CN107429559B - 从采出流体中去除油回收化学品 - Google Patents

Abstract

用于加工采出流体的方法和系统包括从采出流体中去除注射的化学品的实施方案。一种方法的实施方案包括从地层中的钻孔接收采出流体，采出流体包含注入地层中的表面活性剂以刺激从其中生产烃。该方法还包括加工采出流体以将采出流体分离成至少油相和采出水，将处理流体从处理流体源引入采出流体和采出水中的至少一个中，并将表面活性剂从至少采出水中去除。处理流体包含一定浓度的多价阳离子，多价阳离子被配置为降低表面活性剂的水溶性。

Description

从采出流体中去除油回收化学品

技术领域

本发明涉及用于烃生产和回收的系统和方法。在另一方面，本发明涉及用于三次采油(enhanced oil recovery)和从采出流体中去除油回收中所用化学品的方法。

背景技术

三次采油(EOR)已经成为烃勘探和开采行业重新关注的课题。EOR包括用于提高油气田产量的各种技术，例如气体注入、水注入和化学注入。化学EOR(CEOR)通常包括将包含聚合物和/或表面活性剂的注射流体泵入地层中以增加油回收的量。一些CEOR化学品与采出流体一起返回表面，且可能需要去除，以允许处置或再利用采出水。这在海上作业中是一个特别关注的问题，因为处理方式有限。

发明内容

一个实施方案包括加工采出流体的方法。该方法包括从地层中的钻孔接收采出流体，采出流体包含注入地层中的表面活性剂以刺激从其中生产烃。该方法还包括加工采出流体以将采出流体分离成至少油相和采出水，将处理流体从处理流体源引入采出流体和采出水中的至少一个中，并将表面活性剂从至少采出水中去除。处理流体包含一定浓度的多价阳离子，多价阳离子配置为降低表面活性剂的水溶性。

另一实施方案包括用于加工采出流体的系统。该系统包括与地层中的钻孔耦合的开采线，和配置为从开采线接收采出流体的处理设施，采出流体包含注入地层中的表面活性剂以刺激从其中生产烃，加工设施包括分离器，其配置为将采出流体分离成至少油相和采出水。该系统还包括配置成将处理流体从处理流体源引入采出流体和采出水中的至少一个中的表面活性剂去除设施，处理流体包含一定浓度的多价阳离子，多价阳离子配置为降低表面活性剂的水溶性。

附图说明

通过参考以下结合附图的描述借助实施例而非限制的方式，可以最好地理解本发明及其进一步的优点，其中：

图1描绘了海上烃生产和加工系统的实施方案；

图2描绘了用于加工从地层开采的采出流体的系统的实施方案；和

图3是描绘执行开采和/或采出流体加工过程的方法的实施方案的流程图。

发明详述

现在将详细参考本发明的实施方案，其一个或多个实施例在附图中示出。通过说明本发明而不是限制本发明来提供每个实施例。对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明中进行各种修改和改变。例如，作为一个实施方案的一部分示出或描述的特征可以用于另一个实施方案以产生又一个实施方案。因此，本发明旨在覆盖落入所附权利要求书及其等同物的范围内的这些修改和改变。

本文所述的实施方案包括用于生产烃和加工采出流体的系统、装置和方法。“采出流体”是指从地层中取出的液体和/或气体料流，其可以包含烃流体(例如油和天然气)和非烃流体(例如水和增产流体)。开采和/或加工系统的实施方案包括配置为将采出流体分离为油、气和水相的加工设备，和配置为处理采出流体和采出水以去除污染物。开采和/或加工系统还包括配置为通过引入或注入包含多价阳离子的处理流体而从采出流体中除去表面活性剂化学品的装置或部件。多价阳离子用于降低表面活性剂在采出流体中的水溶性，这允许在选定的加工阶段有效地从采出流体中除去这些表面活性剂。例如，可将处理流体在从井眼底部分离到开采分离器之前注入采出流体中，和/或将处理流体注入采出水中。

