CN102803649A - 注水系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种系统，系统包括：钻入地下含烃地层中的井；位于井顶侧的生产设备；连接到生产设备的水生产设备；其中水生产设备通过除去一些多价离子、然后除去一些单价离子并且随后加回一些单价离子来生产水，然后将该水注入井中。

Description

注水系统和方法
技术领域
本公开涉及用于将水注入含烃地层中的系统和方法。
背景技术
存储在地下含油地层中的油通过钻入地层中的称为生产井的井从含油地层中开采出或生产出。如果仅通过一次采油，即仅使用地层能量来开采油，则大量的这样的油可能留在地下地层中。在原始地层能量不足或者已经变得枯竭的情况下，可采用通常称为二次开采、三次开采、强化开采或一次开采后开采作业的补充作业。在这些作业中的一些作业中，流体通过将流体泵送通过钻入地层中的一个或多个注入井中而注入到地层中，油在地层内被驱替并且被移动通过地层，且从钻入地层中的一个或多个生产井生产出。在这种特别的开采作业中，可采用海水、现场水或现场盐水作为注入流体，并且这种作业被称为注水。注入水可被称为注采液或注采水以区别于位于原地的地层水或原生水。随后注入的流体可称为驱动流体。虽然水是最常见的注入和驱动流体，但注入和驱动流体可包括气态流体，诸如空气、蒸汽、二氧化碳等等。
水可以单独注入或者作为可互溶或不可互溶的驱替流体的组分而注入。海水(用于离岸井)和从相同地层或附近的地层生产出的盐水以及来自江河和湖泊的水(用于岸上井)可能最常用作水源。
1974年10月14日提交的英国专利说明书No.1,520,877公开了渗透性地层的二次采油使用驱替流体水来实现，驱替流体水的离子组成和/或离子浓度已经在反渗透海水淡化装置中进行调整，从而使该水能与地层及与地层相关联的原生水相容。海水通过反渗透海水淡化装置进行处理，以除去大部分二价或更高价离子，并且通过将滤液和浓缩物以预定比例混合或者通过在更高的进料压力下从每个循环中循环利用浓缩物而使其离子浓度得到调整。直径为至少1微米的颗粒可在开始时通过超滤设备除去。英国专利说明书No.1,520,877通过引用将其整体结合入本文。
美国专利申请2003/0230535公开了一种用于淡化含盐水层水的方法和井，其中含盐水层水从地下含水层直接流入脱盐水生产井的井下含水层流入区，在脱盐水生产井中布置有由一个或多个脱盐和/或净化膜构成的井下组件，它们将含盐水层水分离成通过井开采到地面的初级脱盐水流和可被排放到地下盐水处理区的二级浓缩盐水截留(reject)流。美国专利申请2003/0230535通过引用将其整体结合入本文。
代理人案号为TH2869的共同未决的已公开PCT专利申请WO2007/112254公开了一种系统，该系统包括：钻入地下地层中的井；位于井的顶侧的生产设备；连接到生产设备的水生产设备；其中水生产设备通过除去一些离子并且加入提高水的粘度和/或提高地层的烃采收率的试剂来生产出水，以及将该水注入到井中。共同未决的专利申请WO2007/112254通过引用将其整体结合入本文。
代理人案号为TH3740的共同未决的美国专利申请No.12/425,311公开了一种系统，该系统包括：钻入地下含烃地层中的井；位于井的顶侧的生产设备；连接到生产设备的水生产设备；其中水生产设备通过除去一些多价离子、然后除去一些单价离子并且随后加回一些多价离子来生产出水，以及然后将该水注入到井中。共同未决的美国专利申请No.12/425,311通过引用将其整体结合入本文。
参考图1，示出了现有技术的系统100。系统100包括水体102、地下地层104、地下地层106和地下地层108。生产设备110可设置在水体102的表面处。井112穿过水体102和地层104，并且在地层106中具有多个开口。地层106的一部分可如图所示在114处断裂和/或穿孔。油和气可从地层106通过井112生产到生产设备110。气体和液体可彼此分离开，气体可存储在气体存储装置116中，液体可存储在液体存储装置118中。
本领域需要用于从地下地层中生产出油和/或气的改善的系统和方法。特别地，本领域需要用于提供改善的注水的系统和方法。
发明内容
本发明的一个方面提供一种系统，该系统包括：钻入地下含烃地下地层中的井；位于井的顶侧的生产设备；连接到生产设备的水生产设备；其中水生产设备通过除去一些多价离子、然后除去一些单价离子并且随后加回一些单价离子来生产出水，以及然后将该水注入到井中。
