專利名稱：從烴流體中除去廢物組分的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種減少在由地層產(chǎn)生的流體物流中烴流體中存在的廢物組分數(shù)量的方法。
許多油或氣井在產(chǎn)生所需的烴流體的同時，還產(chǎn)生不希望的廢物組分如采出水、H2S和CO2。在采出水的情況下，大多數(shù)井在井的使用期內(nèi)，采出水與烴流體的比值增加。這種現(xiàn)象是由于在多數(shù)地層的烴儲集層中，油層位于水層的頂部，隨著持續(xù)產(chǎn)油導(dǎo)致該儲集層耗竭，所述水層的水平面上升。一般使用適當(dāng)?shù)姆蛛x裝置例如沉降罐來將所采出水與油分離。
除采出水外，還大量產(chǎn)生如H2S和CO2的廢物組分，因為這些氣體溶解于所產(chǎn)生的油和水中。如不適當(dāng)?shù)貜臒N流體中除去，這些組分會造成不希望的環(huán)境污染。因而，通用的技術(shù)是例如使用再生處理方法除去這些廢物組分。這類方法在井身表面的下游需要專用的加工設(shè)備，這種設(shè)備一般是昂貴且龐大的。
與同時產(chǎn)生的腐蝕性廢物組分如H2S和CO2相關(guān)的另一問題是烴流體生產(chǎn)管線(如井身生產(chǎn)管)的加速腐蝕。
本發(fā)明的目的之一是提供減少從地層中產(chǎn)生的流體物流中烴流體中存在的廢物組分數(shù)量的改進方法，該方法需要專用性較低的加工設(shè)備且降低了管線腐蝕程度。
按照本發(fā)明，提供了一種借助地層中形成的鉆井減少在地層中產(chǎn)生的烴流體中存在的廢物組分數(shù)量的方法，所述烴流體在通過井身的流體物流中流動所述方法包括a)當(dāng)所述物流流經(jīng)井身時，使至少部分數(shù)量廢物組分移入在所述流體物流中存在的第二流體中；b)從所述烴流體中分離出其中含有所述至少部分數(shù)量廢物組分的第二流體。
通過在流體物流流經(jīng)井身時使廢物組分轉(zhuǎn)移到第二流體中，省去了用于在地面將廢物組分轉(zhuǎn)移到第二流體物流中的專用加工設(shè)備。再有，井身中的流體物流的高溫和高壓對于以上所指出的步驟a)是有利的。例如，在井下高壓條件下大量氣體廢物組分如H2S和CO2的體積較小，而在地面條件下，這一數(shù)量氣體的體積要大的多，相應(yīng)需要大的地面加工設(shè)備。
通過本發(fā)明的方法，進一步實現(xiàn)了在分離步驟后的下游生產(chǎn)管中基本不含如H2S和CO2的腐蝕性廢物組分，使得這些管線不受廢物組分的腐蝕作用。
為進一步減少地面加工設(shè)備數(shù)量，優(yōu)選在井身將其中含有所述至少部分數(shù)量廢物組分的第二流體與烴流體分離。
優(yōu)選地，步驟a)包括將所述至少部分數(shù)量廢物組分溶入第二流體中，所述步驟b)包括將其中溶解有廢物組分的第二流體與烴流體分離。
本發(fā)明的方法特別適合于但非僅限于從烴流體如油中除去H2S和CO2，因為大多數(shù)采出的油中含有溶解的H2S和CO2，應(yīng)防止其釋放到大氣中去。
步驟a)適當(dāng)?shù)匕╥)選擇一種物質(zhì)，它可與廢物組分反應(yīng)，生成可溶于第二流體中的反應(yīng)產(chǎn)物；ii)使所選擇的物質(zhì)存在于井身中的所述流體物流中，由此所述物質(zhì)與廢物組分進行反應(yīng)，且反應(yīng)產(chǎn)物顯著溶于流體物流中的第二流體中。
為了使所選擇的物質(zhì)存在于烴流體進入井身的井身底部部分，本發(fā)明的方法是最有效的。這例如可通過經(jīng)延伸至井身的導(dǎo)管將所述物質(zhì)注入井身中的流體物流中來實現(xiàn)。
在有吸引力的實施方案中，第二流體是經(jīng)所述井身與烴流體同時從地層中產(chǎn)生的采出水。通過在將所選擇的物質(zhì)加入到流體物流之前使部分采出水與所述流體物流分離、從而反應(yīng)產(chǎn)物基本上溶于其余部分采出水中，可降低所要使用的選擇物質(zhì)數(shù)量。
適當(dāng)?shù)乜赏ㄟ^將其經(jīng)所述井身和另一井身注入到地層中來對其中含有所述廢物組分的第二流體進行處理。通過這種方式將廢物組分返送至其生產(chǎn)來源地層，不造成任何環(huán)境污染。
在廢物組分包括H2S和CO2的情況下，優(yōu)選在流體物流中應(yīng)用OH-離子，使得反應(yīng)產(chǎn)物包括HS-、S2-、HCO3-和CO32-離子組中的至少一種。OH-離子可通過向流體物流中注入堿來形成，或通過電解第二流體、例如使用雙極性膜來形成。