图1示出了烃生产和/或加工系统10的实施方案。系统10包括海上平台12，如经由支撑腿14或其他支撑结构固定到海底的井口和/或加工平台。平台12通过注射立管(injection riser)或流线18和海底单元20与至少一个注射钻孔16连接，并且通过开采立管或流线24和海底单元26与至少一个开采钻孔22连接。平台12可以与任何数量的钻孔连接，并且每个海底单元和/或立管可以与单个钻孔或多个分支的钻孔连接。此外，可以经由不同的结构进行注射，例如浮船或另一平台。

图1所示的平台是示例性的，而不是限制性的。可以使用各种其他类型的海上结构，例如浮船(例如，浮式采储卸油船(FPSO))，兼容塔架平台(compliant towerplatfrom)，张力腿平台(tension leg platform)，单柱式平台(spar platform)等。系统10中的开采和加工设施可以位于单个平台或多个连接的平台上。本文的实施方案也可以应用于陆上钻井、开采和/或加工。

平台12包括或连接到各种开采和加工设施。例如，注射设施30包括便于将流体材料注入注射钻孔16中的组件，例如注射流体源32和与注射流线18耦合的泵送单元34。源32和/或泵送单元34与加工单元36连接。虽然在本实施方案中示出的是在平台12进行注射，但注射可以在其他系统或组件如海底单元20进行。

该实施方案中的采出流体被带到平台12，经由开采流线24到歧管38通过采出流体管线到加工设施40，加工设施40配置成接收采出流体并执行包括将采出流体分离成油、气和/或水相的功能。加工设施执行的其他功能包括处理采出水，处置处理水(例如排放到海洋中)和/或提供供注射设施40使用的经处理采出水。

加工单元36与注射设施30和/或加工设施40可操作地连接。加工单元36可以位于例如平台12上的一个位置、海底位置和/或远程位置(例如，在另一平台或岸上位置)。加工单元36可以配置为执行功能如控制注射设施30和/或加工设施40、发送和接收数据、监视和分析测量数据。加工单元36在一个实施方案中包括处理器42，用于存储数据的数据存储器件(或计算机可读介质)44和计算机程序或软件46。

在一个实施方案中，系统10配置为执行用于增加地层开采能力的各种技术中的一种或多种。这些技术包括三次采油(EOR)技术。示例性的EOR技术包括气体注入、水注入和化学注入。化学EOR(CEOR)涉及将各种化学品注入地层。

烃生产过程通常(但不排他地)可分为三个或更多个阶段，包括初级、第二和第三阶段。在初级生产阶段，烃由于烃储层的天然能量而生产。在第二生产阶段，通过使用水注入来刺激额外的生产，以保持储层压力。EOR和CEOR技术通常被认为是烃生产第三阶段的一部分。

在一些情况下，CEOR中使用的化学品的至少一部分与采出流体一起采回到表面。在将采出水排放回海洋或再利用采出水之前应除去至少一些这些化学品。

CEOR技术包括但不限于将包含表面活性剂和/或聚合物的流体注入地层中。可以包含聚合物以增加注射流体的粘度，这可以增加采油量。表面活性剂是部分可溶于水和油的化合物，并且倾向于在油/水界面处富集，在那里它们形成界面膜。这通常导致界面张力(IFT)降低，这增强了从地层中除去油。示例性CEOR技术包括表面活性剂聚合物驱油、碱性表面活性剂聚合物驱油、表面活性剂辅助的水驱油和泡沫驱油。

存在于采出流体中的表面活性剂和其它CEOR化学品可以使用典型的分离和过滤技术从采出水中去除。例如，来自增产流体或注射流体的表面活性剂促进采出流体的乳化，使得油相和水相的分离更加困难。这种困难在处理和再利用采出水方面面临挑战。例如，一些CEOR化学品，包括一些表面活性剂，具有剧毒性，并且不易生物降解，因此必须在将采出水排放到海洋中之前从采出水中除去，或以其他方式处理或再利用采出水。

