NO20093183A1 - Fremgangsmate for behandling av produsert vann - Google Patents

Abstract

Det er vist en fremgangsmåte for forbedring av separasjon av olje fra vann, spesielt for behandling av produsert vann fra oljeutvinning. Fremgangsmåten omfatter flotasjon av oljedråper og gassbobler. Videre omfatter fremgangsmåten å: - tilføre vann som inneholder oljedråper og oppløst gass til en separasjonsenhet; - kontrollere trykkfallet av vannet som inneholder olje og oppløst gass når det entrer separasjonsenheten for å oppnå dannelse av en eller flere gassbobler innen oljedråpene, og - tillate flotasjon av oljedråper og gassbobler. Det er også vist en apparatur for utførelse av fremgangsmåten.

Description

Foreliggende oppfinnelse omhandler en fremgangsmåte for behandling av produsert vann for å fjerne hydrokarboner fra det produserte vannet og en apparatur for å utføre denne fremgangsmåten.

I løpet av utvinningen av råolje og naturgass vil vann som er til stede i borebrønnområ-det bli utvunnet sammen med hydrokarbonene. Vannet må deretter bli separert fra den utvunne oljen og/eller gassen. Dette separerte vannet blir vanligvis referert til som "produsert vann". Produsert vann kan inneholde forskjellige forbindelser så som fordelt/opp-løst olje og naturgass, salter og mineraler. Det produserte vannet blir behandlet videre for å fjerne disse urenhetene og derved oppnå vann som kan bli sluppet ut til miljøet eller returnert til borebrønnen og for å utvinne hydrokarbonene.

Behandling av produsert vann blir ofte gjort ved å utnytte gassflotasjonsenheter inklu-dert enheter for indusert gassflotasjon og oppløst gassflotasjon. Ett eksempel på en enhet for indusert gassflotasjon er vist i EP1779911Al. Det er her videre vist at de beste resultater oppnås når den injiserte gassen blir dispergert i fluidet som bittesmå bobler.

Eksisterende teknologier blir operert basert på koalesensteori, hvor gassbobler blir dannet enten ved å frigi gass oppløst i systemet eller ved tilsetning av gass. Gassboblene kolliderer med oljedråpene og hvis kollisjonen er sterk nok, det vil si at vannfilmen blir drenert og overflatene av gassboblen og oljedråpen forbindes og danner et felles komp-leks. Dette komplekset vil ha en høyere tendens til å flyte enn oljedråpen. Basert på denne teorien, kan koalesens bli øket ved å øke kollisjonsrfekvensen og kollisjonsener-gien. For å øke kollisjonsrfekvensen må flere gassbobler bli frigitt og vil deretter bli bundet av oljedråpene, derfor blir ikke all gassen utnyttet og i noen systemer blir ekstra gass introdusert for å øke frekvensen. Eksisterende teknologi vil følgelig ikke utnytte det fulle potensialet av den oppløste gassen.

Gassflotasjon som omfatter å indusere en gasstrøm resulterer i et komplekst system med gjenvinning og resirkulering av gassen. Med enheter for oppløst gassflotasjon er disse gjenvinnings- og resirkuleringssystemene ikke nødvendige. Fra et økonomisk synspunkt er det ønskelig å unngå disse tillagte systemene for introdusering og gjenvinning av gass.

Den tradisjonelle fremgangsmåten for rensing av produsert vann involverer anvendelse av stort utstyr som opptar stor plass, noe som er spesielt krevende for offshoreproduk-sjon.

Fra et miljøsynspunkt er det et behov for å forbedre effektiviteten av renseprosedyrene og fra et økonomisk synspunkt er det et krav om høyere effektivitet og derved en mulig-het til å redusere størrelsen av det krevede utstyret.

Målet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et kompakt system og fremgangsmåte for behandling av produsert vann; hvor behovet for indusering av gass er minst redusert om ikke overflødig. Et videre mål er å tilveiebringe et system med en optimalisert bruk av den oppløste gassen.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte for forbedring av separasjon av olje fra vann, spesielt for behandling av produsert vann, som omfatter flotasjon av oljedråper og gassbobler, kjennetegnet ved at fremgangsmåten omfatter å: - tilføre vann som inneholder oljedråper og oppløst gass til en separasjonsenhet; - kontrollere trykkfallet av vannet som inneholder olje og oppløst gass når det entrer separasjonsenheten for å oppnå dannelse av én eller flere gassbobler innen oljedråpene, og

- tillate flotasjon av oljedråper og gassbobler.

