CN106795749A - 使用增粘高分子化合物的化学强化油采收方法 - Google Patents

使用增粘高分子化合物的化学强化油采收方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及从使用增粘高分子化合物的化学强化油采收方法获得的产出水的处理。所述处理具体包含如下步骤：从采收自含油地层的油水混合物获得产出水，其中所述产出水包含所述增粘高分子化合物；以及将所述产出水引导至特定的过滤装置，并且对所述产出水进行过滤，以获得渗余物流和渗透物流。所述方法允许特别地获得包含所述增粘高分子化合物的渗透物，所述渗透物基本上不含悬浮固体、游离油和乳化油。

Description

使用增粘高分子化合物的化学强化油采收方法
技术领域
本发明涉及一种化学强化油采收方法，特别是包含一种使用陶瓷膜的处理方法。
背景技术
探明油储量的重要部分结合在地层中，需要用强化油采收(EOR)技术进行有效并高效地提取。此类储量存在于以前未开发的油田中，也存在于传统油采收已经达到实际极限的油田中。
在EOR技术中有蒸汽驱动的采收方法和非蒸汽驱动的采收方法。蒸汽驱动方法包括蒸汽辅助重力泻油(SAGD)技术。非蒸汽驱动方法包括例如水驱和化学驱。
水驱包含通过将大量水注入地层中并提取所得的油水混合物顶部以进行处理，而从含油地层中驱替油。通常，即使在此类注水技术已经用于油田之后，至少40％的原始石油地质储量(OOIP)保留在地层中。
已经发现，在其它技术已经达到其实际极限之后，化学驱在原始油田中提取另外的油是有用的。实际极限通常基于有限的供水。虽然化学驱利用水，但化学处理降低了对水的需求，同时增加了油采收。化学驱技术包括例如聚合物驱。
聚合物驱包含使用特定的聚合物，特别是通过粘度调节来强化采收。可以使用另外的化学品，如表面活性剂、(共)溶剂、碱性化合物和/或稳定化合物。虽然这些化学品可以在水性溶液中单独使用，但是在将它们组合在水性溶液中使用方面已经开发了相当多的经验。此类组合处理有时称为碱-表面活性剂-聚合物(ASP)或表面活性剂-聚合物(SP)处理。对于一些油田，已观察到此类处理得以提取在水驱顶部之上地层中的另外15％至30％OOIP。
已经开发了用于注入地下油田的不同聚合物技术。例如，从WO2010/133258获知一种水性溶液，其包含阴离子或两性水溶性聚合物和稳定剂，用于防止一旦将聚合物引入注入流体中时化学降解。
当使用水驱或化学驱技术提取石油时，需要处理从含油地层提取的油水混合物。此类处理方法首先旨在将油与水分离。此类处理方法还旨在在处理之前和/或在作为注入水再注入到注入井之前处理产出水。
已经开发了不同的油水混合物处理技术。
例如，从WO2014/151641获知一种从含油地层中采收油并处理含有防垢剂化合物的产出水的方法。所述方法特别包含引导产出水通过陶瓷膜以从产出水中除去油的步骤，用于获得渗透物流和渗余物流。在膜过滤步骤之前，所述方法包含若干步骤，包括采收油水混合物、从油水混合物中分离油、使防垢剂化合物失活、任选地沉淀和沉降固体。
例如，从WO2014/151242还已知一种从含油地层采收油的方法。所述方法特别包含将产出水引导至陶瓷膜以获得渗透物流以及具有悬浮固体、硬化合物、游离油和乳化油的渗余物的步骤。在膜过滤步骤之前，所述方法包含采收油水混合物、从油水混合物中分离油、任选地进行离子交换过滤。在膜过滤步骤之后，所述方法包含化学处理渗透物流、任选地将高分子化合物与渗透物流混合、任选地将碱性化合物与渗透物流混合、任选地将表面活性剂化合物与渗透物流混合、任选地对渗透物流进行离子交换过滤、以及将渗透物流注入含油地层中。
本领域已知不同类型的陶瓷膜。例如，已知来自US5,611,931和US6,767,455的陶瓷膜技术。
已知用于采收和处理油水混合物以及从其获得的产出水的技术。产出水的处理通常表现出挑战性，特别是考虑到产出水的高粘度。到目前为止，用于处理从化学强化油采收方法获得的产出水的技术没有表现出足够令人满意的效果。特别地，迄今还不知道用于处理从依赖于使用增粘聚合物的那些方法获得的产出水的常规处理方法。事实上，已知的方法显示出有限的功效，即使不是这样，用于将水(在渗透物中)与悬浮固体、游离油、油脂和乳化油(在浓缩物中)分离，同时允许聚合物的再循环。此类方法通常不允许获得包含聚合物的渗透物。因此，此类方法通常不允许再循环包含在产出水中的大部分聚合物，以随后再注入含油地层中。
发明内容
本发明涉及使用改进的化学强化油采收(CEOR)方法从含油地质地层采收油和处理产出水。公开了处理来自化学驱EOR的产出水的新进展，用于水的后续再利用以强化油采收。
本发明旨在提供一种采收方法，所述方法没有显示出上述的缺点。
本发明的一个目的是提供一种采收方法，其允许再循环包含在产出水中的至少一部分增粘高分子化合物。
本发明的另一个目的是提供一种采收方法，其包含使用过滤装置处理产出水，以获得其中包含高分子化合物的渗透物。
本发明的另一个目的是提供一种采收方法，其中将先前注入含油地层中的至少一部分增粘高分子化合物再注入含油地层中。
本发明的另一个目的是提供一种采收方法，其包含使用过滤装置处理产出水，所述方法在再注入含油地层之前，限制(或甚至防止)加入到渗透物(或从其获得的溶液)中的化学品的量。
本发明涉及一种使用增粘高分子化合物的化学强化油采收方法，所述采收方法包含以下步骤：
