專利名稱：鹽水處置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及處理廢水的方法，更具體涉及處理和處置廢水(例如油井和/或氣井開采中產(chǎn)生的鹽水)的方法。
在過去，已經(jīng)提出了各種處理和處置廢水或污水或鹽水的方法。廢水、污水或鹽水可能在不同的工業(yè)(例如食品加工和電力工業(yè))中產(chǎn)生。產(chǎn)生這種廢水的一個(gè)特殊領(lǐng)域是油井和/或氣井的開采現(xiàn)場(chǎng)。
從地下巖層中回收石油或天然氣時(shí)，往往產(chǎn)生鹽水。通常，在產(chǎn)生油和/或氣的巖層間隙中除含有油和/或氣之外還含有鹽水。油井或氣井開采過程中產(chǎn)生的壓力梯度不僅導(dǎo)致油和/或氣而且還導(dǎo)致鹽水流入鉆井。典型的鹽水由一些鹽例如碳酸氫鈉和氯化鈉的水溶液組成。其它的鹽和化學(xué)成分也可能含在鹽水溶液中。典型的鹽水中的化學(xué)成分使其與人類的需要不相宜，往往導(dǎo)致油井的開采面臨難題，不得不處置相當(dāng)大量的鹽水使其達(dá)到環(huán)境允許的狀態(tài)。
油井和/或氣井開采中產(chǎn)生的鹽水的傳統(tǒng)處置方法包括使用注入井。注入鹽水的巖層厚度希望在60.96米或以上。此外，鹽水的化學(xué)成分必須與巖層流體中的成分一致，以使注入量或堵塞或?qū)r層的其它損害降低到極小程度。事實(shí)上，鹽水中即使僅含有少量的膠體物質(zhì)(采用傳統(tǒng)的方法往往難以分離)也會(huì)嚴(yán)重影響鉆井附近巖層的滲透性。如果喪失滲透性，就可能需要進(jìn)行酸化或使巖層破裂，以恢復(fù)巖層的滲透性。
根據(jù)以上所述，建造注入井所需的鉆探和安裝套管的費(fèi)用可能非常高-可能接近100萬美元。除此之外，還有竣工和改造(包括巖層斷裂和油井增產(chǎn)的措施)的費(fèi)用。此外，尚有注入設(shè)備的費(fèi)用。上述費(fèi)用總計(jì)可達(dá)甚至超過250萬美元。
除了建造鹽水處置注入井需要相當(dāng)高的費(fèi)用之外，還要為鉆探和試驗(yàn)初勘注入井的大筆風(fēng)險(xiǎn)投資擔(dān)心。例如，注入深度的控制受到大約10英里水平斷錯(cuò)(offset)的限制。并且，注入?yún)^(qū)的沙層厚度變化不定，往往不能滿足這種井的要求。在某些情況下，鉆探的結(jié)果是沒有注入沙層浸染的干鉆井。這些失效井也會(huì)增加鹽水處置的費(fèi)用。
此外，與注入井相關(guān)的問題，諸如鹽水處置的范圍廣、是否可靠和環(huán)境上是否安全等，常受到聯(lián)邦土地管理機(jī)構(gòu)、地方當(dāng)局和生產(chǎn)廠家的質(zhì)疑。聯(lián)邦、州和地方的有關(guān)健康、環(huán)境保護(hù)和水質(zhì)的管理?xiàng)l例也使現(xiàn)有的處置方法更復(fù)雜和更耗費(fèi)。
在現(xiàn)有注入井的情況下，所擔(dān)心的問題不象上述提到的那樣嚴(yán)重，因?yàn)樵S多建設(shè)費(fèi)用早已投入。然而，在這種情況下，注入井的處置能力可能限制油和氣的產(chǎn)量。在油井或氣井每天產(chǎn)生1，000-10，000桶鹽水的條件下，這種情況并不罕見。如果注入井不能處置這樣數(shù)量的鹽水，那么，油井或氣井的生產(chǎn)率將會(huì)受到不必要的限制。
因此，環(huán)境上和經(jīng)濟(jì)上可行的鹽水處置方法的使用價(jià)值主要在于成功地運(yùn)行油和/或氣生產(chǎn)井。此外，經(jīng)濟(jì)的鹽水處置方法能夠擴(kuò)大油和氣的產(chǎn)量，從而能增加可回收的油和氣的儲(chǔ)量。
根據(jù)本發(fā)明的方法可以提供一些處理和處置廢水例如油井或氣井開采過程中產(chǎn)生的鹽水的方法。這些方法對(duì)上述缺點(diǎn)和缺陷并不那么敏感。
按照本發(fā)明的一種方案，該方法包括在油井和/或氣井開采過程中回收鹽水，將回收的鹽水通過反滲透裝置產(chǎn)生一級(jí)液流(具有的一級(jí)鹽濃度低于回收鹽水鹽濃度)和鹽濃度高于回收鹽水鹽濃度的二級(jí)液流，將該二級(jí)液流通過燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器，產(chǎn)生三級(jí)液流以及水蒸汽。然后，將該三級(jí)液流(其鹽濃度高于二級(jí)液流的鹽濃度)與一種液體混合產(chǎn)生鹽水混合液。此后，將所得的鹽水混合液注入地下巖層。為了產(chǎn)生注入的鹽水混合液，將該三級(jí)液流與液體按下列方式進(jìn)行混合在注入過程所處的溫度下，控制所得鹽水混合液的鹽濃度低于溶液中鹽的最大溶解度，這樣就可使鹽水混合液在注入過程和注入地下巖層后，其中所含的鹽仍然保持在溶液中。采取這樣的方法，可以避免地下巖層堵塞。
在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，為了防止反滲透裝置被污物堵塞，并將痕量元素或化學(xué)物質(zhì)例如鋇、鍶或苯(可能影響一級(jí)液流在工業(yè)上或其它用途上的使用性能)除去，可以添加防垢劑對(duì)回收的鹽水進(jìn)行預(yù)處理。從反滲透裝置產(chǎn)生的一級(jí)液流優(yōu)選鹽濃度低于500ppm，以提供工業(yè)上能利用或在環(huán)境中能安全處置的飲用水源。用來與來自燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器的三級(jí)液流混合，以產(chǎn)生注入地下巖層的鹽水混合物的液體可以從原始的鹽水液流或從預(yù)處理后的鹽水流抽取。另外，通過反滲透裝置和燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器的體積流量最好加以控制以形成穩(wěn)態(tài)操作的條件。
按照本發(fā)明的另一種方案，提供了一種處理和處置鹽水的方法，該方法包括將鹽水原料流輸入燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器，以產(chǎn)生水蒸汽和濃鹽水流出液(其鹽濃度高于鹽水原料流的鹽濃度)。濃鹽水流出液從燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器中排出，并與液體混合以產(chǎn)生鹽水混合液(其鹽濃度高于鹽水原料流的鹽濃度)。然后，將該鹽水混合液注入地下巖層，使其得到處置。注入地下巖層的鹽水混合液具有的鹽濃度應(yīng)能使鹽或其它的雜質(zhì)在注入地下巖層過程中和注入后均保持在溶液中。
按照本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案，用以和濃鹽水流出液混合的液體可以是來自輸入燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器的鹽水原料流的鹽水。為了在燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器中形成基本上恒定的鹽濃度，該蒸發(fā)器優(yōu)選在穩(wěn)態(tài)操作條件下運(yùn)行。
