CN109963814A - 用于处理要重新注入海底油储层中的采出水和海水的混合型系统和方法 - Google Patents

用于处理要重新注入海底油储层中的采出水和海水的混合型系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于生产和处理海水的水处理系统，其用于油井中的二次回收。在这种情况中，本发明提供一种用于处理采出水和海水的混合型系统，所述水用于重新注入离岸油储层中，其包含(i)至少一个要处理的水入口，(ii)至少两个处理模块(20)，每个模块包含(ii‑a)至少一组微滤/超滤膜(20a，20b，20c)，其用于从要处理的水中除去油和固体，或者(ii‑b)至少一组纳滤膜(20a，20b，20c)，其用于从要处理的水中除去硫酸根离子，和(iii)至少一个要处理的水的出口，其中将所述体积的要处理的水导入包含微滤/超滤膜的处理模块(20)或者导入包含纳滤膜的水处理模块中，其取决于与油和固体的含量或者硫酸根离子含量相关的水的品质。本发明进一步提供与上述系统相关的一种混合型水处理方法。因此，本发明提供一种用于处理海水和开采的系统和方法，其允许重新注入采出水，而无需在平台上的另外的处理系统。本发明的其他优点包括减少离岸油处理和降低在离岸装置处的与另外的系统相关的安装、运行和维护成本。

Description

用于处理要重新注入海底油储层中的采出水和海水的混合型 系统和方法
发明领域
本发明涉及离岸油生产装置中的水处理系统。更具体地，本发明涉及在油井次级回收所用的采出水和海水的处理系统。
发明背景
公知的是在离岸油装置中，次级油回收所用的技术之一是注入经处理的海水。在本文上下文中，已知的是海水包含大量的硫酸根离子(SO4 -2)，大约2800mg/L。当海水注入到地层水(同源水)在溶液中包含足够的钡(Ba+2)，锶(Sr+2)或者钙(Ca2+)离子的地域时，这二者前端的接触通常引起其硫酸盐：硫酸钡(BaSO4)，硫酸锶(SrSO4)或者硫酸钙(CaSO4)发生沉淀。这些盐极难溶，并且沉淀的盐堵塞了井孔而导致地层损坏。它们也会在生产线和加工厂的装置中沉淀。
取决于地岩层水中的钡和锶含量，可能必需要配置硫酸盐除去单元(URS)，用于要注入到储层中的海水的处理，如图1所示。在URS中，使用纳滤膜(其可以是陶瓷的或者聚合物的)来从海水中除去硫酸根离子。因为海水具有固体粒子以及海洋植物和动物组分，因此必需在URS单元上游安装过滤器来改进它的性能。该过滤初始时用粗过滤器来进行，和随后用较小流动直径的筒式过滤器来进行。
在URS中，水渗透过纳滤膜，并且一部分(典型的是25％)浓缩了硫酸根离子，并且分离至将来丢弃到海洋里。为了实现经处理的水中硫酸根离子的设计规格，平行使用了两组膜，随后是串联的第三组，根据图2的图示。
一旦将水用URS处理，就获得了必要的规格，并且就能够注入到油储层中，来用于次级回收。
此外，进一步已知的是将到达所述处理单元的采出水进行处理来除去油滴。用于这种类型的处理的常规技术具有图1所示的一般和简化形式的构造。
具体地，采出水经历了处理方法来将含水相与油相分离，其包含重力分离，水力旋流器和浮法分离，然后根据现行的环境法规按规定在海洋中处置。未规定在一些平台上处置的水可以导向称作“不合格槽”的槽中，在这里用更长的时间来分离所述油相，和在一些情况中可以在处理设备中再加工。
但是，这种采出水处理装置具有降低的小于5.0μm的油滴和固体粒子除去效率。这样的条件限制了所述处理的整体效率，和因此获得这样的流出物流，其具有在悬浮的固体含量，油和油脂方面适于更大限制性储层的特性。所以在处理后，由于悬浮固体、油和油脂的含量，规定将采出水在海洋中处置，并且规定不重新注入。
以此方式，目前在离岸油生产设施中采出水在处理后唯一的目的地就是处置掉。用于获得根据重新注入到更大限制性储层中所提出的要求的固体和油含量的常规产生水的处理设备的低效率以及其他因素导致了所述重新注入是不可行的。因此，在最近的次级回收方案中，这种选项仍然被忽略。