本发明的一个方面提供一种方法，该方法包括：从水中除去一些多价离子；从水中除去一些单价离子；将一些单价离子加入该水中；并将该水注入到地下地层中。在一些实施例中，处理过的水通过随着油和气一起生产出、进行分离以及随后被重新注入到地层中而重复利用。
本发明的另一个方面提供一种系统，该系统包括：钻入地下地层中的第一井；位于第一井的顶侧的生产设备；连接到生产设备的水生产设备；钻入地下地层中的第二井；其中水生产设备通过除去一些离子来生产出水，以及将该水注入到第二井和地下地层中。
附图说明
图1示出了现有技术的油气生产系统。
图2示出了一种油气生产系统。
图3示出了一种水处理系统。
图4示出了一种水处理系统。
具体实施方式
图2：
现在参考图2，在本发明的一个实施例中，示出了系统200。系统200包括水体202、地层204、地层206和地层208。生产设备210可设置在水体202的表面处。井212穿过水体202和地层204，并且在地层206处具有多个开口。地层的多个部分可如图所示在214处断裂和/或穿孔。当油和气从地层206中生产出时，油和气进入部分214中，并且沿井212向上行进到生产设备210。气体和液体可彼此分离开，气体可被送入气体存储装置216中，液体可被送入液体存储装置218中，而水可被送入水生产设备230中。生产设备210能够处理水，该水例如来自水体202和/或井212，水可被处理并存储在水生产设备230中。来自井212的水可被送入水生产设备230。处理过的水可沿井232向下泵送到地层206的断裂部分234。水穿过地层206来帮助生产出油和气，随后水、气和油都可生产到井212、到生产设备210。随后，水可例如通过将水返回到水生产设备230、在水生产设备中对该水进行处理以及随后重新注入到井232中而被重复利用。
烃(例如油和/或气)可通过穿透含烃地层或储层的生产井212从地下地层206开采出。可从生产井212向地层的各部分214形成穿孔，以便于烃从含烃地层流入生产井中。水可在压力下注入形成于地下地层206中的注入区234，以促进经由井田中的生产井的烃生产。水可以作为可互溶或可不互溶的驱替流体的组分单独注入。海水(用于离岸井和/或岸上井)和从相同或附近的地层中生产出的盐水(用于离岸井和/或岸上井)可用作水源。这样的水含有一些量(浓度)的前体离子，诸如二价硫酸盐(SO4 -)，当它们与存在于地层中的阳离子(诸如Ba++、Sr++和Ca++)接触时，可形成不溶性盐。所生成的盐(BaSO4、SrSO4和CaSO4)在地下地层温度和压力下是相对不溶的。这类盐可从溶液中沉淀出来。不溶性盐的沉淀可积聚并且因而堵塞地下流体通道。堵塞影响在靠近注入井232的地层内和生产井212的穿孔处的通道中可能是最强的。当注入水通过生产井212生产到地面时，由于随着流体通过生产井运动到地面温度和压力下降，不溶性盐的溶解度可能进一步减小。地下或地层流体通道可包括在地层脉石中的孔隙、断口、空隙、空腔、空洞、穿孔和穿过井(包括套管井和无套管井)的流体通道、井中的管道和其他流路。沉淀物可包括不溶性盐、结晶或结垢。堵塞可包括流体通道和用于生产井流体和处理这些流体的管道的孔隙度和/或渗透性降低。注入水可包括被注入地下地层中以便于从地下地层开采烃的任何含水流体。
注入井232的一个目的是帮助烃从储层流到生产井212。一种方法是将水在压力下注入到生产区附近，以使集聚在地层206中的烃朝向生产井212运动。
图3：
现在参考图3，在本发明的一些实施例中，示出了用于水生产设备330的系统300。水生产设备330具有未处理过的水，例如来自水体的水、来自井的水、海水、城市供水或者其他水源。在334处，可从未净化的水302中除去一些阳离子，例如多价阳离子，诸如二价阳离子或三价阳离子。在340处，可从未净化的水302中除去单价阳离子。
一部分水可例如按从约5％到约75％体积、或按从约10％到约50％的体积、或按从约20％到约40％的体积通过管道350绕过340。随后，处理过的水303从水生产设备330生产出。
图4：
现在参考图4，在本发明的一些实施例中，示出了用于水生产设备430的系统400。水生产设备430具有未处理过的水402，例如来自水体的水，来自井、地下地层、海水、污水处理厂、城市供水或者其他水源的水。在432处，可实行初级过滤以从水中除去固体。在433处，可除去硫酸盐(SO4)。在434处，可除去一些二价阳离子，例如除去所存在的二价阳离子的大约60％到大约99％。可被除去的二价阳离子包括镁(Mg)、钙(Ca)、铁(Fe)和/或锶(Sr)。
