專利名稱：注水系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)涉及用于將水注入含烴地層中的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
存儲(chǔ)在地下含油地層中的油通過(guò)鉆入地層中的稱為生產(chǎn)井的井從含油地層中開(kāi)采出或生產(chǎn)出。如果僅通過(guò)一次采油，即僅使用地層能量來(lái)開(kāi)采油，則大量的這樣的油可能留在地下地層中。在原始地層能量不足或者已經(jīng)變得枯竭的情況下，可采用通常稱為二次開(kāi)采、三次開(kāi)采、強(qiáng)化開(kāi)采或一次開(kāi)采后開(kāi)采作業(yè)的補(bǔ)充作業(yè)。在這些作業(yè)中的一些作業(yè)中，流體通過(guò)將流體泵送通過(guò)鉆入地層中的一個(gè)或多個(gè)注入井中而注入到地層中，油在地層內(nèi)被驅(qū)替并且被移動(dòng)通過(guò)地層，且從鉆入 地層中的一個(gè)或多個(gè)生產(chǎn)井生產(chǎn)出。在這種特別的開(kāi)采作業(yè)中，可采用海水、現(xiàn)場(chǎng)水或現(xiàn)場(chǎng)鹽水作為注入流體，并且這種作業(yè)被稱為注水。注入水可被稱為注采液或注采水以區(qū)別于位于原地的地層水或原生水。隨后注入的流體可稱為驅(qū)動(dòng)流體。雖然水是最常見(jiàn)的注入和驅(qū)動(dòng)流體，但注入和驅(qū)動(dòng)流體可包括氣態(tài)流體，諸如空氣、蒸汽、二氧化碳等等。水可以單獨(dú)注入或者作為可互溶或不可互溶的驅(qū)替流體的組分而注入。海水(用于離岸井)和從相同地層或附近的地層生產(chǎn)出的鹽水以及來(lái)自江河和湖泊的水(用于岸上井)可能最常用作水源。1974年10月14日提交的英國(guó)專利說(shuō)明書(shū)No. I, 520, 877公開(kāi)了滲透性地層的二次采油使用驅(qū)替流體水來(lái)實(shí)現(xiàn)，驅(qū)替流體水的離子組成和/或離子濃度已經(jīng)在反滲透海水淡化裝置中進(jìn)行調(diào)整，從而使該水能與地層及與地層相關(guān)聯(lián)的原生水相容。海水通過(guò)反滲透海水淡化裝置進(jìn)行處理，以除去大部分二價(jià)或更高價(jià)離子，并且通過(guò)將濾液和濃縮物以預(yù)定比例混合或者通過(guò)在更高的進(jìn)料壓力下從每個(gè)循環(huán)中循環(huán)利用濃縮物而使其離子濃度得到調(diào)整。直徑為至少I微米的顆粒可在開(kāi)始時(shí)通過(guò)超濾設(shè)備除去。英國(guó)專利說(shuō)明書(shū)No. I, 520, 877通過(guò)引用將其整體結(jié)合入本文。美國(guó)專利申請(qǐng)2003/0230535公開(kāi)了一種用于淡化含鹽水層水的方法和井，其中含鹽水層水從地下含水層直接流入脫鹽水生產(chǎn)井的井下含水層流入?yún)^(qū)，在脫鹽水生產(chǎn)井中布置有由一個(gè)或多個(gè)脫鹽和/或凈化膜構(gòu)成的井下組件，它們將含鹽水層水分離成通過(guò)井開(kāi)采到地面的初級(jí)脫鹽水流和可被排放到地下鹽水處理區(qū)的二級(jí)濃縮鹽水截留(reject)流。美國(guó)專利申請(qǐng)2003/0230535通過(guò)引用將其整體結(jié)合入本文。代理人案號(hào)為TH2869的共同未決的已公開(kāi)PCT專利申請(qǐng)W02007/112254公開(kāi)了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括鉆入地下地層中的井；位于井的頂側(cè)的生產(chǎn)設(shè)備；連接到生產(chǎn)設(shè)備的水生產(chǎn)設(shè)備；其中水生產(chǎn)設(shè)備通過(guò)除去一些離子并且加入提高水的粘度和/或提高地層的烴采收率的試劑來(lái)生產(chǎn)出水，以及將該水注入到井中。共同未決的專利申請(qǐng)W02007/112254通過(guò)引用將其整體結(jié)合入本文。代理人案號(hào)為TH3740的共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 12/425,311公開(kāi)了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括鉆入地下含烴地層中的井；位于井的頂側(cè)的生產(chǎn)設(shè)備；連接到生產(chǎn)設(shè)備的水生產(chǎn)設(shè)備；其中水生產(chǎn)設(shè)備通過(guò)除去一些多價(jià)離子、然后除去一些單價(jià)離子并且隨后加回一些多價(jià)離子來(lái)生產(chǎn)出水，以及然后將該水注入到井中。共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 12/425，311通過(guò)引用將其整體結(jié)合入本文。參考圖1，示出了現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括水體102、地下地層104、地下地層106和地下地層108。