處理用于產(chǎn)生超臨界密相流體的采出水和注入地質(zhì)層用于烴生產(chǎn)的制作方法
【專利說(shuō)明】處理用于產(chǎn)生超臨界密相流體的采出水和注入地質(zhì)層用于輕 生產(chǎn)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用 本專利申請(qǐng)要求2013年9月13日提交的US臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/877,629的權(quán)益，其通過(guò) 引用并入本文。
[000^ 領(lǐng)域 本說(shuō)明書(shū)設(shè)及采出水的處理，例如在制造超臨界密相流體（用于石油開(kāi)采）中的再利 用。
[000；3]背景 W下段落并非承認(rèn)，下述的任何內(nèi)容為公知常識(shí)或作為現(xiàn)有技術(shù)引用。
[0004] 目前用于增強(qiáng)石油回收化OR)的技術(shù)為亞臨界飽和蒸汽注射進(jìn)含重油的地質(zhì)層， 其中所述蒸汽在直通式蒸汽發(fā)生器(0TSG)或汽包鍋爐中產(chǎn)生。飽和蒸汽還用于蒸汽輔助重 力泄油(SAGD)過(guò)程(用于從油砂中回收石油)和其它的石油開(kāi)采技術(shù)。運(yùn)些方法特別可用于 生產(chǎn)重控，例如重的石油原油和油砂漸青。
[0005] 采出水是指從地質(zhì)層中累出的采出油/水混合物中的水相，例如在蒸汽通過(guò)傳熱 加熱地層且蒸汽冷凝之后。一旦回收，采出水與油分離，然后經(jīng)處理任選地用于后續(xù)再利 用。特別地，采出水可再利用W產(chǎn)生更多蒸汽用于石油開(kāi)采。
[0006] 在常規(guī)0TSG操作中再利用所需的采出水處理通常包括例如脫油、過(guò)濾和離子交換 或化學(xué)軟化的過(guò)程，根據(jù)需要W確保采出水不結(jié)垢或污損0TSG加熱器管。用于汽包鍋爐選 項(xiàng)的預(yù)處理可包括如用于0TSG的一些相同的過(guò)程，例如脫油和軟化。然而，為制備適合供應(yīng) 至汽包鍋爐的水，所述水另外經(jīng)精制W符合汽包鍋爐的要求。此外或備選，已脫油的采出水 可在蒸發(fā)器中處理，在其中去除幾乎所有的鹽和有機(jī)組分，產(chǎn)生純饋出物。
[0007] 當(dāng)0TSG用于E0R時(shí)，飽和蒸汽通常為約80%的品質(zhì)W保持管內(nèi)的熱通量速率，意味 著通常僅80%蒸汽品質(zhì)的蒸汽相產(chǎn)生并注入地層內(nèi)。
[000引在上述方法中，0TSG和鍋爐在高壓但是飽和亞臨界條件下操作。水的臨界點(diǎn)為約 22.12MPa (3,206psi)和374.15°C(705 TO,在該點(diǎn)明顯的水和氣相不再存在。在該臨界點(diǎn) W上，有超臨界密相流體。雖然該流體既不是水也不是蒸汽，但有時(shí)稱為超臨界水或超臨界 蒸汽。
[0009]用于石油開(kāi)采的超臨界密相流體的使用在美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)US 2014224491 (A1)中描述，"System And Process for Recovering Hydrocarbons Using a Supercritical Fluid(使用超臨界流體回收控的系統(tǒng)和方法r ,2014年8月14日公開(kāi)。在本 公開(kāi)中描述的系統(tǒng)具有提供第一水性液體的來(lái)源，用于在3205-10000psia的壓力下將第一 水性液體加熱至374°C-1000°C的加熱器，使得第一水性流體在超臨界狀態(tài)，從所述加熱器 接收第一水性流體的輸送系統(tǒng)，用于將其W超臨界相注射進(jìn)地下控儲(chǔ)層中，和配置用W從 儲(chǔ)層回收已被第一水性流體加熱的控的井。還描述了相應(yīng)的方法。第一水性流體可跨越文 丘里管閃蒸，按其原樣注射通過(guò)井孔的壁。閃蒸的蒸汽可為至少70%品質(zhì)的蒸汽。提供第一 水性流體的來(lái)源可為飲用水，經(jīng)處理的廢水，未經(jīng)處理的廢水，河水，湖水，海水或采出水。 處于超臨界相的第二水性流體可用于改質(zhì)已回收的控。
[001日]發(fā)明概述 W下概述旨在將詳述介紹給讀者，其遵從要求保護(hù)的發(fā)明，并非限制或限定本發(fā)明。
[0011] 超臨界密相流體還未用于任何商業(yè)化石油回收操作。而超臨界密相流體發(fā)生器目 前主要用于發(fā)電工業(yè)。特別地，超臨界密相流體用于驅(qū)動(dòng)高效蒸汽滿輪機(jī)。進(jìn)料至運(yùn)種超臨 界密相流體發(fā)生器-滿輪機(jī)組合的水通常是高度純化的，在進(jìn)入超臨界密相流體發(fā)生器之 前基本上所有的有機(jī)和無(wú)機(jī)組分都被去除。使用的水處理過(guò)程通常是嚴(yán)格和昂貴的。該費(fèi) 用在電力工業(yè)中是合理的，然而，因?yàn)槌R界密相流體在Rankine循環(huán)中更有效，在其中通 過(guò)膨脹蒸汽產(chǎn)生機(jī)械動(dòng)力。
