NO330502B1

NO330502B1 - Device and method for downhole oil and water separation in a production well

Info

Publication number: NO330502B1
Application number: NO20024252A
Authority: NO
Inventors: Torleif Holt; Ole Torsaeter
Original assignee: Torleif Holt
Priority date: 2000-03-08
Filing date: 2002-09-06
Publication date: 2011-05-02
Also published as: NO20024252L; NO20024252D0

Description

Anordning og framgangsmåte for nedihulls separasjon av olje og vann i en produksjonsbrønn. Device and procedure for downhole separation of oil and water in a production well.

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for separasjon av olje og vann ved oljeproduksjon, samt en framgangsmåte for produksjon av olje, i samsvar med de selvstendige krav. The present invention relates to a device for separating oil and water during oil production, as well as a method for producing oil, in accordance with the independent claims.

Bakgrunn Background

En petroleumsførende formasjon (petroleumsreservoar) omfatter en porøs bergart med et porevolum som er fylt med hydrokarbongass, olje og vann, eller olje og vann eller gass og vann. Ved produksjon fra reservoaret vil det danne seg et trykkfelt rundt borehullet, som fører til at olje strømmer inn. Trykkfeltet kan imidlertid være så stort at vann og/ eller gass også blir trukket inn i borehullet. I løpet av reservoarets produksjonstid vil mengden olje avta, og et eventuelt grensesnitt mellom gass og olje vil bevege seg nedover mot produksjonssonen, mens et eventuelt grensesnitt mellom vann og olje vil bevege seg oppover. Resultatet blir at vann- og gassproduksjonøker i løpet av reservoarets levetid. Vann- og/eller gassproduksjonen kan også skyldes at produksjonssonen er i gass- eller vannsonen, at reservoaret har inhomogeniteter som gjør det spesielt gunstig for gass og/eller vann å strømme til produksjonssonen, eller andre faktorer. Resultatet blir at vann og/eller gass produseres sammen med oljen, hvilket er uønsket fordi mengde produsert olje per tid avtar, samt at blandingen må separeres i et eget trinn. A petroleum-bearing formation (petroleum reservoir) comprises a porous rock with a pore volume that is filled with hydrocarbon gas, oil and water, or oil and water or gas and water. When producing from the reservoir, a pressure field will form around the borehole, which causes oil to flow in. However, the pressure field can be so large that water and/or gas is also drawn into the borehole. During the reservoir's production time, the amount of oil will decrease, and any interface between gas and oil will move downwards towards the production zone, while any interface between water and oil will move upwards. The result is that water and gas production increases during the lifetime of the reservoir. Water and/or gas production may also be due to the production zone being in the gas or water zone, the reservoir having inhomogeneities that make it particularly favorable for gas and/or water to flow to the production zone, or other factors. The result is that water and/or gas is produced together with the oil, which is undesirable because the amount of oil produced per time decreases, and that the mixture must be separated in a separate step.

Olje, gass og vann separeres i et prosessanlegg, og ved stor vann og/eller gassproduksjon må separasjonsutstyret ha tilsvarende stor kapasitet, hvilket både blir kostbart og plasskrevende. Ved bruk av en anordning som separerer vann fra gass og olje i produksjonssonen vil prosessering av produserte fluider bli vesentlig enklere. Ved bruk av havbunnsinstallasjoner vil det være spesielt gunstig å separere ut vann allerede ved brønnhodet da det er ugunstig å transportere vann, olje og gass i samme rørledning på grunn av faren for hydratdannelser. Oil, gas and water are separated in a process plant, and in the case of large water and/or gas production, the separation equipment must have a correspondingly large capacity, which is both expensive and space-consuming. By using a device that separates water from gas and oil in the production zone, the processing of produced fluids will be significantly easier. When using seabed installations, it will be particularly beneficial to separate out water already at the wellhead, as it is unfavorable to transport water, oil and gas in the same pipeline due to the risk of hydrate formation.

Det er gjort flere forsøk på å framskaffe slike separasjons-anordninger, ved bruk av selektive membraner. US 4,242,787 beskriver en nedihullsseparator med filter som innebefatter en halvgjennomtrengelig membran, som bare fuktes avvann. US 5,932,091 beskriver et oljeholdig spillvanns-behandlingssystem for skip som benytter membraner for å separere olje fra vann. Several attempts have been made to provide such separation devices, using selective membranes. US 4,242,787 describes a downhole separator with a filter comprising a semi-permeable membrane, which is only wetted by water. US 5,932,091 describes an oily waste water treatment system for ships that uses membranes to separate oil from water.

US 5,673,752 beskriver produksjon avgass fra et reservoar med gass og vann. Framgangsmåten benytter en hydrofob membran som slipper gjennom gass, men ikke vann. Membranen er pakket som en spiralmodul nede i borehullet. Det angis ikke noe system for produksjon/reinjeksjon av vann eller rensing av membranen. US 5,673,752 describes the production of gas from a reservoir of gas and water. The method uses a hydrophobic membrane that lets gas through, but not water. The membrane is packaged as a spiral module down the borehole. No system is specified for the production/reinjection of water or cleaning of the membrane.

