(54) Título: MÉTODO PARA RECUPERAR PETRÓLEO A PARTIR DE UM POÇO DE PETRÓLEO. (51) Int.CI.: E21B 43/24 (30) Prioridade Unionista: 27/08/2007 US 60/968182 (73) Titular(es): VEOLIA WATER TECHNOLOGIES, INC.
(72) Inventor(es): KEITH R. MINNICH; KASHI BANERJEE “MÉTODO PARA RECUPERAR PETRÓLEO A PARTIR DE UM POÇO DE PETRÓLEO”
REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS
Este pedido reivindica a prioridade sob 35 U.S.C. § 119(e) do seguinte pedido condicional U. S.: Pedido Série N° 60/968.182 depositado em 27 de agosto de 2007. Cujo pedido é incorporado em sua totalidade por referência neste.
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente diz respeito a um processo para a recuperação de petróleo pesado, mais particularmente, a um processo de recuperação de petróleo que utiliza um processo de membrana para remover sílica e petróleo residual da água produzida a montante de tratamento de água e processos de geração de vapor.
FUNDAMENTOS
A recuperação de petróleo convencional envolve perfurar um poço e bombear uma mistura de petróleo e água a partir do reservatório. O petróleo é separado da água e a água é usualmente injetada em uma formação de sub-superfície. A recuperação convencional trabalha poços para petróleo de baixa viscosidade. Entretanto, processos de recuperação de petróleo convencionais não trabalha poços para petróleo de viscosidade mais alta ou pesado.
Processos de recuperação de petróleo (EOR) intensificada utiliza métodos térmicos para melhorar a recuperação de petróleo pesados a partir dos reservatórios de sub-superfície. A injeção de vapor em formações que carregam petróleo pesado é um método (EOR) amplamente praticado. Tipicamente, diversas toneladas de vapor são requeridas para cada tonelada de petróleo recuperado. O vapor aquece o petróleo no reservatório, que reduz a viscosidade do petróleo e deixa o petróleo fluir a um reservatório de coleta. O vapor condensa e mistura-se com o petróleo, para formar uma mistura petróleo-água. A mistura de petróleo e água é bombeada à superfície. O petróleo é separado da água por processos convencionais utilizados em operações de recuperação de petróleo convencionais para formar a água produzida.
Por razões econômicas e ambientais é desejável reciclar a água produzida. Isto é realizado pelo tratamento da água produzida, produzindo uma água de alimentação e direcionando-se a água de alimentação tratada a um gerador de corrente ou caldeira e produzir corrente. O ciclo de água completo inclui as etapas de:
• injetar o vapor em uma formação que carrega petróleo, • condensar o vapor para aquecer o petróleo após o que o vapor condensado mistura-se com o petróleo para formar uma mistura petróleo-água, • coletar a mistura petróleo-água em um poço, • bombear a mistura petróleo-água à superfície, • separar o petróleo da mistura petróleo-água para formar a água produzida, • tratar a água produzida para formar água de alimentação para o equipamento de geração de calor e • converter a água de alimentação em vapor tendo uma qualidade de aproximadamente 70 % a 100 % para injeção na formação que carrega petróleo.
O equipamento de geração de vapor pode tomar várias formas que, em geral, incluem uma vez através dos geradores de vapor (OTSG) ou caldeiras de vários tipos. Entretanto, tratar a água produzida para formar um estoque de alimentação relativamente puro para a geração de vapor é desafiante. Em particular, tratar a água produzida para retardar ou evitar a incrustação de sílica no equipamento de purificação, tais como evaporadores e em equipamento de geração de vapor é difícil.
Vários métodos indicaram a incrustação de sílica. É conhecido tratar quimicamente a água para precipitar sílica reduzirá a concentração de sílica a um nível que é adequado para o uso na produção de vapor usando-se Gerador de vapor direto antigos (OTSG). Este processo é, em geral, referido como Amolecimento de Cal por Calor seguido pela Troca Iônica. A sílica precipita-se como cristais muito finos que são usualmente de apenas alguns mícrons de tamanho. Estes cristais de sílica finos são economicamente difíceis de se remover pelos dispositivos de separação mecânica, tais como filtros de leito de imersão, centrífugas, hidrociclones e sedimentadores por gravidade. Um outro método é aprisionar a sílica que precipita-se em um depósito de hidróxido de magnésio e/ou carbonato de cálcio que é criado pela adição de cal, óxido de magnésio e carbonato de sódio. Este processo tem a desvantagem, entretanto, de requerer grandes quantidades de produtos químicos e de produzir grandes quantidades de sedimento residual. Quando usado neste método, os sedimentadores de gravidade são sensíveis a variações na química de alimentação e são facilmente perturbados, criando problemas para o equipamento a jusante.