按照本發(fā)明的另一種方案，提出了一種處理含鹽鹽水的方法，該方法包括將具有一定鹽濃度的鹽水作為原料流通過反滲透裝置，以產(chǎn)生鹽濃度低于該鹽水鹽濃度的一級(jí)飲用水排放液流和鹽濃度高于該鹽水鹽濃度的二級(jí)排放液流。該鹽水在通過反滲透裝置之前最好進(jìn)行預(yù)處理，以防止污物堵塞反滲透裝置。然后，將從反滲透裝置中流出的二級(jí)液流注入地下巖層使其得到處置。
按照本發(fā)明的另一種方案，提出了一種處理含有初始鹽濃度鹽水的方法，該方法是在控制體積流量的條件下將所述鹽水輸入燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器，以蒸發(fā)鹽水中的水分，從而產(chǎn)生鹽濃度高于鹽水初始鹽濃度的濃鹽水溶液，在控制體積流量的條件下將濃鹽水溶液從燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器中排出，以使燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器中形成穩(wěn)態(tài)操作的條件。然后，將該濃鹽水溶液輸入干燥裝置，以便將其干燥而獲得含水量低的固體鹽粒。然后，將該含水量低的固體鹽粒從干燥器中回收，這樣，該固體鹽粒即可在工業(yè)上應(yīng)用或在廢物處置場(chǎng)安全地加以處置。
按照本發(fā)明優(yōu)選的一種實(shí)施方案，可以在輸入燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器之前，將該鹽水通過反滲透裝置以便產(chǎn)生鹽濃度低于該鹽水初始鹽濃度的飲用水液流和鹽濃度高于初始鹽濃度的排放鹽水液流。另外，在該鹽水輸入反滲透裝置之前，可以添加防垢劑進(jìn)行預(yù)處理，以控制所含碳酸鈣而產(chǎn)生的結(jié)垢和并防止所含硫酸鹽堵塞反滲透裝置。用于干燥濃鹽水溶液的干燥裝置可以采用脈沖燃?xì)飧稍锲鞯男问?，該干燥器除了產(chǎn)生含水量低的固體鹽粒之外還產(chǎn)生水蒸汽。
在上述本發(fā)明的每種優(yōu)選實(shí)施方案中以及在本說明書和權(quán)利要求書中，使用術(shù)語(yǔ)“燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器”，對(duì)這種蒸發(fā)器將參考有關(guān)的裝置進(jìn)行說明和敘述，在該裝置中燃燒氣體可在蒸發(fā)器中直接產(chǎn)生或在內(nèi)燃機(jī)或類似的設(shè)備中產(chǎn)生，然后，從廢氣中或從內(nèi)燃機(jī)的冷卻劑中回收熱。從這種內(nèi)燃機(jī)中獲得的熱能，可作為產(chǎn)生這種鹽水過程的原動(dòng)力，用來驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)或泵。
本發(fā)明中所用的術(shù)語(yǔ)“燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器”指的是一種浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器，在該蒸發(fā)器中，可燃?xì)夂涂諝庠谌紵髦腥紵撊紵鹘]于待蒸發(fā)液體中，或另一種蒸發(fā)器，利用內(nèi)燃機(jī)熱廢氣的廢熱或利用內(nèi)燃機(jī)冷卻劑流體的熱蒸發(fā)鹽水。
通過以下詳細(xì)敘述并參考附圖后，將清楚地了解本發(fā)明的有關(guān)步驟，附圖中相同的旁注數(shù)字表示相同的部件和液流，其中

圖1是說明根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案的方法的示意圖，其中，燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器是浸沒式燃燒裝置;
圖2與圖1相似，它是根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案的方法的示意圖;
圖3是說明根據(jù)本發(fā)明第三種實(shí)施方案的方法的示意圖，它與圖1相似，和圖4是說明根據(jù)本發(fā)明第四種實(shí)施方案的方法的示意圖。
圖5是說明根據(jù)本發(fā)明的一種方法的示意圖，其中，燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器是通過內(nèi)燃機(jī)中燃料和空氣的廢氣燃燒而產(chǎn)生的廢熱供給熱能，和/或通過內(nèi)燃機(jī)的冷卻劑供給熱能。
圖6是說明根據(jù)本發(fā)明的一種方法的示意圖，它與圖5相似，其中，另一種實(shí)施方案可利用廢熱蒸發(fā)燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器中的鹽水。
圖7與圖5和圖6的配置相似，它是本發(fā)明的另一種實(shí)施方案的示意圖，其中，燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器可利用內(nèi)燃機(jī)的廢熱加熱。
圖1是說明本發(fā)明方法中一種實(shí)施方案的示意圖。提供一種廢水源供作鹽水原料流10。貯槽(未示出)可貯存鹽水。根據(jù)本發(fā)明的一種應(yīng)用，原料流10可以來源于油井和/或氣井開采中回收的鹽水。從這種生產(chǎn)過程中回收的鹽水將作為以下討論各種處理和處置方法的基礎(chǔ)。然而，應(yīng)該理解的是下列較詳細(xì)敘述的一些方法也可以用來處理和處理其它來源的廢水和鹽水。
廢水或鹽水原料流10可以用泵輸送并通過用來預(yù)處理鹽水的串聯(lián)的預(yù)處理裝置12、14。然后，用泵將預(yù)處理裝置中排放的液流18送入反滲透裝置20，該反滲透裝置中裝有一張或多張膜22。預(yù)處理裝置12、14優(yōu)選用來預(yù)處理通過該裝置的原料流10，從而避免反滲透裝置20中的膜22被污物堵塞。
如果反滲透裝置中的膜22被污物堵塞，就會(huì)降低透過膜22的鹽滲透率，從而增加透過膜所需的壓降。結(jié)果，使該反滲透裝置的生產(chǎn)率降低。預(yù)處理可以控制由于鹽水原料流10中可能含有的碳酸鈣所造成的結(jié)垢。由于硫酸鹽或其它元素例如鈣、鋇和鍶的硫酸鹽造成的堵塞可以采取在鹽水液流中添加防垢劑的方法加以控制。如果鹽水中含鐵，必須將所有的三價(jià)鐵從原料流10中除去。如果鐵呈可溶性的二價(jià)鐵狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生鐵的沉淀。但是，如果Fe++氧化成Fe+++，則可形成導(dǎo)致膜堵塞的鐵沉淀物Fe(OH)3。原料流中也可能含有呈亞微粒徑的細(xì)小微粒狀的膠體。這些膠體都帶有電荷，由于彼此排斥因而呈懸浮狀態(tài)。膠體堵塞膜22是由于膠體絮凝后，絮凝物沉積在膜上造成的。因此，在鹽水通過反滲透裝置處理之前，必須將膠體物質(zhì)從原料流中過濾除去。
