BRPI0513586B1 - método de recuperar hidrocarbonetos a partir de uma formação subterrânea porosa - Google Patents

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Abstract

método de recuperar hidrocarbonetos a partir de uma formação subterrânea porosa um método de recuperar hidrocarbonetos a partir de uma formação subterrânea porosa que contém hidrocarbonetos compreendendo: a) alimentar um primeiro fluxo compreendendo uma água de elevada salinidade a um primeiro lado de uma membrana semipermeável de pelo menos uma unidade de osmose direta de uma instalação de dessalinização e alimentar um segundo fluxo compreendendo uma solução aquosa de um soluto removível a um segundo lado da membrana semipermeável em que a concentração de soluto da solução aquosa do soluto removível é suficientemente maior do que a concentração de soluto da água de elevada salinidade de modo que a água passa através da membrana semipermeável a partir da água de elevada salinidade para a solução aquosa do soluto removível para formar uma solução aquosa diluída do soluto removível; b) remover um terceiro fluxo compreendendo uma água salgada concentrada e um quarto fluxo compreendendo uma solução aquosa diluída do soluto removível a partir do primeiro e segundo lados, respectivamente, da membrana semipermeável da unidade de osmose direta; (c) separar substancialmente o soluto removível a partir do quarto fluxo compreendendo a solução aquosa diluída do soluto removível para formar um fluxo de água de baixa salinidade tendo um teor total de sólidos dissolvidos inferir a 5.000 ppm; (d) se necessário, aumentar a salinidade do fluxo de água de baixa salinidade até um teor total de sólidos dissolvidos de pelo menos 200 ppm, preferivelmente, pelo menos 500 ppm; (e) introduzir a água tratada de baixa salinidade na formação que contém hidrocarboneto por intermédio de um poço de injeção; (f) deslocar os hidrocarbonetos com a água tratada de baixa salinidade em direção a um poço de produção associado; e (g) recuperar os hidrocarbonetos a partir da formação por internédio do poço de produção.

Description

MÉTODO DE RECUPERAR HIDROCARBONETOS A PARTIR DE UMA FORMAÇÃO SUBTERRÂNEA POROSA A presente invenção se refere a um método de recuperar hidrocarbonetos a partir de uma formação subterrânea porosa que contém hidrocarbonetos mediante operação de injetar, na formação, a água de injeção de baixa salinidade que tem um teor total de sólidos dissolvidos de 200 a 5.000 ppm, em que a água de injeção de baixa salinidade foi preparada mediante dessalinização por osmose direta da água do mar.
Foi reportado que a salinidade de uma água de injeção pode ter um grande impacto na recuperação dos hidrocarbonetos durante inundações com água, com recuperação ampliada resultando do uso de águas salgadas diluídas {vide, por exemplo, "Labs Spin Out Oilfield Technologies", American Oil & Gas Repórter, Vol. 41, N° 7, julho de 1988, 105-108; "Effect of brine composition on recovery of Moutray crude oil by waterflooding", Journal of Petroleum Science and Egineering 14 (1996), 159-168; e "Prospects of improved oil recovery related to wettability and brine composition", Journal of Petroleum Science and Engineering 20 (1998) 267-276, Um método . de dessalinização comprovado é conhecido como "osmose reversa" que na realidade é um método de "ultrafiltração" através de uma membrana tendo microporos minúsculos mediante aplicação de um diferencial de pressão na solução de água do mar e através da membrana. Contudo, problemas associados à osmose reversa incluem um produto de água extraída, pura, indesejavelmente inferior como um resultado de se ter que superar e/ou pelo menos mais do que igualar o fluxo osmõtico, direto, normal na direção oposta, e ruptura da membrana como resultado das pressões extremamente elevadas necessárias em osmose reversa em conjunto com a membrana fina e frágil necessária para se obter ou chegar perto de uma taxa de fluxo quase adequada de água extraída através da membrana.
Um método de dessalinização alternativo é a osmose direta (também referida como "osmose de sentido direto"). Osmose direta envolve aplicar pressão a uma primeira solução aquosa (por exemplo, água do mar) para facilitar a osmose direta de água através de uma membrana osmótica para uma segunda solução aquosa tendo um soluto removível dissolvido na mesma, para formar uma solução diluída, em que a concentração de soluto da segunda solução é maior do que a concentração de soluto da primeira solução e em que a membrana osmótica tem um tamanho de poro suficientemente pequeno para impedir que o soluto da primeira solução aquosa, e o soluto removível da segunda solução aquosa, passem através da membrana. Posteriormente, o soluto removível é substancialmente removido da solução diluída, A US 3.171.799 se refere â desmineralização de água utilizando um sistema no qual duas extensões de água salina, por exemplo, água do mar, são separadas por uma membrana semipermeável. Um soluto volátil é então adicionado a uma das extensões de água. A adição do soluto volátil faz com què a água pura, isto é, a água substancialmente sem sais, migre através da membrana a partir da solução que não contém o soluto volátil, desse modo diluindo os solutos, incluindo os sais, na solução mencionada por último. Essa diluição é continuada até que o nivel desejado de concentração do sal não-volãtil seja atingido. O soluto volátil é, então, removido. Consta que o processo funciona para produzir uma solução extremamente diluída de sais não voláteis que têm uma concentração suficientemente baixa para ser adequada para beber, para a produção de vapor, etc. A concentração de sais não voláteis em uma determinada solução pode ser diminuída mediante provisão de uma série de células osmôticas que diminuirão sucessivamente a concentração dos sais não voláteis. Consta que a desmineralização pode ser conseguida utilizando-se um sistema compreendendo uma membrana semipermeãvel tendo em um dos lados uma solução salina e no outro lado uma solução de água fresca contendo um soluto volátil. Consta que solutos voláteis adequados incluem amônia, dióxido de enxofre, acetato de metila e acetonitrila. A US 3.617.547 se refere a um processo aplicável à dessalgação de água do mar ou outra água contendo sal quando um solvente em uma solução tendo um soluto difícil de separar do solvente é extraído mediante passagem do solvente através de uma membrana permeável para uma solução compreendendo o solvente e um soluto facilmente separado do solvente. 0 soluto (agente osmõtico) para a solução recipiente é facilmente separado do solvente mediante precipitação deixando um produto de solvente substancialmente mais puro. Por exemplo, o agente osmõtico pode ser um soluto que- é solúvel em elevadas temperaturas e substancialmente menos solúvel em temperaturas inferiores de modo que ele precipita-se e separa-se da solução. A membrana é permeável ao solvente e impermeável ao soluto que é difícil de separar do solvente e ao agente osmótico. Tipicamente, a solução contendo o agente osmótico precipitado é transferida para um filtro onde o agente osmótico precipitado é separado do solvente. Como uma alternativa para a remoção do agente osmótico mediante precipitação em temperatura inferior, agentes osmóticos podem ser usados os quais podem ser oxidados ou reduzidos a uma forma menos solúvel e então removidos mediante filtração e reconversão ao agente osmótico para reutilização. Exemplos incluem cloreto cúprico que tem uma alta solubilidade em temperatura ambiente e uma baixa solubilidade quando é reduzido para formar cloreto cuproso e acetato ferroso que é muito solúvel em temperatura ambiente, mas quando oxidado forma acetato básico, férrico, que ê insolúvel.