Também é conhecido tratar quimicamente a água produzida e água produzida quimicamente tratada de objetivo a um processo de evaporação que prduz um destilado que toma-se água de alimentaão a um OTSG ou caldeira. Em particular, é conhecido usar um evaporador e compressor de vapor mecânico para a produção do destilado. Neste método particular, o pH da água produzida alimentada ao evaporador é aumentado para manter a solubilidade da sílica. Isto evita as incrustações com base em sílica de obstruam as superfícies de transferência de calor do evaporador. Entretanto, também existem prejuízos e desvantagens com este método. A adição de cáustico para elevar o pH representa um curto de operação significante. Os evaporadores de compressão de vapor mecânicos recuperam aproximadamente 95 % da água da água produzida sem petróleo. Os 5 % remanescentes produzem um vapor concentrado que é difícil de se processar. O pH é usualmente maior do que 12, o que torna a corrente concentrada extremamente nociva. Qualquer tentativa de neutralizar o vapor causa a precipitação de sólidos de sílica que são muito difíceis de se separar da solução aquosa. O processo de neutralização também é conhecido por liberar gases nocivos, tais como sulfeto de hidrogênio. Estes sistemas consequentemente tendem a ser caros de se operar e dispendiosos de se manter.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
A presente invenção diz respeito a um processo de recuperação de petróleo que utiliza uma ou mais membranas para remover sílica e/ou petróleo da água produzida. Em uma forma de realização, o processo inclui separar petróleo da água produzida e precipitar sílica em cristais. A água produzida tendo a sílica precipitada é direcionada a uma membrana, tal como uma membrana cerâmica, que remove a sílica precipitada da água produzida. Em alguns casos petróleo residual está presente e pode ser removido pela membrana.
Em uma forma de realização particular, a água produzida é direcionada a uma membrana que produz o permeado que por sua vez é direcionado a um evaporador. O evaporador produz destilado que forma água de alimentação na caldeira, que por sua vez é direcionada a uma caldeira que produz vapor para injeção em uma formação que carrega petróleo.
Uma outra forma de realização da invenção inclui uma unidade de osmose inversa interposta entre a membrana e um evaporador. A unidade de osmose inversa produz um permeado de qualidade alta do permeato de membrana, formando água de ebulição da caldeira. O rejeito do sistema de osmose inversa torna-se a alimentação do evaporador. O evaporador produz uma água de alimentação de caldeira que forma o destilado. O permeato da unidade de osmose inversa é fornecido à caldeira e
Petição 870180021031, de 15/03/2018, pág. 12/22 a corrente de rejeito da unidade de osmose inversa é evaporada para a produção de um destilado também fornecido à caldeira.
A invenção também vincula uma forma de realização que inclui uma unidade de membrana de cerâmica usada em conjunção com um gerador de vapor direto antigo para a geração de vapor da água produzida. Uma unidade de troca iônica recebe a membrana cerâmica permeada e o efluente da troca iônica torna-se a água de alimentação ao gerador de vapor direto antigo. O vapor do gerador de vapor direto antigo é colocado em processo para retirada da névoa para fornecer vapor de alta qualidade para injeção.
A invenção inclui, em uma forma de realização, o uso de um processo de evaporação. O concentrado do vapor, que tem um pH de aproximadamente 10,5 ou mais alto, é neutralizado com ácido a um pH de aproximadamente 9 ou mais baixo. O processo de neutralização causará a precipitação de sílica silica. O cocnentrado neutralizado torna-se a alimentação a um processo de membrana de cerâmica para ainda remover a sílica e para remover o petróleo residual do concentrado do evaporador, que torna o concentradomais fácil de se manusear para a última deposição. Nesta forma de realização, a membrana cerâmica permeada pode ser direcionada a um segundo evaporador e/ou uma unidade de osmose inversa para a purificação adicional antes de ser direcionada à caldeira.
Os outros objetivos e vantagens da presente invenção tornarse-ão evidentes e obvios a partir de um estudo do seguinte relatório descritivo e dos desenhos anexos que são meramente ilustrativos de tal invenção. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A Figura 1 é um esquema que ilustra etapas de processo básico para a recuperação de petróleo pesado.
A Figura 2 é um desenho esquemático que mostra um processo de recuperação de petróleo pesado que utiliza uma membrana cerâmica para remover sílica da água produzida antes de um processo de evaporação.