能起上述作用的預(yù)處理裝置是眾所周知的。因此，有關(guān)預(yù)處理裝置12、14的詳細(xì)情況不再贅述。只需說明，該預(yù)處理裝置是用來除去可能堵塞反滲透裝置20中膜22的膠體物質(zhì)。另外，該預(yù)處理裝置12、14可以用來使含在鹽水原料流中的任一種鹽或金屬成分對(duì)反滲透裝置20中的膜22無害。該預(yù)處理裝置12、14還可以除去痕量元素或化學(xué)物質(zhì)，例如鋇、鍶或苯，這些元素或化學(xué)物質(zhì)可能影響離開反滲透裝置的液流在工業(yè)上或其它方面的使用性能。此外，雖然圖1僅示出了兩套預(yù)處理裝置12、14，但在必要時(shí)當(dāng)然可以使用多于兩套的預(yù)處理裝置。另一方面，根據(jù)鹽水原料流10的組成，整個(gè)過程可能只需要一套預(yù)處理裝置。甚至在某些情況下還可以將預(yù)處理裝置12、14一起撤消。根據(jù)鹽水或廢水的組成，可能需要使用過濾器、軟化器或使用化學(xué)試劑來調(diào)節(jié)pH，從而避免在反滲透裝置20中過多地結(jié)垢。
預(yù)處理后，將經(jīng)過預(yù)處理的鹽水原料流18泵入反滲透裝置20。該反滲透裝置20裝有一張或多張膜22，可以使鹽水液流18分為兩種液流24、26。一種液流26(即一級(jí)排放液流)具有的鹽濃度低于進(jìn)入的鹽水原料流18，而另一種液流24(即二級(jí)排放液流)具有高于進(jìn)入的鹽水原料流18的鹽濃度。反滲透裝置20中膜22優(yōu)選能夠使一級(jí)排放液流26中的鹽濃度低到足以符合環(huán)境和健康的要求，使得該流體可以利用，例如用于灌溉。
適用于本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的反滲透裝置在本技術(shù)領(lǐng)域是已知的，因此不再贅述。只需說明，這種裝置一般包括其中裝有一張或多張半透膜的壓力容器。在本發(fā)明的情況下，來自原料流18的鹽水必須在壓力下通過該半透膜?？梢圆捎帽炯夹g(shù)領(lǐng)域已知的方法定做膜22，使其符合待處理的特定鹽水的要求，這樣，鹽水中大部分鹽被擋在膜22的高壓一邊，而鹽濃度較低的溶液則可滲透過該膜。按照上述方式，該反滲透裝置可將鹽水分成上述的兩種液流24、26-其中一種鹽的濃度高于進(jìn)入的鹽水原料流18，而另一種的鹽濃度則低于進(jìn)入的鹽水原料流18。
反滲透裝置20優(yōu)選能用來產(chǎn)生鹽濃度低于500ppm的飲用水的一級(jí)排放液流。另一方面，優(yōu)選的反滲透裝置應(yīng)能增濃鹽水，以使二級(jí)排放液流24具有的鹽濃度達(dá)到20，000-60，000ppm或更高(例如100，000ppm)。另外，可以使用串聯(lián)配置的多級(jí)反滲透裝置以達(dá)到甚至更高的鹽水濃度。當(dāng)然，一般公認(rèn)，提高出口鹽水的鹽濃度將使反滲透裝置的操作越來越難以達(dá)到所需的要求，而且耗費(fèi)更大。因此，反滲透裝置20最好能夠使鹽水液流18的體積降低約75%以獲得液流24。
然后，將二級(jí)排放液流24(包括濃鹽水)輸入燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器(浸沒燃?xì)庹舭l(fā)器型)28。浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器在本技術(shù)領(lǐng)域是已知的，因此，關(guān)于該設(shè)備的詳細(xì)情況不作專門的討論。然而，一般而言，在浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器中，空氣30和可燃?xì)?2的燃燒混合物被輸入燃燒室34，然后，點(diǎn)火。可燃?xì)?2可采用煤床甲烷類。燃燒室34可安裝在液浴之上，這樣，燃燒發(fā)生在該液體之上，而燃燒氣則通過該液體排放。另一方面，也可以將浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28設(shè)計(jì)成部分燃燒發(fā)生在液體的表面之下。燃燒氣和液體之間密切接觸可使液體直接加熱、攪拌和部分蒸發(fā)。
浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28的水蒸汽和燃燒產(chǎn)物通過廢氣煙囪36排放出蒸發(fā)器。該水蒸汽和燃燒產(chǎn)物可以排入大氣。
在操作過程中，在控制體積流量的條件下從起動(dòng)至穩(wěn)態(tài)操作完全結(jié)束不斷地將鹽水供入浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28。浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28起動(dòng)的過程中，由于部分水分從鹽水中蒸發(fā)，該蒸發(fā)器28中的鹽濃度增高，從而在蒸發(fā)器28中留下增高濃度的溶液。蒸發(fā)器28中溶液的濃度可從原料流24的濃度提高到預(yù)定的操作濃度。當(dāng)浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28中的鹽水操作濃度達(dá)到以后，部分濃鹽水在控制體積流量的條件下從蒸發(fā)器28中排出，同時(shí)，將新鹽水24在控制體積流量的條件下不斷地供入蒸發(fā)器28。在浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28穩(wěn)態(tài)操作的過程中，可以形成恒定的鹽濃度。浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28中的鹽濃度可以高于蒸發(fā)器28操作溫度下的最大溶解度。在這種情況下，該鹽水包含飽和鹽水溶液和固體顆粒的混合液，由于鹽水被通過該鹽水排放的已燃?xì)鈹嚢瑁蚨腆w顆粒在蒸發(fā)器28中保持懸浮狀態(tài)。此外，也可以安裝循環(huán)泵或攪拌器(未示出)來攪拌浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28中的鹽水。
在穩(wěn)態(tài)操作過程中，浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28中典型的鹽水濃度范圍為200，000-400，000ppm，或可能更高。從蒸發(fā)器28中排放的濃鹽水38應(yīng)優(yōu)選在不同的管道中保持流動(dòng)以避免將固體顆粒沉積在組件上。此外，當(dāng)蒸發(fā)器28停止操作時(shí)，由于鹽混合液的攪拌停止，該懸浮的鹽?？赡艹练e在系統(tǒng)的組件上，因此必須采取相應(yīng)的預(yù)防措施。這類預(yù)防措施可以采取在管道的適當(dāng)位置上安裝閥門，當(dāng)浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28停止操作時(shí)，可以從該管道將濃鹽水排放。排放管道29上的排放閥31可以人工操作或通過電磁線圈(未示出)電動(dòng)控制，以便在燃燒裝置停止操作或發(fā)生故障時(shí)，能使浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28和管道38或其它的管道排空。
從浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28中排放的更濃的鹽水液流38通常包含鹽的水溶液和懸浮的鹽粒。其所顯示的濃度已超過鹽例如碳酸氫鈉和氯化鈉在水中的最大溶解度。因此，從浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28中排放的更濃的鹽水液流38實(shí)際上可以呈鹽的混合物或鹽漿的形式。
