專利名稱：注水系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開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)：
存儲在地下含油地層中的油通過鉆入地層中的稱為生產(chǎn)井的井從含油地層中開采出或生產(chǎn)出。如果僅通過一次采油，即僅使用地層能量來開采油，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采、三次開采、強化開采或一次開采后開采作業(yè)的補充作業(yè)。在這些作業(yè)中的一些作業(yè)中，流體通過將流體泵送通過鉆入地層中的一個或多個注入井中而注入到地層中，油在地層內(nèi)被驅(qū)替并且被移動通過地層，且從鉆入 地層中的一個或多個生產(chǎn)井生產(chǎn)出。在這種特別的開采作業(yè)中，可采用海水、現(xiàn)場水或現(xiàn)場鹽水作為注入流體，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)動流體。雖然水是最常見的注入和驅(qū)動流體，但注入和驅(qū)動流體可包括氣態(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日提交的英國專利說明書No. I, 520, 877公開了滲透性地層的二次采油使用驅(qū)替流體水來實現(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。海水通過反滲透海水淡化裝置進行處理，以除去大部分二價或更高價離子，并且通過將濾液和濃縮物以預定比例混合或者通過在更高的進料壓力下從每個循環(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微米的顆粒可在開始時通過超濾設(shè)備除去。英國專利說明書No. I, 520, 877通過引用將其整體結(jié)合入本文。美國專利申請2003/0230535公開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)井中布置有由一個或多個脫鹽和/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井開采到地面的初級脫鹽水流和可被排放到地下鹽水處理區(qū)的二級濃縮鹽水截留(reject)流。美國專利申請2003/0230535通過引用將其整體結(jié)合入本文。代理人案號為TH2869的共同未決的已公開PCT專利申請W02007/112254公開了一種系統(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生產(chǎn)出水，以及將該水注入到井中。共同未決的專利申請W02007/112254通過引用將其整體結(jié)合入本文。代理人案號為TH3740的共同未決的美國專利申請No. 12/425,311公開了一種系統(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)備通過除去一些多價離子、然后除去一些單價離子并且隨后加回一些多價離子來生產(chǎn)出水，以及然后將該水注入到井中。共同未決的美國專利申請No. 12/425，311通過引用將其整體結(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穿過水體102和地層104，并且在地層106中具有多個開口。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通過井112生產(chǎn)到生產(chǎn)設(shè)備110。氣體和液體可彼此分離開，氣體可存儲在氣體存儲裝置116中，液體可存儲在液體存儲裝置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)備通過除去一些多價離子、然后除去一些單價離子并且隨后加回一些單價離子來生產(chǎn)出水，以及然后將該水注入到井中。本發(fā)明的一個方面提供一種方法，該方法包括從水中除去一些多價離子；從水中除去一些單價離子；將一些單價離子加入該水中；并將該水注入到地下地層中。在一些實施例中，處理過的水通過隨著油和氣一起生產(chǎn)出、進行分離以及隨后被重新注入到地層中而重復利用。本發(fā)明的另一個方面提供一種系統(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)備通過除去一些離子來生產(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)。
具體實施方式
圖2 :現(xiàn)在參考圖2，在本發(fā)明的一個實施例中，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穿過水體202和地層204，并且在地層206處具有多個開口。地層的多個部分可如圖所示在214處斷裂和/或穿孔。當油和氣從地層206中生產(chǎn)出時，油和氣進入部分214中，并且沿井212向上行進到生產(chǎn)設(shè)備210。氣體和液體可彼此分離開，氣體可被送入氣體存儲裝置216中，液體可被送入液體存儲裝置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，該水例如來自水體202和/或井212，水可被處理并存儲在水生產(chǎn)設(shè)備230中。來自井212的水可被送入水生產(chǎn)設(shè)備230。處理過的水可沿井232向下泵送到地層206的斷裂部分234。