NO164754B - Fremgangsmaate og filterelement for behandling av sjoevann. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og et filterelement egnet for behandling av sjøvann forut for injisering av sjøvann i et petroleumreservoar.

Et petroleumreservoar består av et hensiktsmessig formet porøst bergartlag som er dekket med et ugjennom-trengelig bergartmateriale. Beskaffenheten av reservoar-bergartmateriale er meget viktig, ettersom oljen oppbevares i de små rommene eller porene som skiller de enkelte berg-artkorn. Sandsten og kalksten er vanligvis porøse og disse er hovedsakelig de vanligste typer av reservoar-bergarter.

For å hjelpe utvinningen av råolje fra reservoaret

er det vanlig praksis å injisere vann under trykk inn i reservoar-bergartmateriale ved hjelp av injeksjonsbrønner for å drive oljen gjennom bergartmaterialet inn i nærliggende produksjonsbrønner.

Med oljereservoarer offshore eller ved kysten, dvs. reservoarer som har en rikelig, lett tilgjengelig tilførsel av sjøvann, er det en klar fordel å benytte dette. Rått sjø-vann er imidlertid ikke egnet for direkte injeksjon av en rekke grunner. Det inneholder betydelige mengder oppløst oksygen, ca. 10 ppm ved 10°C, hvilket er tilstrekkelig til å indusere korrosjon og fremme bakterievekst. I tillegg inneholder sjøvann naturligvis oppløste salter, hovedsakelig klorider av natrium og magnesium, men kalsium, sulfater, karbonater og bikarbonater er også tilstede. Det inneholder også uorganiske forvitringsprodukter, marine organismer og bakterier. På grunn av dette må sjøvann utsettes for et grundig behandlingsforløp før injeksjon inkludert sterili-sering, deoksygenering og tilsetning av forskjellige inhi-bitorer .

Det er nødvendig å filtrere vannet før injeksjon,

men filtreringstrinnet gir opphav til spesielle problemer.

På grunn av forutgående behandling blir sjøvannet

og dets innhold generelt utsatt for kraftig skjærpåvirkning, f.eks. ved pumper, og innvirkning av varme tilført for å assistere deoksygenering, før filtrering. Dette.kan gi opphav til en proteinholdig og lipidisk grøtaktig dispersjon,

resulterende fra de marine organismene sammen med fine partikler av uorganisk materiale, slik som sand. Dette materiale er vanskelig å behandle, vanskelig å fjerne ved filtrering og.gjentetter hurtig konvensjonelle filterkleder. Det er et geléaktig materiale av ubestemt sammensetning av både organisk og uorganisk opprinnelse som fester seg til konvensjonelle filtere og er vanskelig å fjerne ved hjelp av konvensjonelle tilbakevaskingsteknikker.

Sandfiltere eller diatoméjord har vært foreslått for fjerning av dette materiale fra sjøvann på grunn av deres filtreringseffektivitet og lette regenerering, men disse materialer er voluminøse og tunge og er uønskede for bruk på offshore-plattformer hvor plass og vekt er av stor betyd-ning.

Britisk patent nr. 1 598 456 beskriver en fremgangsmåte for filtrering av sjøvann under anvendelse av et poly-esterfilterelement som er mindre og lettere enn de tidligere foreslåtte sand- eller diatoméjordfiltere, men som ikke desto mindre kan behandle de store mengdene vann som kreves for vanninjeksjon.

Man har nå oppdaget et forbedret filterelement som

har en lengre brukstid enn de filterelementer som er beskrevet i britisk patent nr. 1 598 456. Dette er av betydelig viktig-het i sammenheng med offshore-operasjoner fordi det reduserer arbeidsbetingelser og behov for lagringsplass.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det således tilveiebragt et tilbakevaskbart filterelement bestående vesentlig av et stoffmateriale av polyakrylonitrilfibrer, kjennetegnet ved at fiberelementet har form av en ring, og at fibrenes diameter er i området 10-50 ,um, fortrinnsvis 20-35 ,um, og elementets tetthet er i området 0,05-0,50 g/cm 3 , fort/rinnsvis 0,10-0,25 g/cm .

Diameteren til fibrene i filteret er en viktig vari-abel, fordi det antas at partiklene som skal filtreres, holdes tilbake på fibrene ved elektrostatiske og van der Waals tiltrekningskrefter. I sjøvann er de sistnevnte sannsynligvis de dominerende, og økende fiberdiameter vil gi en økning i van der Waals tiltrekning og derved utvide området rundt

fiberen hvor sannsynligheten for oppfanging er høy.

