專利名稱：改進(jìn)的碳?xì)浠衔锘厥詹僮髦惺褂玫挠糜趧?dòng)態(tài)、變壓、可定制的膜基水處理的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在此公開(kāi)的實(shí)施例大致涉及一種用于在改進(jìn)的碳?xì)浠衔锏幕厥詹僮髦惺褂玫挠糜趧?dòng)態(tài)、變壓、可定制的膜基水處理的方法和裝置。
背景技術(shù)：
地下含烴地層內(nèi)積累的碳?xì)浠衔锉换厥眨蛲ㄟ^(guò)鉆入地下地層的生產(chǎn)井從地下含烴地層產(chǎn)生。當(dāng)碳?xì)浠衔锏漠a(chǎn)生放緩時(shí)，可以使用改進(jìn)的回收技術(shù)用于將碳?xì)浠衔飰浩瘸龅貙印⑻細(xì)浠衔飰浩瘸龅貙拥淖詈?jiǎn)單的方法之一是通過(guò)直接注射流體到地層中。這通過(guò)移動(dòng)或掃除碳?xì)浠衔锿ㄟ^(guò)地層來(lái)提高產(chǎn)量，使得碳?xì)浠衔锟梢詮纳a(chǎn)井中產(chǎn)生。如圖1所示，用于從地層回收碳?xì)浠衔锏默F(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)包括連接到井10的海上鉆井平臺(tái)12，井10在地下含烴地層14中完成。一般來(lái)說(shuō)，流體被直接地注入到地下含烴地層14 (由向下的箭頭表示)，并且壓迫碳?xì)浠衔锿ㄟ^(guò)地層并且通過(guò)生產(chǎn)井離開(kāi)井10 (向上箭頭所表示)，生產(chǎn)井可以是相同或不同的井。一種類型的這種回收操作使用的水(例如，海水、生產(chǎn)水)作為注射流體，注射流體稱為注水。水在壓力下經(jīng)過(guò)注射井引入地層，從而驅(qū)動(dòng)碳?xì)浠衔锿ㄟ^(guò)地層朝向生產(chǎn)井。用作海上油井的注水的注射水通常是海水和/或生產(chǎn)水，因?yàn)樵诤Ｋ恢锰幙色@得低成本的海水和/或生產(chǎn)水。使用生產(chǎn)水作為離岸注射水的另一個(gè)動(dòng)機(jī)是在一些位置中離岸處置生產(chǎn)水是困難的。在任何情況下，海水和生產(chǎn)水，一般其特征為鹽水，相對(duì)于淡水具有高離子含量。例如，流體富含鈉、氯化物、硫酸鹽、鎂、鉀、鈣離子，僅舉幾例。在注射水中存在一些離子可以有利于碳?xì)浠衔锂a(chǎn)生。例如，包括K+、Na+、Cl' Br_和0H_的特定的陽(yáng)離子和陰離子的組合可以在不同程度上穩(wěn)定地層中的粘土，由于受到溶脹或粒子遷移，這些粘土容易遭受損壞。然而，也已發(fā)現(xiàn)，呈現(xiàn)在注射水中的包括鈣和/或硫酸鹽的某些離子，可以對(duì)注入井和生產(chǎn)井具有有害影響，并且可以最終減少?gòu)纳a(chǎn)井產(chǎn)生的烴產(chǎn)物的產(chǎn)量或質(zhì)量。具體而言，在接觸可以自然存在于儲(chǔ)層中的諸如鋇和/或鍶的金屬陽(yáng)離子時(shí)，硫酸鹽離子可以以原位形成鹽。硫酸鋇和鍶鹽是相對(duì)地不溶的并且在周圍儲(chǔ)層條件下容易從溶液中沉淀出。因?yàn)樵谏a(chǎn)井中溫度降低，在注入水生產(chǎn)到具有烴的表面時(shí)，鹽的溶解度進(jìn)一步降低。在碳?xì)浠衔锷a(chǎn)井的井筒和其下游處(例如，在流線、氣/液分離器、輸送管道等中)，得到的沉淀物作為硫酸鋇水垢堆積在儲(chǔ)層外部。水垢降低儲(chǔ)層的滲透性并且減小井孔中穿孔的直徑，從而減少?gòu)奶細(xì)浠衔锷a(chǎn)井的碳?xì)浠衔锘厥?。另?yè)?jù)報(bào)道，在注射水中硫酸鹽離子的高濃度促進(jìn)儲(chǔ)層酸化。儲(chǔ)層酸化是一種不良現(xiàn)象，由此儲(chǔ)層在發(fā)現(xiàn)時(shí)最初是甜的，但是在注水和隨之而來(lái)從儲(chǔ)層生產(chǎn)碳?xì)浠衔锏倪^(guò)程期間變酸。使用硫化氫氣體或其他含硫物，酸化污染了儲(chǔ)層，并且由通過(guò)碳?xì)浠衔锷a(chǎn)井從儲(chǔ)層生產(chǎn)的硫化氫氣體以及所需碳?xì)浠衔锪黧w的生產(chǎn)數(shù)量證明。硫化氫氣體會(huì)在碳?xì)浠衔锷a(chǎn)井和井的下游處，導(dǎo)致許多不希望的后果，包括碳?xì)浠衔锷a(chǎn)井冶金和相關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)裝置的過(guò)度降解和腐蝕、減少所產(chǎn)生的碳?xì)浠衔锪黧w的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、對(duì)周圍的環(huán)境危害和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作人員的健康造成危害。認(rèn)為由厭氧硫酸鹽還原細(xì)菌產(chǎn)生硫化氫。硫酸鹽還原菌往往固有于儲(chǔ)層，并且還通常存在于注射用水中。硫酸鹽離子和有機(jī)碳是硫酸鹽還原細(xì)菌使用的用于在原位產(chǎn)生硫化氫的主供給反應(yīng)物。注入水通常是硫酸鹽離子的豐富來(lái)源，而地層(formation)水是天然發(fā)生的低分子量脂肪酸形式的有機(jī)碳的富源。通過(guò)在硫酸鹽離子存在下、代謝低分子量脂肪酸，硫酸鹽還原細(xì)菌影響儲(chǔ)層酸化，從而還原硫酸鹽為硫化氫。換句話說(shuō)，儲(chǔ)層酸化是由硫酸鹽還原細(xì)菌進(jìn)行的反應(yīng)，硫酸鹽還原細(xì)菌將硫酸鹽和有機(jī)碳轉(zhuǎn)換為硫化氫和副產(chǎn)品O現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)采用大量策略用于有限地補(bǔ)救儲(chǔ)層酸化。這些現(xiàn)有技術(shù)策略主要是單管攻擊硫酸鹽還原菌本身或硫酸鹽還原菌的特定食物養(yǎng)分。例如，許多現(xiàn)有技術(shù)策略關(guān)注殺死在注射用水中或儲(chǔ)層內(nèi)的硫酸鹽還原菌。用于殺死硫酸鹽還原菌或限制其生長(zhǎng)的常規(guī)方法可以包括紫外線、生物殺傷劑和諸如丙烯醛和硝酸鹽的化學(xué)品。用于補(bǔ)救儲(chǔ)層酸化的其他現(xiàn)有技術(shù)策略聚焦在限制硫酸鹽或有機(jī)碳對(duì)硫酸鹽還原菌的可用性。最近，用于補(bǔ)救儲(chǔ)層酸化的策略包括使用膜，以減少在注射用水中硫酸鹽離子的濃度。例如，美國(guó)專利號(hào)4，723，603顯示，特定的膜可以有效地減少在注射用水中的硫酸鹽離子的濃度，從而抑制硫酸鹽水垢形成。如現(xiàn)有技術(shù)所教導(dǎo)，納米過(guò)濾(NF)膜通常優(yōu)于反滲透(RO)膜，因?yàn)榧{米過(guò)濾膜與反滲透膜相比，一般允許氯化鈉的較高的通過(guò)。因此，納米過(guò)濾膜有利地以基本上較低的壓力可操作，并且以比反滲透膜較低的成本操作。此外，納米過(guò)濾膜也保持獲得的注射水的離子強(qiáng)度在相對(duì)高的水平，其理想地減少粘土不穩(wěn)定性的風(fēng)險(xiǎn)，并且相應(yīng)地降低通過(guò)地下地層的多孔基質(zhì)的水滲透率損失的風(fēng)險(xiǎn)。然而，除了與注射用水中存在的硫酸鹽離子相關(guān)的問(wèn)題，還發(fā)現(xiàn)注射水的鹽度在注水期間可以對(duì)碳?xì)浠衔锘厥沼兄卮笥绊?，使用作為具有比天然海水較低的含鹽量但是具有防止粘土不穩(wěn)定的足夠的離子強(qiáng)度的注射水能夠增加回收率。根據(jù)地層的類型，具有較高鹽度的注射流體可以導(dǎo)致儲(chǔ)層的潤(rùn)濕性變得更加親油。這是因?yàn)?，在鹽水中的如Ca+2和Mg+2的多價(jià)陽(yáng)離子，被認(rèn)為是用作帶負(fù)電荷油和負(fù)電荷粘土礦物之間的橋梁，該負(fù)電荷粘土礦物通常襯墊地層的孔壁。