水穿過地層206來幫助生產(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，水可例如通過將水返回到水生產(chǎn)設(shè)備230、在水生產(chǎn)設(shè)備中對該水進行處理以及隨后重新注入到井232中而被重復利用。烴(例如油和/或氣)可通過穿透含烴地層或儲層的生產(chǎn)井212從地下地層206開采出?？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，諸如二價硫酸鹽(SO4-)，當它們與存在于地層中的陽離子(諸如Ba++、Sr++和Ca++)接觸時，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 是相對不溶的。這類鹽可從溶液中沉淀出來。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的。當注入水通過生產(chǎn)井212生產(chǎn)到地面時，由于隨著流體通過生產(chǎn)井運動到地面溫度和壓力下降，不溶性鹽的溶解度可能進一步減小。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、穿孔和穿過井(包括套管井和無套管井)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采烴的任何含水流體。注入井232的一個目的是幫助烴從儲層流到生產(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運動。圖3:現(xiàn)在參考圖3，在本發(fā)明的一些實施例中，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具有未處理過的水，例如來自水體的水、來自井的水、海水、城市供水或者其他水源。在334處，可從未凈化的水302中除去一些陽離子，例如多價陽離子，諸如二價陽離子或三價陽離子。在340處，可從未凈化的水302中除去單價陽離子。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%的體積通過管道350繞過340。隨后，處理過的水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具有未處理過的水402，例如來自水體的水，來自井、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，可實行初級過濾以從水中除去固體。在433處，可除去硫酸鹽(SO4)。在434處，可除去一些二價陽離子，例如除去所存在的二價陽離子的大約60%到大約99%?？杀怀サ亩r陽離子包括鎂(Mg)、鈣(Ca)、鐵(Fe)和/或銀(Sr)。在一些實施例中，433和/或434可用納米過濾膜系統(tǒng)來實現(xiàn)。在436處，可除去一些單價離子連同所結(jié)合的陰離子，例如除去所存在的陽離子(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，一些單價陽離子和/或二價陽離子可被加回到水中，例如加回一些鈉、鉀、鎂、鈣和/或鍶。處理過的水403可通過水生產(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)地層和儲存層的條件進行設(shè)計或定制。例如，未處理過的水402、硫酸鹽滲透物433、二價截留物434、二價滲透物434和/或單價截留物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陽離子和二價陽離子，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(參見圖6)。
在一些實施例中，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/或納米過濾(NF)技術(shù))，諸如用于海水淡化、過濾和/或凈化。用于膜分離的滲透驅(qū)動力可以是膜兩側(cè)間的凈壓力；該凈壓力被定義為進料壓力減去滲透壓力或背壓力，小于進料的滲透壓和滲透物的滲透壓之間的差值。美國專利US 4，723，603采用納米過濾膜用于專門從海水中除去硫酸鹽。硫酸鹽可通過納米過濾膜除去，并且納米過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致堵塞。美國專利US4，723，603通過引用將其整體結(jié)合入本文。美國專利US 4，341，629公開了通過使用兩個反滲透模塊來淡化海水，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)。美國專利US4, 341，629通過引用將其整體結(jié)合入本文。美國專利US 5，238，574公開了使用多重反滲透膜模塊來處理海水。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)的滲透或者簡單地產(chǎn)生組合滲透，在該組合滲透中，來自一個模塊的濃縮流連續(xù)地成為下一模塊的進料流。美國專利US 5，238，574通過引用將其整體結(jié)合入本文。在一些實施例中，系統(tǒng)400可包括未處理過的水402，該未處理過的水來自諸如取自海洋的海水的含水進料源，或者來自如從井中采出的具有二價陽離子和單價陽離子的任何鹽水源。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式進水口，該未凈化的海水最初使用大顆粒過濾器(未示出)和/或多介質(zhì)過濾器(通?？