但是，要注意的是开发允许重新注入采出水的处理系统对于生产油的领域来说是一个非常吸引人的选项，这主要归因于环境法规变得日益严格的趋势，以及趋向于增加这个作用领域中工业实践的可持续性。
在此意义上，微滤/超滤膜分离技术(使用陶瓷膜)已经被证实是用于这种挑战的一个令人关注的选项，因为当应用于处理采出水时，产生了具有低的油和固体含量的水。
在微滤/超滤膜分离方法中，如现有技术已知的，水渗透过所述膜，而一部分所供给的体积聚集了未渗透的油，并且以再循环形式返回所述系统。
Ashaghi，K.Shams等人的标题为“Ceramic Ultra-and NanofiltrationMembranes for Oilfield Produced Water Treatment：A Mini Review”公开了关于使用微滤/超滤陶瓷膜来处理采出水(除去固体和油粒子)的综述研究。在这篇科学论文中提出了使用微滤/超滤陶瓷膜的几个技术，因此它们的描述在此引入作为参考。
Weschenfelder，Silvio E.等人(本发明的发明人之一)的标题为“Evaluation ofmembranes for the treatment of water from the oil extraction process”的论文公开了一个研究，其通过使用真实流出物的长期测试来评价了用于处理采出水的膜的性能，考虑了渗透流的形成和所产生的流出物的特性。结果表明通过使用孔尺寸等于0.1mm的膜，可以获得固体含量小于1mg L-1和油和油脂含量是1-3mg L-1的渗透物料流。此外，该文献公开了使用化学再生方法，恢复微滤/超滤陶瓷膜95％的初始透过性是可能的。该文献公开的内容也在此引入作为参考。
在目前的方案中，如果确定了通过使用微滤/超滤膜分离方法来补充常规的采出水的处理能够实现重新注入，则例如在处理设备中将需要另外的系统，如上述现有技术文献中所述。这带来了明显更高的配置、运行和维护成本和更大的操作难度，以及更大的重量和平台上的占地面积。
因此，显然，现有技术缺少这样的采出水的处理系统，其允许重新注入，而无需另外的如现有技术已知的处理系统。
如下面将更好描述的，本发明寻求以实际的、有效的和成本有效的方式来解决上述现有技术的问题。
发明内容
本发明的主要目标是提供一种混合型系统和方法，用于处理海水和生产，其允许重新注入采出水，而无需平台上另外的处理系统。
为了实现上述目标，本发明提供一种混合型系统，用于处理采出水和海水，来重新注入离岸油储层中，其包含(i)至少一个要处理的水的入口，(ii)至少两个微滤/超滤水处理模块，每个模块包含(ii-a)至少一组微滤/超滤膜，其用于从要处理的水中除去油和固体，或者(ii-b)至少一组纳滤膜，其用于从要处理的水中除去硫酸根离子，(iii)至少一个经处理的水的出口，其中将所述体积的要处理的水导向包含微滤/超滤膜的水处理模块或者导向包含纳滤膜的水处理模块，其取决于所述水的与油和固体含量或者硫酸根离子含量相关的品质。
本发明进一步提供一种混合型方法，用于处理采出水和海水，来重新注入离岸油储层中，其基本包含步骤：(i)将要处理的水导向包含至少一组微滤/超滤膜的水处理模块，其用于从要处理的水中除去油和固体，或者(ii)将要处理的水导向包含至少一组纳滤膜的水处理模块，其用于从要处理的水中除去硫酸根离子，其中将所述体积的要处理的水导向包含微滤/超滤膜的水处理模块或者导向包含纳滤膜的水处理模块，其取决于所述水的与油和固体含量或者硫酸根离子含量相关的品质。
附图说明
下面给出的具体实施方式涉及附图和它们各自的附图标记。
图1显示了海水处理系统的示意图和分别用于注入和处置采出水，如现有技术已知的。
图2显示了通过硫酸盐除去单元(URS)用于注入油储层的海水处理的一个例子的示意图，如现有技术已知的。
