RU2747649C2

RU2747649C2 - Combination system and method for preparing reservoir water and sea water for repeated injection into underwater oil reservoir

Info

Publication number: RU2747649C2
Application number: RU2019104644A
Authority: RU
Inventors: Джованни КАВАЛЬКАНТИ НУНЬЕС; Сильвио Эдегар ВЕШЕНФЕЛЬДЕР; Джойс МОНТЕЙРО САМБАДЕ
Original assignee: Петролео Бразильеро С.А. - Петробрас; Универсидаде Федерал До Рио Де Жанейро - Уфрж; ПЬЯШЕК БОРГЕС, Кристиано; Джованни КАВАЛЬКАНТИ НУНЬЕС; Сильвио Эдегар ВЕШЕНФЕЛЬДЕР; Джойс МОНТЕЙРО САМБАДЕ
Priority date: 2016-07-20
Filing date: 2017-07-19
Publication date: 2021-05-11
Also published as: BR102016016758A2; RU2019104644A3; AU2017298020B2; CN109963814A; RU2019104644A; WO2018014096A1; CA3042570A1; AU2017298020A1; CN115925051A

Abstract

FIELD: oil industry.

SUBSTANCE: invention relates to water treatment systems at offshore oil production complexes, in particular to a combination system, and a method for preparing reservoir water and seawater for re-injection into the oil reservoir of an offshore field. The system contains: one or more inputs for the water to be prepared; two or more preparation modules (20). At the same time, each module contains: one or more sets of micro-or ultrafiltration membranes (20a, 20b, 20c), adapted for removing oil and solid particles from the reservoir water to be prepared; or one or more sets of nanofiltration membranes (20a, 20b, 20c) adapted for removing sulfate ions from the seawater to be prepared; and one or more outlets for the prepared water. In this case, the volume of water to be treated is directed to the water treatment modules (20) containing micro-or ultrafiltration membranes, or to the water treatment modules containing nanofiltration membranes, depending on the water quality in terms of oil and solid content or the content of sulfate ions.

EFFECT: ensured re-injection of reservoir water without the need for an additional treatment system on the platform, as well as reduced oil discharge into the sea and reduced installation, operation and maintenance costs.

23 cl, 5 dwg

Description

Область техники, к которой относится настоящее изобретениеTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

[0001] Настоящее изобретение относится к системам подготовки воды на морских нефтедобывающих комплексах. В частности, настоящее изобретение относится к системам подготовки пластовой воды и морской воды для добычи вторичными методами из нефтяных скважин. [0001] The present invention relates to water treatment systems for offshore oil production facilities. In particular, the present invention relates to systems for treating formation water and seawater for secondary production from oil wells.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретенияPrior art of the present invention

[0002] Широко известно, что одним из технических решений, применяемых при добыче вторичными методами на морских нефтедобывающих комплексах, является закачка подготовленной морской воды. В этом контексте известно, что морская вода содержит значительное количество сульфат-ионов (SO₄ ^-2), приблизительно 2800 мг/л. Когда морскую воду закачивают на месторождениях, на которых пластовая вода (связанная вода) содержит в растворе достаточное количество ионов бария (Ba⁺²), стронция (Sr⁺²) или кальция (Ca²⁺), контакт этих двух фронтов обычно вызывает выпадение в осадок сульфатов: сульфата бария (BaSO₄), сульфата стронция (SrSO₄) или сульфата кальция (CaSO₄). Эти соли очень плохо растворимы и вызывают повреждение пласта за счет закупоривания пор выпавшими в осадок солями. Они также могут осаждаться в эксплуатационных трубопроводах и оборудовании технологической установки. [0002] It is widely known that one of the technical solutions used in secondary production at offshore oil production complexes is the injection of treated seawater. In this context, it is known that seawater contains a significant amount of sulfate ions (SO ₄ ^-2 ), approximately 2800 mg / l. When seawater is pumped into fields where the formation water (bound water) contains a sufficient amount of barium (Ba ⁺² ), strontium (Sr ⁺² ) or calcium (Ca ²⁺ ) ions in solution, the contact of these two fronts usually causes precipitation into sulfate sediment: barium sulfate (BaSO ₄ ), strontium sulfate (SrSO ₄ ) or calcium sulfate (CaSO ₄ ). These salts are very poorly soluble and cause formation damage by clogging the pores with precipitated salts. They can also settle in production lines and process plant equipment.

[0003] В зависимости от содержания бария и стронция в пластовой воде может потребоваться развертывание установки очистки от сульфатов с целью подготовки морской воды для закачки в пласт, как показано на фиг. 1. В установке очистки от сульфатов мембраны нанофильтрации (которые могут быть керамическими или полимерными) используют для удаления из морской воды сульфат-ионов. Поскольку морская вода содержит в своем составе твердые частицы, а также морскую флору и фауну, для повышения эффективности установки очистки от сульфатов на ее входе необходимо устанавливать фильтры. Фильтрацию осуществляют сначала фильтрами грубой очистки, а затем фильтрами патронного типа с потоком меньшего диаметра. [0003] Depending on the barium and strontium content of the formation water, it may be necessary to deploy a sulphate removal unit to prepare seawater for injection into the formation, as shown in FIG. 1. In a sulfate removal unit, nanofiltration membranes (which can be ceramic or polymer) are used to remove sulfate ions from seawater. Since seawater contains solid particles, as well as marine flora and fauna, it is necessary to install filters at its inlet to increase the efficiency of the sulphate purification unit. Filtration is carried out first by coarse filters, and then by cartridge-type filters with a stream of smaller diameter.

