CN104169517A - 用于用在改进后的烃开采操作中的由基于膜的水处理生产恒质水的方法和控制装置 - Google Patents
用于用在改进后的烃开采操作中的由基于膜的水处理生产恒质水的方法和控制装置 Download PDFInfo
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- C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
- C02F2209/05—Conductivity or salinity
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- C02F2301/043—Treatment of partial or bypass streams
Abstract
一种用于处理水的方法，所述方法包括：将第一量水吸到多个处理装置中，处理所述第一量水，输出来自所述多个处理装置中的每一个的已处理水水流，将来自所述多个处理装置中的每一个的已处理水水流分成渗透水流和废弃浓缩物流，监测每股渗透水流；基于预定水特征允许值控制所述多个处理装置的至少一个的操作，所述预定水特征允许值基于所述渗透水流的不同质量落入预定浓度范围内；基于识别到的特征和所述预定水特征允许值将所述多个处理装置中的至少两个的渗透水流结合，以及输出产物水流和至少一股废弃浓缩物流。
Description
技术领域
本文中公开的实施方式总体上涉及用于用在改进后的烃开采操作中的由基于膜的水处理生产恒质水的方法和控制装置。
背景技术
经由钻探到地下地层中的生产井而从地下含烃地层中开采或生产积聚在其中的烃。当烃的生产变缓时，改进后的开采技术可用于从地层中挤出烃。用于从地层中挤出烃的最简单方法之一是将流体直接注入到地层中。通过使得烃移位或快速移动通过地层从而能够从生产井中生产烃，这样能够提高产量。
如图1所示，用于从地层开采烃的现有技术系统由连接到井10的海上钻台12组成，该井10完成于地下含烃地层14中。一般地，流体被直接注入到地下含烃地层14(如向下的箭头所示)并且迫使烃经由生产井穿过地层且到达油井10之外(如向上的箭头所示)，其中该生产井可能是同一个油井或者不同的油井。一种开采操作使用水(例如，海水，采出水)作为称作采油注水(waterflood)的注入流体。水在压力的作用下经由注入井而被注入到地层中，迫使烃穿过地层而朝向生产井。
用在用于海上钻井的采油注水中的注入水典型地是海水和/或采出水，因为海上的海水和/或采出水可低成本地获得。将采出水用作海上注入水的另一动机是在处置海上采出水的一些位置中存在困难。在任何情况下，海水和采出水一般地特征在于是含盐的，相对于淡水而言具有较高的离子含量。例如，流体富含钠、氯化物、硫酸盐、镁、钾和钙，仅举几例。存在于注入水中的一些离子能够有利于烃生产。例如，包括K+、Na+、Cl–,Br–和OH–的阳离子和阴离子的特定组合能够使得在地层的不同等级保持粘土稳定，其中该地层易受由膨胀或颗粒迁徙而造成的粘土损坏的影响。
然而，已经发现存在于注入水中的特定离子，包含钙离子和/或硫酸根离子，可对注入井和生产井造成有害影响，并且最终能够降低由生产井所生产的烃产品的量或质量。具体地，硫酸根离子当与诸如钡和/或锶等的金属阳离子接触时能够就地形成盐，这些反应在储油层中能够自然地发生。硫酸钡盐和硫酸锶盐在室温储油层环境下是较不易溶解的并且容易从溶剂中沉淀离析出来。随着注入水被引入到带有烃的表层，因为生产井的温度降低，所以盐的溶解性进一步降低。生成的沉淀物在边远储油层中，在烃生产井的井眼上和该井盐的下游(例如，出油管线、气/液分离器、输油管线等中)处集聚为一定量硫酸钡。该一定量硫酸钡降低了储油层的可渗透性，降低了井眼的孔眼的直径，由此降低了烃生产井的烃开采率。二价阳离子在使得敏感粘土稳定方面特别有效。
已经报道在注入水中的硫酸根离子的较高浓度促使储油层变酸。储油层变酸是不期望的现象，由此储油层在开采到时开始是无过量腐蚀性(酸性)物质的，但是在采油注水和伴随的从储油层中生产烃的过程中变酸。酸性物质利用氢化硫气体或其他的含硫物质来污染储油层，在经由烃生产井而从储油层中生产期望的烃流体的同时产生了一定量的氢化硫气体，可以证明储油层变酸。氢化硫气体在烃生产井处和生产井的下游造成了大量不期望的后果，包括对烃生产井冶金品和相关的生产设备造成过度剥蚀和腐蚀、使所生产的烃流体的经济价值降低、对周围的环境造成损坏、对现场工作人员的健康造成损害。
硫化氢被认为由厌氧硫酸还原细菌产生的。硫酸还原细菌经常是储油层所固有的并且通常也存在于注入水中。硫酸根离子和有机碳是由硫酸还原细菌所使用的主要供给反应物以就地产生硫化氢。注入水通常是硫酸根离子的丰富来源，同时地层水是自然产生的低分子量脂肪酸形式的有机碳的丰富来源。在出现硫酸根离子的情况下，硫酸还原细菌通过代谢低分子量脂肪酸，因此将硫酸盐还原成硫化氢，由此使得储油层变酸。或者可以说，储油层变酸是由将硫酸盐和有机碳转换成硫化氢和副产品的硫酸还原细菌执行的反应。
在现有技术中已经采用了一些策略来治疗储油层变酸，但效果有限。这些现有技术策略主要是单独地分别攻击硫酸还原细菌自身或者攻击硫酸还原细菌的特定食物营养。例如，很多现有技术策略已经聚焦于杀灭注入水或储油层中的硫酸还原细菌。用于杀灭硫酸还原细菌或限制它们生长的传统方法可包括紫外光、抗微生物剂以及诸如丙烯醛和硝酸盐的化学物质。用于治疗储油层变酸的其他现有技术策略已经聚焦于限定硫酸还原细菌对硫酸盐或有机碳的可获得性。
最近，用于治疗储油层变酸的策略包括使用薄膜以降低注入水中硫酸根离子的浓度。例如，美国专利No.4,723,603示出了特定薄膜，该特定薄膜能够有效地降低注入水中的硫酸根离子的浓度，由此防止形成一定量的硫酸盐。如现有技术所启示的那样，纳米过滤(NF)膜通常比反渗透(RO)膜更加优选，因为纳米过滤膜与反渗透膜相比通常允许氯化钠更大量通过。结果，纳米过滤膜有利地能够在比反渗透膜更加低压和操作成本更低的条件下操作。此外，纳米过滤膜也将生产的注入水的离子强度保持在较高水平，这样期望地降低了粘土不稳定性的风险和相应地降低了水通过地下地层的多孔基层而渗透损失的风险。
然而，在通过使用盐分或盐度比自然海水低的注入水提高了开采率但是还需要足够的离子强度以防止粘土变得不稳定的情况下，除了与存在于注入水中的硫酸根离子相关的问题之外，也已经发现注入水的盐分或盐度在采油注水期间对烃开采可能具有重大影响。根据地层的类型，具有较高盐分或盐度的注入水可导致储水层的可湿性从而变得更加亲油。这是因为海水中的诸如Ca+2和Mg+2的多化合价的阳离子被认为起到了带负电荷油和典型地位于地层的多孔壁中的带负电荷粘土材料之间的桥梁作用。油与粘土颗粒发生反应以形成有机金属复合物，该有机金属复合物导致粘土表面异常地憎水和亲油。随着储油层岩石的亲油性增大，烃会被吸附在岩石的表面，由此从地层中流出的油比水少，这导致了正生产的烃产量降低。