图3显示了根据本发明的优选实施方案的包含纳滤或者微滤/超滤膜的处理模块的示意图。
图4显示了根据本发明的优选实施方案的混合型海水处理系统和用于重新注入采出水之一的示意图。
图5显示了一种包含本发明的混合型系统的用于处理海水和用于重新注入采出水的完整系统的示意图。
具体实施方式
在前面，将理解下面的说明书将脱离本发明优选的实施方案。但是，对本领域技术人员来说显而易见的，本发明不限于具体实施方案。
图4显示了根据本发明优选的实施方案的一种混合型海水处理系统和用于进一步重新注入采出水的简化的示意图。该附图基本上包括要处理的水的两个入口，即，一个是采出水的入口2，具有高含量的油和固体，和一个是海水入口4，具有高含量的硫酸根离子。
在导向处置或者通过本发明的混合型系统处理之前，采出水优选存储在至少一个槽10中。
优选收集来用于处理和随后注入的海水穿过一系列过滤器，第一过滤器提供有具有粗网的过滤元件，并且之后是提供有具有细网的过滤元件。优选第一过滤器12截留了到500μm的粒子，第二过滤器14截留了到25μm的粒子和第三过滤器截留了到5μm。
优选采出水和所收集的海水二者分别到达至少一个由多个水控制阀门组成的集管18，其汇入每个处理模块20。
每个处理模块20包含至少一个适用组的微滤/超滤膜(陶瓷膜)来从采出水中除去油和固体，或者至少一组所采用的纳滤膜(陶瓷或者聚合物膜)，用于从海水中除去硫酸根离子。因此，至少一个集管18通过其控制阀门将采出水导入包含微滤/超滤膜的模块和将海水抽出到包含纳滤膜的模块中。优选所述至少一个集管细分为两个集管，一个用于控制在包含微滤/超滤膜的模块中采出水的入口，和另一个用于控制进入包含纳滤膜的模块的海水。
优选至少一个集管18流体连接到两个要处理的水的入口管道上，即，一个用于采出水2和一个用于海水4。这些入口管道每个分别细分为多个平行的次级管道，用于每个处理模块的次级管道。在进入每个处理模块20之前，采出水和海水的次级管道流入处于每个控制阀门的下游从每个模块的单个入口管道。
所述控制阀门位于每个处理模块20的上游，以使得每个阀门控制一种类型的要处理的水的进入，即，来自于每个次级管道的采出水或者海水。
优选，在进入处理模块20之前，在采出水和海水之间不存在混合。即，如果打开采出水入口控制阀门，则应当优选关闭海水入口控制阀门。
优选，每个处理模块20包含仅仅一种类型的膜，即，纳滤或者微滤/超滤。因此优选如果具体的处理模块20仅仅包含纳滤膜，则仅仅将海水导向其中，关闭采出水的入口控制阀门。同样，采出水将导向仅仅包含微滤/超滤膜的处理模块20。
每个处理模块20设计来允许纳滤膜和微滤/超滤膜之间互换。换言之，每个模块可以将它的纳滤膜替换为微滤/超滤(反之亦然)，这取决于每种水的处理要求。
作为例子，将理解，在实施本发明的混合型系统之后不久，将仅仅需要通过纳滤膜来处理海水，因为将仍然没有采出水。因此，实际上全部的处理模块20可以仅仅装备有纳滤膜。由于产生采出水时，对处理海水的需求减少。在那种情况中，将处理模块20的纳滤膜用微滤/超滤膜替代。
图3显示了根据本发明的处理模块20的示意图细节。如所述的，处理模块20可以包含纳滤膜或者微滤/超滤膜，其取决于将通过具体模块的水的类型(采出水或者海水)。每个模块包含至少一组20微滤/超滤或者纳滤膜。优选如现有技术的URS那样，每个模块包含两组平行膜20a，20b，随后是第三组串联膜20c。
优选，在处理模块20提供有纳滤膜的情况中，为了从海水中除去硫酸根离子，要处理的水通过第一的两组平行纳滤膜，以使得经处理体积的水的最大部分变成低硫酸根离子浓度，并且送去注入储层中。
通过第一组膜的硫酸根离子浓缩的其余的水导向与第一的两组串联的第三组膜20c。该第三组处理了这种更浓缩的水，并且也产生了具有较低浓度的硫酸根离子的较大部分(其将与通过第一的两组膜处理的水混合)和硫酸根离子极度浓缩的较小部分(其通常丢弃在海中)。