[0004] В установке очистки от сульфатов вода проходит через нанофильтрационные мембраны, при этом ее часть, обычно 25%, приходится на сульфат-ионы, и ее отделяют для последующего сброса в море. Для достижения проектных технических требований к подготовленной воде в отношении сульфат-ионов, согласно схеме, представленной на фиг. 2, используют два расположенных параллельно комплекта мембран, за которыми последовательно расположен третий комплект. [0004] In a sulfate removal plant, water passes through nanofiltration membranes, with a portion, usually 25%, of sulfate ions, and is separated for subsequent discharge into the sea. To achieve the treated water design specifications for sulfate ions, as shown in FIG. 2, two sets of membranes are used in parallel, followed by a third set in series.

[0005] После подготовки воды в установке очистки от сульфатов, она приходит в соответствие с необходимыми техническими требованиями и может быть закачана в нефтяной пласт для добычи вторичными методами. [0005] Once the water is treated in a sulfate removal unit, it meets the required specifications and can be injected into the oil reservoir for secondary recovery.

[0006] Кроме того, известно также, что пластовую воду, поступающую на установку очистки, обрабатывают с целью удаления капель нефти. Традиционные технические решения для этого типа подготовки характеризуются конфигурацией, представленной в общем и упрощенном виде на фиг. 1. [0006] In addition, it is also known that produced water entering a treatment plant is treated to remove oil droplets. Traditional technical solutions for this type of preparation are characterized by the configuration shown in general and simplified form in FIG. one.

[0007] В частности, пластовая вода проходит процесс подготовки для разделения водной и нефтяной фаз, причем в состав этого процесса входит гравитационное разделение, гидроциклоны и флотирование, а затем воду направляют на сброс в море в соответствии с действующим природоохранным законодательством. Вода, не предназначенная для сброса, на некоторых платформах может быть направлена в резервуар, который называют «резервуаром некондиционных сточных вод», где на отделение нефтяной фазы отводится больше времени, а в некоторых случаях вода может быть переработана на очистном сооружении. [0007] In particular, produced water undergoes a process of preparation for separation of water and oil phases, and this process includes gravity separation, hydrocyclones and flotation, and then the water is sent for discharge into the sea in accordance with current environmental legislation. Non-discharge water on some platforms may be directed to a reservoir called a “slop waste water reservoir”, where it takes more time to separate the oil phase, and in some cases the water can be processed at a treatment plant.

[0008] Однако это оборудование для подготовки пластовой воды обладает меньшей эффективностью при удалении твердых частиц и капель нефти размерами менее 5,0 мкм. Такие условия ограничивают общую эффективность подготовки и, следовательно, получения выходящего потока с характеристиками, пригодными для пластов с большими ограничениями с точки зрения содержания взвешенных твердых частиц, нефти и смазочных материалов. Поэтому после подготовки пластовая вода предназначена для сброса в море и не предназначена для повторной закачки, поскольку она содержит взвешенные твердые частицы, нефть и смазочные материалы. [0008] However, this formation water treatment equipment is less effective in removing particulate matter and oil droplets smaller than 5.0 microns. These conditions limit the overall efficiency of preparation and hence the production of an effluent with characteristics suitable for formations with severe solids, oil and lubricants constraints. Therefore, after treatment, the produced water is intended for discharge into the sea and is not intended for re-injection, since it contains suspended solids, oil and lubricants.

[0009] Таким образом, в настоящее время на морских объектах нефтедобычи пластовую воду после подготовки направляют только на сброс. Низкая эффективность традиционных очистных сооружений для пластовой воды, используемых для получения содержания твердых частиц и нефти в соответствии с требованиями к повторной закачке в пласты с большими ограничениями, помимо прочих факторов, является одной из причин неосуществимости повторной закачки. Соответственно, в современных проектах добычи вторичными методами этой альтернативой по-прежнему пренебрегают. [0009] Thus, at present, at offshore oil production facilities, produced water after treatment is sent only for discharge. The low efficiency of traditional produced water treatment plants used to obtain solids and oil grades to meet highly constrained re-injection requirements, among other factors, is one of the reasons why re-injection is not feasible. Accordingly, in modern secondary mining projects, this alternative is still neglected.

[0010] Следует отметить, что разработка системы подготовки, которая позволяет закачивать пластовую воду повторно, является очень интересным вариантом для нефтедобывающего сектора, главным образом, в силу тенденции к ужесточению природоохранного законодательства, а также перехода к повышению культуры производства в этой сфере деятельности. [0010] It should be noted that the development of a treatment system that allows re-injecting formation water is a very interesting option for the oil production sector, mainly due to the tendency to tighten environmental legislation, as well as the transition to an increase in production culture in this area of activity.

[0011] В этом смысле технология разделения микро/ультрафильтрационными мембранами (керамическими мембранами) оказалась интересным вариантом для этой задачи, поскольку при использовании в подготовке пластовой воды она дает в результате воду с низким содержанием нефти и твердых частиц. [0011] In this sense, micro / ultrafiltration membrane (ceramic membranes) separation technology has proven to be an interesting option for this task because, when used in formation water treatment, it results in water with low oil and solids content.

[0012] Как известно из уровня техники, в процессе разделения микро/ультрафильтрационными мембранами вода проходит через мембраны, при этом часть подаваемого объема накапливает неотфильтрованную нефть и повторно возвращается в систему. [0012] As is known in the art, during separation with micro / ultrafiltration membranes, water passes through the membranes, with a portion of the supply volume accumulating unfiltered oil and re-returning to the system.

[0013] В статье «Ceramic Ultra-and Nanofiltration Membranes for Oilfield Produced Water Treatment», Ashaghi, K. Shams et al., представлен обзор использования микро/ультрафильтрационных керамических мембран для подготовки пластовой воды (удаления твердых частиц и частиц нефти). В этой научной статье представлено несколько технических решений с использованием микро/ультрафильтрационных керамических мембран, и их описание включено в настоящий документ посредством ссылки. [0013] The article "Ceramic Ultra-and Nanofiltration Membranes for Oilfield Produced Water Treatment", Ashaghi, K. Shams et al. Provides an overview of the use of micro / ultrafiltration ceramic membranes for treatment of formation water (removal of solids and oil particles). This scientific article presents several technical solutions using micro / ultrafiltration ceramic membranes, and their description is incorporated herein by reference.