在一些实施例中，433和/或434可用纳米过滤膜系统来实现。
在436处，可除去一些单价离子连同所结合的阴离子，例如除去所存在的阳离子(如钠(Na)和/或钾(K))的大约60％到大约99％，所述阴离子例如是氯离子、氟离子和/或溴离子。
在438处，一些单价阳离子和/或二价阳离子可被加回到水中，例如加回一些钠、钾、镁、钙和/或锶。处理过的水403可通过水生产设备430生产出。
在438处返回到水中的离子量可根据地层和储存层的条件进行设计或定制。例如，未处理过的水402、硫酸盐渗透物433、二价截留物434、二价渗透物434和/或单价截留物436中的一种或多种可以在438处被加回，以获得盐度降低的水，该水具有足够多的单价阳离子和二价阳离子，这避免了地层的粘土膨胀。由于不同粘土的反应不同，每种水混合物可按地层粘土进行定制。例如，为了避免蒙脱石粘土中的粘土膨胀，需要加入约3％的海水(参见图5)，而为了避免伊利石粘土中的粘土膨胀，需要加入约0.5％的海水(参见图6)。
在一些实施例中，水生产设备330和/或430可使用基于膜的系统(例如，反渗透(RO)和/或纳米过滤(NF)技术)，诸如用于海水淡化、过滤和/或净化。
用于膜分离的渗透驱动力可以是膜两侧间的净压力；该净压力被定义为进料压力减去渗透压力或背压力，小于进料的渗透压和渗透物的渗透压之间的差值。
美国专利US 4,723,603采用纳米过滤膜用于专门从海水中除去硫酸盐。硫酸盐可通过纳米过滤膜除去，并且纳米过滤渗透物可富含氯化钠但缺乏硫酸盐。这种不含硫酸盐的水可防止硫酸钡的形成，硫酸钡具有低的溶解度并可能导致堵塞。美国专利US 4,723,603通过引用将其整体结合入本文。
美国专利US 4,341,629公开了通过使用两个反渗透模块来淡化海水，所述反渗透模块可包括相同的膜(例如，截留率90％的三醋酸纤维素(CTA)反渗透膜)，或者两种不同的膜(例如截留率80％的三醋酸纤维素膜和截留率98％的三醋酸纤维素膜)。美国专利US4,341,629通过引用将其整体结合入本文。
美国专利US 5,238,574公开了使用多重反渗透膜模块来处理海水。例如，可使用第一低压反渗透膜继之以高压反渗透膜，或者可使用一系列的低压反渗透膜，以提供不同水质的渗透或者简单地产生组合渗透，在该组合渗透中，来自一个模块的浓缩流连续地成为下一模块的进料流。美国专利US 5,238,574通过引用将其整体结合入本文。
在一些实施例中，系统400可包括未处理过的水402，该未处理过的水来自诸如取自海洋的海水的含水进料源，或者来自如从井中采出的具有二价阳离子和单价阳离子的任何盐水源。例如，未净化的海水可取自海洋、或者取自海上井或者取自敞开式进水口，该未净化的海水最初使用大颗粒过滤器(未示出)和/或多介质过滤器(通常可能是沙子和/或无烟煤)进行初级过滤432，可选择地随后进行滤筒过滤。
在一些实施例中，工艺433、434和/或436可包括一个或多个反渗透滤筒，其可布置在一个或多个纳米过滤滤筒的下游。反渗透滤筒和/或纳米过滤滤筒可以是螺旋缠绕的半透膜的滤筒，或者是使用具有合适的膜特性的空心纤维技术制成的滤筒。例如，E.I.DuPont(杜邦公司)出售的空心细纤维(HFF)型反渗透滤筒，其由杜邦公司作为HFF B-9滤筒在市场上销售并且其可以被使用。螺旋缠绕的半透膜滤筒可包括多个叶片，这些叶片是中间夹有一层多孔渗透物承载材料(例如聚酯纤维片材)的薄片状半透膜材料的独立封套。所述半透膜材料可以是那些市售材料中的任一种。夹在相邻叶片之间可以是一定长度的隔离材料，该隔离材料可以是合成丝的织造或其他开孔筛网状交叉设计，所述合成丝例如是聚丙烯或类似物交叉挤出丝(诸如那些以商标名Vexar和Nalle出售的丝)，所述合成丝的设计提供用于将进料水从一端通过压力容器泵送到另一端的流动通道。这种交替布置的叶片和隔离片然后围绕具有多孔侧壁的空心管螺旋缠绕，以形成合适的圆柱形滤筒。
在美国专利US 4,842,736中公开了一种螺旋缠绕的分离滤筒，该专利的内容通过引用结合入本文，该分离滤筒提供从最终滤筒的一端到另一端轴向延伸的多个螺旋进料通道，被处理的进料液体沿轴向流动通过这些螺旋进料通道。在膜封套的内部，渗透液体在承载材料内沿螺旋路径向内流动，直到其到达多孔中心管，在多孔中心管处，渗透液体汇集，并且随后穿过该中心管沿轴向流向出口。