Sabe-se também que a água de injeção usada em uma inundação com água deve ser compatível com a água da formação. Desse modo, as águas da formação subterrânea podem conter íons residentes tais como bário (por exemplo, em um nível de até 3.000 ppm, por exemplo 50-500 ppm) e normalmente também cálcio (por exemplo, em um nível de até 30.000 ppm, por exemplo 1.000-5.000 ppm) ambos na forma de cloretos solúveis, mas também na presença de íons de sulfato, de modo que a água é saturada com sulfato de bário, e normalmente também sulfato de cálcio. Essa água de formação pode encontrar a água do mar, a qual pode conter íons precursores de precipitado tal como carbonatos solúveis (por exemplo, tem 100 - 5.000 ppm) e sulfato (por exemplo em 1.000 - 3.500 ppm). Misturar as duas águas produz uma solução aquosa supersaturada de sulfato de bário e/ou carbonato de bário, e/ou sulfato de cálcio e/ou carbonato de cálcio, a partir da qual crostas compreendendo esses compostos depositam-se nas superfícies. O encontro dessas duas águas pode ser na formação, quando a água do mar contendo íons precursores de precipitado é injetada na formação através de um poço de injeção a certa distância de um poço de produção para aperfeiçoar a recuperação de õleo (isto é, um tratamento com inundação de água) . A formação de incrustação pode ocorrer no poço de produção ou a jusante do mesmo, por exemplo, em tubagens de fluxo, ou separadores de gás/líquido (para separar óleo/água do gás) ou em canalizações de transporte saindo dos separadores de gás/líquido. Crosta de carbonato pode se formar especificamente no separador de gás/líquido ou a jusante do mesmo, devido â redução na pressão do gás fazendo com que bicarbonato de cálcio solúvel forme carbonato de cálcio insolúvel. A US 4.723.603 se refere a um processo para reduzir ou prevenir entupimento nas passagens de fluido de formações que contém hidrocarbonetos e em poços de produção o qual é causado pelo acúmulo, nesse lugar, de precipitados de sais insolúveis, Esse objetivo é alcançado mediante remoção da maior parte ou de todos os íons precursores dos precipitados de sais insolúveis a partir de uma água de injeção na superfície antes da água ser injetada na formação. Desse modo, íons precursores insuficientes estão disponíveis para reagir com os íons já presentes na formação para formar quantidades significativas dos precipitados de sais insolúveis. Os íons precursores dos precipitados de sais insolúveis são removidos por intermédio de uma membrana de osmose reversa. Contudo, como discutido acima, uma desvantagem dos sistemas de osmose reversa é que eles têm que pressurizar grandes quantidades de água na alimentação.
Descobriu-se agora que se pode fazer significativa economia de energia mediante uso de osmose direta para obter uma água de injeção de baixa salinidade. Descobriu-se também que a membrana da instalação de dessalinização por ■ osmose direta pode ser feita especialmente para ser íon-seletiva de tal modo que o permeado tem uma concentração reduzida de íons precursores de precipitado enquanto garantindo que os sólidos dissolvidos totais da água de injeção de baixa salinidade esteja na faixa desejada de 200 a 5.0 00 ppm, preferivelmente 500 a 5.000 ppm. Uma vantagem adicional da osmose direta é que a membrana pode ser usada para separar uma primeira solução aquosa, que é uma água de elevada salinidade, tal como a água do mar, a partir de uma segunda solução aquosa contendo um soluto removível também em uma água de elevada salinidade tal como água do mar de modo que a segunda solução aquosa é diluída até a salinidade total desejada através da migração de água a partir da primeira para a segunda solução aquosa através de uma membrana. Ainda uma vantagem adicional do uso da osmose direta para se obter a água de injeção de baixa salinidade é que uma porção do soluto que é empregada para conduzir o processo de osmose direta pode ser retida na água de baixa salinidade tratada desde que o teor total de sólidos dissolvidos da água de injeção esteja na faixa desejada. É preferido que o soluto empregado para conduzir a osmose reversa direta não atue como um íon precursor de precipitado em uma formação de "incrustação".
Desse modo, de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção é provido um método de recuperar hidrocarbonetos a partir de uma formação subterrânea, porosa, que contém hidrocarbonetos, compreendendo as etapas de: (a) alimentar um primeiro fluxo compreendendo uma água de elevada salinidade a um primeiro lado de uma membrana semipermeável de pelo menos uma unidade de osmose direta de uma instalação de dessalinização e alimentar um segundo fluxo compreendendo uma solução aquosa de um soluto removível a um segundo lado da membrana semipermeável em que a concentração de soluto da solução aquosa do soluto removível é suficientemente maior do que a concentração de soluto da água de elevada salinidade de modo que a água passa através da membrana semipermeável a partir da água de elevada salinidade para a solução aquosa do soluto removível para formar uma solução aquosa diluída do soluto removível ,· (b) remover um terceiro fluxo compreendendo uma água salgada concentrada e um quarto fluxo compreendendo uma solução aquosa diluída do soluto removível a partir do primeiro e do segundo lado, respectivamente, da membrana semipermeável da unidade de osmose direta,· (c) separar substancialmente o soluto removível a partir do quarto fluxo compreendendo a solução aquosa diluída do soluto removível para formar um fluxo de água de baixa salinidade tendo um teor total de sólidos dissolvidos inferior a 5.000 ppm; (d) se necessário, aumentar a salinidade do fluxo de água de baixa salinidade até um teor total de sólidos dissolvidos de pelo menos 200 ppm, preferivelmente de pelo menos 500 ppm; (e) introduzir a água de baixa salinidade tratada na formação que contém hidrocarbonetos por intermédio de um poço de injeção; (f) deslocar os hidrocarbonetos com a água de baixa salinidade tratada em direção a um poço de produção, associado; e (g) recuperar os hidrocarbonetos a partir da formação por intermédio do poço de produção.
Uma vantagem de osmose direta é que a água tende a difundir-se através da membrana semipermeável a partir da água de alta salinidade para a solução aquosa mais concentrada do soluto removível. Desse modo, ao contrário do sistema de osmose reversa, não há pressão osmõtica (freqüentemente referida como "pressão trans-membrana") a ser superada para conduzir a água através da membrana. A unidade(s) de osmose direta pode ser operada em pressão inferior a de uma unidade de osmose reversa desse modo reduzindo-se as exigências de bombeamento e o risco de ruptura da membrana. Uma vantagem adicional do método da presente invenção é que não há exigência para se remover o soluto removível até os níveis de contaminantes muito baixos exigidos para água potável.
Preferivelmente, o método da presente invenção resulta em um aumento na recuperação de hidrocarbonetos a partir da formação que contém hidrocarbonetos de pelo menos 5%, preferivelmente de pelo menos 10%, por exemplo, na faixa de 10 a 20% em comparação com um tratamento de inundação com água utilizando a água de alta salinidade não tratada. A membrana semipermeãvel da unidade(s) de osmose direta deve ser capaz de pelo menos impedir que quantidades significativas de sólidos dissolvidos passem através da membrana enquanto permitindo que água passe através da mesma desse modo diluindo a solução aquosa do soluto removível. A membrana semipermeãvel da unidade(s) de osmose direta também deve ser capaz de impedir que o soluto removível passe através da membrana a partir da solução aquosa do soluto removível para a água de elevada salinidade. Adequadamente, a membrana de osmose direta é uma membrana de ultrãfiltração tendo um tamanho de poro nominal inferior a 0,001 pm, Preferivelmente, a membrana da unidade(s) de osmose direta é uma membrana achatada, uma membrana enrolada em espiral ou uma membrana tubular (incluindo seção transversal circular, quadrada, retangular ou triangular) localizada dentro de um alojamento. Preferivelmente, a membrana é uma membrana enrolada em espiral ou uma membrana de fibras ocas (tubulares). Hã diversas membranas semipermeáveis comercialmente disponíveis caracterizadas por ter poros pequenos de modo que moléculas de água podem passar livremente, enquanto as moléculas de soluto removível não passam através da mesma ou pelo menos a passagem das mesmas é significativamente impedida. Tais membranas semipermeáveis podem ser membranas orgânicas feitas de materiais tais como acetato de celulose, nitrato de celulose, polissulfona, fluoreto de polivinilideno, copolímeros de poliamida e acrilonitrila; membranas minerais ou membranas cerâmicas feitas de materiais tais como a-Al203, Zr02, Ti02 ou um õxido misto de Si02 e Al203 ou Zr02. As membranas .podem ser compõsitos de diversos materiais já mencionados, e projetados para aplicações especificas, Preferivelmente, o primeiro fluxo compreendendo a água de elevada salinidade que é alimentada ao primeiro lado da membrana semipermeável da unidade(s) de osmose direta (em seguida "fluxo de alimentação de água de elevada salinidade") tem um teor total de sólidos dissolvidos (salinidade total) de pelo menos 10.000 ppm, mais preferivelmente, de pelo menos 20.000 ppm, por exemplo, de pelo menos 30.000 ppm. Preferivelmente, o fluxo de alimentação de água de alta salinidade é selecionado do grupo consistindo em água do mar, água estuarina, e água produzida (água de formação e água do mar de penetração). Preferivelmente, o fluxo de alimentação de água de elevada salinidade é filtrado antes de ser alimentado à unidade de osmose direta para remoção de, por exemplo, fragmentos e material particulado.