通过降低地层中的整体盐分或盐度特别是降低多化合价阳离子的浓度而降低电解质含量(即，降低离子强度)可降低阳离子的屏蔽电位。这导致了粘土颗粒和油之间增加的静电排斥。一旦排斥力超过了由多化合价阳离子桥所建立的粘合力，油颗粒能够从粘土表面释放出来，并且粘土表面变得更加亲水。然而，如果电解质含量降低太多(即，地层流体盐分或盐度太低)，粘土粒子可能从多孔壁上脱落(粘土反团聚作用)，这将损坏地层。因此，虽然期望具有盐分或盐度较低的注入水，但是将盐分或盐度水平保持在特定的范围内是很重要的。
然而，盐分或盐度较低的水在油井现场通常是很难得到的。盐分或盐度较低的水通常例如通过使用膜分离技术(例如，反渗透)来降低盐分或盐度较高的水的总体离子浓度。在已知的根据反渗透处理的海水脱盐操作中，待脱盐的海水借助于半渗透膜而经受分离处理。此种膜被理解为选择性膜，该选择性膜对水分子是高渗透的，但是对溶解在水中的盐离子是低渗透的。
用在低盐注入水的制备中的膜分离技术使用反渗透(RO)膜元件。用在低硫酸盐注入水和软水的制备中的膜分离技术使用特定的纳米渗透(NF)膜元件。RO和NF处理使用液压以经由半渗透膜而从供给的水中生产出盐分或盐度较低的水。根据膜类型、压强和水状态，一定量的盐也穿过膜，但是产品水的总体盐分或盐度比原料水的盐分或盐度低。现行的RO技术能够用于海水和微咸水的脱盐。用在RO处理中的膜一般地由聚酰胺制成或者由纤维素源制成。
待处理的水通常使用过滤筒、介质过滤、微孔过滤或超过滤方法被预处理，这些过滤方法是已知的用于基于固体/颗粒尺寸而将固体/颗粒与水分离。然后使用高压泵将水供给到反渗透和/或纳米过滤容器。来自于高压泵的所需压强是渗透压、温度、流量(即，通过膜的单位面积的水的量)以及利用特定膜面积而待生产的供给水的体积的函数。产物水(即，渗透物)借助于渗透管而从膜组件中排出。浓缩物管用于排出浓缩的离子水。
典型地，传统系统只与生产水有关，该生产水的特定特征量比预定水平高或者低。此系统只集中于污染物的最大允许限量，只要以及只有特定特征量在设定的限度之上便进行处理。否则，水被认为是可以使用的。最通常地，此种处理工厂将包括集中串联和/或并联连接的若干处理装置。在此种系统中，水通过多数装置中的大多数或者多次经过特定的装置，因为这样对于水的特定特征达到被认为可使用的量来说是必要的。
发明内容
在一个方面，这里公开的实施方式涉及一种用于处理海水或用来注入的其他水源的方法，所述方法包括：将第一量水吸入到多个处理装置中，处理所述第一量水，输出来自所述多个处理装置中的每一个的已处理水水流，将来自所述多个处理装置中的每一个的已处理水水流分离成渗透水流和废弃浓缩物流，监测每股渗透水流；基于预定水特征允许值控制所述多个处理装置的至少一个的操作，所述预定水特征允许值基于所述渗透水流的不同质量落入预定浓度范围内，基于识别到的特征和所述预定水特征允许值将所述多个处理装置中的至少两个的渗透水流结合，以及输出产物水流和至少一股废弃浓缩物流。处理所述第一量水包括将所述第一量水的至少一部分泵送通过多个处理装置。监测每股所述渗透水流包括识别所述渗透水流的不同特征。
根据另一方面，提供了一种基于膜的水处理系统，所述系统包括：吸入第一量水的吸水系统；以及多个处理装置。每个处理装置包括：泵，膜压力容器，监测器和控制器。所述泵将第一量吸入水供给通过所述膜压力容器。所述膜压力容器包括至少一个膜元件且将所述第一量吸入水分离成至少渗透水流和废弃浓缩物流。所述监测器用于识别所述渗透水流中的每一股的不同特征，监测来自两个或更多处理装置的所述渗透水流的混合，以及基于识别到的特征和预定水特征允许值监测来自两个或更多处理装置的已混合渗透水流。
从以下说明和所附权利要求中，本发明的其他方面和优点将变得显而易见。
附图说明
图1示出了现有技术的海上生产井。
图2示出了根据本发明的一个或多个实施方式的海水处理过程。
图3A是根据本发明的一个或多个实施方式的船舰上的海水处理单元的示图。
图3B是根据本发明的一个或多个实施方式的海上钻台上的海水处理单元的示图。
图3C是根据本发明的一个或多个实施方式的钻台、船舰和海床上的海水处理单元的图。
图4A示出了根据本发明的一个或多个实施方式的另一海水处理过程。
图4B示出了根据本发明的一个或多个实施方式的处理装置。
图4C示出了根据本发明的一个或多个实施方式的螺旋缠绕膜元件。
图4D示出了根据本发明的一个或多个实施方式的空心细纤维膜元件的示意图。
图4E示出了根据本发明的一个或多个实施方式的另一海水处理过程。
图5示出了根据本发明的一个或多个实施方式的改进后的油开采系统。
图6A示出了根据本发明的一个或多个实施方式的用于系统或方法的配置。
图6B示出了根据本发明的一个或多个实施方式的用于系统或方法的配置。
图7示出了根据本发明的一个或多个实施方式的用于系统或方法的配置。
具体实施方式
以下将参考附图对本发明的一个或多个实施方式进行说明。在一方面中，此文公开的实施方式涉及用于使用可定制的膜技术处理海水或其他水源的系统和方法，以制备具有落入预定阈值范围内的特定水特征允许值的水流体。在另一方面中，此文公开的实施方式也涉及一种具有可定制的膜系统的水处理过程，该可定制的膜系统可包括旁路混合管线，其中该旁路混合管线根据从可定制的膜系统中排出的水达到预定的阈值而被使用。在又一方面中，此文公开的实施方式涉及一种使用可定制的处理系统以生产水流体的海水处理，其中该水流体具有特别定制的特性且能够被用作注入流体以用在改进后的油开采操作中。在还一方面中，此文公开的实施方式涉及混合具有特别定制的特性的已处理流体。在另外一方面，此文公开的实施方式特别地涉及海上油井中的改进后的油开采操作。
海水处理
典型地，海水处理系统基于多个因素。最重要地，海水处理系统取决于海水的质量(例如，水的温度、盐分或盐度、和/或具体化学组成)。特别地，海水的输入水温变量是最普遍的变化因素，处理系统对此变化因素必定做出反应以生产恒质水。水温根据膜的水和盐的运输特性变化而影响处理性能。较温暖的水将使得已处理水具有比相同处理的较冷水的盐分或盐度高的盐分或盐度。另外，随着用在处理系统中的膜老化，其性能发生变化，由此影响水和盐的运输特性以及生产的已处理水的质量。根据本发明的实施方式，根据这些因素，处理系统是可定制的以生产任意期望质量的输出水。
至于用在本文中的术语“预定水特征允许值”用于指代用于任何将使用已处理水的系统的期望的输出水质量，该期望的输出水质量落在预定的阈值范围内。例如，在井下应用中，可期望用于生产具有大约1000mg/L和大约30000mg/L之间的盐分或盐度、大约5mg/L和2000mg/L之间的硫酸根离子含量以及5mg/L和300mg/之间的硬度含量的水。