I ett aspekt omfatter fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen å anvende et trykkfall på mellom 0,3-10 bar, foretrukket 0,5-6 bar, mer foretrukket 0,5-1,5 bar.

I et annet aspekt av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er separasjonsenheten som trykkfallet blir kontrollert i en rørledning, trykkfallet blir kontrollert når det produserte vannet entrer rørledningen og flotasjonen finner sted innen rørledningen. I én utførelsesform blir fluidet som forlater rørledningen ført inn i en andre separasjonsenhet hvor oljen og gassen blir separert fra vannet.

I en annen utførelsesform av oppfinnelsen blir trykkfallet kontrollert ved å regulere en ventil plassert i kommunikasjon med separasjonsenheten.

I et aspekt av foreliggende oppfinnelse blir trykkfallet utført hurtig, foretrukket i løpet av 0,001-0,1 sekunder.

Videre i en annen utførelsesform blir middels skjærkrefter anvendt på samme tid som trykkfallet blir utført.

I enda en annen utførelsesform er trykkfallet mellom 0,5-3 bar, trykkfallet blir oppnådd i løpet av 0,001-0,1 sekunder og med en middels skjærkraftvirkning.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse kan bli gjentatt én eller flere ganger.

Videre tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en apparatur for forbedring av separasjon av olje fra vann, spesielt for behandling av produsert vann, som omfatter flotasjon av olje og gass, kjennetegnet ved at apparaturen omfatter en separasjonsenhet med et inn-løp og et utløp og en trykkfallskontrollerende enhet arrangert ved innløpet til separasjonsenheten, hvor den trykkfallskontrollerende enheten er en dyse med en virvelvirk-ning, som innebærer middels skjærkrefter og et trykkfall på 1-8 bar i løpet av 0,001-0,1 sekunder.

I en utførelsesform av apparaturen ifølge foreliggende oppfinnelse er separasjonsenheten med en trykkfallskontrollerende enhet arrangert ved innløpet en rørledning med en trykkfallskontrollerende enhet arrangert ved innløpet, og utløpet av rørledningen er i fluid kommunikasjon med en nedstrøms andre separatorenhet.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse utnytter gassen oppløst innen oljedråpene. Gassen er naturgass som er hydrofob, og derfor har gassen en mye høyere løselig-het i oljen enn i vannet. Følgelig er konsentrasjonen av oppløst gass høyere i oljedråpene enn i vannet og derfor er mer gass tilgjengelig for flotasjon basert på dannelse av en gassboble på innsiden av oljedråpene enn for nukleering eller kollisjon hvor gassboblene blir dannet innen vannfasen. Denne måten å utnytte gassen på øker effektiviteten av den oppløste gassen. Videre avhenger foreliggende oppfinnelse ikke av masseoverføring fra vannfasen til oljedråpene.

Foreliggende oppfinnelse gjør bruk av et kontrollert trykkfall. Dette kontrollerte trykkfallet fører til dannelsen av én eller flere gassbobler på innsiden av oljedråpene. Resul-tatet av dette er flotasjon av de ekspanderte enhetene. Mekanismen kan bli beskrevet som oljedråpeekspansjon ved kontrollert trykkavlasting.

I ett aspekt gjør foreliggende oppfinnelse også bruk av en forståelse av den positive og negative innvirkning av skjærkrefter på oljedråper. Ved å kontrollere skjærkreftene er det mulig å finne optimale betingelser for oljefjerning. Ved dette optimum blir den høy-este mengden gass frigitt innen gassboblene og maksimerer flotasjonskraften uten at oljedråpen brister.

Eksisterende teknologier operert basert på koalesensprosessene kan ikke bli fullstendig optimalisert på den samme måten siden de krever et overskudd av gassbobler for å øke kollisjonsfrekvensen.

Når en kontrollerer trykkfallet og ekspandering av oljedråpene kan gass oppløst i vannet også bli frigitt. Denne gassen kan videre positivt påvirke flotasjonen ifølge koalesensprosessen og/eller prosessen for den heterogene nukleering av gassbobler.

I ett aspekt av foreliggende oppfinnelse kan separasjonsprosessen bli forbedret videre ved injisering av ytterligere gass for å øke virkningen av koalesensprosessen.