生產(chǎn)設(shè)備110可設(shè)置在水體102的表面處。井112穿過(guò)水體102和地層104，并且在地層106中具有多個(gè)開(kāi)口。地層106的一部分可如圖所示在114處斷裂和/或穿孔。油和氣可從地層106通過(guò)井112生產(chǎn)到生產(chǎn)設(shè)備110。氣體和液體可彼此分離開(kāi)，氣體可存儲(chǔ)在氣體存儲(chǔ)裝置116中，液體可存儲(chǔ)在液體存儲(chǔ)裝置118中。本領(lǐng)域需要用于從地下地層中生產(chǎn)出油和/或氣的改善的系統(tǒng)和方法。特別地，本領(lǐng)域需要用于提供改善的注水的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括鉆入地下含烴地下地層中的井；位于井的頂側(cè)的生產(chǎn)設(shè)備；連接到生產(chǎn)設(shè)備的水生產(chǎn)設(shè)備；其中水生產(chǎn)設(shè)備通過(guò)除去一些多價(jià)離子、然后除去一些單價(jià)離子并且隨后加回一些單價(jià)離子來(lái)生產(chǎn)出水，以及然后將該水注入到井中。本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種方法，該方法包括從水中除去一些多價(jià)離子；從水中除去一些單價(jià)離子；將一些單價(jià)離子加入該水中；并將該水注入到地下地層中。在一些實(shí)施例中，處理過(guò)的水通過(guò)隨著油和氣一起生產(chǎn)出、進(jìn)行分離以及隨后被重新注入到地層中而重復(fù)利用。本發(fā)明的另一個(gè)方面提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括鉆入地下地層中的第一井；位于第一井的頂側(cè)的生產(chǎn)設(shè)備；連接到生產(chǎn)設(shè)備的水生產(chǎn)設(shè)備；鉆入地下地層中的第二井；其中水生產(chǎn)設(shè)備通過(guò)除去一些離子來(lái)生產(chǎn)出水，以及將該水注入到第二井和地下地層中。


圖I示出了現(xiàn)有技術(shù)的油氣生產(chǎn)系統(tǒng)。圖2示出了一種油氣生產(chǎn)系統(tǒng)。圖3示出了一種水處理系統(tǒng)。圖4不出了一種水處理系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式
圖2 :現(xiàn)在參考圖2，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，示出了系統(tǒng)200。系統(tǒng)200包括水體202、地層204、地層206和地層208。生產(chǎn)設(shè)備210可設(shè)置在水體202的表面處。井212穿過(guò)水體202和地層204，并且在地層206處具有多個(gè)開(kāi)口。地層的多個(gè)部分可如圖所示在214處斷裂和/或穿孔。當(dāng)油和氣從地層206中生產(chǎn)出時(shí)，油和氣進(jìn)入部分214中，并且沿井212向上行進(jìn)到生產(chǎn)設(shè)備210。氣體和液體可彼此分離開(kāi)，氣體可被送入氣體存儲(chǔ)裝置216中，液體可被送入液體存儲(chǔ)裝置218中，而水可被送入水生產(chǎn)設(shè)備230中。生產(chǎn)設(shè)備210能夠處理水，該水例如來(lái)自水體202和/或井212，水可被處理并存儲(chǔ)在水生產(chǎn)設(shè)備230中。來(lái)自井212的水可被送入水生產(chǎn)設(shè)備230。處理過(guò)的水可沿井232向下泵送到地層206的斷裂部分234。水穿過(guò)地層206來(lái)幫助生產(chǎn)出油和氣，隨后水、氣和油都可生產(chǎn)到井212、到生產(chǎn)設(shè)備210。隨后，水可例如通過(guò)將水返回到水生產(chǎn)設(shè)備230、在水生產(chǎn)設(shè)備中對(duì)該水進(jìn)行處理以及隨后重新注入到井232中而被重復(fù)利用。烴(例如油和/或氣)可通過(guò)穿透含烴地層或儲(chǔ)層的生產(chǎn)井212從地下地層206開(kāi)采出?？蓮纳a(chǎn)井212向地層的各部分214形成穿孔，以便于烴從含烴地層流入生產(chǎn)井中。水可在壓力下注入形成于地下地層206中的注入?yún)^(qū)234，以促進(jìn)經(jīng)由井田中的生產(chǎn)井的烴生產(chǎn)。水可以作為可互溶或可不互溶的驅(qū)替流體的組分單獨(dú)注入。海水(用于離岸井和/或岸上井)和從相同或附近的地層中生產(chǎn)出的鹽水(用于離岸井和/或岸上井)可用作水源。這樣的水含有一些量(濃度)的前體離子，諸如二價(jià)硫酸鹽(SO4-)，當(dāng)它們與存在于地層中的陽(yáng)離子(諸如Ba++、Sr++和Ca++)接觸時(shí)，可形成不溶性鹽。所生成的鹽(BaS04、SrSO4和CaSO4)在地下地層溫度和壓力下 是相對(duì)不溶的。這類鹽可從溶液中沉淀出來(lái)。