[发明专利]处理采出水的方法

说明书

发明领域

本发明涉及预浓缩采出水、特别是在焦油或油砂中的沥青回收期间产生的水的方法。

发明背景

在一些地质地层(诸如称为油砂或焦油砂的地质地层)中，使用蒸汽来回收这些地层中的重油。将蒸汽注入到含重油地层中以加热重油或沥青，使其更粘，并允许油和水的混合物收集并泵送到地表上。冷凝成水并与油混合、且随后与油分离的蒸汽被称作采出水。在新井中，水与油之比为约3∶1。随着井老化，水与油之比改变且可高达7∶1。在一些情况下，使油与采出水分离，使采出水再循环以便重新用于产生蒸汽以再注入井地层中。

处理采出水到产生蒸汽所需的标准可具有挑战性。在已知的方法中，可使采出水经受各种工艺以便形成用于产生蒸汽的馏出物。例如，由于沥青回收而生成的水通过所谓的“自由水分离(free water knock out)”和“处理器”装置与油分离。该水随后通过经撇油槽、浮选(通常加气浮选)且随后到油回收过滤器(通常胡桃壳过滤器)设备上加工来进一步净化。收集从撇油槽、浮选或其它加工步骤回收的任何油以便提高等级。将来自脱油操作的所得不含油的水继续加工成蒸汽，最常经由蒸发加工。在使用蒸发器的情况下，将馏出物提供给锅炉以便产生蒸汽，且随后使所述蒸汽直接回到油砂地层。如果需要零排液，可将来自蒸发器的排放物提供给结晶器。可将来自结晶工艺的水加到提供给锅炉的蒸发器馏出物中。

如图1(其描绘典型的现有技术采出水处理方法100)所示，收集的油/水混合物进入自由水分离步骤105，且随后进到处理器110上。自此，使油与水分离，且将油送到稀释剂罐115中。在稀释剂罐115之后，使油继续行进到提高等级装置120。

将从处理器110出来的采出水送到撇油槽125以便再次分离油和水。将来自撇油槽125的水送到加气过滤器130，随后送到油回收过滤器，诸如胡桃壳过滤器(WSF)135。将从这些步骤收集的任何油送到提高等级装置120。将来自WSF 135的水引入蒸发器140中，其将任何馏出水送到锅炉上用于产生蒸汽且将其废品送到合适排放150处理。

典型的方法可预先诸如通过如上所述的蒸发或通过软化或其它方法(诸如离子交换)处理由脱油操作产生的水以准备将其用作锅炉进水。应理解的是从井中泵送的水/油混合物经脱油工艺而处于高温，通常约85-95℃。因为水是热的，且因为其已经与地层或井中天然存在的硅酸盐矿物接触，所以采出水被二氧化硅饱和。二氧化硅的问题在于，当诸如在锅炉中使用该水来产生蒸汽时，必须控制二氧化硅的浓度。被二氧化硅饱和的水可导致在传热表面上、特别是在蒸发器和结晶器中结垢。另外，很明显，浓缩采出水的任何方法将遭受且必须解决二氧化硅相关沉积的问题。

在其中使用蒸发器来接收脱油的水的情况下，蒸发器产生提供给锅炉以便产生蒸汽的馏出物。使该蒸汽直接回到油砂地层或井中以回收另外的油。在需要零排液的情况下，可将来自蒸发器的排放物提供给结晶器。将来自结晶工艺的水加到提供给鼓筒式锅炉的蒸发器馏出物中。通过蒸发工艺制备用作锅炉进料的脱油的采出水的该方法是能量非常密集的。常见到使用蒸汽压缩蒸发器来蒸发水所需要的能量将为约50kWhr/1000加仑。

当前使用的供选的方案是通过软化预处理脱油的采出水。在软化的情况下，该技术是众所周知且广泛实践的。例如，通常的做法是使采出水的pH升高到大于10且加入生石灰或氧化镁以使二氧化硅作为硅酸镁沉淀。以这种方式，除去进水中的其它金属氢氧化物和有问题的阳离子。在这种情况下，可使所得污泥在澄清器中沉降并除去。调节来自澄清工艺的溢流的pH，过滤并通过精加工(polishing)进一步加工以便随后用作锅炉进水。

因为软化是人力密集型的，这是有问题的，需要化学品和污泥处置设备，所以软化有些快速地被蒸发替代。在仍然使用软化的情况下，仍需要无故障且稳定的脱油方案来防止软化污泥被油涂覆，这会让软化反应停止。

在实践中，如上所述用于脱油的操作常常不能处理工艺失常。因此，将沥青和其它杂质带入下游工艺，在下游工艺中沥青和其它杂质的存在妨碍产生用于产生蒸汽的清水。

因此，需要通过改善脱油操作的稳定性特别是对于工艺失常的稳定性来改善脱油操作。

发明概述

已经发现了使水脱油的方法，其提供了比迄今可行的方法更有效且成本有效的方法。改善的脱油方法使得蒸发步骤之前在下游工艺中使用膜系统可行。在该方法中使用膜能够使需要通过蒸发器的采出水的量减少75％。这种减少使得蒸发器的容量小得多，由此显著节约工艺的成本和能量。