[发明专利]原油和天然气处理设备中的采出水处理工艺

说明书

技术领域

本发明的实施方案总体涉及水的淡化。更具体而言，本发明的实施方案涉及用于从得自原油和天然气开采设备的采出卤水制备淡水(下文中也称作“经处理的水”)的系统和方法。

背景技术

淡水被用于油气分离站(GasOilSeparationPlant，下文中称作“GOSP”)以从原油中除去盐。传统上，水是从外部来源提供的，例如远蓄水层或海水淡化工厂，然后利用脱盐系统进行处理，例如，热脱盐系统，诸如多级闪蒸系统、多效蒸馏系统、或蒸汽压缩系统之类的非限制性的例子。

目前，各种商业化的工艺被用于产生蒸汽，以用于油藏的蒸汽辅助重力泄油(SAGD)的唯一应用中。这个应用首先在1989年作为示例而提到。该工艺在21世纪早期得到进一步的发展用于蒸汽压缩蒸发器，并得到了持续的改进。

图1是常规的热脱盐系统的示意图：多级闪蒸系统。如图1所示，该多级闪蒸系统包括多个蒸发室，最冷的蒸发室接受作为供料流的海水。海水流过一系列的换热器管，并在到达外部换热器(例如，卤水加热器——在图1中标作“加热蒸汽”)之前在各级中进行加热。与第一级的温度和压力相比，卤水加热器将供给水加热过热，从而当该供给水进入第一蒸发室时使该供给水蒸发。在该常规的系统中，接续的蒸发室以从最热侧的第一级(即，图1的左手侧)至最冷侧的最后一级(即，图1的右手侧)连续降低的压力水平进行操作。各级中产生的蒸汽在位于各蒸发室顶部的换热器中被冷凝成为新的液态水。卤水循环至下一级用于进一步蒸发，直到其到达最冷一级，然后依次流出系统。从各级产生的新水被混入“馏出物”管线，并经过最冷一级而流出系统。

图2是另一个常规的热脱盐系统的示意图：多效蒸馏系统。如图2所示，该多效蒸馏系统按照与图1中所示的多级闪蒸系统相似的模式操作，即，连续的室以从第一个热的室(即，图2的左手侧)至最后一个冷的室(即，图2的右手侧)降低的压力和温度水平进行操作。根据该常规系统，各室均包括喷洒了海水的水平热管管束。加热蒸汽流入热管管束的管内，由此从一级产生的蒸汽在较低的温度和压力下被输送至下一级，从而被冷凝成为液态处理水。在给定级中，由海水蒸发而产生的蒸汽处于比下一级更高的温度，因此能够被用作后续级的加热流体。在最后的冷凝器一级的出口处，能够将温的海水流的一部分用于工艺的进口处的再循环，同时通常将另一部分排放到海中。在工艺的最后一级将卤水和馏出物收集起来并从该多效蒸馏系统中泵出。

图3是另一个常规的热脱盐系统的示意图：蒸汽压缩系统。如图3所示，当不能从外源获取热量时通常使用该蒸汽压缩系统。该蒸汽压缩系统的工作原理与图2中所示的多效蒸馏系统非常相似。然而，蒸汽压缩系统的主要优势在于，蒸汽是从最后一级提取的并被压缩至高于第一(即，最热)室压力的压力。这使得能够在蒸汽压缩系统的第一级室中将蒸汽作为热源而再次使用。

这些常规的热脱盐系统中的每个系统都需要复杂的基础设施以从外部来源输送新鲜水，并且耗费大量的外部能源来生产用于GOSP设备的经处理的水。例如，常规的淡化工厂具有以下特点，淡化海水的能量消耗为4kWh/m³，对此必须加上将淡化水输送至使用地点的能量费用。因此，还需要用于从得自原油和天然气开采设备的采出卤水而生产经处理的水的改进的系统和方法，其能够以降低的费用(例如，建造、运行和维护费用)操作，并且需要较少的外部能源从而产生经处理的水(即，由于免去了用于将新鲜水从遥远地区供应至GOSP设备的管线设施和系统而导致)。

发明内容

总体而言，本发明的实施方案提供用于从得自原油和天然气开采设备的采出卤水而原地生产经处理的水的系统和方法。

具体而言，本发明的实施方案涉及与常规的热脱盐系统相比，以降低的费用(例如，建造、运行和维护费用)，以及更低的能量消耗代价而在原地生产经处理的水的系统和方法。包括了根据本文所述的多个实施方案的系统和方法的GOSP设备是能够对经处理的水自给自足的生产者，有效地消除了钻探新鲜水井的需要、蓄水层储量的耗尽、或者从偏远地区输送新鲜水的需要，并且对环境的影响较小。因此，与经处理的水的生产相关的能量成本显著降低，例如，每年从4kWh/m³降低至0.2kWh/m³。