US 4,296,810 beskriver separering av olje/vann nede i borehullet, ved bruk av vannfuktende (hydrofile) membraner pakket som spiralmoduler. Det benyttes også pumper for separasjon og reinjeksjon avvann, pumpene er plassert nede i borehullet. US 4,296,810 describes the separation of oil/water down the borehole, using water-wetting (hydrophilic) membranes packaged as spiral modules. Pumps are also used for separation and reinjection of water, the pumps are located down in the borehole.

WO Al 95/09970 angir et system for separering av olje/gass og vann med sykloner og separasjon av uønskede gasser (C02, H2S, H20) fra hydrokarbongassen ved hjelp av membraner. WO Al 95/09970 specifies a system for separating oil/gas and water with cyclones and separating unwanted gases (CO 2 , H 2 S, H 2 O) from the hydrocarbon gas by means of membranes.

US patentskrift 6,015,011 beskriver en innretning for separasjon av hydrokarboner og vann nede i borehullet, basert på bruk av ett eller flere filtre som tillater transport av gass og olje ved gitte differensialtrykk over filteret, men som holder vann tilbake. Den selektive funksjonaliteten henføres til permeabilitetseffekter, relativ størrelse og dissosiasjonsegenskaper for vannmolekyler. Dette fører til at gass strømmer inn ved lavere differensialtrykk enn olje som igjen strømmer inn ved lavere differensialtrykk enn vann. Det er angitt i beskrivelsen at filteret kan tilpasses slik at bare fraksjoner av oljen produseres. Dette kan være mulig dersom oljen har komponenter som foreligger som partikler/aggregater men disse vil i tilfelle tette filteret etter kort tid. US patent 6,015,011 describes a device for the separation of hydrocarbons and water down the borehole, based on the use of one or more filters which allow the transport of gas and oil at a given differential pressure above the filter, but which retain water. The selective functionality is attributed to permeability effects, relative size and dissociation properties of water molecules. This causes gas to flow in at a lower differential pressure than oil, which in turn flows in at a lower differential pressure than water. It is stated in the description that the filter can be adapted so that only fractions of the oil are produced. This may be possible if the oil has components that are present as particles/aggregates, but these will clog the filter after a short time.

Formål Purpose

Hovedformålet med foreliggende oppfinnelse er å framskaffe en enkel anordning for separasjon av olje og gass i produksjons-sonen i et petroleumsreservoar. Ytterligere formål er at anordningen skal ha lang levetid, være enkel å vedlikeholde uten at den må tas opp til overflata, at den ikke skal være plasskrevende, samt at den ikke skal redusere produksjonshastigheten fra reservoaret, vesentlig. The main purpose of the present invention is to provide a simple device for separating oil and gas in the production zone of a petroleum reservoir. Further purposes are that the device should have a long life, be easy to maintain without having to be brought up to the surface, that it should not take up much space, and that it should not significantly reduce the production rate from the reservoir.

Oppfinnelsen The invention

Formålet nås med en anordning i samsvar med den karakteriserende delen av krav 1, og en framgangsmåte i samsvar med krav 8. Ytterligere fordelaktige trekk er angitt i de tilhørende uselvstendige krav. The object is achieved with a device in accordance with the characterizing part of claim 1, and a method in accordance with claim 8. Further advantageous features are indicated in the associated independent claims.

Med en separasjons-anordning i samsvar med foreliggende oppfinnelse, oppnås vann/ olje separasjon ved at oljen passerer gjennom en hydrofob membran. Det er store forskjeller mellom separering av olje fra vann, og gass fra vann. Det er vesentlig for oppfinnelsen at det er olje, og ikke vann som skal strømme gjennom membranen. With a separation device in accordance with the present invention, water/oil separation is achieved by the oil passing through a hydrophobic membrane. There are big differences between separating oil from water and gas from water. It is essential for the invention that it is oil, and not water, that should flow through the membrane.

Med membran er det i denne sammenhengen ment ethvert materiale som er, eller ved behandling kan gjøres, oljefuktende, og som har små nok porer til at inntrengingstrykket for uønsket fase (i dette tilfellet vann og eventuelt gass) blir så stort at den uønskete fasen ikke vil strømme inn i porene ved de trykkforhold som oppstår i produksjonssonen ved oljeproduksjon. Membranen kan enten ha en oppbygging slik at den ved aktuell bruk må legges på en mekanisk støtte, eller den kan bygges opp med flere støttesjikt slik at den i seg selv blir stiv nok til å opprettholde formen ved de trykkforhold som oppstår i produksjonssonen ved oljeproduksjon. In this context, membrane means any material which is, or can be made oil-wetting by treatment, and which has small enough pores that the penetration pressure for the unwanted phase (in this case water and possibly gas) becomes so great that the unwanted phase does not will flow into the pores at the pressure conditions that occur in the production zone during oil production. The membrane can either have a structure such that it must be placed on a mechanical support during actual use, or it can be built up with several support layers so that it itself becomes rigid enough to maintain its shape under the pressure conditions that occur in the production zone during oil production.