-将水性溶液注入含油地层中，所述水性溶液包含增粘高分子化合物；
-采收从所述含油地层获得的油水混合物；
-处理油水混合物，把油产物和产出水分离，其中产出水包含增粘高分子化合物；
-将产出水引导至过滤装置，并且对产出水进行过滤，获得渗余物流和渗透物流，其中过滤装置包含具有约2μm至约10μm的截留值的微滤陶瓷膜单元，其中渗透物包含所述增粘高分子化合物，并且其中渗透物基本上不含悬浮固体、游离油和乳化油；
-将渗透物注入含油地层中。
发明人惊奇地证明，通过仔细选择要使用的过滤膜的类型和其规格，可以达到上文提到的目的。发明人已经表明，过滤步骤一方面允许获得包含悬浮固体、游离油、油脂和乳化油的废料流，另一方面获得包含水和化学品(如聚合物)的渗透物流。此类渗透物已经显示产生足够量的化学品(如聚合物)，允许其重新用于再注入含油地层中，而不需要进一步广泛地处理渗透物，同时限制在再注入之前添加其它化学物质。到目前为止，相信已知的方法不允许有效地将乳化油和总悬浮固体与聚合物分离。
通过选择作为微滤陶瓷膜的过滤装置，并且通过小心调节其膜截留值(也称为“截留阈值”)，获得了此类结果。实际上，本发明人已经表明陶瓷膜应当具有约2μm至约10μm、或者约2μm至约8μm、或者约2μm至约6μm、或者约2μm至约4μm、或者约3μm的截留值。
通常认为具有较低截留值的膜，即超滤膜，对于有效地将油与水分离，特别是为了有效地将乳化油与水分离是必要的。相反，本领域技术人员通常被阻止使用微滤膜，即具有约0.5μm截留值的膜，因为预期通常具有约0.5μm至约20μm范围的液滴尺寸的乳化油将不能有效地与水分离，导致获得包含至少约100ppm的乳化油的渗透物。
然而，本发明人惊奇地发现，具有较低截留值，即具有小于2μm，特别是1μm或更小截留值的微滤陶瓷膜不适于有效地将乳化油与聚合物分离。据信，此类膜倾向于随时间阻塞，因此阻止了聚合物通过它，所述聚合物与包括乳化油的油一起被保留在渗余物中。相比之下，本发明人还令人惊讶地显示，具有较高截留值，即具有2μm或更大，特别是2μm至约10μm截留值的微滤陶瓷膜适合于有效地将乳化油和总悬浮固体与聚合物分离。实际上，已经获得了富含聚合物的渗透物，仅包含痕量的乳化油，即约20ppm或更少的乳化油。不希望受理论束缚，据信乳化油部分地积聚在膜中而不通过膜，并且这种积累驱使并加强聚合物与水一起通过膜的通道。此外，据信，通过使用截留值范围为约2μm至约10μm的微滤陶瓷膜，乳化油将在积聚时充当膜中的另一过滤层，这将加强聚合物的过滤，因此驱动其与油的分离。
本采收方法允许使用至少一部分在过滤步骤之后获得的渗透物，以通过直接注入或间接注入而注入含油地层中。因此，这允许将之前注入含油地层中的增粘高分子化合物再注入，所述增粘高分子化合物包含在所提取的提取油水混合物中，然后包含在分离的产出水中，然后包含在过滤的渗透物中。
因此，本发明采收方法允许(至少部分地)再循环之前注入含油地层中的增粘高分子化合物。因此，其允许减少注入含油地层中所需的新的(或新鲜的或非循环的)增粘高分子化合物的量。它还允许调节注入含油地层中的水性溶液的粘度。
包含增粘高分子化合物的渗透物可以直接注入含油地层中。
或者，包含增粘高分子化合物的渗透物可以在注入含油地层之前混合到水性溶液中。
渗透物可以在注入含油地层之前进行后处理。后处理可以包含用水性介质稀释渗透物。
在注入含油地层之前，可以向渗透物中加入其它化合物。其它化合物可以选自由以下组成的群组：其它增粘高分子化合物、表面活性剂、溶剂、碱性化合物、稳定剂、以及其混合物。
产出水可以在约0.5×105至约5×105Pa的压力下进行陶瓷膜过滤。此类压力称为跨膜压。
产出水可以在约25℃至约110℃、优选约40℃至约100℃的温度下进行陶瓷膜过滤。
陶瓷膜过滤步骤可以在产出水连续供给下进行。
在陶瓷膜过滤步骤期间，陶瓷膜可以定期进行反洗。
可以丢弃废料流(或其一部分)。或者或并行地，可以将废料流(或其一部分)在陶瓷膜过滤装置的上游再循环到油水混合物(产出水)中，以进一步进行陶瓷膜过滤步骤。或者或并行地，可以使用除了陶瓷膜过滤装置之外的处理单元进一步处理废料流(或其一部分)。
陶瓷膜过滤单元可以包含多孔材料的至少一个整料段的结构，并且任选地包含多孔膜。
陶瓷膜过滤单元可以容纳在壳体中。
增粘高分子化合物可以是水溶性聚合物；或者增粘高分子化合物可以选自天然的水溶性聚合物、半合成的水溶性聚合物、合成的水溶性聚合物、或其混合物；或者增粘高分子化合物可以是合成的水溶性聚合物。
增粘高分子化合物可以通过选自由以下组成的群组的单体的聚合而获得：非离子单体、阴离子单体、任选地阳离子单体、任选地具有疏水特性的单体、以及其混合物。
增粘高分子化合物可以选自由以下组成的群组：非离子高分子化合物、阴离子高分子化合物、或其混合物；或者增粘高分子化合物可以是阴离子高分子化合物；或者，阴离子高分子化合物可以具有约10至约100摩尔％的阴离子性。
附图说明
图1-根据本发明的方法的示意图
图2-使用先导单元(闭环)的方法的示意图
图3-使用先导单元(连续供给)的方法的示意图
图4-包含聚(丙烯酰胺-共-丙烯酸钠)聚合物(MW＝7MDa)的水-聚合物混合物在未涂覆SiC整料陶瓷膜上随时间的过滤渗透性的图示
图5-包含聚(丙烯酰胺-共-丙烯酸钠)聚合物(MW＝15MDa)的水-聚合物混合物在未涂覆SiC整料陶瓷膜上随时间的过滤渗透性的图示
