KR20160005756A

KR20160005756A - 물을 탈염하기 위한 지층압의 사용

Info

Publication number: KR20160005756A
Application number: KR1020157034694A
Authority: KR
Inventors: 로날드 리 러브데이
Original assignee: 이너지오
Priority date: 2013-05-06
Filing date: 2014-05-06
Publication date: 2016-01-15
Also published as: WO2014182732A1; US20140326668A1; KR20210151989A

Abstract

본원에는, 지하 구조물로부터의 압력을 사용하여 지하 구조물로부터 생산된 또는 복귀하는 유체를 탈염하기 위한 장치 및 방법이 개시된다. 구조물로부터의 유체는 유체로부터 물을 분리하기 위한 액체/액체 분리기로 그리고 이어서 역삼투압 유닛으로 송출되고, 이들 중 하나 이상은 지하 구조물로부터 전달된 압력으로부터 작동하도록 구성된다. 액체/액체 분리기는 압력 하에서 작동하고, 구조물 유체로부터 오일을 추출하기 위한 친유성 재료를 포함한다.

Description

물을 탈염하기 위한 지층압의 사용{USING GEOPRESSURE TO DESALINATE WATER}

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 그 개시 내용이 본 명세서에 그대로 참조로서 인용되어 있는, 2013년 5월 6일자로 출원된 미국 가출원 제61/855,046호의 이익을 청구한다.

본 발명은 우물의 지층압(geopressure) 또는 인공압(manmade pressure)을 사용하여 탄화수소 및 다른 우물로부터의 생산수(produced water) 또는 프랙 환류수(frac flowback)를 담수(fresh water) 및 염수(salty water)의 개별 스트림으로 변환하기 위한 시스템에 관한 것이다.

다수의 오일 및 가스 우물은 수압 파쇄(hydraulic fracking) 작업에 사용된 회수수(recovering water)와 같은 비교적 단기간에 걸쳐 또는 자연 생산 경과에서 장시간 기간에 걸쳐 소정량의 물을 생산한다. 이러한 생산수가 탈염되어 담수 또는 염분이 적은 염수의 스트림 및 소금물 또는 염분이 많은 염수의 스트림을 제공할 수 있는 다수의 영역이 전세계에 존재한다.

물을 탈염하기 위한 주요 접근법은 다단 증류 및 역삼투압이다. 양 접근법은 이들의 장점 및 단점을 갖고, 따라서 가장 적절한 기술은 설비가 건설될 각각의 특정 위치에서 다양한 인자에 의존한다.

본 발명에 소정 관련성이 있는 개시 내용은 미국 특허 제3,651,617호, 제4,652,372호, 제4,983,305호, 제5,076,934호, 제5,080,781호, 제5,200,083호, 제5,695,643호, 제6,193,893호, 제6,875,364호, RE 36,282호, 제7,241,382호, 제7,410,577호, 제7,468,082호, 제7,600,567호, 제7,845,406호, 제7,866,385호 및 제8,097,128호, 및 미국 특허 출원 공개 제2011/0005749호에서 발견된다.

본 발명의 넓은 개념은 생산수 또는 프랙수를 탈염하기 위한 동력 소스로서 지하 구조물(subterranean formation)로부터의 자연 또는 인공 압력을 사용하기 위한 것이다. 우물로부터의 스트림은 기체와 액체가 분리되는 분리기로 안내된다. 탄화수소 액체와 물이 생산되는 상황에서, 탄화수소 액체는 물로부터 분리된다.

생산수는 생산 유체의 압력의 상당한 분율을 보유하면서 임의의 잔류 액체 탄화수소 및 임의의 현탁된 미립자를 제거하도록 처리될 수 있다. 압력 하의 또는 외부 소스에 의해 공급된 최소 압력을 갖는 생산수는 도입수 스트림을 비교적 담수의 스트림 및 비교적 염수의 스트림으로 분할하는 역삼투압 유닛으로 전달된다. 염수에 대한 담수의 비율은 이용 가능한 압력 및 도입수의 조성에 의존한다.

본 발명의 목적은 생산 유체의 자연 또는 인공 압력을 사용하여 우물로부터 생산된 물을 탈염하기 위한 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 비교적 담수의 스트림을 제공하도록 탄화수소 우물로부터 생산된 유체의 에너지를 사용하는 것이다. 게다가, 우물은 탄화수소 회수의 목적이 아니라, 염수를 담수가 되게 하도록 생산하기 위해 자연 지층압 하에 있는 지하 구조물 내로 천공될 수 있다. 이 자연의 물 우물은 물을 생산하기 위해 박리될 필요가 있는 다양한 양의 탄화수소 및 다른 화합물을 포함할 가능성이 있을 것이다. 본 발명의 목적은 이 노력을 보조하기 위해 지하 구조물의 압력을 사용하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 적어도 부분적으로 지하 조성물로부터의 압력에 의해 작동되는 액체/액체 분리기가 제공된다. 액체/액체 분리기는 압축되고, 벨트, 로프, 스크린 등의 형태의 친유성(oleophilic) 재료를 포함하고, 오일이 압력 하에서 분리기를 나오는 밸브 부근에서 친유성 재료로부터 탈착한다.