在一些实施例中，反渗透滤筒和/或纳米过滤滤筒可以选择成使得实现从海水或类似物生产出具有期望的离子浓度的处理过的水流的期望整体功能。反渗透元件或滤筒可以选自聚酰胺复合膜种类中的合适半透膜，其中聚酰胺薄膜可以界面地形成在多孔聚砜载体或类似物上，而该聚砜载体或类似物又形成在高度多孔性的纤维背衬材料上。反渗透膜可以设计成能截留大于约95％的不溶盐，例如约98％或更多的不溶盐。
合适的市售反渗透膜包括那些由Osmonics公司出售的AG8040F和AG8040-400；由Dow-FilmTec出售的SW30系列和LE；由Desalination Systems，Inc.出售的Desal-11；由Hydranautics出售的ESPA；由Fluid Systems，Inc.出售的ULP；以及由TriSep公司出售的ACM。
可以采用纳米过滤膜，该纳米过滤膜被设计成选择性地截留二价离子或多价离子，并且所使用的纳米过滤元件或滤筒可截留含水进料中的最小约80％(例如大于约90％、或约95％、或约98％)的二价离子或更多价离子。纳米过滤膜还可至少适度地降低单价离子含量，例如可降低成小于单价离子含量的约70％、或少于约50％、或少于约30％、或少于约20％。合适的市售纳米过滤膜可以片材形式或以成品螺旋缠绕滤筒形式购买到，并包括那些由Osmonics出售的Seasoft8040DK，8040DL和Sesal DS-5；由Dow-Film Tec出售的NF200系列和NF-55、NF-70和NF-90；由Desalination Systems，Inc.出售的DS-5和DS-51；由Hydranautics出售的ESNA-400；以及由Fluid Systems，Inc.出售的TFCS。
在一些实施例中，机械方法(诸如使未处理过的水402通过纳米过滤膜)可用来在该未处理过的水注入井眼和/或添加试剂440之前在地面上将离子从水中除去。海水可含有从约2700ppm到约2800ppm的二价SO4 -。纳米过滤膜工艺433可以将该浓度降低到约20ppm到约150ppm。可以实现硫酸盐浓度降低99％。
在一些实施例中，化学药品和/或添加剂可被注入到未处理过的水402中，以抑制晶体从不溶性盐沉淀的原地生长。多种添加剂在地面上被注入到水中，或者被直接注入到注入井中。生产井也经常利用含有添加剂的新鲜盐水的回流进行处理，以防止通道堵塞。
在一些实施例中，盐水可通过多级闪蒸蒸馏、多效蒸馏、反渗透和/或蒸汽压缩蒸馏来处理433、434和/或436。膜技术已经被用在盐水的预处理中，以降低盐水相对淡水的高离子浓度。可以使用离子选择膜，该离子选择膜选择性地防止特定离子通过该离子选择膜，而同时允许水和其他离子通过离子选择膜。膜的选择性可以是膜的具体性能的函数，该具体性能包括膜的孔尺寸或电荷。因此，可以使用满足这些标准的任何已知和市售的离子选择膜。例如，聚酰胺膜对于选择性地防止硫酸盐、钙、镁和碳酸氢盐离子通过尤其有效，并且可用于工艺433和/或434。可以使用商标名为SR90-400(Film TecCorporation)或Hydranautics CTC-1的聚酰胺膜。
在本发明的一些实施例中，含有高浓度硬性离子(例如二价阳离子)的未处理过的水402通过离子选择膜434，以形成具有降低浓度的硬性离子的软化盐水。软化盐水被供给到脱盐系统436。随后，一些硬性离子可在438处被加回到水中。
微过滤(MF)、超过滤(UF)、纳米过滤(NF)和反渗透(RO)都是允许从流体中除去宽范围的中性分子或离子分子的压力驱动分离工艺。微过滤可用于除去大于约0.1微米的悬浮颗粒。超过滤可用于排除分子量大于约5000的不溶性分子。纳米过滤膜可用于使至少一些盐通过，但是使分子量大于约200道尔顿的有机化合物具有高截留率。反渗透膜可用于几乎所有物质的高度截留。虽然纳米过滤和反渗透都能够去除盐类，然而它们通常在选择性方面存在差别。纳米过滤膜通常允许单价离子通过，而保持二价离子的高截留率。相对照地，反渗透膜对于几乎所有离子(包括单价离子，诸如钠离子和氯离子)是相对不渗透的。纳米过滤膜有时候被描述为“松”反渗透膜。一种能够从水中除去不溶性盐的合适的膜是醋酸纤维素，其选择性地产生于被支撑在由相同材料制成的较厚的更多孔性层上的薄的有差别层。另一种合适的膜由哌嗪或取代的哌嗪制成。其他合适的膜包括聚合物，诸如商用FilmTec NF40纳米过滤膜。