图6-包含600ppm聚合物(MW＝7MDa)的油水混合物在未涂覆SiC整料陶瓷膜上随时间的过滤渗透性的图示
图7-包含浓度为600ppm的聚(丙烯酰胺-共-丙烯酸钠)聚合物(MW＝7MDa)、油为1000ppm、TSS为50ppm的油水混合物在未涂覆SiC整料陶瓷膜上随时间的过滤渗透性的图示
图8-包含浓度为600ppm的聚(丙烯酰胺-共-丙烯酸钠)聚合物(MW＝7MDa)、油为1000ppm、缺乏TSS的油水混合物在未涂覆SiC整料陶瓷膜上随时间的过滤渗透性的图示
图9-包含浓度为150ppm的聚合物、TSS为20-50ppm的产出水在未涂覆SiC整料陶瓷膜上随时间的过滤渗透性的图示
具体实施方式
如本文所用，术语“油”是指任何类型的油，即轻油、重油和/或沥青油。
如本文所用，术语“油水混合物”是指直接从含油地层采收的混合物。
如本文所用，术语“产出水”是指从油水混合物获得的、并且与油分离的产物。
如本文所用，术语“注入水”，“驱替水”，“注入流”和“注入流体”可以互换使用，并且对应于待注入含油地层中的水性溶液。
如本文所用，术语“渗余物(流)”，“浓缩物(流)”和“废料(流)”可以互换使用。
如本文所用，术语“基本上不含”是指小于约200ppm、或者小于约100ppm、或者小于约60ppm、或者小于约40ppm、或者其表示“不含”。
如本文所用，首字母缩略词“CEOR”是指“化学强化油采收”，其是在油提取领域中常规使用的术语。
在图1所示的方法100中，包含增粘高分子化合物的产出水12从油水分离器130被引导至包含陶瓷膜(未示出)的过滤装置140，其中将其进行过滤步骤。从所述过滤步骤，获得包含增粘高分子化合物的渗透物流16和废料流(或浓缩物)15。在通过过滤装置140过滤之前，产出水13可任选地从油水分离器130被引导至预处理单元135，以获得预处理的产出水14(任选的预处理步骤)。预处理的产出水14然后可以从预处理单元135被引导至过滤装置140。
产出水12(或13)可以从采收自含油地层110的油水混合物10获得。实际上，油水混合物10可以从含油地层110经由生产井120采收，其与含油地层110流体连通。油水混合物10可以从生产井120被引导至油水分离器130，其中其将进行油水分离步骤。从所述分离步骤，将获得提取的油产物11和产出水12。
渗透物16可以作为注入水19从过滤装置被引导至注入井160，用于注入到含油地层110。在经由注入井160注入到含油地层110之前，渗透物17可以任选地从过滤装置140被引导至后处理单元150，以获得后处理的渗透物18(任选的后处理步骤)。然后可以将后处理的渗透物18从后处理单元150引导至注入井160，以注入到含油地层110。
注入步骤
本CEOR方法包含将水性溶液注入到含油地层中的步骤。所述步骤在本文中称为“注入步骤”。
水性溶液
待注入的水性溶液包含增粘高分子化合物和水性载体。所述水性载体可以是水。
水性溶液可以具有约1.5mPa.s至约600mPa.s、或者约5mPa.s至约300mPa.s的布鲁克菲尔德(Brookfield)粘度。布鲁克菲尔德粘度是用布鲁克菲尔德粘度计在25℃下用适当的转子测得的。
水性溶液可包含按水性溶液总量计约100ppm至约10000ppm、或者约200ppm至约5000ppm、或者约500ppm至约4000ppm的增粘高分子化合物。
水性溶液可以包含其它化合物。其它化合物可以选自由以下组成的群组：碱性剂、表面活性剂、稳定化合物、以及其混合物。
碱性剂
碱性剂可以选自由以下组成的群组：碱金属氢氧化物、氢氧化铵、碳酸盐、碳酸氢盐、以及其混合物。碱性剂可以是例如碳酸钠。
表面活性剂
表面活性剂可选自由以下组成的群组：阴离子表面活性剂、两性离子表面活性剂以及其混合物；烷基硫酸盐、烷基醚硫酸盐、芳烷基硫酸盐、芳烷基醚硫酸盐、烷基磺酸盐、烷基醚磺酸盐、芳烷基磺酸盐、芳烷基醚磺酸盐、烷基磷酸盐、烷基醚磷酸盐、芳烷基磷酸盐、芳烷基醚磷酸盐、烷基膦酸盐、烷基醚膦酸盐、芳烷基膦酸盐、芳烷基醚膦酸盐、烷基羧酸盐、烷基醚羧酸盐、芳烷基羧酸盐、芳烷基醚羧酸盐、烷基聚醚、芳烷基聚醚、以及其混合物。
目前，术语“烷基”应理解为饱和或不饱和的烃基，具有6至24个碳原子，支链或非支链的，直链的或任选地包含一个或多个环状单元，其可任选地包含一个或多个杂原子(O、N、S)。芳烷基定义为包含一个或多个芳环的如上定义的烷基，所述芳环任选地包含一个或多个杂原子(O、N、S)。
稳定化合物
稳定化合物(稳定剂)可以是用于适当地保护增粘高分子化合物的化合物，例如防止热降解、化学降解和/或机械降解。PCT专利申请WO2010/133258中提供了合适的稳定剂的实例，其通过引用并入本文。
增粘高分子化合物
水性溶液，也称为“注入水”，包含增粘高分子化合物(本文称为“聚合物”)。这些聚合物旨在通过粘度调节来提高采收率。实际上，当添加到待注入的水性溶液中时，此类聚合物倾向于增加其粘度，这提高了水性溶液相对于油的流动性。水性溶液的粘度增加可以降低粘性指进，其中更稀的水性溶液和更稠的油导致水性溶液的“手指(finger)”移动，而不会在水性溶液流中夹带油。增加待注入的水性溶液的粘度减少了这种“指进”现象，并且导致提高了地层的油采收率。通常添加聚合物直到其在待注入的水性溶液中的浓度增加粘度直至含油地层中的油粘度。这倾向于实现更接近于1的流动性比率，以通过避免穿透油穴的指进，使得能够通过水更好地从岩石中驱出油。还可能存在与地层相关的粘度问题，如地层的渗透性。通常，当地层渗透率在约10mD至约10,000mD之间、或者50mD至约10,000mD之间时，油-水流动性比率是对聚合物添加的控制因素。