I de fleste tilfeller vil også vann strømme mot produksjonssonen under oljeproduksjon. Dersom vann ikke produseres/fjernes fra produksjonssonen, vil det akkumuleres og oljetransporten mot produksjonssonen vil reduseres og kan i enkelte tilfeller stanse fullstendig. For å fjerne vann som akkumuleres rundt og i produksjonssonen, kan det separeres fra oljen med en anordning i samsvar med krav 1, og transporteres vekk. Hvorvidt vannet bør fjernes kontinuerlig, i intervall eller i det hele tatt, vil avhenge av vannmengden som til enhver tid strømmer inn i produksjonssonen. In most cases, water will also flow towards the production zone during oil production. If water is not produced/removed from the production zone, it will accumulate and the oil transport towards the production zone will be reduced and in some cases may stop completely. To remove water that accumulates around and in the production zone, it can be separated from the oil by a device in accordance with claim 1, and transported away. Whether the water should be removed continuously, at intervals or at all will depend on the amount of water flowing into the production zone at any given time.

For å kunne opprettholde en vann/olje separasjonsprosess med tilfredsstillende oljefluks over tid, vil det for de fleste reservoartyper være nødvendig å kunne rense membranen med jevne mellomrom. Anordningen i samsvar med foreliggende oppfinnelse har en enkel oppbygging for separasjon av olje og vann, som muliggjør en enkel rensing av membranen. Anordningen inngår som en del av et totalt system for oljeproduksjon/reinjeksjon av produsert vann og membran-rensing. Systemet har videre den fordel at det ikke omfatter bevegelige deler nede i borehullet. In order to be able to maintain a water/oil separation process with satisfactory oil flow over time, it will be necessary for most reservoir types to be able to clean the membrane at regular intervals. The device according to the present invention has a simple structure for separating oil and water, which enables simple cleaning of the membrane. The device is part of a total system for oil production/reinjection of produced water and membrane cleaning. The system also has the advantage that it does not include moving parts down in the borehole.

Trykket i produksjonsrøret reguleres med kjente teknikker. I de tilfeller disse teknikkene krever separate anordninger, kan disse plasseres på overflata, f.eks. på en produksjonsplattform eller en undervannsinstallasjon. Når trykket er lavere i produksjonssonen enn i den omliggende formasjonen i reservoaret, vil reservoarfluider strømme inn i produksjonssonen. The pressure in the production pipe is regulated using known techniques. In those cases where these techniques require separate devices, these can be placed on the surface, e.g. on a production platform or an underwater installation. When the pressure is lower in the production zone than in the surrounding formation in the reservoir, reservoir fluids will flow into the production zone.

I de tilfeller vann kommer i kontakt med membranen, vil ikke dette strømme gjennom membranen i separasjonsanordningen, med mindre trykket i vannfasen er større enn inntrengingstrykket gitt ved ligning (1). Eksempler på inntrengningstrykk er gitt i Tabell 1. Beregningen er gjort for et fullstendig oljefuktende materiale med to forskjellige poreradier. In cases where water comes into contact with the membrane, this will not flow through the membrane in the separation device, unless the pressure in the water phase is greater than the penetration pressure given by equation (1). Examples of penetration pressure are given in Table 1. The calculation is made for a completely oil-wetting material with two different pore radii.

For å unngå at membranen presses flat når oljen strømmer inn i produksjonsrøret, gjennom membranen, bør denne avstives. Membranen kan enten framstilles av et materiale som er tilstrekkelig stivt til at membranen holder formen under hele eller i det minste deler av reservoarets levetid, eller membranen kan omslutte et stivt støtterør med perforeringer. I det siste tilfellet stilles det ingen krav med hensyn på stivhet for å opprettholde formen, til materialet i membranen. En annen mulig utforming er en kombinasjon av de ovennevnte løsningene, idet membranen har en indre armering som gir tilstrekkelig stivhet. To avoid the membrane being pressed flat when the oil flows into the production pipe, through the membrane, this should be braced. The membrane can either be made of a material that is sufficiently rigid for the membrane to maintain its shape during all or at least part of the life of the reservoir, or the membrane can enclose a rigid support tube with perforations. In the latter case, no requirements are made with regard to stiffness to maintain the shape of the material in the membrane. Another possible design is a combination of the above-mentioned solutions, as the membrane has an internal reinforcement that provides sufficient rigidity.

Aktuelle membranmaterialer kan blant annet være polytetrafluoretylen (PTFE), poly-vinylidenfluorid (PVDF), polypropylen og polyetylen. Det er mulig å lage oljefuktende membraner på mange måter, blant annet ved å belegge et mikrogitter med f.eks teflon eller å bestråle en homogen kunststoffilm slik at det lages mikrohull. Current membrane materials can include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polypropylene and polyethylene. It is possible to make oil-moistening membranes in many ways, including by coating a microgrid with, for example, Teflon or irradiating a homogeneous plastic film so that microholes are created.