图2示出了加工设施40的实施方案，其包括配置为便于从采出流体和/或采出水中去除表面活性剂和其它化学品的特征。尽管结合系统10和加工设施40来描述表面活性剂去除特征，但是它们并不限于此。这些特征可以与使用化学注入地层的任何陆基应用或海上应用结合使用。

该实施方案中的加工设施40包括被配置为将处理流体注入或以其它方式引入采出流体和/或采出水中的装置或系统。处理流体配置为降低表面活性剂在由地层开采的采出流体中的水溶性，以允许更容易地除去这些表面活性剂。

处理流体包括一种或多种化学组合物，其配置为便于除去EOR化学品。在一个实施方案中，处理流体包括形成多价阳离子的一种或多种化学组合物。这些组合物可以与或不与其它通常称为破乳剂的化学品结合使用。这样的组合物可以与水和/或盐水结合以形成具有选定浓度的多价阳离子的溶液，例如二价或三价阳离子，具有或不具有pH改变。CEOR中使用的许多化学成分是阴离子表面活性剂，多价阳离子有助于沉淀表面活性剂和/或大大降低其水溶性，这使得去除更可行。

处理流体可以在开采和加工的任何期望的位置或阶段被引入或注入采出流体中。流体可以在井下、在表面(例如经由海底单元20)、在平台上和/或在加工期间注射。

再次参考图2，加工设施40包括用于在开采中从其他流体中分离油和气的设备。该设施执行各种加工功能如脱水、净化、油水分离、油气分离、和其他功能。该实施方案中的加工设施40包括接收采出流体并将采出流体移动或引导到分离器系统52的开采线50，在分离器系统52中将气和油从采出流体中分离。分离器系统52可以包括一个或多个分离装置，例如重力分离容器和/或旋液分离器。示例性分离器系统52包括三相分离器，其中进行气、油和水相的分离。从流体中分离气体经由气体管线54引导到用于压缩、排气或进一步处理的设施。分离的油经由油管线56引导以将油输送到储存和/或处理容器或平台或岸上设施。

在除去气和油之后剩余的液体被称为采出水。采出水是主要由水组成的流体，但也包含各种成分，其中一些可能是有害的或有毒的。采出水可能包含盐、油和其它烃、化学添加剂和其它成分。采出水经由采出水管线58引导到采出水处理系统60。处理系统60的示例性组件包括用于除去溶解气体的闪蒸容器和分离器(例如波纹板拦截器)以进一步除去油，使得油浓度足够低以允许排放或用作增产流体。从采出水中除去油和油脂和其它有机物的技术包括例如物理分离和溶剂萃取。其它示例性组件包括用于从采出水中除去盐和/或其它无机物(例如硝酸盐、氨、砷、金属)的装置。示例性技术包括膜方法、离子交换、电容去离子和热蒸馏。膜方法包括例如过滤、膜软化和反渗透。

加工设施40还包括配置成添加或注射处理流体以便于除去表面活性剂的表面活性剂去除系统或设施。例如，混合和/或储存容器62含有具有一定浓度多价阳离子的处理流体。泵和阀单元64可操作以将处理流体引入分离器系统52上游的采出流体管线50。处理流体降低阴离子表面活性剂在采出流体中的水溶性，使得表面活性剂通过分离器系统52分离成油相。处理流体可以在系统40中的任何合适的位置处或在采出流体加工的任何合适的阶段注入或引入采出流体和/或采出水中。例如，处理流体可以在井下或在海床(例如，经由海底单元20)注入采出流体中，或者在初始分离气、油和水相之后注入采出水中。

在分离、处理和表面活性剂去除之后，采出水可以排放到海洋中，否则被处理或再利用。例如，采出水管线66与采出水处理系统60连接，以将所有或一些经处理的采出水转移到混合和储存容器62。