不溶性鹽的沉淀可積聚并且因而堵塞地下流體通道。堵塞影響在靠近注入井232的地層內(nèi)和生產(chǎn)井212的穿孔處的通道中可能是最強(qiáng)的。當(dāng)注入水通過(guò)生產(chǎn)井212生產(chǎn)到地面時(shí)，由于隨著流體通過(guò)生產(chǎn)井運(yùn)動(dòng)到地面溫度和壓力下降，不溶性鹽的溶解度可能進(jìn)一步減小。地下或地層流體通道可包括在地層脈石中的孔隙、斷口、空隙、空腔、空洞、穿孔和穿過(guò)井(包括套管井和無(wú)套管井)的流體通道、井中的管道和其他流路。沉淀物可包括不溶性鹽、結(jié)晶或結(jié)垢。堵塞可包括流體通道和用于生產(chǎn)井流體和處理這些流體的管道的孔隙度和/或滲透性降低。注入水可包括被注入地下地層中以便于從地下地層開(kāi)采烴的任何含水流體。注入井232的一個(gè)目的是幫助烴從儲(chǔ)層流到生產(chǎn)井212。一種方法是將水在壓力下注入到生產(chǎn)區(qū)附近，以使集聚在地層206中的烴朝向生產(chǎn)井212運(yùn)動(dòng)。圖3:現(xiàn)在參考圖3，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，示出了用于水生產(chǎn)設(shè)備330的系統(tǒng)300。水生產(chǎn)設(shè)備330具有未處理過(guò)的水，例如來(lái)自水體的水、來(lái)自井的水、海水、城市供水或者其他水源。在334處，可從未凈化的水302中除去一些陽(yáng)離子，例如多價(jià)陽(yáng)離子，諸如二價(jià)陽(yáng)離子或三價(jià)陽(yáng)離子。在340處，可從未凈化的水302中除去單價(jià)陽(yáng)離子。一部分水可例如按從約5 %到約75 %體積、或按從約10 %到約50 %的體積、或按從約20%到約40%的體積通過(guò)管道350繞過(guò)340。隨后，處理過(guò)的水303從水生產(chǎn)設(shè)備330生產(chǎn)出。圖4 現(xiàn)在參考圖4，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，示出了用于水生產(chǎn)設(shè)備430的系統(tǒng)400。水生產(chǎn)設(shè)備430具有未處理過(guò)的水402，例如來(lái)自水體的水，來(lái)自井、地下地層、海水、污水處理廠、城市供水或者其他水源的水。在432處，可實(shí)行初級(jí)過(guò)濾以從水中除去固體。在433處，可除去硫酸鹽(SO4)。在434處，可除去一些二價(jià)陽(yáng)離子，例如除去所存在的二價(jià)陽(yáng)離子的大約60%到大約99%?？杀怀サ亩r(jià)陽(yáng)離子包括鎂(Mg)、鈣(Ca)、鐵(Fe)和/或銀(Sr)。在一些實(shí)施例中，433和/或434可用納米過(guò)濾膜系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在436處，可除去一些單價(jià)離子連同所結(jié)合的陰離子，例如除去所存在的陽(yáng)離子(如鈉(Na)和/或鉀(K))的大約60%到大約99%，所述陰離子例如是氯離子、氟離子和/或溴離子。在438處，一些單價(jià)陽(yáng)離子和/或二價(jià)陽(yáng)離子可被加回到水中，例如加回一些鈉、鉀、鎂、鈣和/或鍶。處理過(guò)的水403可通過(guò)水生產(chǎn)設(shè)備430生產(chǎn)出。在438處返回到水中的離子量可根據(jù)地層和儲(chǔ)存層的條件進(jìn)行設(shè)計(jì)或定制。例如，未處理過(guò)的水402、硫酸鹽滲透物433、二價(jià)截留物434、二價(jià)滲透物434和/或單價(jià)截留物436中的一種或多種可以在438處被加回，以獲得鹽度降低的水，該水具有足夠多的單價(jià)陽(yáng)離子和二價(jià)陽(yáng)離子，這避免了地層的粘土膨脹。由于不同粘土的反應(yīng)不同，每種水混合物可按地層粘土進(jìn)行定制。例如，為了避免蒙脫石粘土中的粘土膨脹，需要加入約3%的海水(參見(jiàn)圖5)，而為了避免伊利石粘土中的粘土膨脹，需要加入約0. 5%的海水(參見(jiàn)圖6)。
在一些實(shí)施例中，水生產(chǎn)設(shè)備330和/或430可使用基于膜的系統(tǒng)(例如，反滲透(RO)和/或納米過(guò)濾(NF)技術(shù))，諸如用于海水淡化、過(guò)濾和/或凈化。用于膜分離的滲透驅(qū)動(dòng)力可以是膜兩側(cè)間的凈壓力；該凈壓力被定義為進(jìn)料壓力減去滲透壓力或背壓力，小于進(jìn)料的滲透壓和滲透物的滲透壓之間的差值。美國(guó)專利US 4，723，603采用納米過(guò)濾膜用于專門從海水中除去硫酸鹽。硫酸鹽可通過(guò)納米過(guò)濾膜除去，并且納米過(guò)濾滲透物可富含氯化鈉但缺乏硫酸鹽。這種不含硫酸鹽的水可防止硫酸鋇的形成，硫酸鋇具有低的溶解度并可能導(dǎo)致堵塞。美國(guó)專利US4，723，603通過(guò)引用將其整體結(jié)合入本文。