以下實施例將更詳細地對本發(fā)明進行敘述。
實施例1經(jīng)井身從地層中產(chǎn)生呈油和氣形態(tài)的烴流體。所產(chǎn)生的流體物流經(jīng)延伸到井身的生產(chǎn)管線流至地面。流體物流一般包括大量來自地層的采出水。再有，還存在如H2S和/或CO2的廢物組分，因為這些組分是溶于油相和水相兩者中的。為從油相中除去H2S和/或CO2，將呈NaOH形式的堿注入流體物流中(例如，通過將其注入生產(chǎn)管線或注入生產(chǎn)管線與井身套管之間的環(huán)形間隙中)，使得與油和采出水物流混合。注入的NaOH在水相中形成OH-離子，該離子與H2S和CO2按照下式進行反應(yīng)總和為CO2或H2CO3(CO2+H2O)可按照下式與堿發(fā)生反應(yīng)或總和為或其中，HS-、S2-、HCO3-和CO32-離子溶于水相；只有H2S和CO2既可溶于水又可溶于油相。因而，通過添加呈NaOH形態(tài)的堿使得在水相中的HS-、S2-、HCO3-和CO32-離子濃度增加，導(dǎo)致在油相中的H2S和CO2減少。這意味著有效地將H2S和CO2從油相中轉(zhuǎn)移到水相中。
視具體情況而定，在添加堿之前從流體物流中分離出至少部分采出水，其優(yōu)點是為達到所需pH所需添加的堿的數(shù)量減少。
相反，當(dāng)油相中H2S和CO2的濃度較高時，可將額外注入的水流與井身中產(chǎn)生的油/水總物流混合，以產(chǎn)生更大體積其中溶解H2S和CO2及其生成的離子的水。
隨后，使用可位于井中或地面的一或多個分離器(如旋風(fēng)分離器)來將其中溶解有HS-、S2-、HCO3-和CO32-離子的水相與油相分離。隨后將含有溶解的離子的分離水經(jīng)延伸到井身中的注射管線注入到地層中。含有溶解的離子的水也可經(jīng)另一個井身注入到地層中。在上述離子在注射管線中具有結(jié)垢沉淀的趨向時，可向在注射管線中的水流中添加防垢劑或酸來防止這種結(jié)垢或使沉淀的結(jié)垢溶解。
實施例2經(jīng)井身中的生產(chǎn)管線從地層中產(chǎn)生含有H2S和CO2的烴流體物流(油/氣)，與實施例1的不同之處在于不從地層中同時采出水。為應(yīng)用本發(fā)明的方法，通過經(jīng)適當(dāng)管線向井身中的流體物流中注入第二流體來將呈水形態(tài)的第二流體加入到流體物流中。要注入的第二流體的數(shù)量取決于烴流體中H2S和CO2的數(shù)量，但一般(在產(chǎn)油的情況下)低至為油流速的2-3wt％的數(shù)量是足夠的。
注入第二流體以便與烴流體在生產(chǎn)管和鉆井套管間的環(huán)形空隙內(nèi)、在生產(chǎn)區(qū)水平面進行混合。在向烴流體物流中注入水之前，已向水中添加NaOH，而所述水中已基本除去成垢組分如鋇、鍶和鈣。NaOH在水相中生成OH-離子，它與在流體物流中存在的H2S和CO2按照實施例1所述反應(yīng)進行反應(yīng)。從而有效地將H2S和CO2轉(zhuǎn)移到第二流體、即水相中。具有溶解的HS-、S2-、HCO3-和CO32-離子的水輸送至地面，在該處其與烴流體分離。另外，溶解有所述離子的水與烴流體的分離步驟也可在井身中進行。在后一情況下，可應(yīng)用適合井身的小尺寸旋風(fēng)分離器。
分離的溶有所述離子的水隨后經(jīng)同一或另一井身注入地層中，或者可對其進行處理，從而從中除去廢物組分。在后一情況下，例如可向水中添加與溶解的離子反應(yīng)生成沉淀的組分(如生成鹽)。隨后從水中除去沉淀物。
水與油之間的接觸可例如使用接觸器、用來泵送油和水的物流的泵、或離心分離機來強化。
不難理解，在以上實施例中，僅以舉例說明的方式，NaOH被視作適宜于添加到流體物流中的物質(zhì)，還有許多其它物質(zhì)適宜于實施本發(fā)明方法。這類物質(zhì)的實例是Ca(OH)2、Mg(OH)2、LiOH和KOH。
在實施本發(fā)明的過程中所要使用的堿的數(shù)量可由化學(xué)計量條件來確定。例如，對于要除去的每kg CO2來說，需要約1.82kg NaOH，對于要除去的每kg H2S來說，需要約2.35kg NaOH。
不難理解，本發(fā)明方法在陸上和海底油/氣生產(chǎn)井均可應(yīng)用。
在本發(fā)明方法的另一可選擇的實施方案中，可通過使用提供到流體物流中的適用的細菌將H2S轉(zhuǎn)化為HS-和/或S2-來將其從烴流體中除去。
再有，一些胺可用來結(jié)合或轉(zhuǎn)化在烴流體中存在的CO2。
