[发明专利]将纳米催化剂分散在含石油地层中的方法

说明书

技术领域

本发明的实施方式一般性地涉及改善含石油地层的性能，具体地涉及 一种用于将纳米催化剂分布在含石油地层中的改进系统、方法和设备。

背景技术

加拿大、委内瑞拉和美国发现有大量重油和沥青。这些重油和沥青资 源通常具有如下特征：比重较低(0-18°API)、粘度较高(＞100000cp) 并且含硫量较高(例如＞5重量％)。结果，这些资源难以精炼成商品， 而且精炼成商品花费很高。

当在高于约650°F的温度下油热裂解时，发生热解作用。尽管热解作 用降低了油的粘度(有时很明显)，但通常导致形成大量焦炭(coke)。 这种热反应还导致API比重令人希望地增加，但对硫的作用很小而且往往 使总酸值升高，这明显降低了这种油对精炼者的价值。为了克服这些局限 性，有益的是：在将原料从矿井中生产出来之前，实施原位工艺来升级原 料。

通常，二级精练(aftermarket refining)为初始改良步骤提供了两种可 供选择的精炼方法：(1)除碳(延迟焦化过程)或(2)加氢(例如氢化 过程)。延迟焦化非常不适于原位改良，因为完成该工艺需要高温(例如 约900°F-1250°F)和短反应时间(例如约2-3小时)。

对于氢化，已经开发了许多用在各种精炼应用的化学反应中的纳米催 化剂。纳米催化剂对于改良有益，并包括在TiO₂上对芳族化合物烷基化； 在TiO₂上对烷烃异构化、在TiO₂/Pt上使C-H键脱氢/氢化、在TiO₂/Ni上 使双键氢化以及在TiO₂/Ni/Mo上使噻吩加氢脱硫。然而，阻碍这些方案在 原位改良中的应用的障碍是缺乏将适当的催化剂(例如纳米粒子)注入然 后分散在目标矿藏中的一部分。

已经描述了从地下地层中原位转化并开采重原油和天然沥青的方法。 将还原气体、氧化气体和蒸汽的混合物加入位于注射钻孔(borehole)中 的井下燃烧装置中。或者气体混合物可由地表提供。将燃烧还原气体-氧化 气体的混合物而产生的高品质湿蒸汽或过热蒸汽以及热还原气体注射到地 层中，从而将重原油和沥青转化并升级成轻烃。将过量还原气体(未被用 作燃料)注射到地层中，从而将油在适当的位置转化成不太粘的油并使焦 油升级。尽管这种技术方案对于许多应用有益，但不适于将纳米催化剂引 入和分布在含油地层中。

发明内容

本发明的实施方式提供了一种通过如下从含石油地层中开采石油产品 的方法：将纳米催化剂分布在含石油地层中，然后加热其中的重原油。在 一个实施方式中，提供了一种从地层中开采石油产品的方法，所述方法包 括：使含有纳米催化剂的催化材料流入含有重原油的地层中；使所述重原 油和所述催化材料暴露于还原剂；将蒸汽发生器放置在所述地层中；由所 述蒸汽发生器产生并释放蒸汽，从而对含有所述催化材料的所述重原油进 行加热；所述地层中的所述重原油形成轻油产品；从所述地层中提取所述 轻油产品。

在一些实例中，纳米催化剂可以包含铁、镍、钼、钨、钛、钒、铬、 锰、钴、其合金、其氧化物、其硫化物、其衍生物或其组合。在一个实例 中，纳米催化剂包含铁和其它金属，所述其它金属诸如为镍和/或钼。在另 一实例中，纳米催化剂包含钻化合物和钼化合物。在另一实例中，纳米催 化剂包含镍化合物和钼化合物。在另一实例中，纳米催化剂包含氧化钨、 硫化钨、其衍生物或其组合。所述催化材料可以包含担载在碳纳米颗粒上 的纳米催化剂或担载在矾土、硅石、分子筛、陶瓷材料、其衍生物或其组 合上的纳米催化剂。碳纳米颗粒以及纳米催化剂通常具有小于1μm的直 径，所述直径诸如在约5nm至约500nm的范围内。

在其它实施方式中，含有催化材料的重原油可以通过蒸汽被加热至低 于约600°F的温度，优选地温度在约250°F至约580°F的范围内，更优选温 度在约400°F至约550°F的范围内。所述还原剂可以包含如下试剂，诸如 氢气、一氧化碳、合成气、四氢化萘、十氢化萘、其衍生物或其组合。在 其它实例中，催化材料和还原剂一起流入地层。在一个实例中，还原剂包 含氢气，其在地层中的分压为约100psi或更高。