申请日2013.03.22
公开(公告)日2015.01.07
IPC分类号E21B43/34; C02F1/52; C02F1/00; C02F103/10; C02F1/56; C02F101/32; C02F1/24
摘要
本发明公开了一种利用一种或多种过滤介质的采油方法，所述过滤介质对于1微米尺寸或更大颗粒具有30%或更大的效率以及每分钟每平方厘米介质每单位压力液体2毫升(ml/min/cm2/kPa)的流速，以从采出水中除去二氧化硅和/或油和/或溶解的有机物质和/或溶解的固体，所述方法包括将油从采出水中分离并将二氧化硅沉淀成颗粒，并且其中将具有沉淀二氧化硅的采出水引导至过滤介质，所述过滤介质以顺流过滤模式操作并从采出水中除去沉淀二氧化硅以形成渗透物流。
权利要求书
1.用于从地下井采油的方法，其包括以下步骤：
i)从所述井中采出水混合物，其中所述水混合物包含水、油、以及呈溶 解的或粒状二氧化硅或它们的任何组合的形式的二氧化硅;
ii)将油从所述水混合物中分离以产生包含溶解的和粒状二氧化硅的水 流;
iii)使所述溶解的二氧化硅的至少一部分沉淀;
iv)将包含沉淀和粒状二氧化硅的采出水引导至过滤介质;
v)使基本上全部的采出水穿过所述介质以产生渗透物流和滤饼;
其中所述介质对于1微米尺寸或更大颗粒具有30%或更大的效率，以 及每分钟每平方厘米介质每千帕压力液体2毫升(ml/min/cm2/kPa)的 流速，并且用所述介质过滤采出水产生滤饼，所述滤饼在所述介质的 上游并与所述介质接触且集中有所述沉淀二氧化硅，并且其中使所述 滤饼堆积到预定水平。
2.根据权利要求1所述的方法，其中然后将步骤(ii)中采出的所述水流 分离成两个或更多个分流，将所述分流中的一个或多个根据步骤 (iii)、(iv)和(v)进一步处理，并且然后将得自分流处理的来自 步骤(v)的所述渗透物流与来自步骤(ii)的未处理过的分流混合。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述介质包括非织造片材。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述非织造片材包含由聚合物制成的 聚合物纤维，所述聚合物选自聚烯烃、聚酯、聚酰胺、芳族聚酰胺、 聚砜以及它们的组合。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述聚合物纤维为丛丝纤维束。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述丛丝纤维束由聚烯烃制成。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述聚烯烃为聚乙烯。
8.根据权利要求5所述的方法，其中所述非织造片材为在纵向上单向拉伸 的非织造片材。
9.根据权利要求1所述的方法，其中当所述介质和滤饼上的压降达到预定 水平时替换所述过滤介质。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述过滤系统为自动压力过滤器。
11.根据权利要求1所述的方法，其中将所述滤饼脱水并与所述过滤介质 分开来处理。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述流体流在90℃下。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述流体流高于100℃。
14.用于从地下井采油的系统，其包括：
i)用于将油从所述水混合物中分离以产生具有溶解的和粒状二氧化硅 的水流的装置，
ii)用于将所述二氧化硅沉淀的装置，
iii)基本上全部的水均穿过其中的过滤介质，
其中所述介质在每分钟每平方厘米介质每单位压力液体2毫升 (ml/min/cm2/kPa)的流速下对于1微米尺寸或更大颗粒具有30%或 更大的效率，并且用所述介质过滤采出水产生滤饼，所述滤饼在所述 介质的上游并与所述介质接触且集中有所述沉淀二氧化硅，并且其中 使所述滤饼堆积到预定水平直至被不含滤饼的膜替换。
说明书
采油中的采出水处理
背景技术
1.技术领域
本发明涉及用于开采重油和超重油的方法，更具体地讲，涉及采油方 法，所述方法利用过滤方法以从水处理和蒸汽生成过程上游的采出水中除 去二氧化硅和残余的油。
2.相关领域说明
常规的一次采油涉及钻井以及从井中泵出油和水的混合物以及有时是 天然气。将油与水和天然气分开。回收水(被称为采出水)可被回收用于 其它用途，并且常常(且通常)被注入下地表地层。常规的开采对于低粘 度和中等粘度油，并且对于从油层中首先从油层中被采出并最容易从油层 中提取的原油而言极为奏效。