增粘高分子化合物可以是水溶性聚合物；或者它们可以选自由以下组成的群组：天然的水溶性聚合物、半合成的水溶性聚合物、合成的水溶性聚合物、或其混合物。
天然的水溶性聚合物可选自由以下组成的群组：黄原胶、瓜尔胶、硬葡聚糖、精氨醇、纤维素衍生物如羧甲基纤维素、或其混合物。
在具体的实施例中，增粘高分子化合物可以是合成的水溶性聚合物。合成的水溶性聚合物可以通过非离子单体和阴离子单体的聚合获得。
非离子单体可以选自由以下组成的群组：丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺的N-单衍生物、甲基丙烯酰胺的N-单衍生物、丙烯酰胺的N,N衍生物、甲基丙烯酰胺的N,N衍生物、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、以及其混合物。优选地，非离子单体是丙烯酰胺。
阴离子单体可以选自由以下组成的群组：具有羧基官能团的单体、具有磺酸官能团的单体、具有膦酸官能团的单体、它们的盐、以及它们的混合物；或者选自由以下组成的群组：丙烯酸、丙烯酰胺叔丁基磺酸(ATBS)、它们的盐、以及它们的混合物。盐可以选自由以下组成的群组：碱性盐、碱土金属盐、铵盐、以及其混合物。
除了非离子单体和阴离子单体之外，可以使用其它单体，包括阳离子单体、具有疏水特性的单体、和/或可选的单体。水溶性聚合物可通过至少一种非离子单体、至少一种阴离子单体、任选的至少一种阳离子单体、和/或任选的至少一种具有疏水特性的单体的聚合获得，所述疏水特性在约0.001摩尔％和约1摩尔％的范围内。
阳离子单体可以选自由以下组成的群组：季铵化或成盐的二甲基氨基乙基丙烯酸酯(DMAEA)、季铵化或成盐的二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯(DMAEMA)、二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)、丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵(APTAC)、甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵(MAPTAC)、以及其混合物。
具有疏水特性的单体可以选自由以下组成的群组：具有烷基、芳烷基或乙氧基化链的(甲基)丙烯酸酯；具有烷基、芳烷基或二烷基链的(甲基)丙烯酰胺衍生物；阳离子烯丙基衍生物；阴离子或阳离子疏水性(甲基)丙烯酰基衍生物；带有疏水链的(甲基)丙烯酰胺的阴离子或阳离子单体衍生物、以及其混合物。
其它单体——非离子单体、阴离子单体、阳离子单体或具有疏水特性的单体的替代物——可以选自例如N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、丙烯酰吗啉(ACMO)、或其混合物。
增粘高分子化合物可以是线性的或结构化的。“结构化的”是指不仅由部分(即聚合的单体)的一个线性链组成的聚合物，而是具有星形、梳形或聚合物形式的聚合物，其具有突出的多组在主链侧的突出链。
聚合可以使用本领域熟知的任何合适的聚合技术进行。合适的技术包括包含聚合步骤的技术，聚合步骤选自由以下组成的群组：溶液聚合、悬浮聚合、凝胶聚合、沉淀聚合、乳液聚合(水相或反相)或胶束聚合，优选地选自由以下组成的群组：反相乳液聚合或凝胶聚合。
在优选的实施例中，聚合步骤是自由基聚合。“自由基聚合”是指在紫外线照射、偶氮引发剂、氧化还原引发剂、热引发剂以及其组合的存在下进行的聚合步骤。作为替代，受控自由基聚合(CRP)或模板聚合也是可能的。
如果需要，聚合步骤之后可以是分离步骤，例如通过喷雾干燥或沉淀，以获得聚合物粉末。例如喷雾干燥技术公开在K.Masters所著的《喷雾干燥手册(Spraydryinghandbook)》中。
聚合通常是自由基聚合，优选通过反相乳液聚合或凝胶聚合。通过自由基聚合，我们包括通过紫外线、偶氮、氧化还原或热引发剂以及受控自由基聚合(CRP)技术或模板聚合技术的自由基聚合。
增粘高分子化合物可以是非离子的或阴离子的：优选具有约10摩尔％至约100摩尔％范围内的阴离子性的增粘高分子化合物。这种阴离子性范围有利于允许长时间增强水粘度潜力，特别是通过分子间键，尤其当水性介质是盐水时。
聚合物可以具有约1至约30MDa、优选约7至约25MDa的分子量。
采收步骤
本CEOR方法还包含采收从含油地层获得的油水混合物的步骤。所述步骤在本文中称为“采收步骤”。油水混合物包含最初存在于含油地层中的油、以及注入含油地层中的水性溶液。
分离步骤
本CEOR方法还包含处理油水混合物以将油产物与产出水分离的步骤。所述步骤在本文中称为“分离步骤”。分离步骤可以使用任何合适的系统进行，例如，包含分离罐(如没有板和/或具有倾斜板分离器的那些)、水力旋流器的系统、使用空气喷射浮选的系统、使用溶解空气浮选的系统、包含壁螺母壳过滤器的系统、依赖于聚结包装和过滤器的系统。
产出水
产出水包含增粘高分子化合物。
产出水可以具有约1.5mPa.s至约500mPa.s、或者约3mPa.s至约200mPa.s、或者约3mPa.s至约100mPa.s的粘度。
