CN102428041A - 处理采出水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了处理重油生产中的采出水的方法，其包括：提供从油/水收集井中采集的油/水混合物，由此从所述油/水混合物中分离出油以提供油产品和含有油、溶解的气体和溶解的溶质的采出水产品。随后使所述采出水产品脱油，且随后使脱油的水通过膜系统，产生渗透水和废品。将所得渗透水送到锅炉系统以产生蒸汽，且将所述废品引入蒸发器中以产生馏出水和排放物。此后，可将所述排放物排到零排液处理；且将所述馏出水加到膜渗透液中。

Description

处理采出水的方法

发明领域

本发明涉及预浓缩采出水、特别是在焦油或油砂中的沥青回收期间产生的水的方法。

发明背景

在一些地质地层(诸如称为油砂或焦油砂的地质地层)中，使用蒸汽来回收这些地层中的重油。将蒸汽注入到含重油地层中以加热重油或沥青，使其更粘，并允许油和水的混合物收集并泵送到地表上。冷凝成水并与油混合、且随后与油分离的蒸汽被称作采出水。在新井中，水与油之比为约3∶1。随着井老化，水与油之比改变且可高达7∶1。在一些情况下，使油与采出水分离，使采出水再循环以便重新用于产生蒸汽以再注入井地层中。

处理采出水到产生蒸汽所需的标准可具有挑战性。在已知的方法中，可使采出水经受各种工艺以便形成用于产生蒸汽的馏出物。例如，由于沥青回收而生成的水通过所谓的“自由水分离(free water knockout)”和“处理器”装置与油分离。该水随后通过经撇油槽、浮选(通常加气浮选)且随后到油回收过滤器(通常胡桃壳过滤器)设备上加工来进一步净化。收集从撇油槽、浮选或其它加工步骤回收的任何油以便提高等级。将来自脱油操作的所得不含油的水继续加工成蒸汽，最常经由蒸发加工。在使用蒸发器的情况下，将馏出物提供给锅炉以便产生蒸汽，且随后使所述蒸汽直接回到油砂地层。如果需要零排液，可将来自蒸发器的排放物提供给结晶器。可将来自结晶工艺的水加到提供给锅炉的蒸发器馏出物中。

如图1(其描绘典型的现有技术采出水处理方法100)所示，收集的油/水混合物进入自由水分离步骤105，且随后进到处理器110上。自此，使油与水分离，且将油送到稀释剂罐115中。在稀释剂罐115之后，使油继续行进到提高等级装置120。

将从处理器110出来的采出水送到撇油槽125以便再次分离油和水。将来自撇油槽125的水送到加气过滤器130，随后送到油回收过滤器，诸如胡桃壳过滤器(WSF)135。将从这些步骤收集的任何油送到提高等级装置120。将来自WSF 135的水引入蒸发器140中，其将任何馏出水送到锅炉上用于产生蒸汽且将其废品送到合适排放150处理。

典型的方法可预先诸如通过如上所述的蒸发或通过软化或其它方法(诸如离子交换)处理由脱油操作产生的水以准备将其用作锅炉进水。应理解的是从井中泵送的水/油混合物经脱油工艺而处于高温，通常约85-95℃。因为水是热的，且因为其已经与地层或井中天然存在的硅酸盐矿物接触，所以采出水被二氧化硅饱和。二氧化硅的问题在于，当诸如在锅炉中使用该水来产生蒸汽时，必须控制二氧化硅的浓度。被二氧化硅饱和的水可导致在传热表面上、特别是在蒸发器和结晶器中结垢。另外，很明显，浓缩采出水的任何方法将遭受且必须解决二氧化硅相关沉积的问题。