油與粘土顆粒反應(yīng)以形成有機(jī)金屬混合物，這會(huì)導(dǎo)致粘土表面極端疏水和親油。在儲(chǔ)集巖石的親油性增加時(shí)，碳?xì)浠衔飳⑽降綆r石的表面上，并且從而更不容易相對(duì)于水從地層流動(dòng)，這會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)較少碳?xì)浠衔锂a(chǎn)品。降低電解質(zhì)含量(即，降低離子強(qiáng)度)，通過(guò)降低整體鹽度并且特別地減少在鹽水溶液中的多價(jià)陽(yáng)離子能夠降低陽(yáng)離子的潛在屏蔽。這導(dǎo)致增加粘土顆粒和油之間的靜電斥力。一旦排斥力通過(guò)多價(jià)陽(yáng)離子橋梁超過(guò)結(jié)合作用力時(shí)，油顆粒從粘土表面解除吸附，并且粘土表面變得越來(lái)越親水。然而，如果電解質(zhì)含量降低太多(即，鹽水鹽度太低)，粘土顆粒可能從孔壁剝離(黏土反絮凝作用)，這將損壞地層。因此，雖然希望具有較低的鹽度注水，但鹽度水平不能太低是重要的。但是，較低鹽度水在井場(chǎng)不是經(jīng)常可獲得的。含鹽量較低的水通常例如通過(guò)使用膜分離技術(shù)(例如，反滲透)減少較高鹽度水的總離子濃度來(lái)制備。在根據(jù)反滲透過(guò)程的公知的海水淡化設(shè)備操作中，將被淡化的海水通過(guò)半透膜經(jīng)過(guò)分離處理。這樣的膜被理解為選擇性膜，該選擇性膜對(duì)于水分子是高度可滲透的，但是對(duì)于溶解在其中的鹽離子是非常低程度可滲透的。使用在低鹽度注水的制備中的膜分離技術(shù)使用反滲透(RO)膜元件。在低硫酸鹽注水的制備中使用的膜分離技術(shù)使用納米過(guò)濾(NF)膜元件。RO和NF處理使用液壓壓力以便通過(guò)半透膜從進(jìn)料水產(chǎn)生較低鹽度水。根據(jù)膜類型、壓力和水的條件下，一些鹽也通過(guò)細(xì)胞膜，但是產(chǎn)品水的總體鹽度小于進(jìn)料水的總體鹽度。當(dāng)前RO技術(shù)可以用于海水和苦咸水兩者的脫鹽化。在RO處理中使用的膜通常由聚酰胺或由纖維素源制成。待處理水通常使用介質(zhì)過(guò)濾、微濾或超濾方法預(yù)處理，已知這些方法根據(jù)它們的大小從水中分離固體/微粒。然后使用高壓泵將水供給到反滲透和/或納米過(guò)濾容器。來(lái)自高壓泵的所需的壓力是滲透壓、溫度、通量(即，穿過(guò)膜的單位面積的水的比率)以及使用特定膜面積將產(chǎn)生的進(jìn)料水的量的函數(shù)。產(chǎn)品水(即，滲透)通過(guò)滲透管道的方式從膜組件排出。濃縮物管道用于排放濃縮離子水。用于兩個(gè)系統(tǒng)(即，反滲透和納米過(guò)濾)的操作成本主要由要應(yīng)用的能量確定。最大能量消費(fèi)是高壓泵的驅(qū)動(dòng)，高壓泵迫使被處理海水通過(guò)膜組件的半透膜。用于滲透膜分離的驅(qū)動(dòng)作用力是穿過(guò)膜的凈壓力(其被定義為進(jìn)料壓力減去滲透壓或背壓)，該凈壓力小于進(jìn)料的滲透壓和滲透物的滲透壓之間的差。由于納米過(guò)濾膜允許用于一價(jià)離子的高鹽通過(guò)，滲透物的滲透壓是重要的，其允許膜部分地使海水脫鹽化，同時(shí)在低于進(jìn)料的實(shí)際滲透壓的壓力下操作。為了保持盡可能低的脫鹽成本，通常采用節(jié)能措施，特別地與大規(guī)模操作的反滲透設(shè)備有關(guān)。然而，因?yàn)椴煌哪ば枰煌膲毫Σ⑶乙虼诵枰煌谋?，?qū)動(dòng)高壓泵所需要的能量根據(jù)正在使用什么類型的膜技術(shù)而變化。例如，反滲透是高壓力過(guò)程，需要提供例如大約800-1200psi (約55-82巴)的壓力到海水的高壓泵，而納米過(guò)濾低于中等高壓過(guò)程，需要提供例如約50-450psi (約3-31巴)壓力到海水的泵。在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)做出許多努力，以最小化與操作膜系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的成本。大多數(shù)情況下，處理設(shè)備將包括幾個(gè)串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的膜，其中所有的膜是相似類型。例如，現(xiàn)有技術(shù)脫鹽設(shè)備將典型地包括多個(gè)反滲透膜塊(或列)。在這樣的系統(tǒng)中，使用來(lái)自高壓泵的壓力，將預(yù)處理海水泵送通過(guò)膜。然而，這些系統(tǒng)通常受限于類似種類的膜，因?yàn)槿缓髢H需要一種模型的泵，其保持與驅(qū)動(dòng)該泵相關(guān)聯(lián)的成本到最低限度。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面，本文所公開(kāi)的實(shí)施例涉及用于處理海水的方法，所述方法包括將水引入至少一個(gè)處理模塊的步驟，其中該處理模塊包括具有至少一個(gè)膜元件的膜壓力容器，其中處理模塊配置成使得引入水通過(guò)膜壓力容器的至少一個(gè)膜元件供給。該方法進(jìn)一步包括以下步驟:基于膜壓力容器的至少一個(gè)膜元件、在定制壓力下通過(guò)膜壓力容器供給引入水；將引入水至少分離成水性滲透流和濃縮廢棄流；和輸出水性滲透流和濃縮廢棄流。在另一個(gè)方面，本文所公開(kāi)的實(shí)施例涉及一種膜基水處理系統(tǒng)，所述膜基水處理系統(tǒng)包括引入水的水引入系統(tǒng)和至少一個(gè)處理模塊，所述至少一個(gè)處理模塊包括變速高壓泵和膜壓力容器，所述膜壓力容器包括至少一個(gè)膜元件和分別地輸出水性滲透流和濃縮廢棄流的輸出系統(tǒng)，其中變速高壓泵根據(jù)包括在膜壓力容器中的膜元件、在定制壓力下通過(guò)膜壓力容器供給引入水，并且其中膜壓力容器將引入水至少分離成水性滲透流和濃縮廢棄流。根據(jù)下面的描述和所附的權(quán)利要求，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見(jiàn)的。


圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的海上生產(chǎn)井。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的海水處理過(guò)程。圖3A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的船只上的海水處理單元的示圖。圖3B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的海上鉆井平臺(tái)上的海水處理單元的示圖。圖3C是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的海底上的鉆井平臺(tái)、船只以及海水處理單元的示圖。圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)海水處理過(guò)程。圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的處理模塊圖。圖4C示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的螺旋纏繞膜元件。圖4D示出了用于根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的中空的細(xì)纖維膜元件的示意圖。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的改進(jìn)的油回收系統(tǒng)。圖6A示出了用于根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)或方法的配置。圖6B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)或方法的配置。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)或方法的配置。