[0014] В статье «Evaluation of membranes for the treatment of water from the oil extraction process», Weschenfelder, Silvio E. et al., один из авторов настоящего изобретения описывает исследование по оценке производительности мембран для подготовки пластовой воды путем длительных испытаний реального стока, учитывая изменения потока фильтрата и характеристик полученного стока. Результаты показывают, что путем использования мембран с размером пор 0,1 мм возможно получить отфильтрованный поток с содержанием твердых частиц менее 1 мг/л и содержанием нефти и смазочных материалов в диапазоне от 1 до 3 мг/л. Кроме того, в этом документе описано, что при помощи процесса химической регенерации возможно на 95% восстановить первоначальную проницаемость микро/ультрафильтрационной керамической мембраны. Содержание этого документа также включено в настоящий документ посредством ссылки. [0014] In the article "Evaluation of membranes for the treatment of water from the oil extraction process", Weschenfelder, Silvio E. et al., One of the authors of the present invention describes a study to evaluate the performance of membranes for the preparation of produced water by long-term tests of real flow , taking into account the changes in the flow of the filtrate and the characteristics of the resulting effluent. The results show that by using membranes with a pore size of 0.1 mm it is possible to obtain a filtered stream with a solids content of less than 1 mg / L and an oil and lubricant content in the range of 1 to 3 mg / L. In addition, this document describes that it is possible to restore 95% of the original permeability of a micro / ultrafiltration ceramic membrane by means of a chemical regeneration process. The contents of this document are also incorporated herein by reference.

[0015] При нынешнем подходе, если будет решено применить процесс разделения микро/ультрафильтрационными мембранами в дополнение к традиционной подготовке пластовой воды, например, с целью повторной закачки, на очистном сооружении потребуется дополнительная система, что описано в приведенных выше документах известного уровня техники. Это влечет за собой более значительные расходы по развертыванию, эксплуатации и техническому обслуживанию, повышает сложность эксплуатации, а также увеличивает общую массу и необходимую площадь платформы. [0015] With the current approach, if a micro / ultrafiltration membrane separation process is to be applied in addition to traditional formation water treatment, for example for re-injection, an additional system will be required at the treatment plant as described in the prior art documents cited above. This translates into higher deployment, operation and maintenance costs, increased operational complexity, and increased overall platform weight and footprint.

[0016] Таким образом, исходя из известного уровня техники, очевидно, что на сегодняшний день отсутствует система подготовки пластовой воды, позволяющая осуществлять повторную закачку без дополнительной системы подготовки. [0016] Thus, based on the prior art, it is obvious that today there is no formation water treatment system that allows re-injection without an additional treatment system.

[0017] Как более подробно подробнее описано ниже, настоящее изобретение направлено на практическое, эффективное и экономичное решение описанных выше проблем известного уровня техники. [0017] As described in more detail below, the present invention is directed to a practical, effective and economical solution to the problems of the prior art described above.

Краткое раскрытие настоящего изобретенияBrief disclosure of the present invention

[0018] Основной целью настоящего изобретения является предоставление комбинированных системы и способа подготовки морской воды и пластовой воды, которые позволят осуществлять повторную закачку пластовой воды без необходимости в использовании дополнительной системы подготовки на платформе. [0018] The main object of the present invention is to provide a combined seawater and formation water treatment system and method that will allow formation water to be re-injected without the need for an additional on-platform treatment system.

[0019] Для достижения описанной выше цели настоящее изобретение предоставляет комбинированную систему для подготовки пластовой воды и морской воды для повторной закачки в нефтяной пласт морского месторождения, содержащую: (i) по меньшей мере один вход для воды, которая подлежит подготовке; (ii) по меньшей мере два модуля подготовки воды путем микро/ультрафильтрации, причем каждый модуль содержит: (ii-а) по меньшей мере один комплект микро/ультрафильтрационных мембран, приспособленных для удаления нефти и твердых частиц из воды, подлежащей подготовке, или (ii-b) по меньшей мере один комплект нанофильтрационных мембран, приспособленных для удаления сульфат-ионов из воды, подлежащей подготовке; (iii) по меньшей мере один выход для подготовленной воды, при этом объем воды, подлежащей подготовке, направляют в модуль подготовки воды, содержащий микро/ультрафильтрационные мембраны, или в модуль подготовки воды, содержащий нанофильтрационные мембраны, в зависимости от качества воды с точки зрения содержания нефти и твердых частиц или содержания сульфат-ионов. [0019] To achieve the above object, the present invention provides a combined system for treating formation water and seawater for re-injection into an offshore oil reservoir, comprising: (i) at least one inlet for water to be treated; (ii) at least two micro / ultrafiltration water treatment modules, each module comprising: (ii-a) at least one set of micro / ultrafiltration membranes adapted to remove oil and particulate matter from the water to be treated, or ( ii-b) at least one set of nanofiltration membranes adapted to remove sulfate ions from the water to be treated; (iii) at least one outlet for treated water, while the volume of water to be treated is directed to a water treatment module containing micro / ultrafiltration membranes, or to a water treatment module containing nanofiltration membranes, depending on the water quality in terms of oil and solids content or sulfate ion content.