赡苁巧匙雍?或無煙煤)進行初級過濾432，可選擇地隨后進行濾筒過濾。在一些實施例中，工藝433、434和/或436可包括一個或多個反滲透濾筒，其可布置在一個或多個納米過濾濾筒的下游。反滲透濾筒和/或納米過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)出售的空心細纖維(HFF)型反滲透濾筒，其由杜邦公司作為HFFB-9濾筒在市場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度的隔離材料，該隔離材料可以是合成絲的織造或其他開孔篩網(wǎng)狀交叉設(shè)計，所述合成絲例如是聚丙烯或類似物交叉擠出絲(諸如那些以商標名Vexar和Nalle出售的絲)，所述合成絲的設(shè)計提供用于將進料水從一端通過壓力容器泵送到另一端的流動通道。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。在美國專利US 4，842，736中公開了一種螺旋纏繞的分離濾筒，該專利的內(nèi)容通過引用結(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螺旋進料通道，被處理的進料液體沿軸向流動通過這些螺旋進料通道。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，直到其到達多孔中心管，在多孔中心管處，滲透液體匯集，并且隨后穿過該中心管沿軸向流向出口。
在一些實施例中，反滲透濾筒和/或納米過濾濾筒可以選擇成使得實現(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的水流的期望整體功能。反滲透元件或濾筒可以選自聚酰胺復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。可以采用納米過濾膜，該納米過濾膜被設(shè)計成選擇性地截留二價離子或多價離子，并且所使用的納米過濾元件或濾筒可截留含水進料中的最小約80% (例如大于約90%、或約95%、或約98%)的二價離子或更多價離子。納米過濾膜還可至少適度地降低單價離子含量，例如可降低成小于單價離子含量的約70%、或少于約50%、或少于約30%、或少于約20%。合適的市售納米過濾膜可以片材形式或以成品螺旋纏繞濾筒形式購買到，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在一些實施例中，機械方法(諸如使未處理過的水402通過納米過濾膜)可用來在該未處理過的水注入井眼和/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S04_。納米過濾膜工藝433可以將該濃度降低到約20ppm到約150ppm?？梢詫崿F(xiàn)硫酸鹽濃度降低99%。在一些實施例中，化學藥品和/或添加劑可被注入到未處理過的水402中，以抑制晶體從不溶性鹽沉淀的原地生長。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行處理，以防止通道堵塞。在一些實施例中，鹽水可通過多級閃蒸蒸餾、多效蒸餾、反滲透和/或蒸汽壓縮蒸餾來處理433、434和/或436。膜技術(shù)已經(jīng)被用在鹽水的預處理中，以降低鹽水相對淡水的高離子濃度?？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該離子選擇膜，而同時允許水和其他離子通過離子選擇膜。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準的任何已知和市售的離子選擇膜。例如，聚酰胺膜對于選擇性地防止硫酸鹽、鈣、鎂和碳酸氫鹽離子通過尤其有效，并且可用于工藝433和/或434?？梢允褂蒙虡嗣麨镾R90-400 (Film Tec Corporation)或Hydranautics CTC-I 的聚酰胺膜。
在本發(fā)明的一些實施例中，含有高濃度硬性離子(例如二價陽離子)的未處理過的水402通過離子選擇膜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。微過濾(MF)、超過濾(UF)、納米過濾(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)動分離工藝。微過濾可用于除去大于約0. I微米的懸浮顆粒。超過濾可用于排除分子量大于約5000的不溶性分子。納米過濾膜可用于使至少一些鹽通過，但是使分子量大于約200道爾頓的有機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。納米過濾膜通常允許單價離子通過，而保持二價離子的高截留率。相對照地，反滲透膜對于幾乎所有離子(包括單價離 子，諸如鈉離子和氯離子)是相對不滲透的。納米過濾膜有時候被描述為“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納米過濾膜。在一些實施例中，螺旋纏繞的過濾器濾筒可用來將大量的反滲透膜或納米膜結(jié)合成小體積。這種元件可通過繞穿孔的滲透管包裹進料隔離片、膜片和滲透物隔離片而制成。在一些實施例中，界面聚合可用來制成用于反滲透和納米過濾分離的薄膜復合膜。這種過程通常表現(xiàn)為胺和氯酸或異氰酸鹽之間的縮聚作用。反滲透膜實際上對所有離子(包括鈉和氯)有高的截留率。納米過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離子大量通過的特性。納米過濾膜還通常由于電荷相互作用而對二價離子具有高截留率。還可以生產(chǎn)出連續(xù)性質(zhì)介于反滲透膜和納米過濾膜之間的膜。