美國(guó)專利US 4，341，629公開(kāi)了通過(guò)使用兩個(gè)反滲透模塊來(lái)淡化海水，所述反滲透模塊可包括相同的膜(例如，截留率90%的三醋酸纖維素(CTA)反滲透膜)，或者兩種不同的膜(例如截留率80%的三醋酸纖維素膜和截留率98%的三醋酸纖維素膜)。美國(guó)專利US4, 341，629通過(guò)引用將其整體結(jié)合入本文。美國(guó)專利US 5，238，574公開(kāi)了使用多重反滲透膜模塊來(lái)處理海水。例如,可使用第一低壓反滲透膜繼之以高壓反滲透膜，或者可使用一系列的低壓反滲透膜，以提供不同水質(zhì)的滲透或者簡(jiǎn)單地產(chǎn)生組合滲透，在該組合滲透中，來(lái)自一個(gè)模塊的濃縮流連續(xù)地成為下一模塊的進(jìn)料流。美國(guó)專利US 5，238，574通過(guò)引用將其整體結(jié)合入本文。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)400可包括未處理過(guò)的水402，該未處理過(guò)的水來(lái)自諸如取自海洋的海水的含水進(jìn)料源，或者來(lái)自如從井中采出的具有二價(jià)陽(yáng)離子和單價(jià)陽(yáng)離子的任何鹽水源。例如，未凈化的海水可取自海洋、或者取自海上井或者取自敞開(kāi)式進(jìn)水口，該未凈化的海水最初使用大顆粒過(guò)濾器(未示出)和/或多介質(zhì)過(guò)濾器(通常可能是沙子和/或無(wú)煙煤)進(jìn)行初級(jí)過(guò)濾432，可選擇地隨后進(jìn)行濾筒過(guò)濾。在一些實(shí)施例中，工藝433、434和/或436可包括一個(gè)或多個(gè)反滲透濾筒，其可布置在一個(gè)或多個(gè)納米過(guò)濾濾筒的下游。反滲透濾筒和/或納米過(guò)濾濾筒可以是螺旋纏繞的半透膜的濾筒，或者是使用具有合適的膜特性的空心纖維技術(shù)制成的濾筒。例如，E. I. DuPont (杜邦公司)出售的空心細(xì)纖維(HFF)型反滲透濾筒，其由杜邦公司作為HFFB-9濾筒在市場(chǎng)上銷售并且其可以被使用。螺旋纏繞的半透膜濾筒可包括多個(gè)葉片，這些葉片是中間夾有一層多孔滲透物承載材料(例如聚酯纖維片材)的薄片狀半透膜材料的獨(dú)立封套。所述半透膜材料可以是那些市售材料中的任一種。夾在相鄰葉片之間可以是一定長(zhǎng)度的隔離材料，該隔離材料可以是合成絲的織造或其他開(kāi)孔篩網(wǎng)狀交叉設(shè)計(jì)，所述合成絲例如是聚丙烯或類似物交叉擠出絲(諸如那些以商標(biāo)名Vexar和Nalle出售的絲)，所述合成絲的設(shè)計(jì)提供用于將進(jìn)料水從一端通過(guò)壓力容器泵送到另一端的流動(dòng)通道。這種交替布置的葉片和隔離片然后圍繞具有多孔側(cè)壁的空心管螺旋纏繞，以形成合適的圓柱形濾筒。在美國(guó)專利US 4，842，736中公開(kāi)了一種螺旋纏繞的分離濾筒，該專利的內(nèi)容通過(guò)引用結(jié)合入本文，該分離濾筒提供從最終濾筒的一端到另一端軸向延伸的多個(gè)螺旋進(jìn)料通道，被處理的進(jìn)料液體沿軸向流動(dòng)通過(guò)這些螺旋進(jìn)料通道。在膜封套的內(nèi)部，滲透液體在承載材料內(nèi)沿螺旋路徑向內(nèi)流動(dòng)，直到其到達(dá)多孔中心管，在多孔中心管處，滲透液體匯集，并且隨后穿過(guò)該中心管沿軸向流向出口。
在一些實(shí)施例中，反滲透濾筒和/或納米過(guò)濾濾筒可以選擇成使得實(shí)現(xiàn)從海水或類似物生產(chǎn)出具有期望的離子濃度的處理過(guò)的水流的期望整體功能。反滲透元件或?yàn)V筒可以選自聚酰胺復(fù)合膜種類中的合適半透膜，其中聚酰胺薄膜可以界面地形成在多孔聚砜載體或類似物上，而該聚砜載體或類似物又形成在高度多孔性的纖維背襯材料上。反滲透膜可以設(shè)計(jì)成能截留大于約95%的不溶鹽，例如約98%或更多的不溶鹽。合適的市售反滲透膜包括那些由Osmonics公司出售的AG8040F和AG8040-400 ；由 Dow-FilmTec 出售的 SW30 系列和 LE ;由 Desalination Systems, Inc.出售的 Desal-11 ；由 Hydranautics 出售的 ESPA ;由 Fluid Systems, Inc.出售的 ULP ;以及由 TriSep 公司出售的ACM。可以采用納米過(guò)濾膜，該納米過(guò)濾膜被設(shè)計(jì)成選擇性地截留二價(jià)離子或多價(jià)離子，并且所使用的納米過(guò)濾元件或?yàn)V筒可截留含水進(jìn)料中的最小約80% (例如大于約90%、或約95%、或約98%)的二價(jià)離子或更多價(jià)離子。納米過(guò)濾膜還可至少適度地降低單價(jià)離子含量，例如可降低成小于單價(jià)離子含量的約70%、或少于約50%、或少于約30%、或少于約20%。合適的市售納米過(guò)濾膜可以片材形式或以成品螺旋纏繞濾筒形式購(gòu)買到，并包括那些由 Osmonics 出售的 Seasoft8040DK，8040DL和 Sesal DS-5 ;由 Dow-Film Tec 出售的 NF200 系列和 NF-55、NF-70 和 NF-90 ；由 Desalination Systems, Inc.