[0020] Настоящее изобретение дополнительно предоставляет комбинированный способ подготовки пластовой воды и морской воды для повторной закачки в нефтяной пласт морского месторождения, по существу предусматривающий следующие стадии: (i) направление пластовой воды, подлежащей подготовке, к модулю подготовки воды, содержащему по меньшей мере один комплект микро/ультрафильтрационных мембран, приспособленных для удаления нефти и твердых частиц, или (ii) направление морской воды, подлежащей подготовке, к модулю подготовки воды, содержащему по меньшей мере один комплект нанофильтрационных мембран, приспособленных для удаления сульфат-ионов. При этом объем воды, подлежащей подготовке, направляют в модули подготовки воды, содержащие микро- или ультрафильтрационные мембраны, или в модуль подготовки воды, содержащий нанофильтрационные мембраны, в зависимости от качества воды с точки зрения содержания нефти и твердых частиц или содержания сульфат-ионов. [0020] The present invention further provides a combined method of preparing formation water and seawater for re-injection into an offshore oil reservoir, essentially comprising the following steps: (i) directing the produced water to be treated to a water treatment module comprising at least one a set of micro / ultrafiltration membranes adapted to remove oil and particulate matter, or (ii) directing seawater to be treated to a water treatment module containing at least one set of nanofiltration membranes adapted to remove sulfate ions. In this case, the volume of water to be treated is sent to water treatment modules containing micro- or ultrafiltration membranes, or to a water treatment module containing nanofiltration membranes, depending on the water quality in terms of oil and solid particles content or sulfate ions content.

Краткое описание фигурBrief description of the figures

[0021] Представленное ниже подробное раскрытие сделано со ссылкой на прилагаемые фигуры и соответствующие номера позиций, приведенные на них. [0021] The following detailed disclosure is made with reference to the accompanying figures and the corresponding reference numbers given therein.

[0022] На фиг. 1 представлена принципиальная схема системы подготовки морской воды и пластовой воды для закачки и сброса, соответственно, согласно предшествующему уровню техники. [0022] FIG. 1 is a schematic diagram of a system for treating seawater and produced water for injection and discharge, respectively, according to the prior art.

[0023] На фиг. 2 представлена принципиальная схема примера подготовки морской воды для закачки в нефтяной пласт через установку очистки от сульфатов согласно предшествующему уровню техники. [0023] FIG. 2 is a schematic diagram of an example of seawater preparation for injection into an oil reservoir through a prior art sulphate removal unit.

[0024] На фиг. 3 представлена принципиальная схема модуля подготовки, содержащего нанофильтрационные или микро/ультрафильтрационные мембраны, согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения. [0024] FIG. 3 is a schematic diagram of a preparation module containing nanofiltration or micro / ultrafiltration membranes according to a preferred embodiment of the present invention.

[0025] На фиг. 4 представлена принципиальная схема одной из комбинированных систем подготовки морской воды и пластовой воды для повторной закачки согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения. [0025] FIG. 4 is a schematic diagram of one of the combined seawater and produced water re-injection systems in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

[0026] На фиг. 5 представлена принципиальная схема полной системы подготовки морской воды и пластовой воды для повторной закачки, содержащей комбинированную систему согласно настоящему изобретению. [0026] FIG. 5 is a schematic diagram of a complete seawater and produced water re-injection system comprising a combination system according to the present invention.

Подробное раскрытие настоящего изобретенияDetailed Disclosure of the Present Invention

[0027] Из вышесказанного понятно, что дальнейшее описание будет отличаться от предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения. Однако специалисту в данной области техники будет очевидно, что настоящее изобретение не ограничено этим конкретным вариантом осуществления. [0027] From the foregoing, it will be understood that the following description will differ from the preferred embodiment of the present invention. However, it will be obvious to a person skilled in the art that the present invention is not limited to this specific embodiment.

[0028] На фиг. 4 представлена упрощенная принципиальная схема одной из комбинированных систем подготовки морской воды и пластовой воды для последующей повторной закачки согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения. На этой фигуре по существу предполагается два входа для воды, подлежащей подготовке, а именно: один вход 2 для пластовой воды с высоким содержанием нефти и твердых частиц, и один вход 4 для морской воды с высоким содержанием сульфат-ионов. [0028] FIG. 4 is a simplified schematic diagram of one of the combined seawater and produced water treatment systems for subsequent re-injection in accordance with a preferred embodiment of the present invention. This figure essentially assumes two inlets for the water to be treated, namely one inlet 2 for formation water with a high oil and solids content and one inlet 4 for seawater with a high sulfate ion content.

[0029] Пластовую воду предпочтительно хранят по меньшей мере в одной емкости 10 прежде, чем ее направляют на сброс или подготовку при помощи комбинированной системы согласно настоящему изобретению. [0029] The produced water is preferably stored in at least one vessel 10 before being sent for discharge or treatment using the combination system of the present invention.

[0030] Предпочтительно, собранная для подготовки и последующей закачки морская вода проходит через последовательность фильтров, при этом в первом фильтре предусмотрены фильтрующие элементы с более крупной сеткой, а в последующих фильтрах предусмотрены фильтрующие элементы с более мелкой сеткой. Предпочтительно, первый фильтр 12 удерживает частицы размером до 500 мкм, второй фильтр 14 удерживает частицы размером до 25 мкм, и третий фильтр 16 удерживает до 5 мкм. [0030] Preferably, the seawater collected for preparation and subsequent injection passes through a series of filters, with the first filter having coarser mesh filter elements and subsequent filters having finer mesh filter elements. Preferably, the first filter 12 retains particles up to 500 microns, the second filter 14 retains particles up to 25 microns, and the third filter 16 retains up to 5 microns.

[0031] Предпочтительно, соответствующим образом собранные пластовая вода и морская вода перед входом в каждый из модулей 20 подготовки воды поступают по меньшей мере в один манифольд 18, состоящий из множества регулирующих водяных клапанов. [0031] Preferably, the appropriately collected formation water and seawater, before entering each of the water treatment units 20, are supplied to at least one manifold 18, which consists of a plurality of water control valves.