在一些实施例中，螺旋缠绕的过滤器滤筒可用来将大量的反渗透膜或纳米膜结合成小体积。这种元件可通过绕穿孔的渗透管包裹进料隔离片、膜片和渗透物隔离片而制成。
在一些实施例中，界面聚合可用来制成用于反渗透和纳米过滤分离的薄膜复合膜。这种过程通常表现为胺和氯酸或异氰酸盐之间的缩聚作用。
反渗透膜实际上对所有离子(包括钠和氯)有高的截留率。纳米过滤膜往往具有允许分子量小于200道尔顿的中性分子和允许单价离子大量通过的特性。纳米过滤膜还通常由于电荷相互作用而对二价离子具有高截留率。还可以生产出连续性质介于反渗透膜和纳米过滤膜之间的膜。除了具有对至少一种物质的高截留率之外，商用膜通常具有高的透水性。
在一些实施例中，用于反渗透和/或纳米过滤的膜可以是哌嗪基膜，其中结合到聚合物中的至少60％的含胺单体可以是哌嗪或哌嗪衍生物分子。哌嗪基膜的一种典型例子是FilmTec NF40纳米过滤膜，其通过在存在酸性受体N，N-二甲基哌嗪的条件下接触哌嗪和TMC而制成。FilmTec商用膜NF45和SR90通过类似工艺制成，其中附加的专用化学制品被加入到水和/或有机相中。一些膜的特别有用的性质是具有选择性地除去一些分子而同时保留其他分子的能力。例如，乳品加工业已经使用哌嗪基膜来聚集大的中性分子(乳清和乳糖)，而除去矿物质。在其他情况下，希望单价盐透过，而保持对二价离子的高截留率。
在一些实施例中，工艺334、433和/或434可使用一个或一系列纳米过滤装置，诸如膜。在一些实施例中，工艺334和/或436可使用一个或多个反渗透装置，诸如膜。
在本发明的一些实施例中，处理过的水303和/或403可以与芳香烃(如苯、甲苯或二甲苯)；松脂；萘满；氯代烃类(例如四氯化物或二氯甲烷)；或其他烃(例如，C5-C10烃和/或乙醇)；蒸汽；或硫化合物(例如，硫化氢)中的一种或多种组合，并且随后被注入到地层中，以用于提高油采收率。例如，带有用于增加粘度的试剂的处理过的水与乙醇进行混合的混合物可被注入到地层中。
注入水中的单价阳离子和/或二价阳离子含量的降低可获得以下益处中的一种或多种：
当油通过将钙桥接到粘土和油滴而附着到粘土表面上时，加入低盐度水可使得钙扩散到本体溶液中并且释放出油滴；
当油通过将钙桥接到粘土和油滴而附着到粘土表面上时，加入低盐度水可使得另一种离子取代键接到粘土的钙，并通过多价离子交换而释放出附着在钙上的油滴；
加入低盐度的水可使得亲油储层转换成亲水储层并且释放出油；
提高储层的油采收率；以及
提高高盐度储层的油采收率。
将多价阳离子加入注入水中可获得以下益处中的一种或多种：
减少粘土膨胀；
提高储层的油采收率；以及
提高高盐度储层的油采收率。
水通常可被单独注入地下含烃地层中或者作为可互溶驱替流体或不可互溶驱替流体的组分而注入地下含烃地层中，以从地层采收烃。未处理过的水302和/或402可从多种来源获得，所述来源包括从相同地层生产出的盐水、从远处地层生产出的盐水、或海水。所有这些水相对淡水具有高的离子含量。存在于未处理过的水302和/或402中的一些离子可能有益于烃生产，例如，阳离子和阴离子(包括K+、Na+、Cl-、Br-和/或OH-)的某些组合和浓度可在易于对粘土由于膨胀或离子迁移而引起的破坏敏感的地层中不同程度地稳定粘土。存在于未处理过的水302和/或402中的其他离子(或者有益于烃生产的相同离子)在原地可能产生有害作用，例如注入水中的二价SO4 -阴离子尤其是有问题的，因为SO4-可能与已经存在于地层中的阳离子(诸如Ba++)形成盐。所生成的盐在地层温度和压力下是相对不溶的。因此，它们可能在原地从溶液中沉淀出。当注入水随烃被生产到地面时，由于生产井中的压力和温度降低，盐的溶解度进一步下降。不溶盐的沉淀物可作为晶体结构聚集在地下流体通道中，这最终堵塞通道并降低烃生产量。在生产出的流体更难绕过堵塞的通道的情况下，堵塞作用在位于靠近井眼的地层中和生产井中的通道内可能是最严重的。从注入水中除去二价SO4 -阴离子还可降低可用于硫酸还原菌在地下环境中生长的养分，以有效地减轻储层酸化。
在本发明的一些实施例中，处理过的水或处理过的水混合物303和/或403可被注入到地层206中，从地层206中生产出，并且随后例如通过离心机或重力分离器从油和气中回收，然后在水生产设备230中处理所述水，然后处理过的水或处理过的水混合物303和/或403被重新注入到地层206中。