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A Figura 3 é uma representação esquemática de um processo de recuperação de petróleo que utiliza osmose inversa e evaporação com um processo de membrana cerâmica para a geração de estoque de alimentação de caldeira.
A Figura 4 é uma representação esquemática de um processo de recuperação de petróleo que utiliza a separação trocadora de íon com um processo de membrana cerâmica para a geração de estoque de alimentação de OTSG.
A Figura 5 é uma ilustração esquemática de um processo de recuperação de petróleo que utiliza pelo menos dois evaporadores em séries a jusante de uma membrana cerâmica.
A Figura 6 é uma ilustração esquemática similar à Figura 5 mas ilustrando-se um processo ou método alternativo.
A Figura 7 é uma ilustração esquemática de um processo de recuperação de petróleo que utiliza um processo de cristalziação e uma membrana cerâmica para filtrar a salmoura concentrada produzida por um evaporador.
MÉTODO DE REMOVER PETRÓLEO PESADO
A presente invenção vincula um processo para o uso na recuperação de petróleo pesado para a limpeza da água produzida para a geração de vapor. A recuperação de petróleo pesado é, em geral, realizada pela injeção de vapor em formações subterrâneas que carregam petróleo pesado. O vapor aquece o petróleo, desse modo condensando-o. A mistura petróleo-água resultante é bombeada à superfície onde o petróleo é separado da mistura permitindo que esta seja denominada água produzida. A água produzida é re-utilizada para a geração de vapor para a retroalimentação na formação que carrega petróleo.
A água produzida inclui íons orgânicos dissolvidos e outros compostos orgânicos dissolvidos, sólidos inorgânicos e orgânicos colocados em suspensão e gases dissolvidos. Tipicamente, os sólidos totais colocados em suspensão na água produzida são menos do que 1000 ppm. Além de sólidos colocados em suspensão, a água produzida a partir dos processos de recuperação de petróleo pesado inclui sólidos orgânicos e inorgânicos dissolvidos em porções variantes. Os sólidos dissolvidos ou colocados em suspensão, em particular compostos com base em sílica, na água produzida tem o potencial de sujar o equipamento de purificação e geração de vapor com incrustações. O tratamento adicional é, portanto, desejável após remover os compostos com base em sílica colocados em suspensão. A seguir, o termo sílica será usado para referir-se, em geral, a compostos com base em sílica.
A fim de prevenir a incrustação de sílica e/ou obstrução do equipamento de purificação e de de geração de vapor, a presente invenção fornece que a água produzida a ser tratada usando-se um processo de membrana cerâmica para remover substancialmente a sílica da água produzida. A água produzida, tendo sílica removida, ainda é purificada por qualquer um de uma variedade de processos de purificação incluindo osmose inversa, evaporação e tratamento de troca iônica antes de ser direcionado ao equipamento de geração de vapor. O equipamento de geração de vapor pode incluir, pelo menos caldeiras e gerador de vapor direto antigo.
São debatidos neste processos que utilizam membranas, particularmente membranas cerâmicas em processos de recuperação de petróleo, uma faixa de contaminantes pode ser removida a partir de uma corrente de resíduo com uma ou mais membranas. Em um processo de recuperação de petróleo, por exemplo, sílica e petróleo residual na água produzida são contaminantes que podem ser eficazmente removidos com as membranas, membranas cerâmicas particulares. A fim de evitar a incrustação de sílica na purificação e equipamento de geração de vapor, o processo divulgado neste fornece que a água produzida é tratada usando-se um processo de membrana cerâmica para remover substancialmente a sílica da água produzida ou de outras correntes, tal como uma corrente de salmoura concentrada, que pode ser produzida no processo de tratar uma corrente de água produzida. No caso da água produzida, após a sílica ser removida, a água produzida ou outra corrente resultante pode ser purificada por qualquer umd e uma variedade de processos de purificação incluindo osmose inversa, evaporação, troca iônica de tratamento, após o que a corrente tratada pode ser direcionada ao equipamento de geração de vapor. O equipamento de geração de vapor pode incluir caldeiras, geradores de vapor direto antigos, etc.