[0032] Каждый модуль 20 подготовки воды содержит по меньшей мере один комплект микро/ультрафильтрационных мембран (керамических мембран), приспособленных для удаления нефти и твердых частиц из пластовой воды, или по меньшей мере один комплект нанофильтрационных мембран (керамических или полимерных мембран), приспособленных для удаления сульфат-ионов из морской воды. Таким образом, по меньшей мере один манифольд 18 направляет через свои регулирующие клапаны пластовую воду в модули, содержащие микро/ультрафильтрационные мембраны, и отобранную морскую воду в модули, содержащие нанофильтрационные мембраны. Предпочтительно, по меньшей мере один манифольд разделен на два манифольда, при этом один манифольд регулирует вход для пластовой воды в модулях, содержащих микро/ультрафильтрационные мембраны, а другой манифольд регулирует поступление морской воды в модули, содержащие нанофильтрационные мембраны. [0032] Each water treatment module 20 contains at least one set of micro / ultrafiltration membranes (ceramic membranes) adapted to remove oil and solids from formation water, or at least one set of nanofiltration membranes (ceramic or polymer membranes) adapted to remove sulfate ions from seawater. Thus, at least one manifold 18 directs formation water through its control valves to modules containing micro / ultrafiltration membranes and sampled seawater to modules containing nanofiltration membranes. Preferably, at least one manifold is split into two manifolds, one manifold regulating the formation water inlet in modules containing micro / ultrafiltration membranes, and the other manifold regulating the seawater flow in modules containing nanofiltration membranes.

[0033] Предпочтительно, по меньшей мере один манифольд 18 гидравлически связан с двумя входными каналами для воды, подлежащей подготовке, а именно: одним входным каналом 2 для пластовой воды и одним входным каналом 4 для морской воды. Отдельно каждый из этих входных каналов разделен на несколько параллельных вторичных каналов, по одному вторичному каналу для каждого модуля подготовки. Перед входом в каждый модуль 20 подготовки вторичные каналы для пластовой воды и морской воды подают воду в единый входной канал для каждого модуля, причем этот канал расположен ниже по потоку от каждого из регулирующих клапанов. [0033] Preferably, at least one manifold 18 is in fluid communication with two inlets for water to be treated, namely one inlet 2 for formation water and one inlet 4 for seawater. Separately, each of these input channels is divided into several parallel secondary channels, one secondary channel for each preparation module. Before entering each preparation module 20, secondary channels for produced water and seawater supply water to a single inlet channel for each module, and this channel is located downstream of each of the control valves.

[0034] Регулирующие клапаны располагают выше по потоку от каждого из модулей 20 подготовки, так что каждый из клапанов регулирует поступление от каждого из вторичных каналов одного типа воды, подлежащей подготовке, а именно, пластовой воды или морской воды. [0034] Control valves are located upstream of each of the conditioning units 20 so that each of the valves controls the flow from each of the secondary channels of the same type of water to be treated, namely produced water or seawater.

[0035] Предпочтительно, пластовая вода не смешивается с морской воды до поступления в модули 20 подготовки. Иными словами, если регулирующий клапан на входе пластовой воды открыт, то регулирующий клапан на входе морской воды должен быть предпочтительно закрыт. [0035] Preferably, the produced water does not mix with the seawater prior to entering the preparation units 20. In other words, if the formation water inlet control valve is open, the seawater inlet control valve should preferably be closed.

[0036] Предпочтительно, каждый модуль 20 подготовки содержит только один тип мембраны, а именно, нанофильтрационные или микро/ультрафильтрационные мембраны. Таким образом, предпочтительно, если конкретный модуль 20 подготовки содержит только нанофильтрационные мембраны, в него будет направляться только морская вода при закрытом регулирующем клапане пластовой воды. Аналогично, пластовую воду будут направлять в модуль 20 подготовки, содержащий только микро/ультрафильтрационные мембраны. [0036] Preferably, each preparation module 20 contains only one type of membrane, namely nanofiltration or micro / ultrafiltration membranes. Thus, preferably, if a particular preparation module 20 contains only nanofiltration membranes, only seawater will be directed to it with the produced water control valve closed. Likewise, the produced water will be directed to the treatment unit 20 containing only micro / ultrafiltration membranes.

[0037] Каждый модуль 20 подготовки рассчитан на возможность смены нанофильтрационных мембран на микро/ультрафильтрационные мембраны. Другими словами, в зависимости от потребности в обработке каждого типа воды, в каждом модуле нанофильтрационные мембраны могут быть заменены на микро/ультрафильтрационные мембраны (и наоборот). [0037] Each preparation module 20 is designed to be able to exchange nanofiltration membranes for micro / ultrafiltration membranes. In other words, depending on the need for treatment of each type of water, nanofiltration membranes in each module can be replaced with micro / ultrafiltration membranes (and vice versa).

[0038] Например, следует ожидать, что вскоре после внедрения комбинированной системы согласно настоящему изобретению будет существовать только потребность в подготовке морской воды при помощи нанофильтрационных мембран, поскольку пластовой воды еще не будет. Следовательно, практически все модули 20 подготовки могут быть оборудованы только нанофильтрационными мембранами. По мере образования пластовой воды потребность в обработке морской воды снижается. В этом случае нанофильтрационные мембраны модулей 20 подготовки заменяют на микро/ультрафильтрационные мембраны. [0038] For example, it should be expected that soon after the introduction of the combination system according to the present invention there will only be a need to treat seawater using nanofiltration membranes, since there will not be produced water yet. Therefore, virtually all preparation modules 20 can be equipped with nanofiltration membranes only. As formation water forms, the need for seawater treatment decreases. In this case, the nanofiltration membranes of the preparation modules 20 are replaced with micro / ultrafiltration membranes.

