JP2018043221A - Water treatment method for oil and gas fields - Google Patents
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Abstract
【課題】油・ガス混合物処理方法において随伴水浄化工程を設ける技術の提供。【解決手段】複数の油田・ガス田において、ガス、油、随伴水、及びスラッジを含む油・ガス混合物を取り出す掘削工程;油・ガス混合物を重力分離タンクまで連続的に移送する移送工程;重力分離タンク内でスラッジ及び随伴水を分離して、隣接するタンク又は貯留池内で分離・貯留する工程;該タンク又は貯水池内の随伴水を廃棄井戸まで輸送する輸送工程;並びに該随伴水を廃棄井戸に廃棄する廃棄工程を含む油・ガス混合物処理方法において、少なくとも該輸送工程の開始直前に、随伴水浄化工程を設けることを特徴とする、前記油・ガス混合物処理方法。【選択図】図1A technique for providing an accompanying water purification step in an oil / gas mixture treatment method. A digging step of extracting an oil / gas mixture containing gas, oil, accompanying water, and sludge in a plurality of oil fields and gas fields; a transfer step of continuously transferring the oil / gas mixture to a gravity separation tank; Separating sludge and associated water in a separation tank and separating and storing the separated sludge and adjacent water in an adjacent tank or reservoir; transporting the associated water in the tank or reservoir to a waste well; and disposing the associated water in a waste well The method for treating an oil / gas mixture according to claim 1, further comprising a step of purifying an associated water at least immediately before the start of the transporting step. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、油田・ガス田から油・ガスを取り出す工程で同時に生産される随伴水を処理する技術に関する。 The present invention relates to a technique for treating accompanying water that is simultaneously produced in a process of extracting oil / gas from an oil field / gas field.
在来型油田・ガス田における油・ガスの採掘時、多量の随伴水が生産され、その大部分は、廃棄井戸に廃棄されている。また、シェールガスやタイトオイルなどの非在来型油田・ガス田における、水平坑井、水圧破砕といった技術を利用する採掘において使用する「フラクチャリング水」には、(i)大量の水を消費することによる近隣社会での水不足、(ii)使用済みフラクチャリング水を輸送するトラック事故などによる、近隣への化学物質漏出リスク、(iii)フラクチャリング水に含まれる化学物質などの地下水源への漏出、(iv)回収後のフラクチャリング水からのメタンガス漏出、(v)フラクチャリング水を使った水圧破砕よる地滑り、地震の発生、(vi)上記リスク低減対策による採掘コストの上昇(経済的メリットの低下)などの問題がある。
このうち、最も懸念されているのが上記(i)であり、1坑井(油井)当たり3,000〜10,000トンもの水を使用するといわれている。干ばつにより深刻な水不足が生じた際に水圧破砕への水使用が停止されたこともある。また、使用済みフラクチャリング水は多くの化学物質などを含んでいるため、事故による漏出など近隣社会への潜在的リスクをもたらし、垂直坑井の表層部にある地下水源層近傍のコンクリート壁や輸送前の貯水池などからの漏出や、シェールガスの主成分であり二酸化炭素の20倍以上の地球温暖化係数を持つメタンガスの大気中への漏出や、地滑りなども懸念されている。
When oil and gas are mined in conventional oil and gas fields, a large amount of associated water is produced, most of which is discarded in the disposal wells. In addition, (i) a large amount of water is consumed in “fracturing water” used in mining using technologies such as horizontal wells and hydraulic fracturing in unconventional oil and gas fields such as shale gas and tight oil. (Ii) Risk of leakage of chemicals to the neighborhood due to truck accidents that transport used fracturing water, etc. (iii) Groundwater sources such as chemical substances contained in fracturing water Leakage, (iv) Methane gas leakage from recovered fracturing water, (v) Landslide due to hydraulic fracturing using fracturing water, occurrence of earthquake, (vi) Increase in mining costs due to the above risk reduction measures (economic benefits) Problem).
Of these, the most concerned is (i) above, and it is said that 3,000 to 10,000 tons of water is used per well (oil well). Water use for hydraulic fracturing was stopped when drought caused serious water shortages. In addition, since used fracturing water contains many chemical substances, it poses potential risks to neighboring communities such as leakage due to accidents, and transports concrete walls and transportation near the groundwater source layer in the surface layer of vertical wells. There are concerns about leakage from previous reservoirs, leakage of methane gas, which is the main component of shale gas and has a global warming potential 20 times that of carbon dioxide, into the atmosphere, and landslides.
また、多量のフラクチャリング水を利用する非在来型油田・ガス田でも、当然に、油・ガスを採掘する際に、油・ガスと一緒に、多量の随伴水が産出される。現状、その随伴水の大部分は、重力分離によって油・ガス、場合によりスラッジ成分から分離した後、廃棄井戸に捨てられている。
しかしながら、重力分離によって分離された随伴水は、通常、油成分の粒子が未だ分散された状態であることが多く、かつ、スケール生成物質(Total Dissolved Solid, TDS)も高いため、地表の河川や池に直接廃棄することはできない。また、廃棄井戸に廃棄する場合であっても処理量に限界がある。
そこで、より効率的、かつ、環境負荷の小さい油田・ガス田の随伴水処理方法を提供する必要性がある。
In addition, even in unconventional oil fields and gas fields that use a large amount of fracturing water, naturally, when extracting oil and gas, a large amount of accompanying water is produced together with the oil and gas. At present, most of the accompanying water is separated from oil / gas and, in some cases, sludge components, by gravity separation, and then discarded in a waste well.
However, the accompanying water separated by gravity separation is usually in a state where the oil component particles are still dispersed and the scale-generating substance (Total Dissolved Solid, TDS) is high. It cannot be disposed directly in the pond. Moreover, there is a limit to the amount of processing even when it is discarded in a disposal well.
Therefore, there is a need to provide an associated water treatment method for oil and gas fields that is more efficient and has a low environmental impact.