Onde o fluxo de alimentação de água de elevada salinidade compreende água do mar, esse tem uma composição típica como fornecido abaixo: O segundo fluxo compreendendo a solução aquosa do soluto removível que é alimentado ao segundo lado da membrana semipermeãvel (em seguida "fluxo de alimentação de soluto removível") tem uma maior osmolalidade do que o fluxo de água de elevada salinidade que é alimentado ao primeiro lado da membrana semipermeável. Tipicamente, isso pode ser conseguido ao se garantir que o teor de soluto dissolvido total do fluxo de alimentação de soluto removível seja de pelo menos 150.000 ppm maior do que o teor total de soluto 'dissolvido do fluxo de água de alta salinidade. Desse modo, o soluto removível funciona para promover a migração de água através da membrana semipermeãvel da unidade(s) de osmose direta. Consequentemente, a água passa (difunde-se) através da membrana semipermeável sem a aplicação de pressão. Contudo, também é considerado que a taxa de difusão da água através da membrana semipermeável pode ser aumentada mediante aplicação de pressão ao primeiro lado da membrana semipermeãvel. Tipicamente, o fluxo de alimentação de água de elevada salinidade deve ser alimentado ao primeiro lado da membrana semipermeável da unidade(s) de osmose direta em uma pressão absoluta na faixa de 0,05 a 1,6 MPa, preferivelmente, 0,3 a 1,0 MPa. Preferivelmente, o fluxo de água através da membrana semipermeãvel da unidade(s) de osmose direta está na faixa de 1-100 l/m2/h, preferivelmente 15-40 l/m2/h (onde "fluxo" é definido como o volume de água passando através de 1 m2 de membrana por hora). A unidade(s) de osmose direta é operada preferivelmente de uma maneira contínua mediante alimentação contínua 'do fluxo de alimentação de água de elevada salinidade e o fluxo de alimentação de soluto removível ao primeiro e segundo lados da membrana semipermeãvel, respectivamente, e removendo continuamente o terceiro fluxo compreendendo a água salgada concentrada {em seguida "fluxo de água salgada usada") e o quarto fluxo compreendendo a solução aquosa diluída do soluto removível (em seguida "fluxo diluído") a partir do primeiro e segundo lados da membrana semipermeãvel, respectivamente. Tipicamente, o fluxo de alimentação de água de elevada salinidade e o fluxo de alimentação de soluto removível passam no sentido em contracorrente ao longo da membrana semipermeãvel de tal modo que a água de elevada salinidade se torna mais concentrada ao passar ao longo da membrana e a solução aquosa do soluto removível se torna mais diluída ao passar ao longo da membrana. Ê, portanto, preferido que o fluxo de alimentação de soluto removível tenha uma osmolalidade superior a do fluxo de água salgada concentrada e que o fluxo diluído tenha uma osmolalidade superior a do fluxo de alimentação de água de alta salinidade. Consequentemente, a água continua a passar a partir do primeiro para o segundo lado da membrana ao longo de seu comprimento total, Adequadamente, a taxa de fluxo dos fluxos de alimentação ao longo da membrana é de pelo menos 0,5 ms'1, preferivelmente de pelo menos 1 ms'1, por exemplo, de pelo menos 3 ms'1. A quantidade de água tratada de baixa salinidade introduzida na formação que contém hidrocarbonetos (em seguida "fluxo de água de injeção") deve atender à exigência de água de injeção da formação e geralmente está compreendida em uma faixa de aproximadamente 8,5 a 8 5 l/m2-hora. Tipicamente, a proporção do fluxo de água de injeção de baixa salinidade para o fluxo de água salgada usada está na faixa a partir de 7:1 a 9:1 e preferivelmente está na faixa a partir de 8:1 a 9:1.
Onde uma fonte de água fresca está disponível para uso como solvente para o fluxo de alimentação de soluto removível, por exemplo, água de rio ou água de aquífero (isto é, água tendo uma baixa concentração de sólidos dissolvidos inferior a, por exemplo, 100 ppm, preferivelmente inferior a 50 ppm), a membrana semipermeável empregada na etapa de osmose direta é preferivelmente uma membrana de ultrafiltração tendo um tamanho de poro que substancialmente impede que os sólidos dissolvidos no fluxo de alimentação de água de alta salinidade passem através da membrana enquanto permitindo que a água migre através da mesma. Preferivelmente, a membrana também impede que o soluto removível passe através dela. Conseqüentemente, substancialmente não há sólidos dissolvidos originados a partir da água de alta salinidade na solução aquosa diluída do soluto removível. Desse modo, quando substancialmente todo o soluto removível é removido a partir da solução aquosa diluída na etapa de separação, o fluxo de água resultante terá um teor total de sólidos dissolvidos de, por exemplo, menos do que 100 ppm, preferivelmente, menos do que 5 0 ppm. Uma porção menor desse fluxo de água "fresca" tratada (por exemplo, menos do que 2 0%, preferivelmente menos do que 10% em volume) é reciclada de volta para a etapa de osmose direta como solvente para o fluxo de alimentação de soluto removível. O teor total de sólidos dissolvidos do restante do fluxo de água fresca tratada pode então ser ajustado para a salinidade desejada para o fluxo de água de injeção mediante mistura do fluxo de água fresca tratada com uma porção do fluxo de alimentação de água de elevada salinidade ou com uma porção do fluxo de água salgada usada concentrada. Por exemplo, onde o fluxo de alimentação de água de elevada salinidade tem um teor total de sólidos dissolvidos de 30.000 ppm e o fluxo de água fresca tratada a partir da etapa de separação substancialmente não contém sólidos dissolvidos, o fluxo de alimentação de água de elevada salinidade e o fluxo de água fresca tratada a partir da etapa de separação podem ser misturados em uma proporção de a partir de 1:60 a 1:6 para gerar um fluxo de água de injeção tendo um teor total de sólidos dissolvidos na faixa de 500 a 5.000 ppm.
Contudo, também é considerado que a membrana semipermeável pode ser uma membrana íon-seletiva que permite que uma porção dos sólidos dissolvidos a partir do fluxo de alimentação de água de alta salinidade passe através dela. A taxa na qual o fluxo de alimentação de água de alta salinidade e o fluxo de alimentação de soluto removível são alimentados â unidade(s) de osmose direta e a natureza da membrana podem ser selecionadas de modo a se obter o teor total de sólidos dissolvidos desejado para o fluxo de água de injeção de 200 a 5.000 ppm, preferivelmente 500 a 5.000 ppm (isto é, após separação do soluto removível). Contudo, uma desvantagem desse sistema é que não é possível reciclar uma porção do fluxo de água de injeção de volta para a etapa de dessalinização como solvente para a solução aquosa do soluto removível. Consequentemente, uma fonte contínua de água fresca (água de rio ou água de aqüífero) é exigida para a etapa de dessalinização por osmose direta. Onde o método da presente invenção é operado ao largo e nenhuma água de aqüífero está disponível, é considerado que a instalação de dessalinização pode compreender uma unidade de osmose reversa além da unidade(s) de osmose direta em que a unidade de osmose reversa provê uma fonte contínua de água fresca à unidade(s) de osmose direta. Embora esse esquema de processo exija tanto a unidade de osmose direta como a unidade de osmose reversa, a unidade de osmose reversa proporcionará apenas uma porção menor do fluxo de alimentação de água de injeção, por exemplo, inferior a 10% em volume, de modo que serviço de bombeamento reduzido e, portanto, custos de energia reduzidos da instalação de dessalinização são mantidos. Além disso, a unidade de osmose reversa pode fazer uso de equipamento que é comum a ambos os processos de osmose, reverso e direto, por exemplo, filtros, bombas de circulação, sistemas de limpeza, etc. Ê preferido que a água de baixa salinidade tratada seja preparada mediante alimentação de uma água de elevada salinidade, por exemplo, água do mar ou água produzida, ao primeiro lado da membrana semipermeável da unidade(s) de osmose direta e uma solução aquosa do soluto removível em uma água de elevada salinidade ao segundo lado da membrana semipermeável. A água de elevada salinidade que é empregada como solvente para o fluxo de alimentação de soluto removível pode ser a mesma ou diferente da água do fluxo de alimentação de água de alta salinidade. Nessa modalidade preferida da presente invenção, a membrana semipermeável é capaz de impedir, substancialmente, que todos os sais dissolvidos do fluxo de água de elevada salinidade passem através da membrana. Desse modo, a água pura migra através da membrana semipermeável a partir da água de elevada salinidade para a solução aquosa do soluto removível na água de elevada salinidade desse modo diluindo os sais que são de ocorrência natural na solução mencionada por último. Essa diluição é continuada até que o nível desejado de concentração dos sais de ocorrência natural (200 a 5.000 ppm, preferivelmente 500 a 5.000 ppm) seja alcançado. O soluto removível é então separado da solução diluída para proporcionar a água tratada de baixa salinidade.