然后，可將從浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28中排放的鹽漿38泵送到用來蒸發(fā)鹽漿38中水分的干燥器單元41。各種類型的干燥單元均適合于這種用途。已發(fā)現(xiàn)一種適用的干燥系統(tǒng)，即是將鹽漿38噴射進(jìn)熱氣流中進(jìn)行噴霧干燥。噴霧干燥提供了可行的處置手段，可將鹽水(呈溶液或漿體狀態(tài))干燥成基本上無水的固體鹽粒產(chǎn)品。噴霧干燥可以包括將可泵送的鹽液流輸入適合于鹽水干燥敏感溫度的熱環(huán)境中。在這種系統(tǒng)中，水分被蒸發(fā)除去。暴露在熱環(huán)境中的鹽水原料流的表面積可以控制被加工鹽水的蒸發(fā)速率和溫度/時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。傳統(tǒng)的噴霧干燥法可利用噴嘴或旋轉(zhuǎn)輪使該原料流霧化。
一種特別適用于本發(fā)明系統(tǒng)的特殊的噴霧干燥器是脈沖燃?xì)飧稍锲?。由于其?dú)特的性能，這類干燥器是緊湊的而且具有潛在的節(jié)能效率。這種干燥器41的圖例示于圖1。在脈沖燃?xì)飧稍锲?1中，空氣40和可燃?xì)?2混合在一起，并在燃燒室44中燃燒。提供了一種裝置例如球形閥可以在燃燒區(qū)形成高頻的脈動(dòng)。該高強(qiáng)度聲的速脈動(dòng)使鹽水漿體38在燃?xì)獾拿}動(dòng)射流中霧化。從鹽水漿體38中蒸發(fā)的水蒸汽與燃燒產(chǎn)物一道可從脈沖燃?xì)飧稍锲?1通過廢氣煙囪46排入大氣。基本上干燥的鹽粒，其含水量低于3%，可以在脈沖燃?xì)飧稍锲?1之下的區(qū)域48回收。
如圖1所示和如上所述，由于浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28和脈沖燃?xì)飧稍锲?1的操作而產(chǎn)生的水蒸汽和燃燒產(chǎn)物通過相應(yīng)的煙囪36、46排入大氣。然而，在熱交換器45中冷凝水蒸汽和冷卻燃燒產(chǎn)物，以從這些氣體中回收相當(dāng)量的熱，在某些情況下是有利的。水蒸汽的冷凝和氣體的冷卻會(huì)釋放出可利用的熱，例如可在過程的不同階段用來預(yù)熱鹽水，從而降低系統(tǒng)所需的總能量。在設(shè)備安裝在封閉結(jié)構(gòu)中的低溫環(huán)境下，冷凝和冷卻所釋放的熱可以有效地用來加熱該封閉結(jié)構(gòu)。
從以下幾點(diǎn)可以看出，上述方法(如圖1所示)是非常有用和先進(jìn)的。首先，該系統(tǒng)和構(gòu)成該系統(tǒng)的裝置在性質(zhì)上具有靈活性，因而該系統(tǒng)適合于設(shè)置在特殊的條件下。此外，該裝置的可移動(dòng)性有助于重新定位，以滿足現(xiàn)場(chǎng)操作變化的需要。因此，該系統(tǒng)適用于受地形限制的一些油井，可以減少用于鹽水集水管所增加的費(fèi)用，并有可能不必將液體輸送到中央注入工地。
圖1所示的方法還有助于撤消注入井。因而，與鉆探和試驗(yàn)初勘的鹽水處置注入井有關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)以及建設(shè)這種井所需的巨額費(fèi)用均可避免。
從以下可以看出，該系統(tǒng)是非常有吸引力的，它能夠?qū)⑷葵}水源轉(zhuǎn)變成三種組分-可用于工業(yè)或作為灌溉用的飲用水、可燃?xì)夂退羝?可安全地排入大氣，并可以通過熱交換器回收熱以滿足該系統(tǒng)能源的需要)和含水量低的固體鹽粒(可用于復(fù)田或在工業(yè)上重復(fù)利用)。例如，含有碳酸氫鈉的鹽水是特別有吸引力的，因?yàn)樵谔幚砣紵^程中的流出液時(shí)，可產(chǎn)生非常有用的碳酸氫鈉副產(chǎn)品。
雖然上述的和圖1所示的方法提供了一種成本效益好、可代替現(xiàn)有的利用注入井處置鹽水的方法，然而，也會(huì)出現(xiàn)某些注入井仍然可以用來處置鹽水的情況。例如，在某些已經(jīng)裝設(shè)了注入井的地區(qū)，對(duì)于建設(shè)這種井的費(fèi)用很少有什么顧慮。這是因?yàn)榇蟛糠职惭b費(fèi)用已經(jīng)開支。此外，利用現(xiàn)有井沒有象勘探新注入井那樣冒風(fēng)險(xiǎn)的擔(dān)心。在上述情況下，繼續(xù)利用注入井處置鹽水可能是有利的。
然而，現(xiàn)有注入井的鹽水處置能力可能對(duì)油井或氣井的滿負(fù)荷生產(chǎn)運(yùn)行起阻礙作用。即，如果油井或氣井的鹽水日產(chǎn)量超過注入井的鹽水處置能力，那么，極有可能不得不降低油或氣的產(chǎn)量以符合注入井的處理能力。因此，補(bǔ)充一種較經(jīng)濟(jì)的鹽水處置方法是非常有益的。在此情況下，可以擴(kuò)大油和氣的產(chǎn)量，從而可以增加可回收的油和氣的儲(chǔ)量。另外，較經(jīng)濟(jì)地利用現(xiàn)有的注入井可以減少對(duì)新建注入井的需要。圖2-4所示的系統(tǒng)和方法提出了實(shí)現(xiàn)上述目的途徑。
首先參看圖2，圖中與圖1相同的部件均以相同的旁注數(shù)字表示，鹽水原料流10可以泵送入一臺(tái)或多臺(tái)預(yù)處理裝置12、14。如上所述，在圖1中所描述的有關(guān)系統(tǒng)中，如果鹽水的成分在進(jìn)入反滲透裝置20之前沒有必要進(jìn)行預(yù)處理，則預(yù)處理裝置12、14可以全部省去。然后，可將鹽水原料流18輸入反滲透裝置20，并在壓力下流經(jīng)半透膜22。可優(yōu)選適合于待處理鹽水特性的膜22。膜22兩側(cè)的壓力梯度促使水滲透過該膜，而大部分鹽則被擋在膜后。結(jié)果，從反滲透裝置20排出兩種液流，其中的一種鹽濃度低于原料流的液流經(jīng)管道26流出，該液流的鹽濃度最好足夠低，使其從管道26排放后能成為飲用水流。在管道24中的另一液流，由鹽濃度高于管道18中的原始鹽水進(jìn)料的鹽水組成。飲用水流26的鹽濃度最好足夠低，達(dá)到可以安全地用于灌溉或排放到當(dāng)?shù)氐呐潘到y(tǒng)。反滲透裝置20最好能使鹽水液流18的體積降低約75%，以獲得液流24。
然后將濃鹽水流24輸入浸沒式燃燒室28，產(chǎn)生更濃的鹽水38以及通過廢氣煙囪36排放的已燃?xì)夂退羝Ｈ缓?，將從浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28而來的濃鹽水流或鹽水漿體38泵送到混合槽50，并在其中與其它液體混合。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，用以和濃鹽水漿體38混合的液體包括已從原始鹽水原料流10放出的鹽水。如圖2所示，用來與管道38中的濃鹽水漿體混合的管道52中的鹽水，也可來源于兩個(gè)預(yù)處理裝置12、14或其中之一，即通過位于反滲透裝置20上游的管道16或18流出的預(yù)處理后的鹽水流。另一方面，管道38中的濃鹽水漿體可以與淡水或與淡水和來自原始原料流10的鹽水混合液流混合?？傊?，用以和鹽水漿體混合的液體所具有的鹽濃度都低于鹽水漿體38。