前記した従来技術の現状の下、本発明が解決しようとする課題は、油田・ガス田から油・ガスとともに産出される随伴水のより効率的、かつ、環境負荷の小さい随伴水処理方法を提供すること、さらに、その処理した随伴水を、非在来型油田・ガス田採掘のためのフラクチャリング水として再利用する方法を提供することである。 Under the current state of the prior art described above, the problem to be solved by the present invention is to provide an associated water treatment method that is more efficient and has a lower environmental impact than the associated water produced from the oil and gas fields together with the oil and gas. Furthermore, it is to provide a method for reusing the treated accompanying water as fracturing water for unconventional oil and gas field mining.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、例えば、正浸透膜システムを用いた脱塩処理工程であることができる随伴水浄化工程を、少なくとも、以下に説明する輸送工程の開始直前に実施して随伴水を濃縮し廃棄井戸までのタンクローリーによる輸送コストを大幅に低減することができ、さらに、浄水化された随伴水は、脱塩されていると同時に大きな油粒子も除去されているため、廃棄井戸での廃棄に代えて、直接、河川や池に放流することが可能となること、また、これを非在来型油田・ガス田掘削に使用するフラクチャリング水の一部として再利用して、より効率的に油・ガスを取り出すことが可能になることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have, for example, an accompanying water purification step that can be a desalination treatment step using a forward osmosis membrane system, at least in the transportation step described below. It can be carried out just before the start, concentrating the accompanying water to greatly reduce the transportation cost of the tank lorry to the waste well, and the purified accompanying water is also desalted and removes large oil particles at the same time Therefore, it can be discharged directly into rivers and ponds instead of being discarded in the disposal wells, and this is one of the fracturing water used for unconventional oil and gas field drilling. It has been found that it becomes possible to extract oil and gas more efficiently by reusing as a part, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明は以下の通りのものである。
[1]以下の工程:
(I)複数の油田・ガス田において、ガス、油、随伴水、及びスラッジを含む油・ガス混合物を取り出す掘削工程;
(II)該油・ガス混合物を、該油田・ガス田から所定の距離、離れて配置された重力分離タンクまで連続的に移送する移送工程;
(III)該重力分離タンク内で、該ガス、該油と、該スラッジ及び該随伴水を分離して、該スラッジと該随伴水を、隣接するタンク又は貯留池内で分離・貯留する工程;
(IV)該タンク又は貯水池内の随伴水を、該貯水池から所定の距離、離れて配置された廃棄井戸まで輸送する輸送工程;並びに
(V)該随伴水を該廃棄井戸に廃棄する廃棄工程;
を含む、油・ガス混合物処理方法において、
該輸送工程(IV)の開始直前に、随伴水浄化工程を設けることを特徴とする、油田・ガス田の随伴水処理方法。
[2]以下の工程:
(I)複数の油田・ガス田において、ガス、油、随伴水、及びスラッジを含む油・ガス混合物を取り出す掘削工程;
(II)該油・ガス混合物を、該油田・ガス田から所定の距離、離れて配置された重力分離タンクまで連続的に移送する移送工程;
(III)該重力分離タンク内で、該ガス、該油と、該スラッジ及び該随伴水を分離して、該スラッジと該随伴水を隣接するタンク又は貯留池内で分離・貯留する工程;
(IV)該タンク又は貯水池内の随伴水を、該貯水池から所定の距離、離れて配置された廃棄井戸まで輸送する輸送工程;並びに
(V)該随伴水を該廃棄井戸に廃棄する廃棄工程;
を含む、油・ガス混合物処理方法において、
該廃棄工程(V)の開始直前に、随伴水浄化工程を設けることを特徴とする、油田・ガス田の随伴水処理方法。
[3]以下の工程:
(I)複数の油田・ガス田において、ガス、油、随伴水、及びスラッジを含む油・ガス混合物を取り出す掘削工程;
(II)該油・ガス混合物を、該油田・ガス田から所定の距離、離れて配置された重力分離タンクまで連続的に移送する移送工程;
(III)該重力分離タンク内で、該ガス、該油と、該スラッジ及び該随伴水を分離して、該スラッジと該随伴水を隣接するタンク又は貯留池内で分離・貯留する工程;
(IV)該タンク又は貯水池内の随伴水を、該貯水池から所定の距離、離れて配置された廃棄井戸まで輸送する輸送工程;並びに
(V)該随伴水を該廃棄井戸に廃棄する廃棄工程;
を含む、油・ガス混合物処理方法において、
該移送工程(II)の開始直前に、随伴水浄化工程を設けることを特徴とする、油田・ガス田の随伴水処理方法。
[4]以下の工程:
(I)複数の油田・ガス田において、ガス、油、随伴水、及びスラッジを含む油・ガス混合物を取り出す掘削工程;
(II)該油・ガス混合物を、該油田・ガス田から所定の距離、離れて配置された重力分離タンクまで連続的に移送する移送工程;
(III)該重力分離タンク内で、該ガス、該油と、該スラッジ及び該随伴水を分離して、該スラッジと該随伴水を隣接するタンク又は貯留池内で分離・貯留する工程;
(IV)該タンク又は貯水池内の随伴水を、該貯水池から所定の距離、離れて配置された廃棄井戸まで輸送する輸送工程;並びに
(V)該随伴水を該廃棄井戸に廃棄する廃棄工程;
を含む、油・ガス混合物処理方法において、
該移送工程(II)、輸送工程(IV)、及び廃棄工程(V)の開始直前に、各々、随伴水浄化工程を設けることを特徴とする、油田・ガス田の随伴水処理方法。
[5]前記随伴水浄化工程で浄化した随伴水を、前記掘削工程(I)におけるフラクチャリング水の一部として再利用する、前記[1]〜[4]のいずれかに記載の油田・ガス田の随伴水処理方法。
[6]前記随伴水浄化工程が、正浸透膜システム、膜蒸留システム、蒸留システム、及び逆浸透膜システムからなる群から選ばれる1つ以上のシステムを用いた脱塩処理工程である、前記[1]、[2]、及び[4]のいずれかに記載の油田・ガス田の随伴水処理方法。
[7]前記随伴水浄化工程が、正浸透膜システム、膜蒸留システム、及び蒸留システムからなる群から選ばれる1つ以上のシステムを用いた脱塩処理工程である、前記[3]3に記載の油田・ガス田の随伴水処理方法。
[8]前記移送工程(II)の直前の前記随伴水浄化工程において、正浸透膜システム、膜蒸留システム、及び蒸留システムからなる群から選ばれる1つ以上のシステムを用い、そして前記輸送工程(IV)、及び廃棄工程(V)の直前の前記随伴水浄化工程において、各々独立に、正浸透膜システム、膜蒸留システム、蒸留システム、及び逆浸透膜システムからなる群から選ばれる1つ以上のシステムを用いた脱塩処理工程を用いる、前記[4]に記載の油田・ガス田の随伴水処理方法。
[9]前記脱塩処理工程が、以下の工程:
前記随伴水を、正浸透膜を介して、浸透圧を有する熱相分離物質を含む第一浸透物質流と向流又は並流させて、該随伴水中の水を該第一浸透物質流に移動せしめて水リッチな第一浸透物質流としたものを、該熱相分離物質の熱分離可能な温度(T0)以上T0+30℃以下の第1分離温度(T1)に加熱して、水リッチ相(A1)と熱相分離物質リッチ相(B1)とに分離する第一分離工程;並びに
該B1相を該第1分離温度(T1)+20℃以上T1+115℃以下の第2分離温度(T2)に加熱して、水リッチ相(A2)と熱相分離物質リッチ相(B2)とに分離する第二分離工程;
を含む、正浸透膜システムを用いた脱塩処理工程である、前記[1]〜[8]のいずれかに記載の油田・ガス田の随伴水処理方法。
[10]前記脱塩処理工程が、以下の工程:
前記随伴水を、正浸透膜を介して、塩を含む第二浸透物質流と向流又は並流させて、該随伴水中の水を該第二浸透物質流に移動せしめて水リッチな第二浸透物質流としたものを、熱相分離物質を含有する第一浸透物質流と相溶しない状態で混合して、水を該第一浸透物質流に移動せしめて水リッチな第一浸透物質流としたものを、該熱相分離物質の熱分離可能な温度(T0)以上T0+30℃以下の第1分離温度(T1)に加熱して、水リッチ相(A1)と熱相分離物質リッチ相(B1)とに分離する第一分離工程;並びに
該B1相を該第1分離温度(T1)+20℃以上T1+115℃以下の第2分離温度(T2)に加熱して、水リッチ相(A2)と熱相分離物質リッチ相(B2)とに分離する第二分離工程;
を含む、正浸透膜システムを用いた脱塩処理工程である、前記[1]〜[8]のいずれかに記載の油田・ガス田の随伴水処理方法。
That is, the present invention is as follows.
[1] The following steps:
(I) a drilling process for extracting an oil / gas mixture containing gas, oil, associated water, and sludge in a plurality of oil fields / gas fields;