产出水可以具有约5℃至约110℃、优选约40℃至约100℃的温度。
产出水可以包含按产出水总量计约50至约5000ppm、优选约100至约2000ppm、更优选约200至约1000ppm的聚合物。
过滤步骤
本CEOR方法还包含将产出水引导至过滤装置，并对产出水进行过滤以获得渗余物流和渗透物流的步骤。所述步骤在本文中称为“过滤步骤”。
陶瓷膜
过滤装置包含微滤陶瓷膜(也称为微过滤陶瓷膜单元，在本文中称为“过滤单元”)。在过滤时，获得渗余物流和渗透物流。
过滤单元具有约2μm至约10μm、或者约2μm至约8μm、或者约2μm至约6μm、或者约2μm至约4μm、或者约3μm的截留值。此类特定截留值显示出有利之处在于，其允许获得包含增粘高分子化合物的渗透物流。此类特定截留值还允许获得基本上不含悬浮固体、游离油和/或乳化油的渗透物。
在过滤时获得的渗透物包含增粘化合物。
在过滤时获得的渗透物基本上不含悬浮固体、游离油和乳化油。
过滤单元可以包含多孔材料的至少一个整料段的结构。形成整料段的多孔材料优选为陶瓷。陶瓷多孔材料可以选自SiC。
每个整料限定多个通道。过滤单元可以包含单个整料段。或者，过滤单元可包含多个整料段的组件。
整料段的横截面可以是圆形、正方形、六边形、矩形、三角形、或任何其它合适的横截面。
过滤单元还可以包含多孔膜。多孔膜可以施加到整料段通道的壁上。当存在多孔膜时，多孔整料作为多孔膜载体。当存在时，多孔膜优选为陶瓷。陶瓷多孔膜可以选自由以下组成的群组：SiC、TiO2、Al2O3。
或者，过滤单元可以不包含多孔膜。
过滤装置可以包含壳体，其中过滤单元容纳在壳体中。壳体还可以包含渗透物过滤区。当存在时，渗透物过滤区可以容纳在过滤单元和壳体之间的空间中。
产出水可以在约0.5×105至约5×105Pa的压力下进行陶瓷膜过滤。
产出水可以在约25℃至约110℃的温度范围内进行陶瓷膜过滤。
陶瓷膜过滤可以在连续供给下进行。
在陶瓷膜过滤步骤期间，陶瓷膜可以反洗。
渗透物
在过滤产出水时获得的渗透物包含增粘高分子化合物。因此，分离步骤、然后过滤步骤允许将先前注入含油地层中的增粘高分子化合物再循环到渗透物中。
渗透物还包含水性介质，优选水。
再注入步骤
本CEOR方法还包含将渗透物注入含油地层中的步骤。所述步骤在本文中称为“再注入步骤”。
可将渗透物注入到先前注入水性溶液的相同注入井中(参见注入步骤)。或者，可以将渗透物注入不同的注入井中。
根据所设想的实施方式，渗透物可以直接注入含油地层中(直接注入)；在渗透物经过进一步处理(强化步骤，然后直接步骤)之后，可以注入强化的渗透物；在注入(混合步骤，然后注入步骤)之前，渗透物可以与“新鲜的”水性溶液混合；可以在注入(强化步骤，然后混合步骤，然后注入步骤)之前将强化的渗透物与“新鲜的”水性溶液混合；将渗透物与新鲜的水性溶液混合，然后强化，然后注入。
直接注入
处理的渗透物可以直接注入含油地层中。在所述实施例中，待注入的水性溶液因此为渗透物。
如下文所述，无论在注入之前何时进行任何强化步骤，强化的渗透物可以直接注入含油地层中。
混合步骤和/或共注入步骤
在注入含油层之前，替代直接注入，渗透物可以混合到水性溶液中。在所述实施例中，在将渗透物与水性溶液混合之后，将所得混合物注入含油地层中。
如下文所述，无论在注入之前何时进行任何强化步骤，强化的渗透物可以直接注入含油地层中。
预处理步骤
在分离步骤之后和过滤步骤之前，本CEOR方法可以进一步包含使用常规手段的预处理135。此类常规手段可以选自：
-机械降解或化学降解以降低含水粘度；
-聚结、浮选、脱乳、水力旋流以增加油滴尺寸；和/或，
-自清洗过滤设置，以减少流中的总悬浮固体负载。
后处理步骤
本CEOR方法还可以包含对至少一部分渗透物进行后处理的步骤。所述步骤在本文中称为“后处理步骤”。因此，其产生经处理的渗透物流(也称为后处理渗透物流)。
后处理步骤可以为向渗透物中添加水性介质——在这种情况下，后处理步骤为稀释步骤。水性介质可以是水。当进行所述步骤时，处理的渗透物也可以称为稀释的渗透物。
渗透物：水性介质的稀释比可以在约1:100至约10:1、优选约1:10至约5:1的范围内。
在后处理步骤中，处理至少约10％、或者至少约25％、或者至少约50％、或者至少约60％、或者至少约70％、或者至少约80％、或者至少约90％、或者约100％的过滤获得的渗透物。
后处理步骤可以为增粘高分子化合物和渗透物的组合。目的是增加渗透物的粘度，并重新建立适于注入的粘度。增粘高分子化合物的类型与前述相同。所含增粘高分子化合物的量可以是按渗透物总量计约100ppm至约10000ppm、或者约200ppm至约5000ppm、或者约500ppm至约4000ppm的增粘高分子化合物。
所述组合可以为将溶液形式、分散体形式或颗粒形式的增粘高分子化合物加入渗透物中。通常，加入到渗透物中的增粘高分子化合物的量(其包含再循环的增粘高分子化合物)低于初始注入溶液中含有的增粘高分子化合物的量。
当增粘高分子化合物为颗粒形式时，其可以溶解在分散装置中的水性介质中。渗透物或稀释版本可以用作水性介质，其用于聚合物分散装置中以制备增粘高分子化合物的水性溶液。分散装置的一个实例是在文献US8,186,871中描述的聚合物切片单元(PSU)，其允许制备具有呈粉末形式的增粘高分子化合物的浓缩聚合物水性溶液。