O processo geral da presente invenção é ilustrado esquematicamente na Figura 1, o diagrama esquemático indicado pelo número 100. A mistura petróleo-água 70 é direcionada ao processo de separação petróleo-água que separa eficazmente o petróleo da água. Isto é comumente referido como separação primária e pode ser realizada por vários processos convencionais, tais como separação por gravidade ou centrífuga. A água separada é submetida, em alguns casos, a um processo de retirada de petróleo por polimento odne o petróleo adicional é removido da água. A água resultante do processo de separação petróleo-água é referido como a água produzida. A água produzida contém sólidos de sílica colocados em suspensão residuais, petróleos emulsificado e sólidos dissolvidos. A água produzida é direcionada por intermédio da linha 20 a uma membrana de cerâmica para a remoção de sílica. Deve ser indicado que a sílica e o petróleo residual podem ser removidos de maneira simultânea ou em estágios com membranas cerâmicas múltiplas. A membrana de cerâmica gera uma corrente de permeado stream 30 e uma corrente de rejeito 60A. O permeado da membrana cerâmica é direcionada a um processo de purificação a jusante, tal como um processo de evaporação. A corrente de rejeito 60A da membrana cerâmica é direcionada a uma linha de resíduo 60. O processo de purificação a jusante purifica o permeado e produz uma corrente de água purificada 40 e uma corrente de rejeito ou de resíduo 60B. A água purificada é direcionada a um processo de geração de vapor e a corrente de rejeito do processo de purificação é direcionado a uma linha de resíduo 60. O vapor é gerado pelo processo de geração de vapor e injetado na formação que carrega petróleo para formar a mistura petróleo-água que é coletada e bombeada à superfície onde o petróleo é separado deste.
As Figuras 2 a 4 ilustram vários processos de recuperação de petróleo pesado que utilizam membranas cerâmicas para remover poluentes, tal como sílica e petróleo da água produzida. Nos vários processos ilustrados, a água produzida é submetida a um processo de cristalização, antes de atingir as membranas cerâmicas, para converter a sílica solúvel em sílica insolúvel. Em geral, a água produzida é dosada com um composto que forma cristal tal como óxido de magnésio. O composto forma cristais na água produzida que absorve sílica, resultando na sílica sendo conduzida ou retirada da solução e absorvida nos cristais formados. Vários materiais formadores de cristal podem ser adicionados. Em alguns casos magnésio pode ser adicionado na forma de óxido de magnésio ou cloreto de magnésio. Em qualquer evento, o composto de magnésio forma cristais de hidróxido de magnésio que funcionam para absorver sílica na água produzida, resultando na conversão de sílica a partir da forma solúvel para a insolúvel. Deve ser observado que no caso de magnésio que existe em uma concentração de magnésio tipicamente encontrada na água produzida para a produção de uma quantidade substancial de cristais de hidróxido de magnésio. Desta maneira, no caso de usar magnésio para a formação de cristal, em geral requer a adição de magnésio à água produzida. Outros reagentes ou compostos também podem ser misturados com a água produzida para remover sílica através da precipitação ou absorção, por exemplo, cloreto férrico, óxido de alumínio, sulfato de alumínio, óxido de cálcio ou alume podem ser misturados com a água produzida. Em alguns casos a sílica dissolvida e a água produzida podem ser removidas a partir da solução pela mistura de compostos com a água produzida onde os compostos têm propriedades ativas de superfície. As propriedades de superfície ativa podem retirar a sílica da solução. Os exemplos de tais compostos são óxidos de alumínio, sílica e titânio.
O pH da água produzida deve ser mantida na faixa de 9,5 a 11,2 e preferivelmente entre 10,0 e 10,8 para a ótima precipitação de sílica. Algum cáustico na forma de hidróxido de sódio ou carbonato de sódio pode ser adicionado para mudar o pH a um valor apropriado. A duração do processo de ligação apenas necessita ser por um período de tempo suficiente para prevenir a incrustação das membranas ou membrana cerâmica a jusante. A duração não tem que ser contanto que para promover o desenvolvimento de amplos cristais de sílica.
Efetivamente, o processo de cristalização gera uma suspensão de cristais na água produzida. No caso de cristais de hidróxido de magnésio, estes cristais absorvem e retiram a sílica da solução, efetivamente precipitando a sílica. A água produzida com um cristal precipitado de sílica, junto com qualquer sílica insolúvel que estava presente na água produzida bruta, é direcionada à membrana de cerâmica. A membrana de cerâmica produz uma corrente de rejeito tendo a sílica insolúvel neste. O permeado produzido pela membrana de cerâmica é direcionado a jusante para a purificação adicional ou a um processo de geração de corrente. Uma porção da corrente de rejeito de membrana de cerâmica pode ser circulada novamente à membrana de cerâmica. Tipicamente, cerca de 1 a 10 % da água na corrente de alimentação passará através da membrana de cerâmica como permeado, uma taxa de recirculação relativamente alta manterá uma velocidade de fluxo cruzado relativamente alto em direção a membrana de cerâmica, que inibirá a bloqueio. A recirculação da corrente de rejeito é continuada até a concentração sólidos novamente suspensos na corrente de rejeito atingindo aproximadamente 1 % a 3 % em peso. Uma vez estes níveis de concentração de sólidos na corrente de rejeito serem atingidos, então um fluxo selecionado da corrente de rejeito pode ser derramada e direcionada a um processo de remoção de água por exemplo. A água a partir do processo de remoção de água pode ser direcionado novamente e misturado com a água produzida para o tratamento continuado.