然后，將混合槽50中的鹽水混合液54泵送到注入井56，并通過井孔58進(jìn)入地下巖層60。用鹽濃度低于鹽水漿體38的鹽水或其它的液體與鹽水漿體38混合，可以產(chǎn)生鹽水混合液54，它所具有的鹽濃度保證在注入過程中或鹽水注入地下巖層例如60后，其中的鹽不會(huì)從溶液中析出。當(dāng)鹽水漿體與已從一股或多股液流10、16、18放出的鹽水52混合時(shí)，鹽水52的量是根據(jù)鹽水混合液流54的鹽濃度和體積計(jì)算的，因此，鹽水混合液流54所具有的鹽濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于在混合槽和注入過程中所處溫度下溶液中鹽的最大溶解度。這樣，泵送到注入井56并通過井孔58輸入地下巖層60的鹽水混合液流54，在地下巖層60的溫度和壓力下所具有的鹽濃度，可以防止地下巖層60堵塞。
圖2所示的系統(tǒng)和方法可以擴(kuò)大注入井的處置能力，從而提供了一種更經(jīng)濟(jì)的利用注入井的途徑。由于原始鹽水原料流10的體積大量降低，因而注入注入井56并通過井孔58輸入地下巖層60的鹽水總體積僅僅是鹽水初始體積的一小部分。由于注入注入井的鹽水量較之原始鹽水降低，油和氣的產(chǎn)量可以擴(kuò)大，從而增加了可回收的油和氣的儲(chǔ)量。
圖1和圖2所示系統(tǒng)中的每一個(gè)部件都具有最佳的操作范圍。浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28在該蒸發(fā)器的操作溫度下可以將鹽水原料流濃縮到鹽水溶液的最大溶解度，對(duì)含有碳酸氫鈉鹽水的原料流而言，所述操作溫度的范圍約為170-190°F。然而，在有多種鹽水的情況下，浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28可將鹽水濃縮到其鹽濃度2或3倍于最大的溶解度。在后一種情況下，該蒸發(fā)器中含有鹽溶液和固體顆粒懸浮體的混合液。在有多種鹽水的情況下，由于排放的已燃?xì)獯┻^鹽水而攪拌鹽水混合液，因而固體顆粒均保持懸浮狀態(tài)。同時(shí)，該固體顆粒也可以通過感應(yīng)產(chǎn)生的攪拌保持懸浮狀態(tài)，例如借助循環(huán)泵(未示出)使鹽水混合液在蒸發(fā)器28中循環(huán)。
可作為例證的是，含有碳酸氫鈉的鹽水在溫度140°F下可能具有飽和濃度約為164，000ppm。然而，當(dāng)溶液中含有其它的鹽例如氯化鈉時(shí)，碳酸氫鈉的溶解度即降低。這種鹽水可以濃縮到飽和濃度的2或3倍，因?yàn)橹灰舭l(fā)器在運(yùn)行這種鹽的鹽粒就可保持懸浮狀態(tài)。
在浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28中，鹽水混合液的濃度范圍可以為100，000-400，0000ppm，盡管某些鹽水的濃度為550，000是可行的。被處理的鹽水原料流10的鹽濃度可從低范圍的500ppm到10倍于該量或更高。如果將反滲透裝置排出的濃鹽水供入浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器，則浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器的原料流濃度范圍可以為5，000-50，000ppm或更高。如果從反滲透裝置20輸送到浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28原料流24具有50，000ppm的濃度，而浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28在300，000ppm的穩(wěn)態(tài)濃度下運(yùn)行，則通過浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28處理后該鹽水的體積將會(huì)減少5/6。
作為適用于圖1所示系統(tǒng)的操作參數(shù)的一個(gè)實(shí)施例，反滲透裝置20可以用來有效地處置濃度為7，000ppm(即0.7%的溶液)日產(chǎn)5，000桶的鹽水10。反滲透裝置20可以產(chǎn)生3，750桶鹽濃度為400ppm(如果當(dāng)?shù)貤l例要求，則可更低)的飲用水26和1，250桶鹽濃度約為26，800ppm的鹽水24。因此，在反滲透裝置20中處理鹽水可以降低75%的鹽水體積。從反滲透裝置20排放的鹽水可連續(xù)供入浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28。濃鹽水38在控制流量下，從浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28中排出，因而在蒸發(fā)器28中可形成穩(wěn)定的鹽水濃度。當(dāng)日產(chǎn)1，250桶鹽濃度為26，800ppm的鹽水時(shí)，浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28將該鹽水漿體38中的水蒸發(fā)，因而在浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28中可以形成250，000ppm的穩(wěn)定濃度。該鹽水漿體38可在計(jì)算機(jī)控制下從浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28中回收，這樣，鹽水的進(jìn)料流率與鹽水的蒸發(fā)速率平衡，從而產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)的操作。鹽水漿體38的日排放量可能約為134桶。因此，在過程的這一階段，將原先每天5，000桶的鹽水日產(chǎn)量，降低了97%以上。
浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28中的濃鹽水的溫度約為175°F，其組成包括飽和溶液和鹽粒的懸浮物。其所以如此是由于含有碳酸氫鈉和1，000ppm氯化鈉的鹽水飽和溶液在140°F時(shí)具有的溶解度約為140，000ppm。由于通過鹽水排放的燃燒產(chǎn)物攪拌鹽水和可能由于循環(huán)泵的作用，在浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28中鹽粒將保持懸浮狀態(tài)。此時(shí)，可將鹽水漿體38輸入干燥裝置41，并在該裝置中進(jìn)行干燥，從而產(chǎn)生含水量低的固體鹽粒。
另一方面，在注入井可以注入鹽溶液的情況下，每日134桶的濃鹽水漿體38在混合槽50中與從鹽水原料流10而來的每日約365桶的鹽水混合。然后將所生成的鹽水混合液54注入注入井56并通過井孔58進(jìn)入地下巖層60。于是，最初每日5，000桶鹽水量降低到每日大約500桶(即體積減少90%)。注入井所需的注入量減少到這樣的程度，可以明顯地延長(zhǎng)現(xiàn)有注入井的壽命。而且，完全可能不需要新建注入井。