出售的 DS-5 和DS-51 ;由 Hydranautics 出售的 ESNA-400 ;以及由 Fluid Systems, Inc.出售的 TFCS0在一些實(shí)施例中，機(jī)械方法(諸如使未處理過(guò)的水402通過(guò)納米過(guò)濾膜)可用來(lái)在該未處理過(guò)的水注入井眼和/或添加試劑440之前在地面上將離子從水中除去。海水可含有從約2700ppm到約2800ppm的二價(jià)S04_。納米過(guò)濾膜工藝433可以將該濃度降低到約20ppm到約150ppm。可以實(shí)現(xiàn)硫酸鹽濃度降低99%。在一些實(shí)施例中，化學(xué)藥品和/或添加劑可被注入到未處理過(guò)的水402中，以抑制晶體從不溶性鹽沉淀的原地生長(zhǎng)。多種添加劑在地面上被注入到水中，或者被直接注入到注入井中。生產(chǎn)井也經(jīng)常利用含有添加劑的新鮮鹽水的回流進(jìn)行處理，以防止通道堵塞。在一些實(shí)施例中，鹽水可通過(guò)多級(jí)閃蒸蒸餾、多效蒸餾、反滲透和/或蒸汽壓縮蒸餾來(lái)處理433、434和/或436。膜技術(shù)已經(jīng)被用在鹽水的預(yù)處理中，以降低鹽水相對(duì)淡水的高離子濃度?？梢允褂秒x子選擇膜，該離子選擇膜選擇性地防止特定離子通過(guò)該離子選擇膜，而同時(shí)允許水和其他離子通過(guò)離子選擇膜。膜的選擇性可以是膜的具體性能的函數(shù)，該具體性能包括膜的孔尺寸或電荷。因此，可以使用滿足這些標(biāo)準(zhǔn)的任何已知和市售的離子選擇膜。例如，聚酰胺膜對(duì)于選擇性地防止硫酸鹽、鈣、鎂和碳酸氫鹽離子通過(guò)尤其有效，并且可用于工藝433和/或434?？梢允褂蒙虡?biāo)名為SR90-400 (Film Tec Corporation)或Hydranautics CTC-I 的聚酰胺膜。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，含有高濃度硬性離子(例如二價(jià)陽(yáng)離子)的未處理過(guò)的水402通過(guò)離子選擇膜434，以形成具有降低濃度的硬性離子的軟化鹽水。軟化鹽水被供給到脫鹽系統(tǒng)436。隨后，一些硬性離子可在438處被加回到水中。微過(guò)濾(MF)、超過(guò)濾(UF)、納米過(guò)濾(NF)和反滲透(RO)都是允許從流體中除去寬范圍的中性分子或離子分子的壓力驅(qū)動(dòng)分離工藝。微過(guò)濾可用于除去大于約0. I微米的懸浮顆粒。超過(guò)濾可用于排除分子量大于約5000的不溶性分子。納米過(guò)濾膜可用于使至少一些鹽通過(guò)，但是使分子量大于約200道爾頓的有機(jī)化合物具有高截留率。反滲透膜可用于幾乎所有物質(zhì)的高度截留。雖然納米過(guò)濾和反滲透都能夠去除鹽類，然而它們通常在選擇性方面存在差別。納米過(guò)濾膜通常允許單價(jià)離子通過(guò)，而保持二價(jià)離子的高截留率。相對(duì)照地，反滲透膜對(duì)于幾乎所有離子(包括單價(jià)離 子，諸如鈉離子和氯離子)是相對(duì)不滲透的。納米過(guò)濾膜有時(shí)候被描述為“松”反滲透膜。一種能夠從水中除去不溶性鹽的合適的膜是醋酸纖維素，其選擇性地產(chǎn)生于被支撐在由相同材料制成的較厚的更多孔性層上的薄的有差別層。另一種合適的膜由哌嗪或取代的哌嗪制成。其他合適的膜包括聚合物，諸如商用FilmTec NF40納米過(guò)濾膜。在一些實(shí)施例中，螺旋纏繞的過(guò)濾器濾筒可用來(lái)將大量的反滲透膜或納米膜結(jié)合成小體積。這種元件可通過(guò)繞穿孔的滲透管包裹進(jìn)料隔離片、膜片和滲透物隔離片而制成。在一些實(shí)施例中，界面聚合可用來(lái)制成用于反滲透和納米過(guò)濾分離的薄膜復(fù)合膜。這種過(guò)程通常表現(xiàn)為胺和氯酸或異氰酸鹽之間的縮聚作用。反滲透膜實(shí)際上對(duì)所有離子(包括鈉和氯)有高的截留率。納米過(guò)濾膜往往具有允許分子量小于200道爾頓的中性分子和允許單價(jià)離子大量通過(guò)的特性。納米過(guò)濾膜還通常由于電荷相互作用而對(duì)二價(jià)離子具有高截留率。還可以生產(chǎn)出連續(xù)性質(zhì)介于反滲透膜和納米過(guò)濾膜之間的膜。除了具有對(duì)至少一種物質(zhì)的高截留率之外，商用膜通常具有高的透水性。在一些實(shí)施例中，用于反滲透和/或納米過(guò)濾的膜可以是哌嗪基膜，其中結(jié)合到聚合物中的至少60%的含胺單體可以是哌嗪或哌嗪衍生物分子。哌嗪基膜的一種典型例子是FilmTec NF40納米過(guò)濾膜，其通過(guò)在存在酸性受體N，N-二甲基哌嗪的條件下接觸哌嗪和TMC而制成。FilmTec商用膜NF45和SR90通過(guò)類似工藝制成，其中附加的專用化學(xué)制品被加入到水和/或有機(jī)相中。一些膜的特別有用的性質(zhì)是具有選擇性地除去一些分子而同時(shí)保留其他分子的能力。例如，乳品加工業(yè)已經(jīng)使用哌嗪基膜來(lái)聚集大的中性分子(乳清和乳糖)，而除去礦物質(zhì)。在其他情況下，希望單價(jià)鹽透過(guò)，而保持對(duì)二價(jià)離子的高截留率。