Preferivelmente, um biocida e/ou um inibidor de incrustação é dosado no fluxo de alimentação de água de elevada salinidade e opcionalmente no fluxo de alimentação de soluto removível. Exemplos de biocidas solúveis em água incluem: sulfato de tetraquis{hidroximetil)fosfônio, piritiona de zinco, 1,2-benzisotiazolina-3-ona, 2- {tiocianoraetiltio)benzotiazol, 2,2-dibromo-3- nitropropionamida, cloreto de benzalcônlo, cloreto de benzil C10-16 alquil dimetil amônio, cloreto de didecil-dimetil-amônio, formaldeído, glutaraldeldo, acetato de N-coco alquil-1,3,-propilenodiamina, hipoclorito de sódio, 2-metil-4-isotiazolina-3-ona, e 5-cloro-2-metil-4- isotiazolina-3-ona. O -inibidor de incrustação é adicionado para proteger a instalação de dessalinização, especificamente, as membranas de osmose direta, contra formação de incrustações por depósitos de precipitados de sais inorgânicos. Exemplos de inibidores de crosta, adequados, incluem moléculas orgânicas solúveis em água tendo pelo menos dois grupos de ácido carboxílico e/ou fosfônico e/ou de ácido sulfônico, por exemplo, 2-30 de tais grupos. Inibidores de crosta preferidos são oligômeros ou polímeros, ou podem ser monômeros com pelo menos um grupo hidroxil e/ou átomo de nitrogênio do grupo amino, especialmente em ácidos hidroxi carboxílicos, ácidos hidroxi fosfônicos, ácidos amino fosfônicos ou ácidos sulfônicos. Também é considerado que a instalação de dessalinização pode ser provida com um clorador elétrico que converte cloreto de sódio no fluxo de alimentação de água de elevada salinidade em hipoclorito de sódio. Adequadamente, um fluxo lateral é tirado do fluxo de alimentação de água de elevada salinidade e passado através do clorador elétrico antes de ser retornado ao fluxo de alimentação de água de elevada salinidade.
Preferivelmente, a unidade(s) de osmose direta da instalação de dessalinização é provida com um sistema de limpeza para remover depósitos de incrustação a partir da superfície da membrana semipermeável. A membrana pode ser lavada em contrafluxo cont uma porção da água tratada de baixa salinidade. Por exemplo, uma porção da água tratada de baixa salinidade pode ser passada para um tanque do sistema de limpeza. A água a partir do tanque é então periodicamente lançada em contrafluxo através da membrana de osmose direta antes de ser reciclada para o tanque. Um filtro fino localizado no circuito do sistema de limpeza remove os materiais de incrustação a partir da água de limpeza. A água no tanque do sistema de limpeza pode ser periodicamente esgotada e substituída por água fresca tratada de baixa salinidade. Alternativamente, durante operação do sistema de limpeza, uma porção da água de limpeza pode ser continuamente descarregada para o ambiente e água tratada fresca de baixa salinidade pode ser continuamente adicionada à água de limpeza. Preferivelmente, a membrana de osmose direta é lavada em contrafluxo com uma solução de hidróxido de sódio diluída e opcionalmente uma solução de bissulfito de sódio diluída antes de ser lavada em contrafluxo com a água tratada de baixa salinidade.
Preferivelmente, o fluxo de água salgada, usada, é descarregado da instalação de dessalinização a certa distância a partir da entrada do fluxo de alimentação de água de elevada salinidade até a instalação desse modo reduzindo o risco da água salgada usada ser reciclada para a instalação de dessalinização.
Preferivelmente, o soluto removível é separado do terceiro fluxo compreendendo a solução aquosa diluída do soluto removível {fluxo diluído) para proporcionar um fluxo de água de injeção de baixa salinidade tendo um teor total de sólidos dissolvidos inferior a 4.000 ppm, mais preferivelmente, inferior a 3.000 ppm. Onde o teor total de sólidos dissolvidos da água tratada de baixa salinidade, após separação do soluto removível, está abaixo do valor desejado, a salinidade é aumentada até acima de 2 00 ppm, preferivelmente acima de 500 ppm. Por exemplo, a salinidade da água tratada de baixa salinidade pode ser ajustada pela adição de uma quantidade menor do fluxo de alimentação de água de alta salinidade ou do fluxo concentrado de água salgada, usada, à água tratada de baixa salinidade. Preferivelmente, o teor total de sólidos dissolvidos da água tratada de baixa salinidade está na faixa de 200 a 5.000 ppm, preferivelmente de 500 a 4.000 ppm, mais preferivelmente de 1.000 a 3.000 ppm, por exemplo, 1.000 a 2.000 ppm. A água tratada de baixa salinidade é preferivelmente passada para um recipiente de coleta de água de injeção de baixa salinidade. A partir do recipiente de coleta, a água tratada de baixa salinidade ("fluxo de água de injeção") pode ser introduzida em um poço de injeção por intermédio de um sistema de injeção submarino ou de superfície.
Adequadamente, o soluto removível é um sal que pode ser tornado insolúvel na solução aquosa diluída do soluto removível (em seguida "solução diluída") desse modo formando uma suspensão de um precipitado insolúvel do soluto removível em uma fase aquosa. Por exemplo, o soluto removível pode ter uma solubilidade que depende do valor do pH ou da temperatura da solução diluída. Alternativamente, a solubilidade do soluto removível pode depender do seu estado de oxidação.
Onde o soluto removível é tornado insolúvel na solução diluída, é preferido remover a solução diluída a partir da unidade(s) de osmose direta antes de tornar insolúvel o soluto removível. Posteriormente, o precipitado insolúvel é separado da fase aquosa da suspensão, tipicamente, mediante filtração ou qualquer outro método convencional conveniente de remover precipitados a partir de uma suspensão, por exemplo, centrifugação. O soluto removível separado pode ser então reutilizado na preparação do fluxo de alimentação de soluto removível fresco.
Adequadamente, o soluto removível tem uma solubilidade que depende do valor do pH da solução aquosa diluída de tal modo que durante a etapa de osmose direta o pH da solução diluída é substancialmente mantido em um valor no qual o soluto é solúvel e posteriormente o valor do pH é ajustado suficientemente de modo que o soluto é tornado insolúvel. Desse modo, o soluto removível é solúvel em pelo menos uma dentre: uma solução com valor de pH ácido, uma solução com valor de pH neutro, uma solução com valor de pH básico, e mediante ajuste do pH em um valor de pH superior ou inferior, uma vez que dependendo do soluto removível específico, .empregado, o soluto removível desse modo se torna insolúvel. Preferivelmente o soluto ou é solúvel ou insolúvel em um valor de pH próximo a pH 7, de modo que pouco ou nenhum ajuste do valor do pH é requerido para o fluxo de água de injeção após separação do precipitado do soluto removível.
Solutos típicos que são tornados insolúveis mediante ajuste do pH da solução diluída incluem aqueles solúveis em ácido aquoso tal como ácido sulfuroso aquoso ou ácido sulfúrico aquoso, incluindo tais solutos removíveis como, por exemplo, carbonatos, oxalatos, tartratos, e semelhante, de metais tais como cálcio, estrôncio, bário, níquel, cobalto, cobre, mercúrio, prata, sulfeto de ferro e/ou sulfito de cálcio. Por exemplo, sulfito de cálcio é solúvel em ácido sulfuroso, e sulfeto de ferro é solúvel em ácidos diluídos. Após remoção do precipitado, o ácido é neutralizado mediante, tipicamente, adição de hidróxido ou carbonato de cálcio para formar um precipitado e posteriormente removendo-se o precipitado, por exemplo, mediante filtração.
Em outra modalidade similar, empregando o mecanismo de pH oposto, um sal solúvel removível tal como sulfato de prata se torna insolúvel e o precipitado pode ser filtrado em uma solução de água de pH ácido, pela adição de ácido suficiente tal como ácido sulfuroso (H2S03) para diminuir o pH, o qual após filtração é neutralizado mediante, por exemplo, carbonato de cálcio e/ou hidróxido de cálcio.