일 실시예에 따르면, 적어도 제1 및 제2 액체를 갖는 유체를 지하 구조물로부터 수용하도록 구성된 액체/액체 분리기로서, 액체/액체 분리기는 압력 하에서 제2 액체로부터 제1 액체를 분리하도록 또한 구성되고, 제1 액체는 제1 출구를 통해 액체/액체 분리기를 나오고, 제2 액체는 제2 출구를 통해 액체/액체 분리기를 나오는 것인 액체/액체 분리기와, 제2 출구로부터 제2 액체를 수용하도록 구성되고 지하 구조물로부터 공급된 압력에 의해 작동하도록 또한 구성되는 역삼투압 유닛을 포함하는 우물로부터의 물을 탈염하기 위한 장치가 제공된다. 일 실시예에서, 제1 액체는 오일을 포함하고, 제2 액체는 물을 포함한다.

다른 실시예에서, 액체/액체 분리기는 전체적으로 또는 부분적으로 지하 구조물로부터의 압력 하에서 작동하도록 구성된다. 일 실시예에서, 액체/액체 분리기는 적어도 하나의 친유성 스크린을 포함한다. 일 실시예에서, 액체/액체 분리기는 스퀴지(squeegee), 압착 또는 압축 롤러, 또는 와이퍼를 더 포함하고, 친유성 스크린 중 적어도 하나는 회전하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 지하 구조물로부터 공급된 압력은 적어도 하나의 친유성 스크린이 회전하게 한다. 다른 실시예에서, 액체/액체 분리기는 적어도 하나의 친유성 벨트를 포함한다. 다른 실시예에서, 분리기는 적어도 하나의 친유성 로프를 포함한다. 분리기는 적어도 하나의 스크린에 연결된 복수의 로프 가이드를 또한 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 우물로부터의 물을 탈염하기 위한 장치는 지하 구조물로부터의 압력에 의해 작동하는 터빈을 더 포함한다. 다른 실시예에서, 장치는 지하 구조물로부터의 압력에 의해 작동하는 포지티브 변위 회전형 드라이브(positive displacement rotary drive)를 포함한다. 포지티브 변위 회전형 드라이브는 운동 에너지를 기계 에너지로 변환하고, 예를 들어 친유성 스크린을 회전시키기 위한 또는 친유성 벨트를 구동하기 위해 구동 모터에 전력 공급하기 위한 회전력으로 압력을 변환하도록 작동 가능하다.

일 실시예에 따르면, 지하 구조물로부터 생성된 유체의 염분을 감소시키기 위한 방법으로서, 지하 구조물로부터 생산된 유체를 액체/액체 분리기로 공급하는 것; 유체 내의 다른 액체로부터 유체 내의 물을 분리하는 것; 물을 역삼투압 유닛으로 통과시키는 것; 물의 염분을 감소시키는 것을 포함하고, 역삼투압 유닛은 지하 구조물에 의해 공급된 압력에 의해 작동되는 방법이 제공된다. 일 실시예에서, 방법은 유체 내의 다른 액체로부터 유체 내의 오일을 분리하는 것을 더 포함한다. 다른 실시예에서, 오일은 벨트, 스크린, 및 로프로 이루어진 그룹으로부터 선택된 친유성 재료에 의해 분리된다. 일 실시예에서, 지하 구조물은 예를 들어 파쇄 작업으로부터 압축된다.

다른 실시예에 따르면, 다른 액체로부터 오일을 분리하기 위한 액체/액체 분리기로서, 오일 및 적어도 제2 액체를 갖는 유체를 지하 구조물로부터 수용하기 위한 압축 탱크, 탱크 내에 위치된 적어도 하나의 친유성 재료, 압축 탱크 내의 적어도 하나의 친유성 재료를 이동하기 위한 모터, 적어도 하나의 친유성 재료로부터 오일을 탈착하기 위한 디바이스, 및 오일이 탱크를 나오게 하도록 장치 부근에 위치된 적어도 하나의 밸브를 포함하는 액체/액체 분리기가 제공된다.

일 실시예에서, 친유성 재료는 벨트, 또는 스크린, 또는 로프, 또는 이들의 조합의 형태일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 오일은 스퀴지, 압착 또는 압축 롤러, 와이퍼, 및 트위스트 가이드에 의해 친유성 재료로부터 추출될 수 있다. 액체/액체 분리기 내에 위치된 밸브는 일 실시예에 따르면, 물 내에서 부유하고 오일 내에 가라앉는 부유기(floater)를 포함한다.

이들 및 다른 목적 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 본 설명이 진행함에 따라 더 완전히 명백해질 것이다.