对于稍后从油层中采出并更难以从油层中提取的低粘度和中等粘度油 而言，使用了许多类型的提高采油率工艺。这些工艺被称为二次采油工 艺、三次采油工艺，以及更一般地说提高采油率(EOR)工艺。常用的提 高采油率工艺使用水，有时使用化学品，以从油层中提取一次采油步骤过 程中不能开采的油。常常，可使用至多20倍体积的水以开采一体积单元的 油，并且该采油工艺常常被称为注水。当使用化学品时，该工艺可被称为 化学驱。化学驱包括碱、表面活性剂、聚合物以及碱-表面活性剂-聚合物 驱。用于该方法中的水与油以及有时与天然气一起上升至地表。将油与水 和天然气分开。将采出水回收、处理，然后再循环回该过程中以继续注 水。
一次采油、注水和化学驱工艺在环境温度下操作。已经开发用于环境 温度工艺的油/水分离技术和水处理技术在这些采油工艺中极为奏效。然 而，在环境温度下操作的常规的一次采油工艺和提高采油率工艺对于较高 粘度的重油和超重油不太有效。
采用热方法的采油工艺用于改善重油和超重油从下地表油层中的开 采。热方法使用蒸汽注入和原位燃烧。蒸汽注入含重油地层中是广泛应用 的EOR方法。对于连续的蒸汽采油工艺而言，每吨采出油需要数吨蒸汽。 在蒸汽辅助重力泄油方法(SAGD)中，蒸汽在高于200℃的温度下注入， 并在油层内部冷凝，使整个油层温度上升。较高的温度降低油层中油的粘 度并且使油和冷凝的蒸汽由于重力朝下流动到收集井。(蒸汽冷凝并与油 混合以形成油/水混合物)。通过天然压力或通过人工提升，使油和水以及 天然气的混合物上升至地表。因为在升高的温度下进行采油处理，由采出 液形成更稠密的乳液并且水包含更高含量的溶解的有机物、固体和二氧化 硅。此外，在许多实施SAGD的行政辖区，执行要求生产者在使用非盐补 给水时，回收并重新使用多达至少90%的水的法规。
在地面上，在集中的SAGD设施中，通过使用去乳化化学物质和多次 水-油分离和脱油步骤将油与水分离。这些脱油步骤包括除油罐、气浮和除 油过滤器。在水脱油之后，将水送入用于除去包括二氧化硅在内的溶解物 质的过程中。初始的油/水分离步骤在接近油层中温度的温度下进行。在一 次油/水分离步骤之后，使采出水流的温度降低到水的常压沸点以下，以降 低对后续脱油和溶解物质除去步骤所需的压力容器的要求。由接近水的常 压沸点操作脱油和溶解物质除去步骤产生显著的节能。如果水处理工艺温 度将进一步降低至最常用于常规水处理工艺的环境温度，则该工艺的热损 耗将是显著的。较高的水处理温度施加了不太适合用于常规水处理技术的 特定要求。
目前在用的用于除去溶解物质(包括反应性和胶态二氧化硅)的两种 方法被称为(a)热石灰软化法(机械分离颗粒并弱酸阳离子交换)，以及 (b)蒸发法(机械蒸汽再压缩)。两种方法均足以除去水中的污染物，以 使该水送入蒸汽发生器中从而制造蒸汽。然而，两种方法不像减少过程中 结垢的趋势所需的那样作用良好。当使用所述方法时，水中的二氧化硅通 常在蒸发器和蒸汽发生器内部的热石灰软化器下游的蒸汽发生器中产生频 繁结垢。当管理不当时，结垢可导致蒸汽发生器和蒸发器中的严重故障。 即使在管理适当时，结垢也可导致定期或不定期的停产增多，降低SAGD 方法的能量效率，降低该方法的蒸汽生成容量，并在采油油层中产生阻碍 采油的较低温度。
期望回收至少90%的已被注入井中的采出水以及蒸汽。就这一点而 言，已使用膜来除去水被其污染的二氧化硅。例如，美国专利号8,047,287 采用了以横流模式操作的陶瓷膜。
在该最终应用中，陶瓷和其它膜通常以切向流过滤模式(又叫做横流 过滤模式)操作。横流过滤是连续过程，其中进料流平行于(切向)膜过 滤表面流动并产生两个输出流。在横流过滤过程中，仅被称为渗透物或滤 液的小部分进料(通常1-10%)作为穿过所述膜的经纯化的液体被分离 出。进料的剩余部分(被称为滞留物或浓缩物)包含被膜拒绝的颗粒。需 要一种方法，所述方法使得多于一小部分的进料被纯化，更优选使全部进 料均被纯化。
发明内容
本发明涉及采油方法，所述方法利用一种或多种过滤介质以从采出水 中除去二氧化硅和/或油和/或溶解的有机物质和/或溶解的固体。在一个实 施例中，所述方法包括从采出水中分离油并将二氧化硅沉淀成颗粒。将具 有沉淀二氧化硅的采出水引导至以顺流过滤模式(也称为死端过滤模式) 操作的过滤介质，并从采出水中除去沉淀二氧化硅以形成渗透物流。在一 些情况下，存在残余油并且其可通过过滤方法除去。
过滤介质可对于1微米尺寸或更大颗粒具有30%或更大的效率，以及 每分钟每平方厘米介质每单位压力液体2毫升(ml/min/cm2/kPa)的流速。