在本发明的一些实施例中，处理过的水或处理过的水混合物303和/或403可被注入到含油地层206中，可选地在该过程之前和/或之后，诸如用海水、表面活性剂溶液、烃流体、盐水溶液或淡水冲洗。
在本发明的一些实施例中，处理过的水或处理过的水混合物303和/或403可用于提高油采收率。处理过的水或处理过的水混合物303和/或403可用来驱使或推动现在含油的注水离开储层，从而将原油从储层中“驱扫”出去。当处理过的水或处理过的水混合物303和/或403将油推出地层206中的孔并且到达生产井212时，油可在与注入井232间隔开的生产井212处被采出。一旦油/驱动流体到达地面，其可以被放入保存罐218中，从而使油通过自然重力与水分离。
油的开采量可作为原始地质储量(OOIP)的函数测得。油的开采量可以大于原始地质储量的约5％重量，例如原始地质储量的10％重量或更多，或原始地质储量的15％重量或更多。
这种工艺和系统对于从含有地层驱替开采出石油可以是有用的。这种开采包含一些可通过驱替流体或气体的作用而从含油地层中移出油的方法。
通过本发明的工艺和系统制备的处理过的水或处理过的水混合物303和/或403的其他应用包括：近井注水处理，和沿管线内部注水，以促进高粘度原油的管路输送。处理过的水或处理过的水混合物303和/或403还可用作例如水力压裂流体添加剂、流体转向化学制品以及防漏添加剂。
实例：
具有如下化学成分的海水进料通过第一纳米过滤(NF)组、第二纳米过滤(NF)组以及反渗透(RO)双组系统进行处理。下面还列出了纳米过滤组和反渗透组对这些化学成分的不同渗透流和截留流。所有浓度均以百万分率(ppm)表示。
Figure BDA0000123892910000131
图5：
现在参见图5，示出了用于绿土(蒙脱石)粘土的注入水盐度图表。在区域B，粘土严重受损。例如，如果具有上述浓度的反渗透渗透物被注入，将发生粘土膨胀。区域A没有受损，区域C少量受损但在可接受的受损范围内，而区域D是从区域B到区域A的过渡区域，其中从B到A受损程度减轻。
Figure BDA0000123892910000141
从区域B中的反渗透渗透物开始，移向区域A，可以将少量的纳米截留物2、纳米截留物1和/或海水添加到反渗透渗透物中。例如，添加到反渗透渗透物中的0.3％(体积)的纳米过滤组2截留物、1％的纳米过滤组1截留物、3％的海水进料或80％的反渗透物截留物将将替代在没有受损发生的区域A中的混合物。
在其他实施例中，纳米过滤组2截留物、纳米过滤组1截留物、海水进料以及反渗透截留物中的两种或多种的混合物可被添加到反渗透渗透物中，以获得相同效果。
图6：
现在参见图6，示出了用于伊利石粘土的注入水盐度图表。在区域B，粘土严重受损。例如，如果具有上述浓度的反渗透渗透物被注入，将发生粘土膨胀。区域A没有受损，区域C少量受损但在可接受的受损范围内，而区域D是从区域B到区域A的过渡区域，其中从B到A受损程度减轻。
从区域B中的反渗透渗透物开始，移向区域A，可以将少量的纳米过滤截留物2、纳米过滤截留物1、海水、反渗透截留物和/或纳米过滤组合渗透物添加到反渗透渗透物中。例如，添加到反渗透渗透物中的0.1％(体积)的纳米过滤组2截留物、0.2％的纳米过滤组1截留物、0.4％的海水进料、40％的纳米过滤组合渗透物或20％的反渗透物截留物替代没有受损发生的区域A中的混合物。
在其他实施例中，纳米过滤组2截留物、纳米过滤组1截留物、海水进料、纳米过滤组合渗透物以及反渗透截留物中的两种或多种的混合物可被添加到反渗透渗透物中，以获得相同效果。
示例性实施例：
在一个实施例中，公开了一种系统，该系统包括：钻入地下含烃地层中的井；位于井的顶侧处的生产设备；连接到生产设备的水生产设备；其中水生产设备通过除去一些多价离子、然后除去一些单价离子并且随后加回一些单价离子来生产出水，以及然后将该水注入到井中。
在一个实施例中，公开了一种系统，该系统包括：钻入地下含烃地层中的第一井；位于第一井的顶侧处的生产设备；连接到生产设备的水生产设备；钻入地下地层中的第二井；其中水生产设备通过除去一些多价离子、然后除去一些单价离子、随后加回一些单价离子来生产出水，以及将该水注入到第二井和地下地层中。
