CN1249796A - 从烃流体中除去废物组分的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种减少在地层中产生的烃流体中存在的废物组分数量的方法,所述烃流体通过在地层中形成的井身来生产,所述烃流体在井身流出的流体物流中流动。所述方法包括a)当所述流体流经井身时,使至少部分数量废物组分移入在流体物流中存在的第二流体;b)从所述烃流体中分离出其中含有所述至少部分数量废物组分的第二流体。

Description

从烃流体中除去废物组分的方法

本发明涉及一种减少在由地层产生的流体物流中烃流体中存在的废物组分数量的方法。

许多油或气井在产生所需的烃流体的同时，还产生不希望的废物组分如采出水、H₂S和CO₂。在采出水的情况下，大多数井在井的使用期内，采出水与烃流体的比值增加。这种现象是由于在多数地层的烃储集层中，油层位于水层的顶部，随着持续产油导致该储集层耗竭，所述水层的水平面上升。一般使用适当的分离装置例如沉降罐来将所采出水与油分离。

除采出水外，还大量产生如H₂S和CO₂的废物组分，因为这些气体溶解于所产生的油和水中。如不适当地从烃流体中除去，这些组分会造成不希望的环境污染。因而，通用的技术是例如使用再生处理方法除去这些废物组分。这类方法在井身表面的下游需要专用的加工设备，这种设备一般是昂贵且庞大的。

与同时产生的腐蚀性废物组分如H₂S和CO₂相关的另一问题是烃流体生产管线(如井身生产管)的加速腐蚀。

本发明的目的之一是提供减少从地层中产生的流体物流中烃流体中存在的废物组分数量的改进方法，该方法需要专用性较低的加工设备且降低了管线腐蚀程度。

按照本发明，提供了一种借助地层中形成的钻井减少在地层中产生的烃流体中存在的废物组分数量的方法，所述烃流体在通过井身的流体物流中流动：所述方法包括

a)当所述物流流经井身时，使至少部分数量废物组分移入在所述流体物流中存在的第二流体中；

b)从所述烃流体中分离出其中含有所述至少部分数量废物组分的第二流体。

通过在流体物流流经井身时使废物组分转移到第二流体中，省去了用于在地面将废物组分转移到第二流体物流中的专用加工设备。再有，井身中的流体物流的高温和高压对于以上所指出的步骤a)是有利的。例如，在井下高压条件下大量气体废物组分如H₂S和CO₂的体积较小，而在地面条件下，这一数量气体的体积要大的多，相应需要大的地面加工设备。

通过本发明的方法，进一步实现了在分离步骤后的下游生产管中基本不含如H₂S和CO₂的腐蚀性废物组分，使得这些管线不受废物组分的腐蚀作用。

为进一步减少地面加工设备数量，优选在井身将其中含有所述至少部分数量废物组分的第二流体与烃流体分离。

优选地，步骤a)包括将所述至少部分数量废物组分溶入第二流体中，所述步骤b)包括将其中溶解有废物组分的第二流体与烃流体分离。

本发明的方法特别适合于但非仅限于从烃流体如油中除去H₂S和CO₂，因为大多数采出的油中含有溶解的H₂S和CO₂，应防止其释放到大气中去。

步骤a)适当地包括：

i)选择一种物质，它可与废物组分反应，生成可溶于第二流体中的反应产物；

ii)使所选择的物质存在于井身中的所述流体物流中，由此所述物质与废物组分进行反应，且反应产物显著溶于流体物流中的第二流体中。

为了使所选择的物质存在于烃流体进入井身的井身底部部分，本发明的方法是最有效的。这例如可通过经延伸至井身的导管将所述物质注入井身中的流体物流中来实现。

在有吸引力的实施方案中，第二流体是经所述井身与烃流体同时从地层中产生的采出水。通过在将所选择的物质加入到流体物流之前使部分采出水与所述流体物流分离、从而反应产物基本上溶于其余部分采出水中，可降低所要使用的选择物质数量。