Alternativamente, o soluto que ê tornado insolúvel pode ter uma solubilidade em água dependendo da temperatura da solução aquosa diluída do soluto removível. Desse modo, o soluto removível pode ser altamente solúvel em uma determinada temperatura na qual a água passa através da membrana semipermeável para a solução aquosa do soluto removível e é substancialmente menos solúvel em temperaturas inferiores de tal modo que o soluto removível precipita-se a partir da solução. Tipicamente, a solução do soluto removível que é alimentada ao segundo lado da membrana semipermeável pode ser mantida em uma temperatura de, por exemplo, 60 a 100°C e após remoção do fluxo diluído a partir da unidade(s) de osmose direta, a temperatura da solução diluída pode ser reduzida a, por exemplo, 25°C para precipitar o soluto removível. Solutos adequados que mostram uma mudança acentuada em solubilidade em água com mudança em temperatura incluem hidróxido de bário, salicilato de cálcio, sulfato de alumínio césio, iodato de potássio, permanganato de potássio, fosfato trissódico, sulfato de sódio, hidróxido de estrôncio, oxalato de estrôncio, tetraborato de sódio, nitrato de potássio {KN03) e hidrocloreto de dodecilamina. O aquecimento e o resfriamento das soluções podem ser efetuados utilizando-se aquecedores elétricos, unidades de refrigeração, trocadores de calor tais como condensadores de vapor e assim por diante, como são conhecidos na técnica, mas, preferivelmente, trocadores de calor. O soluto removível que é tornado insolúvel também pode ser um soluto que pode ser oxidado ou reduzido a uma forma menos solúvel e pode ser removido mediante filtração ou outros métodos convencionais de separação e subsequentemente reconvertidos à forma solúvel do soluto removível para reutilização. Por exemplo, cloreto cúprico tem uma alta solubilidade em água em temperatura ambiente, mas quando ele é reduzido eletricamente ou com um agente químico de redução ele forma cloreto cuproso que tem uma solubilidade muito baixa em água em temperatura ambiente. O cloreto cuproso precipitado pode ser separado da solução diluída mediante, por exemplo, filtração e o precipitado de cloreto cuproso pode ser reconvertido em cloreto cúprico para reutilização ao ser oxidado eletricamente ou com algum meio químico de oxidação, tal como borbulhagem de oxigênio através de uma suspensão do cloreto cuproso em água. Um outro exemplo é acetato ferroso, o qual é muito solúvel em água em temperatura, ambiente. Quando ele é oxidado eletricamente ou mediante borbulhagem de oxigênio através de sua solução, ele forma acetato básico férrico, o qual é insolúvel. O precipitado de acetato básico férrico pode ser reconvertido ao acetato ferroso para reutilização ao ser reduzido eletricamente ou com algum meio químico de redução, tal como borbulhagem de hidrogênio através de uma suspensão de acetato básico férrico em água.
Contudo, é preferido que o soluto removível seja um soluto volátil tal como amônio, dióxido de enxofre, dióxido de carbono, acetato de metila, acrilonitrila e suas misturas, particularmente, uma mistura de amônia e dióxido de carbono. Desse modó, a água passa a partir do primeiro para o segundo lado da membrana semipermeável da unidade(s) de osmose direta para formar uma solução aquosa diluída do soluto volátil. O soluto volátil pode então ser separado da solução aquosa diluída mediante qualquer meio adequado. Por exemplo, o fluxo diluído que é removido a partir do segundo lado da membrana semipermeável é passado para uma coluna separadora de gás em que o fluxo diluído é passado no sentido para baixo através de uma coluna separadora em contracorrente ao ar quente. Água de baixa salinidade, a partir da qual o soluto volátil foi removido, flui a partir de baixo da coluna e uma mistura de solvente-ar, volátil, flui a partir do topo. Tal operação de separação pode ser operada em uma faixa de 65 a 90°C. Após ceder calor â água que é usada para formar o fluxo de alimentação compreendendo uma solução aquosa de soluto volátil (em seguida "fluxo de alimentação de soluto volátil") que é alimentada ao segundo lado da membrana semipermeável da unidade(s) de osmose direta, o gás efluente a partir da coluna separadora pode ser passado para a parte inferior de uma coluna de absorção em contracorrente â água que é usada para formar o fluxo de alimentação de soluto volátil. Soluto volátil adicional pode ser fornecido à parte inferior da coluna de absorção para compensar qualquer perda no processo. Adequadamente, a concentração do soluto volátil no fluxo de alimentação de soluto volátil está na faixa de 3 a 10% em peso, preferivelmente 4 a 7% em peso. Uma vantagem do método da presente invenção é que não há exigência para se reduzir a concentração de solvente volátil no fluxo de água de injeção de baixa salinidade, tratada, até os baixos níveis exigidos para a água potável. Desse modo, a concentração de soluto volátil, por exemplo, amônia, que está presente no fluxo de água de injeção pode ser tão alta quanto 100 ppm. O processo da presente invenção é particularmente vantajoso onde o fluxo de alimentação de água de alta salinidade tem uma composição iônica diferente para a água de formação e onde a precipitação de sais minerais insolúveis de outro modo ocorrería na formação, e/ou no poço de produção e/ou a jusante do mesmo. Conseqüentemente, é considerado que a membrana que é empregada na etapa de osmose direta pode ser uma membrana íon-seletiva tendo um tamanho de poro que impede que os íons precursores de precipitado, dos precipitados de sais insolúveis, especificamente, ânions bivalentes tais como íons de sulfato passem através da membrana para a solução aquosa diluída do soluto removível. A água de injeção tratada, portanto, pode ter um teor total de sólidos dissolvidos na faixa de 200 a S.000 ppm, preferivelmente de 500 a 5.000 ppm e uma concentração de íons precursores de precipitado, tal como sulfato, inferior a 40 ppm.
Desse modo, de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, é provido um método de recuperar hidrocarbonetos a partir de uma formação subterrânea porosa que contém hidrocarbonetos compreendendo as etapas de: (a) alimentar um primeiro fluxo compreendendo uma água de elevada salinidade com um primeiro lado de uma membrana íon-seletiva de pelo menos uma unidade de osmose direta de uma instalação de dessalinização e alimentar um segundo fluxo compreendendo uma solução aquosa de um soluto removível a um segundo lado da membrana semipermeãvel em que o primeiro fluxo contêm íons precursores de precipitado em uma quantidade suficiente para formar precipitados de sais minerais insolúveis na formação se o primeiro fluxo contatou os íons residentes na formação e a membrana íon-seletiva substancialmente impede que os íons precursores de precipitado passem através da membrana e em que a concentração de soluto da solução aquosa do soluto removível é suficientemente maior do que a concentração de soluto da água de elevada salinidade de modo que a água e opcionalmente os Íons não precursores de precipitado passam através da membrana íon-seletiva para a solução aquosa do soluto removível para formar uma solução aquosa diluída do soluto removível; (b) remover um terceiro fluxo compreendendo uma ãgua salgada concentrada e um quarto fluxo compreendendo uma solução aquosa diluída do soluto removível a partir do primeiro e segundo lados, respectivamente, da membrana íon-seletiva da unidade(s) de osmose direta; (c) separar substancialmente o soluto removível do quarto fluxo compreendendo a solução aquosa diluída do soluto removível para formar um fluxo de água de baixa salinidade tendo um teor total de sólidos dissolvidos inferior a 5.000 ppm* e tendo uma concentração de íons precursores substancialmente inferior à concentração de íons precursores no fluxo de alimentação de água de elevada salinidade; (d) se necessário, aumentar o teor total de sólidos dissolvidos do fluxo de água de baixa salinidade até um teor total de sólidos dissolvidos de pelo menos 200 ppm, preferivelmente, de pelo menos 500 ppm; (e) se necessário, reduzir adicionalmente a concentração de íons precursores no fluxo de água de baixa salinidade de tal modo que a quantidade de precipitados de sais minerais insolúveis que são formados quando a água de baixa salinidade contata os íons residentes na formação é insuficiente para bloquear os poros da formação; (f) injetar a ãgua tratada de baixa salinidade na formação contendo hidrocarboneto por intermédio de um poço de injeção; (g) deslocar os hidrocarbonetos com a ãgua tratada de baixa salinidade em direção a um poço de produção associado; e (h) recuperar os hidrocarbonetos a partir da formação via poço de produção.
As composições preferidas da água tratada de baixa salinidade (fluxo de água de injeção) para uma formação contendo ions residuais são dadas abaixo: íons precursores de precipitado são definidos como ions que formam precipitados de sais minerais insolúveis nas condições da formação ou no poço de produção quando eles contatam os íons residentes. Os íons residentes são definidos como íons de ocorrência natural ou artificial já presentes na formação. Os íons precursores de precipitado devem ser uma espécie iônica diferente e opostamente carregada em relação à espécie iônica residente que ela contata na formação. fons específicos que podem ser íons precursores de precipitados de sais minerais insolúveis incluem S04'2, CO3 , HC03", HS" e suas misturas. fons residentes jã presentes na formação os quais, como observado, formam precipitados de sais insolúveis mediante "contato com os íons precursores incluem: Ba2+, Sr2+, Mg2+, Ca2+, Fez+, Fe3+, Al3+, Pb2+, Zn2+ e suas misturas.