除了具有對至少一種物質(zhì)的高截留率之外，商用膜通常具有高的透水性。在一些實施例中，用于反滲透和/或納米過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納米過濾膜，其通過在存在酸性受體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通過類似工藝制成，其中附加的專用化學制品被加入到水和/或有機相中。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，希望單價鹽透過，而保持對二價離子的高截留率。在一些實施例中，工藝334、433和/或434可使用一個或一系列納米過濾裝置，諸如膜。在一些實施例中，工藝334和/或436可使用一個或多個反滲透裝置，諸如膜。在本發(fā)明的一些實施例中，處理過的水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的水與乙醇進行混合的混合物可被注入到地層中。注入水中的單價陽離子和/或二價陽離子含量的降低可獲得以下益處中的一種或多種
當油通過將鈣橋接到粘土和油滴而附著到粘土表面上時，加入低鹽度水可使得鈣擴散到本體溶液中并且釋放出油滴；當油通過將鈣橋接到粘土和油滴而附著到粘土表面上時，加入低鹽度水可使得另一種離子取代鍵接到粘土的鈣，并通過多價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層轉(zhuǎn)換成親水儲層并且釋放出油；提高儲層的油采收率；以及提高高鹽度儲層的油采收率。
將多價陽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；提高儲層的油采收率；以及提高高鹽度儲層的油采收率。水通常可被單獨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。未處理過的水302和/或402可從多種來源獲得，所述來源包括從相同地層生產(chǎn)出的鹽水、從遠處地層生產(chǎn)出的鹽水、或海水。所有這些水相對淡水具有高的離子含量。存在于未處理過的水302和/或402中的一些離子可能有益于烴生產(chǎn)，例如，陽離子和陰離子(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S04_陰離子尤其是有問題的，因為S04_可能與已經(jīng)存在于地層中的陽離子(諸如Ba++)形成鹽。所生成的鹽在地層溫度和壓力下是相對不溶的。因此，它們可能在原地從溶液中沉淀出。當注入水隨烴被生產(chǎn)到地面時，由于生產(chǎn)井中的壓力和溫度降低，鹽的溶解度進一步下降。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)可能是最嚴重的。從注入水中除去二價S04_陰離子還可降低可用于硫酸還原菌在地下環(huán)境中生長的養(yǎng)分，以有效地減輕儲層酸化。在本發(fā)明的一些實施例中，處理過的水或處理過的水混合物303和/或403可被注入到地層206中，從地層206中生產(chǎn)出，并且隨后例如通過離心機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，然后處理過的水或處理過的水混合物303和/或403被重新注入到地層206中。在本發(fā)明的一些實施例中，處理過的水或處理過的水混合物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)明的一些實施例中，處理過的水或處理過的水混合物303和/或403可用于提高油采收率。處理過的水或處理過的水混合物303和/或403可用來驅(qū)使或推動現(xiàn)在含油的注水離開儲層，從而將原油從儲層中“驅(qū)掃”出去。當處理過的水或處理過的水混合物303和/或403將油推出地層206中的孔并且到達生產(chǎn)井212時，油可在與注入井232間隔開的生產(chǎn)井212處被采出。一旦油/驅(qū)動流體到達地面，其可以被放入保存罐218中，從而使油通過自然重力與水分離。
油的開采量可作為原始地質(zhì)儲量(OOIP)的函數(shù)測得。油的開采量可以大于原始地質(zhì)儲量的約5%重量,例如原始地質(zhì)儲量的10%重量或更多，或原始地質(zhì)儲量的15%重量或更多。這種工藝和系統(tǒng)對于從含有地層驅(qū)替開采出石油可以是有用的。這種開采包含一些可通過驅(qū)替流體或氣體的作用而從含油地層中移出油的方法。通過本發(fā)明的工藝和系統(tǒng)制備的處理過的水或處理過的水混合物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，以促進高粘度原油的管路輸送。處理過的水或處理過的水混合物303和/或403還可用作例如水力壓裂流體添加劑、流體轉(zhuǎn)向化學制品以及防漏添加劑。 實例具有如下化學成分的海水進料通過第一納米過濾(NF)組、第二納米過濾(NF)組以及反滲透(RO)雙組系統(tǒng)進行處理。下面還列出了納米過濾組和反滲透組對這些化學成分的不同滲透流和截留流。所有濃度均以百萬分率(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)備通過除去一些多價離子、然后除去一些單價離子并且隨后加回一些單價離子來生產(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)備通過除去一些多價離子、然后除去一些單價離子并且隨后加回一些單價離子來生產(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中的一項或多項所述的系統(tǒng)，其中地下地層位于水體之下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的一項或多項所述的系統(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。