将来自于纳滤膜组处理的具有低硫酸根离子浓度的水用于注入储层中，但是可以经历另外的处理步骤。
在提供有微滤/超滤膜的处理模块20的情况中，为了从采出水中除去油和固体，所述程序与上述非常类似。优选要处理的水通过第一的两组平行膜20a，20b，以使得所处理体积的水的最大部分包含低浓度的油和固体，并且导向来重新注入储层中。
送过第一组膜的油和固体被浓缩的其余的水导向与第一的两组串联的第三组膜20c。该第三组处理了这种更浓缩的水，并且也产生了具有较低油和固体的浓度的较大部分(其将与通过第一的两组膜处理的水混合)。将来自于全部三组微滤/超滤膜的具有低浓度的油和固体的水用于重新注入储层中。
取决于要处理的水的品质，每个处理模块20可以包含更多或者更少的串联和/或平行膜组。因此，要指出的是本发明不限于图3所示的膜组构造。
仍然在提供有微滤/超滤膜的处理模块20的情况中，来自于第三组膜20c的油和固体浓缩的较小部分可以导向处理模块20的入口，如图3所示。
可选择地，如图5所示(离岸装置的全图)，该油和固体浓缩的水(油性再循环)可以送到水处理系统来分离油相。优选该油和固体浓缩的水可以送到一些处理槽，如图5所示(处理槽24)。这个槽可以例如是不合规格槽，其通常已经用于采出水处理设备。可选择地，除了不合规格槽之外，可以提供另外的槽来进行这个步骤。
任选地，至少一个水出口提供在处理槽24的下部，来抽出具有低浓度油的水，因为所述油密度低于水，在一段时间之后将浓缩在顶部。通过处理槽24下部中的水出口抽出的水(其具有相对低或者中等浓度的油)可以丢弃(如果规定的话)，或者导向根据本发明的混合型处理系统，在这里它将送到包含微滤/超滤膜的处理模块20来进行除去油和固体的新的处理。在除去一些水之后，保留在处理槽24中的油性浓缩物优选导向油水分离系统23，来利用开采的油。这有利于排入海洋中的油最小化和有利于在井的总开采中采出水中所存在的油得到更好的利用。
本发明进一步提供对处理模块中所用的膜进行反洗程序的可能性，特别是微滤/超滤膜。这样的程序可以例如通过泵(未示出)或者操控经处理的水管线和每组的供给线中的定时阀门来进行。这种程序允许定期反转所述膜中的流动，清洁和保持其性能。
任选地，如果需要，在重新注入储层之前，至少第一脱气器单元28提供在处理模块20的上游或者下游用于海水脱气。
本发明进一步提供一种混合型方法，用于处理采出水和海水，来重新注入离岸储层中，其基本包含步骤：
a)将要处理的水导向包含至少一组微滤/超滤膜的水处理模块，其用于从要处理的水中除去油和固体；或者
b)将要处理的水导向包含至少一组纳滤膜的水处理模块，其用于从要处理的水中除去硫酸根离子，其中将所述体积的要处理的水导向包含微滤/超滤膜的水处理模块或者包含纳滤膜的水处理模块，这取决于所述水与油和固体含量或者硫酸根离子含量有关的品质。
进一步要强调的是本文详述的全部处理步骤可应用于本发明的系统和方法二者。
因此，基于上述说明书，本发明提供一种系统和方法，用于处理海水和生产，其允许重新注入采出水，而无需在平台上另外的处理系统。通过本发明仍然实现了另外的优点，例如通过更有效的处理采出水而降低了离岸油处置，和降低了在离岸装置处与另外的系统相关的安装、运行和维护成本。
涉及本发明保护范围的众多改变是允许的。因此，要强调这样的事实，即，本发明不限于上述具体的设定/实施方案。

Claims (23)

1.一种用于处理要重新注入离岸油储层中的采出水和海水的混合型系统，特征在于包含：
至少一个要处理的水的入口；
至少两个处理模块(20)，每个模块包含：
至少一组微滤/超滤膜(20a，20b，20c)，其用于从要处理的水中除去油和固体；或者
至少一组纳滤膜(20a，20b，20c)，其用于从要处理的水中除去硫酸根离子；和
至少一个经处理的水的出口，其中将所述体积的要处理的水导向包含微滤/超滤膜的处理模块(20)或者导向包含纳滤膜的水处理模块，其取决于所述水含量与油和固体含量或者硫酸根离子含量有关的品质。