Os ions residentes podem ser de ocorrência natural na água de formação ou podem ser de ocorrência artificial como resultado de algum processo de tratamento anterior. Os ions residentes precisam apenas estar presentes na formação em uma concentração suficiente para formar precipitados com os íons precursores nas condições do poço de produção ou formação quando a dispersão é injetada na formação. A concentração efetiva de íons precursores na qual ocorre a precipitação para um determinado caso é uma função de muitas variáveis incluindo a concentração de outros íons na solução e as condições in situ de, por exemplo, temperatura, pressão e pH. Aqueles versados na técnica podem, em muitos casos, prever a precipitação a partir dos dados coletados a partir de uma formação e podem, portanto, aplicar o método da modalidade preferida da presente invenção antes de efetivamente ocorrer deposição significativa de precipitados. Também é considerado que o método pode ser aplicado como uma ação remediadora após a deposição dos precipitados ser observada no poço de produção ou a jusante do mesmo. Não há concentração de limite mínimo fixo de íons precursores na água de injeção acima da qual a precipitação e a obstrução ocorrerão em todos os casos. Contudo, uma água de injeção não tratada (fluxo de alimentação de água de elevada salinidade) tendo uma concentração de íons precursores acima de 50 ppm, por exemplo, acima de 100 ppm, pode freqüentemente formar precipitados de sais minerais insolúveis quando contatada com o íon residente apropriado in situ. Desse modo, o processo da presente invenção é geralmente aplicável quando a água de injeção não tratada (fluxo de alimentação de água de injeção de alta salinidade) tem uma concentração de íons precursores acima de 50 ppm, preferivelmente acima de 100 ppm e mais preferivelmente acima de 500 ppm. A seletividade de uma membrana é uma função das propriedades específicas da membrana, incluindo o tamanho de poro da membrana ou a carga elétrica da membrana. Por exemplo, uma membrana de poliamida é particularmente eficaz para impedir seletivamente que o íon precursor S04"2 passe através da mesma. Membranas íon-seletivas adequadas para remover S04'2 a partir de uma água de injeção incluem membranas de poliamida que podem ser obtidas através da Osmonics Inc., Hydronautics, Dow and Torai.
Os íons inofensivos que passam através da membrana íon-seletiva para a água de injeção tratada podem até mesmo ter um efeito benéfico na formação. Por exemplo, íons com potencial estabilização de argila, tais como: K+, Na+, Cl", Br" e OH", podem ser passados para o fluxo de produto de água de injeção e subseqüentemente injetados na formação para impedir vantajosamente a expansão da argila ou migração de partículas. Contudo, para obter o benefício de recuperação aperfeiçoada de óleo, o teor total de sólidos dissolvidos do' fluxo de água de injeção deve estar na faixa de 200 a 5,000 ppm, preferivelmente 500 a 5.000 ppm.
Onde uma fonte contínua de água pura está disponível para atuar como solvente para o segundo fluxo compreendendo a solução aquosa do soluto removível (fluxo de alimentação de soluto removível), a membrana íon-seletiva deve preferivelmente impedir que os íons precursores de precipitado cruzem a partir do primeiro para o segundo lado da membrana enquanto ao mesmo tempo permitindo que água e uma porção dos íons inofensivos passem através da membrana. Contudo, como discutido acima, o teor total de sólidos dissolvidos do fluxo de água de injeção deve estar na faixa de 200 a 5.000 ppm, preferivelmente 500 a 5.000 ppm.
Onde o primeiro fluxo é de água do mar e o segundo fluxo ê uma solução do soluto removível em água do mar, pode não ser possível obter a concentração desejada de íons precursores no fluxo de água de injeção sem tratar adicionalmente a água de injeção para remover pelo menos uma porção dos íons precursores restantes. Por exemplo, onde a água do mar tem uma salinidade total de 30.000 ppm e a concentração dos íons de sulfato na água do mar é de 2.500 ppm e é desejado produzir um fluxo de água de injeção tendo uma salinidade total de 3.000 ppm, o segundo fluxo da solução aquosa do soluto removível em água do mar pode apenas ser diluído por um fator de 10. Consequentemente, a concentração de sulfato da água tratada será de aproximadamente 250 ppm. Portanto, é necessário reduzir adicionalmente a concentração de sulfato da água tratada de baixa salinidade até um valor inferior a 4 0 ppm antes de introduzir o fluxo de água de injeção em uma formação de "incrustação". Isso pode ser conseguido, por exemplo, mediante passagem da água tratada através de uma unidade de osmose reversa provida com uma membrana de nanofiltração íon-seletiva que remove separadamente o sulfato a partir da água tratada de baixa salinidade. Alternativamente, íons de sulfato em excesso podem ser removidos através da adição de um contra-íon de precipitação para sulfato, por exemplo, Ba2+. Onde o precipitado resultante de sulfato de bário está na forma finamente dividida, pode não ser necessário remover o precipitado de sulfato de bário a partir do fluxo de água de injeção. Também é considerado que sulfato de bário sólido finamente dividido pode ser adicionado a um fluxo de água de injeção que contém íons de sulfato em excesso de tal modo que qualquer sulfato de bário que se precipita na formação preferencialmente se precipita no precipitado de sulfato de bário finamente dividido e, portanto, não forma precipitados de obstrução de poros na formação (como descrito em nosso Pedido de patente UK co-pendente, GB 0501980.7, depositado em 1° de fevereiro de 2005 . É considerado que a água tratada de baixa salinidade, após separação dos solutos removidos pode ter uma salinidade total abaixo daquela exigida para o fluxo de água de injeção, por exemplo, a água tratada pode ter um teor total de sólidos dissolvidos inferior a 200 ppm ou inferior a 100 ppm ou pode até mesmo ter um teor total de sólidos dissolvidos que corresponda aos padrões de água potável. A salinidade total da água tratada de baixa salinidade pode então ser ajustada no valor desejado mediante mistura da água tratada de baixa salinidade com o fluxo de alimentação de elevada salinidade ou com o fluxo de água salgada usada. Desse modo, onde o fluxo de alimentação de soluto removível que é alimentado ao segundo lado da membrana emprega água fresca como solvente, a água tratada de baixa salinidade substancialmente não contém sólidos dissolvidos. Contudo, quando água de elevada salinidade contendo íons de sulfato é sangrada de volta para essa água tratada para produzir um fluxo de água de injeção da salinidade total desejada, a concentração de lons precursores de precipitado, tal como sulfato, pode aumentar até acima de um valor no qual precipitados de obstrução se formarão na formação. Conseqüentemente, pode ser necessário tratar o fluxo de água de injeção resultante para remover, por exemplo, íons de sulfato. Desse modo, após separação do soluto removível e mistura com uma água de elevada salinidade o fluxo de água de injeção pode ser passado para uma unidade de nanofiltração por osmose reversa convencional ou um cãtion de precipitação, tal como Ba2+, pode ser adicionado, como descrito acima. Contudo, é preferido remover os íons precursores de precipitado a partir da água de elevada salinidade antes da etapa de misturar, por exemplo, utilizando nanofiltração por osmose reversa convencional ou mediante precipitação dos lons precursores de precipitado, uma vez que um volume menor de água exige tratamento. É considerado que dois processos de osmose direta podem ser operados em paralelo em que o primeiro processo emprega uma membrana que impede que substancialmente todos os sólidos dissolvidos passem através da mesma para uma solução aquosa do soluto removível em água fresca e o segundo processo emprega uma membrana íon-seletiva que seletivamente impede que os íons de sulfato passem através da mesma para uma solução aquosa do soluto removível em água do mar. Os dois fluxos de produto aquoso são então misturados em uma proporção que proporcionará o teor total desejado de sólidos dissolvidos e a baixa concentração desejada de íons precursores de precipitado. A instalação de dessalinização empregada no método da presente invenção pode estar localizada em terra ou ao largo, por exemplo, em uma plataforma. Uma desvantagem de uma instalação de dessalinização por osmose direta localizada na superfície é que tais instalações têm uma grande área ocupada e quando instaladas em uma plataforma como uma adaptação, freqüentemente exigem a adição de estrutura de plataforma. Desse modo, é considerado que a instalação de dessalinização de osmose direta pode ser submersa em uma extensão de água para reduzir as exigências de espaço e peso da plataforma, Onde a instalação de osmose direta é submersa em uma extensão de água, é preferido que o primeiro fluxo da água de elevada salinidade seja água do mar ou água estuarina. Desse modo, a extensão de água na qual a instalação de osmose direta é submersa ê preferivelmente um mar ou um estuário. Preferivelmente, a instalação de osmose direta é operada utilizando um fluxo de alimentação de água de elevada salinidade tendo uma pressão hidrostática absoluto na faixa de 0,05 a 1,6 MPa correspondendo a uma profundidade submersa de aproximadamente 5 a 160 metros desse modo reduzindo ás exigências de bombeamento da instalação.