(II) a transfer step of continuously transferring the oil / gas mixture to a gravity separation tank arranged at a predetermined distance from the oil / gas field;
(III) separating the gas, the oil, the sludge and the associated water in the gravity separation tank, and separating and storing the sludge and the associated water in an adjacent tank or reservoir;
(IV) a transporting process for transporting the accompanying water in the tank or the reservoir to a disposal well disposed at a predetermined distance from the reservoir; and (V) a discarding process for discarding the accompanying water to the disposal well;
In the oil / gas mixture processing method, including
An associated water treatment method for oil and gas fields, characterized in that an associated water purification step is provided immediately before the start of the transportation step (IV).
[2] The following steps:
(I) a drilling process for extracting an oil / gas mixture containing gas, oil, associated water, and sludge in a plurality of oil fields / gas fields;
(II) a transfer step of continuously transferring the oil / gas mixture to a gravity separation tank arranged at a predetermined distance from the oil / gas field;
(III) separating the gas, the oil, the sludge and the associated water in the gravity separation tank, and separating and storing the sludge and the associated water in an adjacent tank or reservoir;
(IV) a transporting process for transporting the accompanying water in the tank or the reservoir to a disposal well disposed at a predetermined distance from the reservoir; and (V) a discarding process for discarding the accompanying water to the disposal well;
In the oil / gas mixture processing method, including
An associated water treatment method for oil and gas fields, characterized in that an associated water purification step is provided immediately before the start of the disposal step (V).
[3] The following steps:
(I) a drilling process for extracting an oil / gas mixture containing gas, oil, associated water, and sludge in a plurality of oil fields / gas fields;
(II) a transfer step of continuously transferring the oil / gas mixture to a gravity separation tank arranged at a predetermined distance from the oil / gas field;
(III) separating the gas, the oil, the sludge and the associated water in the gravity separation tank, and separating and storing the sludge and the associated water in an adjacent tank or reservoir;
(IV) a transporting process for transporting the accompanying water in the tank or the reservoir to a disposal well disposed at a predetermined distance from the reservoir; and (V) a discarding process for discarding the accompanying water to the disposal well;
In the oil / gas mixture processing method, including
An associated water treatment method for oil and gas fields, characterized in that an associated water purification step is provided immediately before the start of the transfer step (II).
[4] The following steps:
(I) a drilling process for extracting an oil / gas mixture containing gas, oil, associated water, and sludge in a plurality of oil fields / gas fields;
(II) a transfer step of continuously transferring the oil / gas mixture to a gravity separation tank arranged at a predetermined distance from the oil / gas field;
(III) separating the gas, the oil, the sludge and the associated water in the gravity separation tank, and separating and storing the sludge and the associated water in an adjacent tank or reservoir;
(IV) a transporting process for transporting the accompanying water in the tank or the reservoir to a disposal well disposed at a predetermined distance from the reservoir; and (V) a discarding process for discarding the accompanying water to the disposal well;
In the oil / gas mixture processing method, including
An associated water treatment method for oil fields and gas fields, wherein an associated water purification step is provided immediately before the start of the transfer step (II), the transport step (IV), and the disposal step (V).
[5] The oil field / gas according to any one of [1] to [4], wherein the associated water purified in the associated water purification step is reused as part of the fracturing water in the excavation step (I). Paddy water treatment method.
[6] The associated water purification step is a desalination treatment step using one or more systems selected from the group consisting of a forward osmosis membrane system, a membrane distillation system, a distillation system, and a reverse osmosis membrane system. 1], [2], and an associated water treatment method for oil and gas fields according to any one of [4].