后处理步骤也可以包含精制步骤，如通过螺母壳过滤器或等效装置过滤。
强化步骤
在陶瓷膜过滤步骤之后，并且在再注入步骤之前，渗透物(或其一部分)可以进行强化步骤。将产生强化的渗透物流。强化步骤可以通过加入合适的其它化合物来进行。
在注入含油地层之前，可以向渗透物中加入其它化合物。待加入的其它化合物可以选自由以下组成的群组：其它增粘高分子化合物、表面活性剂、碱性化合物、防垢剂、螯合剂、稳定剂、除氧剂或其混合物。这些化合物已在上文中描述。
可能需要向渗透物和/或水性溶液中加入其它增粘高分子化合物。如果出现以下情况，可能需要进一步添加：
(1)存在于渗透物中的部分高分子化合物在含油地层的驱扫期间已经被热降解、化学降解和/或机械降解；和/或
(2)需要调节待注入的水性溶液和/或渗透物的粘度。
CEOR方法
本发明包含任何CEOR方法，其中将渗透物注入含油地层中。CEOR方法可以选自由以下组成的群组：在水驱中的强化油采收方法、储层增产方法、牺牲吸附方法、或减阻方法。
强化油采收(EOR)方法包含连续和长时间注入包含聚合物的溶液，以便将储层从注入井驱扫到生产井。目的是不处理储层的区域，而是处理储层的整料，以便采收尽可能多的油。为此，有必要注入更大体积的水性溶液，其通常为孔体积的50％至500％或甚至更多。在一个或多个生产井中，采收水性的、油性的和有时气态的混合物。
储层增产方法包含一致性方法、流动性控制、堵塞方法，所述方法的特征在于注入包含聚合物的溶液，其受限于体积，以在储层中产生局部现象，即一致性，用于“截水”的高渗透性区域的密封，其中不期望的水进入地下地层的阻塞区。注入通常通过注入井或通过生产井在几天的相当短的时间段内进行，并且通常小于一个月，并且体积小于储层的孔体积的5％。孔隙体积对应于储层中未被岩石占据的体积，其提供与可渗透区域的相关性。通常，增粘高分子化合物在注入含油地层之前或在原位与交联剂(有机或金属离子)交联。所得的交联聚合物形成凝胶。
牺牲吸附方法包含化学强化油采收的步骤，其中将渗透物注入含油地层中以将高分子化合物吸附到储层的内表面上。高分子化合物吸附在表面上并用作牺牲剂。所述步骤通常在具有低高分子化合物浓度的注入流体的CEOR方法开始时进行，并且允许在下一次注入期间减少增粘高分子化合物的吸附。
在水驱期间的减阻方法也被认为是化学强化油采收方法，因为它意味着渗透物的注入。高分子化合物用作减阻剂并降低将流体注入含油地层所需的力(注入压力)。通常，减阻方法意味着使用低高分子化合物浓度的注入流体。
实例
已经比较了不同类型的陶瓷膜以评估它们的适合性以及它们将聚合物与油分离的功效。特别地，已经评估了它们对于获得特别包含悬浮固体、游离油、油脂、乳化油的废料流、以及包含聚合物的渗透物流的适合性和功效。
实例1-聚合物浓度比较
已经测试了聚合物在水性溶液中的浓度对其通过不同陶瓷膜的渗透性的影响。
以下聚合物已经过测试：
-聚(丙烯酰胺-共-丙烯酸钠)，分子量为7MDa(本文中称为“7MDa聚合物”)，
-聚(丙烯酰胺-共-丙烯酸钠)，分子量为15MDa(本文中称为“15MDa聚合物”)。
已经测试了四种不同浓度的聚合物，即200ppm、600ppm、600ppm降解的(除了在未涂覆的SiC整料膜上的7MDa聚合物的测试)和1000ppm。当适用时，聚合物通过使其经受高压，然后降低压力而降解。
以下陶瓷膜已经过测试：
-未涂覆的SiC整料陶瓷膜，具有约5至约10μm的膜截留值；
-标准TiO2微滤陶瓷膜，具有约0.1μm的膜截留值；
过滤在以下实验条件下进行：
-盐水：4830TDS，115TDS二价，1310TDS碳酸盐
-温度：38℃
-TMP：1巴
-浓度速度：3m/s
图4显示了在未涂覆的SiC整料陶瓷膜上7MDa聚合物随时间变化的过滤渗透性。图5显示了在未涂覆的SiC整料陶瓷膜上15MDa聚合物随时间变化的过滤渗透性。
从这些实验中，显示测试的未涂覆的SiC整料陶瓷膜对7MDa和15MDa聚合物都是非常可渗透的，渗透性随着聚合物浓度增加而降低，并且渗透性随时间增加。
除了由于截留值的差异导致的根据渗透率的尺度差异之外，用测试的标准TiO2MF陶瓷膜进行类似的观察，即，显示出随着聚合物浓度增加，渗透性降低。还已经表明，对于相同浓度的聚合物，当聚合物降解时，聚合物的渗透性更高。
在两种膜上，已经表明，渗透率趋向于随时间增加。不希望受理论束缚，据信在实验开始时膜不完全湿润(润湿的)，并且渗透性随着膜完全湿润而增加；聚合物由于供给罐中的渗透物和浓缩物的再循环而缓慢降解；并且聚合物的浓度随着试验的进行而降低。
实例2-陶瓷膜上的保油性(闭环)
已经测试了陶瓷膜的渗透性的功效，这取决于油的非连续添加。
图2中示出了先导单元的示意图。在图2所示的先导单元200中，供给水从供给箱210通过再循环泵220被引导至过滤装置230，在过滤装置230中进行过滤。从所述过滤步骤，获得渗透物流和废料流，它们都被供给至供给箱210中。向过滤装置施加跨膜压力(未示出)。
以下聚合物已经过测试：
-聚(丙烯酰胺-共-丙烯酸钠)，分子量为7MDa(本文中称为“7MDa聚合物”)，
以下陶瓷膜已经过测试：
-未涂覆的SiC整料陶瓷膜，具有约5至约10μm的膜截留值；
过滤在以下实验条件下进行：
-盐水：4830TDS，115TDS二价，1310TDS碳酸盐
-温度：38℃
-TMP：1巴
-浓度速度：3m/s
-过滤进行约500分钟；