En membran består ofte av flere sjikt. Det selektive sjiktet er ofte svært tynt i forhold til den totale tykkelsen av membranen, og legges derfor oppå ett eller flere støttesjikt av materiale med gradvis større porer. Det innerste støttesjiktet kan være et perforert lag av for eksempel metall eller kunststoff. A membrane often consists of several layers. The selective layer is often very thin in relation to the total thickness of the membrane, and is therefore placed on top of one or more support layers of material with progressively larger pores. The innermost support layer can be a perforated layer of, for example, metal or plastic.

Radialtrykket i ulike brønner kan være forskjellig, og trykket kan endres i løpet av produksjons-tiden. Radialtrykket på membranen vil imidlertid i de aller fleste horisontale brønner være lavere enn tilsvarende trykk i vertikale brønner. Det stilles derfor større krav til materialet i membranen eller det indre støtterøret, med hensyn på egenskaper for å opprettholde den gitte form, i de tilfeller anordningen i samsvar med foreliggende oppfinnelse skal benyttes i vertikale borehull i forhold til horisontale borehull. The radial pressure in different wells can be different, and the pressure can change during the production period. However, the radial pressure on the membrane in the vast majority of horizontal wells will be lower than the corresponding pressure in vertical wells. Greater demands are therefore placed on the material in the membrane or the inner support pipe, with regard to properties to maintain the given shape, in cases where the device according to the present invention is to be used in vertical boreholes in relation to horizontal boreholes.

Med radialtrykk er det i denne sammenhengen ment trykkforskjellen mellom trykket ved veggen i borehullet og trykket inne i produksjonsrøret, i retning tilnærmet vinkelrett på lengde-utstrekningen av produksjonsrøret. In this context, radial pressure means the pressure difference between the pressure at the wall of the borehole and the pressure inside the production pipe, in a direction approximately perpendicular to the length of the production pipe.

Ved bruk av en separasjons-anordning i samsvar med foreliggende oppfinnelse i horisontale brønner, kan separasjonsanordningen av olje og vann strekke seg i hele lengde-utstrekningen av brønnen, som i enkelte tilfeller kan være opptil en kilometer eller lenger. Hele eller deler av membranen vil i de fleste tilfeller være i direkte kontakt med oljefasen, og olje kan dermed passere gjennom membranen uten at den må være i kontakt med vann. When using a separation device in accordance with the present invention in horizontal wells, the separation device of oil and water can extend the entire length of the well, which in some cases can be up to a kilometer or longer. All or parts of the membrane will in most cases be in direct contact with the oil phase, and oil can thus pass through the membrane without it having to be in contact with water.

Eksempel Example

Anordningen i samsvar med foreliggende oppfinnelse vil i det følgende beskrives med henvising til figurer, hvor The device in accordance with the present invention will be described in the following with reference to figures, where

figur 1 viser en vanndråpe på overflata av et nesten fullstendig hydrofobt materiale, figure 1 shows a drop of water on the surface of an almost completely hydrophobic material,

figur 2 viser en utførelse av en anordning i samsvar med foreliggende oppfinnelse, figure 2 shows an embodiment of a device in accordance with the present invention,

figur 3 viser en skisse av et system for produksjon av olje ved bruk av en separasjons-anordning for olje og vann, i samsvar med foreliggende oppfinnelse, og figure 3 shows a sketch of a system for the production of oil using a separation device for oil and water, in accordance with the present invention, and

figur 4 viser en skisse av et system for reinjisering av vann, fortrinnsvis tilsatt et rensemiddel for rensing av membranen i anordningen i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Figure 4 shows a sketch of a system for reinjecting water, preferably with a cleaning agent added for cleaning the membrane in the device in accordance with the present invention.

For at vann 1 skal kunne trenge inn i en oljefylt pore 2 i et porøst hydrofobt materiale 3, må overtrykket i vannfasen 1 i forhold til oljen 2 være større enn Ap gitt ved In order for water 1 to be able to penetrate into an oil-filled pore 2 in a porous hydrophobic material 3, the excess pressure in the water phase 1 in relation to the oil 2 must be greater than Ap given by

hvor y er grenseflatespenningen mellom olje og vann og (|> er kontaktvinkelen mellom olje 2, vann 1 og det porøse materialet 3, og r er poreradien til det porøse materialet 3. Dette er vist i figur 1. where y is the interfacial tension between oil and water and (|> is the contact angle between oil 2, water 1 and the porous material 3, and r is the pore radius of the porous material 3. This is shown in figure 1.

For et fullstendig oljefuktende materiale 3 vil kontaktvinkelen være nær 180°, dvs. cosfy blir svært lik minus en. Dette prinsippet kan utnyttes til å separere olje og vann forutsatt at oljen produseres gjennom et porøst materiale med små nok porer til at nødvendig høyt inntrengningstrykk for vann oppnås. For a completely oil-wetting material 3, the contact angle will be close to 180°, i.e. cosfy will be very similar to minus one. This principle can be used to separate oil and water provided that the oil is produced through a porous material with small enough pores that the necessary high penetration pressure for water is achieved.