På den annen side vil en nedsettelse av fiberdiameteren redusere van der Waals tiltrekningskrefter og derved sammentrekke området rundt fiberen hvor sannsynligheten for oppfanging er høy.

Det er ikke sannsynlig at fiberdiameteren har en signifikant effekt på de elektrostatiske kreftene.

Mekanismen for partikkelfrigjøring under tilbakevasking er også dominert av van der Waals tiltrekningskrefter som i motsetning bør minimaliseres i dette tilfelle.

Følgelig er det et komplekst kompromiss mellom be-hovet for høye van der Waals tiltrekningskrefter for oppfanging av partikler og lave van der Waals krefter for fri-gjøring. Valg av fiberdiameter er en metode for å styre denne tiltrekningskraft.

Elementets tykkelse er hensiktsmessig i området 2-20 mm, fortrinnsvis 5-15 mm. Tykkelsen defineres som den ukomprimerte tykkelse før bruk.

Filterelementet kan være i form av en ring og i dette tilfelle måles den ovennevnte tykkelse i radiell retning.

Filterelementet kan være et vevet eller ikke-vevet stoff som noen ganger betegnes som en filt av fagmannen. Elementet kan fremstilles ved hjelp av den velkjente nålestikkeprosessen, f.eks. som beskrevet i britisk patent nr. 1 22 9 781. Om ønsket kan elementet være forsterket med et bomullslerret.

Egnede polyakrylonitriler er de som kan oppnås under varebetegnelsene "Orlon" og "Akrylan". "Orlon 80" og "Orion 40" er passende kvaliteter.

Et filterelement ifølge oppfinnelsen er egent for behandling av sjøvann inneholdende opptil 2 mg/liter av partikler av størrelse i området 1-80 ym. Det vil generelt fjerne i det minste 50% av partiklene i 1-2 ym-området og minst 60% av partiklene over 2 ym i størrelse.

Videre er det ifølge oppfinnelsen tilveiebragt en fremgangsmåte for behandling av sjøvann inneholdende faste urenheter hvor sjøvannet filtreres gjennom et filterelement bestående vesentlig av et stoffmateriale av polyakrylonitrilfibrer som beskrevet ovenfor, og denne fremgangsmåten er kjennetegnet ved at det anvendes et filterelement som har form av en ring, og at i det minste noe av de faste urenhetene fjernes fra vannet.

I denne sammenheng innbefatter betegnelsen "fast" begre-pet "geléaktig".

Strømmen av vann gjennom filterelementet kan hensiktsmessig være i området 60-120 m 3 /m 2/time.

Elementet kan renses ved periodisk tilbakevasking.

I det tilfelle elementet er i form av en ring, kan rensingen bevirkes ved reversering av strømmen gjennom en sektor av; elementet mens filtreringen opprettholdes i den motsatte retning gjennom en annen sektor som kan være den resterende del av elementet.

Ifølge et ytterligere trekk ved oppfinnelsen er det tilveiebragt en fremgangsmåte for utvinning av olje fra et kyst- eller offshore-reservoar, og denne fremgangsmåte om-fatter trinnene: Filtrering av sjøvann gjennom et filterelement som beskrevet ovenfor, injisering av det filtrerte sjø-vann inn i reservoaret gjennom en injeksjonsbrønn og utvinning av råolje fra reservoaret gjennom en produksjonsbrønn.

Filterelementet^ ifølge oppfinnelsen kan også benyttes for å fjerne faste stoffer og tilknyttet olje, eller olje-

fra strømmer inneholdende både vann og olje, f.eks. i fremgangsmåten beskrevet i britisk patent nr. 2 038 652A, hvorved en blanding av olje, produsert vann og produserte fastee stoffer føres gjennom et filter for å fjerne faste stoffer og deretter gjennom en koaleseringsanordning for å separere oljen og vannet.

For fjerning av faste stoffer, om slike er til.-stede, og tilknyttet olje, eller olje fra en strøm inneholdende.vann, olje og eventuelle faste stoffer, så foretas filtrerihgoav strømmen gjennom et polyakrylonitril-filterelement som~béskrevet ovenfor og fjerning av faste stoffer, om slike er til stede, og tilknyttet olje, eller olje fra strømmen.

Strømmen som skal filtreres kan være en som inneholder en stor andel olje i forhold til vannet, f.eks. en oljebrønnstrøm og fremgangsmåten kan derfor være egnet for anvendelse på et oljefelt. Vanninnholdet kan alternativt være mye større og i et slikt tilfelle er fremgangsmåten egnet for en vannrensings- eller vannpolerings-behandling i et raffineri.