[7] The above [3] 3, wherein the accompanying water purification step is a desalination treatment step using one or more systems selected from the group consisting of a forward osmosis membrane system, a membrane distillation system, and a distillation system. Associated water treatment method for oil and gas fields.
[8] In the accompanying water purification step immediately before the transfer step (II), one or more systems selected from the group consisting of a forward osmosis membrane system, a membrane distillation system, and a distillation system are used, and the transport step ( IV) and the accompanying water purification step immediately before the disposal step (V), each independently, one or more selected from the group consisting of a forward osmosis membrane system, a membrane distillation system, a distillation system, and a reverse osmosis membrane system The associated water treatment method for oil and gas fields according to [4] above, which uses a desalination treatment step using a system.
[9] The desalting treatment step includes the following steps:
The accompanying water is caused to counter-flow or co-current with the first osmotic material flow containing the thermal phase separation material having osmotic pressure through the forward osmosis membrane, and the water in the accompanying water is transferred to the first osmotic material flow. The water-rich first osmotic material stream is heated to a first separation temperature (T1) that is not less than the temperature (T0) at which the thermal phase separation material can be thermally separated and is not more than T0 + 30 ° C. A first separation step of separating A1) and a thermal phase separation substance-rich phase (B1); and heating the B1 phase to the first separation temperature (T1) + second separation temperature (T2) of T20 + T1 + 115 ° C A second separation step of separating the water-rich phase (A2) and the thermal phase separation substance-rich phase (B2);
The associated water treatment method for oil and gas fields according to any one of [1] to [8], wherein the process is a desalination treatment step using a forward osmosis membrane system.
[10] The desalting treatment step includes the following steps:
The accompanying water is counter-flowed or co-flowed with the salt-containing second osmotic substance flow through the forward osmosis membrane, and the water in the accompanying water is moved to the second osmotic substance flow to thereby form a second water-rich second. The osmotic material stream is mixed in a state that is incompatible with the first osmotic material stream containing the thermal phase separation material, and water is transferred to the first osmotic material stream so as to move the water-rich first osmotic material stream. Is heated to a first separation temperature (T1) not lower than the temperature (T0) of the thermal phase separation substance and not higher than T0 + 30 ° C., so that the water-rich phase (A1) and the thermal phase separation substance-rich phase ( A first separation step of separating into B1); and heating the B1 phase to the first separation temperature (T1) + second separation temperature (T2) of 20 ° C. or more and T1 + 115 ° C. or less to form a water-rich phase (A2) A second separation step for separating into a thermal phase separation substance-rich phase (B2);
The associated water treatment method for oil and gas fields according to any one of [1] to [8], wherein the process is a desalination treatment step using a forward osmosis membrane system.
本発明に係る油田・ガス田の随伴水処理方法により浄化された随伴水は、脱塩され、かつ、大きな油粒子の除去がなされているため、廃棄井戸で廃棄することに代えて、直接、河川や池に放流することが可能となるため、飲料水汚染や、地震発生などの環境負荷を低減することに寄与する。さらに、随伴水浄化工程を、輸送工程開始直前に実施すれば、随伴水が減容されるため、廃棄井戸までのタンクローリーによる輸送コストを大幅に低減することができる。さらに、この浄化された随伴水は、非在来型油田・ガス田採掘工程における大量に必要なフラクチャリング水の一部として再利用することができる。 The associated water purified by the associated water treatment method for oil and gas fields according to the present invention is desalted and large oil particles have been removed, so instead of discarding in the disposal well, Since it can be discharged into rivers and ponds, it contributes to reducing environmental impacts such as drinking water pollution and earthquakes. Furthermore, if the accompanying water purification process is performed immediately before the start of the transportation process, the accompanying water is reduced in volume, so that the transportation cost of the tank lorry to the waste well can be greatly reduced. Furthermore, this purified associated water can be reused as a part of the fracturing water required in large quantities in the unconventional oil and gas field mining process.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
[油田・ガス田]
本明細書中、用語「油田・ガス田」とは、在来型の油田・ガス田のみならず、従来開発されてきた油田や天然ガス田以外から採掘されたエネルギー資源である非在来型の油田・ガス田、例えば、クルードオイル田、シェールオイル田、オイルサンド田、サンドオイル田、天然ガス田、シェールガス田、コールベットメタン田、コールシームガス田を包含する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
[Oil and gas fields]
In this specification, the term “oil field / gas field” is not only a conventional type oil field / gas field, but also an unconventional type which is an energy resource mined from other than oil fields and natural gas fields that have been developed in the past. Oil fields and gas fields, for example, crude oil field, shale oil field, oil sand field, sand oil field, natural gas field, shale gas field, coalbed methane field, and coal seam gas field.
[掘削工程]
在来型油田・ガス田の採掘では、垂直坑井で数百メートル採掘するのが一般的で、後期の油田では、EOR手法により、水・ガスを再注入して、油・ガス産出量を回復させる方法もある。また、一般的なシェールオイル・ガス採掘では、まず、垂直坑井を途中から曲げて数千メートル地下にある頁岩(シェール)層に沿って水平坑井を掘削し、そこへ以下に説明するフラクチャリング水を送り込み、圧力をかけて作った割れ目(フラクチャー)にプロパントと呼ばれる特殊な砂粒を滑り込ませる。これが支えとなってフラクチャーが自然に閉じることを防ぎ、シェールガスやタイトオイルなどの継続的な回収を可能にしており、このプロセスを水圧破砕(hydraulic fracturing、通称fracking)と呼ぶ。
このような掘削工程において、油井から、油、ガス、随伴水、スラッジを含む油・ガス混合物が地上に取り出される。
[Drilling process]
In conventional oil and gas fields, it is common to mine several hundred meters in a vertical well. In the latter oil field, water and gas are reinjected using the EOR method to reduce oil and gas output. There is also a way to recover. Also, in general shale oil and gas mining, first, a vertical well is bent halfway, a horizontal well is drilled along a shale layer that is several thousand meters underground, and the fracture described below is performed there. Ring water is fed and a special sand grain called proppant is slid into the fracture made by applying pressure. This supports the fact that the fracture does not close naturally and enables continuous recovery of shale gas, tight oil, etc., and this process is called hydraulic fracturing (commonly called fracking).