-反洗进行约100分钟至约350分钟，每6分钟进行0.75s；
-向供给罐中定期加入原油。
图6显示了随时间的过滤渗透性。
已经表明，渗透性随时间是稳定的(在约3500L/(h.m2.b)和约4500L/(h.m2.b)之间)。
还已经表明，油含量在开始时非常低，然后在最大时达到约70ppm。显然，在开始反脉冲之后已达到所述最大浓度。相反，当反脉冲停止时，油浓度再次降低到大约13ppm的值。
不愿受理论束缚，据信油被膜吸收，导致供给罐中油浓度的降低，而聚合物以约90％至约100％的比率通过膜。
在每次试验后，使用清洁溶液(具有中性pH的表面活性剂溶液)进行原位清洗(CIP)。CIP允许清洁陶瓷膜，特别是通过从陶瓷膜上除去积聚在整料上的化合物和材料。CIP允许在新的整料(过滤装置)的等效水平下恢复渗透性。
实例3-陶瓷膜上的保油性(连续供给)
已经通过渗透物和浓缩物的连续提取测试了陶瓷膜的渗透性的功效。
图3中示出了先导单元的示意图。在图3所示的先导单元300中，供给水被引导至供给箱310。然后，供给水从供给箱310经由再循环泵320，到达过滤装置330，在过滤装置330中进行过滤。从所述过滤步骤，获得渗透物流和废料流。废料流从过滤装置被引导至供给箱310。向过滤装置施加跨膜压力(未示出)。
以下化合物已经过测试：
-7MDa聚合物，浓度为600ppm；
-油，浓度为1000ppm；
-总悬浮固体，浓度为50ppm，粒径为约100μm至约150μm
以下陶瓷膜已经过测试：
-未涂覆的SiC整料陶瓷膜，具有约5至约10μm的膜截留值
过滤在以下实验条件下进行：
-盐水：4830TDS，115TDS二价，1310TDS碳酸盐
-TMP：1巴
-浓度速度：3m/s
-温度25℃；
-渗透物和浓缩物的连续提取；
-向供给罐中定期加入新鲜溶液；
图7显示了随时间的过滤渗透性。
已经表明，渗透性随时间降低，虽然在测试期间没有供给的浓度。不希望受理论束缚，据信此种降低可能是由于油积聚到膜中，并且与比上文所述测试更低的温度相结合，这损害了水通过膜的通道，并因此损害聚合物通过膜的通道。
在用各种清洁溶液，如具有中性pH的表面活性剂溶液、柠檬酸和次氯酸钠(未示出)清洁之后，可以恢复渗透性。
实例4-陶瓷膜上的保油性(连续供给)
已经通过渗透物和浓缩物的连续提取测试了陶瓷膜的渗透性的功效。图3示出了先导单元的示意图。
以下化合物已经过测试：
-7MDa聚合物，浓度为600ppm；
-油，浓度为1000ppm；
-无TSS
以下陶瓷膜已经过测试：
-未涂覆的SiC整料陶瓷膜，具有约5至约10μm的膜截留值
过滤在以下实验条件下进行：
-盐水：4830TDS，115TDS二价，1310TDS碳酸盐
-TMP：1巴
-浓度速度：3m/s
-温度为40℃
-渗透物和浓缩物的连续提取；
-在时间13、21、32、48、65、85、105和130分钟时，向供给罐中定期加入新鲜溶液
图8显示了随时间的过滤渗透性。
已经表明，在试验的第一部分期间渗透率缓慢下降，而在试验的第二部分期间渗透率保持在较低值。不愿意受理论束缚，据信在测试的第一部分期间，油积聚在膜内部，导致渗透性降低。然而，在一段时间之后，达到稳定状态，其中累积的油产生具有恒定渗透率的另一过滤层。渗透物中的油浓度似乎是稳定的，在约20ppm的值。相反，渗余物中的油浓度不稳定，这被认为是由于在供给罐中分批添加供给批料。一种替代或补充的解释可以是：浓度的增加也可能是由于膜积聚和释放油。
在用具有中性pH的表面活性剂溶液(未示出)清洁两次膜装置之后，可以恢复渗透性。
实施例5-实际产出水的处理(闭环)
已经通过渗透物和浓缩物的再循环回路测试了陶瓷膜的渗透性的功效。图2示出了先导单元的示意图。
已经测试了具有以下组成的产出水：
-聚合物，浓度为150ppm；
-TSS，浓度为约20至50ppm；
以下陶瓷膜已经过测试：
-未涂覆的SiC整料陶瓷膜，具有约5至约10μm的膜截留值
过滤在以下实验条件下进行：
-TMP：1巴
-浓度速度：3m/s
-温度35℃
-渗透物和浓缩物的再循环(闭环)；
-对于其中一个步骤，于19、30、47、58分钟在死端模式下操作5分钟。
图9显示了随时间的过滤渗透性。
已经表明，在试验的第一部分期间渗透率缓慢下降，而在试验的第二部分期间渗透率保持在较低值。
实例6-化学强化油采收方法
通过注入包含分子量为15MDa的聚(丙烯酰胺-共-丙烯酸钠)的水性溶液(步骤1)，用岩心驱替系统模拟化学强化油采收方法。用根据本发明的陶瓷膜过滤产出水以获得渗透物(步骤2)，并且渗透物用于制备新的水性溶液，所述新的水性溶液中溶解有新鲜的聚合物(步骤3)。最后注入所得的水性溶液(步骤4)。
步骤1-注入包含聚(丙烯酰胺-共-丙烯酸钠)(15MDa)的水性溶液
执行具有以下特性的岩心流注入：
-温度：50℃
-平均渗透率：1200mD砂岩
-油重：22°API。
包含聚合物的水性溶液具有以下组成和性质：
-NaCl：3300mg/L
-KCl：70mg/L
-CaCl2·2H2O：150mg/L
-MgCl2·6H2O：85mg/L
-Na2SO4：30mg/L
-NaHCO3：100mg/L
-溶解氧：20ppb
-总悬浮固体：5ppm
-pH：7.5
-聚合物浓度：1000ppm
-粘度：25cP
-过滤比：1.1
采收率为38％。
没有添加1000ppm的聚合物，采收率仅为25％。