在其中使用蒸发器来接收脱油的水的情况下，蒸发器产生提供给锅炉以便产生蒸汽的馏出物。使该蒸汽直接回到油砂地层或井中以回收另外的油。在需要零排液的情况下，可将来自蒸发器的排放物提供给结晶器。将来自结晶工艺的水加到提供给鼓筒式锅炉的蒸发器馏出物中。通过蒸发工艺制备用作锅炉进料的脱油的采出水的该方法是能量非常密集的。常见到使用蒸汽压缩蒸发器来蒸发水所需要的能量将为约50kWhr/1000加仑。

当前使用的供选的方案是通过软化预处理脱油的采出水。在软化的情况下，该技术是众所周知且广泛实践的。例如，通常的做法是使采出水的pH升高到大于10且加入生石灰或氧化镁以使二氧化硅作为硅酸镁沉淀。以这种方式，除去进水中的其它金属氢氧化物和有问题的阳离子。在这种情况下，可使所得污泥在澄清器中沉降并除去。调节来自澄清工艺的溢流的pH，过滤并通过精加工(polishing)进一步加工以便随后用作锅炉进水。

因为软化是人力密集型的，这是有问题的，需要化学品和污泥处置设备，所以软化有些快速地被蒸发替代。在仍然使用软化的情况下，仍需要无故障且稳定的脱油方案来防止软化污泥被油涂覆，这会让软化反应停止。

在实践中，如上所述用于脱油的操作常常不能处理工艺失常。因此，将沥青和其它杂质带入下游工艺，在下游工艺中沥青和其它杂质的存在妨碍产生用于产生蒸汽的清水。

因此，需要通过改善脱油操作的稳定性特别是对于工艺失常的稳定性来改善脱油操作。

发明概述

已经发现了使水脱油的方法，其提供了比迄今可行的方法更有效且成本有效的方法。改善的脱油方法使得蒸发步骤之前在下游工艺中使用膜系统可行。在该方法中使用膜能够使需要通过蒸发器的采出水的量减少75％。这种减少使得蒸发器的容量小得多，由此显著节约工艺的成本和能量。

根据一个实施方案，处理重油生产中的采出水的方法包括：提供从油/水收集井中采集的油/水混合物，由此从所述油/水混合物中分离出油以提供油产品和含有油、砂子和溶解的溶质的采出水产品。随后使所述采出水产品脱油，且随后使脱油的水通过膜系统，产生渗透水和废水。将所得渗透水送到锅炉系统以便产生蒸汽，且可将废品引入蒸发器中，其中将其馏出水提供给蒸汽锅炉且处置其排放水。

在本发明的另一供选的实施方案中，可将包括能量回收的另外步骤和除去二氧化硅的方法加到工艺中。

在附属于本发明并形成本发明的一部分的权利要求书中将详细地指出表征本发明的新颖性的各种特征。为了更好地理解本发明、其操作优势以及通过其使用而得到的益处，可参考附图和描述内容。附图是用来显示本发明的许多形式的示例。这些图并不意欲显示可产生并使用本发明的所有方式的限制。当然，可对本发明的各种组分作出变化和替代。本发明还在于所述要素的子组合和子系统以及使用它们的方法。

附图简述

图1为典型现有技术方法的示意图；

图2为根据本发明的方法的一个实施方案的示意图。

发明详述

除非上下文明确规定，否则单数形式“一个/种”和“所述”包括复数个讨论对象。

结合数量使用的修饰语“约”将所说明的值包括在内且具有由上下文规定的含义(例如，包括与特定数量的测量相关的偏差程度)。

“任选的”或“任选地”是指随后描述的事件或情况可能出现或可能不出现，或者随后确定的物质可能不存在或者可能存在，并且该描述包括其中发生该事件或情况或其中存在该物质的情形和其中不发生该时间或情况或其中不存在该物质的情形。

公开了处理重油生产中的采出水的方法，其包括：提供从油/水收集井中采集的油/水混合物，由此从所述油/水混合物中分离出油以提供油产品和含有油、砂子和溶解的溶质的采出水产品。随后使所述采出水产品脱油且随后使脱油的水通过膜系统，产生渗透水和废品。将所得渗透水送到锅炉系统以产生蒸汽，且将废品引入蒸发器中以产生馏出水和排放物。此后，可将排放物排到零排液处理；且将馏出水加到膜渗透液中。