在该方法的一个实施例中，用介质过滤采出水产生滤饼，所述滤饼在 介质的上游并与介质接触且集中有沉淀二氧化硅，并且其中使所述滤饼堆 积至预定水平。
本专利申请还公开了一种从油井中采油并处理采出水的方法，所述方 法包括从井中开采油/水混合物，并将油从油/水混合物中分离以产生油产品 和作为渗透物流的经纯化的采出水。该方法的一个实施例还包括：将结晶 试剂与采出水混合，并使固体从采出水中沉淀，并在采出水中形成颗粒。 也可将苛性化合物与采出水混合以将pH调节至大约9.5至大约11.2。将结 晶试剂与采出水混合之后，将采出水引导至以顺流模式操作的过滤介质， 使得基本上100%的采出水基本上不含具有以下尺寸范围的颗粒：5微米或 更大或甚至2微米或更大，或甚至1微米或更大，或甚至0.5微米或更大。
在本发明的一个实施例中，可将脱油的水流分离成两个流。所述流之 一通过本发明的方法进一步纯化并将所得的渗透物流与非纯化流混合以形 成不含足够杂质的流，从而用于采油过程的剩余步骤中。
由以下具体实施方式和附图的研究，所述具体实施方式和附图对此本 发明仅是例证性的，本发明的其它目的和优点将变得明显和显而易见。
本发明还涉及用于从地下井中采油的系统。所述系统包括：
i)用于将油从油/水混合物中分离以产生具有溶解的和粒状二氧化硅的 水流的装置;
ii)用于将所述二氧化硅沉淀的装置
iii)基本上全部的水均穿过其中的过滤介质
在每分钟每平方厘米介质每单位压力液体2毫升(ml/min/cm2/kPa)的 流速下，介质对于1微米尺寸或更大颗粒具有30%或更大的效率。用介质 过滤采出水产生滤饼，所述滤饼在介质的上游并与介质接触且集中有沉淀 二氧化硅，并且其中使所述滤饼堆积至预定水平直至被不含滤饼的膜替 换。
具体实施方式
当量、浓度或其它值或参数以范围、优选范围或优选上限值和优选下 限值的列表形式给出时，其应理解为具体地公开由任何范围上限或优选值 和任何范围下限或优选值的任何一对所构成的所有范围，而不管所述范围 是否被单独地公开。当本文描述数值范围时，除非另外指明，所述范围旨 在包括其端点，以及所述范围内的所有整数和分数。不旨在将本发明的范 围限制为限定范围时详述的具体值。
术语定义
如本文所用，术语“溶解的二氧化硅”描述了反应性和胶态二氧化硅 两者。二氧化硅一般以三种不同的形式存在于水中：反应性、胶态和悬浮 颗粒(例如，砂)，所谓反应性是指总溶解二氧化硅的一部分易于在标准 钼酸盐比色试验中反应，而胶态的则不是。
如本文所用，术语“聚合物”通常包括但不限于均聚物、共聚物(诸 如例如，嵌段、接枝、无规和间规共聚物)、三元共聚物等，以及它们的 共混物和修改形式。此外，除非另外具体限定，术语“聚合物”应包括所 述材料所有可能的几何构型。这些构型包括但不限于全同立构、间同立 构、以及无规对称。
如本文所用，术语“聚烯烃”旨在表示仅由碳和氢组成的基本饱和的 聚合物烃类系列中的任一种。典型的聚烯烃包括但不限于聚乙烯、聚丙 烯、聚甲基戊烯、以及单体乙烯、丙烯和甲基戊烯的各种组合
如本文所用，术语“聚乙烯”旨在不仅涵盖乙烯的均聚物，而且涵盖 其中至少85%的重复单元为乙烯单元的共聚物诸如乙烯和α-烯烃的共聚 物。优选的聚乙烯包括低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、和线性高密度 聚乙烯。优选的线性高密度聚乙烯具有约130℃至140℃的熔点范围上限， 约0.941至0.980克每立方厘米范围内的密度，以及介于0.1至100之间、 并优选小于4的熔融指数(由ASTM D-1238-57T条件E定义)。
如本文所用，术语“聚丙烯”旨在不仅涵盖丙烯的均聚物，而且涵盖 其中至少85%的重复单元为丙烯单元的共聚物。优选的聚丙烯聚合物包括 全同立构聚丙烯以及间同立构聚丙烯。
如本文所使用，术语“非织造”表示以无规方式定位以形成平面材料 而没有如针织物中可辨别的图案的各个纤维或线的片材结构。
如本文所述，术语“丛丝”表示多个细的、带状、无规长度的膜-原纤 元件的三维整体网络或纤维网，并且具有小于约4微米的平均膜厚度以及 小于约25微米的中值原纤宽度。如果数学上转换成圆面积，则平均膜-原纤 横截面积将产生介于约1微米至25微米之间的有效直径。在丛丝结构中， 薄膜-原纤元件以不规则的间隔在贯穿该结构的长度、宽度和厚度的多个位 置间歇联合并分离以形成连续的三维网络。
本发明的方法要求“基本上所有”或“基本上100%”的冲击在过滤介 质上的水穿过所述过滤介质。所谓“基本上全部”是指唯一不穿过介质的 采出水是由于渗漏或浪费而损耗。不存在由该方法产生的独立的滞留物 流。