Oppfinnelsen illustreres ved følgende eksempler:

Eksemp_el_1_

Et nålstukket filtelement ble fremstilt fra poly-akrylonitrilfibre solgt under varebetegnelsen "Orlon 80". Elementet hadde følgende egenskaper.

Elementet ble formet til en ring med følgende dimensjoner:

Eksempel_2

Elementet ble montert i en rustfri stålholder og sjøvann ble filtrert gjennom elementet ved passasje radielt utover gjennom ringelementet. Sjøvannet hadde blitt hentet fra Nordsjøen i en dybde på 60 m og behandlet ved: (a) injeksjon av hypokloritt som ga et klorinnhold i området 0,1-0,4 ppm, (b) filtrering gjennom en trådduk av rustfritt stål eller polyester for å fjerne partikler av størrelse større

enn 80 ym,

(c) deoksygenering ved konvensjonelle metoder benyttet for

injisering av vann,

(d) tilsetning av biosid ifølge konvensjonell praksis.

Det således behandlede vann inneholdt:

0,7-1,5 mg/liter partikler av størrelse 0,4-80 ym

som bestemt ifølge standard nukleopore-teknikk.

Vannet strømmet gjennom filterelementet i en hastighet på 85 m 3 /m 2/time. Filtratet ble undersøkt og det ble funnet at 65% av partiklene i 2-2,5 ym-området var fjernet og 72% av partiklene i 4-5 ym-området.

Etter 15 minutters filtrering ble elementet renset ved tilbakevasking av et segment omfattende en buesektor på ca. 3-4% ved tilførsel av vann ved et trykk på 4,14-5,52 bar, slik at det strømmet radielt innover gjennom segmentet i en hastighet på 7-15 liter/lineær cm/minutt under oppretthold-else av filtreringen i den motsatte retning. Tilbakevaskingen ble fortsatt i 1 minutt. Utløpet var i form av en roterende arm som roterte med 2 omdr./min.

Det filtrerte vannet ble injisert via en injeksjons-brønn inn i et oljereservoar for å opprettholde trykk og drive olje gjennom produksjonsbrønnene.

Ved 60 timer var det ingen signifikant trykkoppbygning (et stabilt trykk på 48 mbar).

Eksemp_el_3

Som sammenligning ble et lignende element fremstilt av polyesterfibre benyttet til å filtrere Nordsjøvann behandlet på samme måte.

I dette tilfelle ble 72% partikler i 2-2,5 ym-området og 72% partikler i 4-5 ym-området fjernet.

Etter 60 timer hadde trykket til tross for bruk av den samme tilbakevaskingsteknikk som i eksempel 2, bygget seg opp til 1020 mbar, og øket sterkt med tiden. Normalt erstattes elementer ved ca. 350 mbar.

En sammenligning av eksemplene 2 og 3 viser at polyakrylonitril-filterelementet hadde følgende fordeler i forhold til polyesterelementet: 1. Oppbyggingen av trykk over filteret er langsommere. Dette antas å skyldes det faktum at tilbakevasking er mer effektiv for polyakrylonitrilelementet enn for polyesterelementet. Den langsommere trykkoppbygning skyldes ikke at signifikant mindre materiale filtreres ut.

2. Perioden mellom tilbakevasking kan forlenges.

3. Filterelementets brukstid før det må erstattes utvides.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for behandling av sjøvann inneholdende faste urenheter hvor sjøvannet filtreres gjennom et filterelement bestående vesentlig av et stoffmateriale av polyakrylonitrilfibrer, karakterisert ved at det anvendes et filterelement som har form av en ring, og at i det minste noe av de faste urenhetene fjernes fra vannet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at vannstrømmen gjennom filter-3 2 elementet holdes i området 60-120 m /m /time.

3. Tilbakevaskbart filterelement egnet for filtrering av sjøvann bestående vesentlig av et stoffmateriale av polyakrylonitrilfibrer, karakterisert ved at filterelementet har form av en ring, og at fibrenes diameter er i området 10-50^um, og elementets tetthet er i området 0,05-0,50 g/cm<3>.

4. Filterelement ifølge krav 3, karakterisert ved at fibrenes diameter er i området 20-35^,um.

5. Filterelement ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at elementets tetthet er i området 0,10-0,25 g/cm<3>.

6. Filterelement ifølge hvilket som helst av de fore-gående krav 3-5, karakterisert ved at elementets tykkelse er i området 2-20 mm.

7. Filterelement ifølge hvilket som helst av de fore-gående krav 3-6, karakterisert ved at elementet er blitt fremstilt ved nålestikkeprosessen.