具體實(shí)施例下面將參考附圖描述本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例。在一個(gè)方面，在此公開(kāi)的實(shí)施例涉及用于使用膜技術(shù)處理海水以制備從該海水中去除特定離子的含水流體的系統(tǒng)和方法。在另一方面，在此公開(kāi)的實(shí)施例涉及基于水處理過(guò)程中使用的膜的類型產(chǎn)生定制壓力。在又一個(gè)方面，本文所公開(kāi)的實(shí)施例涉及使用處理系統(tǒng)以產(chǎn)生含水流體的海水處理，該含水流體具有專門定制特性并且能夠被用作在改進(jìn)的油回收操作中使用的注射流體。在又一個(gè)方面，本文所公開(kāi)的實(shí)施例涉及混合具有專門定制特性的被處理過(guò)的流體。在又一個(gè)方面，本文所公開(kāi)的實(shí)施例，特別地涉及海上鉆井中的改進(jìn)的油回收操作。海水處理參照?qǐng)D2和圖3A-C，顯示根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的海水處理系統(tǒng)。如圖2所示，本發(fā)明提供單個(gè)泵，單通海水處理系統(tǒng)200，該單通海水處理系統(tǒng)200包括水引入系統(tǒng)201、膜系統(tǒng)210、滲透輸送和處理系統(tǒng)220、濃縮物排放和能量回收系統(tǒng)230、控制系統(tǒng)240和動(dòng)力源290。水引入系統(tǒng)201可以包括:水引入件202、水吸入泵204、預(yù)過(guò)濾器206和膜/介質(zhì)過(guò)濾器208 ;膜系統(tǒng)210可以包括變速高壓泵212和反滲透和/或納米過(guò)濾膜214 ;濃縮物排放和能量回收系統(tǒng)230可以包括渦輪增壓機(jī)、渦輪增壓器或其它能量回收裝置232和多個(gè)排放端口 ；并且滲透輸送和處理系統(tǒng)220可以包括滲透輸送泵222。如圖3A-C所示，海水處理系統(tǒng)200可以設(shè)置在船只300上、鉆井平臺(tái)312上和/或在海底316上。
另外，根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，處理模塊260可以被用來(lái)描述系統(tǒng)，系統(tǒng)例如包括膜系統(tǒng)210和濃縮物排放和能量回收系統(tǒng)230兩者。處理模塊260與水引入系統(tǒng)201和滲透輸送和處理系統(tǒng)220通信?？刂葡到y(tǒng)240和動(dòng)力源290兩者相互通信，并且與水引入系統(tǒng)201、滲透輸送和處理系統(tǒng)220和處理模塊260 (即，膜系統(tǒng)210和濃縮物排放和能量回收系統(tǒng)230)通信。這里所用的“連通”或“通信”意思是通過(guò)直接、間接或操作裝置機(jī)械地、電地或以其他方式接觸、耦合或連接。在水引入系統(tǒng)201中，水吸入泵204通過(guò)預(yù)過(guò)濾器206泵送引入水以去除任何大的污染物(例如，沙、巖石、植物、碎屑等)，并且然后通過(guò)低壓膜或介質(zhì)過(guò)濾器208，以除去大分子物(例如，懸浮固體、膠體、高分子物質(zhì)、細(xì)菌、油、顆粒物質(zhì)、蛋白質(zhì)、高分子量溶質(zhì)等)。本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)理解，根據(jù)設(shè)備的規(guī)格和將被移除的顆粒物質(zhì)的類型和密度，可以使用不同類型的過(guò)濾器，包括例如，沙子或介質(zhì)過(guò)濾器、筒式過(guò)濾器、超濾和/或微過(guò)濾器。此外，水引入系統(tǒng)201可以包括一個(gè)或多個(gè)可變深度延伸部件，能夠延伸引入水體，從而從所需的深度進(jìn)水。此外，延伸件可以包括一個(gè)或多個(gè)引入濾網(wǎng)，設(shè)計(jì)用于幫助防止引入由于海洋生物或其它顆粒產(chǎn)生的結(jié)垢。本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)理解，根據(jù)從中獲得水的期望水體，可以采用其他設(shè)備。在通過(guò)水引入系統(tǒng)201以后，過(guò)濾后的海水被提供給處理模塊260，其中變速高壓泵212推壓被過(guò)濾的海水通過(guò)膜214，從而濃縮物產(chǎn)生在膜214的高壓側(cè)上并且滲透流產(chǎn)生在膜214的低壓側(cè)上。滲透流可以包括從中除去特定離子和/或分子的水，例如，與從水引入系統(tǒng)201產(chǎn)生的過(guò)濾海水相比，滲透流可以具有較低的硫酸鹽離子含量和/或較低鹽度。滲透流然后可以例如通過(guò)滲透輸送和處理系統(tǒng)220從船只300輸送到鉆井平臺(tái)312，從海底316到鉆井平臺(tái)312和/或從鉆井平臺(tái)312到井310。來(lái)自多個(gè)處理模塊260的滲透流可以被混合。每個(gè)處理模塊可以使用相同或不同類型的RO或NF膜，要求其具有來(lái)自高壓泵212的對(duì)應(yīng)壓力?；旌蟻?lái)自每個(gè)處理模塊的各種滲透流，然后可以提供作為最佳的儲(chǔ)集性能的函數(shù)的非常特別的單價(jià)-和二價(jià)離子組合物。在不同的實(shí)施例中，來(lái)自處理模塊260的滲透流可以使用正向滲透(FO)進(jìn)一步處理，以進(jìn)一步細(xì)化作為實(shí)現(xiàn)最佳儲(chǔ)集性能的函數(shù)的離子平衡。在另一個(gè)實(shí)施例中，微咸水(brackish water)可以為供給水,而不是通過(guò)引入系統(tǒng)201的作為水源的海水,從而允許在微咸水和海水處理之間靈活地切換。滲透輸送和處理系統(tǒng)220可以將產(chǎn)生的滲透物輸送到滲透?jìng)魉脱b置，所述滲透?jìng)魉脱b置包括與滲透輸送和處理系統(tǒng)220連通的管道。管道可以輸送滲透物，例如，從船只300到鉆井平臺(tái)312、從海底316到鉆井平臺(tái)312和/或從鉆井平臺(tái)312到井310。滲透輸送和處理系統(tǒng)220也可以在滲透物被轉(zhuǎn)移之前、期間或之后處置產(chǎn)生的滲透物。滲透物的處置可以包括“后處理”，例如，化學(xué)添加(例如，在線化學(xué)品注入)和/或脫氣(例如，在真空系統(tǒng)中)。在膜214的高壓側(cè)上產(chǎn)生的濃縮物包括由薄膜214除去的離子和/或分子。然后例如通過(guò)濃縮物排放和能量回收系統(tǒng)230內(nèi)的多個(gè)濃縮物排放端口處理濃縮物。然而，在濃縮物處理以前，使用渦輪增壓器(或其他能量回收設(shè)備)232以捕獲由濃縮物含有的能量，并且返回這種能量到變速高壓泵212。通過(guò)這樣做，該系統(tǒng)可以通過(guò)回收包含在濃縮物管線(即，廢棄水管線)中的液壓能量的部分，從而能夠減少例如40%至50%的操作成本。更具體地，在未經(jīng)處理的水被泵吸穿過(guò)膜時(shí)，產(chǎn)生壓力差并且濃縮的鹽水通過(guò)濃縮物管線排出。這將導(dǎo)致濃縮物管線保持相當(dāng)大的液壓能量。安裝在濃縮物管線中的容積泵然后作為渦輪機(jī)操作，以降低濃縮物管線中的壓力并且回收多余能量。回收的能量然后用于驅(qū)動(dòng)高壓泵，高壓泵降低了用于驅(qū)動(dòng)高壓泵必須消耗的能量的量。