在一些實(shí)施例中，工藝334、433和/或434可使用一個(gè)或一系列納米過(guò)濾裝置，諸如膜。在一些實(shí)施例中，工藝334和/或436可使用一個(gè)或多個(gè)反滲透裝置，諸如膜。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，處理過(guò)的水303和/或403可以與芳香烴(如苯、甲苯或二甲苯)；松脂；萘滿；氯代烴類(例如四氯化物或二氯甲烷)；或其他烴(例如,C5-Cltl烴和/或乙醇)；蒸汽；或硫化合物(例如，硫化氫)中的一種或多種組合，并且隨后被注入到地層中，以用于提高油采收率。例如，帶有用于增加粘度的試劑的處理過(guò)的水與乙醇進(jìn)行混合的混合物可被注入到地層中。注入水中的單價(jià)陽(yáng)離子和/或二價(jià)陽(yáng)離子含量的降低可獲得以下益處中的一種或多種
當(dāng)油通過(guò)將鈣橋接到粘土和油滴而附著到粘土表面上時(shí)，加入低鹽度水可使得鈣擴(kuò)散到本體溶液中并且釋放出油滴；當(dāng)油通過(guò)將鈣橋接到粘土和油滴而附著到粘土表面上時(shí)，加入低鹽度水可使得另一種離子取代鍵接到粘土的鈣，并通過(guò)多價(jià)離子交換而釋放出附著在鈣上的油滴；加入低鹽度的水可使得親油儲(chǔ)層轉(zhuǎn)換成親水儲(chǔ)層并且釋放出油；提高儲(chǔ)層的油采收率；以及提高高鹽度儲(chǔ)層的油采收率。
將多價(jià)陽(yáng)離子加入注入水中可獲得以下益處中的一種或多種減少粘土膨脹；提高儲(chǔ)層的油采收率；以及提高高鹽度儲(chǔ)層的油采收率。水通?？杀粏为?dú)注入地下含烴地層中或者作為可互溶驅(qū)替流體或不可互溶驅(qū)替流體的組分而注入地下含烴地層中，以從地層采收烴。未處理過(guò)的水302和/或402可從多種來(lái)源獲得，所述來(lái)源包括從相同地層生產(chǎn)出的鹽水、從遠(yuǎn)處地層生產(chǎn)出的鹽水、或海水。所有這些水相對(duì)淡水具有高的離子含量。存在于未處理過(guò)的水302和/或402中的一些離子可能有益于烴生產(chǎn)，例如，陽(yáng)離子和陰離子(包括K+、Na+、Cl' Br—和/或0H_)的某些組合和濃度可在易于對(duì)粘土由于膨脹或離子遷移而引起的破壞敏感的地層中不同程度地穩(wěn)定粘土。存在于未處理過(guò)的水302和/或402中的其他離子(或者有益于烴生產(chǎn)的相同離子)在原地可能產(chǎn)生有害作用，例如注入水中的二價(jià)S04_陰離子尤其是有問(wèn)題的，因?yàn)镾04_可能與已經(jīng)存在于地層中的陽(yáng)離子(諸如Ba++)形成鹽。所生成的鹽在地層溫度和壓力下是相對(duì)不溶的。因此，它們可能在原地從溶液中沉淀出。當(dāng)注入水隨烴被生產(chǎn)到地面時(shí)，由于生產(chǎn)井中的壓力和溫度降低，鹽的溶解度進(jìn)一步下降。不溶鹽的沉淀物可作為晶體結(jié)構(gòu)聚集在地下流體通道中，這最終堵塞通道并降低烴生產(chǎn)量。在生產(chǎn)出的流體更難繞過(guò)堵塞的通道的情況下，堵塞作用在位于靠近井眼的地層中和生產(chǎn)井中的通道內(nèi)可能是最嚴(yán)重的。從注入水中除去二價(jià)S04_陰離子還可降低可用于硫酸還原菌在地下環(huán)境中生長(zhǎng)的養(yǎng)分，以有效地減輕儲(chǔ)層酸化。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，處理過(guò)的水或處理過(guò)的水混合物303和/或403可被注入到地層206中，從地層206中生產(chǎn)出，并且隨后例如通過(guò)離心機(jī)或重力分離器從油和氣中回收，然后在水生產(chǎn)設(shè)備230中處理所述水，然后處理過(guò)的水或處理過(guò)的水混合物303和/或403被重新注入到地層206中。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，處理過(guò)的水或處理過(guò)的水混合物303和/或403可被注入到含油地層206中，可選地在該過(guò)程之前和/或之后，諸如用海水、表面活性劑溶液、烴流體、鹽水溶液或淡水沖洗。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，處理過(guò)的水或處理過(guò)的水混合物303和/或403可用于提高油采收率。處理過(guò)的水或處理過(guò)的水混合物303和/或403可用來(lái)驅(qū)使或推動(dòng)現(xiàn)在含油的注水離開(kāi)儲(chǔ)層，從而將原油從儲(chǔ)層中“驅(qū)掃”出去。當(dāng)處理過(guò)的水或處理過(guò)的水混合物303和/或403將油推出地層206中的孔并且到達(dá)生產(chǎn)井212時(shí)，油可在與注入井232間隔開(kāi)的生產(chǎn)井212處被采出。一旦油/驅(qū)動(dòng)流體到達(dá)地面，其可以被放入保存罐218中，從而使油通過(guò)自然重力與水分離。