Λ
E acreditado que o permeado da membrana cerâmica tipicamente terá uma concentração de sílica na faixa de 10 a 50 ppm e um pH de 9,5 a 11,2.
Voltando agora a uma forma de realização particular da presente invenção e referindo-se a Figura 2, é apreciado que o processo de purificação inclui um processo de evaporação no qual o permeado da membrana de cerâmica é direcionado para o tratamento adicional. O processo de evaporação pode ser acompanhado utilizando qualquer um de uma variedade de evaporadores, incluindo, mas não limitado a, película de queda, circulação forçada, efeitos múltiplos e recompressão do vapor mecânico. O processo de evaporação gera uma corrente de destilado 40 e uma corrente de desgaste 60B. Dependendo do processo de evaporação utilizado, um arco de recirculação de salmoura (não mostrado) pode ser incorporado com o evaporador. A corrente de água destilada 40 é direcionada a uma caldeira para produzir corrente de vapor 50 para injeção na formação que conduz o petróleo.
Antes de atingir a água produzida o processo de evaporação, a água produzida é submetida ao processo de cristalização descrito acima e para o tratamento pela membrana de cerâmica ou membranas geralmente interpostas entre o processo de cristalização e o processo de evaporação. Nota-se no processo da Figura 2 onde a membrana de cerâmica produz uma corrente de rejeito 24 que é reciclada pelo tratamento adicional pela membrana de cerâmica. A corrente de rejeito 24 é unida nos segmentos 24A e 24B. Nota-se que o segmento 24A volta ao rejeito da membrana de cerâmica. Isto é, o segmento 24A volta ao rejeito da membrana de cerâmica ou a um ponto a montante da membrana de cerâmica e a jusante a partir da zona de cristalização. O segmento 24B volta o rejeito da zona de cristalização. A volta pode ser diretamente à zona de cristalização ou a um ponto a montante da zona de cristalização e preferivelmente forma a jusante da unidade de separação água-petróleo. Uma vez que as concentrações de sólidos na corrente de rejeito 24 foram atingidas um nível selecionado, porções da corrente de rejeito são direcionadas a uma corrente de desgaste 28 que leva a um processo de remoção de água. O processo de remoção de água produz uma corrente de desgaste concentrada 60 e uma corrente concentrada menor 29 que é reciclada em um ponto no processo a montante a partir do processo de cristalização. Como descrito acima, o processo de cristalização, em combinação com a membrana cerâmica ou membranas, efetivamente remove a sílica solúvel ou insolúvel e em alguns casos o petróleo residual, a partir da água produzida antes da água produzida atingindo o processo de evaporação. Este geralmente inibirá sujeira das superfícies de transferência por calor de evaporadores usados no processo de evaporação.
A Figura 3 ilustra uma outra forma de realização do processo de recuperação de petróleo pesado. Este processo é similar ao processo descrito na Figura 2 com a exceção que o processo de evaporação mostrado na Figura 2 é substituído por um processo de osmose inversa que é interposta entre a membrana de cerâmica e a caldeira e um processo de evaporação que é interposto entre o processo de osmose reverso e a caldeira. No processo da Figura 3, a corrente de permeato 30 da membrana cerâmica é direcionada a um processo de osmose inversa. Visto que o processo de osmose inversa produz uma corrente de permeato 40 que está direcionada à caldeira e também produz uma corrente de rejeito 34. A corrente de rejeito 34 a partir do processo de osmose inversa é direcionada em um evaporador que produz uma corrente destilado 36. O destilado a partir da corrente destilado 36 é direcionado na caldeira. O processo de evaporação produz uma corrente de desgaste ou descarga 60B que é direcionada à corrente de desgaste 60.
Novamente, os processos básicos debatidos acima com relação à cristalização e a membrana de cerâmica ou membranas acontecem no processo da Figura 3. Simplesmente colocar o processo de cristalização em combinação com a membrana cerâmica ou membranas removem a sílica solúvel ou insolúvel substancial e em alguns casos petróleo residual, na água produzida antes da água produzida atingindo o processo de osmose inversa ou o processo de evaporação.