此外，濃縮物可以在處置前稀釋或以其他方式處理。例如，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，濃縮物排出和能量回收系統(tǒng)230可以被配置為增加排入周圍水體的濃縮物混合。濃縮物排放和能量回收系統(tǒng)230的多個(gè)排放端口可以物理地定位在船只300和/或鉆井平臺(tái)312的水管線318的上方或下方。此外，排放端口可以布置在可變深度延伸件上，可變深度延伸件可以被定位成促進(jìn)濃縮物分散到水體中。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，來(lái)自膜214的流出物(滲透流或濃縮物)可能需要采取一個(gè)或多個(gè)相繼地通過(guò)膜214。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，單獨(dú)的電源可以提供電力給各個(gè)水引入系統(tǒng)201、滲透輸送和處理系統(tǒng)220、處理模塊260(即，膜系統(tǒng)210濃縮物排放和能量回收系統(tǒng)230)和推進(jìn)裝置302。例如，每個(gè)水吸入泵204、變速高壓泵212和滲透輸送泵222可以與單獨(dú)的電源連通。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，海水處理系統(tǒng)200可以是基于陸地的或設(shè)置在船只上的。在海水處理系統(tǒng)200設(shè)置在船只300上的情況，船只300可以進(jìn)一步包括與動(dòng)力源290連通的推進(jìn)裝置302。船只300可以是自我推進(jìn)船只、停泊的、牽引、推動(dòng)或分節(jié)駁船，或者這些船只的船隊(duì)或艦隊(duì)。船只300可以是有人駕駛或無(wú)人駕駛的。船只300可以是單殼或雙殼船只?？商鎿Q地，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)動(dòng)力源可以提供電源到水引入系統(tǒng)201、膜系統(tǒng)210、滲透輸送和處理系統(tǒng)220、濃縮物排放和能量回收系統(tǒng)230和/或推進(jìn)裝置302 (在推進(jìn)裝置302處海水處理系統(tǒng)200被設(shè)置在船只300上)中的兩個(gè)或更多個(gè)的組合。例如，用于變速高壓泵212的電力可以由通過(guò)用于諸如船只的主發(fā)動(dòng)機(jī)的船只的推進(jìn)裝置的電源驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)提供。在這樣的實(shí)施例中，提升齒輪動(dòng)力取消或傳輸裝置應(yīng)被安裝在主發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)之間，以獲得所需的同步速度。此外，推進(jìn)裝置和主發(fā)動(dòng)機(jī)之間的額外連接允許主發(fā)動(dòng)機(jī)在船只沒(méi)有進(jìn)行時(shí)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。此外，獨(dú)立的動(dòng)力源(圖中未顯示)，諸如柴油、蒸汽或燃?xì)鉁u輪機(jī)、可再生能源發(fā)電機(jī)或它們的組合可以為處理模塊260、推進(jìn)裝置302或兩者供應(yīng)動(dòng)力。在其它實(shí)施例中，海水處理系統(tǒng)200的動(dòng)力源可以單獨(dú)用于海水處理系統(tǒng)200。在另一個(gè)實(shí)施例中，濃縮物排出和能量回收系統(tǒng)230的多個(gè)濃縮物排放端口可以充當(dāng)船只300的輔助推進(jìn)裝置，或作為船只300的單獨(dú)推進(jìn)裝置。濃縮物中的部分或全部可以被傳遞到推進(jìn)器，以提供空轉(zhuǎn)或應(yīng)急推進(jìn)。在其它實(shí)施例中，動(dòng)力源290可以包括利用空氣和/或水的流動(dòng)來(lái)發(fā)電的電力生產(chǎn)風(fēng)車和/或水螺旋槳，用于海水處理系統(tǒng)200和/或船只300和/或鉆井平臺(tái)312的操作。
對(duì)于海水處理系統(tǒng)200在船只300上的實(shí)施例，水引入系統(tǒng)201能夠從圍繞船只300的水吸入海水，并且將海水提供給處理模塊260。在這樣的實(shí)施例中，水引入系統(tǒng)201的水引入件202可以包括在船只300的在水管線318的下面的船體中的一個(gè)或多個(gè)孔。水引入件202的示例是海水箱(圖中未顯示)。水通過(guò)一個(gè)或多個(gè)孔(即，水引入件202)進(jìn)入船只300，通過(guò)水吸入泵204、預(yù)過(guò)濾器206、超過(guò)濾器208，并且提供水到變速高壓泵212。對(duì)于海水處理系統(tǒng)200在海上鉆井平臺(tái)312上的實(shí)施例,水引入系統(tǒng)201可以是能夠從圍繞鉆井平臺(tái)312的水中吸入海水，并且提供海水到海水處理模塊260。在這樣的實(shí)施例中，水引入系統(tǒng)201的水引入件202可以包括引入提升器、濾網(wǎng)和外部或潛水泵。對(duì)于海水處理系統(tǒng)200是在海底316的實(shí)施例,水引入系統(tǒng)201可以是能夠從圍繞海水處理系統(tǒng)200的水中吸入海水，并且供應(yīng)海水到膜系統(tǒng)210。在這樣的實(shí)施例中，水引入系統(tǒng)201的水引入件202可以包括引入井或提升器、濾網(wǎng)和泵。膜系統(tǒng)210可以包括變速高壓泵212和膜214。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，膜214是離子選擇性膜，該離子選擇性膜可以選擇性地防止或至少減少硬化或成垢離子(例如，包括硫酸鹽、鈣和鎂離子的二價(jià)離子)穿過(guò)膜，同時(shí)允許水和其他特定的離子(例如，包括鈉、氯化物、碳酸氫鹽和鉀離子的一價(jià)離子)穿過(guò)膜。膜的選擇性可以是膜的具體特性的功能，包括具有膜的聚合物結(jié)構(gòu)的孔徑大小和電荷特性。例如，可以使用聚酰胺膜、醋酸纖維素膜、納米嵌入膜和/或其他創(chuàng)新膜以選擇性地防止或至少減少硫酸鹽、鈣和鎂離子穿過(guò)膜。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，膜214可以使硫酸鹽離子減少至約99%。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，膜214是脫鹽膜，通過(guò)防止或至少減少離子(例如，鈉、氯、鈣、鉀、硫酸鹽、碳酸氫鹽和鎂離子)穿過(guò)膜，膜可以降低過(guò)濾海水的總鹽度或離子強(qiáng)度。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，膜214是納米過(guò)濾膜。適合于在本公開(kāi)的處理過(guò)程中使用的市售的納米過(guò)濾膜的示例可以包括，例如，可從陶氏化學(xué)公司(Minneapolis, MN)獲得的FILMTEC SR90系列，NF200系列，或從其他膜制造商獲得的具有類似抑制性能的膜。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，膜214是反滲透膜。作為市售的適合于在本公開(kāi)的在處理過(guò)程中使用的反滲透膜可以包括例如可以從陶氏化學(xué)公司(Minneapolis，MN)獲得的FILMTEC SW30系列，或從其他膜制造商獲得的具有類似抑制性能的膜。