形成富含三氧化硫的
燃烧副产物物流128。富含三氧化硫的物流可以引至烃层102中，与
蒸汽132混合，并释放出溶解热。以一定方式循环二氧化硫，从而提
供一种明显降低由燃烧器126产生的所有硫排放物的方法，因而与单
独燃烧烃产生的气体排放物(例如产生二氧化碳)相比降低了排放。
在一些实施方案中，在地面设施(例如图1中所描述的地面设施)
中从所产生的气体物流中分离出二氧化硫，以产生二氧化硫物流120，
并与燃烧副产物物流128组合。在一些实施方案中，将二氧化硫物流
120直接引入注入井144和/或含烃地层102中。
蒸汽132可以包含一种或多种表面活性剂和/或一种或多种发泡
剂。表面活性剂包括热稳定的表面活性剂(例如磺酸盐、烷基苯磺酸盐、
乙氧基化的硫酸盐和/或磷酸盐)。应用发泡剂和/或表面活性剂可以改
变烃与地层间的表面张力，从而有利于烃向生产井138移动。发泡剂
可以用来抑制当二氧化碳和表面活性剂存在时地层流体发泡。
蒸汽132可以包含硫化氢和/或氢气。硫化氢和/或氢气可以使一
部分重烃溶剂化、稀释和/或加氢，从而形成可向生产井138移动的混
合物。混合物的形成可以增加烃层102的烃产量。使一部分重烃溶解、
稀释和/或加氢有可能增加产自烃层的烃量。可以从混合物中将溶剂和
/或硫化氢分离出来，并与蒸汽132一起注入，或在其它过程和/或加
热器中用作燃料。在一些实施方案中。烃加氢产生的热传递给一部分
烃层102。
根据本说明书，本发明各个方面的其它修改和替代实施方案对于
本领域技术人员来说将是明显的。因此，本说明书仅作为示例而理解，
和目的是教导本领域技术人员实施本发明的一般方式。将会理解的是
本文所给出和描述的本发明的形式将被认为是实施方案的例子。一些
要素和材料可以替换本文所说明和描述的那些，一些部件和过程可以
颠倒，和本发明的某些特征可以单独使用，所有这些在受益于本发明
的描述之后，对本领域技术人员来说均是明显的。在不偏离后面的权
利要求所述的本发明的精神和范围的条件下，可以对本文所描述的要
素进行改变。