油的開(kāi)采量可作為原始地質(zhì)儲(chǔ)量(OOIP)的函數(shù)測(cè)得。油的開(kāi)采量可以大于原始地質(zhì)儲(chǔ)量的約5%重量,例如原始地質(zhì)儲(chǔ)量的10%重量或更多，或原始地質(zhì)儲(chǔ)量的15%重量或更多。這種工藝和系統(tǒng)對(duì)于從含有地層驅(qū)替開(kāi)采出石油可以是有用的。這種開(kāi)采包含一些可通過(guò)驅(qū)替流體或氣體的作用而從含油地層中移出油的方法。通過(guò)本發(fā)明的工藝和系統(tǒng)制備的處理過(guò)的水或處理過(guò)的水混合物303和/或403的其他應(yīng)用包括近井注水處理，和沿管線內(nèi)部注水，以促進(jìn)高粘度原油的管路輸送。處理過(guò)的水或處理過(guò)的水混合物303和/或403還可用作例如水力壓裂流體添加劑、流體轉(zhuǎn)向化學(xué)制品以及防漏添加劑。 實(shí)例具有如下化學(xué)成分的海水進(jìn)料通過(guò)第一納米過(guò)濾(NF)組、第二納米過(guò)濾(NF)組以及反滲透(RO)雙組系統(tǒng)進(jìn)行處理。下面還列出了納米過(guò)濾組和反滲透組對(duì)這些化學(xué)成分的不同滲透流和截留流。所有濃度均以百萬(wàn)分率(PPm)表示。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括 鉆入地下含烴地層中的井； 位于井的頂側(cè)的生產(chǎn)設(shè)備； 連接到生產(chǎn)設(shè)備的水生產(chǎn)設(shè)備； 其中，水生產(chǎn)設(shè)備通過(guò)除去一些多價(jià)離子、然后除去一些單價(jià)離子并且隨后加回一些單價(jià)離子來(lái)生產(chǎn)水，以及然后將所述水注入井中。
2.一種系統(tǒng),包括 鉆入地下含烴地層中的第一井； 位于第一井的頂側(cè)的生產(chǎn)設(shè)備； 連接到生產(chǎn)設(shè)備的水生產(chǎn)設(shè)備； 鉆入地下地層中的第二井； 其中，水生產(chǎn)設(shè)備通過(guò)除去一些多價(jià)離子、然后除去一些單價(jià)離子并且隨后加回一些單價(jià)離子來(lái)生產(chǎn)出水，以及將所述水注入第二井和地下地層中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中第一井距離第二井50米到2000米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中地下地層位于水體之下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中生產(chǎn)設(shè)備浮在水體上，所述生產(chǎn)設(shè)備例如是生產(chǎn)平臺(tái)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括水源和水泵送裝置，所述水泵送裝置適于將水泵送到水生產(chǎn)設(shè)備。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中水生產(chǎn)設(shè)備的輸入水的由溶解的氯化鈉表示的總?cè)芙恹}值為至少15000ppm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括加回一些多價(jià)離子。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中加回一些單價(jià)離子包括將所述水與一些海水和/或所生產(chǎn)的水混合。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中除去一些多價(jià)離子包括將所述水用至少一個(gè)納米過(guò)濾器處理。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中除去一些單價(jià)離子包括將所述水用至少一個(gè)反滲透膜處理。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中加回一些單價(jià)離子包括將所述水和一些納米過(guò)濾器滲透水混合。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中加回一些單價(jià)離子包括將所述水和一些反滲透截 留水混合。
14.一種方法，包括 從水中除去一些多價(jià)離子； 從水中除去一些單價(jià)離子； 將一些單價(jià)離子加回到所述水中；以及 將所述水注入地下地層中。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中處理過(guò)的水通過(guò)隨著油和/或氣一起生產(chǎn)出、進(jìn)行分離以及隨后重新注入到地層中而循環(huán)利用。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中在處理過(guò)的水被注入到地層中之前，芳香烴、氯代烴、其他烴、水、二氧化碳、一氧化碳或它們的混合物中的一種或多 種與處理過(guò)的水混合。
17.根據(jù)權(quán)利要求14-16中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中處理過(guò)的水在被注入到地層中之前被加熱。