步骤2-用根据本发明的陶瓷膜过滤产出水
在岩心流的产出水侧，与水一起产生聚合物。包含聚合物的产出水具有以下特性：
-NaCl：3000-3500mg/L
-KCl：50-100mg/L
-CaCl2·2H2O：120-170mg/L
-MgCl2·6H2O：60-100mg/L
-Na2SO4：25-40mg/L
-NaHCO3：40-100mg/L
-溶解氧：20ppb
-pH：7.5
-总悬浮固体：10-15ppm，平均尺寸为10μm
-水中浓度：300-700ppm，平均尺寸为12.5μm
-聚合物浓度：500ppm
-粘度：3.5cP
产出水在未涂覆的SiC整料陶瓷膜上过滤，所述陶瓷膜具有约5至约10μm的膜截留值，并获得渗透物，所述渗透物具有以下特性：
-聚合物浓度：500ppm
-NaCl：3000-3500mg/L
-KCl：50-100mg/L
-CaCl2·2H2O：120-170mg/L
-MgCl2·6H2O：60-100mg/L
-Na2SO4：25-40mg/L
-NaHCO3：40-100mg/L
-溶解氧：20ppb
-pH：7.5
-总悬浮固体：5ppm，平均尺寸为10μm
-水中浓度：5-20ppm
-聚合物浓度：500ppm
-粘度：3.5cP
最初包含在产出水中的聚合物存在于渗透物中，并且可以再循环用于新的注入。
步骤3-制备用于注入的新的增粘的水性溶液
用渗透物制备两种不同的水性溶液。
通过在渗透物中溶解1000ppm新鲜加入的聚(丙烯酰胺-共-丙烯酸钠)(15MDa)，获得新的水性溶液A。所得粘度为32cP，过滤比为1.1。
通过在渗透物中溶解700ppm的新鲜加入的聚(丙烯酰胺-共-丙烯酸钠)(15MDa)，获得新的水性溶液B。所得粘度为25cP，过滤器比为1.1。
步骤4-注入新的增粘的水性溶液A和B
用新的增粘的水性溶液A和B进行步骤1的相同岩心流。获得以下采收率。
新的增粘的水性溶液A 新的增粘的水性溶液B
采收率 43％ 38％
本发明的方法具有循环一部分聚合物用于新注入的优点。可以降低聚合物消耗(1000ppm降至700ppm)以获得相同的采收率，或者可以在保持相同的聚合物消耗(1000ppm)的同时增加采收率(38％至43％)。

Claims (15)

1.一种使用增粘高分子化合物的化学强化油采收方法，所述采收方法包含以下步骤：
将水性溶液注入含油地层中，所述水性溶液包含增粘高分子化合物；
采收从所述含油地层获得的油水混合物；
处理所述油水混合物，把油产物和产出水分离，其中所述产出水包含所述增粘高分子化合物；
将所述产出水引导至过滤装置，并且对所述产出水进行过滤，获得渗余物流和渗透物流，其中所述过滤装置包含具有约2μm至约10μm的截留值的微滤陶瓷膜单元，其中所述渗透物包含所述增粘高分子化合物，并且其中所述渗透物基本上不含悬浮固体、游离油和乳化油；
将所述渗透物注入所述含油地层中。
2.根据权利要求1所述的采收方法，其中所述渗透物直接注入所述含油地层中。
3.根据前述权利要求中任一项所述的采收方法，其中其进一步包含在将所述渗透物注入所述含油地层之前对所述渗透物进行后处理的步骤；或者其中其进一步包含用水性介质稀释所述渗透物的步骤。
4.根据权利要求1所述的采收方法，其中在将所述渗透物注入所述含油地层之前，将所述渗透物混合到所述水性溶液中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的采收方法，其中在将所述渗透物注入所述含油地层之前，将其它化合物添加到所述渗透物中。
6.根据权利要求4所述的采收方法，其中所述其它化合物选自由以下组成的群组：其它增粘高分子化合物、表面活性剂、碱性化合物、稳定剂、以及其混合物。
7.根据前述权利要求中任一项所述的采收方法，其中所述产出水在约0.5×105至约5×105Pa的压力下进行陶瓷膜过滤。
8.根据前述权利要求中任一项所述的采收方法，其中所述产出水在约25℃至约110℃的温度下进行陶瓷膜过滤。
9.根据前述权利要求中任一项所述的采收方法，其中所述陶瓷膜过滤在连续供给下进行。
10.根据前述权利要求中任一项所述的采收方法，其中在所述陶瓷膜过滤步骤期间，所述微滤陶瓷膜定期进行反洗。
11.根据前述权利要求中任一项所述的采收方法，其中所述陶瓷膜过滤单元包含多孔材料的至少一个整料段的结构，并且任选地包含多孔膜。
12.根据前述权利要求中任一项所述的采收方法，其中所述陶瓷膜过滤单元容纳在壳体中。
13.根据前述权利要求中任一项所述的采收方法，其中所述增粘高分子化合物是水溶性聚合物，或者其中所述增粘高分子化合物可以选自由以下组成的群组：天然的水溶性聚合物、半合成的水溶性聚合物、合成的水溶性聚合物、或其混合物；或者其中所述增粘高分子化合物是合成的水溶性聚合物。
14.根据前述权利要求中任一项所述的采收方法，其中所述增粘高分子化合物通过非离子单体、阴离子单体、任选地阳离子单体、任选地具有疏水特性的单体的聚合而获得。
15.根据前述权利要求中任一项所述的采收方法，其中所述增粘高分子化合物可选自由以下组成的群组：非离子高分子化合物、阴离子高分子化合物、或其混合物；优选地阴离子高分子化合物；更优选地阴离子性范围为约10至约100摩尔％的阴离子高分子化合物。
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