适当地可通过将其经所述井身和另一井身注入到地层中来对其中含有所述废物组分的第二流体进行处理。通过这种方式将废物组分返送至其生产来源地层，不造成任何环境污染。

在废物组分包括H₂S和CO₂的情况下，优选在流体物流中应用OH^-离子，使得反应产物包括HS^-、S^2-、HCO₃ ^-和CO₃ ^2-离子组中的至少一种。OH^-离子可通过向流体物流中注入碱来形成，或通过电解第二流体、例如使用双极性膜来形成。

以下实施例将更详细地对本发明进行叙述。

实施例1

经井身从地层中产生呈油和气形态的烃流体。所产生的流体物流经延伸到井身的生产管线流至地面。流体物流一般包括大量来自地层的采出水。再有，还存在如H₂S和/或CO₂的废物组分，因为这些组分是溶于油相和水相两者中的。为从油相中除去H₂S和/或CO₂，将呈NaOH形式的碱注入流体物流中(例如，通过将其注入生产管线或注入生产管线与井身套管之间的环形间隙中)，使得与油和采出水物流混合。注入的NaOH在水相中形成OH^-离子，该离子与H₂S和CO₂按照下式进行反应： 总和为： CO₂或H₂CO₃(CO₂+H₂O)可按照下式与碱发生反应： 或 总和为： 或

其中，HS^-、S^2-、HCO₃ ^-和CO₃ ^2-离子溶于水相；只有H₂S和CO₂既可溶于水又可溶于油相。因而，通过添加呈NaOH形态的碱使得在水相中的HS^-、S^2-、HCO₃ ^-和CO₃ ^2-离子浓度增加，导致在油相中的H₂S和CO₂减少。这意味着有效地将H₂S和CO₂从油相中转移到水相中。

视具体情况而定，在添加碱之前从流体物流中分离出至少部分采出水，其优点是为达到所需pH所需添加的碱的数量减少。

相反，当油相中H₂S和CO₂的浓度较高时，可将额外注入的水流与井身中产生的油/水总物流混合，以产生更大体积其中溶解H₂S和CO₂及其生成的离子的水。

随后，使用可位于井中或地面的一或多个分离器(如旋风分离器)来将其中溶解有HS^-、S^2-、HCO₃ ^-和CO₃ ^2-离子的水相与油相分离。随后将含有溶解的离子的分离水经延伸到井身中的注射管线注入到地层中。含有溶解的离子的水也可经另一个井身注入到地层中。在上述离子在注射管线中具有结垢沉淀的趋向时，可向在注射管线中的水流中添加防垢剂或酸来防止这种结垢或使沉淀的结垢溶解。

实施例2

经井身中的生产管线从地层中产生含有H₂S和CO₂的烃流体物流(油/气)，与实施例1的不同之处在于不从地层中同时采出水。为应用本发明的方法，通过经适当管线向井身中的流体物流中注入第二流体来将呈水形态的第二流体加入到流体物流中。要注入的第二流体的数量取决于烃流体中H₂S和CO₂的数量，但一般(在产油的情况下)低至为油流速的2-3wt％的数量是足够的。

注入第二流体以便与烃流体在生产管和钻井套管间的环形空隙内、在生产区水平面进行混合。在向烃流体物流中注入水之前，已向水中添加NaOH，而所述水中已基本除去成垢组分如钡、锶和钙。NaOH在水相中生成OH^-离子，它与在流体物流中存在的H₂S和CO₂按照实施例1所述反应进行反应。从而有效地将H₂S和CO₂转移到第二流体、即水相中。具有溶解的HS^-、S^2-、HCO₃ ^-和CO₃ ^2-离子的水输送至地面，在该处其与烃流体分离。另外，溶解有所述离子的水与烃流体的分离步骤也可在井身中进行。在后一情况下，可应用适合井身的小尺寸旋风分离器。

分离的溶有所述离子的水随后经同一或另一井身注入地层中，或者可对其进行处理，从而从中除去废物组分。在后一情况下，例如可向水中添加与溶解的离子反应生成沉淀的组分(如生成盐)。随后从水中除去沉淀物。