In such a drilling process, an oil / gas mixture containing oil, gas, associated water, and sludge is taken out from the well.
[フラクチャリング水]
本明細書中、用語「フラクチャリング水」又はフラクチャリング流体(fracturing fluid)とは、シェールガスやタイトオイルなどの非在来型油田・ガス田における、水平坑井、水圧破砕といった技術を利用する採掘において使用する液体を意味し、フラッキング水(fracking water)ともいう。
一般に、フラクチャリング流体の90%以上は水、残りの数%がプロパントであり、それに、酸、防腐剤、ゲル化剤、摩擦低減剤などの化学物質が1%未満の割合で含まれている。
[Fracturing water]
In this specification, the term “fracturing water” or fracturing fluid uses techniques such as horizontal wells and hydraulic fracturing in unconventional oil and gas fields such as shale gas and tight oil. It means the liquid used in mining and is also called flacking water.
Generally, 90% or more of the fracturing fluid is water, and the remaining few% is proppant, and it contains chemicals such as acids, preservatives, gelling agents, friction reducing agents and the like in a proportion of less than 1%. .
[随伴水]
本明細書中、用語「随伴水」とは、前記油田・ガス田の掘削において取り出される油、ガス、スラッジに随伴する水を意味する。通常、TDS成分を含有することが多い。
油田・ガス田から産出される随伴水中のTDS濃度は、一般に、500ppm以上300,000ppm以下である。TDS濃度が500ppm以下の場合、随伴水を浄化処理しなくとも、そのまま河川や池に放流することができる。また、油田・ガス田から産出される随伴水中の油滴含有量は、一般に50ppm以上500,000ppmである。この油滴含有量が放流規制値以下の場合、そのまま河川や池に放流することができる。
[Built water]
In the present specification, the term “associated water” means water associated with oil, gas, and sludge taken out in the drilling of the oil field / gas field. Usually contains TDS component.
The TDS concentration in the associated water produced from oil and gas fields is generally 500 ppm to 300,000 ppm. When the TDS concentration is 500 ppm or less, the accompanying water can be discharged into rivers and ponds without purification. In addition, the content of oil droplets in associated water produced from oil and gas fields is generally 50 ppm or more and 500,000 ppm. When this oil droplet content is less than the discharge regulation value, it can be discharged into a river or pond as it is.
[移送工程]
各油井から採取された油・ガス混合物は、配管(一般には、重力分離タンクから半径約1マイル以内の長さ)を通して連続的に以下の重力分離タンクに移送される。
[Transfer process]
The oil / gas mixture collected from each oil well is continuously transferred to the following gravity separation tanks through piping (generally, a length within a radius of about 1 mile from the gravity separation tank).
[重力分離タンク、貯水池]
本明細書中、用語「重力分離タンク」とは、油田・ガス田から産出される油、ガス、随伴水、スラッジの混合物から、重力の作用により、油、ガスから、随伴水、スラッジを分離するための1段又は多段のタンク又は/及びピットを意味する。「重量分離タンク」は、セパレーションタンク、バッフルタンク、ヴォルテックタンク、ヒータートリーターなどとも言われる。
随伴水とスラッジは、重力分離タンクに隣接して配置された貯水池(一般には、容量約5000 ton)に一時的に貯留される。
重力分離タンクと貯水池は、一般に油井10基毎に設置される。現在、油田・ガス田井戸から重力分離タンクまでの距離は、半径1マイル以内とする傾向がある。
[Gravity separation tank, reservoir]
In this specification, the term “gravity separation tank” refers to the separation of associated water and sludge from oil and gas by the action of gravity from the mixture of oil, gas, associated water and sludge produced from oil and gas fields. It means a single-stage or multi-stage tank or / and a pit. The “weight separation tank” is also called a separation tank, a baffle tank, a vortex tank, a heater treater, and the like.
Accompanying water and sludge are temporarily stored in a reservoir (generally about 5000 ton) located adjacent to the gravity separation tank.
Gravity separation tanks and reservoirs are generally installed for every 10 wells. Currently, the distance from oil and gas wells to gravity separation tanks tends to be within a mile radius.
[輸送工程、廃棄工程]
貯水池に一時的に貯留された随伴水は、貯水池から所定の距離(一般には、約5〜50マイル)、離れて配置された共同廃棄井戸までタンクローリーで輸送され、最終的に共同廃棄井戸で、地中深くに戻され、廃棄される。
共同廃棄井戸は、油田・ガス田の規模に応じて、一般には、重力分離タンク、貯水池20基毎に設置される。この場合、図1中、n=20である。重力分離タンクから貯水池までの距離は、100m以内の傾向があり、貯水池から廃棄井戸までの距離は、5マイル以上50マイル以下の傾向がある。
[Transportation process, disposal process]
The accompanying water temporarily stored in the reservoir is transported by tank lorry to a common waste well located at a predetermined distance (generally about 5 to 50 miles) from the reservoir, and finally in the common waste well. Returned deep underground and discarded.
Common waste wells are generally installed for every 20 gravity separation tanks and 20 reservoirs according to the size of the oil and gas fields. In this case, n = 20 in FIG. The distance from the gravity separation tank to the reservoir tends to be within 100 meters, and the distance from the reservoir to the waste well tends to be 5 miles or more and 50 miles or less.
[随伴水浄化工程]
本発明で用いる随伴水浄化工程は、脱塩処理設備を含むシステムを利用するものであり、オイル除去設備や微粒子除去設備を含んでいてもよい。
図1に示すように、1の実施形態においては、輸送工程の開始直前に、随伴水浄化工程を設け、該随伴水浄化工程で濃縮され減容された随伴水を、廃棄井戸に廃棄し、浄化された随伴水を、河川や池に放流するか、又は、前記フラクチャリング水の一部として再利用する。また、他の実施形態においては、分離・貯留工程の開始直前に、随伴水浄化工程を設け、該随伴水浄化工程において濃縮され減容された随伴水を、廃棄井戸に廃棄し、浄化された随伴水を、河川や池に放流するか、又は、前記フラクチャリング水の一部として再利用する。また、他の実施形態においては、廃棄工程の開始直前に、随伴水浄化工程を設け、該随伴水浄化工程において濃縮され減容された随伴水を、廃棄井戸に廃棄し、浄化された随伴水を、河川や池に放流するか、又は、前記フラクチャリング水の一部として再利用する。さらに、他の実施形態においては、前記実施形態を任意に組み合わせたものであることができる。
[Accompanying water purification process]
The associated water purification process used in the present invention uses a system including a desalination treatment facility, and may include an oil removal facility and a particulate removal facility.