图2中描绘了处理重油生产中的采出水的方法200的示意图。使从油/水收集井采集的油/水混合物、由此来自该井的所述油/水混合物205的油行进通过自由水分离步骤210且随后送到处理器215。将来自处理器215的油送到稀释剂罐220，且随后送到提高等级装置225。将来自处理器215的采出水送到撇油槽230以便分离以提供油产品和含有油、溶解的气体和溶解的溶质的采出水产品。随后使所述采出水产品脱油235，且随后使脱油的水通过膜系统240，产生渗透水和废品。将所得渗透水送到锅炉系统250以产生蒸汽，且将废品引入蒸发器245中以产生馏出水和排放物。此后，可将排放物排到零排液处理260；且将馏出水加到膜渗透液中。

关于脱油235，该工艺可由用以提供不含油的采出水的各种方法的组合中的一种或多种组成。脱油工艺可包括化学和/或机械方法或其组合。对于化学加工来说，该工艺可包括使用破乳剂、反向破乳剂(reverse breaker)、吸附剂、专用化学品或其组合。破乳剂设计用来从水连续相中除去油，而反向破乳剂设计用来从水连续基质中除去油。包含吸附剂来从水中除去亚微米油和/或乳化油。一个供选的实施方案允许使用专用化学品来增强油/水分离。这类专用化学品可在工艺中的浮选步骤之前加入或直接加到该浮选步骤中。

脱油步骤的一个供选的实施方案是使用机械方法，诸如膜或其它分离器装置。在膜的情况下，可使用陶瓷或聚合物膜，且如果使用聚合物膜，所述聚合物膜可为微滤膜、超滤膜、纳滤膜或其任何组合。在包括使用聚合物膜的一个实施方案中，可能需要新的膜材料和/或外壳部件以使其对于脱油工艺中常见的高温稳定。上文提到采出水经脱油工艺而处于高温，通常约90-95℃。

本发明方法的一个供选的实施方案要求包括用于脱油的供选的机械方法，诸如气旋或其它方法。代表该原理的一种这样的装置为Voraxial分离器。另一供选方法为使用化学品来改善任何这类分离装置的效率。

在脱油步骤之后，一个实施方案要求对采出水进行膜处理。具体地说，发现反渗透(RO)膜、特别是高温反渗透膜存在优势。然而，应注意到，这些并不是可用于该步骤的仅有的膜。在所述方法的这一点上，膜的使用具有新颖性且提供用于降低能量消耗和总工艺成本的方法。膜系统本身将使得用于采出水加工的能量需求从约50kWh/m³降低到约3-约6kWh/m³。另外，使用高温RO膜使得耐受高温。从膜系统收集的渗透水将提供到锅炉系统以便产生蒸汽。来自膜系统的废品将提供到蒸发器。该方法的该实施方案的额外优势在于约75％的脱油水将由膜充分加工，使得其将直接进入锅炉系统。这因而使得约25％的脱油水量仍需要经蒸发器加工，但由此需要比要不然在现有系统中将使用的蒸发器尺寸小得多的蒸发器。

该蒸发器提供可加到RO渗透液中以进入锅炉系统的馏出水和可提供到零排液处理的排放物。另一方案将要求在膜系统之前加入或包括一个或多个能量/热量回收装置(诸如但不限于高效换热器)，以允许广泛范围的膜有效使用。