根据本发明的一个或多个实施方式，例如，通过控制系统中的泵以保证具有预定阈值范围之外的特征的任何水适当地与已处理的已过滤水或未处理的已过滤水(或者两者)混合以生产具有落在预定阈值范围之内的特征的水，海水处理系统能够用于生产具有预定水特征允许值的水。
在一个实施方式中，包括多个膜装置的处理系统能够被修改以改变各个膜装置自身的操作，从而多个膜装置基于预定水特征允许值而生产不同质量的水流。这些不同质量的水流然后能够被混合在一起以形成具有预定水特征允许值的产物水流。可选地，产物水流此外还可与来自混合/旁路管线的未处理的已过滤海水混合。
特别地，控制装置(例如，监测器和/或传送器)可用于基于输出的渗透水流而修改或改变各个装置的操作参数。待修改的操作参数可包括输入供给压强、流量、温度、流速和水开采率。
参考图2和3A-C，示出了根据本发明的一个或多个实施方式的海水处理系统。如图2所示，本发明提供一种海水处理系统200，该海水处理系统200可包括吸水系统201、膜系统210、渗透物转移和处理系统220、浓缩物排出系统230、控制系统240和电源290。吸水系统201可包括吸水口202、吸水泵204、预过滤器206和膜/介质过滤器208；膜系统210可包括可变速高压泵212、混合/旁路管线225、反渗透和/或纳米过滤膜214、以及监测器/发送器226；浓缩物排出系统230可包括多个排出口；以及渗透物转移和处理系统220可包括渗透物转移泵222。虽然在示出的典型实施方式中，特定部件可由单个装置/符号示出，但是本领域的技术人员可意识到描述的各个系统可包括多个此种元件。
如图3A-C所示，海水处理系统200可被设置在船舰300、钻台312和/或海床316上。可选地，在一个或多个实施方式中，这些海水处理系统200可被用在岸上。
另外，根据一个或多个实施方式，处理装置260可用于描述所述系统，该系统包括例如膜系统210、混合/旁路管线225和浓缩物排出系统230。
处理装置260与吸水系统201和渗透物转移和处理系统220连通。控制系统240和电源290彼此连通，同时也与吸水系统201、渗透物转移和处理系统220和处理装置260(即，膜系统210和浓缩物排出系统230)连通。本文中使用的术语“连通”意味着直接、间接或通过可操作的装置而机械地、电学地或者其他方式地接触、联接或连接。
在吸水系统201中，吸水泵204将吸入的水泵送经过预过滤器206以去除任何大污染物(例如，沙子、岩石、植物、砂砾等)，然后经过低压膜或介质过滤器208以去除大分子(例如，悬浮固体、胶体、巨大分子、细菌、油、颗粒物质、蛋白质、高分子量溶解物等)。本领域的普通技术人员将理解到根据设备的说明书和待移除的颗粒物质的类型和密度，可使用多种类型的过滤器，包括例如沙或介质过滤器、过滤筒、超滤器、和/或微滤器。
此外，吸水系统201可包括一个或多个深度可变的延伸构件，这些延伸构件能够延伸到水体中以从期望的深度吸入水。另外，该延伸构件可包括一个或多个设计成防止吸水口被海洋生物或其他颗粒所堵塞的吸水筛。本领域的普通技术人员将理解到根据被吸取水所在的水体也可能采用其他的设备。
已过滤海水在已经通过吸水系统201之后可被提供到混合/旁路管线225和直接被转移到渗透物转移和处理系统220，在此渗透物转移和处理系统220中海水然后将与由膜214生产的渗透流结合。另外，已过滤海水可被供给到处理装置260，其中，可变速的高压泵212将已过滤海水泵送通过到膜214，由此在膜214的高压侧产生浓缩物，并且在膜214的低压侧产生渗透流。
由膜214产生的渗透流可包括预定水特征允许值，即，水具有从其中去除的特定离子和/或分子，例如，该渗透流与产自吸水系统201的已过滤海水相比可具有较低的硫酸根离子含量和/或较低的盐分或盐度。渗透流然后能够经由渗透物转移和处理系统220例如从船舰300上转移到钻台312上，从海床316上转移到钻台312上和/或从钻台312转移到油井310。
可选地，产自膜214的渗透流可不包括期望的预定水特征允许值且可需要被进一步处理，从而达到预定水特征允许值。例如，所述渗透流可与其他的渗流流和/或来自混合/旁路管线的未处理的已过滤海水混合。然而，基于产自膜214的渗透流的质量，可能有必要改变膜装置自身的操作，从而该膜装置将基于产自所述膜的输出渗透流和基于预定水特征允许值而生成不同质量的水流。此种改变可使用监测器226进行，首先确定输出渗透流的质量，然后修改或改变膜装置自身的操作(例如，通过控制将水泵送到膜装置214和/或浓缩物管线阀223的泵212)，由此改变输出渗透流的质量以用于随后批次的水。
此外，来自多个处理装置260的渗透流可被混合在一起，或者能够与来自混合/旁路管线225的未处理的已过滤海水混合以生产具有预定水特征允许值的水。各个处理装置能够使用相同的或不同类型的RO或NF膜，其中RO或NF膜需要各自的来自高压泵212的压强。混合来自各个处理装置的多个渗透流然后根据最优的储油层性能能够提供单价离子和二价离子的非常具体的混合物。根据一个或多个实施方式，该非常具体的混合物然后能够与来自混合/旁路管线225的水混合。
根据本发明的一个或多个实施方式，监测器226可用于探测输出渗透流的特征。基于这些特征，一个或多个监测器226可用于改变膜装置214的操作，例如，通过实时控制可变速的高压泵212以改变正被泵送经过膜214的水量，从而生产具有预定水特征允许值的不同质量的水。另外，基于这些特征，来自混合/旁路管线225的未处理过的已过滤海水可与输出的渗透流混合从而得到具有更加具体的水特征允许值的水。
在一个或多个实施方式中，使用正向渗透(FO)或其他处理能够进一步处理来自处理装置260的渗透流，其影响水的化学组成从而根据得到的最优储油层性能来改善离子平衡。
在一个或多个实施方式中，除了将海水作为吸水系统201的水源，微咸水或产物水也能够是供给水，由此允许微咸水处理、产物水处理和海水处理之间灵活转换。
渗透物转移和处理系统220能够将生成的渗透物转移到渗透物转移系统，该渗透物转移系统包括与渗透物转移和处理系统220连通的管线。该管线可将渗透物例如从船舰300转移到钻台312，从海床316转移到钻台312，和/或从钻台312转移到油井310。渗透物转移和处理系统220也能够在转移渗透物之前或转移过程中或转移之后处理生成的渗透物。渗透物的处理可包括“后处理”，例如，化学添加(例如，有秩序的化学物质注入)和/或脱气(例如，真空系统中)。
在膜214的高压侧产生的浓缩物包括由膜214所移除的离子和/或分子。浓缩物然后例如经由浓缩物排出系统230中的多个浓缩物排出口被处理掉。然而，在浓缩物被处理掉之前，能量回收装置(未示出)可用于获取浓缩物所拥有的能量，其将此种能量返回到可变速高压泵212。