도 1은 생산 유체가 주로 천연 가스 및 물인 종래의 표면 설비의 개략도이다.
도 2는 생산 유체가 주로 천연 가스 및 물이고 생산 유체의 압력이 비교적 담수의 스트림을 생산하는 데 사용되는 표면 설비의 개략도이다.
도 3은 생산 유체가 오일, 가스 및 물이고 생산 유체의 압력이 비교적 담수의 스트림을 생산하는 데 사용되는 표면 설비의 개략도이다.
도 4는 흡수성 무단 벨트형 2차 오일 분리기의 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명의 양태에 따른 오일 분리기의 실시예를 도시하고 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 양태에 따른 오일 분리기의 다른 실시예를 도시하고 있다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 양태에 따른 오일 분리기의 다른 실시예를 도시하고 있다.

도 1을 참조하면, 가스 우물(10)은 유동압을 유효한 값으로 감소시키는 초크(choke)(14)를 가질 수도 있고 또는 갖지 않을 수도 있는 크리스마스 트리(Christmas tree)(12)를 생산한다. 초크(14)의 하류측에서, 충만한 우물 스트림은 가스가 유동 라인(18)을 통해 탈수기(20) 또는 다른 하류측 처리 장비로 그리고 이어서 판매부 미터(sales meter)로 통과하는 상태로 분리기(16)를 통해 통과한다. 분리기(16)는 기체/액체/액체 분리기인 3상 분리기일 수도 있지만, 2상 또는 기체/액체 분리기로서 도시되어 있다. 분리기(16)로부터의 액체는 천연 가스 액체, 즉 부탄, 프로판, 헥산이 하나의 출구(24)를 통해 탱크(26)로 그리고 물이 제2 출구(28)로부터 탱크(30)로 취출되는 액체/액체 분리기(22)로 통과한다. 도 1의 표기는 트리(12)에서 비교적 높은 유동 압력으로부터 탱크(26, 30) 내의 대기압으로 압력의 변화를 도시하고 있다. 물로부터 천연 가스 액체를 분리하는 액체/액체 분리기(22)는 15 내지 125 psig의 범위의 적당한 압력에서 작동될 수도 있다. 일 실시예에서, 액체/액체 분리기는 80 psig 초과로 작동한다. 다른 액체를 분리하는 분리기가 125 psig 초과와 같은 다른 압력에서 작동한다. 분리될 액체에 따라, 본 명세서에 고려된 바와 같은 액체/액체 분리기는 1000 psig, 2000 psig, 3500 psig 이상과 같은 더 고압에서 작동할 수도 있다. 요구 압력량은 도입하는 액체의 조성 및 액체의 원하는 분리 레벨에 따라 다양하다. 본 명세서에 사용될 때, 액체/액체 분리기는 개별 유닛일 수도 있고 또는 3상 분리기의 부분일 수도 있다.

도 2를 참조하면, 본 명세서에 개시된 넓은 개념은 감소된 염분의 물의 스트림을 전달하도록 역삼투압 유닛(52)을 작동하기 위해 우물(50)로부터 생산 유체의 압력을 사용하기 위한 것이다. 우물(50)은 생산되는 물이 대부분 프랙 작업(frac job)에서 사용되는 물인 대형 프랙 작업 직후의 가스 우물일 수도 있고 또는 가스 우물은 장기 기초로 물을 생산할 수도 있다. 대안에서, 우물은 물을 생산하기 위해 시추된 우물일 수도 있다.

역삼투압 유닛(52)에 의해 요구된 정확한 압력의 양은 또한 출력 시스템 내의 담수와 소금물 사이의 원하는 비율 및 도입수의 조성에 따라 실질적으로 다양하다. 전형적인 설비는 우물(50) 및 그 표면 장비가 적절하게 작동되면 구조물의 압력에 의해 완전히 공급될 수 있는 약 500 psig를 작동을 위해 요구할 수도 있다. 예를 들어, 1200 백만분율(ppg)에서 염화나트륨(염)으로부터 담수를 분리하는 작업을 하는 역삼투압 멤브레인 분리기는 단지 80 psig만을 필요로 할 수도 있고, 반면에 30,000 ppm에서 소정의 구조물 유체의 분리는 1200 psig와 같은 더 높은 압력을 필요로 할 것이다. 일 실시예에서, 역삼투압 유닛은 80 psig 초과의 압력에서 작동한다. 다른 실시예에서, 역삼투압 유닛은 200 psig 초과에서 작동한다. 또 다른 실시예에서, 역삼투압 유닛은 500 psig 초과에서 작동한다. 다수의 경우에, 전체 압력은 지하 구조물로부터의 압력에 의해 공급될 수 있고, 따라서 표면 장비를 작동하도록 요구될 것인 어떠한 부가의 에너지도 존재하지 않는다. 도 2는 유효한 값으로 유동 압력을 감소시키는 초크(56)를 가질 수도 있고 또는 갖지 않을 수도 있는 크리스마스 트리(54)를 통해 생산하는 우물(50)을 도시하고 있다. 초크(56)의 하류측에서, 우물 스트림은 기체/액체 분리기(58)를 통해 통과할 수 있는 데, 이 기체/액체 분리기는 3상 분리기일 수도 있지만, 물 포화 가스가 유동 라인(60)을 통해 탈수기(62) 또는 다른 하류측 처리 장비로 그리고 이어서 판매부 미터로 통과하는 상태로 2상 분리기로서 도시되어 있다. 분리기(58)로부터의 액체는 역삼투압 유닛(52)을 작동하기에 충분히 높은 압력에서, 즉 통상의 액체/액체 분리기(22)보다 상당히 더 높은 압력에서 작동하는 액체/액체 분리기(64)로 통과할 수 있다. 천연 가스 액체가 가능하게는 압력이 대기압으로 감소되는 후속 처리 용기(68)로 일 출구(66)를 통해 취출되고, 그리고 이어서 액체가 판매부로 트럭 또는 파이프라인에 의해 운반되는 탱크(70)로 전달된다. 물이 제2 출구(72)를 통해 모래 필터(74), 활성탄 필터와 같은 다른 필터(76), 및 마지막으로 역삼투압 유닛(52)으로 취출되는 데, 이 역삼투압 유닛은 출구(78)를 통해 담수의 스트림을 그리고 출구(80)를 통해 염수 스트림을 생산한다. 염수는 이어서 우물 내로 트럭에서 비워지고(trucked off) 또는 주입될 수 있지만, 그 체적은 상당히 감소된다. 출구(78)로부터 담수는 세계의 다수의 오일/가스 필드에서 매우 높이 평가된다. 본 명세서에 사용될 때, 담수는 도입수에 비교하여 감소된 염분의 물을 의미하도록 의도되고, 염수는 도입수에 비교하여 증가된 염분의 물을 의미하도록 의도된다.