在一些实施例中，第一井距离第二井50米到2000米。在一些实施例中，地下地层位于水体以下。在一些实施例中，生产设备浮在水体上，该生产设备诸如是生产平台。在一些实施例中，系统还包括水源和水泵送装置，该水泵送装置适于将水泵送到水生产设备中。在一些实施例中，水生产设备的输入水的由溶解的氯化钠表示的总溶解盐值为至少15000ppm。在一些实施例中，系统还包括加回一些多价离子。在一些实施例中，加回一些单价离子包括将水与一些海水和/或所生产的水混合。在一些实施例中，除去一些多价离子包括将水用至少一个纳米过滤器处理。在一些实施例中，除去一些单价离子包括将所述水用至少一个反渗透膜处理。在一些实施例中，加回一些单价离子包括将水和一些纳米过滤器渗透水混合。在一些实施例中，加回一些单价离子包括将水和一些反渗透截留水混合。
在一个实施例中，公开了一种系统，包括：从水中除去一些多价离子；从水中除去一些单价离子；将一些单价离子加回到所述水中；以及将所述水注入地下地层中。在一个实施例中，处理过的水通过随着油和/或气一起生产出、进行分离以及随后重新注入到地层中而循环利用。在一个实施例中，在处理过的水被注入到地层中之前，芳香烃、氯代烃、其他烃、水、二氧化碳、一氧化碳或它们的混合物中的一种或多种与处理过的水混合。在一个实施例中，处理过的水在被注入到地层中之前被加热。在一个实施例中，从水中除去一些多价离子包括除去一些二价阳离子。在一个实施例中，另一种材料在注入处理过的水之后被注入到地层中。在一个实施例中，另一种材料选自下述组，该组包括：空气、生产出的水、盐水、海水、淡水、蒸汽、二氧化碳和/或它们的混合物。在一个实施例中，处理过的水在超过储层压力10巴到100巴的压力下注入。在一个实施例中，地下地层中的油在水被注入之前具有0.1厘泊到10000厘泊的粘度。在一个实施例中，地下地层的渗透率为5达西到0.0001达西。在一个实施例中，在从水中除去任何离子之前，输入水的由溶解的氯化钠表示的总溶解盐值为至少15000ppm。在一个实施例中，将一些单价离子加入水中包括将所述水与海水和生产出的水中的至少一种混合。在一个实施例中，从水中除去一些多价离子包括将所述用至少一个纳米过滤器处理。在一个实施例中，从水中除去一些单价离子包括将所述水用至少一个反渗透膜处理。在一个实施例中，将一些单价离子加入水中包括将水与纳米过滤器渗透流混合。在一个实施例中，将一些单价离子加入水中包括将所述水与反渗透截留流混合。
在一个实施例中，公开了一种制备用于注入提高油采收率工艺中的高盐度水的方法，该方法包括：从水中除去一些硫酸盐；从水中除去一些二价离子；从水中除去一些单价离子；将一些单价离子加入水中；以及然后将水注入到地下含油地层中。在一个实施例中，该方法还包括在注入所述水之前加回一些已除去的二价离子。在一个实施例中，该方法还包括在注入所述水之前将一些二价离子加到水中。
在一个实施例中，公开了一种制备注入用于提高油采收率工艺中的高盐度水的方法，该方法包括：用纳米过滤工艺从水中除去一些离子；用反渗透工艺从水中除去一些其他离子；将一些单价离子加入水中；以及然后将水注入地下含油地层中。在一个实施例中，该方法还包括在注入所述水之前通过将纳米过滤渗透流中的部分和/或反渗透截留流中的一部分加入到水中来加回一些已除去的离子。
本领域技术人员将会认识到，在不背离本发明的精神和范围情况下，根据所公开的实施例、配置、材料和方法，很多修改和变型也是可能的。因此，此后所附的权利要求以及它们的功能性等同物的范围不应当受在此所示出和所描述的具体实施例的限制，因为它们本质上仅仅是示例性的。

Claims (34)

1.一种系统，包括：
钻入地下含烃地层中的井；
位于井的顶侧的生产设备；
连接到生产设备的水生产设备；
其中，水生产设备通过除去一些多价离子、然后除去一些单价离子并且随后加回一些单价离子来生产水，以及然后将所述水注入井中。
2.一种系统，包括：
钻入地下含烃地层中的第一井；
位于第一井的顶侧的生产设备；
连接到生产设备的水生产设备；
钻入地下地层中的第二井；
其中，水生产设备通过除去一些多价离子、然后除去一些单价离子并且随后加回一些单价离子来生产出水，以及将所述水注入第二井和地下地层中。
3.根据权利要求2所述的系统，其中第一井距离第二井50米到2000米。
4.根据权利要求1-3中的一项或多项所述的系统，其中地下地层位于水体之下。
5.根据权利要求1-4中的一项或多项所述的系统，其中生产设备浮在水体上，所述生产设备例如是生产平台。
