包括处理来自陶瓷膜的渗透物以提高原油采收率的采油方法

摘要

提供了采收原油的方法。该方法涉及从含油地层中采收油-水混合物。接着，该方法涉及从该油-水混合物中分离油并产生具有硬度物和其它结垢化合物、悬浮固体、游离油和乳化油的采出水。进行预处理过程以除去硬度物和其它结垢化合物。这涉及沉淀硬度物和其它结垢化合物。在沉淀硬度物和其它结垢化合物之后，将该采出水导向膜分离单元以便过滤该采出水并制造具有悬浮固体、硬度物和其它结垢化合物、游离油和乳化油的滞留物。该膜分离单元还产生基本不含硬度物和其它结垢化合物、悬浮固体、游离油和乳化油的渗透物料流。此后，化学处理该渗透物料流以提高该含油地层中的原油采收率。在处理来自该膜分离单元的渗透物料流后，将处理过的渗透物注入到该含油地层中。

说明书

技术领域

本发明涉及采油（oilrecovery）方法，更特别涉及利用陶瓷膜的采油和相关处理方法。

发明背景

大部分已经探明的石油储量被束缚在地层中，需要强化采油（EOR）技术来有效和高效地提取。此类储量存在于此前尚未开发的油田中，以及其中传统石油采收已经达到实际极限的油田中。EOR技术尤其是蒸汽驱动的驱除，其典型是所谓的蒸汽辅助重力泄油（SAGD）技术，以及非蒸汽驱动的方法。非蒸汽驱动的方法包括注水法以便通过向地层中注入大量水来从含油地层中冲洗原油并从顶侧（topside）提取所得油水混合物用于加工。通常，即使在此类EOR技术如注水法已经用于油田之后，在地层中仍保留原油地质储量（OOIP）的至少40%。

化学驱油，另一种非蒸汽驱动技术，已经发现可用于在其它技术已经达到其实际极限后提取额外的油以及用于一些未开采油田。实际极限通常基于有限的水供应。虽然化学驱油利用水，化学处理减少了水需求，同时提高了原油采收率。用于此类处理的化学品包括聚合物、表面活性剂和碱（alkali）。虽然这些化学品可以单独在水溶液中使用，在水溶液中组合使用它们方面已经开发了相当多的经验。此类组合处理有时称为碱-表面活性剂-聚合物（ASP）处理或有时称为碱-聚合物（AP）处理。对于某些油田，此类处理已经观察到导致地层中OOIP的额外的15%至30%的提取。

对从化学驱油的地层中提取的油-水混合物进行处理以便从油-水混合物中分离油，产生油产品料流和采出水料流。如同在其它水基EOR方法中那样，重复利用采出水是合意的。但是，采出水中的总悬浮固体（TSS）、硬度物（hardness）和其它结垢物以及残油和油脂在回收水方面提出了挑战。基础设施的结垢和井孔堵塞问题使得有利的是在重新利用该水之前从采出水中有效地除去TSS（通常合意地至低于1微米的尺寸）、硬度物和其它结垢物，以及残油和油脂。在处理EOR采出水中的特殊挑战是大量油污染物为乳化形式的事实。乳化油滴的尺寸通常为0.5至20微米，不同于挑战性较低的液滴尺寸通常大于100微米的自由浮油和液滴尺寸通常为20至100微米的分散相油。自由浮油和分散相油液滴可以通过重力分离如撇油（Skimming）和气浮技术来除去，但是乳化油常常需要更复杂的常规处理，这通常会导致低劣的排出物品质。需要改善的方法以清洗化学驱油EOP操作中的采出水。