根據(jù)廢水或待處理鹽水10的特定狀況、廢水或待處理鹽水的體積以及當(dāng)?shù)氐默F(xiàn)場(chǎng)條件，采用少于圖1和圖2所示系統(tǒng)的全部設(shè)備進(jìn)行操作，在經(jīng)濟(jì)上是有利的。例如，如圖3所示，只需使用浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28(管道10中鹽水原料流輸入其中)。從浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28流出的流出液管道38中的鹽水漿體可以輸入混合槽50。根據(jù)管道38中鹽水漿體的鹽濃度，可以將管道38中鹽水漿體直接輸入注入井56，而不需要混合。然而，在注入過程中，當(dāng)管道38中鹽水漿體的鹽濃度達(dá)到其中的鹽可能從溶液中析出時(shí)，地下巖層就有可能被堵塞，因此，將管道38中的濃鹽水漿體與其它的溶液在混合槽50中混合以降低其鹽濃度是有益的。圖3的配置如同圖2所示系統(tǒng)的情況一樣，用以和管道38中的鹽水漿體在混合槽50中混合的液體，可由管道52中的鹽水(從原始鹽水原料流10而來)組成。當(dāng)然，必要時(shí)也可以使用淡水。該濃鹽水最好稀釋到所要求的程度，以生產(chǎn)出管道54中的鹽水混合液，由于該鹽水混合液的鹽濃度低，注入注入井56后，不致堵塞地下巖層60。
作為實(shí)例，假定油井在一天的時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)鹽濃度為5，000ppm的鹽水1，000桶。則可按照這1，000桶鹽水減少到25桶鹽濃度為200，000ppm的鹽水來設(shè)計(jì)浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28。上述25桶鹽水可以和來自鹽水原料流10、濃度為5，000ppm的50桶鹽水混合，從而可產(chǎn)生濃度為70，000ppm的75桶鹽水混合液。在鹽水混合液中特定鹽類的基礎(chǔ)上，這種鹽水混合液最有可能注入注入井而不致堵塞地下巖層。因此，1，050桶鹽水流體可減少到75桶，從而使體積降低率達(dá)到92.9%。
如上所述，如果氣或油的產(chǎn)量受到注入井的鹽水處置能力限制，補(bǔ)充一種類似于圖3的方法即可明顯地增加氣或油的產(chǎn)量。
如同討論有關(guān)圖1所示系統(tǒng)一樣，浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器28操作中產(chǎn)生的水蒸汽和燃燒產(chǎn)物可以在熱交換器45中冷卻，以回收這些氣體中大量的熱。
根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方案(示于圖4)，作為鹽水原料流的鹽水10可以輸入反滲透裝置20(與圖1所示的上述實(shí)施方案的裝置類似)。鹽水在壓力下流入反滲透裝置20，在膜22兩側(cè)的壓力梯度下可使水滲透過膜。同時(shí)，大部分鹽被阻止而不能通過膜22。這樣，鹽濃度較低的飲用水流(即鹽濃度低于500ppm)可從反滲透裝置20排放到工業(yè)上可利用的地方或在當(dāng)?shù)嘏潘到y(tǒng)中處置。從反滲透裝置20中排放的還有濃鹽水流24，其鹽濃度高于進(jìn)入的鹽水18的鹽濃度。反滲透裝置20最好能使鹽水流18的體積降低約75%，以產(chǎn)生液流24。
在進(jìn)入反滲透裝置20之前，鹽水流10可以通過一臺(tái)或多臺(tái)預(yù)處理裝置12、14，以預(yù)處理鹽水和調(diào)節(jié)其pH，避免在反滲透裝置20中過多地結(jié)垢。另外，如同上述另一種實(shí)施方案的情況一樣，在進(jìn)入反滲透裝置20之前，該鹽水可以泵送通過過濾裝置(未示出)和軟化器(未示出)。
管道24中的濃鹽水流的鹽濃度一般不太高，不致在注入注入井56的過程中使鹽從溶液中析出。因此，在這種情況下，管道24中的濃鹽水流可以從反滲透裝置20直接注入到注入井56中。然而，如果管道24中的濃鹽水流的鹽濃度在注入過程中可能造成鹽從溶液中析出時(shí)，則可在注入到注入井之前，將管道24中的濃鹽水流泵送到混合槽50中。如同圖2和圖3所示系統(tǒng)的情況一樣，圖4也示出，管道24中的濃鹽水可以與來自原始鹽水液流10的鹽水混合，以產(chǎn)生管道54中的鹽水混合液，其鹽濃度可以確保在注入過程中鹽不會(huì)從溶液中析出。這樣，即可避免地下巖層60堵塞。
如上所述，圖5-7的配置具體說明類似于圖1-3的配置。不過，圖5-7中燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器的類型是廢熱蒸發(fā)器。一般而言，如圖5、6和7所示，在這種廢熱蒸發(fā)的過程中，從內(nèi)燃機(jī)70或其它的燃燒裝置而來的熱廢氣74被輸送到鼓風(fēng)機(jī)76，以提高熱廢氣流74的壓力，這樣，這些氣體可以輸送到文氏管130(安裝在廢熱蒸發(fā)器128中的鹽水混合液液面之上)。
廢氣74和廢熱蒸發(fā)器128中鹽水之間的溫度差隨所采用裝置的具體結(jié)構(gòu)和具體操作條件而定。廢氣74的溫度一般約為425℃(797°F)，高于廢熱蒸發(fā)器128中鹽水的溫度。
在典型的天然氣產(chǎn)地，從氣井中產(chǎn)生的氣體需要送入氣體管道分配系統(tǒng)。為此，采用壓縮機(jī)將該氣體壓縮，提高其壓力，以使該氣體能流過管道系統(tǒng)(可能延伸到數(shù)十英里甚至數(shù)百英里長(zhǎng))。這些壓縮機(jī)可以用內(nèi)燃機(jī)70驅(qū)動(dòng)(使用氣井中的氣體作為燃料)。從上述內(nèi)燃機(jī)70中排出的廢氣，可以用來提供熱能以便在廢熱蒸發(fā)器128中蒸發(fā)鹽水中的水分。廢熱蒸發(fā)器的命名是基于這一事實(shí)，即從內(nèi)燃機(jī)70排出的廢氣74往往排入大氣，因而其中的熱未充分利用而浪費(fèi)。
從上述蒸發(fā)過程的廢氣中能獲得大量的熱能。大約可從該氣體中獲得三分之一的熱能用來驅(qū)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)。在Colorado州的San Juan Basin，一套典型的煤床集氣系統(tǒng)可以有總輸出為45，000千瓦(60，350馬力)的氣動(dòng)內(nèi)燃機(jī)用來驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。上述廢氣中的能量大約等于該內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械輸出。
濃鹽水流24用泵輸送通過安裝在文氏管130喉部132的上游。熱廢氣74與從液流24來的鹽水密切的混合作用導(dǎo)致一部分鹽水蒸發(fā)。從蒸發(fā)的鹽水中釋放出的水蒸汽和冷卻下來的廢氣，或通過廢氣煙囪36排入大氣，或流過熱交換器45回收氣體中的部分熱量。未被蒸發(fā)的一部分鹽水在流過文氏管130時(shí)，與廢熱蒸發(fā)器128中的鹽水混合。循環(huán)泵(未示出)可以使該濃鹽水混合液在廢熱蒸發(fā)器128中保持?jǐn)嚢?。在穩(wěn)態(tài)操作下，廢熱蒸發(fā)器128中的鹽水混合液包括濃溶液和由于循環(huán)泵的作用保持懸浮狀態(tài)的固體顆粒。