Onde o fluxo de alimentação de água de elevada salinidade é tirado em uma profundidade submersa de pelo menos 100 metros, preferivelmente de pelo menos 150 metros, isso constitui uma vantagem em que a água tem um teor de oxigênio significativamente inferior ao da água tirada a partir da superfície ou próximo da superfície desse modo reduzindo ou até mesmo eliminando a necessidade de desaerar o fluxo de água de injeção de baixa salinidade.
Preferivelmente, a instalação de dessalinização de osmose direta, submersa, é provida com um tanque de coleta para o produto de água de injeção de baixa salinidade; lastro para ajustar a profundidade na qual a instalação é submersa; uma fonte de gás, preferivelmente uma fonte de ar, para purgar a água a partir da instalação desse modo permitindo que a instalação seja recuperada para a superfície para manutenção e/ou reparo; um cabo elétrico submarino, preferivelmente, um cabo elétrico submarino blindado para transmitir eletricidade que aciona a instalação; e cabos de fibra ótica para transmissão de dados e vídeo, como descrito em nosso Pedido de Patente internacional co-pendente PCT/GB2005/001939. Tipicamente, os componentes da instalação de dessalinização de osmose direta estão localizados dentro de um alojamento capaz de resistir à pressão hidrostática externa na profundidade submersa. A instalação, de dessalinização de osmose direta, submersa, pode ser presa ao solo oceânico por intermédio de um cabo submarino ou pode ser fixada ou de outra forma presa a uma estrutura flutuante tal como uma plataforma de pernas de tensão, uma unidade de descarregaraento de armazenagem de produção flutuante (FPSO) ou um tubo vertical. Também é considerado que a instalação de dessalinização de osmose direta submersa pode ser disposta em um solo oceânico, flutuante, artificial. O método da presente invenção será descrito agora com referência ao fluxograma ilustrado na Figura 1.
Um primeiro fluxo de alimentação 1, compreendendo uma água de elevada salinidade, é passado através de um filtro grosso (não mostrado). Um fluxo 2 de concentrado de biocida, um fluxo 3 de concentrado de bissulfito de sódio e um fluxo 4 de concentrado inibidor de crosta são dosados continuamente no fluxo 1 de alimentação de água de elevada salinidade a montante de uma pluralidade de filtros finos 5 que são dispostos em paralelo. O fluxo 1 de alimentação de água de elevada salinidade é então passado por intermédio de pelo menos uma bomba de baixa pressão 6, e válvulas 7, para um primeiro lado de uma membrana 8 de uma pluralidade de unidades 9 de osmose direta que são arranjadas em paralelo. Um segundo fluxo de alimentação 10 compreendendo uma solução de um soluto removível em uma água de elevada salinidade é alimentado ao segundo lado da membrana 8 das unidades 9 de osmose direta. Um fluxo concentrado de água salgada usada (retentado) 14 e um fluxo compreendendo uma solução aquosa diluída do soluto removível (permeato) 11 são removidos a partir do primeiro e segundo lados da membrana da unidade de osmose direta, respectivamente. Válvulas de controle de fluxo 13 são providas na saída para o fluxo de água salgada usada 14 . O fluxo de água salgada usada 14 é descarregado para o ambiente após remoção de energia a partir do mesmo por intermédio de uma Roda Pelton, permutador de energia de Dupla ação, ou um permutador de pressão (não mostrado) que é acoplado aos rotores da bomba(s) de baixa pressão 6. O fluxo diluido 11 é passado para um estágio 15 de separação de soluto removível onde um fluxo 16 de água de injeção de baixa salinidade é separado do soluto removível, O soluto removível é reutilizado na preparação do segundo fluxo 10 de alimentação fresca, O fluxo 16 de água de injeção de baixa salinidade é passado para um tanque de armazenamento (não mostrado) antes de ser enviado para um sistema de injeção (não mostrado). Pelo menos uma porção do fluxo 16 de água de baixa salinidade é alimentada a um tanque 17 de um sistema de limpeza. Periodicamente, válvulas 7 e 13 são fechadas e a bomba(s) 6 de baixa pressão é desligada para permitir lavagem em contrafluxo das membranas das unidades 9 de osmose direta, A água de baixa salinidade a partir do tanque 17 do sistema de limpeza é então bombeada para o segundo lado das membranas 8 das unidades 9 de osmose direta por intermédio da bomba 18 antes de ser reciclada para o tanque 17. Um filtro fino 19 posicionado no circuito de limpeza remove qualquer material de incrustação que é lavado a partir das membranas 8 das unidades 9 de osmose direta.

Claims (25)

1. Método de recuperar hidrocarbonetos a partir de uma formação subterrânea porosa, que contém hidrocarbonetos, caracterizado por compreender as etapas de: (a) alimentar um primeiro fluxo compreendendo uma água de elevada salinidade a um primeiro lado de uma membrana semipermeável de pelo menos uma unidade de osmose direta de uma instalação de dessalinização e alimentar um segundo fluxo compreendendo uma solução aquosa de um soluto removível a um segundo lado da membrana semipermeável em que a concentração de soluto da solução aquosa do soluto removível é suficientemente maior do que a concentração de soluto da água de elevada salinidade de modo que a água passa através da membrana semipermeável a partir da água de elevada salinidade para a solução aquosa do soluto removível para formar uma solução aquosa diluída do soluto removível; (b) remover um terceiro fluxo compreendendo uma água salgada concentrada e um quarto fluxo compreendendo uma solução aquosa diluída do soluto removível a partir do primeiro e segundo lados, respectivamente, da membrana semipermeável da unidade de osmose direta; (c) separar substancialmente o soluto removível a partir do quarto fluxo compreendendo a solução aquosa diluída do soluto removível para formar um fluxo de água de baixa salinidade tendo um teor total de sólidos dissolvidos inferir a 5.000 ppm; (d) se necessário, aumentar a salinidade do fluxo de água de baixa salinidade até um teor total de sólidos dissolvidos de pelo menos 200 ppm, preferivelmente, pelo menos 500 ppm; (e) introduzir a água tratada de baixa salinidade na formação que contém hidrocarboneto por intermédio de um poço de injeção; (f) deslocar os hidrocarbonetos com a água tratada de baixa salinidade em direção a um poço de produção associado; e (g) recuperar os hidrocarbonetos a partir da formação por intermédio do poço de produção.
2. Método de recuperar hidrocarbonetos a partir de uma formação subterrânea porosa, que contém hidrocarbonetos, caracterizado por compreender as etapas de: (a) alimentar um primeiro fluxo compreendendo uma água de elevada salinidade a um primeiro lado de uma membrana semipermeável de pelo menos uma unidade de osmose direta de uma instalação de dessalinização e alimentar um segundo fluxo compreendendo uma solução aquosa de um soluto removível a um segundo lado da membrana semipermeável em que o primeiro fluxo contém íons precursores de precipitado em uma quantidade suficiente para formar precipitados de sais minerais insolúveis na formação se o primeiro fluxo tiver contatado os íons residentes na formação e a membrana semipermeável é uma membrana íon-seletiva que impede substancialmente que os íons precursores de precipitado passem através da membrana e em que a concentração de soluto da solução aquosa do soluto removível é suficientemente maior do que a concentração de soluto da água de elevada salinidade de modo que a água e opcionalmente ions não precursores de precipitado passam através da membrana íon-seletiva para a solução aquosa do soluto removível para formar uma solução aquosa diluída do soluto removível; (b) remover um terceiro fluxo compreendendo uma água salgada concentrada e um quarto fluxo compreendendo uma solução aquosa diluída do soluto removível a partir do primeiro e segundo lados, respectivamente, da membrana íon-seletiva da unidade(s) de osmose direta; (c) separar substancialmente o soluto removível a partir do quarto fluxo compreendendo a solução aquosa diluída do soluto removível para formar um fluxo de água de baixa salinidade tendo, um teor total de sólidos dissolvidos inferior a 5.000 ppm e tendo uma concentração de íons precursores substancialmente inferior â concentração de íons precursores no fluxo de alimentação de água de elevada salinidade; (d) se necessário, aumentar a salinidade total do fluxo de água de baixa salinidade até um teor total de sólidos dissolvidos de pelo menos 200 ppm, preferivelmente, pelo menos 500 ppm; (e) se necessário, reduzir adicionalmente a concentração de íons precursores no fluxo de água de baixa salinidade de tal modo que a quantidade de precipitados de sais minerais insolúve‘ís que são formados quando a água de baixa salinidade contata os íons residentes na formação é insuficiente para bloquear os poros da formação,- (f) injetar a água tratada de baixa salinidade na formação que contém hidrocarbonetos por intermédio de um poço de injeção; (g) deslocar os hidrocarbonetos com a água tratada de baixa salinidade em direção a um poço de produção associado; e (h) recuperar os hidrocarbonetos a partir da formação por intermédio do poço de produção.