水与油之间的接触可例如使用接触器、用来泵送油和水的物流的泵、或离心分离机来强化。

不难理解，在以上实施例中，仅以举例说明的方式，NaOH被视作适宜于添加到流体物流中的物质，还有许多其它物质适宜于实施本发明方法。这类物质的实例是Ca(OH)₂、Mg(OH)₂、LiOH和KOH。

在实施本发明的过程中所要使用的碱的数量可由化学计量条件来确定。例如，对于要除去的每kg CO₂来说，需要约1.82kg NaOH，对于要除去的每kg H₂S来说，需要约2.35kg NaOH。

不难理解，本发明方法在陆上和海底油/气生产井均可应用。

在本发明方法的另一可选择的实施方案中，可通过使用提供到流体物流中的适用的细菌将H₂S转化为HS^-和/或S^2-来将其从烃流体中除去。

再有，一些胺可用来结合或转化在烃流体中存在的CO₂。

Claims (19)

1.一种减少通过地层中钻井从地层中产生的烃流体中存在的废物组分数量的方法，所述烃流体在井身流出的流体物流中流动：所述方法包括

a)当所述流体物流流经井身时，使至少部分数量废物组分移入在流体物流中存在的第二流体中；

b)从所述烃流体中分离出其中含有所述至少部分数量废物组分的第二流体。

2.权利要求1的方法，其中步骤a)包括将所述至少部分数量废物组分溶解在第二流体中，且其中步骤b)包括从烃流体中分离出其中溶解有废物组分的第二流体。

3.权利要求2的方法，其中所述废物组分包括H₂S和CO₂中的至少一种。

4.权利要求2或3的方法，其中步骤a)包括：

i)选择一种物质，它可与废物组分反应，生成可溶于第二流体中的反应产物；

ii)使所选择的物质存在于井身中的所述流体物流中，由此所述物质与废物组分进行反应，且反应产物显著溶于第二流体中。

5.权利要求4的方法，其中步骤ii)包括使所述物质在烃流体进入井身的井身底部存在。

6.权利要求4或5的方法，其中废物组分包括H₂S和CO₂中的至少一种，且所述物质包括OH^-离子，反应产物包括HS^-、S^2-、HCO₃ ^-和CO₃ ^2-离子中的至少一种。

7.权利要求6的方法，其中OH^-离子由向流体物流中注入碱、和对第二流体进行电解步骤中的至少一个步骤形成。

8.权利要求7的方法，其中所述物质经延伸到所述井身中的导管注入到井身中的流体物流中。

9.权利要求1-8中任一项的方法，其中所述第二流体是经所述井身由地层中与烃流体同时产生的采出水。

10.权利要求9的方法，当其从属于权利要求4时，其中在使所述物质存在于流体物流中之前，从所述流体物流中分离部分采出水，由此所述反应产物大量溶解于其余的采出水中。

11.权利要求1-8任一项的方法，其中通过将所述第二流体经井身注入到流体物流中将其加入到流体物流中。

12.权利要求11的方法，当其从属于权利要求4时，其中将所述物质溶解于第二流体中，含有溶解的物质的第二流体被注入到流体物流中。

13.权利要求11或12的方法，其中在将第二流体注入到流体物流中之前，使所述第二流体基本上不含能形成结垢的组分。

14.权利要求1-13中任一项的方法，其中在步骤b)后还包括从第二流体中除去废物组分的步骤。

15.权利要求14的方法，其中将一种选择的化合物添加到第二流体中，所述第二流体与废物组分发生反应，从而形成包括废物组分的沉淀物，之后从第二流体中除去所述沉淀物。

16.权利要求1-13中任一项的方法，其中还包括将其中含有所述废物组分的第二流体经所述井身和在地层中形成的另一井身中的至少一个注入到地层中而对其进行处理的步骤。

17.权利要求1-16中任一项的方法，其中含有所述至少部分数量的废物组分的第二流体与烃流体的分离步骤在井身中进行。

18.权利要求1-17中任一项的方法，其中第二流体包括水。

19.基本如此前参照实施例所叙述的方法。