Uma outra forma de realização, como ilustrado na Figura 4, inclui o tratamento trocador de íon como uma parte do processo de purificação. O permeado da membrana de cerâmica 40 é direcionado a um processo trocador de íon para produzir um efluente trocador de íon 32 e uma corrente de rejeito trocadora de íon 34. O efluente trocador de íon 32 é submetido ao processo de desaeração para remover os gases dissolvidos. A corrente de rejeito trocadora de íon 34 é direcionada novamente para a corrente de água produzida 20. O efluente trocador de íon desaerado formam uma corrente de água purificada 40 que é direcionada a uma vez através de um gerador de vapor (OTSG) para produzir uma corrente de mistura de águavapor 42. A corrente de mistura de água-vapor 42 é direcionada a um processo de separação de vapor onde o líquido é separado a partir do vapor, produzindo uma corrente líquida 44 e uma corrente de vapor 50. A corrente líquida 44 é direcionada novamente à corrente de água produzida 20 enquanto a corrente de vapor 50 é injetada na formação que conduz o petróleo.
A Figura 5 ilustra um processo alternativo para a purificação de água produzida em um processo de recuperação de petróleo pesado. No caso do processo da Figura 5, aqui é fornecido dois evaporadores 110, 112 geralmente interpostos entre a etapa de cristalização e caldeira ou gerador de vapor. Cada evaporador 110, 112 inclui uma linha de circulação de salmoura 114, 116. Ainda os evaporadores 110, 112 incluem as linhas de passagem de destilados 118, 120. É apreciado que cada evaporador 110, 112 produz o vapor que é condensado para formar o destilado que volta é direcionado a partir dos evaporadores 110, 112 por intermédio de linhas de passagem 118 e 120. As linhas de passagem de destilados 118 e 120 são comunicativamente conectadas a um gerador de linha de alimentação de corrente 40 que volta direto ao destilado produzido pelos evaporadores 110, 112 ao gerador de vapor.
O processo ilustrado na Figura 5 inclui duas membrana de cerâmicas 130, 132. A membrana de cerâmica 130 é interposta entre os evaporadores 110 e 112 enquanto a membrana 132 é disposta a jusante a partir do evaporador 112. Uma linha de alimentação de salmoura 122 estendese a partir de uma linha de circulação de salmoura 114 a membrana de cerâmica 130. A linha de alimentação de salmoura 124 estende-se a partir de linha de circulação de salmoura 116 a membrana de cerâmica 132. Uma linha de volta 140 direciona a corrente de rejeito a partir de uma ou de ambas membranas de cerâmica 130,132 a um ponto a montante do evaporador 110. Como visto na Figura 5, uma porção da salmoura concentração sendo circulada novamente nas linhas 114ell6é direcionada as membranas 130 e 132. As membranas 130 e 132 cada uma produz uma corrente de rejeito e uma corrente de permeato. A corrente de permeato da membrana de cerâmica 130 é direcionada ao evaporador 112 enquanto a corrente de permeato da membrana de cerâmica 132 é destruída ou direcionada a outros pontos no processo para a purificação adicional. A linha do rejeito 140 é unida nos segmentos 140A e 140B. O segmento 140A volta ao rejeito a montante do evaporador 110. Isto é, o segmento 140A volta ao rejeito da evaporador 110 ou a um ponto a montante do evaporador e a jusante a partir da zona de cristalização. O segmento 140B volta o rejeito da zona de cristalização. O retomo pode ser diretamente à zona de cristalização ou a um ponto a montante da zona de cristalização e preferivelmente a jusante formam a unidade de separação água-petróleo. Uma vez que as concentrações de sólidos na corrente de rejeito 140 atingiram um nível selecionado, as porções da corrente de rejeito são direcionadas a uma corrente de desgaste 28 que leva a um processo de remoção de água. O processo de remoção de água produz uma corrente de desgaste concentrada 60 e uma corrente concentrada menor 29 que é reciclada em um ponto no processo a montante a partir do processo de cristalização. A corrente de rejeito da membrana de cerâmica 132 pode ser retomada ou reciclada por intermédio de uma linha 142 a linha 140.
A Figura 6 ilustra um processo que é similar aquele debatido acima e mostrado na Figura 5. Entretanto, na Figura 6 a forma de realização, aqui é fornecida apenas uma membrana de cerâmica 130 e esta é fornecida a jusante a partir de dois evaporadores 110, 112. Neste caso, a corrente de rejeito da membrana cerâmica 130 é reciclada por intermédio da linha 140 ao evaporador 110 ou a um ponto a montante do evaporador 110. Além disso, algumas das correntes de rejeito podem ser recicladas à zona de cristalização ou a um ponto a montante da zona de cristalização por intermédio da linha 140B.