Separasjon av olje og vann i et borehull oppnås i samsvar med det ovenstående, med en anordning i samsvar med foreliggende oppfinnelse. I utførelsen vist i figur 2, omfatter anordningen en indre mekanisk støtte 4, som er hul og forsynt med perforeringer (ikke vist), f.eks. et perforert rør. Materialet og tykkelsen 5 av veggen i den indre støtten 4 må velges slik at støtten 4 blir tilstrekkelig stiv til å holde formen ved de forhold som råder i produksjonssonen 7. Separation of oil and water in a borehole is achieved in accordance with the above, with a device in accordance with the present invention. In the embodiment shown in Figure 2, the device comprises an internal mechanical support 4, which is hollow and provided with perforations (not shown), e.g. a perforated pipe. The material and thickness 5 of the wall in the inner support 4 must be chosen so that the support 4 is sufficiently rigid to keep its shape under the conditions prevailing in the production zone 7.

Yttersiden av den mekaniske støtten 4 er belagt med en hydrofob membran 3 eller et annet selektivt fuktende materiale. Den indre støtten 4 med membranen 3 på yttersiden, blir plassert inne i et borehull 6, i produksjonssonen. I øvre ende av produksjonssonen 7 er den indre støtten 4 med membranen 3 festet til et konvensjonelt produksjonsrør 8 som fører oljen til overflata. Produksjonssonen 7 er avstengt fra det øvrige borehullet 6 i øvre ende, ved hjelp av pakninger 16 for å unngå at reservoarfluider skal strømme til overflata i området mellom borehullet 6 og produksjonsrøret 8. The outside of the mechanical support 4 is coated with a hydrophobic membrane 3 or another selectively wetting material. The inner support 4 with the membrane 3 on the outside is placed inside a borehole 6, in the production zone. At the upper end of the production zone 7, the inner support 4 with the membrane 3 is attached to a conventional production pipe 8 which leads the oil to the surface. The production zone 7 is closed off from the rest of the borehole 6 at the upper end, by means of seals 16 to prevent reservoir fluids from flowing to the surface in the area between the borehole 6 and the production pipe 8.

Helt eller tilnærmet vannfri olje strømmer gjennom membranen 3, og inn i den mekaniske støtten 4, som transporterer oljen til overflata. I en alternativ anordning, ikke vist, blir selve membranen framstilt av et materiale som er så stivt at en indre perforert støtte ikke er nødvendig. Completely or almost anhydrous oil flows through the membrane 3, and into the mechanical support 4, which transports the oil to the surface. In an alternative arrangement, not shown, the membrane itself is produced from a material which is so rigid that an internal perforated support is not necessary.

I tilfeller hvor bergarten i reservoaret er ustabil, kan det plasseres et foringsrør 9 mot formasjonen. Dette røret perforeres i produksjonssonen 7 slik at reservoarfluider kan strømme inn i røret, og i en deponeringssone 10 hvor vann kan strømme ut av borehullet 6. Det oppstår et rom, i det følgende kalt ringrom 11, enten mellom foringsrøret 9 og membranen 3, eller membranen 3 og veggen i borehullet 6. Det kan også være andre forhold som gjør det fordelaktig å plassere et ytre rør, for eksempel et foringsrør som er perforert i det minste i produksjonssonen og deponerings-sonen, i borehullet. In cases where the rock in the reservoir is unstable, a casing pipe 9 can be placed against the formation. This pipe is perforated in the production zone 7 so that reservoir fluids can flow into the pipe, and in a deposition zone 10 where water can flow out of the borehole 6. A space, hereafter called annulus 11, is created either between the casing 9 and the membrane 3, or the membrane 3 and the wall of the borehole 6. There may also be other conditions which make it advantageous to place an outer pipe, for example a casing which is perforated at least in the production zone and the deposition zone, in the borehole.

I enkelte tilfeller kan det være aktuelt å fylle opp ringrommet 11 med et kornet, oljefuktende materiale. Dette er for å sikre kapillær kontinuitet mellom reservoaret og membranen 3 i anordningen i samsvar med foreliggende oppfinnelse. På denne måten vil oljen ledes lettere mot membranen 3, selv om ringrommet 11 er hovedsakelig fylt med vann. In some cases, it may be appropriate to fill up the annulus 11 with a granular, oil-moistening material. This is to ensure capillary continuity between the reservoir and the membrane 3 in the device in accordance with the present invention. In this way, the oil will be guided more easily towards the membrane 3, even if the annulus 11 is mainly filled with water.

Rundt den hydrofobe membranen 3 kan det legges en beskyttende duk 12 av metall eller annet egnet materiale, blant annet for å hindre at membranen 3 blir ødelagt. Den beskyttende duken 12 vil også gi membranen 3 fysisk støtte ved en eventuell renseprosess, samt ved montering av separasjonsanordningen. A protective cloth 12 of metal or other suitable material can be placed around the hydrophobic membrane 3, among other things to prevent the membrane 3 from being destroyed. The protective cloth 12 will also give the membrane 3 physical support during a possible cleaning process, as well as when installing the separation device.