As shown in FIG. 1, in one embodiment, an accompanying water purification step is provided immediately before the start of the transportation step, and the accompanying water concentrated and reduced in the accompanying water purification step is discarded in a waste well, The purified accompanying water is discharged into rivers and ponds or reused as part of the fracturing water. In another embodiment, an accompanying water purification process is provided immediately before the start of the separation / storage process, and the accompanying water concentrated and reduced in the accompanying water purification process is discarded in a waste well and purified. The accompanying water is discharged into rivers and ponds or reused as part of the fracturing water. In another embodiment, an accompanying water purification step is provided immediately before the start of the disposal step, and the accompanying water concentrated and reduced in the accompanying water purification step is discarded in the disposal well and purified Are discharged into rivers and ponds or reused as part of the fracturing water. Furthermore, in another embodiment, the said embodiment can be combined arbitrarily.
随伴水浄化工程は、正浸透膜システム、膜蒸留システム、蒸留システム、及び逆浸透膜システムからなる群から選ばれる1つ以上のシステムを用いた脱塩処理工程であることができ、脱塩処理設備としては、ナノフィルトレーションシステム、クリスタライザーシステム、軟水化システムであることもできる。
油田・ガス田から産出される随伴水の処理のためには、高塩濃度、高TDS濃度の水がコンパクトに、安く処理ができる正浸透膜システム、膜蒸留システムが特に好ましい。
随伴水浄化工程には、オイル除去設備が付随されていてもよい。オイル除去設備としては、IGF・DGF・DAFに代表される加圧浮上濾過設備、酸化設備、生物処理設備、ハイドロサイクロン設備などから選ばれることが多いが、これに限定されるものではない。
また、随伴水浄化工程には、微粒子除去設備が付随されていてもよい。微粒子除去設備としては、マルチメディアフィルター設備、ウォールナッツシェルフィルター設備、砂ろ過設備、精密ろ過膜設備、マイクロフィルトレーション設備、限外濾過膜設備、ウルトラフィルトレーション設備、IGF・DGF・DAFに代表される加圧浮上濾過設備、凝集沈殿設備、ハイドロサイクロン設備などから選ばれることが多いが、これに限定されるものではない。
The associated water purification process can be a desalting process using one or more systems selected from the group consisting of forward osmosis membrane systems, membrane distillation systems, distillation systems, and reverse osmosis membrane systems. The equipment can be a nanofiltration system, a crystallizer system, or a water softening system.
For treatment of associated water produced from oil and gas fields, a forward osmosis membrane system and a membrane distillation system that can treat water with high salt concentration and high TDS concentration in a compact and inexpensive manner are particularly preferred.
The accompanying water purification step may be accompanied by an oil removal facility. The oil removal equipment is often selected from pressurized flotation filtration equipment represented by IGF / DGF / DAF, oxidation equipment, biological treatment equipment, hydrocyclone equipment, etc., but is not limited thereto.
The accompanying water purification step may be accompanied by a particulate removal facility. Fine particle removal equipment includes multimedia filter equipment, walnut shell filter equipment, sand filtration equipment, microfiltration membrane equipment, microfiltration equipment, ultrafiltration membrane equipment, ultrafiltration equipment, IGF / DGF / DAF Although it is often selected from representative pressurized flotation filtration equipment, coagulation sedimentation equipment, hydrocyclone equipment, etc., it is not limited to this.
[二段階脱塩(昇温多段分離)]
ここで、正浸透膜システムを用いる脱塩処理設備を例にあげて、図面を参照しながら詳細に説明する。
図2は、随伴水浄化工程が正浸透膜システム用いた脱塩処理工程である場合の第一の態様のフロー図である。水101を含有する随伴水102を、熱相分離物質を含む第一浸透物質流103に対して半透膜104を介して向流又は並流に流し、水101を第一浸透物質流103に移動させて流れ105を得、流れ105を熱交換器106で熱相分離物質が熱相分離する温度に加熱して分離装置107において第一水リッチ流108と第一熱相分離物質リッチ流109に分離する。第一熱相分離リッチ流109は、熱交換器113で1段目の熱相分離過程より高い温度に加熱し、分離装置114で第二水リッチ流115と第二熱相分離物質リッチ流116を得、第二水リッチ流115は、ろ過膜110によってろ過して浄化水111と膜回収流112を得る。第二熱相分離物質リッチ流116は、第一浸透物質流103として再利用する。このとき、第一水リッチ流108は、例えば、膜回収流112と混合するが、直接流れ105と混合してもよく、供給流102と混合してもよい。場合によっては、第一水リッチ流108には別の後段処理装置を設けてもよい。膜回収流112についても、例えば、流れ105と混合するが、第二熱相分離物質リッチ流116と混合してもよく、供給流102に混合してもよい。そして、濃縮流117は、従来と同様、廃棄井戸に注入して廃棄し、浄化水111は、フラクチャリング水として再利用する。また、この2段階脱塩方法は、1段目の熱相分離過程のみ又は2段目の熱相分離過程のみでもよい。
[Two-stage desalting (heated multi-stage separation)]
Here, a desalination treatment facility using a forward osmosis membrane system will be described as an example and described in detail with reference to the drawings.