A Figura 7 é um processo alternativo 200 para a remoção de sílica, petróleo e outro dissolvido e sólidos recolocados em suspensão em um processo de recuperação do petróleo. Neste processo exemplar, um evaporador 202 recebe uma alimentação do evaporador por intermédio da linha 204. A linha 204 direciona a água produzida a partir dos separadores de água-petróleo incluindo remoção de petróleo convencional, ao evaporador 202. O evaporador 202 produz o vapor e uma concentração de salmoura. A concentração de salmoura é circulada novamente por intermédio da linha 206 através do evaporador. O evaporador 202 produz o vapor que é condensado para formar o destilado referido acima e o destilado é direcionado através da linha 208 a um gerador de corrente onde o vapor é produzido pela injeção em uma formação que conduz petróleo. Para remover a sílica dissolvida, o petróleo residual e outros contaminantes, em pelo menos uma porção da circulação de salmoura na linha de circulação de salmoura 206 é tratada. Neste caso aqui é fornecido a linha de tratamento de salmoura 210 que é comunicativamente conectada à linha de circulação de salmoura 206. Na linha de tratamento de salmoura 210 aqui é fornecido um reator de cristalização 212 e uma membrana de cerâmica 214 disposta a jusante do reator de cristalização. Uma certa quantidade de circulação de salmoura na linha 206 é derramada e direcionada na linha de tratamento de salmoura 210. Aqui a salmoura é submetida ao processo de precipitação ou cristalização no reator 212. Em um exemplo, um reagente de cristalização tal como óxido de magnésio ou cloreto de magnésio é adicionado à salmoura e mistura com a salmoura por um misturador disposto no reator de cristalização. Também, o pH pode ser ajustado pela adição de um cáustico tal um hidróxido de sódio. Em qualquer evento, o óxido de magnésio ou cloreto de magnésio quando misturados com a salmoura formarão um hidróxido de magnésio. O hidróxido de magnésio e co-precipitado de sílica no reator de cristalização 212. A concentração de salmoura tendo uma sílica precipitada é então direcionada à membrana a jusante de cerâmica 214. Aqui a membrana de cerâmica 214 produz uma corrente de permeato que é direcionado a jusante da membrana cerâmica 214 através da linha 210 e retomada a uma concentração de salmoura onde esta é misturada ou unida a uma concentração de salmoura para a recirculação adicional através do evaporador 202. A membrana de cerâmica 214 também produz uma corrente de rejeito que é direcionada em uma linha do rejeito 216. A corrente de rejeito pode ser destruída, retomada à membrana de cerâmica 214, ou retomada ao reator de cristalização 212. Em alguns casos pode ser desejável aumentar a concentração de sólidos recolocados em suspensão na salmoura que atinge o reator de cristalização 212. Este pode ser acompanhado seletivamente pelo controle da quantidade de rejeito bombeado na linha 216(B). Em alguns casos este pode ser desejável manter a concentração de sólidos recolocados em suspensão em uma concentração de salmoura que entra no reator de cristalização 212 em uma concentração de 10.000 mg/I e mais. Em outros casos este pode ser desejável para manter a concentração de sólido recolocado em suspensão ainda maior, em ordem de 20.000 a 30.000 mg/I. Além disso, visto que a corrente de rejeito que direciona a membrana cerâmica 214 inclui os segmentos múltiplos 216(A), 216(B) e 216(C), seguem uma porção do rejeito que também pode ser retomado à membrana de cerâmica 214 ou destruído através da linha 216(C). Este também pode ser desejável para destruir uma concentração de porção da salmoura que forma uma parte da corrente de permeato produzida pela membrana de cerâmica 214. Esta é acompanhada pela linha 218 que leva a linha de tratamento de salmoura 210 a uma linha de resíduo.
A presente invenção utilize uma membrana de cerâmica para remover substancialmente a sílica da água produzida como parte de uma limpeza da água e processo de purificação que produz o vapor para a injeção em formações que conduz petróleo. Nas formas de realização descritas, a membrana de cerâmica é utilizada a montante dos outros processos de purificação de água. E apreciado, entretanto, que um processo de membrana de cerâmica pode ser utilizado em outra parte em tais processos totais para a remoção de petróleo e outros contaminantes indesejados a partir da água.