[0039] На фиг. 3 представлена принципиальная схема, которая подробно иллюстрирует модуль 20 подготовки согласно настоящему изобретению. Как уже упоминалось, в зависимости от типа воды (пластовая или морская), которая будет проходить через конкретный модуль, модуль 20 подготовки может содержать нанофильтрационные мембраны или микро/ультрафильтрационные мембраны. Каждый модуль содержит, по меньшей мере, один комплект 20 микро/ультрафильтрационных или нанофильтрационных мембран. Предпочтительно, как и в установке очистки от сульфатов из уровня техники, в каждом модуле было предусмотрено два комплекта параллельных мембран 20a и 20b, за которыми следует третий комплект мембран 20c, расположенный последовательно. [0039] FIG. 3 is a schematic diagram that illustrates in detail the preparation module 20 according to the present invention. As already mentioned, depending on the type of water (reservoir or sea) that will pass through a particular module, the preparation module 20 may contain nanofiltration membranes or micro / ultrafiltration membranes. Each module contains at least one set of 20 micro / ultrafiltration or nanofiltration membranes. Preferably, as in the prior art sulphate decontamination plant, each module has been provided with two sets of parallel membranes 20a and 20b, followed by a third set of membranes 20c in series.

[0040] Предпочтительно, в случае, когда модуль 20 подготовки снабжен нанофильтрационными мембранами для удаления сульфат-ионов из морской воды, подлежащая подготовке вода проходит через первые два комплекта нанофильтрационных мембран, расположенных параллельно, в результате чего наибольшая часть объема подготовленной воды содержит сульфат-ионы в низкой концентрации, при этом ее подают на закачку в пласт. [0040] Preferably, in the case where the preparation module 20 is equipped with nanofiltration membranes to remove sulfate ions from seawater, the water to be treated passes through the first two sets of nanofiltration membranes arranged in parallel, whereby the largest part of the treated water volume contains sulfate ions in low concentration, while it is supplied for injection into the formation.

[0041] Остаток воды, проходящей через первые комплекты мембран, с высокой концентрацией сульфат-ионов направляют на третий комплект мембран 20c, который расположен последовательно по отношению к первым двум. Третий комплект осуществляет подготовку воды с более высокой концентрацией сульфат-ионов, при этом он также выдает большую часть с низкой концентрацией сульфат-ионов, которая будет смешана с водой, подготовленной первыми двумя комплектами мембран, и меньшую часть с очень высокой концентрацией сульфат-ионов, которую обычно сбрасывают в море. [0041] The remainder of the water passing through the first sets of membranes with a high concentration of sulfate ions is directed to a third set of membranes 20c, which is located in series with respect to the first two. The third set prepares water with a higher concentration of sulfate ions, while it also produces a large part with a low concentration of sulfate ions, which will be mixed with the water prepared by the first two sets of membranes, and a smaller part with a very high concentration of sulfate ions. which is usually dumped into the sea.

[0042] Воду с низкой концентрацией сульфат-ионов после комплектов нанофильтрационных мембран используют для закачки в пласт, при этом она может быть подвергнута дополнительным стадиям подготовки. [0042] Water with a low concentration of sulfate ions after the sets of nanofiltration membranes is used for injection into the formation, and it can be subjected to additional stages of preparation.

[0043] В случае, когда модуль 20 подготовки снабжен микро/ультрафильтрационными мембранами для удаления нефти и твердых частиц, процедура очень похожа на вышеописанную. Предпочтительно, подлежащая подготовке вода проходит через первые два комплекта мембран 20a, 20b, расположенных параллельно, в результате чего наибольшая часть объема подготовленной воды содержит нефть и твердые частицы в низкой концентрации, при этом ее направляют для повторной закачки в пласт. [0043] In the case where the preparation unit 20 is equipped with micro / ultrafiltration membranes to remove oil and particulate matter, the procedure is very similar to that described above. Preferably, the water to be treated passes through the first two sets of membranes 20a, 20b arranged in parallel, so that the largest part of the treated water volume contains oil and solids in low concentration, while it is sent for re-injection into the formation.

[0044] Остаток воды, проходящей через первые комплекты мембран, с высокой концентрацией нефти и твердых частиц направляют на третий комплект мембран 20c, который расположен последовательно по отношению к первым двум. Третий комплект осуществляет подготовку воды с более высокой концентрацией нефти и твердых частиц, при этом он также выдает большую часть с низкой концентрацией нефти и твердых частиц, которая будет смешана с водой, подготовленной первыми двумя комплектами мембран. Воду с низкой концентрацией нефти и твердых частиц, поступающую после подготовки всеми тремя комплектами микро/ультрафильтрационных мембран, используют для повторной закачки в пласт. [0044] The remainder of the water passing through the first sets of membranes, with a high concentration of oil and solids, is directed to a third set of membranes 20c, which is located in series with the first two. The third set treats water with a higher concentration of oil and solids, while it also produces a large portion with a lower concentration of oil and solids, which will be mixed with the water prepared by the first two sets of membranes. Low oil and solids concentration water from all three sets of micro / ultrafiltration membranes is used for re-injection into the reservoir.

[0045] В зависимости от качества воды, подлежащей подготовке, каждый модуль 20 подготовки может содержать больше или меньше последовательных и/или параллельных комплектов мембран. Таким образом, следует отметить, что настоящее изобретение не ограничено конфигурацией мембран, представленной на фиг. 3. [0045] Depending on the quality of the water to be treated, each preparation module 20 may contain more or less series and / or parallel sets of membranes. Thus, it should be noted that the present invention is not limited to the membrane configuration shown in FIG. 3.

[0046] Кроме того, в случае модуля 20 подготовки, который снабжен микро/ультрафильтрационными мембранами, меньшая часть объема воды с третьего комплекта мембран 20c, обладающая высокой концентрацией нефти и твердых частиц, может быть направлена на вход модуля 20 подготовки, как показано на фиг. 3. [0046] In addition, in the case of the preparation module 20, which is equipped with micro / ultrafiltration membranes, a smaller part of the water volume from the third set of membranes 20c, having a high concentration of oil and solids, can be directed to the inlet of the preparation module 20, as shown in FIG. ... 3.