如圖4A-B所示，海水處理系統(tǒng)200可以包括膜系統(tǒng)210，膜系統(tǒng)210包括可以并行地布置的多個(gè)膜壓力容器(顯示為214、216和218)。雖然示出了三個(gè)膜壓力容器，其他實(shí)施例可以包括多于或少于三個(gè)膜壓力容器。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)膜壓力容器可以包括安裝在其中的多個(gè)膜元件250。雖然在每個(gè)膜壓力容器中顯示六個(gè)膜元件250，其他實(shí)施例可以包括多于或少于6個(gè)膜元件250。如圖4B-C所示，根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)膜元件250可以包括例如反向反滲透膜元件、納米過(guò)濾膜元件或本領(lǐng)域中已知的其他膜元件。膜元件250可以包括在本領(lǐng)域中已知的幾種配置之一,例如,螺旋纏繞(SW)和/或空心細(xì)纖維(HFF)。如圖4C所示，根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，膜元件250可以包括螺旋纏繞元件250。螺旋纏繞元件250可以由平坦片狀膜254和256構(gòu)造，并且可以包括背襯材料258以提供機(jī)械強(qiáng)度。膜材料可以是纖維素(即，醋酸纖維素膜)或非纖維素(即，復(fù)合膜)。對(duì)于醋酸纖維素膜，兩個(gè)層可以是相同聚合物的不同形式，簡(jiǎn)稱為“非對(duì)稱的”。對(duì)于復(fù)合膜，兩層可以是完全不同的聚合物，多孔質(zhì)基材往往是聚砜。在螺旋纏繞設(shè)計(jì)中，膜形成在三面密封的殼層中。稱作產(chǎn)品水載體的支撐格柵是在內(nèi)部。殼層圍繞中央收集管260纏繞，開(kāi)口側(cè)密封到管。幾個(gè)殼層或葉子在葉子之間都附有開(kāi)口工作襯墊材料262。這是進(jìn)料/濃縮物或進(jìn)料側(cè)的間隔件。葉子圍繞產(chǎn)品水管260纏繞，如果從橫截面看，形成螺旋。單元的每個(gè)端部可以使用塑料成型處理，稱為“防伸縮裝置”，并且整個(gè)組件可以裝入薄的玻璃纖維外殼(圖中未顯示)。供給水可以流過(guò)在膜表面之上的螺旋形件，大致平行于產(chǎn)品水管260。產(chǎn)品水在殼層內(nèi)螺旋形的路徑中流動(dòng)到中心產(chǎn)品水管260。圍繞玻璃纖維殼體的外側(cè)的回紋環(huán)(圖中未顯示)可迫使進(jìn)料水流動(dòng)通過(guò)膜元件250。如圖4D所示，根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，膜元件250可以包括中空的細(xì)纖維元件270。中空的細(xì)纖維元件270的設(shè)計(jì)可以包括放置在膜壓力容器280中的多個(gè)中空纖維膜272。中空的細(xì)纖維可以是聚芳酰胺或纖維素乙酸酯的混合物。膜272可以具有約100微米至約300微米的外徑，并且具有在50微米和大約150微米之間的內(nèi)徑。纖維可以為U形回環(huán)，從而兩端嵌入在塑料管板274中。加壓的海水可以沿著中空纖維的外側(cè)被引入船只(由箭頭276表示)。在壓力下，脫鹽水穿過(guò)中空纖維膜272的壁并沿纖維膜272的內(nèi)部流到用于收集的滲透收集管278 (如由箭頭282所示)，同時(shí)分離濃縮物從膜壓力容器280 (如由箭頭284所不)除去。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，在膜系統(tǒng)210中的所有的膜壓力容器可以包括僅具有反滲透膜元件安裝在其中的膜元件250。在另一個(gè)實(shí)施例中，膜系統(tǒng)210中的所有膜壓力容器可以包括僅具有納米過(guò)濾膜元件安裝在其中的膜元件250。在其它實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)膜壓力容器(例如，膜壓力容器214)可以包括具有納米過(guò)濾或反滲透膜元件安裝在其中的膜元件250，而其余的膜壓力容器(例如，膜壓力容器216和218)包括具有僅僅納米過(guò)濾或反滲透膜元件安裝在其中的膜元件250。雖然在這里列出膜壓力容器和膜元件類型的組合的具體示例，這些實(shí)施例并不是意圖詳盡無(wú)遺，并且還可以使用其他組合。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中可能包括的其他適當(dāng)?shù)氖纠徒M合。如圖3A-C所示，根據(jù)海水處理系統(tǒng)200的位置，一個(gè)或多個(gè)處理模塊260可以安裝在船只300的甲板304上、在鉆井平臺(tái)312的平臺(tái)305上和/或在海底316上。此外，一個(gè)或多個(gè)處理模塊也可以被安裝在船只300和/或鉆井平臺(tái)312的其他部分，或者甚至船只300和/或鉆井平臺(tái)312的多個(gè)水位。例如，每個(gè)處理模塊可以被安裝在單獨(dú)的容器中。幾個(gè)容器可以放置在彼此的頂部上，以優(yōu)化使用甲板304和/或平臺(tái)305，以降低與船只300和/或鉆井平臺(tái)312上海水處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的時(shí)間和費(fèi)用。一個(gè)或多個(gè)處理模塊可以串聯(lián)或并聯(lián)安裝。在水引入系統(tǒng)201內(nèi)，水吸入泵204泵送引入水通過(guò)預(yù)過(guò)濾器206以去除任何大的污染物(例如，沙、巖石、植物、碎屑等)，然后通過(guò)過(guò)濾器208以除去大分子物(例如，懸浮固體、膠體、高分子物質(zhì)、細(xì)菌、油、顆粒物質(zhì)、蛋白質(zhì)、高分子量溶質(zhì)等)。通過(guò)水引入系統(tǒng)201以后，過(guò)濾的海水通過(guò)變速高壓泵212被提供到處理模塊260。盡管僅顯示一個(gè)處理模塊260，根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，可能具有串聯(lián)和/或并聯(lián)布置的一個(gè)以上的處理模塊。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，在處理模塊260中，可能具有一個(gè)或多個(gè)膜壓力容器(例如，214、216和218)。在一個(gè)實(shí)施例中，加壓海水可以被推動(dòng)通過(guò)具有一個(gè)或多個(gè)膜元件250的第一膜壓力容器(例如，214)，膜元件安裝在第一膜壓力容器中，從而產(chǎn)生第一滲透流和第一濃縮物流。第一滲透流可以包括除去特定的離子的水，例如，與從水引入系統(tǒng)201產(chǎn)生的過(guò)濾海水相比，第一滲透流可以具有較低的硫酸鹽離子含量和/或較低鹽度。第一濃縮物流可以包括由第一膜壓力容器(例如，214)中的膜元件除去的離子和/或分子。第一濃縮物流可以然后例如通過(guò)濃縮物排放和能量回收系統(tǒng)230的多個(gè)濃縮物排放端口被處置。然而，在處置第一濃縮物之前，渦輪增壓器(或其他能量回收設(shè)備)232可以用于捕捉由第一濃縮物流具有的能量，并且返回這種能量到變速高壓泵212。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，這個(gè)過(guò)程可以繼續(xù)用于處理模塊260中的一樣多的膜壓力容器。此外，這個(gè)過(guò)程可能會(huì)繼續(xù)用于與處理系統(tǒng)200中一樣多的處理模塊260，直到從最終膜壓力容器產(chǎn)生最終滲透流。最終滲透流然后可以例如通過(guò)滲透輸送和處理系統(tǒng)220從船只300輸送到鉆井平臺(tái)312、從海底316輸送到鉆井平臺(tái)312和/或從鉆井平臺(tái)312輸送到井310。