[0012] 通過(guò)膨脹發(fā)電的效率對(duì)石油開(kāi)采中蒸汽的使用不是關(guān)鍵的。石油開(kāi)采的效率反而 主要由傳熱至地質(zhì)層的總系統(tǒng)效率決定。該總系統(tǒng)效率包括處理給水、熱通量限制、蒸汽分 配和蒸汽品質(zhì)控制導(dǎo)致的效率損失。不同于電力工業(yè)，將用于石油回收的水中幾乎所有的 污染物去除至非常低的水平是不實(shí)際的。然而，目前沒(méi)有指導(dǎo)來(lái)描述如何處理水特別是采 出水或處理至何種程度，W用于制造用于石油回收的超臨界流體。
[0013] 該專利描述了水處理的系統(tǒng)和方法。要處理的水優(yōu)選地包括采出水。運(yùn)些系統(tǒng)和 方法的一種用途是生產(chǎn)，或幫助生產(chǎn)可用于石油開(kāi)采系統(tǒng)或方法的經(jīng)處理的水，在所述石 油開(kāi)采系統(tǒng)或方法中超臨界密相液體被注入含油地層。雖然蒸汽膨脹的機(jī)械動(dòng)力在石油開(kāi) 采中不是非常重要的，但超臨界密相液體比亞臨界飽和蒸汽具有更大的能量含量/單位質(zhì) 量。在油田中，蒸汽分配和注射網(wǎng)絡(luò)通常包括長(zhǎng)的、復(fù)雜的和大型的管道系統(tǒng)W及蒸汽品質(zhì) 控制裝置。對(duì)于超臨界密相流體，相反地，分配管道可具有較小的直徑和因此與飽和蒸汽管 道相比購(gòu)買和安置可更便宜。此外，蒸汽品質(zhì)控制裝置可除去。優(yōu)選地，進(jìn)料至超臨界密相 流體發(fā)生器的至少一些水為經(jīng)處理的采出水。蒸汽發(fā)生器優(yōu)選但不是必須為0TSG。
[0014] 本發(fā)明人相信電力工業(yè)指定的嚴(yán)格的給水要求是蒸汽發(fā)生器-滿輪機(jī)組合的結(jié)果 且不適用于石油回收過(guò)程。電力工業(yè)的純水要求在是限定的，部分因?yàn)槊芟嗔黧w發(fā)生器向 高速發(fā)電滿輪機(jī)給料，在其中最高的蒸汽純度是重要的。在本專利中描述的超臨界密相流 體沒(méi)有運(yùn)種滿輪機(jī)相關(guān)的純度要求，因?yàn)槠渥⑷氲叵碌刭|(zhì)層。相反地，超臨界密相流體可在 僅有限的預(yù)調(diào)節(jié)之后在0TSG中由采出水制造。本專利中描述的系統(tǒng)和方法包括相對(duì)簡(jiǎn)單的 處理步驟。運(yùn)些系統(tǒng)和方法偏向于去除那些對(duì)于0TSG最麻煩的污染物。其它的污染物不去 除，或可甚至增加濃度。
[0015] 在在本說(shuō)明書(shū)中描述的方法中，采出水經(jīng)軟化和脫碳。脫碳優(yōu)選地通過(guò)酸化步驟 后接脫氣步驟來(lái)提供。所述方法還可包括硫酸根去除步驟，特別如果在酸化步驟中添加硫 酸根。備選或另外地，所述方法可包括膜分離，優(yōu)選地用W去除二價(jià)離子。
[0016] 在本說(shuō)明書(shū)中描述的系統(tǒng)具有膜分離單元或軟化單元和脫碳單元的組合。在一個(gè) 實(shí)例中，系統(tǒng)具有有硬度選擇性樹(shù)脂的離子交換單元和脫碳單元。脫碳單元可具有在脫氣 單元上游的酸化裝置。還可存在具有硫酸根選擇性樹(shù)脂的第二離子交換單元。
[0017] 附圖簡(jiǎn)述 圖1顯示了可用于制造用于石油開(kāi)采的超臨界密相流體的系統(tǒng)的示意工藝流程圖，包 括使用軟化、脫碳和任選的選擇性離子交換去除硫酸根或其它不期望組分的水預(yù)處理。
[0018] 圖2顯示了用于制造用于石油開(kāi)采的超臨界密相流體的系統(tǒng)的示意工藝流程圖， 包括使用常規(guī)或高溫反滲透加工的水的預(yù)處理，任選地還有其它預(yù)處理過(guò)程。
[0019] 詳述 在蒸汽發(fā)生器中增壓并加熱至超臨界條件W產(chǎn)生密相超臨界流體的水的輔助下，控可 從地下地層(或者稱為儲(chǔ)層）中回收。雖然超臨界密相流體不是蒸汽，但詞語(yǔ)"蒸汽發(fā)生器" 仍然常用，因?yàn)樗璧脑O(shè)備類似于常規(guī)蒸汽發(fā)生器。超臨界密相流體優(yōu)選地在直通式蒸汽 發(fā)生器(OTSG)中產(chǎn)生。任選地，補(bǔ)充水還可添加至蒸汽發(fā)生器。超臨界密相流體注入含油儲(chǔ) 層或地層W提高控產(chǎn)量，采用類似于SAGD、EOR或使用亞臨界蒸汽的其它過(guò)程的方式。
[0020] 超臨界水條件通常包括374°C(水的臨界溫度)-1000°C的溫度，優(yōu)選地374°C-600 °(3和最優(yōu)選374°C-455°C，和22MPa(水的臨界壓力）-70MPa的壓力，優(yōu)選地22MPa psia-50M化和最優(yōu)選22-30MPa。