3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o primeiro fluxo que é alimentado ao primeiro lado da membrana semipermeável da unidade(s) de osmose direta tem uma concentração de íons precursores acima de 500 ppm e o fluxo de água tratada de baixa salinidade que é injetado na formação que contém hidrocarbonetos tem uma concentração de íons precursores inferior a 40 ppm.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o primeiro fluxo que é alimentado ao primeiro lado da membrana semipermeável da unidade(s) de osmose direta tem um teor total de sólidos dissolvidos (salinidade total) de pelo menos 20.000 ppm.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que o segundo fluxo que é alimentado ao segundo lado da membrana semipermeável da unidade(s) de osmose direta tem uma concentração total de soluto dissolvido que é pelo menos 150.000 ppm superior à concentração total de soluto dissolvido do primeiro fluxo que ê alimentado ao primeiro lado da membrana semipermeável.
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que a água tratada de baixa salinidade tem um teor total de sólidos dissolvidos na faixa de 500 a 4.000 ppm.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que o primeiro fluxo é alimentado ao primeiro lado da membrana semipermeável da unidade(s) de osmose direta em uma pressão absoluta na faixa de 0,05 a 1,6 MPa, preferivelmente, de 0,3 a 1,0 MPa.
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que o fluxo de água através da membrana semipermeável da unidade(s) de osmose direta está na faixa de 1-100 l/m2/h, preferivelmente 15/40 l/m2/h (onde "fluxo" é definido como o volume de água passando através de 1 m2 de membrana por hora).
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que a unidade(s) de osmose direta é operada de uma maneira continua mediante a ação de alimentar continuamente o primeiro e o segundo fluxo ao primeiro e segundo lados da membrana semipermeável, respectivamente, e remover continuamente o terceiro e quarto fluxo a partir do primeiro e segundo lados da membrana semipermeável, respectivamente.
10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o primeiro e o segundo fluxo passam em uma direção em contracorrente ao longo do primeiro e segundo lados da membrana semipermeável, respectivamente.
11 . Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que a razão de fluxo de água tratada de baixa salinidade para fluxo de água salgada usada está na faixa a partir de 7:1 a 9:1.
12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que a injeção da água tratada de baixa salinidade na formação que contém hidrocarbonetos resulta em um aumento na recuperação de hidrocarbonetos a partir da formação que contém hidrocarbonetos de pelo menos 5% em comparação com o uso da água não tratada de elevada salinidade.
13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que a membrana semipermeável da unidade(s) de osmose direta é uma membrana de ultrafiltração tendo um tamanho de poro nominal inferior a 0,001 μτη.
14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que a membrana semipermeável da unidade(s) de osmose direta é uma membrana de ultrafiltração tendo um tamanho de poro que impede substancialmente que os sólidos dissolvidos no primeiro fluxo e o soluto removível no segundo fluxo passem através da membrana enquanto permitindo que água migre através dela para formar uma solução aquosa diluída do soluto removível e em que o segundo fluxo compreende uma solução de soluto removível em água fresca de tal modo que após substancialmente todo o soluto removível ser separado do quarto fluxo, o fluxo de água de baixa salinidade resultante tem um teor total de sólidos dissolvidos inferior a 100 ppm, preferivelmente inferior a 50 ppm, e em que o método compreende as etapas adicionais de: (i) reciclar uma porção menor do fluxo de água de baixa salinidade de volta para a etapa de osmose direta como solvente fresco para o segundo fluxo; e (ii) ajustar o teor total de sólidos dissolvidos do restante do fluxo de água de baixa salinidade em um valor desejado para a agua tratada de baixa salinidade {200 a 5.000 ppm, preferivelmente 500 a 5.000 ppm) mediante mistura do fluxo de água de baixa salinidade com uma porção do fluxo de alimentação de água de elevada salinidade ou com uma porção do fluxo concentrado de água salgada usada.
15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que o segundo fluxo compreende uma solução do soluto removível em água fresca, a membrana é uma membrana íon-seletiva que permite que uma porção dos sólidos dissolvidos a partir do fluxo de alimentação de água de alta salinidade passe através da mesma e as taxas nas quais o primeiro e o segundo fluxo são alimentados à membrana semipermeável da unidade(s) de osmose direta, e a natureza da membrana, são selecionadas de modo que, após separação do soluto removível a partir do quarto fluxo, a água de baixa salinidade tem um teor total de sólidos dissolvidos na faixa de 200 a 5.000 ppm, preferivelmente 500 e 5.000 ppm.
16. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 ou 15, caracterizado pelo fato de que a água fresca é selecionada a partir de água de rio, água de aqüífero ou água produzida utilizando-se uma unidade de dessalinização de osmose reversa.
17. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que o segundo fluxo compreende uma solução do soluto removível em uma água de elevada salinidade e a membrana semipermeável é capaz de substancialmente impedir que todos os sõlidos dissolvidos contidos no primeiro fluxo passem através da membrana enquanto permitindo que água passe através dela desse modo diluindo os sólidos -dissolvidos que são de ocorrência natural no segundo fluxo e essa diluição é continuada até que o nível de concentração dos sólidos dissolvidos de ocorrência natural no quarto fluxo estejam na faixa de 200 a 5.000 ppm, preferivelmente 500 a 5.000 ppm, de tal modo que separação do soluto removível a partir da solução aquosa diluída proporciona a água de baixa salinidade desej ada.
18. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 ou 17, caracterizado pelo fato de que o soluto removível separado é reciclado para uso na preparação do segundo fluxo.
19. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 ou 18, caracterizado pelo fato de que um biocida e/ou um inibidor de crosta é dosado no primeiro fluxo e opcionalmente no segundo fluxo que são alimentados ao primeiro e segundo lados da membrana semipermeável, re spe c t i vamente.
20. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 ou 19, caracterizado pelo fato de que a membrana semipermeável da unidade(s) de osmose direta da instalação de dessalinização é limpa mediante ação de lavar em contrafluxo, periodicamente, a membrana com uma porção do fluxo de produto de água de baixa salinidade.
21. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 ou 20, caracterizado pelo fato de que o soluto removível é separado da solução aquosa diluída do soluto removível (quarto fluxo) mediante ação de tornar insolúvel o soluto removível no quarto fluxo desse modo formando uma suspensão de um precipitado insolúvel do soluto removível em uma fase aquosa de água de baixa salinidade; e separar o precipitado insolúvel a partir da fase aquosa da suspensão desse modo gerando o fluxo de água de baixa salinidade.
22. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o soluto removível ê selecionado do grupo consistindo em sais que são tornados insolúveis mediante (a) ajuste do valor de pH do quarto fluxo (b) ajuste da temperatura do quarto fluxo ou (c) mudança do estado de oxidação do soluto removível.
23. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 ou 20, caracterizado pelo fato de que o soluto removível é um soluto volátil e o soluto volátil é separado do quarto fluxo (solução aquosa diluída do soluto volátil) mediante vaporização do soluto volátil desse modo gerando uma fase de vapor e uma fase aquosa de água de baixa salinidade e separando as fases.
24. Método, . de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o soluto volátil é vaporizado mediante redução da pressão do quarto fluxo ou mediante separação de gás quente.
25. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações l, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, ío, li, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 ou 24, caracterizado pelo fato de que a instalação de dessalinização está localizada em terra ou ao largo em uma plataforma ou está submersa em uma extensão de água.
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