18.根據(jù)權(quán)利要求14-17中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中從水中除去一些多價(jià)離子包 括除去一些二價(jià)陽(yáng)離子。
19.根據(jù)權(quán)利要求14-18中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中另一種材料在注入處理過(guò)的水之后被注入到地層中。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，另一種材料選自下述組，該組包括空氣、采出水、鹽水、海水、淡水、蒸汽、二氧化碳和/或它們的混合物。
21.根據(jù)權(quán)利要求14-20中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中所述處理過(guò)的水在超過(guò)儲(chǔ)層壓力10巴到100巴的壓力下注入。
22.根據(jù)權(quán)利要求14-21中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中地下地層中的油在水被注入之前具有O. I厘泊到10000厘泊的粘度。
23.根據(jù)權(quán)利要求14-22中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中地下地層的滲透率為5達(dá)西到O. 0001達(dá)西。
24.根據(jù)權(quán)利要求14-23中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中在從水中除去任何離子之前，輸入水的由溶解的氯化鈉表示的總?cè)芙恹}值為至少15000ppm。
25.根據(jù)權(quán)利要求14-24中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中將一些單價(jià)離子加入水中包括將所述水與海水和采出水中的至少一種混合。
26.根據(jù)權(quán)利要求14-25中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中從水中除去一些多價(jià)離子包括將所述水用至少一個(gè)納米過(guò)濾器處理。
27.根據(jù)權(quán)利要求14-26中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中從水中除去一些單價(jià)離子包括將所述水用至少一個(gè)反滲透膜處理。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中將一些單價(jià)離子加入水中包括將所述水與納米過(guò)濾器滲透流混合。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中將一些單價(jià)離子加入水中包括將所述水與反滲透截留流混合。
30.一種制備用于注入提高油采收率工藝中的高鹽度水的方法，該方法包括 從水中除去一些硫酸鹽； 從水中除去一些二價(jià)離子； 從水中除去一些單價(jià)離子； 將一些單價(jià)離子加入水中；以及然后 將所述水注入到地下含油地層中。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中還包括在注入所述水之前加回一些已除去的二價(jià)離子。
32.根據(jù)權(quán)利要求30-31中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中還包括在注入所述水之前將一些二價(jià)離子加到水中。
33.一種制備注入用于提高油采收率工藝中的高鹽度水的方法，該方法包括 用納米過(guò)濾工藝從水中除去一些離子； 用反滲透工藝從水中除去一些其他離子； 將一些單價(jià)離子加入水中；以及然后 將所述水注入地下含油地層中。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，還包括在注入所述水之前通過(guò)將納米過(guò)濾滲透流中的一部分和/或反滲透截留流中的一部分加入到水中來(lái)加回一些已除去的離子。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種系統(tǒng)，系統(tǒng)包括鉆入地下含烴地層中的井；位于井頂側(cè)的生產(chǎn)設(shè)備；連接到生產(chǎn)設(shè)備的水生產(chǎn)設(shè)備；其中水生產(chǎn)設(shè)備通過(guò)除去一些多價(jià)離子、然后除去一些單價(jià)離子并且隨后加回一些單價(jià)離子來(lái)生產(chǎn)水，然后將該水注入井中。
文檔編號(hào)E21B43/20GK102803649SQ201080027997
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月25日
發(fā)明者S·C·B·阿伊拉拉, R·W-Y·陳, A·N·馬特扎科斯, E·烏哈拉-納加米內(nèi) 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司