소정의 전기를 발생하기 위해, 터빈(82)이 초크(56)의 상류측 또는 바로 하류측과 같은 표면 장비의 고압 영역에 배치될 수도 있다. 다른 실시예에서, 포지티브 변위 회전형 드라이브가 사용된다. 포지티브 변위 회전형 드라이브는 초크(56)의 하류측에 배치될 수 있지만, 분리기(58)의 하류측의 더 저압 영역에서 더 효율적이다. 일 실시예에서, 포지티브 변위 회전형 드라이브는 액체/액체 분리기(64) 내에 위치되고, 친유성 성분과 같은 액체/액체 분리기(64)의 성분을 구동하도록 작동 가능하다. 압력을 기계 또는 전기 에너지로 변환하는 것들과 같은, 당 기술 분야에 알려진 다른 에너지 변환 장치가 고려된다.

역삼투압 유닛의 주요 비용은 역삼투압 유닛(52)의 멤브레인을 통해 물 분자를 가압하기 위한 원동력으로서 생산 유체의 압력을 사용하여 유닛(52)의 작동에 의해 제거되어 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

유동하는 오일 우물이 충분한 유동 압력을 가지면 동일한 기본 접근법이 또한 사용될 수 있다. 오일 우물은 대형 프랙 작업 후에 유동하는 백프랙수(back frac water), 프로판트(proppant) 및 프랙 화학물일 수도 있고 또는 장기 기초로 물을 생산할 수도 있다. 본 명세서에 개시된 바와 같이, 우물로부터 생산된 유체의 압력은 자연 구조물 압력의 형태일 수 있고 또는 온도 구배 하에서 유체의 파쇄 또는 팽창의 경과로서 인공 우물 압축의 형태 또는 조성물의 인공 압축의 임의의 다른 형태일 수 있다. 동일한 암맥(vein)을 따라, 우물로부터 생산된 유체는 자연 구조물 유체일 수 있고 또는 예를 들어 파쇄 목적으로 조성물 내로 주입된 유체일 수 있다.

종래의 액체 분리기가 완벽하지 않기 때문에, 오일 우물의 문제점이 존재하는 데, 즉 종래의 액체/액체 분리기로부터 도래하는 물이 가능하게는 1% 오일 및 다른 1% 미립자를 포함하고, 즉 미처리 생산수가 역삼투압 멤브레인을 비교적 신속하게 오염시킬 것이다. 필터 어레이에 진입하기 전에 물을 처리하기 위한 일 기술은 최종 액체/액체 분리기와 필터 어레이 사이에 원심력 또는 사이클론을 사용하는 것이다.

다른 접근법이 도 3에 도시되어 있고, 여기서 오일 우물(102)을 위한 표면 설비(100)는 생산된 유체의 양을 조절하기 위한 초크(106)를 가질 수도 있고 또는 갖지 않을 수도 있는 크리스마스 트리(104)를 포함한다. 초크(106)의 하류측에는 생산 가스의 회수의 경제학에 따라 판매 라인 또는 플레어(flare)로 이어지는 가스 출구(110)를 갖는 3상 또는 기체/액체/액체 분리기로서 도시되어 있는 분리기(108)이다. 분리기(108) 내의 액체는 1차 격실(112) 내에 수집되고, 여기서 액체 탄화수소는 2차 격실(116) 내로 둑(weir)(114)을 범람한다. 2차 격실(116)로부터의 출구(118)는 오일이 건 배럴(gun barrel), 탱크 설비(tankage) 또는 오일이 구매자에 최종적으로 전달되는 다른 시설(도시 생략)을 향해 통과하게 한다.