Produksjonsrøret 8 holdes i ønsket posisjon, fortrinnsvis i senter, i borehullet 6 av støtteringer (ikke vist) som ligger mellom borehullet og produksjonsrøret. I de tilfeller borehullet 6 er forsynt med et foringsrør 9, vil støtteringene ligge mellom foringsrøret 9 og produksjonsrøret 8.1 produksjonssonen vil ringene ligge mellom den beskyttende duken 11 og foringsrøret 9, eller i de tilfeller membranen 3 ikke er forsynt med en beskyttende duk, mellom foringsrøret 9 og membranen 3. Slike ringer kan plasseres med ønsket avstand. The production pipe 8 is held in the desired position, preferably in the center, in the borehole 6 by support rings (not shown) which lie between the borehole and the production pipe. In those cases where the borehole 6 is provided with a casing 9, the support rings will lie between the casing 9 and the production pipe 8.1 the production zone, the rings will lie between the protective cloth 11 and the casing 9, or in those cases the membrane 3 is not provided with a protective cloth, between the casing 9 and the membrane 3. Such rings can be placed at the desired distance.

Vannet som strømmer inn mot produksjonssonen kan pumpes inn i et vannførende geologisk lag (en akvifer), en deponeringssone 10, vist i figur 3. For transport av vannet kan det plasseres en pumpe nede i brønnhullet, som fører vannet ut av produksjonssonen 7 og inn i for eksempel deponerings-sonen 10. Dette er imidlertid ikke noen god løsning, fordi det medfører at bevegelige og forholdsvis plasskrevende deler må føres ned i borehullet 6. En bedre løsning vil være å plassere en pumpe 17 umiddelbart ved åpningen av borehullet, dvs på havbunnen eller jordoverflata. En slik pumpe kan ta større plass, og blir forholdsvis enkel å vedlikeholde og reparere sammenlignet med pumper som er ført ned i borehullet 6. The water that flows into the production zone can be pumped into a water-bearing geological layer (an aquifer), a deposition zone 10, shown in Figure 3. To transport the water, a pump can be placed down the wellbore, which takes the water out of the production zone 7 and into in, for example, the deposition zone 10. However, this is not a good solution, because it entails that moving and relatively space-consuming parts must be led down into the borehole 6. A better solution would be to place a pump 17 immediately at the opening of the borehole, i.e. at the seabed or the earth's surface. Such a pump can take up more space, and is relatively easy to maintain and repair compared to pumps that are led down into the borehole 6.

I det siste tilfellet, må et ytterligere rør i tillegg til produksjonsrøret føres ned i borehullet. Dette røret, i det følgende kalt deponeringsrøret 13, kan enten transportere vann fra produksjonssonen, eller til deponeringssonen. I det viste tilfellet i figur 3, munner ringrommet 11 i produksjonssonen 7 ut i deponeringsrøret 13, og vannet føres opp gjennom røret, til pumpen 17. Fra pumpen 17 føres vannet, via rør 14, ned i den øvre delen av borehullet, mellom foringsrøret 9, og produksjonsrøret 8 og deponeringsrøret 13, og deretter ut i deponeringssonen 10. In the latter case, an additional pipe in addition to the production pipe must be run down the borehole. This pipe, hereinafter called the deposition pipe 13, can either transport water from the production zone, or to the deposition zone. In the case shown in Figure 3, the annulus 11 in the production zone 7 opens into the deposition pipe 13, and the water is led up through the pipe to the pump 17. From the pump 17, the water is led, via pipe 14, down into the upper part of the borehole, between the casing pipe 9, and the production pipe 8 and the deposition pipe 13, and then out into the deposition zone 10.

Forurensinger, faste partikler så som sand, leire og lignende vil kunne settes seg fast på overflata av membranen 3, og vil over tid redusere oljefluksen. Dette er et fenomen som oppstår ved de fleste membranprosesser og krever vedlikehold. For dette formål kan det benyttes kjente teknikker. I samsvar med foreliggende oppfinnelse er det framskaffet en kombinasjon av et enkelt system for periodisk rengjøring av membranen, og pumpen 17 som fører vann fra produksjonssonen 7 til en deponeringssone 10 ved normal drift, en skisse av systemet er gitt i figur 4. Contamination, solid particles such as sand, clay and the like will be able to stick to the surface of the membrane 3, and will over time reduce the oil flow. This is a phenomenon that occurs with most membrane processes and requires maintenance. For this purpose, known techniques can be used. In accordance with the present invention, a combination of a simple system for periodic cleaning of the membrane, and the pump 17 which carries water from the production zone 7 to a deposition zone 10 during normal operation, has been provided, a sketch of the system is given in Figure 4.

Når membranen skal rengjøres, må oljeproduksjonen stanse og vann (sjøvann) pumpes inn på innsiden av oljeproduksjonsrøret 8 ved hjelp av ei pumpe 17. Dersom trykket i vannet inne i produksjonsrøret 8 blir tilstrekkelig høyt, kan overtrykket i vannfasen 1 i forhold til oljen 2 bli større enn Ap i formel (1), og dermed vil vannet 1 slippe ut av produksjonsrøret 8 gjennom membranen 3 When the membrane is to be cleaned, the oil production must stop and water (seawater) is pumped into the inside of the oil production pipe 8 using a pump 17. If the pressure in the water inside the production pipe 8 becomes sufficiently high, the overpressure in the water phase 1 in relation to the oil 2 can become greater than Ap in formula (1), and thus the water 1 will escape from the production pipe 8 through the membrane 3

(se figur 1). Vannet vil på denne måten rengjøre porene, og oljefluksen vil heves til et akseptabelt nivå. (see figure 1). In this way, the water will clean the pores, and the oil flow will be raised to an acceptable level.