該循環(huán)泵在對(duì)應(yīng)于鹽水原料流24的控制流量下，也可以將蒸發(fā)器128中的部分濃鹽水混合液輸送到文氏管130。于是，供入文氏管130的鹽水可能包括輸送到蒸發(fā)器裝置128的鹽水以及循環(huán)的鹽水。此外，蒸發(fā)器128中的一部分鹽水混合液在控制流量下從蒸發(fā)器排放而形成液流38。通過控制蒸發(fā)器128的鹽水進(jìn)料流量、送到文氏管130的鹽水和從蒸發(fā)器128放出的鹽水流的循環(huán)流量，在從鹽水中蒸發(fā)水蒸汽的過程中，廢熱蒸發(fā)器128中可以形成穩(wěn)定鹽水濃度的條件，這取決于鹽的種類和蒸發(fā)器128中鹽水的鹽濃度。蒸發(fā)過程中，鹽水混合液的典型溫度為80℃(175°F)或更高。
內(nèi)燃機(jī)70釋放到該內(nèi)燃機(jī)冷卻劑的熱量是相當(dāng)大的。在典型的內(nèi)燃機(jī)70中，該機(jī)用冷卻劑(借助冷卻劑液流78和80在散熱器72中循環(huán))冷卻。該散熱器又被環(huán)境空氣(用鼓風(fēng)機(jī)輸送通過整個(gè)散熱器72的蛇管)冷卻。在此情況下，內(nèi)燃機(jī)70釋放給冷卻劑的熱轉(zhuǎn)移到大氣中，因而被浪費(fèi)不能加以利用。
為了不致浪費(fèi)內(nèi)燃機(jī)冷卻劑釋放到大氣中的熱，可在廢熱蒸發(fā)器128中安裝熱交換器134以回收一部分內(nèi)燃機(jī)釋放給冷卻劑的熱，并在鹽水蒸發(fā)過程中加以利用。
循環(huán)管道78和80中的閥門(未示出)在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行過程中可以使內(nèi)燃機(jī)冷卻劑通過散熱器72循環(huán)而不回收內(nèi)燃機(jī)冷卻劑的熱量，或通過安裝在蒸發(fā)器128中的熱交換器124回收其中的熱量。在蒸發(fā)器中鹽水的攪拌是由于循環(huán)泵或攪拌器(未示出)作用的結(jié)果。這種攪拌作用增強(qiáng)鹽水在整個(gè)熱交換器外表面上的流動(dòng)，從而增強(qiáng)從內(nèi)燃機(jī)冷卻劑74到蒸發(fā)器128中鹽水的熱傳導(dǎo)。
在所有其它的情況下，本發(fā)明實(shí)施方案的操作(如圖5、6和7所示)，除了作為燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器動(dòng)力的燃燒熱源之外，基本上均與上述的有關(guān)結(jié)構(gòu)和操作方法(分別示于圖1、2和3)相同。
本發(fā)明主要的、優(yōu)選的實(shí)施方案和操作方法已敘述如上，但是，不應(yīng)認(rèn)為本發(fā)明(旨在申請(qǐng)保護(hù))僅限于所述的具體系統(tǒng)和方法，因?yàn)檫@些系統(tǒng)和方法僅僅是說明性的而不是限制性的。由于某些變型和改變可能被他人做出，并當(dāng)成同等物使用而未離開權(quán)利要求中所述的本發(fā)明的精神。因此，以上詳細(xì)的敘述在性質(zhì)上應(yīng)看作是示范性的，而不應(yīng)認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明在附錄的權(quán)利要求中所述的范圍和精神的限制。
權(quán)利要求
1.一種處理和處置油井和/或氣井開采中產(chǎn)生的鹽水的方法，該方法包括在油井和/或氣井開采過程中回收鹽水，所述鹽水具有的鹽濃度不適宜于地面處置；將所述回收的鹽水通過反滲透裝置以產(chǎn)生具有一級(jí)鹽濃度低于所述回收鹽水鹽濃度的一級(jí)液流和具有高于回收鹽水鹽濃度的二級(jí)液流；將所述二級(jí)液流通過燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器以產(chǎn)生三級(jí)液流和水蒸汽，所述三級(jí)液流具有高于所述二級(jí)液流的鹽濃度和在所述蒸發(fā)器中蒸發(fā)水分而產(chǎn)生的所述水蒸汽；將所述三級(jí)液流與一種液體混合以產(chǎn)生四級(jí)鹽水混合液，該混合液具有的鹽濃度高于一級(jí)液流而低于在所述四級(jí)鹽水混合液注入所述地下巖層的過程中所處溫度下溶液中鹽的最大溶解度，以使溶于其中的鹽在這樣的注入過程中和注入到所述地下巖層后仍然保持在溶液中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述回收鹽水的一級(jí)液流在輸入到所述反滲透裝置之前，先進(jìn)行預(yù)處理以防止該反滲透裝置被污物堵塞。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中將所述鹽水進(jìn)行預(yù)處理以除去痕量元素和化學(xué)物質(zhì)，因此，從所述反滲透裝置排放的所述一級(jí)液流可以產(chǎn)生適宜于飲用或農(nóng)業(yè)上使用的水流。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述預(yù)處理回收鹽水的步驟包括添加防垢劑以控制由于回收鹽水中含有碳酸鈣而產(chǎn)生的結(jié)垢和控制由于回收鹽水中含有硫酸鹽而造成反滲透裝置的堵塞。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述一級(jí)液流具有的鹽濃度低于約500ppm，因而所述一級(jí)液流可以在工業(yè)上利用或在環(huán)境中安全處置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述混合步驟包括將一部分所述預(yù)處理鹽水與所述三級(jí)液流混合以產(chǎn)生用于通過注入井注入地下巖層的所述鹽水混合液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，包括將所述燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器中產(chǎn)生的水蒸汽冷凝，以基本上全部回收該水蒸汽中的熱量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，包括控制通過反滲透裝置和通過所述燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器的體積流量以在反滲透裝置和燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器中形成穩(wěn)態(tài)操作條件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中回收鹽水的體積在通過所述反滲透裝置和所述燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器后至少降低約90%。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器是浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器是廢熱蒸發(fā)器。