在一个实施方案中，用于处理流体中的多价阳离子由采出流体加工的副产物获得。例如，膜软化装置产生包含高浓度多价阳离子的废料流。该废料流的全部或一部分可用于将一定浓度的多价阳离子注入采出流体和/或采出水中。将废料流直接注入采出流体和/或采出水中，或与流体混合以产生用于除去表面活性剂的处理流体。

虽然水分离和处理被描述为在平台或其他表面位置上进行，但是并不限于此。例如，分离装置可以部署在海底或海床，以允许采出水被处理和排放。

图3示出了用于执行开采和/或采出流体加工操作的方法70。方法70包括本文所述的阶段71-75中的一个或多个，其至少部分可以通过加工器(例如，加工单元36)来执行。在一个实施方案中，方法70包括以所述顺序执行所有阶段71-75。然而，可以省略某些阶段71-75，可以添加阶段，或改变阶段的顺序。

在第一阶段71中，执行注射和开采操作，在此期间将注射流体泵入或注入地层中的钻孔中。在一个实施方案中，注射流体包含水或盐水和CEOR化学品。CEOR化学品包括表面活性剂，其中一些可以包括阴离子表面活性剂。这种表面活性剂的实例是阴离子磺酸盐烯烃，线性烷烃磺酸盐，羧酸盐或这些化学品的混合物。其他增产流体可以与CEOR注射流体一起注射或在不同的阶段注射。其它示例性的增产流体包括水、压裂液、酸增产流体、气体(例如二氧化碳)等。

在注射之后，从钻孔开采采出流体。采出流体可以包含烃(例如油和/或气)，水或盐水和来自注射流体的表面活性剂。注射流体可以注入开采采出流体的同一钻孔中或注入不同的钻孔中。例如，将注射流体注入开采钻孔中，和/或将其在不同位置注入钻孔(注射钻孔)中。

例如，将包含盐水、表面活性剂和其它合适组分(例如聚合物)的增产流体注入图1的注射钻孔16中。采出流体从开采钻孔22开采并流到加工设施40。

在第二阶段72中，将包含多价阳离子的处理流体结合或注入采出流体和/或采出水中。多价阳离子与来自表面活性剂的阴离子结合产生比表面活性剂更小水溶性或完全不溶于水的中性沉淀。这允许从采出水中除去表面活性剂。

在一个实施方案中，处理流体从加工系统和/或分离器的上游注射。例如，图2的开采线50中的采出流体被送到分离器系统52中。来自混合和/或储存容器62的处理流体与分离器系统52上游的采出流体结合。

当采出流体被分离成气、油和水相时，经处理的表面活性剂沉淀(其现在是至少部分油溶性的)与水相分离并保留在油相中。该沉淀不仅有助于从水中除去表面活性剂，而且还有利于在油进一步处理时从油中分离表面活性剂。

在一个实施方案中，处理流体包括水(新鲜或盐水)和二价或三价阳离子的溶液。例如，该溶液包含高浓度的金属二价和/或三价阳离子。可用于形成溶液的示例性金属化合物包括钙、镁、锌、铜、铁和铝化合物。例如，通过将氯化铝与水或盐水结合以形成500ppm的氯化铝溶液来产生处理流体。该浓度是示例性的，因为浓度可能由于因素如水的盐度和/或pH而变化。在一个实施方案中，“高浓度”的金属离子是指溶液中金属离子的摩尔浓度超过溶液中表面活性剂的摩尔浓度。“高浓度”的金属离子可以指金属的浓度与采出水中的金属浓度在一个数量级或者或大于采出水中的金属浓度。溶液可以通过将合适的形成阳离子的化合物与水或盐水在单独的混合容器如容器62中混合而形成，或通过将化合物直接注入采出流体中而形成，其中与存在于采出流体中的水形成溶液。