发明概述

在一个实施方案中，本发明的方法涉及从含油地层中采收油-水混合物。对该油-水混合物施以油-水分离过程，该过程从该油-水混合物中分离油并产生采出水。随后，对采出水施以预处理过程，所述预处理过程包括从采出水中除去硬度物和其它结垢物。任选地，可以去除其它结垢或形成积垢的物类，如硫酸盐、碳酸氢盐/碳酸盐、二氧化硅和其它二价离子以及有机化合物，如烃和芳烃。随后，将该采出水导向陶瓷膜，该陶瓷膜过滤该采出水并除去悬浮固体、沉淀的硬度物与结垢化合物、其它沉淀物、油脂、游离油和乳化油。由该陶瓷膜产生渗透物料流，并处理该渗透物料流以形成用于注入该含油地层的再注入料流。处理该陶瓷膜渗透物料流以提高含油地层中的原油采收率（enhanceoilrecovery），并且，作为该处理的一部分，在一个实施方案中，该处理提高了再注入水能够乳化含油地层中的油的能力。这提高了来自该含油地层的总的原油采收率，并且由于通过该陶瓷膜过滤的来自CEOR操作的所得采出水的一部分将可能包含乳化油，该陶瓷膜在再次处理该陶瓷膜的渗透物料流以提高原油采收率之前有效地去除这种乳化油。

附图概述

图1是用于提高原油采收率的本发明方法的示意图。

发明详述

本发明涉及来自油田中含油地质地层的强化采油（EOR）。特别地，本发明涉及其中采用含油地层的化学驱油的EOR。公开的方法涉及来自化学驱油EOR的采出水处理方面的改善以使该水重新用于强化采油。参照附图，本发明的方法通常由附图标记100表示。方法100包括引导来自产油井20的油-水混合物，该产油井20特别如图1中所示与含油地层10流体连通。产油井20钻入含油地层10或与含油地层10相邻。对引导自产油井20的油-水混合物施以油-水分离步骤30，由该步骤抽取产品油，并生成采出水。将该采出水导向预处理步骤40，该预处理步骤可以包括各种子过程。包括在预处理步骤40中的子过程可以包括通过石灰软化以去除硬度物和结垢物以及通过添加氧化镁和氯化镁以沉淀二氧化硅。作为去除硬度物和其它结垢化合物或其它溶解固体的一部分，本发明在一个实施方案中可以包括结晶过程。其中将某些化学试剂，如碱土金属试剂（alkaliearthreagent）与该采出水混合，使得特定化合物从水中沉淀。通过在一个或多个反应器中的混合过程，可以促进这些沉淀物结晶，并且这可以导致结晶过程，该结晶过程在某些情况下是从采出水中除去固体的有效方式。

预处理过的采出水可以随后导向膜分离单元如陶瓷膜系统50。陶瓷膜50用于除去悬浮固体、预处理步骤40中生成的沉淀物、游离油和油脂、以及乳化油（其一部分可以如下所述在强化采油中生成）。从陶瓷膜50引导渗透物料流和包含除去的材料的废物料流。一部分来自陶瓷膜50的废物料（reject）流可以再循环至预处理步骤40，另一部分废物料流可以作为排污料废弃或进一步处理。

来自陶瓷膜50的渗透物料流通常不含悬浮固体、游离油、乳化油和硬度物与其它结垢物。可以包括多个提纯子过程的陶瓷膜后处理步骤60应用于来自陶瓷膜50的渗透物料流。可用于后处理步骤60的子过程尤其包括离子交换软化、暴露于吸附介质、反渗透、蒸发、纳米过滤、脱气和高级氧化。后处理步骤60的子过程在去除例如溶解的有机和无机物质、残余氧方面是重要的，其去除可以有益于将水注入某些类型的地层。

采出水由后处理步骤60导向水强化步骤70，其中可以如下所述进行各种强化。强化的采出水随后导向注入井80并由此进入含油地层10，油-水混合物经由产油井20从该含油地层10采出。