FIG. 2 is a flow diagram of the first embodiment when the accompanying water purification step is a desalination treatment step using a forward osmosis membrane system. The accompanying
図3は、随伴水浄化工程が正浸透膜システム用いた脱塩処理工程である場合の第二の態様のフロー図である。水201を含有する随伴水202を、塩を含む第二浸透物質流203に対して、半透膜204を介して向流又は並流に流し、水201を第二浸透物質流203に移動させ、流れ205を得、この流れ205と、熱相分離物質を含む第一浸透物質流206を接触させて、分離装置207において第二浸透物質流203と、第一浸透物質流206と水201からなる流れ208とに分離し、熱交換器209で熱相分離する温度に加熱し、分離装置210で、第一水リッチ流211と第一浸透物質流(第一熱相分離物質リッチ流)212に分離する。この第一熱相分離物質リッチ流212は、熱交換器216で再度1段目の熱相分離過程より高い温度に加熱し、分離装置217で第二水リッチ流218と第二熱相分離物質リッチ流219に分離し、第二熱相分離物質リッチ流219を第一浸透物質流206として再利用し、第二水リッチ流218はろ過膜213によってろ過して浄化水214と膜回収流215を得る。このとき第一水リッチ流211は、例えば、膜回収流215と混合するが、直接流れ205に混合してもよく、供給流202と混合してもよい。場合によっては、第一水リッチ流211には別の後段処理装置を設けてもよい。膜回収流215についても、例えば、流れ205と混合するが、流れ208と混合してもよく、随伴水202と混合してもよいし、場合によっては別の後段処理装置を設けてもよい。そして、濃縮流220は、従来と同様に廃棄井戸に注入して廃棄し、浄化水214は、フラクチャリング水として再利用する。また、この2段階脱塩方法は、1段目の熱相分離過程のみ又は2段目の熱相分離過程のみでもよい。
FIG. 3 is a flow diagram of the second embodiment when the accompanying water purification step is a desalination treatment step using a forward osmosis membrane system. The accompanying
半透膜は、随伴水を通過させるが、溶質を通過させないようなサイズの孔を有している。逆浸透膜も使用できるが、正浸透膜であることが好ましい。膜の材質は特に限定されないが、例えば、酢酸セルロース系、ポリアミド系、ポリベンゾイミダゾール系、ポリビニルアルコール系などが挙げられる。半透膜の形態や膜モジュールの形態も特に限定されず、半透膜の形態においては、平膜、中空糸膜などのいずれであってもよいが、平膜は溶液の片流れが生じるため、膜の有効活用の観点から中空糸膜の方が好ましい。膜モジュールの形態においては、プレートアンドフレーム型、中空糸型、スパイラル型などのいずれであってもよい。溶媒を透過させる方法としては、正浸透プロセスを採用する。浸透物質流を流す膜面は、活性層側であってもよいし、活性層の反対側であってもよい。 The semipermeable membrane has pores sized to allow the accompanying water to pass but not to pass the solute. A reverse osmosis membrane can also be used, but a forward osmosis membrane is preferred. The material of the film is not particularly limited, and examples thereof include cellulose acetate, polyamide, polybenzimidazole, and polyvinyl alcohol. The form of the semipermeable membrane and the form of the membrane module are not particularly limited, and in the form of the semipermeable membrane, any of a flat membrane, a hollow fiber membrane, etc. may be used. A hollow fiber membrane is preferred from the viewpoint of effective use of the membrane. In the form of the membrane module, any of a plate and frame type, a hollow fiber type, a spiral type and the like may be used. A forward osmosis process is adopted as a method of permeating the solvent. The membrane surface through which the osmotic material flow flows may be on the active layer side or on the opposite side of the active layer.
溶質の主成分として、塩を含む浸透物質流については、例えば、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、ナトリウムシリケート、硫酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、ギ酸ナトリウム、コハク酸ナトリウム、酒石酸ナトリウム、硫酸リチウム、硫酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、カルバミン酸アンモニウム、硫酸亜鉛、硫酸銅、硫酸鉄、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、塩化ナトリウム、塩化マグネシウム、二ナトリウムリン酸一水素、一ナトリウムリン酸二水素、リン酸カリウム、炭酸カリウム、硫酸マンガン、クエン酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウムなどを使うことができる。これらの浸透物質は、単独で又は混合して用いることが可能である。 For osmotic streams containing salt as the main component of the solute, for example, sodium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sodium sulfate, sodium phosphate, sodium formate, sodium succinate, sodium tartrate, lithium sulfate, ammonium sulfate, carbonate Ammonium, ammonium carbamate, zinc sulfate, copper sulfate, iron sulfate, magnesium sulfate, aluminum sulfate, sodium chloride, magnesium chloride, disodium monohydrogen phosphate, monosodium dihydrogen phosphate, potassium phosphate, potassium carbonate, manganese sulfate Sodium citrate, sodium thiosulfate, sodium sulfite and the like can be used. These penetrants can be used alone or in combination.
熱相分離物質とは、溶媒に溶解した状態の溶液を加熱することで、該溶媒と相分離する物質を指す。また、水リッチとは、熱相分離した2相の溶液のうち、熱相分離物質の濃度が低い方の溶液を指し、熱相分離物質の濃度が高い方の溶液を熱相分離物質リッチな溶液という。 The thermal phase separation substance refers to a substance that is phase-separated from the solvent by heating the solution in a state dissolved in the solvent. Water-rich refers to a solution having a lower concentration of the thermal phase separation substance in the two-phase solution subjected to the thermal phase separation, and a solution having a higher concentration of the thermal phase separation substance is rich in the thermal phase separation substance. It is called a solution.
熱相分離物質としては、ポリアルキレンポリマー、ポリビニルアルコールポリマー、ポリ酢酸ビニルポリマー、アクリル酸ポリマー、ポリアクリルアミドポリマー、イオン液体ポリマー、ポリエーテル変性シリコーンなどを使うことができる。ポリアルキレンポリマーとしては、少なくとも一部にエチレンオキシドユニットを含むポリマーであり、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリエチレンオキシド・ポリプロピレンオキシド共重合体、ポリエチレンオキシド・ポリブチレンオキシド共重合体、それらの疎水基修飾物が挙げられる。疎水基としては、炭化水素基が挙げられる。これらの熱相分離物質は、単独で又は混合して用いることができる。 As the thermal phase separation substance, polyalkylene polymer, polyvinyl alcohol polymer, polyvinyl acetate polymer, acrylic acid polymer, polyacrylamide polymer, ionic liquid polymer, polyether-modified silicone and the like can be used. The polyalkylene polymer is a polymer containing at least a part of an ethylene oxide unit. Examples thereof include polyethylene oxide, polyethylene oxide / polypropylene oxide copolymer, polyethylene oxide / polybutylene oxide copolymer, and modified hydrophobic groups thereof. It is done. Hydrophobic groups include hydrocarbon groups. These thermal phase separation materials can be used alone or in combination.