此外，浓缩物能够在丢弃之前被稀释或者以其他方式被处理。例如，在一个或多个实施方式中，浓缩物排出系统230可被构造为增加排放到水的周围环境中的浓缩物的混合。浓缩物排出系统230的多个排出口可被有形地定位于船舰300和/或钻台312的水位线318之上或之下。此外，排出口能够被设置在深度可变的延伸构件上，该延伸构件能够被定位成促进将浓缩物分散到水体中。
在一个或多个实施方式中，来自于膜214的废水(或者渗透流或者浓缩物)能够连续地多次经过膜214，并且浓缩物流能够被回收到处理站的较早位置。
根据本发明的一个或多个实施方式，单独的电源可能向吸水系统201、渗透物转移和处理系统220、处理装置260(即，膜系统210、浓缩物排出系统230)、监测器226和推进装置302中的每一个提供电力。例如，吸水泵204、可变速高压泵212、监测器226和渗透物转移泵22中的每一个可与单独的电源连通。
根据一个或多个实施方式，海水处理系统200可以是基于陆地的或者被设置在船舰上的。在海水处理系统200被设置在船舰300上的情况下，船舰300可进一步包括与电源290连通的推进装置302。船舰300可以是自推进船、系泊的、牵引的、推进的或一体的驳船，或者此船舰的小型舰队或船队。船舰300可以是人为控制的或非人为控制的。船舰300可以是单船体或双船体船舰。
可选地，在一个或多个实施方式中，在海水处理系统200被设置在船舰300上的情况下，单个电源可向吸水系统201、膜系统210、渗透物转移和处理系统220、浓缩物排出系统230、监测器226、和/或推进设备302中的两个或多个的组合提供电力。例如，用于可变速高压泵212的电能能够由用于船舰的推进装置(诸如，船舰的主发动机)的电源所驱动的发电机所提供。在此实施方式中，递升齿轮动力输出装置或传动装置被安装在主发动机和发电机之间，从而获得所需的同步速度。
此外，推进装置和主发动机之间的附加联接当船舰没有启航的时候允许主发动机驱动发电机。此外，诸如柴油机、蒸汽机或燃气涡轮、可再生能源发电机或者这些机器的组合等的独立电源(未示出)可向处理装置260、推进设备302或者两者供电。
在其他实施方式中，用于海水处理系统200的电源可唯一地专门用于海水处理系统200。
在一个或多个实施方式中，浓缩物排出系统230的多个浓缩物排出口能够用作用于船舰300的附加推进装置或者用作用于船舰300的唯一推进装置。浓缩物的一些或所有能够被传递到推进器以提供慢速推进或紧急推进。
在一些或多个实施方式中，电源290可包括发电风车和/或水螺旋桨，该发电风车和/或水螺旋桨利用空气流和/或水流以产生用于海水处理系统200和/或船舰300和/或钻台312的操作的电力。
至于海水处理系统200位于船舰300上的实施方式，吸水系统201可能能够从船舰300周围的水中吸入海水并且将其提供到处理装置260。在此实施方式中，吸水系统201的吸水口202可包括一个或多个在船舰300的水线318之下的船体上开口。吸水口202的一个示例是通海吸水箱(未示出)。水经由一个或多个开口(即，吸水口202)而被吸入到船舰300中，并且流过吸水泵204、预过滤器206、膜/介质过滤器208，并且被供给到可变速高压泵212或者被供给到混合/旁路管线225或者被供给到上述两者。
至于海水处理系统200位于海上钻台312的实施方式，吸水系统201可能能够从钻台312周围的水中吸入海水并且将海水供给到处理装置260。在此实施方式中，吸水系统201的吸水口202可包括吸入立管、筛和外部泵或潜水泵。
至于海水处理系统200位于海床316上的实施方式，吸水系统201可能能够从海水处理系统200周围的水中吸入海水并且将海水供给到膜系统210。在此实施方式中，吸水系统201的吸水口202可包括吸水井或吸水立管、筛和泵。
膜系统210可包括可变速高压泵212、膜214、混合/旁路管线225和监测器226。
在一个或多个实施方式中，膜214是离子选择膜，该离子选择膜可选择性地防止或至少降低硬化或结成水垢(scale-forming)离子(例如，包括硫酸根离子、钙离子和镁离子的二价离子)从其中通过，同时允许水和其他特定离子(例如，包括钠离子、氯离子、碳酸氢盐离子和钾离子的单价离子)从其中通过。膜的选择性可能是膜的特有特性的功能，包括孔尺寸和包括膜的聚合物结构的充电特性。例如，聚酰胺膜、醋酸纤维素膜、纳米嵌入膜、对二氮己环派生物膜和/或其他膜发明能够用于选择性地防止或至少降低硫酸根离子、钙离子和镁离子从其中通过。在一个或多个实施方式中，膜214能够去除大约99％的硫酸根离子。
在一个或多个实施方式中，膜214是脱盐膜，其通过防止或至少降低离子(例如，钠离子、氯离子、钙离子、钾离子、硫酸根离子、碳酸氢盐离子以及镁离子)从其中通过，可以降低已过滤水的整体盐分或盐度或离子强度。
在一个或多个实施方式中，膜214是纳米过滤膜。商业上可获得的适于用在本发明的处理过程中的纳米膜的示例可包括例如Dow ChemicalCompany(Minneapolis,MN)销售的FILMTECTM SR90系列,NF 200系列,NF90系列，或者其他的膜制造商所生产的带有类似排斥特性的膜。
在一个或多个实施方式中，膜214是反渗透膜。商业上可获得的适于用在本发明的处理过程中的反渗透膜的示例可包括例如Dow ChemicalCompany(Minneapolis,MN)销售的FILMTECTM SW 30系列，或者其他的膜制造商所生产的带有类似排斥特性的膜。
如图4A-B所示，海水处理系统200可包括膜系统210，该膜系统210包括能够并列设置的多个膜压力容器(示出为214、216和218)。虽然示出了三个膜压力容器，但是其他的实施方式可包括多于或少于三个的膜。根据一个或多个实施方式，各个膜压力容器214、216和218可包括安装在其中的膜元件250。虽然在各个膜压力容器中示出了六个元件250，但是其他实施方式可包括多于或少于六个的元件250。
此外，在一个或多个实施方式中，电导传感器224、流量传感器226和硬度传感器227中的每一种传感器的至少一个可被设置在混合/旁路管线225上。在一个或多个实施方式中，电导传感器224、流量传感器226和硬度传感器227中的每一个可被设置在混合/旁路管线225上，从而在膜压力容器的各个渗透物上分别测量经过混合/旁路管线225的水的电导率、流量和硬度。例如，如图4A所示，电导传感器224、流量传感器226和硬度传感器227中的每一个可被设置在混合/旁路管线225上，从而在水经过各个膜压力容器214、216、218之后，在混合/旁路管线225中，分别测量水的电导率、流量和硬度。具有本领域的普通技术的人员将理解到电导传感器224、流量传感器226和硬度传感器227中的每一个可以是本领域中已知的任何电导传感器、流量传感器或硬度传感器。