[0047] Альтернативно, как показано на фиг. 5 (полная схема морской установки), вода с высокой концентрацией нефти и твердых частиц (нефтесодержащие сточные воды) может быть направлена в систему подготовки воды для отделения нефтяной фазы. Предпочтительно, воду с высокой концентрацией нефти и твердых частиц можно было направлять в некоторый отстойник, схематически показанный на фиг. 5 (отстойник 24). Таким отстойником может быть, например, резервуар некондиционных сточных вод, который обычно уже используют в очистных сооружениях для пластовой воды. Альтернативно, для осуществления этой стадии может быть предусмотрена дополнительная емкость помимо резервуара некондиционных сточных вод. [0047] Alternatively, as shown in FIG. 5 (complete layout of an offshore installation), water with a high concentration of oil and solids (oily waste water) can be sent to the water treatment system to separate the oil phase. Preferably, the water with a high concentration of oil and solids could be directed to some sort of settler, schematically shown in FIG. 5 (sump 24). Such a settling tank can be, for example, a substandard waste water tank, which is usually already used in treatment plants for produced water. Alternatively, an additional tank can be provided to carry out this step in addition to the off-grade waste water tank.

[0048] Необязательно, для отбора воды с низким содержанием нефти предусматривают по меньшей мере один выход в нижней части отстойника 24, поскольку плотность нефти меньше плотности воды, и через некоторое время нефть будет собираться наверху. Вода, отобранная через выход для воды в нижней части отстойника 24 и имеющая относительно низкое или среднее содержание нефти, может быть сброшена, если это предусмотрено, либо направлена в комбинированную систему подготовки согласно настоящему изобретению, где она будет направлена в модули 20 подготовки, содержащие микро/ультрафильтрационные мембраны, для новой подготовки с целью удаления нефти и твердых частиц. Нефтесодержащий концентрат, остающийся в отстойнике 24 после удаления некоторого количества воды, предпочтительно направляют в систему 23 разделения нефти и воды для дальнейшего использования нефти. Это способствует сведению к минимуму сброса нефти в море и лучшему использованию нефти, присутствующей в пластовой воде в общем объеме скважинной продукции. [0048] Optionally, at least one outlet is provided at the bottom of the settler 24 for withdrawing water with a low oil content, since the density of the oil is less than the density of the water, and after some time the oil will collect at the top. Water withdrawn from the water outlet at the bottom of the settler 24 and having a relatively low or medium oil content can be discharged, if provided, or sent to the combined treatment system according to the present invention, where it will be sent to treatment modules 20 containing micro / ultrafiltration membranes, for new treatment to remove oil and particulate matter. The oily concentrate remaining in the settler 24 after some water has been removed is preferably sent to an oil and water separation system 23 for further use of the oil. This helps to minimize the discharge of oil into the sea and to better utilize the oil present in the formation water in the total volume of well production.

[0049] Настоящее изобретение дополнительно предусматривает возможность выполнения процедуры обратной промывки мембран, используемых в модулях подготовки, в частности, микро/ультрафильтрационных мембран. Такую процедуру можно выполнять, например, при помощи насосов (не показаны) или регулируемых по времени клапанов на линии подготовленной воды и на линии подачи каждого комплекта. Эта процедура позволяет периодически менять направление потока в мембране на обратное, что обеспечивает очистку и поддержание ее эффективности. [0049] The present invention further provides the ability to perform a backwash procedure for membranes used in preparation modules, in particular micro / ultrafiltration membranes. Such a procedure can be performed, for example, using pumps (not shown) or time-controlled valves on the treated water line and on the supply line of each set. This procedure periodically reverses the direction of flow in the membrane to ensure cleaning and maintain efficiency.

[0050] Необязательно, выше или ниже по потоку от модулей 20 подготовки предусматривают по меньшей мере первый дегазатор 28 для дегазации морской воды, если требуется, до повторной закачки в пласт. [0050] Optionally, at least a first degasser 28 is provided upstream or downstream of the preparation modules 20 to degas the seawater, if required, prior to re-injection into the formation.

[0051] Настоящее изобретение дополнительно предусматривает комбинированный способ подготовки пластовой воды и морской воды для повторной закачки в пласт морского месторождения, по существу предусматривающий следующие стадии: [0051] The present invention further provides a combined method of preparing formation water and seawater for re-injection into an offshore formation, essentially comprising the following steps:

a) направление пластовой воды, подлежащей подготовке, в модули подготовки воды, содержащие по меньшей мере один комплект микро- или ультрафильтрационных мембран, приспособленных для удаления нефти и твердых частиц; илиa) directing the produced water to be treated to water treatment modules containing at least one set of micro- or ultrafiltration membranes adapted to remove oil and solid particles; or

b) направление морской воды, подлежащей подготовке, в модули подготовки воды, содержащие по меньшей мере один комплект нанофильтрационных мембран, приспособленных для удаления сульфат-ионов, причем объем воды, подлежащей подготовке, направляют в модули подготовки воды, содержащие микрофильтрационные или ультрафильтрационные мембраны, или в модули подготовки воды, содержащий нанофильтрационные мембраны, в зависимости от качества воды с точки зрения содержания нефти и твердых частиц или содержания сульфат-ионов.b) directing the seawater to be treated to water treatment modules containing at least one set of nanofiltration membranes adapted to remove sulfate ions, and the volume of water to be treated is directed to water treatment modules containing microfiltration or ultrafiltration membranes, or into water treatment modules containing nanofiltration membranes, depending on the quality of the water in terms of oil and solid particles or sulfate ions.

[0052] Следует также подчеркнуть, что все стадии подготовки, представленные в настоящем подробном раскрытии, применимы как к системе, так и к способу. [0052] It should also be emphasized that all of the preparation steps presented in this detailed disclosure are applicable to both the system and the method.