Foreliggende oppfinnelse kan redusere størrelsen av vannbehandlingssystemet betydelig. Den kan ha potensialet til å fjerne flere av de plasskrevende tankene i systemet for produsert vann i fremtidige installasjoner, noe som vil bli spesielt verdsatt offshore og undersjøisk.

Eksisterende prosesser kan ha fordel fra foreliggende oppfinnelse ved en fullstendig finjustering av parametrene. Ved å ta hensyn til begrensningene for hver flotasjonsme-kanisme er det mulig å øke separasjonseffektiviteten av eksisterende flotasjonsenheter.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse kan bli optimalisert for forskjellige typer produsert vann og andre lignende fluider som oljedråper skulle bli fjernet fra. Det optimale trykkfall vil variere avhengig av f.eks. typen olje, innholdet av andre substan-ser i vannet, mengden av oppløst gass, ventildesign etc.

I ett aspekt av foreliggende oppfinnelse har vannet og oljen og gassen et høyere gjenværende trykk etter separasjon enn det gjenværende trykket som er tilgjengelig når en bru-ker den tradisjonelle fremgangsmåten. I den tradisjonelle prosessen er kapasiteten av utstyret og ønsket om å generere så mange bobler som mulig, de parameterne som be-stemmer posisjonen for innløpsventil(er) eller lignende utstyr anvendt for å kontrollere strømmen. Når trykkfallet blir kontrollert ifølge foreliggende oppfinnelse er det optimale trykkfall normalt lavere enn i den tradisjonelle prosessen basert på kollisjon/ koalesens og mer trykk forblir tilgjengelig for ytterligere prosessering. I dette aspektet av oppfinnelsen kan det oppnås en mer effektiv separasjon selv ved lave trykkfall.

Den trykkfallskontrollerende enheten anvendt i fremgangsmåten og apparaturen ifølge

foreliggende oppfinnelse kan være enhver type utstyr som er i stand til å tilveiebringe et kontrollert trykkfall så som ventiler eller dyser. Eksempler på anvendbare ventiler inklu-derer kuleventiler, skiveventiler, reduksjonsventiler etc.; eksempler på dyser er venturi-lignende, virvel-lignende dyser etc.

For hver trykkfallskontrollerende enhet er det forventet å være et trykkfallsområde med optimal effektivitet. Det er sannsynlig at nivået og størrelsen av dette området avhenger av fluidsammensetningen og fysiske betingelser og muligens også minst i noe grad av den benyttede utstyret.

For anvendelse i nye anlegg for behandling av produsert vann vil den trykkfallskontrollerende enheten bli valgt for å tilveiebringe et betydelig driftsvindu kombinert med en stabil ytelse.

I ett aspekt av foreliggende oppfinnelse blir det produserte vannet delt i to eller flere strømmer, og hver strøm blir trykkavlastet separat for å optimalisere fremgangsmåtens effektivitet.

Den mulige virkning av foreliggende oppfinnelse vil bli beskrevet i videre detalj med referanse til de vedlagte figurer hvor: Figur 1: Viser virkningen av forskjellige trykkfall på konsentrasjonen av olje når ingen gass foreligger; Figur 2: Viser virkningen av forskjellige trykkfall på konsentrasjon av olje når oljen er mettet med gass før trykkavlastingen; og Figur 3: Illustrerer virkningen av et kontrollert trykkfall kombinert med flokkuleringsmidler.

For å illustrere virkningen av kontrollert trykkavlasting ble separasjonen av olje i vann testet ved forskjellige kontrollerte trykkfall som utnytter forskjellige typer av utstyr for å oppnå det kontrollerte trykkfall. Det samme utstyret ble anvendt for separert olje som ikke er mettet med gass (figur 1) og olje mettet med gass før trykkavlastingen (figur 2). Testen ble utført ved anvendelse av henholdsvis en kuleventil, en Dynaflow Dynaswirl dyse og en Typhonix dyse (prototype). Kuleventilen tilveiebringer et hurtig trykkfall med høye skjærkrefter på grunn av det lille tverrsnittet. Dynaswirl dysen gir et langsommere trykkfall enn kuleventilen; den har en middels skjærkraft og en virvellignende virkning. Typhonix-en har et langsommere trykkfall enn Dynaswirl-en, den har en ven- turilignende design og den medfører lave skjærkrefter. Forsøkene ble utført i en "en-gangsgjennomstrømningsrigg" med kapasiteten 10<m>/h. Oljedoseringshastighet, tempe-ratur og oljedråpestørrelse ble holdt konstant i løpet av forsøkene (140-150 ppm, 50°C, 10-12 um median volumdiameter (Dv50)).