此外，在一个或多个实施方式中，海水处理系统200可包括脱盐水控制器265。在一个或多个实施方式中，脱盐水控制器265可从脱盐设备传感器中获取信号且将信号输出到主设备240。
如图4B-C所示，根据一个或多个实施方式，各个元件250可包括本领域中已知的例如反渗透膜元件、纳米过滤膜元件或本领域中已知的其他膜元件。膜元件250可包括本领域中已知的多个结构中的一个，例如，螺旋缠绕(SW)和/或空心细纤维(HFF)。
如图4C所示，根据一个或多个实施方式，元件250可包括螺旋缠绕元件250。螺旋缠绕元件250可由平坦片状膜254和256形成并且可包括衬底材料258以提供机械强度。膜材料可能是纤维质(例如，醋酸纤维膜)或非纤维质(例如，合成膜)。对于醋酸纤维膜，两层可能是相同聚合物的不同形式，称作“非对称”。对于合成膜，两层能够是完全不同的聚合物，其中多孔基板经常是聚砜。
在螺旋缠绕设计中，膜形成在三边密封的包膜中。称为产物水载体的支撑格栅位于内部。包膜被缠绕在中心集合管261上，其中开口侧被密封到管上。多个包膜或薄片在薄片之间附接有开式工作间隔材料262。这是供给物/浓缩物或供给侧空间。薄片被缠绕在产物水管件261上，从截面观察形成了螺旋状。该单元的各端被装饰有塑料模件，称为“反伸缩装置”，并且整个组件可被容纳在薄玻璃纤维壳(未示出)中。供给水能够与产物水管件261大致平行地在膜表面上流过该螺旋件。产物水在包膜中以螺旋的路径流到中央产物水管件261。围绕纤维玻璃壳的外侧的V型环(未示出)能够迫使供给水流过元件250。
如图4D所示，根据一个或多个实施方式，元件250可包括空心细纤维元件270。空心细纤维元件270的设计可包括多个被放置在膜压力容器280中的空心纤维膜272。空心细纤维可以是聚芳酰胺或醋酸纤维素的混合物。膜272可具有大约100微米至大约300微米的外径且具有大约50微米至大约150微米之间的内径。纤维可成环成U型的，且两端都被嵌入到塑料管板274中。受压的海水可沿着空心纤维的外侧被引入到容器(如箭头276所示)中。在压力下，脱盐水流过空心纤维膜272的壁且向下流到纤维膜272的内部从而流到用于收集的渗透物收集管278中(如箭头282所示)，同时从膜压力容器280中移除分离的浓缩物(如箭头284所示)。
根据一个或多个实施方式，膜系统210中的所有膜压力容器可包括只具有安装在其中的反渗透膜元件的元件250。在另一实施方式中，膜系统210中的所有膜压力容器可包括只具有安装在其中的纳米膜元件的元件250。在另一实施方式中，一个或多个膜压力容器(例如，膜压力容器214)可包括具有安装在其中的纳米过滤膜元件或反渗透膜元件的元件250，然而其他的膜压力容器(例如，膜压力容器216和218)包括只具有安装在其中的反渗透膜元件或纳米过滤膜元件的元件250。虽然这里列出了膜压力容器和膜元件类型的组合的特定示例，但是这些示例不是穷举的，且可使用其他的组合。本领域的技术人员将想到其他适当的试图被一个或多个实施方式所包含的示例和组合。
如图3A-C所示，一个或多个处理装置260根据海水处理系统200的位置可被安装在船舰300的甲板304上，钻台312的平台305上和/或海床316上。另外，一个或多个处理装置也可被安装在船舰300和/或钻台312的其他部分中，或者甚至船舰300和/或钻台312的多个层次上。例如，各个处理装置可被安装在单独的容器中。多个容器可被放置在彼此之上以优化甲板304和/或平台305的使用，从而减少与在船舰300和/或钻台312上搭建海水处理系统有关的时间和花费。一个或多个处理装置可被串联或并联地安装。
在吸水系统201中，吸水泵204将吸入水泵送经过预过滤器206以去除任何大污染物(例如，沙子、岩石、植物、砂砾等)，然后经过过滤器208以去除大分子(例如，悬浮固体、胶体、巨大分子、细菌、油、颗粒物质、蛋白质、高分子量溶解物等)。已过滤海水在经过吸水系统201之后，通过可变速高压泵212被提供到处理模装置260。虽然只示出了一个处理装置260，但是根据一个或多个实施方式，可能具有串联或并联设置的多于一个的处理装置。
根据一个或多个实施方式，在处理装置206中，存在一个或更多膜压力容器(例如，214、216和218)。在一个实施方式中，受压海水可被推压通过具有在其中安装有膜元件的一个或多个元件250的第一膜压力容器(例如，214)，由此形成第一渗透流和第二浓缩物流。第一渗透流可包括具有从其中去除的特定离子的水，例如，该第一渗透流与产自吸水系统201的已过滤海水相比具有较低的硫酸根离子含量和较低的盐分或盐度。第一渗透流可包括通过第一膜压力容器(例如，214)中的膜元件移除的离子和/或分子。第一浓缩物流然后例如经由浓缩物排出系统230中的多个浓缩物排出口被处理掉。然而，在浓缩物被处理掉之前，能量回收装置(未示出)可用于获取第一浓缩物流所拥有的能量，并将此种能量返回到可变速高压泵212。
根据一个或多个实施方式，一个或多个监测器226可用于确定由一个或多个膜压力容器214、216、218所创建的输出渗透流的特征。根据一个或多个实施方式，一个或多个监测器226可用于确定通过使得输出渗透流与混合/旁路管线混合而创建的流的特征。基于这些特征，监测器226可用于改变压力容器214、216、218中的膜的性能，从而通过控制可变速的高压泵212以实时改变泵送经过压力容器214、216、218的水量而生产不同质量的水。类似地，基于这些特征，监测器226能够用于控制提供到混合/旁路管线225的未处理的已过滤过的海水的量，即，监测器226能够用于使得一定量的未处理的已过滤过的海水与输出渗透流混合，从而获得具有更加特定的特征的水。
根据一个或多个实施方式，该过程能够在处理装置260中的很多膜压力容器中继续。此外，该过程能够在处理系统200中的很多处理装置260中继续，直到从最后一个膜压力容器中生产出最终渗透流，该最终渗透流可选地具有混合在其中的未处理的已过滤过的海水。最终渗透流然后可能经由渗透物转移和处理系统220例如从船舰300上转移到钻台312上，从海床316上转移到钻台312上和/或从钻台312转移到钻井310。
在一个或多个实施方式中，安装在膜压力容器(例如，214、216、218)中的膜元件能够是所有粒子选择性膜元件，该选择性膜元件通过选择性地防止或至少降低特定离子(例如，钠离子、钙离子、钾离子和镁离子)从膜元件中通过而降低海水的盐分或盐度或离子强度，同时允许水和其他特定离子(例如，硫酸根离子、钙离子、镁离子和碳酸氢盐离子)被生产出以备使用和/或用于进一步处理。在其他实施方式中，膜元件是所有粒子选择性膜元件，该选择性膜元件选择性地防止或至少降低硬化或结成水垢离子(例如，硫酸根离子、钙离子、镁离子和碳酸氢盐离子)从其中通过，同时允许水和其他特定离子(例如，钠离子和钾离子)被生产出以备使用和/或用于进一步处理。