[0053] Таким образом, исходя из вышеописанного, настоящее изобретение предоставляет систему и способ подготовки морской воды и пластовой воды, которые позволяют выполнять повторную закачку пластовой воды без необходимости в дополнительной системе подготовки на платформе. Кроме того, настоящее изобретение предоставляет дополнительные преимущества, такие как снижение сброса нефти в море за счет более эффективной подготовки пластовой воды и снижение затрат на монтаж, эксплуатацию и техническое обслуживание, связанных с дополнительной системой на морской установке. [0053] Thus, based on the above, the present invention provides a seawater and formation water treatment system and method that allows formation water to be re-injected without the need for an additional on-platform treatment system. In addition, the present invention provides additional benefits such as reduced oil discharge to the sea due to more efficient treatment of produced water and reduced installation, operation and maintenance costs associated with an additional system in an offshore installation.

[0054] Возможны многочисленные вариации в отношении объема охраны настоящей заявки. Соответственно, следует дополнительно отметить, что настоящее изобретение не ограничено описанными выше конкретными наборами признаков/вариантами осуществления. [0054] Numerous variations are possible with respect to the scope of protection of the present application. Accordingly, it should be further noted that the present invention is not limited to the specific feature sets / embodiments described above.

Claims

1. Combined system for the preparation of formation water and seawater for re-injection into the oil reservoir of an offshore field, characterized in that it contains:

one or more inlets for water to be treated;

two or more training modules (20), each module containing:

one or more sets of micro- or ultrafiltration membranes (20a, 20b, 20c) adapted to remove oil and particulate matter from formation water to be treated; or

one or more sets of nanofiltration membranes (20a, 20b, 20c) adapted to remove sulfate ions from seawater to be treated; and

one or more outlets for treated water, while the volume of water to be treated is directed to water treatment modules (20) containing micro- or ultrafiltration membranes, or to water treatment modules containing nanofiltration membranes, depending on the water quality in terms of oil and solids content or sulfate ion content.

2. A system according to claim 1, characterized in that each of the preparation modules (20) comprises at least two sets of membranes (20a, 20b) arranged in parallel.

3. A system according to claim 1 or 2, characterized in that each of the preparation modules (20) comprises at least one set of membranes (20c) arranged in series with respect to other sets of membranes (20a, 20b).

4. The system according to any one of claims 1 to 3, characterized in that at least one inlet for water to be treated includes two inlets for water, namely one inlet (2) for produced water and one inlet (4 ) for sea water.

5. The system according to claim 4, characterized in that it further comprises at least one manifold (18) equipped with several valves adapted to control the type of water that will enter each of the water treatment modules (20), namely the reservoir water or sea water.

6. The system according to claim 5, characterized in that individually each of the input channels (2, 4) is divided into several secondary channels located in parallel, one secondary channel for each preparation module (20).

7. A system according to any one of claims 1 to 6, characterized in that each preparation module (20) contains only one type of membrane, namely nanofiltration or micro- or ultrafiltration membranes.

8. A system according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the membranes of each preparation module (20) are interchangeable.

9. The system according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it further comprises at least one settling tank (24) for water, adapted to separate the aqueous phase and the oil phase due to the density difference.

10. The system according to claim 9, characterized in that the water sump (24) is hydraulically connected to at least two treatment modules (20) and is located upstream or downstream of them, completing the cycle.

11. The system according to claim 9 or 10, characterized in that the water sump (24) is additionally hydraulically connected to at least one outlet for discharge into the sea and an inlet for produced water in order to separate water and oil.

12. A combined method for the preparation of formation water and seawater for re-injection into the oil reservoir of an offshore field, characterized in that it provides for the stages:

directing the water to be treated into two or more water treatment modules (20) containing one or more sets of micro- or ultrafiltration membranes adapted to remove oil and solid particles from the produced water to be treated; or

directing the water to be treated into two or more treatment modules (20) containing one or more sets of nanofiltration membranes adapted to remove sulfate ions from the seawater to be treated,

moreover, the volume of water to be treated is directed to water treatment modules (20) containing micro- or ultrafiltration membranes, or to water treatment modules containing nanofiltration membranes, depending on the type of water to be treated, namely formation water or seawater.

13. The method according to claim 12, characterized in that the step of directing the water to be treated to the preparation module (20) further comprises purifying the water using at least two sets of membranes (20a, 20b) arranged in parallel.

14. The method according to claim 12 or 13, characterized in that the step of directing the water to be treated to the preparation module (20) further includes purifying the water using at least one set of membranes (20c) arranged in series with other sets membranes (20a, 20b).

15. A method according to any one of claims 12-14, characterized in that the water to be treated is formation water enriched in oil and solid particles, and seawater enriched in sulfate ions.

16. The method according to claim 15, characterized in that it further comprises the step of controlling the type of water that will flow into each of the preparation modules (20), namely formation water or sea water, through at least one manifold (18), equipped with several valves.

17. The method according to any one of claims 12-16, characterized in that it further comprises the step of directing part of the water enriched in oil and solid particles from at least one preparation module (20) containing at least one set of micro- or ultrafiltration membranes to at least one settling tank (24).

18. A method according to claim 17, further comprising the step of density separation of the oil phase from the aqueous phase in the settler (24).

19. A method according to claim 18, further comprising the step of taking the separated aqueous phase through at least one water outlet provided in the lower part of the settler (24).

20. The method according to claim 19, characterized in that it further comprises the step of directing the selected aqueous phase for discharge into the sea or into at least one preparation module (20).

21. A method according to any one of claims 18-20, characterized in that it further comprises the step of directing the oily concentrate remaining in the settler (24) after the step of withdrawing the aqueous phase into the water-oil separation system (23).

22. A method according to any one of claims 14-21, characterized in that it further comprises at least one stage of degassing the prepared water in at least one degasser (28).

23. A method according to any one of claims 12 to 22, characterized in that it further comprises at least one stage of backwashing the membranes of at least one preparation module (20) by changing the direction of the water flow in it.