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，安裝在膜壓力容器(例如，214、216和218)內(nèi)的膜元件是通過(guò)選擇性地防止或至少降低某些離子(例如，鈉、鈣、鉀和鎂離子)穿過(guò)膜元件來(lái)降低海水的鹽度或離子強(qiáng)度的所有離子選擇性膜元件，同時(shí)允許水和其他特定的離子(例如，硫酸鹽、鈣、鎂和碳酸鹽離子)產(chǎn)生以供使用和/或進(jìn)一步處理。在其它實(shí)施例中，膜元件是選擇性地防止或至少減少硬化或成垢離子(例如，硫酸鹽，鈣，鎂，和碳酸鹽離子)穿過(guò)膜元件的所有的離子選擇性膜，同時(shí)允許水和其它特定離子(例如，鈉和鉀離子)產(chǎn)生以供使用和/或進(jìn)一步處理。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，海水處理系統(tǒng)200可以包括多個(gè)處理模塊260，其中多個(gè)處理模塊260的每一個(gè)包括不同的膜壓力容器。例如,在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)處理模塊260可以包括具有安裝在其內(nèi)的膜元件的膜壓力容器(例如，214，216，和218)，其中膜元件僅包括納米過(guò)濾膜元件，而一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的處理模塊260包括在其中安裝有膜元件的膜壓力容器(例如，214、216和218)，其中膜元件僅包括反滲透膜元件。此外，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，在系統(tǒng)中的處理模塊的數(shù)目在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中可能會(huì)發(fā)生變化。另外，通過(guò)本公開(kāi)，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，膜元件可能會(huì)有所不同，可以是，例如螺旋纏繞、中空纖維、管狀、板狀和框架或盤型。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，變速高壓泵運(yùn)轉(zhuǎn)以推動(dòng)預(yù)處理水通過(guò)處理模塊260，該變速高壓泵可以包括適合于產(chǎn)生推動(dòng)水通過(guò)一個(gè)或多個(gè)膜壓力容器所需要的液體壓力的任何泵。但是，泵排出壓力必須加以控制，以保持指定的滲透液流量，而且更重要的是，不超過(guò)用于所使用的膜元件所允許的最大的進(jìn)料壓力。這是特別重要的，因?yàn)槿绻^(guò)所允許的最大的進(jìn)料壓力，膜元件可能爆裂，并且因而過(guò)早失效。因?yàn)橛糜诩{米過(guò)濾元件的最大允許進(jìn)料壓力通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于用于反滲透膜元件的最大允許進(jìn)料壓力，具有一個(gè)以上類型膜(例如，納米過(guò)濾和反滲透)的常規(guī)膜系統(tǒng)通常需要一個(gè)以上泵(即，用于每個(gè)類型膜的泵)。由于這個(gè)壓力差，具有納米過(guò)濾膜安裝的傳統(tǒng)系統(tǒng)無(wú)法改變成反滲透膜。然而，根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，處理模塊260可以包括單個(gè)變速高壓泵212，提供過(guò)濾海水到一個(gè)以上的膜壓力容器。因?yàn)槟毫θ萜骺赡軙?huì)有不同的尺寸和/或可以包括不同類型的膜元件，并且因此需要不同的進(jìn)料壓力，高壓泵212必須能夠根據(jù)所使用的系統(tǒng)的類型提供可調(diào)節(jié)進(jìn)料壓力。例如，預(yù)處理海水具有約24巴的滲透壓，因此，對(duì)于納米過(guò)濾膜，必須在進(jìn)料流210上施加至少20巴的加壓，而對(duì)于反滲透膜必須施加至少70巴的加壓。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，變速高壓泵可以包括例如正排量泵。在優(yōu)選的實(shí)施例中，泵可以用于以不同壓力提供約16，068m3/d(或670m3/hr或2950gpm)。具體而言，對(duì)于具有能量回收裝置(ERD)的海水反滲透(SWRO)處理系統(tǒng)，最低所需壓力是約26.5巴，并且最高需要的壓力可以是約30.2巴。對(duì)于沒(méi)有ERD的NF系統(tǒng)，較低的所需壓力是約27巴，而最高所需壓力約39巴。對(duì)于沒(méi)有ERD的硫酸鹽還原納米過(guò)濾(SRNF)系統(tǒng)，最低所需的壓力可以約14巴和最高所需的壓力約19巴。本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例還可以包括在高壓泵上的可變頻率驅(qū)動(dòng)器(VFD) JFD是通過(guò)控制供給到電機(jī)的電功率的頻率控制交變電流(AC)電動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)。通過(guò)采用VFD，由可變轉(zhuǎn)速高壓泵產(chǎn)生的壓力也可以根據(jù)系統(tǒng)的具體需要在任何時(shí)間變化，例如，作為操作、膜類型、水質(zhì)量目標(biāo)和/或海水溫度和鹽度的函數(shù)。然而，在高壓泵上使用可變頻率驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)的靈活性受到限制。因此，根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，連接能量回收系統(tǒng)與VFD系統(tǒng)可能是有利的。例如，如圖2和圖4A-B所示，根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，能量可以從使用渦輪增壓器(或其他能量回收設(shè)備)232的濃縮物流中回收。在海水系統(tǒng)中，典型地約55%至60%的加壓進(jìn)料水在濃縮物流中具有約60巴的壓力的情況下離開(kāi)該系統(tǒng)。這種能量可以被回收以減少系統(tǒng)的特定能源需求。除了渦輪增壓器，能量回收方法可以包括水斗輪、反轉(zhuǎn)渦輪機(jī)和/或活塞式工作交換器。高壓濃縮物被送入能量回收裝置(例如，渦輪增壓器或其他能量回收設(shè)備)，在那里高壓濃縮物產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動(dòng)力輸出。這可用于協(xié)助驅(qū)動(dòng)高壓泵的主電動(dòng)機(jī)。與傳統(tǒng)泵驅(qū)動(dòng)器相比，能量回收系統(tǒng)節(jié)約能源約40%至約50%。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，回收的能量可以用于驅(qū)動(dòng)變速高壓泵212，將過(guò)濾海水泵送到處理模塊260。在其它實(shí)施例中，可能沒(méi)有必要回收能量以達(dá)到用于具體膜的操作的足夠壓力，在這種情況下，可以繞過(guò)渦輪增壓器。當(dāng)與在變速高壓泵上的VFD結(jié)合時(shí)，渦輪增壓器能量回收可能允許高壓泵根據(jù)正在使用的特定類型的膜元件進(jìn)行調(diào)整。因?yàn)榈湫偷母邏罕貌荒軌蚩邕^(guò)納米過(guò)濾和反滲透膜元件兩者所需的整個(gè)壓力范圍操作，這是有利的。正如上面所討論的，取決于所使用的膜元件的類型，經(jīng)預(yù)處理的海水可能需要在進(jìn)入膜之前，加壓至在溶液的滲透壓之下的合適的壓力。