在一个或多个实施方式中，海水处理系统200可包括多个处理装置260，其中多个处理装置260中的每个包括不同的膜压力容器。例如，在一个实施方式中，一个或多个处理装置260可包括具有安装在其中的膜元件的膜压力容器(例如，214、216、218)，其中膜元件只包括纳米过滤膜元件，然而一个或多个独立的处理装置260包括具有安装在其中的膜元件的膜压力容器(例如，214、216、218)，其中膜元件只包括反渗透膜元件。另外，本领域的技术人员可理解到本系统中的处理装置的数量在一个或多个实施方式中可以变化。此外，本领域的技术人员在拥有本发明公开内容的基础上可理解膜元件可变化，例如可能是螺旋缠绕、空心纤维、管状、板状和框架或者盘类型的。
根据一个或多个实施方式，操作为将预处理水推送经过处理装置260的可变速高压泵可被监测器226控制，并且可包括适于产生将水推挤通过一个或多个膜压力容器所必需的液压的任意泵。然而，泵排水压强必须被控制从而保持指定的渗透流，更加重要地，不超过用于正使用的膜元件的最大允许供给压强。这点是特别重要的，因为如果超过了最大允许供给压强，那么膜元件可能被吹破，因此过早地失效。因为用于纳米过滤元件的最大允许供给压强典型地比用于反渗透元件的最大允许供给压强低，所以具有一种或更多膜(例如，纳米过滤膜和反渗透膜)的传统膜系统典型地需要一个或更多泵(即，用于各种类型膜的泵)。安装有纳米过滤膜的传统系统由于此压差不能变成反渗透膜。
然而，根据一个或多个实施方式，处理装置260可包括可变速高压泵212，该可变速高压泵212被监测器226控制且向一个或更多膜压力容器提供已过滤的海水。因为膜压力容器的尺寸可能改变和/或可包括不同类型的膜元件，因此需要变化供给压强，高压泵212必须能够基于正使用的系统的类型和基于由监测器226所探测到的水特征提供可调节的供给压强。在一个或多个实施方式中，可变速高压泵可包括例如，正向位移泵。
在一个或多个实施方式中，泵在压强变化的情况下可用于提供大致16068m3/d(或者670m3/hr或者2950gpm)的流量。具体地，对于具有能量回收装置(ERD)的海水反渗透(SWRO)处理系统，最低所需压强是大约26.5bar，最高所需压强可以是大约30.2bar。对于不具有ERD的NF系统，最低所需压强是大约27bar，最高所需压强可以是大约39bar。对于不具有ERD的硫酸盐还原纳米过滤系统(SRNF)，最低所需压强是大约14bar，最高所需压强是大约19bar。
本发明的一个或多个实施方式也可包括处于高压泵上的可变频驱动器(VFD)。该VFD是通过控制供给到马达的电功率的频率而控制交流(AC)电机的转动速度的系统。通过采用VFD，根据任何时候系统的特定需求，例如根据操作、膜类型、水质量目标和/或海水温度和盐分或盐度，由可变速高压泵所产生的压强也可改变。
参考图4E，在一个或多个实施方式中，滑流(螺旋浆尾流)管线295可被包含在系统中。在图4E中示出的与其他实施方式中示出和说明的元件类似的元件被给出类似的附图标记，且省略对其的详细说明。在包括滑流管线295的实施方式中，控制器260也可控制阀门296，该阀门296将滑流管线295连接到用于添加特别处理过的水的系统中的其他管线。阀门296可位于系统中的多个位置，例如，在系统泵的入口，在系统的水混合点等。例如，滑流管线295可包含具有添加酸或碱的水以辅助平衡正被处理的水的质量。另外，滑流管线可包含比系统中的水更加温暖或更加冰冷的水以辅助平衡正被处理的水的质量的。控制器260可混合来自滑流295的水，从而提高系统的整体效率、降低功率消耗等。
因此，一个或多个实施方式提供一种海水处理系统，该海水处理系统具有使用高压泵而在多个膜元件之间转换的灵活性，通过控制器能够实时地改变该高压泵，其中该控制器监测输出渗透流的特征并且将信号传送到高压泵从而将或多或少的水泵送通过膜元件和/或混合在来自于混合/旁路管线的未处理过的已过滤的海水中，以在不需要经过多个处经理系统的情况下而使得水具有特定的适应性特征。例如，如图4A-4B所示，VFD 212A可被整合到海水处理系统200中且可允许由高压泵212产生的压强根据海水处理系统200的特定需求而随时变化。
如上所述，海水与淡水相比具有较高的离子含量。例如，海水典型地富含离子，诸如钠离子、氯离子、硫酸根离子、镁离子、钾离子和钙离子。海水典型地具有含量在至少大约30000mg/L的完全溶解固体(TDS)。根据一个或多个实施方式，优选地渗透流具有含量在大约1000mg/L和大约30000mg/L之间的完全溶解固体。
改进后的油开采率
如上所述，改进后的油开采过程通常经由一个或多个注入井而将水注入到地下含烃储油层中，从而有利于经由一个或多个烃生产井而从储油层中开采烃。在第二级油开采过程中，能够将水作为采油注水而注入到储油层中。可选地，在第三级油开采过程中，水与其他成分组合为互溶驱替流体或非互溶驱替流体而能够被注入到储油层中。水也被频繁地注入到地下油和/或天然气气储油层以维持储油层压强，这将促进从储油层中开采烃和/或天然气。
根据一个或多个实施方式，注入流体可包括已经根据上述的方法处理过的水溶液(例如，海水)。在特定的实施方式中，海水首先可在吸水系统中经过过滤，由此海水被泵送通过第一过滤器以去除任何大污染物(例如，沙子、岩石、植物、砂砾等)，然后经过第二过滤器以去除大分子(例如，悬浮固体、胶体、巨大分子、细菌、油、颗粒物质、蛋白质、高分子量溶解物等)。本领域的普通技术人员将理解到根据设备的说明书和待移除的颗粒物质的类型和密度，可使用多种类型的过滤器，包括例如沙或介质过滤器、过滤筒、超滤器、和/或微滤器。
已过滤的海水在经过吸水系统之后可被提供到海水处理系统中，诸如在本发明公开内容的附图中描述的那一个中。具体地，如图4A-B所示，已过滤的海水可被提供到处理装置260，并且或者被送至混合/旁路管线225或者被可变速高压泵212泵送，其中该可变速高压泵212将已过滤海水泵送到一个或多个膜压力容器中(例如，214、216、218)，由此创建一个渗透流和一个浓缩物流。
渗透流可包括具有从其中去除的特定离子和/或分子的水，例如，该渗透流与产自吸水系统的已过滤海水相比可具有较低的硫酸根离子含量和较低的盐分或盐度。监测器可用于探测渗透流的特征，并且基于这些特征控制高压泵和混合管线并且有效地生产定制为用于非常特定的目的的水。如图5所示，渗透流然后能够经由渗透物转移系统520例如从船舰300上转移到钻台512上，从海床516上转移到钻台512上和/或从钻台512转移到钻井510，并且被用作采油注水，其中该采油注水用于改进后的从地下含烃地层514中开采烃。