本发明方法的另一实施方案要求在RO膜系统之前矫正或除去二氧化硅。如先前论述，存在建议且用来矫正二氧化硅的多种方法和方案。上文提到的一种常用方法是使用传统生石灰/氧化镁软化技术使该水软化。然而，如先前所述，该方法常常有问题且不是优选的方法。已知包括具有pH控制和脱气的离子交换的其它方法且可以多种形式实践这些方法。在这类方法中，重要的是除去所有硬度离子且使pH升到大于10，以溶解二氧化硅从而防止在浓缩进水的后续工艺中沉积物形成和结垢。其它已知的方法包括使用活性氧化铝。使用活性氧化铝来矫正二氧化硅由于在本发明方法的操作条件而特别有吸引力。如先前所述，从井中泵送的水/油混合物经脱油工艺而处于高温，通常约90-95℃。另外，在采出水的该应用中，活性氧化铝特别有吸引力，因为其用苛性碱容易地再生。一个实施方案将要求含有再生二氧化硅的物流提供到结晶器且浓缩成固体废物产物(诸如在零排水的情况下)。在供选的实施方案中，可能将含有再生二氧化硅的物流提供到接收蒸发器浓缩物的澄清器，随后经众所周知且常用的氧化镁软化方法沉淀硅酸镁。如果操作要求深井灌注，则这特别有价值。无论在哪种情况下，都使处置如在传统软化情况下的余下废物的需要减至最小。此外，在整个水流过程中不需要高成本的pH控制，且在结合或包括离子交换的情形下，将不需要多个离子交换柱的再生和后续的水物质处置。实际上，含硅酸盐的废物流可以具有作为可出售的副产品销售给寻找廉价粗硅酸钠来源的玻璃制造商等的价值。

活性氧化铝可以其可得到的所有形式使用，包括但不限于纳米尺寸的氧化铝。纳米尺寸的氧化铝或其它纳米尺寸的吸附剂的优势在于增加吸附剂的表面积，这在获得高二氧化硅去除率方面是重要的。另外，氧化铝可以其本身使用或可附着到载体上。将纳米尺寸的氧化铝或其它吸附剂(诸如但不限于氧化镁)固定到诸如树脂珠的载体上包括在本发明的范围内。

虽然已经参照优选实施例描述了本发明，但是本发明相关领域中的普通技术人员可在不脱离本发明的技术范围的情况下对这些实施方案做出各种变化或替代。因此，本发明的技术范围不仅涵盖上述的那些实施例，而且还涵盖所有落在权利要求范围内的实施方案。

Claims (13)

1.处理重油生产中的采出水的方法，其包括：

a)提供从油/水收集井中采集的油/水混合物；

b)从所述油/水混合物中分离出油以提供油产品和含有油、溶解的气体和溶解的溶质的采出水产品；

c)使所述采出水产品脱油；

d)使脱油的采出水产品通过膜系统，产生渗透水和废品；

e)将所述渗透水送到锅炉系统以便产生蒸汽；

f)将所述废品引入蒸发器中以产生馏出水和排放物；

g)将所述排放物排到零排液处理；和

h)将所述馏出水加到膜渗透液中。

2.权利要求1的方法，其中所述脱油包括化学方法、机械方法或其组合。

3.权利要求2的方法，其中所述化学方法包括破乳剂、反向破乳剂、吸附剂、专用化学品或其组合。

4.权利要求2的方法，其中所述机械方法包括膜。

5.权利要求2的方法，其中所述机械方法包括陶瓷膜、聚合物膜或其组合。

6.权利要求2的方法，其中所述机械方法包括聚合物膜，所述聚合物膜选自微滤膜、超滤膜、纳滤膜或其组合。

7.权利要求2的方法，其中所述机械方法包括Voraxial。

8.权利要求1的方法，其还包括在步骤c的脱油工艺之前的能量和/或热量回收装置。

9.权利要求1的方法，其中步骤d的膜为反渗透膜。

10.权利要求1的方法，其中步骤d的膜为高温反渗透膜。

11.权利要求1的方法，其中来自步骤f的废品小于或等于步骤d的脱油的采出水体积的25％。

12.权利要求1的方法，其还包括在步骤d的膜系统之前的能量和/或热量回收装置。

13.处理重油生产中的采出水的系统，其包括：膜，其中所述膜位于脱油步骤之后。

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