现在转向水强化过程70的更详细说明，要理解的是，该步骤中提供的强化与陶瓷膜系统50合作用于提高从地层的原油采收率。通常，图1的示意图中体现的过程可以认为是通过化学改进的注水法进行的原油采收，有时简单地称为化学驱油。注水法可以在其它采油操作已经完成且残油保留在该地层中之后进行，或者注水法可以在一些地层中用作初级采油操作。通常，注水法在地层中相互作用以便从该地层中取出原油，并在油水混合物中调动（mobilize）原油以便如通过产油井20从顶侧取出。化学驱油，其采用注水法的许多基础设施，涉及向水中添加某些化学品以强化或改进从地层中提取油。由此，可以在强化步骤70中向采出水中添加各种化学品，并且这些化学品以各种方式辅助保持在地层中的油的调动并辅助油与水的混合。化学驱油也可以对其它提取技术已经达到其潜能的油田使用，或者其可以对未开采的油田使用。

如上所述，各种化学品可用于化学驱油。例如，聚合化合物可以添加到水中以便通过粘度调节提高采收率。添加到水中的聚合化合物往往提高水的粘度，这改善了相对于油采收的流度比。提高的水的粘度可以降低粘性指进，其中较稀的水和较稠的油导致水移动的“指型”，而不会在水流中夹带油。提高待注入的水的粘度降低了这种“指进”现象，并导致从该地层中的强化采油。通常添加该聚合物直到其在待注入的采出水中的浓度将粘度提高至含油地层中的油粘度。这往往可以实现接近1的流度比，由此通过避免穿过油包（oilpocket）的指进以能够更好地用水从岩石中驱扫原油。还可能存在与地层相关的粘度问题，如地层的渗透性。通常，当地层渗透性为大约50mD至大约10000mD时，油-水流度比是对聚合物添加的控制因素。

提高pH的化合物，碱化合物例如也可以添加到注入水中以提高原油采收率。当用此类碱强化的水注水时，添加碱可以改善某些地层的可润湿性。某些油或原油的调动可以通过皂化、或皂的形成来强化，这可以通过碱来实现。通过添加碱，还可以调节pH和盐度，并且由于岩石化学的改变可以降低化学品的损耗。基于皂化原油所需的量来使用碱化合物。碱剂量率由此取决于原油皂形成特性。皂的形成导致形成天然的水包油乳液，这减少了对投放表面活性剂的需要。作为一个实例，环烷原油（napthaniccrudes）具有更高的皂化倾向，因此更多的苛性物或碱和更少的表面活性剂可用于乳化这些原油。还存在某些在确定碱剂量率时必须考虑的地层特征。例如，添加碱造成的pH提高常常会影响岩石可润湿性和表面活性剂以及聚合物的吸附特性。通常硬度物和其它结垢物以及二价离子导致对碱的有效性的限制，因为碱倾向于沉淀该硬度物以及其它结垢化合物，导致TSS和地层堵塞。但是，本发明提供了硬度物、结垢物和二价离子的去除，这倾向于消除这一问题。在没有本方法的情况下，缺少适当软化的注入水常常需要向该注入中仅添加聚合物和表面活性剂。但是，本发明所提供的采出水软化和提供高pH注入水解决了这一问题，这在于存在改善的岩石表面化学控制和需要较少的表面活性剂。

此外，可以在水强化步骤70中添加直接表面活性剂化合物。注入水中的表面活性剂还如上所述改善了地层可润湿性，降低了油-水界面张力，并促进了油直接乳化成化学油/水乳液。基于油与水之间的界面张力来确定该表面活性剂的剂量和化合物共混物。可以添加表面活性剂以便将油-水界面张力降低至大约10mN/m。较低的表面张力能够实现油与水之间更好的接触与混合，这最终生成水包油乳液，其倾向于从地层中调动大部分原油。此外，必须阻止表面活性剂附着到地层岩石上，并且该表面活性剂必须有效承受盐度、温度、硬度物、结垢物和二价离子。对于去除硬度物、结垢物和二价离子，本发明特别有用。如上所述，由于由碱添加促进的原油皂化的天然表面活性剂强化会影响所需附加化学表面活性剂的量。