注意，可以在执行分离或其它过程之前、期间或之后进行处理流体的注射。例如，在将注射流体在分离系统的上游引入的情况下，阶段72在阶段73之前执行。在其他实例中，通过将处理流体注入分离系统内的选定位置，阶段72与下面描述的阶段73同时进行。在其它实例中，在至少进行初始分离方法之后，将处理流体注入或引入采出水中。

在第三阶段73中，将采出流体(包括油溶性沉淀)送至分离系统如分离器系统52。在分离系统中，将采出流体分离成气、油和/或水相，产生油相(其全部为油或大部分为油)和采出水相。采出水相主要包含水，但也可以包含相对少量的油和/或气，以及其它化合物或物质。

如果在分离之前注射处理流体，则可以在该阶段除去表面活性剂。现在至少部分油溶性的经处理的表面活性剂经由分离系统分离成油相。

在第四阶段74中，采出水例如经由采出水处理系统60进一步处理。示例性的处理方法包括从采出水中进一步分离油和/或气并除去污染物或其它不需要的物质。在一个实施方案中，使用合适的方法如离子交换或膜方法(例如反渗透)将采出水软化而从采出水中除去金属。

在第五阶段75中，经处理的采出水被排放到海洋(或其他水体)中，否则被处置和/或转移以供再利用。在一个实施方案中，经处理的采出水的全部或一部分被转移用于处理流体中，引入该处理流体用于去除表面活性剂。例如，从处理系统60喷出的至少一部分采出水被转移到混合和/或储存容器62中，在其中与化合物混合以形成包含二价或三价离子的溶液。

在一个实施方案中，将采出水或采出水处理的副产物用作处理流体。例如，来自水软化系统的全部或一部分废料流被转移并导向储存容器，或者在上游直接注入采出流体和/或采出水中。

本文描述的实施方案提供了各种优点，包括从采出水中有效地去除至少一些EOR化学品的能力。去除这些化学品中的一些可能是具有挑战性的，分离和处理采出流体的典型方法不能充分去除CEOR化学品，特别是表面活性剂。本文描述的实施方案解决了这些挑战。其他优点可能包括由采出流体加工产生的现有料流的再利用导致的成本节约和效率。

上述本发明的优选形式仅用于说明，并且不应用于限制性意义来解释本发明的范围。在不脱离本发明的精神的情况下，本领域技术人员可以容易地对上述示例性实施方案进行修改。

Claims (5)

1.一种加工采出流体的方法，包括：

从地层中的钻孔接收采出流体，采出流体包含注入地层中的表面活性剂以刺激从其中生产烃；

加工采出流体以将采出流体分离成至少油相和采出水，其中加工采出流体包括将采出流体从钻孔引导到分离器，分离器配置为分离采出流体 ；

将处理流体从处理流体源引入分离器上游的采出流体中，处理流体包括在溶液中提供多价阳离子的金属盐水溶液，其中多价阳离子配置为降低表面活性剂的水溶性；

特征在于溶液中多价阳离子的摩尔浓度超过溶液中表面活性剂的摩尔浓度，从至少采出水中除去表面活性剂，包括在加工期间将表面活性剂从采出流体分离到油相，

且进一步特征在于所述方法在海上位置执行，还包括在除去表面活性剂之后，将采出水处置到海上位置或近海位置的水体中。

2.根据权利要求1的方法，还包括将至少一部分采出水转移到处理流体源。

3.根据权利要求1的方法，其中加工包括软化采出水以从其中除去金属阳离子。

4.根据权利要求3的方法，其中处理流体的引入包括将至少一部分来自软化的废料流引导到采出流体和采出水中的至少一个中，废料流包含从采出水中除去的金属阳离子。

5.根据权利要求1的方法，还包括在接收采出流体之前，执行化学三次采油操作，该操作包括将包含表面活性剂的增产流体注入地层中。

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