12.一種處理和處置含鹽廢水的方法，該方法包括所提供的廢水呈廢水原料流的形式，該原料流含鹽并具有不適宜于直接處置的鹽濃度;將該廢水原料流輸入燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器以產(chǎn)生水蒸汽和濃鹽水流出液，該流出液具有的鹽濃度高于鹽水原料流的鹽濃度;從所述燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器中排放水蒸汽并從所述燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器中排出濃鹽水流出液;將該濃鹽水流出液與一種液體混合以產(chǎn)生鹽水混合液，該混合液具有的鹽濃度高于所述鹽水原料流的鹽濃度;和將所述的鹽水混合液注入地下巖層以處置所述鹽水混合液，所述鹽水流出液與液體混合以產(chǎn)生鹽水混合液，該混合液的鹽濃度在注入過程中和在注入到所述地下巖層后可使鹽仍然保持在溶液中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器是浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器是廢熱蒸發(fā)器。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述混合步驟包括將所述濃鹽水流出液與從廢水原料流而來的一部分廢水混合。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中廢水的體積在通過所述燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器(浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器)后至少降低約90%。
17.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，包括在燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器中形成穩(wěn)態(tài)操作條件以使從所述燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器排出的鹽水流出液中的鹽濃度達(dá)到基本上恒定。
18.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器中產(chǎn)生的水蒸汽被冷凝，以基本上全部回收該水蒸汽中的熱量，而且在已燃?xì)忉尫诺酱髿庵盎厥掌渲械臒崃俊?br> 19.一種含鹽溶液的鹽水的處理方法，該方法包括將呈鹽水原料流形式具有一定鹽濃度的鹽水輸入反滲透裝置;將所述鹽水原料流通過反滲透裝置以產(chǎn)生具有低于所述鹽水鹽濃度、可作飲用水的一級(jí)排放液流和具有明顯高于所述廢水液流鹽濃度的二級(jí)排放液流;在所述鹽水原料流通過反滲透裝置之前，將所述鹽水原料流進(jìn)行預(yù)處理以防止該反滲透裝置被污物堵塞;和將該二級(jí)排放液流注入地下巖層。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中輸入所述反滲透裝置的所述鹽水原料流的鹽濃度，在所述一級(jí)排放液流中降低到500ppm，或更低而所述二級(jí)排放液流則具有比所述鹽水原料流高的鹽濃度。
21.一種處理具有高的初始鹽濃度廢水的方法，該方法包括將所述廢水流在控制體積流量下輸入燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器，以不斷從所述廢水中蒸發(fā)水分，從而產(chǎn)生濃鹽水溶液，該溶液具有的鹽濃度明顯高于所述廢水流的初始鹽濃度;在控制體積流量下從所述燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器中排放該濃鹽水溶液以在所述燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器中形成穩(wěn)態(tài)操作條件;將所述濃鹽水溶液輸入干燥所述濃鹽水溶液的干燥裝置;在所述干燥裝置中干燥所述濃鹽水溶液以產(chǎn)生含水量低的固體鹽粒;和回收所述含水量低的固體鹽粒，因而，這些鹽粒即可在工業(yè)上利用或在環(huán)境中安全處置。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中所述燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器是浸沒式燃?xì)庹舭l(fā)器。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中所述燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器是廢熱蒸發(fā)器。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中所述廢水液流在輸入燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器之前，先通過反滲透裝置以產(chǎn)生鹽濃度低于所述初始鹽濃度的飲用水流和鹽濃度高于所述初始鹽濃度的排放鹽水液流，將所述排放鹽水液流輸入所述燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器，濃縮后的鹽水液流的鹽濃度高于所述排放廢水液流。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中所述廢水液流在輸入所述反滲透裝置之前，先通過添加防垢劑進(jìn)行預(yù)處理，以控制所述廢水流中含有的硫酸鹽或其它的鹽或化學(xué)物質(zhì)堵塞所述反滲透裝置并從其中除去某些元素和化學(xué)物質(zhì)，以從所述反滲透裝置中提供飲用水流。
26.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中所述干燥濃鹽水溶液的干燥裝置包括脈沖燃?xì)飧稍锲?，該干燥器除了產(chǎn)生所述含水量低的固體鹽粒之外還產(chǎn)生水蒸汽。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，包括冷凝從所述脈沖燃?xì)飧稍锲骱蛷娜細(xì)鉄嵴舭l(fā)器中產(chǎn)生的水蒸汽，以基本上全部回收該水蒸汽和廢氣中的熱量，并獲得大量的鹽和不含化學(xué)物質(zhì)的水蒸汽。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種處理和處置含鹽廢水(例如油井和/或氣井開采中產(chǎn)生的鹽水)的方法，該方法包括將該廢水輸入反滲透裝置以生產(chǎn)濃鹽水，將該濃鹽水通過燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器以生產(chǎn)更濃的鹽水。從燃?xì)鉄嵴舭l(fā)器產(chǎn)生的濃鹽水可以和液體例如輸入反滲透裝置的廢水混合。所得產(chǎn)物可以注入地下巖層以便加以處置。該方法可使廢水的體積明顯降低，同時(shí)可提高該廢水的鹽濃度。將該濃鹽水輸入干燥器蒸發(fā)其中的水分后，可產(chǎn)生含水量低的鹽粒。
文檔編號(hào)C02F1/44GK1099729SQ9410523
公開日1995年3月8日 申請(qǐng)日期1994年4月28日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月30日
發(fā)明者H·布蘭特, J·H·泰特 申請(qǐng)人:阿奎特齊服務(wù)公司