如上所述的所谓的碱-表面活性剂-聚合物（ASP）化学驱油在用于化学驱油的水共混物中组合碱、表面活性剂和聚合物。化学品的比例和浓度（strengths）取决于地质地层的特性，并且它们在各地层之间可能不同，将其调节以最大化提取和优化提取成本。超出上文讨论的那些，在改善地层岩石上的表面活性剂吸附控制、提高岩石可润湿性控制、促进原油的天然乳化（这些均会导致降低的化学品消耗）的ASP添加之间还存在进一步的协同作用。无论使用怎样的化学品共混物，此类化学驱油获得通常具有硬度物、结垢物、总溶解固体、残余强化化学品、以及残油和油脂的采出水，这给出了具有挑战性的料流，其中处理该料流以便作为共混水直接用于回收。

在一个实施方案中，本发明在系统100中采用陶瓷膜50的运行特性以便从采出水中除去沉淀的硬度物和其它结垢物、悬浮固体、游离油和油脂以及乳化油。以这种方式，该采出水通常不含油，并且不含原本会导致基础设施结垢与堵塞的悬浮物质。陶瓷膜50在操作上可以有利地比更复杂的替代方案更稳定。运行稳定性是重要的，因为残油和其它污染物的水平在典型的EOR运行中可能差异很大。同样，陶瓷膜50可以以相对小的尺寸配制来实现，由此降低与空间相关的成本。

本文中并不涉及陶瓷膜的细节，因为材料本身并不属于本发明，此外，陶瓷膜在本领域是已知的。对于一般陶瓷膜技术的综述，可以参照美国专利号6,165,553和5,611,931中找到的公开内容，其内容经此引用明确并入本文。可用于本文中公开的方法的这些陶瓷膜可以具有各种类型。在一些情况下，该陶瓷膜可以具有产生渗透物料流和连续流动的废物料流的类型。另一方面，该陶瓷膜可以是死端类型（deadheadtype），其仅产生渗透物料流，并不时地回洗滞留物或以其它方式将滞留物从该膜上除去。

陶瓷膜的结构和材料以及陶瓷膜的流动特性不同。当陶瓷膜用于提纯采出水时，该陶瓷膜设计为承受相对高的温度，因为通过该陶瓷膜过滤的采出水往往具有大约90℃或更高的温度。

陶瓷膜通常具有由至少两种、大多三种不同孔隙率水平组成的不对称结构。事实上，在施加活性的微孔顶层之前，以介于载体和微过滤分离层的孔隙尺寸之间的孔隙尺寸形成中间层。该大孔载体确保了该过滤器的机械耐受性。

陶瓷膜常常成型为不对称的多通道元件。这些元件在外壳中组合在一起，并且这些膜模块可以承受高温、极端酸度或碱度以及高运行压力，使得它们适于不能使用聚合膜和其它无机膜的许多应用。几种膜孔隙尺寸可用于满足特定的过滤需求，其覆盖微过滤和超过滤范围。

陶瓷膜如今囊括了广阔的材料范围（由α氧化铝至锆石）。最常见的膜由Al、Si、Ti或Zr的氧化物制成，其中Ti和Zr的氧化物比Al或Si的氧化物更稳定。碳化硅（非氧化物）膜也获得了市场占有率。在一些更少见的情况下，Sn或Hf用作基本元素。各种氧化物在溶液中具有不同的表面电荷。其它膜可以由前述元素中两种的混合氧化物组成，或者通过以较低浓度存在的一些附加化合物来建立。用于陶瓷膜的低积垢的聚合涂层也是可用的。

陶瓷膜通常以错流过滤模式运行。与常规过滤器的直流过滤模式相比，这种模式对膜过滤器而言具有保持高过滤速率的益处。错流过滤是一种连续法，其中进料流与膜过滤表面平行（相切）地流动并生成两个流出料流。

本发明当然可以以本文中具体描述的那些方法之外的其它方法进行而不偏离本发明的基本特征。本实施方案在所有方面应视为说明性的而非限制性的，并且在所附权利要求的含义和等效范围内的所有改变均旨在涵盖于其中。