Ved å sammenligne de to figurene er det klart at nærværet av gass og det kontrollerte trykkfall i flotasjonsenheten resulterer i en reduksjon i oljekonsentrasjonen fra 150 ppm til under 60 ppm med et trykkfall på 6 bar ved anvendelse av en kuleventil, og en reduksjon fra omtrent 150 ppm til under 60 ppm olje med et 0,5-1 bar kontrollert trykkfall ved anvendelse av en Dynaswirl dyse. Dette betyr at ved kostnaden på bare 0,5 bar trykktap kan 60 % av oljen bli fjernet. Et trykkfall på bare 0,5 bar frigir bare små gass-volumer, noe som gjør gasshåndtering enklere.

I ett aspekt av foreliggende oppfinnelse kan fremgangsmåten bli kombinert med anven-delsen av flokkuleringsmidler. Den mulige virkningen av denne kombinasjonen er illustrert for kuleventilen og Dynaswirl dysen i figur 3. De tilsatte flokkuleringsmidler var WT-1099 markedsført av M-I Swaco og konsentrasjonen av flokkuleringsmidler var 10 ppm. Som illustrert i figur 3 var mengden resterende olje i vann etter denne kombinerte prosessen omtrent 25 ppm ved et kontrollert trykkfall på 4 bar. De illustrerte testene har ikke blitt optimalisert med hensyn til trykkfall. Denne kombinerte prosessen gjør det følgelig mulig å redusere innholdet av olje i vann betydelig i løpet av bare ett trinn. I en optimalisert prosess kan det oppnås en synergistisk effekt av kombinasjonen.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for forbedring av separasjon av olje fra vann, spesielt for behandling av produsert vann, som omfatter flotasjon av oljedråper og gassbobler,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter å: - tilføre vann som inneholder oljedråper og oppløst gass til en separasjonsenhet; - kontrollere trykkfallet av vannet som inneholder olje og oppløst gass når det entrer separasjonsenheten for å oppnå dannelse av én eller flere gassbobler innen oljedråpene, og - tillate flotasjon av oljedråper og gassbobler.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter anvendelse av et trykkfall på mellom 0,3 -10 bar, foretrukket 0,5-6 bar, mer foretrukket 0,5-1,5 bar.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat separasjonsenheten som trykkfallet blir kontrollert i er en rørledning, hvor trykkfallet blir kontrollert når det produserte vannet entrer rørledningen og hvor flotasjonen finner sted innen rørledningen.

4. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 til 3,karakterisert vedat trykkfallet blir kontrollert ved å regulere en ventil plassert i kommunikasjon med separasjonsenheten.

5. Fremgangsmåte ifølge ethvert av krav 1 til 4,karakterisert vedat trykkfallet blir utført hurtig, foretrukket i løpet av 0,001-0,1 sekunder.

6. Fremgangsmåte ifølge ethvert av krav 1 til 5,karakterisert vedat på samme tid som trykkfallet blir utført anvendes middels skjærkrefter.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5 eller 6,karakterisert vedat trykkfallet er mellom 0,5-3 bar, trykkfallet blir oppnådd i løpet av 0,001-0,1 sekunder og med en middels skjærkraftvirkning.

8. Fremgangsmåte ifølge ethvert av krav 1 til 7,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter gjentagelse av trinnene i fremgangsmåten ifølge krav 1 én eller flere ganger.

9. Apparatur for forbedring av separasjon av olje fra vann, spesielt for behandling av produsert vann, som omfatter flotasjon av olje og gass,karakterisert vedat apparaturen omfatter en separasjonsenhet med et innløp og et utløp og en trykkfallskontrollerende enhet arrangert ved innløpet til separasjonsenheten, hvor den trykkfallskontrollerende enheten er en dyse med en virvel virkning, som innebærer middels skjærkrefter og et trykkfall på 1-8 bar i løpet av 0,001-0,1 sekunder.

10. Apparatur ifølge krav 9,karakterisert vedat separasjonsenheten med en trykkfallskontrollerende enhet arrangert ved innløpet er en rørledning med en trykkfallskontrollerende enhet arrangert ved innløpet, og hvor utløp av rørledningen er i fluid kommunikasjon med en nedstrøms andre separatorenhet.