Dersom vannet som injiseres i produksjonsrøret 8 tilsettes et rensemiddel 15, vil grenseflatespenningen, tilsvarende y i formel (1) avta, og det nødvendige trykket for å presse vann ut gjennom membranen 3 vil bli lavere. Membranen vil på tilsvarende måte som ovenfor spyles ren slik at oljefluksen øker til et akseptabelt nivå. If a cleaning agent 15 is added to the water injected into the production pipe 8, the interfacial tension, corresponding to y in formula (1), will decrease, and the pressure required to push water out through the membrane 3 will be lower. The membrane will be flushed clean in the same way as above so that the oil flow increases to an acceptable level.

Med rensemiddel er det i denne sammenhengen ment ethvert tilsetningsstoff som vil senke grenseflatespenningen tilstrekkelig, slik at vann kan trenge gjennom den hydrofobe membranen, og rengjøre den. In this context, cleaning agent means any additive that will lower the interfacial tension sufficiently, so that water can penetrate the hydrophobic membrane and clean it.

Etter at tilstrekkelig vann, eventuelt med rensemiddel 15, for eksempel tensider, så som etoksylerte alkylsulfonater, er injisert i produksjonsrøret 8, kan fluidene i brønnens ringrom 11 pumpes inn i deponerings-sonen 10, akviferen, ved bruk av det samme systemet som transporterer vekk vann som kommer inn i produksjonssonen 7. Etter rense-prosessen, vil det også være noe vann i produksjonsrøret 8, og før normal oljeproduksjon kan gjenopptas må også dette vannet fjernes. After sufficient water, optionally with cleaning agent 15, for example surfactants, such as ethoxylated alkylsulfonates, has been injected into the production pipe 8, the fluids in the well's annulus 11 can be pumped into the deposition zone 10, the aquifer, using the same system that transports away water entering the production zone 7. After the cleaning process, there will also be some water in the production pipe 8, and before normal oil production can resume, this water must also be removed.

Produksjonsrøret 8 kan utformes med en ventil-justert avgreining 16 i den øvre enden. Oljen som føres opp fra reservoaret vil, når normal oljeproduksjon er gjenopprettet, skyve vannet som er igjen etter rense-prosessen i produksjonsrøret 8, foran seg, og dette vannet tappes av i forgreiningen 16, ved at en første andel av de produserte fluidene tas ut. Når det er tilnærmet ren olje i produksjonsrøret 8, stenges ventilen, og oljen føres på vanlig måte opp til produksjons-stedet. The production pipe 8 can be designed with a valve-aligned branch 16 at the upper end. The oil that is brought up from the reservoir will, when normal oil production is restored, push the water that is left after the cleaning process in the production pipe 8, in front of it, and this water is drained off in the branch 16, by taking out a first part of the produced fluids . When there is almost clean oil in the production pipe 8, the valve is closed, and the oil is fed up to the production site in the usual way.

Vannet som er igjen i produksjonsrøret 8 etter renseprosessen kan også presses ut til ringrommet 11 ved hjelp av olje fortrinnsvis fra en buffertank (ikke vist på figuren). Denne oljen vil da presse vannet ut i ringrommet 11, og når vanlig produksjon gjenopptas, vil oljen strømme gjennom membranen 3 mens vannet blir igjen i ringrommet 11, og transporteres tilslutt ut i deponeringssonen 10. The water that remains in the production pipe 8 after the cleaning process can also be pushed out to the annulus 11 using oil, preferably from a buffer tank (not shown in the figure). This oil will then push the water out into the annulus 11, and when normal production resumes, the oil will flow through the membrane 3 while the water remains in the annulus 11, and is finally transported out into the deposition zone 10.

Rensesyklusen som beskrevet ovenfor kan gjennomføres ved hjelp av en prosesspumpe 17 og et sett av styrbare ventiler som skissert i Figur 4. Den konkrete utformingen av rensesystemet vil være et optimaliseringsspørsmål, og det kan f.eks. være aktuelt å bruke flere pumper, sensorer og styresystem. Hele renseanlegget plasseres på overflata eller havbunnen. For vedlikehold kan enten enkeltkomponenter eller hele systemet byttes ut. The cleaning cycle as described above can be carried out using a process pump 17 and a set of controllable valves as outlined in Figure 4. The specific design of the cleaning system will be a matter of optimization, and it can e.g. it may be appropriate to use several pumps, sensors and control systems. The entire treatment plant is placed on the surface or seabed. For maintenance, either individual components or the entire system can be replaced.

I det følgende vil oppfinnelsen illustreres med henvisning til et laboratorie forsøk. In the following, the invention will be illustrated with reference to a laboratory experiment.