浓缩物流可包括由一个或多个膜压力容器中的膜元件所去除的离子和/或分子。浓缩物然后例如能够经由浓缩物排出系统中的多个浓缩物排出口被处理掉。然而，在浓缩物被处理掉之前，能量回收装置(未示出)可用于获取浓缩物流所拥有的能量并且将此种能量返回到可变速高压泵。此外，浓缩物在丢弃之前可被稀释或用其他方式被处理。
在一个或多个实施方式中，来自一个或多个膜压力容器的出水(或者渗透流和/或浓缩物流)能够连续地多次经过处理装置260。另外，在一些实施方式中，在海水处理系统中，可使用一个或更多处理装置和/或一个或更多混合/旁路管线。
在一个或多个实施方式中，用于从地下含烃地层514中开采烃的方法可以包括经由注入井560将渗透流注入到含烃地层514中、将烃和渗透物一起移向相关的烃生产井580，以及经由烃生产井580从地层514中开采烃。
优选地，与使用未处理的高盐分或盐度注入水的采油注水处理相比，一个或多个实施方式的方法可导致含烃地层中的烃开采率增大，例如，以大约2％至大约40％的范围增大。
如图6A-B所示，本发明的一个或多个实施方式的系统和方法可被包含在多个配置中。具体地，如图6A-B所示，本发明的一种系统和/或方法可配置成使得可变速高压泵212将已过滤海水611推送通过一个或多个处理装置，由此形成浓缩物流634和渗透流(未示出)，其中渗透流然后可使用监测器(未示出)而被分析以确定输出渗透流的特征。基于这些特征，监测器通过改变泵送经过膜214的水量可被用于实时控制可变速高压泵212。另外，基于这些特征，来自混合/旁路管线225的未处理过的已过滤海水可与渗透流混合从而得到具有特定特征的水。
浓缩物流634然后例如能够经由浓缩物排出系统中的多个浓缩物排出口被处理掉。然而，在浓缩物流634被处理掉之前，能量回收装置232可用于获取浓缩物流634所拥有的能量并且将此种能量返回到可变速高压泵212。此外，浓缩物流634在丢弃之前可被稀释或用其他方式被处理。可选地，如图6B所示，本发明的系统和/或方法可被配置为使得浓缩物流634例如经由双弯流管线613而旁通过或绕开浓缩物排放系统。
另外，在本发明的其他实施方式中，本发明的系统和/或方法能够在如图6A-B所示的系统之间前后转换。例如，当期望未处理的已过滤海水与渗透流混合时，监测器能够用于控制可变速高压泵从而将适量的水泵送通过一个或多个处理装置，并且生成一个或多个渗透流，其中该渗透流然后能够与来自混合/旁路管线的处理的已过滤海水混合；然而，当不需要与处理的已过滤海水混合时，可旁通过或绕开混合/旁路管线。
此外，如图7所示，根据本发明的一个或多个实施方式的系统和/或方法可包括能量回收设备232和双弯流管线613，其中，能量回收设备232和双弯流管线613经由阀614被连接。在一个实施方式中，阀614可被打开从而允许浓缩物流634被直接管道运动到能量回收设备232。在另一实施方式中，一些阀614可被关闭以绕过能量回收设备232。此外，浓缩物流634在丢弃之前可被稀释或用其他方式被处理。
示例
以下的示例用于进一步说明在此文公开的用于处理海水的方法和系统的应用和用途。
示例1
由海水反渗透膜的处理装置和海水纳米过滤膜的处理装置组成的系统配置为使得各个处理装置的流量和各个装置相应的高压泵能够被调节。处理装置被构造为使得其能够以42％的回收率使用纳米过滤装置操作而生产将近60％的渗透流，并且以40％的回收率使用反渗透装置操作生产将近40％的渗透流。在此示例中，混合渗透物的特定(目标)盐分或盐度(总溶解固体)是2900mg/L(+/-100mg/L)，以及最大允许硬度是60mg/L(通过组合的钙离子浓缩物和硬度离子浓缩物所定义，单位为mg/L)。系统的操作温度范围是25至30℃。
证据1提供了由60％的纳米过滤和40％的反渗透所组成的传统系统在温度范围内的盐分或盐度和硬度的自然偏差。
证据1
结果显示25℃下的渗透物满足渗透物水质量规格，30℃下产生的渗透物不满足。
如果供给物流在两个处理装置之间再出现，使得49％的渗透流来自纳米过滤装置，51％的渗透流来自反渗透装置，其中膜流量和供给压力出现相应的改变，然后如证据2所示混合渗透物质量将满足30℃下的水质量规格。
证据2
在证据2中，由于缺少需求，通过使用自动阀可减少大约25％的纳米过滤膜。
示例2
由海水反渗透膜的处理装置和海水纳米过滤膜的旁路流处理装置所组成的系统被配置为使得能够调节各个处理装置的流量和各个装置的相应的高压泵。处理装置构造为使得其使用海水反渗透膜装置操作以45％的回收率生产大约92.8％的渗透流，并且使用来自多通纳米过滤膜装置操作的渗透物的滑流分别以75％、80％和80％的回收率生产用于三通阀的剩下的渗透流。在此示例中，混合渗透物的特定(目标)盐分或盐度(总溶解固体)是2000mg/L(+/-50mg/L)，以及最大允许钙离子浓度是10mg/L，最大允许镁离子浓度是10mg/L，以及最大允许硫酸根离子浓度是10mg/L。系统的操作温度范围是22至31℃。
证据3提供了盐分或盐度、钙离子浓度和镁离子浓度以及硫酸根离子浓度在整个温度范围上的自然偏差。
证据3
结果表明25℃下生产的渗透流满足渗透水质量规格，但是在此设计点之外生产的渗透物不满足盐分或盐度需求。
如果高盐分或盐度、低硬度、低硫酸盐浓度的滑流被用于调整操作海水温度范围内的盐分或盐度，那么混合渗透盐分或盐度如证据4所示能够被控制在2000mg/L的设定点内。
证据4
对于100000bbl/日(15898m3/日)的注入系统，RO系统的流量将在92300和93600bbl/日(14674和14481m3/日)之间变化，并且NF滑流需求将在7700和6400bbd/日(1224和1017m3/日)之间变化。控制系统将调整来自相应系统的所需要的流量从而满足传导设定点，并且任何过量水将被处置到海中(由于其高质量)，或者可选地，两个系统的生产能够被了解到或者按照需求转换，注意流量的最终改变。
另外，虽然上述的实施方式被描述为用于海上海水处理的应用，但是本领域的普通技术人员将了解到处理技术也能够被用于基于陆地的操作，特别是当供给水具有高盐分或盐度和/或高离子含量时。
此外，本领域的技术人员在拥有此说明书的情况下能够理解到系统和方法也适用于其他水处理环境。例如，通过视情况替换一个或多个处理装置，市民能够使用该系统和方法以生产便携的或者另外处理的水。
有利地，一个或多个实施方式能够提供如下的优点中的一个或多个。在海上操作中，注入水的最常用来源是海水，其中海水具有大量的在海水能够被用作注入水之前可以被去除的污染物。根据正被钻井的地层的类型，海水的特定成分必须被移除，然而其他的成分必须被保留从而防止地层被损坏或者最大化由地层所生产的烃。使用组合的海水处理方法可实现能够有效地和经济实惠地制备注入水的水处理过程，该注入水特别地为正被钻探的地层定制，并且因此允许提高油开采率。此外，水质量和特定的水特征能够被严密地控制从而保证变化的井下水环境的最大效率。此外，水处理过程可用于降低与注入水的制备有关的成本，因为最昂贵的部件，即高压泵，能够使用来自渗透流和输出流的信息而以可变的压强操作。