제2 출구(120)는 분리기(108)로부터 물 처리 시스템(122)으로 물을 전달하고, 이 물 처리 시스템은 2차 오일 분리기(124), 모래 필터(126), 활성탄 필터일 수도 있는 다른 필터(128) 및 역삼투압 유닛의 어레이(130)를 포함할 수 있다. 2차 오일 분리기(124)는 풍부한 양의 물로부터 미량의 오일을 제거하는 유형이고, 도 4에 도시되어 있는 흡수성 무단 벨트형 또는 도 5 내지 도 7에 도시되어 있는 것들과 같은 다른 디자인일 수도 있다.

도 4를 참조하면, 2차 오일 필터(124)는 바람직하게는 소수성(hydrophobic)인 친유성 재료의 무단 벨트(132)를 그 내부에 갖는 용기(130)를 포함할 수도 있는 데, 그 일 예는 상당한 표면적의 직포 또는 부직포 폴리프로필렌이다. 벨트(132)는 이에 따라 물과는 대조적으로 오일을 우선적으로 수집하거나 유착하는 특성을 갖는다. 벨트(132)는 오일 액적(138)이 유착할 수도 있는 큰 표면적을 제공하기 위해 화살표(136)에 의해 제안된 바와 같이 일련의 풀리(134) 주위로 구동된다. 벨트(132)가 용기(130)의 상부를 향해 상승함에 따라, 벨트는 압착 롤러(140)와 풀리(134) 사이를 통과하여 벨트(132)에 부착하는 임의의 오일을 축출하고, 따라서 용기(130)의 상부에 축적하고 출구(142)를 통해 건 배럴, 탱크 설비 또는 판매부로의 최종적인 전달을 위한 다른 설비로 나올 수도 있다. 압착 롤러(140)는 벨트(132)로의 오일의 재전달을 최소화하기 위해 소유성(oleophobic)일 수도 있다. 2차 오일 분리기(124)가 하이드로 환경에서 작동하기 때문에, 압착 롤러에 의해 액체로부터 당겨진 오일은 부유하는 경향이 있어, 탱크(130) 내의 오일-물 분리 레벨을 야기한다. 게다가, 용기(130)가 압축되기 때문에, 본 예에 따르면, 오일-물 분리 레벨은 활발하게 조작될 수 있다.

용기(130)의 상부 내의 오일-물 레벨은 바람직하게는 벨트(132)로의 오일의 재전달을 최소화하기 위해 압착 롤러(140) 상부에 있도록 배열될 수 있다. 이를 위해, 이어서 오일 출구 도관(142) 내의 밸브(184)의 위치를 제어하는 제어기(182)에 접속된 용기(130)의 상부 내부에 노출된 하나 이상의 센서(도시 생략)를 갖는 오일-물 계면 검출 시스템(180)이 제공될 수도 있다. 시스템(180)은 오일 레벨이 압착 롤러(140)에 접근할 때를 검출하고 밸브(184)를 개방하여 용기(130) 내의 오일이 적합한 탱크 설비 또는 다른 하류측 처리 장비로 유동하게 한다.

도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예를 도시하고 있다. 2차 오일 분리기(124)는 무단 벨트(132), 오일 분리 컨테이너(202), 및 오일 추출 밸브(206)를 포함한다. 액체는 입구 포트(212)를 통해 압축 탱크(130)에 진입한다. 무단 벨트(132)는 비압착 롤러(208)를 통해 오일 분리 컨테이너(202)에 진입한다. 압착 롤러(210)는 무단 벨트(132) 내에 포함된 친유성 재료로부터 오일의 제거를 용이하게 한다. 본 실시예에서 고려되는 바와 같이, 압착 롤러의 하나 초과의 세트는 오일 분리 컨테이너(202) 내에 존재할 수도 있다. 분리된 오일은 용기(130)의 압력에 의해 추진된 오일 추출 밸브(206)를 통해 유동한다. 오일 분리 컨테이너 내의 오일-물 레벨은 상기에 개시된(도 5에는 도시되어 있지 않음) 계면 검출 시스템(180)에 따라 배열될 수 있다. 밸브(206)는 용기(130)로부터 부가의 오일을 제거하도록 작동한다. 물은 포트(214)를 통해 나온다.