En hydrofob membran som var oljefuktende, en PTFE membran (polytetrafluoretylen) fra Cole-Parmer, 0,2 mikrometer (porestørrelse), ble satt inn i en vanlig filtreringsoppsats. Oppsatsen var tilkoblet en erlenmeyer-kolbe som igjen var tilkoblet en vannstrålepumpe for tilnærmet vakuum i kolben. Vann og lampeparafin tilsatt et fargestoff, ble satt i kontakt med membranen, idet vannet og parafinen dannet to lag, hvor vannet utgjorde det nedre laget. An oil wetting hydrophobic membrane, a PTFE (polytetrafluoroethylene) membrane from Cole-Parmer, 0.2 micrometer (pore size), was inserted into a conventional filtration setup. The essay was connected to an Erlenmeyer flask which in turn was connected to a water jet pump for an approximate vacuum in the flask. Water and lamp kerosene with a dye added were put in contact with the membrane, the water and kerosene forming two layers, with the water forming the lower layer.

I de tilfeller der bare vann var i kontakt med membranen strømte det ingen væske gjennom den. In those cases where only water was in contact with the membrane, no liquid flowed through it.

Filtreringsoppsatsen ble stilt på skrå, eller arrangert på annen måte, slik at både parafin og vann var i direkte kontakt med membranen. Parafinen strømte gjennom membranen mens vannet ble holdt tilbake, og denne strømningen fortsatte så lenge parafinen var i kontakt med membranen. Minimale mengder vann trengte gjennom noen store porer, hvor inntregningstrykket hadde vært mindre eller lik differensialtrykket over membranen som var nær en bar i forsøket. The filtration set-up was tilted, or arranged in another way, so that both paraffin and water were in direct contact with the membrane. The kerosene flowed through the membrane while the water was held back, and this flow continued as long as the kerosene was in contact with the membrane. Minimal amounts of water penetrated through some large pores, where the penetration pressure had been less than or equal to the differential pressure across the membrane which was close to one bar in the experiment.

Det vil forstås av fagpersoner at den foreliggende oppfinnelsen ikke bare begrenses til hva som hovedsakelig er vist og beskrevet ovenfor. Oppfinnelsen omfatter også kombinasjoner og under-kombinasjoner av de beskrevne trekkene, samt modifiseringer og variasjoner av dette som er opplagte for en person som kjenner teknikkens stand, som faller innen ramma for de følgende krav. It will be understood by those skilled in the art that the present invention is not only limited to what is mainly shown and described above. The invention also includes combinations and sub-combinations of the features described, as well as modifications and variations thereof which are obvious to a person familiar with the state of the art, which fall within the scope of the following claims.

Claims

1. Separation device for oil and water placed in a production zone (7) in a borehole (6) in a reservoir, where a selective membrane (3) is used, the device at the upper end being connected to a production pipe (8) which leads the oil up to an extraction point, and where there are possibly means to regulate the pressure in the borehole so that the inflow of reservoir fluids to the borehole (6) is ensured, characterized in that in the production zone (7) it comprises a hydrophobic membrane (3) which is selective for oil, as the membrane (3) is designed to withstand the radial pressure that occurs during oil production in the production zone.

2. Device in accordance with claim 1, characterized in that the membrane (3) encloses an inner perforated support pipe (4), where the support pipe (4) is designed to withstand the radial pressure that occurs during oil production in the production zone (7), and the membrane (3 ) rests against this.

3. Device in accordance with claim 1, characterized in that the membrane (3) is made of a material that is rigid enough to withstand the radial pressure that occurs during oil production in the oil zone.

4. Device in accordance with one of the preceding claims, characterized in that the device further comprises an outer tube (9) next to the reservoir wall, so that an annular space (11) is formed between the outer tube (9) and the membrane (3), the pipe (9) is perforated at least in the production zone (7) and a deposition zone (10).

5. Device in accordance with claim 4, characterized in that the outer pipe (9) is a casing pipe.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane (3) is surrounded by a perforated layer (12) for protection, preferably a grid.

7. The device according to one of the preceding claims, characterized in that the space (11) between the reservoir wall and the membrane (3), or between the casing (9) and the membrane (3), or between the casing (9) and the protective cloth (12) ) or between the reservoir wall and the protective cloth (12), is filled with a granular oil-wetting material.

8. Method for the production of virtually anhydrous oil from a reservoir that contains at least oil and water, comprising placing a production pipe (8) that extends through a borehole (6), and possibly adjusting the pressure in the borehole so that reservoir- the fluids are drawn into the borehole (6), through the perforations in the outer pipe (9), characterized in that the production pipe (8) in the production zone (7) is connected to a separation device in accordance with claims 1-7.

9. Method in accordance with claim 8, characterized in that water is pumped, with a pump (17) down into the production pipe (8), for cleaning the membrane (3).

10. Method in accordance with claim 9, characterized in that the water has added cleaning agent (15).

11. Method according to one of claims 8-10, characterized in that water in the annulus (11) is transported to a deposition zone (10) via a pump which is preferably placed on the surface at the borehole (6).