2.根据权利要求1的系统，特征在于每个处理模块(20)包含平行的至少两组膜(20a，20b)。
3.根据权利要求1或者2的系统，特征在于每个处理模块(20)包含与其它组的膜(20a，20b)串联的至少一组膜(20c)。
4.根据权利要求1-3任一项的系统，特征在于该至少一个要处理的水的入口包括两个水入口，即，一个是采出水的入口(2)和一个是海水的入口(4)。
5.根据权利要求4的系统，特征在于它进一步包含至少一个集管(18)，其提供有多个阀门，用于控制进入每个水处理模块(20)的水的类型，即，采出水或者海水。
6.根据权利要求5的系统，特征在于所述入口管道(2，4)每个分别细分为多个平行的次级管道，用于每个处理模块(20)的次级管道。
7.根据权利要求1-6任一项的系统，特征在于每个处理模块(20)包含仅仅一种类型的膜，即，纳滤或者微滤/超滤。
8.根据权利要求1-7任一项的系统，特征在于每个处理模块(20)的膜是可与另一类型的膜互换的。
9.根据权利要求1-7任一项的系统，特征在于它另外包含至少一个水处理槽(24)，其用于通过密度差来将水相与油相分离。
10.根据权利要求9的系统，特征在于水处理槽(24)与其下游和上游的至少两个处理模块(20)流体连通，完成一个循环。
11.根据权利要求9或者10的系统，特征在于水处理槽(24)此外与至少一个用于海洋废物处理的出口和用于水和油的分离的水入口管道流体连通。
12.一种用于处理采出水和海水以重新注入离岸油储层中的混合型方法，特征在于它包含步骤：
将要处理的水导向包含至少一组的微滤/超滤膜的至少一个水处理模块(20)，用于从要处理的水中除去油和固体；或者
将要处理的水导向包含至少一组纳滤膜的至少一个处理模块(20)，其用于从要处理的水中除去硫酸根离子，
其中，取决于要处理的水的类型，即，采出水或者海水，将所述体积的要处理的水导向包含微滤/超滤膜的至少一个处理模块(20)或者导向包含纳滤膜的至少一个水处理模块。
13.根据权利要求12的方法，特征在于将要处理的水导向处理模块(20)的步骤进一步包含通过至少两组平行的膜(20a，20b)来处理水。
14.根据权利要求12或者13的方法，特征在于将要处理的水导向处理模块(20)的步骤进一步包含通过与其它组的膜(20a，20b)串联的至少一组膜(20c)来处理水。
15.根据权利要求12-14任一项的方法，特征在于要处理的水是油和固体浓缩的采出水和硫酸根离子浓缩的海水。
16.根据权利要求15的方法，特征在于它另外包含步骤：控制通过提供有多个阀门的至少一个集管(18)进入每个处理模块(20)的水的类型，即，采出水或者海水。
17.根据权利要求12-16任一项的方法，特征在于它进一步包含步骤：将油和固体中浓缩的水部分从包含至少一组微膜/超过滤的至少一个处理模块(20)导向至少一个处理槽(24)。
18.根据权利要求17的方法，特征在于它进一步包含步骤：在处理槽(24)内在给定的时间段通过密度差来分离不太稠的油相和较稠的含水相。
19.权利要求18的方法，特征在于它进一步包含步骤：通过处理槽(24)下部中所提供的至少一个水出口来排出所分离的含水相。
20.根据权利要求19的方法，特征在于它进一步包含步骤：将所排出的含水相导向海洋废物处理或者导向至少一个处理模块(20)。
21.根据权利要求18-20任一项的方法，特征在于它进一步包含步骤：在含水相排出步骤之后，将处理槽(24)中其余的油性浓缩物导向水和油分离系统(23)中。
22.根据权利要求14-24任一项的方法，特征在于它进一步包含至少一个步骤：通过至少一个脱气器单元(28)来将经处理的水脱气。
23.根据权利要求12-22任一项的方法，特征在于它进一步包含至少一个步骤：通过将其中的水的流动反转，来反洗至少一个处理模块(20)的膜。
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