밸브(206)는 일 실시예에 따르면, 탱크(130)의 상부 부근에 배치된다. 오일이 친유성 벨트(132)로부터 탈착됨에 따라, 오일은 분리된 물 위에 부유한다. 압착 롤러(210)가 오일 분리 컨테이너(202)의 출구에 배치되기 때문에, 대부분의 오일은 오일 분리 컨테이너(202) 내로 탈착되고, 컨테이너(202) 내에 위치된 밸브(206)를 통해 추출된다. 밸브(206)는 개방되어 오일이 사이펀 흡인(siphoned off)되게 하고 더 처리되거나 또는 판매부 미터로 송출되게 한다. 밸브(206)는 당 기술 분야에 공지된 다수의 디자인 중 하나일 수도 있다. 게다가, 밸브는 전술된 바와 같이 폐루프 오일 평준화기를 이용할 수도 있다. 일 실시예에서, 밸브(206)는 부유기(216)를 포함한다. 부유기(216)는 물 내에서 부유하지만 오일 내에 가라앉는 재료로 이루어진다. 오일이 탱크(130)의 상부로 부유함에 따라, 부유기(216)는 가라앉아, 밸브(206)를 개방하고 오일이 출구(142)를 통해 누설하게 한다. 오일이 누설함에 따라, 물 레벨은 상승하여 부유기를 재차 위로 압박하여 밸브(206)를 폐쇄한다. 다른 실시예에 따르면, 오일 분리 컨테이너(202)가 탱크(130) 내의 다른 위치에 위치될 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 다른 실시예를 도시하고 있다. 본 실시예에서, 탱크(130)는 적어도 하나의 오일 분리 뱅크(218)를 포함한다. 친유성 로프(222)는 로프 가이드(224)를 빠져나간다. 구동 유닛(226)은 친유성 로프(222)가 오일을 끌어당겨 보유하는 로프 가이드(224)를 통해 그리고 그 주위로 친유성 로프(222)를 당기기 위한 원동력을 제공한다. 구동 유닛은 일 실시예에 따라 고려되는 바와 같이, 친유성 로프(226)로부터 오일을 제거하기 위한 압착 롤러와 같은 오일 추출 장치를 또한 포함한다. 다른 실시예에서, 압착 롤러는 친유성 로프(226)의 경로를 따라 다른 장소에 배치될 수 있다. 스퀴지, 와이퍼, 또는 로프 트위스트 가이드와 같은 다른 오일 추출 장치 디자인이 사용될 수도 있다. 로프 트위스트 가이드는 친유성 로프 내의 라인 트위스트가 오일을 탈착하게 한다.

오일 분리 뱅크(218)는 도 6a에 도시되어 있는 바와 같이, 백플레이트로서 사용을 위한 제2 스크린(228)을 포함한다. 우물로부터의 유체는 전방 스크린(220)을 통해 그리고 이어서 백플레이트 스크린(228)을 통해 친유성 로프(222)로 유동한다. 로프 가이드(224)는 전방 스크린(220) 또는 백플레이트 스크린(228) 또는 양자 모두에 부착될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전방 스크린(220) 및 백플레이트 스크린(228)은 디자인이 상이하다. 예를 들어, 백플레이트 스크린(228)은 오일 분리 뱅크(218)의 내부 내의 압력을 증가시키기 위해 더 소직경 구멍을 가질 수 있다. 와이어 메시, 천공된 구멍, 또는 당 기술 분야에 공지된 다른 형태의 스크린 디자인과 같은 스크린이 본 명세서에서 고려된다. 탱크(130) 내에는, 다수의 오일 분리 뱅크(218)가 고려된다. 뱅크(218)는 디자인이 동일할 수 있고 또는 탱크(130) 내의 위치에 따라 상이할 수 있다. 예를 들어, 친유성 로프(222)는 유체가 탱크(130)를 통해 진행함에 따라 게이지가 더 커질 수 있다. 게다가, 뱅크(218)는 전방 스크린(220) 및 백플레이트 스크린(228)의 모두를 이용할 수도 있고, 또는 단지 백플레이트 스크린(220)을 이용할 수도 있어, 가이드(224) 상에 친유성 로프(222)를 유지하기 위해 유체 압력에 의존하다. 대안에서, 백플레이트 스크린(228)은 사용되지 않을 수도 있고, 대신에 친유성 로프(222)가 가이드(224)로부터 낙하하는 것을 방지하기 위해 가이드(224) 가드(도시 생략)에 의존한다.

밸브(206)는 일 실시예에 따르면, 구동 유닛(226) 부근에 배치된다. 오일이 친유성 로프(222)로부터 스퀴징됨에 따라, 본 출원에서 전술된 바와 같이, 분리된 물 위로 부유하고 밸브(206)를 통해 탱크(130)를 나온다.