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的一項或多項所述的系統(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中的一項或多項所述的系統(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中的一項或多項所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括加回一些多價離子。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中的一項或多項所述的系統(tǒng)，其中加回一些單價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中的一項或多項所述的系統(tǒng)，其中除去一些多價離子包括將所述水用至少一個納米過濾器處理。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中的一項或多項所述的系統(tǒng)，其中除去一些單價離子包括將所述水用至少一個反滲透膜處理。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中加回一些單價離子包括將所述水和一些納米過濾器滲透水混合。
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離子； 從水中除去一些單價離子； 將一些單價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，其中處理過的水通過隨著油和/或氣一起生產(chǎn)出、進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中的一項或多項所述的方法，其中在處理過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 種與處理過的水混合。
17.根據(jù)權(quán)利要求14-16中的一項或多項所述的方法，其中處理過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中的一項或多項所述的方法，其中從水中除去一些多價離子包 括除去一些二價陽離子。
19.根據(jù)權(quán)利要求14-18中的一項或多項所述的方法，其中另一種材料在注入處理過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中的一項或多項所述的方法，其中所述處理過的水在超過儲層壓力10巴到100巴的壓力下注入。
22.根據(jù)權(quán)利要求14-21中的一項或多項所述的方法，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中的一項或多項所述的方法，其中地下地層的滲透率為5達西到O. 0001達西。
24.根據(jù)權(quán)利要求14-23中的一項或多項所述的方法，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中的一項或多項所述的方法，其中將一些單價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中的一項或多項所述的方法，其中從水中除去一些多價離子包括將所述水用至少一個納米過濾器處理。
27.根據(jù)權(quán)利要求14-26中的一項或多項所述的方法，其中從水中除去一些單價離子包括將所述水用至少一個反滲透膜處理。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中將一些單價離子加入水中包括將所述水與納米過濾器滲透流混合。
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離子； 從水中除去一些單價離子； 將一些單價離子加入水中；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離子。
32.根據(jù)權(quán)利要求30-31中的一項或多項所述的方法，其中還包括在注入所述水之前將一些二價離子加到水中。
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將納米過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加回一些已除去的離子。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種系統(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)備通過除去一些多價離子、然后除去一些單價離子并且隨后加回一些單價離子來生產(chǎn)水，然后將該水注入井中。
文檔編號E21B43/20GK102803649SQ201080027997
公開日2012年11月28日 申請日期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) 申請人:國際殼牌研究有限公司