虽然已经参考了数量有限的实施方式对本发明进行了说明，但是本领域技术人员在得益于本发明公开内容的情况下将理解到在不脱离如本文所公开的发明的范围的情况下可设想到其他的实施方式。因此，本发明的范围将只有所附的权利要求来限定。
Claims (26)
1.一种用于处理水的方法，所述方法包括：
将第一量水吸入到多个处理装置中；
处理所述第一量水，其中所述处理包括：
将所述第一量水的至少一部分泵送通过所述多个处理装置；输出来自所述多个处理装置中的每一个的已处理水水流；
将来自所述多个处理装置中的每一个的已处理水水流分离成渗透水流和废弃浓缩物流；
监测每股渗透水流，其中，所述监测包括识别所述渗透水流的不同特征；
基于预定水特征允许值控制所述多个处理装置的至少一个的操作，所述预定水特征允许值基于所述渗透水流的不同质量落入预定浓度范围内；
基于识别到的特征和所述预定水特征允许值将所述多个处理装置中的至少两个的渗透水流结合；以及
输出产物水流和至少一股废弃浓缩物流。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
将第二量水吸入到混合管线中，所述混合管线旁通过或绕开所述多个处理装置；
基于所述识别到的特征和所述预定水特征允许值将来自所述混合管线的第二量水与所述渗透水流混合以形成产物水流。
3.如权利要求2所述的方法，还包括：
将来自所述混合管线的一定量的第二量水选择性地释放和混合到所述渗透水流。
4.如权利要求2所述的方法，还包括：
将三股或更多渗透水流混合成混合渗透水流。
5.如权利要求1所述的方法，还包括：
控制泵送通过所述多个处理装置的水量。
6.如权利要求1所述的方法，还包括：
将三股或更多渗透水流混合成混合渗透水流。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述预定水特征允许值具有30000mg/L的上限浓度和1000mg/L的下限浓度。
8.如权利要求1所述的方法，还包括：
改变所述产物水流的混合和形成以处于所述预定水特征允许值之内。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述渗透水流在被供给通过所述处理装置之后具有处于大约2mg/L至大约4000mg/L的范围之内的盐分或盐度。
10.如权利要求1所述的方法，其中，通过膜压力容器的至少一个膜元件已经至少将硫酸根离子从所述渗透水流中移除。
11.如权利要求1所述的方法，还包括：
将多个膜元件串联地设置在膜压力容器中，
其中，所述多个膜元件包括不同类型的膜元件。
12.如权利要求1所述的方法，还包括：
将第三量水吸入到滑流管线中，
选择性地处理所述第三量水以取得预定水特征；
监测所述第三量水的预定水特征和所述第三量水的温度中的至少一个；以及
将来自所述滑流管线的第三量水与所述第一量水、所述第二量水、所述渗透水流和所述产物水流中的至少一个选择性地混合。
13.如权利要求2所述的方法，还包括：
在将所述第二量水吸入通过所述混合管线之前和在将所述第一量水吸入通过所述多个处理装置之前，过滤吸入水以去除任何大污染物；以及
在将所述第二量水吸入通过所述混合管线之前和在将所述第一量水吸入通过所述多个处理装置之前，过滤吸入水以去除大分子，
其中，所述大污染物包括沙子、岩石、植物、砂砾以及它们的组合中的至少一个，以及
其中，所述大分子包括悬浮固体、胶体、巨大分子、细菌、油、颗粒物质、蛋白质、高分子量溶解物以及它们的组合中的至少一个。
14.一种基于膜的水处理系统，所述水处理系统包括：
吸入第一量水的吸水系统；以及
多个处理装置，每个处理装置包括：
泵，膜压力容器，监测器和控制器；
其中，所述泵将所述第一量吸入水供给通过所述膜压力容器，
其中，所述膜压力容器包括至少一个膜元件且将所述第一量吸入水分离成至少渗透水流和废弃浓缩物流，以及
其中，所述监测器用于识别每一股所述渗透水流的不同特征，监测来自两个或更多处理装置的所述渗透水流的混合，以及基于识别到的特征和预定水特征允许值监测来自所述两个或更多处理装置的混合渗透水流。
15.如权利要求14所述的基于膜的水处理系统，还包括：
吸入第二量水的混合管线，
其中，所述混合管线旁通过或绕开所述多个处理装置；以及
其中，基于所述识别到的特征和所述预定水特征允许值使得所述第二量吸入水与所述渗透水流中的至少一股混合以形成产物水流。
16.如权利要求15所述的基于膜的水处理系统，其中，一定量的第二量吸入水被选择性地释放和混合到混合渗透水流中。
17.如权利要求15所述的基于膜的水处理系统，其中，三股或更多渗透水流被混合成混合渗透水流。
18.如权利要求15所述的基于膜的水处理系统，其中，所述监测器用于监测来自两个或更多处理装置的水和来自所述混合管线的水的混合。
19.如权利要求15所述的基于膜的水处理系统，其中，所述混合管线包括至少一个阀和至少一个流量计。
20.如权利要求14所述的基于膜的水处理系统，其中，所述控制器用于控制泵送通过所述多个处理装置的水量。
21.如权利要求14所述的基于膜的水处理系统，还包括：
吸入第三量水的滑流管线，
其中，所述第三量水被选择性地处理以取得预定水特征；
其中，所述监测器用于监测或识别所述第三量水的预定水特征和所述第三量水的温度中的至少一个；以及
其中，来自所述滑流管线的第三量水被选择性地与所述第一量水、所述第二量水、所述渗透水流和所述产物水流中的至少一个混合。
22.如权利要求14所述的基于膜的水处理系统，其中，所述预定水特征允许值具有30000mg/L的上限浓度和1000mg/L的下限浓度。
23.如权利要求14所述的基于膜的水处理系统，其中，所述产物水流被保持在所述预定水特征允许值之内。
24.如权利要求14所述的基于膜的水处理系统，其中，所述渗透水流在被供给通过所述处理装置之后具有处于大约2mg/L至大约4000mg/L的范围之内的盐分或盐度。
25.如权利要求14所述的基于膜的水处理系统，其中，通过膜压力容器的至少一个膜元件已经至少将硫酸根离子从所述渗透水流中移除。
26.如权利要求15所述的基于膜的水处理系统，其中，在将所述第二量水吸入通过所述混合管线之前和在将所述第一量水吸入通过所述多个处理装置之前，从吸入的水中去除任何大污染物和大分子。
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