설명된 실시예에 따르면, 뱅크(218)는 친유성 로프(222)를 포함한다. 다른 유형의 친유성 재료가 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 뱅크(218)는 친유성 벨트 또는 구동 유닛에 의해 가이드를 통해 빠져나갈 수 있는 다른 유형의 재료를 사용할 수 있다.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 다른 실시예를 도시하고 있다. 탱크(130) 내에는 본 명세서의 다른 위치에 설명된 바와 같은 친유성 재료를 포함하는 적어도 하나의 친유성 스크린(240)이 있다. 친유성 스크린(240)은 와이어 메시, 천공된 구멍, 또는 당 기술 분야에 공지된 다른 형태의 스크린 디자인을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나 이상의 친유성 스크린(240)이 구동 모터(246)에 부착된다. 유체가 탱크(130)를 통해 이동함에 따라, 유체 내의 오일 액적은 친유성 스크린(240) 상의 친유성 재료에 부착되게 된다. 구동 모터(246)로부터 회전력 하에서, 친유성 스크린(240)이 회전한다. 친유성 스크린(240)의 부분은 압축 롤러(242) 또는 스퀴지(244)에 의해 접촉된다. 압축 롤러 또는 스퀴지(244)가 친유성 유체로부터 오일을 추출하고 탱크(130)의 상부에 오일을 퇴적하고, 여기서 밸브(206)를 통해 출구 포트(142)로 사이펀 흡인될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 탱크(130)는 다수의 친유성 스크린(240)을 포함한다. 일 실시예에서, 모든 친유성 스크린(240)은 회전한다. 회전력은 모터(246)에 의해 친유성 스크린(240) 상에 부여될 수 있다. 일 실시예에서, 회전력이 지하 구조물로부터의 압력에 의해 스크린 상에 부여된다. 스크린의 기하학적 구조는 유체가 탱크(130)를 통해 이동함에 따라 스크린이 회전하게 한다. 다른 실시예에서, 일부 또는 전체 친유성 스크린(240)은 고정된다. 고정 디자인에서, 친유성 스크린(240)은 우물 유체로부터 작은 오일 액적을 수집한다. 이들 액적은 크기가 증가하고, 이어서 탱크(130) 내에 유압에 의해 하나의 친유성 스크린(240)의 친유성 재료로부터 가압 제거될 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 친유성 스크린(240)의 각각의 뱅크는 상이한 액적 크기에 맞춤화된다. 이는 스크린 내의 기하학적 구조, 메시 크기 또는 구멍 크기에 의해 또는 친유성 스크린(240) 상의 친유성 재료의 일관성을 변동함으로써 성취될 수 있다. 오일 액적은 스크린으로부터 스크린으로 이동함에 따라 크기가 증가한다. 액적이 바람직한 크기에 도달할 때, 이들 액적은 전술된 바와 같이 오일이 스퀴징 제거되는 회전 친유성 스크린(240)의 뱅크에 진입할 수 있다. 또는, 대안에서, 오일은 친유성 스크린(240)의 기하학적 구조에 의해 또는 그 목적으로 설계된 비친유성 깔때기 스크린에 의해 탱크(130)의 상부를 향해 깔때기 통과될(funneled) 수 있다. 또 다른 실시예에서, 와이퍼는 오일을 밸브(206)를 향해 지향하도록 위치될 수도 있다. 와이퍼 자체는 친유성 스크린(240) 상에 중앙에 장착되고 스크린 주위에서 회전할 수 있고, 또는 와이퍼는 수직 방향으로 스크린을 횡단할 수도 있다.

도 7a 내지 도 7c에 개시된 디자인은 벨트를 포함하지 않고, 따라서 더 적은 유지보수를 제공한다. 게다가, 이는 더 적은 수의 가동부를 포함하고, 더 많은 친유성 표면적이 탱크(130)를 통해 이동하는 우물 유체에 제시될 수 있게 한다.

본 명세서에 고려되는 바와 같이, 탱크(130)는 친유성 스크린(240)의 뱅크 및 친유성 로프(222)의 뱅크의 모두를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 구동 모터(246)가 탱크(130)의 외부에 수용된다. 밸브(206)가 각각의 친유성 스크린(240) 사이에, 또는 바람직한 바와 같은 간격으로 배치될 수 있다.

용기(130)로부터의 물은 출구 도관(144)을 통해 모래로 충전될 수도 있는 다음의 필터(126) 또는 마이크로파이버 필터로 통과하여 물로부터 다수의 미립자를 분리한다. 모래 필터 및/또는 마이크로파이버 필터(126)는 도관(144)을 통해 물을 수용하는 용기(146)와, 활성탄으로 충전될 수도 있는 다음의 필터(128)에 물을 전달하는 출구 도관(148)을 포함한다. 필터(128)는 도관(148)을 통해 물을 수용하고 일련의 역삼투압 유닛(156)을 포함할 수도 있는 역삼투압 유닛 어레이(130)로 물을 전달하는 출구 도관(152)을 갖는 용기(150)를 포함한다.

역삼투압 유닛(156)은 용기(158), 입구 매니폴드(160), 염수 출구 매니폴드(162), 담수 출구 매니폴드(164) 및 물 분자를 담수 출구 매니폴드(164)로 통과시키고 더 큰 분자들을 염수 출구 매니폴드(162)를 향해 전환시키도록 설계된 내부 멤브레인(도시 생략)을 포함하는 통상의 유형일 수도 있다. 분리기(108), 2차 오일 필터(124), 모래 필터 및/또는 마이크로파이버 필터(126) 및 활성탄 필터(126)는 역삼투압 유닛(156) 내의 멤브레인을 통해 물 분자를 가압하는 데 충분한 압력에서 작동된다는 것을 알 수 있을 것이다. 이 방식으로, 역삼투압 유닛 어레이(130)는 우물(102)로부터 생산 유체의 압력에 의해 작동된다. 대안에서, 보충 펌프가 설비로의 임의의 도관에 제공될 수도 있어 생산 유체가 원하는 출력에서 역삼투압 유닛(156)을 작동하는 데 불충분해질 때 생산 유체의 압력을 보충한다.