權(quán)利要求
1.一種減少通過地層中鉆井從地層中產(chǎn)生的烴流體中存在的廢物組分數(shù)量的方法，所述烴流體在井身流出的流體物流中流動所述方法包括a)當(dāng)所述流體物流流經(jīng)井身時，使至少部分數(shù)量廢物組分移入在流體物流中存在的第二流體中；b)從所述烴流體中分離出其中含有所述至少部分數(shù)量廢物組分的第二流體。
2.權(quán)利要求1的方法，其中步驟a)包括將所述至少部分數(shù)量廢物組分溶解在第二流體中，且其中步驟b)包括從烴流體中分離出其中溶解有廢物組分的第二流體。
3.權(quán)利要求2的方法，其中所述廢物組分包括H2S和CO2中的至少一種。
4.權(quán)利要求2或3的方法，其中步驟a)包括i)選擇一種物質(zhì)，它可與廢物組分反應(yīng)，生成可溶于第二流體中的反應(yīng)產(chǎn)物；ii)使所選擇的物質(zhì)存在于井身中的所述流體物流中，由此所述物質(zhì)與廢物組分進行反應(yīng)，且反應(yīng)產(chǎn)物顯著溶于第二流體中。
5.權(quán)利要求4的方法，其中步驟ii)包括使所述物質(zhì)在烴流體進入井身的井身底部存在。
6.權(quán)利要求4或5的方法，其中廢物組分包括H2S和CO2中的至少一種，且所述物質(zhì)包括OH-離子，反應(yīng)產(chǎn)物包括HS-、S2-、HCO3-和CO32-離子中的至少一種。
7.權(quán)利要求6的方法，其中OH-離子由向流體物流中注入堿、和對第二流體進行電解步驟中的至少一個步驟形成。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述物質(zhì)經(jīng)延伸到所述井身中的導(dǎo)管注入到井身中的流體物流中。
9.權(quán)利要求1-8中任一項的方法，其中所述第二流體是經(jīng)所述井身由地層中與烴流體同時產(chǎn)生的采出水。
10.權(quán)利要求9的方法，當(dāng)其從屬于權(quán)利要求4時，其中在使所述物質(zhì)存在于流體物流中之前，從所述流體物流中分離部分采出水，由此所述反應(yīng)產(chǎn)物大量溶解于其余的采出水中。
11.權(quán)利要求1-8任一項的方法，其中通過將所述第二流體經(jīng)井身注入到流體物流中將其加入到流體物流中。
12.權(quán)利要求11的方法，當(dāng)其從屬于權(quán)利要求4時，其中將所述物質(zhì)溶解于第二流體中，含有溶解的物質(zhì)的第二流體被注入到流體物流中。
13.權(quán)利要求11或12的方法，其中在將第二流體注入到流體物流中之前，使所述第二流體基本上不含能形成結(jié)垢的組分。
14.權(quán)利要求1-13中任一項的方法，其中在步驟b)后還包括從第二流體中除去廢物組分的步驟。
15.權(quán)利要求14的方法，其中將一種選擇的化合物添加到第二流體中，所述第二流體與廢物組分發(fā)生反應(yīng)，從而形成包括廢物組分的沉淀物，之后從第二流體中除去所述沉淀物。
16.權(quán)利要求1-13中任一項的方法，其中還包括將其中含有所述廢物組分的第二流體經(jīng)所述井身和在地層中形成的另一井身中的至少一個注入到地層中而對其進行處理的步驟。
17.權(quán)利要求1-16中任一項的方法，其中含有所述至少部分數(shù)量的廢物組分的第二流體與烴流體的分離步驟在井身中進行。
18.權(quán)利要求1-17中任一項的方法，其中第二流體包括水。
19.基本如此前參照實施例所敘述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種減少在地層中產(chǎn)生的烴流體中存在的廢物組分數(shù)量的方法,所述烴流體通過在地層中形成的井身來生產(chǎn),所述烴流體在井身流出的流體物流中流動。所述方法包括a)當(dāng)所述流體流經(jīng)井身時,使至少部分數(shù)量廢物組分移入在流體物流中存在的第二流體;b)從所述烴流體中分離出其中含有所述至少部分數(shù)量廢物組分的第二流體。
文檔編號E21B41/00GK1249796SQ98803024
公開日2000年4月5日 申請日期1998年3月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月14日
發(fā)明者P·達斯科伯羅斯, A·M·莫林格, P·D·西爾特, R·G·斯敏克, P·H·J·沃比克, M·H·W·沃布魯根 申請人:國際殼牌研究有限公司