6.根据权利要求1-5中的一项或多项所述的系统，所述系统还包括水源和水泵送装置，所述水泵送装置适于将水泵送到水生产设备。
7.根据权利要求1-6中的一项或多项所述的系统，其中水生产设备的输入水的由溶解的氯化钠表示的总溶解盐值为至少15000ppm。
8.根据权利要求1-7中的一项或多项所述的系统，所述系统还包括加回一些多价离子。
9.根据权利要求1-8中的一项或多项所述的系统，其中加回一些单价离子包括将所述水与一些海水和/或所生产的水混合。
10.根据权利要求1-9中的一项或多项所述的系统，其中除去一些多价离子包括将所述水用至少一个纳米过滤器处理。
11.根据权利要求1-10中的一项或多项所述的系统，其中除去一些单价离子包括将所述水用至少一个反渗透膜处理。
12.根据权利要求10所述的系统，其中加回一些单价离子包括将所述水和一些纳米过滤器渗透水混合。
13.根据权利要求11所述的系统，其中加回一些单价离子包括将所述水和一些反渗透截留水混合。
14.一种方法，包括：
从水中除去一些多价离子；
从水中除去一些单价离子；
将一些单价离子加回到所述水中；以及
将所述水注入地下地层中。
15.根据权利要求14所述的方法，其中处理过的水通过随着油和/或气一起生产出、进行分离以及随后重新注入到地层中而循环利用。
16.根据权利要求14或15中的一项或多项所述的方法，其中在处理过的水被注入到地层中之前，芳香烃、氯代烃、其他烃、水、二氧化碳、一氧化碳或它们的混合物中的一种或多种与处理过的水混合。
17.根据权利要求14-16中的一项或多项所述的方法，其中处理过的水在被注入到地层中之前被加热。
18.根据权利要求14-17中的一项或多项所述的方法，其中从水中除去一些多价离子包括除去一些二价阳离子。
19.根据权利要求14-18中的一项或多项所述的方法，其中另一种材料在注入处理过的水之后被注入到地层中。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，另一种材料选自下述组，该组包括：空气、采出水、盐水、海水、淡水、蒸汽、二氧化碳和/或它们的混合物。
21.根据权利要求14-20中的一项或多项所述的方法，其中所述处理过的水在超过储层压力10巴到100巴的压力下注入。
22.根据权利要求14-21中的一项或多项所述的方法，其中地下地层中的油在水被注入之前具有0.1厘泊到10000厘泊的粘度。
23.根据权利要求14-22中的一项或多项所述的方法，其中地下地层的渗透率为5达西到0.0001达西。
24.根据权利要求14-23中的一项或多项所述的方法，其中在从水中除去任何离子之前，输入水的由溶解的氯化钠表示的总溶解盐值为至少15000ppm。
25.根据权利要求14-24中的一项或多项所述的方法，其中将一些单价离子加入水中包括将所述水与海水和采出水中的至少一种混合。
26.根据权利要求14-25中的一项或多项所述的方法，其中从水中除去一些多价离子包括将所述水用至少一个纳米过滤器处理。
27.根据权利要求14-26中的一项或多项所述的方法，其中从水中除去一些单价离子包括将所述水用至少一个反渗透膜处理。
28.根据权利要求26所述的方法，其中将一些单价离子加入水中包括将所述水与纳米过滤器渗透流混合。
29.根据权利要求27所述的方法，其中将一些单价离子加入水中包括将所述水与反渗透截留流混合。
30.一种制备用于注入提高油采收率工艺中的高盐度水的方法，该方法包括：
从水中除去一些硫酸盐；
从水中除去一些二价离子；
从水中除去一些单价离子；
将一些单价离子加入水中；以及然后
将所述水注入到地下含油地层中。
31.根据权利要求30所述的方法，其中还包括在注入所述水之前加回一些已除去的二价离子。
32.根据权利要求30-31中的一项或多项所述的方法，其中还包括在注入所述水之前将一些二价离子加到水中。
33.一种制备注入用于提高油采收率工艺中的高盐度水的方法，该方法包括：
用纳米过滤工艺从水中除去一些离子；
用反渗透工艺从水中除去一些其他离子；
将一些单价离子加入水中；以及然后
将所述水注入地下含油地层中。
34.根据权利要求33所述的方法，还包括在注入所述水之前通过将纳米过滤渗透流中的一部分和/或反渗透截留流中的一部分加入到水中来加回一些已除去的离子。
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