본 발명이 특정 정도의 상세로 그 바람직한 형태로 개시되고 설명되었지만, 바람직한 형태의 본 개시 내용은 단지 예시일 뿐이고, 작동의 상세 및 부분의 조합 및 배열의 수많은 변경이 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고 재분류될 수도 있다는 것이 이해된다.

Claims

우물로부터의 물을 탈염하기 위한 장치로서,
적어도 제1 및 제2 액체를 갖는 유체를 지하 구조물로부터 수용하도록 구성된 액체/액체 분리기로서,
상기 액체/액체 분리기는 압력 하에서 상기 제2 액체로부터 상기 제1 액체를 분리하도록 또한 구성되고,
상기 제1 액체는 제1 출구를 통해 상기 액체/액체 분리기를 나오고, 상기 제2 액체는 제2 출구를 통해 상기 액체/액체 분리기를 나오는 것인 액체/액체 분리기와,
상기 제2 출구로부터 상기 제2 액체를 수용하도록 구성되고 상기 지하 구조물로부터 공급된 압력에 의해 작동하도록 또한 구성되는 역삼투압 유닛
을 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 액체는 오일을 포함하고, 상기 제2 액체는 물을 포함하는 것인 장치.
제1항에 있어서, 상기 액체/액체 분리기는 상기 지하 구조물로부터의 압력 하에서 작동하도록 구성되는 것인 장치.
제1항에 있어서, 상기 액체/액체 분리기는 적어도 하나의 친유성 스크린을 포함하는 것인 장치.
제4항에 있어서, 스퀴지, 압축 롤러 및 와이퍼로 이루어진 그룹으로부터 선택된 디바이스를 더 포함하고,
상기 적어도 하나의 친유성 스크린은 회전하도록 구성되는 것인 장치.
제5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 친유성 스크린은 상기 지하 구조물로부터 공급된 압력을 통해 회전하도록 구성되는 것인 장치.
제1항에 있어서, 상기 액체/액체 분리기는 적어도 하나의 친유성 벨트를 포함하는 것인 장치.
제1항에 있어서, 상기 액체/액체 분리기는 적어도 하나의 친유성 로프를 포함하는 것인 장치.
제8항에 있어서, 상기 액체/액체 분리기는 적어도 하나의 스크린에 연결된 복수의 로프 가이드를 더 포함하는 것인 장치.
제1항에 있어서, 터빈 및 포지티브 변위 회전형 드라이브로 이루어진 그룹으로부터 선택되며 지하 구조물로부터의 압력에 의해 작동하는 에너지 변환 장치를 더 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 압력은 보충 펌프에 의해 또한 전달되는 것인 장치.
지하 구조물로부터 생산된 유체의 염분을 감소시키기 위한 방법으로서,
지하 구조물로부터 생산된 유체를 액체/액체 분리기로 공급하는 단계;
유체 내의 다른 액체로부터 유체 내의 물을 분리하는 단계;
물을 역삼투압 유닛으로 통과시키는 단계; 및
물의 염분을 감소시키는 단계
를 포함하고, 상기 역삼투압 유닛은 상기 지하 구조물에 의해 공급된 압력에 의해 작동되는 것인 방법.
제12항에 있어서, 유체 내의 다른 액체로부터 유체 내의 오일을 분리하는 단계를 더 포함하는 방법.
제13항에 있어서, 상기 오일은 벨트, 스크린 및 로프로 이루어진 그룹으로부터 선택된 친유성 재료에 의해 분리되는 것인 방법.
제12항에 있어서, 상기 지하 구조물을 가압하는 단계를 더 포함하는 방법.
제12항에 있어서, 상기 액체/액체 분리기는 상기 지하 구조물에 의해 공급된 압력에 의해 작동되는 것인 방법.
다른 액체로부터 오일을 분리하기 위한 액체/액체 분리기로서,
오일 및 적어도 제2 액체를 갖는 유체를 지하 구조물로부터 수용하기 위한 압축 탱크;
상기 탱크 내에 위치된 적어도 하나의 친유성 재료;
상기 압축 탱크 내의 적어도 하나의 친유성 재료를 이동하기 위한 모터;
상기 적어도 하나의 친유성 재료로부터 오일을 탈착하기 위한 디바이스; 및
오일이 상기 탱크를 나오게 하도록 상기 디바이스 부근에 위치된 적어도 하나의 밸브
를 포함하는 액체/액체 분리기.
제17항에 있어서, 상기 적어도 하나의 친유성 재료는 벨트, 스크린 및 로프로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것인 액체/액체 분리기.
제17항에 있어서, 오일을 추출하도록 구성된 디바이스는 스퀴지, 압착 롤러, 와이퍼 및 트위스트 가이드로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것인 액체/액체 분리기.
제17항에 있어서, 상기 적어도 하나의 밸브는 물 내에서 부유하고 오일 내에 가라앉는 부유기(floater)를 더 포함하는 것인 액체/액체 분리기.