預(yù)處理海水具有約24巴的滲透壓，從而，對(duì)于納米過(guò)濾膜，至少20巴的加壓(但不超過(guò)一 41巴的最大允許進(jìn)料壓力)必須施加在進(jìn)料流210上，而對(duì)于反滲透膜必須施加至少70巴的加壓(但不超過(guò)一 82巴的最大允許進(jìn)料壓力值)。因此，一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，提供具有在使用單個(gè)高壓泵的多個(gè)膜元件之間切換的靈活性的海水處理系統(tǒng)，從而使海水可以被處理以產(chǎn)生具有專門定制的特性的任何種類水，而不必使用多臺(tái)高壓泵和/或通過(guò)多處理系統(tǒng)。如上所討論的，海水相對(duì)于淡水具有較高的離子含量。例如，海水通常富含離子，諸如鈉、氯化物、硫酸鹽、鎂、鉀和鈣離子。海水通常具有至少約30，000mg/L的總?cè)芙夤腆w(TDS)含量。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，優(yōu)選地，滲透流具有小于約4，000mg/L的總?cè)芙夤腆w含量，更優(yōu)選地，從約2，000mg/L至約4，000mg/L。改善的油回收如上所述，改進(jìn)的油回收處理通常通過(guò)一個(gè)或多個(gè)注入井將水注入地下含烴儲(chǔ)層，以便于通過(guò)一種或多種碳?xì)浠衔锷a(chǎn)井從儲(chǔ)層回收碳?xì)浠衔?。在二次采油過(guò)程中，可將水注入儲(chǔ)層作為注水(waterflood)。替換地，水可以組合其他部件注入儲(chǔ)層，作為在三次油回收過(guò)程中的可混溶的或不混溶排放流體。水也經(jīng)常地注入地下油和/或氣儲(chǔ)層以保持儲(chǔ)層壓力，這有利于從儲(chǔ)層回收碳?xì)浠衔锖?或氣體。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，注射流體可以包括已經(jīng)根據(jù)上文所披露的方法處理的水溶液(例如，海水)。在特定的實(shí)施例中，海水可能首先經(jīng)歷水引入系統(tǒng)中的過(guò)濾，從而海水被泵送通過(guò)第一過(guò)濾器，以除去任何大的污染物(例如，沙、巖石、植物、碎屑等)，然后通過(guò)第二過(guò)濾器，以除去大分子物(例如，懸浮固體、膠體、高分子物質(zhì)、細(xì)菌、油、顆粒物質(zhì)、蛋白質(zhì)、高分子量溶質(zhì)等)。本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)理解，根據(jù)設(shè)備的規(guī)格和將被除去的顆粒物質(zhì)的類型和密度，可以使用不同類型的過(guò)濾器，包括例如，沙子或介質(zhì)過(guò)濾器、筒式過(guò)濾器、超濾和/或微過(guò)濾器。在通過(guò)水引入系統(tǒng)后，過(guò)濾海水可以被設(shè)置到海水處理系統(tǒng)，諸如在本公開(kāi)的附圖中所示。具體而言，如圖4A-B所示，被過(guò)濾海水可以通過(guò)變速高壓泵212提供給處理模塊260，高壓泵212推壓過(guò)濾海水通過(guò)一個(gè)或多個(gè)膜壓力容器(例如，214、216和218)，從而產(chǎn)生滲透流和濃縮物流。滲透流可以包括除去特定的離子和/或分子的水，例如，與從水引入系統(tǒng)產(chǎn)生的過(guò)濾海水相比，滲透流可以具有較低的硫酸鹽離子含量和/或較低的鹽度。如圖5所示，滲透流然后可通過(guò)滲透輸送系統(tǒng)520被輸送，例如，從船只300輸送到鉆井平臺(tái)512、從海底516輸送到鉆井平臺(tái)512和/或從鉆井平臺(tái)512輸送到井510，并且用作注射流體，用于從地下含烴地層514提高碳?xì)浠衔锏幕厥?。濃縮物流可以包括由一個(gè)或多個(gè)膜壓力容器內(nèi)的膜元件除去的離子和/或分子。然后，濃縮物流可以例如通過(guò)濃縮物排放和能量回收系統(tǒng)內(nèi)的多個(gè)濃縮物排放端口被處置。然而，在處置濃縮物之前，渦輪增壓器可以用于捕捉濃縮物流所具有的能量，并且將這樣的能量返回到變速高壓泵212。此外，濃縮物可以在被處置之前被稀釋或以其他方式處理。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，來(lái)自一個(gè)或多個(gè)膜壓力容器(無(wú)論是滲透流和/或濃縮物流)的流出物可以采取一個(gè)或多個(gè)相繼地通過(guò)處理模塊260。此外，在一些實(shí)施例中，可以在海水處理系統(tǒng)中使用一個(gè)以上的處理模塊。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，用于從地下含烴地層514回收碳?xì)浠衔锏姆椒梢园ㄍㄟ^(guò)注入井560將滲透流注入含烴地層514，將具有滲透流的碳?xì)浠衔锱欧畔蛳嚓P(guān)聯(lián)的碳?xì)浠衔锷a(chǎn)井580,并且通過(guò)碳?xì)浠衔锷a(chǎn)井580從地層514回收碳?xì)浠衔?。?yōu)選地，一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的方法，可能會(huì)導(dǎo)致從含烴地層回收的碳?xì)浠衔镌隽?，例如，?dāng)與使用未經(jīng)處理的高鹽度注射用水的注水處理相比時(shí)，增加在約2%至約40%的范圍內(nèi)。如圖6A-B所示，本發(fā)明中的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)和方法可以被包括在各種配置中。具體而言，如圖6A-B所示，本發(fā)明的系統(tǒng)和/或方法可以被配置成使得變速高壓泵212推壓過(guò)濾海水611通過(guò)一個(gè)或多個(gè)處理模塊212，從而產(chǎn)生濃縮物流634和滲透物流(圖中未顯示)。然后，濃縮物流634可以例如通過(guò)濃縮物排放和能量回收系統(tǒng)內(nèi)的多個(gè)濃縮物排放端口被處置。然而，在濃縮物流634被處置之前，渦輪增壓器(或其他能量回收設(shè)備)232可以用于捕捉濃縮物流634所具有的能量，并且返回這種能量到變速高壓泵212。此外，濃縮物流634可以在處置之前稀釋或以其他方式處理。替換地，如圖6B所示，本發(fā)明的系統(tǒng)和/或方法可以配置為使得濃縮物流634例如通過(guò)彎頭管道613繞過(guò)濃縮物排放和能量回收系統(tǒng)。替換地，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)和/或方法可以能夠在圖6A-B中顯示的系統(tǒng)之間來(lái)回切換。例如，在期望回收能量時(shí)，渦輪增壓器232可以用于捕捉濃縮物流634具有的能量，然而，在不需要回收能量時(shí)，渦輪增壓器232可以被旁路(如在圖6B中所示)。此外，如圖7所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)和/或方法可以包括渦輪增壓器232和彎頭管道613兩者，其中渦輪增壓器232和彎頭管道613通過(guò)閥614連接。在一個(gè)實(shí)施例中，閥614可保持打開(kāi)狀態(tài)，以便允許濃縮物流634直接通過(guò)管道傳輸?shù)綔u輪增壓器232。在另一個(gè)實(shí)施例中，一些閥614可以被關(guān)閉，從而繞過(guò)渦輪增壓器232。此外，濃縮物流634可以在被處置之前稀釋或以其他方式處理。示例提供下面的實(shí)施例以進(jìn)一步說(shuō)明本申請(qǐng)，和使用本文所公開(kāi)的方法和系統(tǒng)用于處理海水。使用如下實(shí)施例以設(shè)計(jì)用于高壓海水反滲透(SWRO)系統(tǒng)的壓力中心(即，泵和能量回收)，然后使用最小修改轉(zhuǎn)換為納米過(guò)濾系統(tǒng)。示例 I預(yù)處理的開(kāi)口引入海水的第一組的3個(gè)樣品分別地供給到含有三種類型的反滲透膜中一種的三個(gè)系統(tǒng)。水的溫度是18°C。使用的通量為14.5LMH(8.56GFD)，其典型用于MF/UF預(yù)處理開(kāi)口引入海水。使用的回收率是40%，其典型用于SWR0。表I示出用于第一組的3個(gè)樣品的結(jié)果:
權(quán)利要求
1.一種用于處理水的方法，包括以下步驟: 將水引入至少一個(gè)處理模塊； 其中，所述處理模塊包括: 膜壓力容器，所述膜壓力容器包括至少一個(gè)膜元件，其中所述處理模塊被配置成使得引入水通過(guò)膜壓力容器的至少一個(gè)膜元件被供給， 基于膜壓力容器的至少一個(gè)膜元件、在定制壓力下通過(guò)膜壓力容器供給引入水，和 將引入水至少分離成水性滲透流和濃縮廢棄流；和 輸出水性滲透流和濃縮廢棄流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟: 在膜壓力容器內(nèi)串聯(lián)地布置多個(gè)膜元件， 其中所述多個(gè)膜元件包括不同類型的膜元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟: 串聯(lián)地布置多個(gè)處理模塊；和 將從所述多個(gè)處理模塊中的第一處理模塊輸出的水性滲透流供給到所述多個(gè)處理模塊中的下一個(gè)處理模塊中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟: 并行地布置多個(gè)處理模塊；和 將引入水供給到所述多個(gè)處理模塊中，其中每個(gè)處理模塊分別地輸出水性滲透流和濃縮廢棄流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟: 將膜壓力容器的至少一個(gè)膜元件改變成不同的膜元件；和 基于膜壓力容器的所述不同的膜元件、在不同的定制壓力下通過(guò)膜壓力容器供給引入水。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟: 從濃縮廢棄流回收能量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中從濃縮廢棄流回收的能量用于產(chǎn)生定制壓力，在所述定制壓力下通過(guò)膜壓力容器供給弓I入水。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中至少硫酸鹽離子已經(jīng)通過(guò)膜壓力容器的至少一個(gè)膜元件從水性滲透流中除去。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在通過(guò)處理模塊供給以后，水性滲透流的鹽度在約2暈克/升至約4000暈克/升的范圍中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟: 在通過(guò)膜壓力容器供給引入水之前，過(guò)濾引入水以除去任何大污染物；和 在通過(guò)膜壓力容器供給弓I入水之前，過(guò)濾弓I入水以除去大分子物， 其中，所述大污染物包括沙、巖石、植物、碎屑以及它們的組合中的至少一種，并且其中所述大分子包括懸浮固體、膠體、高分子物、細(xì)菌、油、顆粒物質(zhì)、蛋白質(zhì)、高分子量溶質(zhì)以及它們的組合中的至少一種。
11.一種膜基水處理系統(tǒng),包括: 引入水的水引入系統(tǒng)；至少一個(gè)處理模塊，包括: 變速高壓泵；和 膜壓力容器，包括至少一個(gè)膜元件，其中變速高壓泵基于包括在膜壓力容器中的膜元件、在定制壓力下通過(guò)膜壓力容器供給引入水，并且其中膜壓力容器將引入水至少分離成水性滲透流和濃縮廢棄流；和 輸出系統(tǒng)，分別地輸出水性滲透流和濃縮廢棄流。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的膜基水處理系統(tǒng)，其中膜壓力容器包括: 串聯(lián)地布置的多個(gè)膜元件， 其中所述多個(gè)膜元件包括不同類型的膜元件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的膜基水處理系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)膜元件包括反滲透元件、納米過(guò)濾元件以及它們的組合中的至少一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的膜基水處理系統(tǒng)，還包括: 串聯(lián)地布置的多個(gè)處理模塊， 其中從多個(gè)處理模塊中的第一處理模塊輸出的水性滲透流被供給到所述多個(gè)處理模塊中的下一個(gè)處理模塊中。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的膜基水處理系統(tǒng)，還包括: 并行地布置的多個(gè)處理模塊， 其中引入水被供給到所述多個(gè)處理模塊中，并且 其中每個(gè)處理模塊分別地輸出水性滲透流和濃縮廢棄流。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的膜基水處理系統(tǒng)，其中膜壓力容器中的至少一個(gè)膜元件能夠由不同的膜元件替換，并且其中變速高壓泵能夠基于所述不同的膜元件、在不同的定制壓力下通過(guò)膜壓力容器供給弓I入水。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的膜基水處理系統(tǒng)，還包括: 能量回收系統(tǒng)，適于從濃縮廢棄流回收能量。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的膜基水處理系統(tǒng)，其中能量回收系統(tǒng)包括: 渦輪增壓器，其連接到變速高壓泵， 其中從濃縮廢棄流回收的能量用于產(chǎn)生定制壓力，在所述定制壓力下通過(guò)膜壓力容器供給引入水。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的膜基水處理系統(tǒng)，其中膜基水處理系統(tǒng)安裝在陸地，自動(dòng)推進(jìn)式船只，停泊、牽引、推動(dòng)或分節(jié)駁船，鉆井平臺(tái)或海底安裝船只上。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的膜基水處理系統(tǒng)，其中所述輸出系統(tǒng)包括: 濃縮物排出系統(tǒng)，能夠排出濃縮廢棄流， 其中所述濃縮物排出系統(tǒng)包括設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)可變深度延伸部件上的多個(gè)排放端□。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種用于處理海水以制備定制的水產(chǎn)品的方法，其中該方法包括以下步驟將水引入至少一個(gè)處理模塊，至少一個(gè)處理模塊包括具有至少一個(gè)膜元件的膜壓力容器，其中處理模塊被配置成使得引入水通過(guò)膜壓力容器的至少一個(gè)膜元件供給；基于膜壓力容器的至少一個(gè)膜元件、在定制壓力下通過(guò)膜壓力容器供給引入水；將引入水至少分離成水性滲透流和濃縮廢棄流；和輸出水性滲透流和濃縮廢棄流。
文檔編號(hào)E21B43/40GK103189601SQ201180045210
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者利薩·亨勺尼, 本·莫瓦海德 申請(qǐng)人:水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)公司(Mi)