Na descrição acima, a referência é feita a ambas caldeiras e um OSTG. E apreciado que vários sistemas e processos podem ser utilizados pela geração de vapor para injeção na formação que conduz petróleo. Por exemplo, a referência é feita pelo Pedido de Patente Provisório N°. 60/890889 depositado em 21 de Fevereiro de 2007, os conteúdos de que são expressamente incorporados neste por referência.
Os detalhes das membranas de cerâmica não são tratados aqui por tal não é por si material da presente invenção e ainda, as membranas de cerâmica são conhecidas na técnica. Para um resumo da tecnologia membrana de cerâmica geral, um é referido as descobertas observadas na Patente U.S. N° 6.165.553 e 5.611.931, os conteúdos de que são expressamente incorporados neste por referência. Estas membranas de cerâmicas, úteis nos processos divulgados neste, podem ser de vários tipos. Em alguns casos a membrana de cerâmica pode ser do tipo que produz tanto a corrente de permeato quanto a corrente de rejeito. De outra maneira, as membranas de cerâmicas podem ser do tipo parte superior inerte, que apenas produz uma corrente de permeato e de tempos em tempos o retido é retropulverizado ou de outra maneira removido a partir da membrana.
A estrutura e materiais das membranas de cerâmicas bem como as características de fluxo das membranas de cerâmicas variadas. Quando as membranas de cerâmicas são usadas para purificar a água produzida, as membranas de cerâmicas são projetadas para resistir as temperaturas relativamente altas como não é incomum para a água produzida sendo filtrada pelas membranas de cerâmicas por ter uma temperatura de aproximadamente 90° C ou mais.
As membranas de cerâmicas normalmente tem uma estrutura assimétrica composta de pelo menos dois, principalmente três, níveis de porosidade diferentes. De fato, antes da aplicação do microporo ativo, camada superior, uma camada intermediária com um tamanho de poro entre aquele do suporte e uma camada de separação de microfiltração. O suporte de macroporo garante a resistência mecânica do filtro.
As membranas de cerâmicas são frequentemente formadas em um elemento de multi-canal, assimétrico. Estes elementos são agrupados junto em alojamentos e estes módulos de membrana pode resistir a altas temperaturas, acidez extrema ou alcalinidade e alta pressão de operação, fabricando estes adequados por muitas aplicações onde as membranas poliméricas e outras inorgânicas não podem ser usadas. Diversos tamanhos de poros diversos são adequados para adaptar-se às necessidades de filtração específicas que cobrem a microfiltração, as faixas de ultrafiltração e nanofiltração de 1 mícron abaixo de 250 Dalton MWCO).
As membranas de cerâmicas hoje passam por uma série de materiais (de alfa alumina a zircão). As membranas mais comuns são feitas de óxidos de Al, Si, Ti ou Zr, com óxidos de Ti e Zr sendo mais estáveis do que os óxidos de Al ou Si. Em alguns casos menos frequentes, Sn ou Hf são usados como elementos de base. Cada óxido tem uma carga da superfície diferente na solução. Outras membranas podem ser compostas de óxidos misturados de dois dos prévios elementos, ou são estabelecidos por alguns dos compostos adicionais presentes na menor concentração. Os revestimentos poliméricos de com baixo teor de sujeira para as membranas de cerâmicas também estão disponíveis.
As membranas de cerâmicas são tipicamente operadas no modo de filtração de fluxo cruzado. Este modo tem o benefício da manutenção em uma taxa de filtração alta pelos filtros das membranas comparados com o modo de filtração de fluxo direta dos filtros convencionais. A filtração de fluxo cruzado é um processo continuo em que os fluxos da corrente de alimentação paralelas (tangencial) à superfície de filtração da membrana e gera duas correntes de partida.
Uma pequena fração de alimentação é denominada permeado ou filtrado, separado como a passagem de líquido purificado através da membrana. A fração remanescente de alimentação, é denominado retido ou concentrado que contém as partículas rejeitadas pela membrana.
A separação é conduzida pela diferença de pressão em direção a membrana, ou a pressão de trans-membrana. O fluxo paralelo da corrente de alimentação, combinado com a turbulência da camada limite criada pela velocidade de fluxo cruzado, continuamente limpa partículas e outro material que deve de outra maneira formar a superfície da membrana.
A presente invenção pode, é claro, ser realizada de maneiras diferentes daquelas especificamente apresentadas neste sem a separação a partir das características essenciais da invenção. As presentes formas de realização são consideradas em todas as referências como ilustrativas e não restritas e todas as mudanças próximas dentro do significado e faixa de equivalência das reivindicações anexas são pretendidas serem abrangidas neste.