以下、半透膜を利用する正浸透プロセスについて説明する。
正浸透プロセスでは、供給流より高い浸透圧をもつ浸透物質流を、半透膜を介して流す必要がある。このとき、浸透圧が高ければ、供給流を高濃度に濃縮することができる。供給流を高濃度に濃縮することで、排出される濃縮供給流の量を低減できるため、供給流の濃縮倍率は高い方が好ましく、少なくとも2倍濃縮されることが好ましい。また、供給流と浸透物質流の浸透圧差が大きければ、膜を透過する溶媒の透過速度が高くなるため、膜面積を低減させることができ、設備費用を抑えることができる。このため、浸透物質流の浸透圧は高い方がよい。
Hereinafter, the forward osmosis process using a semipermeable membrane will be described.
In the forward osmosis process, an osmotic flow having a higher osmotic pressure than the feed flow needs to flow through the semipermeable membrane. At this time, if the osmotic pressure is high, the feed stream can be concentrated to a high concentration. By concentrating the feed stream to a high concentration, the amount of the concentrated feed stream that is discharged can be reduced. Therefore, it is preferable that the concentration rate of the feed stream is high, and that the feed stream is concentrated at least twice. In addition, if the difference in osmotic pressure between the supply flow and the osmotic substance flow is large, the permeation rate of the solvent that permeates the membrane increases, so that the membrane area can be reduced and the equipment cost can be reduced. For this reason, it is better that the osmotic pressure of the osmotic substance flow is high.
図2の第二態様においては、随伴水から水を回収する場合、随伴水の濃縮倍率を2倍とすると、濃縮流の浸透圧は60atm程度になるが、半透膜を介して水を移動させるための駆動力や第二浸透物質流から第一浸透物質流に水を移動させるための駆動力を担保するため、第一浸透物質流の浸透圧は80atm以上であることが好ましい。油田やガス田の随伴水のような高い塩濃度を含む随伴水、例えば、塩濃度が8wt%の随伴水を処理するとき、随伴水の濃縮倍率を2倍とし、水を移動させるための駆動力を確保すると、第一浸透物質流の浸透圧は145atm以上であることが好ましい。このように、第一浸透物質流の浸透圧は高い方が好ましいが、他方、浸透圧の高い第一浸透物質流を再生させるためには、高いエネルギーを要するため、第一浸透物質流の浸透圧は250atm以下であることが好ましく、200atm以下であることがより好ましく、175atm以下であることが更に好ましい。 In the second mode of FIG. 2, when recovering water from the accompanying water, if the concentration rate of the accompanying water is doubled, the osmotic pressure of the concentrated flow is about 60 atm, but the water is moved through the semipermeable membrane. The osmotic pressure of the first osmotic material flow is preferably 80 atm or more in order to ensure the driving force for causing the osmotic flow and the driving force for moving water from the second osmotic material flow to the first osmotic material flow. Drive to move the water by double the concentration rate of the accompanying water when processing the accompanying water with high salt concentration such as the accompanying water of oil field or gas field, for example, the accompanying water with the salt concentration of 8 wt% When ensuring the force, the osmotic pressure of the first osmotic material flow is preferably 145 atm or more. Thus, it is preferable that the osmotic pressure of the first osmotic material flow is high, but on the other hand, in order to regenerate the first osmotic material flow having a high osmotic pressure, high energy is required. The pressure is preferably 250 atm or less, more preferably 200 atm or less, and still more preferably 175 atm or less.
熱相分離物質の粘度は、溶液分離を行うときの分離性の観点から、250mPa・s以下が好ましく、100mPa・s以下であることが更に好ましい。この粘度は、90wt%の熱相分離物質水溶液を、粘度計TVL−33L(東機産業株式会社)において、角度1°34’でR24のコーンを用いて、30℃で測定した値を意味する。
浸透物質は、そのままで浸透物質流として用いることも可能であるが、適当な溶媒に溶解した溶液を浸透物質流とすることも可能である。ここで使用される溶媒は、分離回収する溶媒と相溶であることが好ましく、同一物質であることがさらに好ましい。浸透物質流の浸透圧は、随伴水より高くなるように設定される。
From the viewpoint of separability when performing solution separation, the viscosity of the thermal phase separation substance is preferably 250 mPa · s or less, and more preferably 100 mPa · s or less. This viscosity means a value obtained by measuring a 90 wt% aqueous solution of a thermal phase separation substance at 30 ° C. using a cone of R24 at an angle of 1 ° 34 ′ in a viscometer TVL-33L (Toki Sangyo Co., Ltd.). .
The osmotic material can be used as it is as the osmotic material flow, but a solution dissolved in an appropriate solvent can also be used as the osmotic material flow. The solvent used here is preferably compatible with the solvent to be separated and recovered, and more preferably the same substance. The osmotic pressure of the osmotic material flow is set to be higher than the accompanying water.
塩を含む第二浸透物質流と、熱相分離物質を含む第一浸透物質流を直接接触させて、水を移動させる際には、混合を行ってもよい。例えば、ライン混合を行ってもよいし、混合器であってもよい。接触後、分離を行うが、例えば、重力沈降であってもよいし、遠心分離であってもよい。向流抽出によって、接触と分離を同時に行ってもよく、接触又は混合と分離のプロセスは複数回行ってもよい。 Mixing may be performed when the second osmotic material stream containing the salt and the first osmotic material stream containing the thermal phase separation material are in direct contact to move the water. For example, line mixing may be performed or a mixer may be used. Separation is performed after the contact, and may be, for example, gravity sedimentation or centrifugation. Contact and separation may be performed simultaneously by countercurrent extraction, and the contact or mixing and separation process may be performed multiple times.
熱相分離後の水リッチ流の膜ろ過では、例えば、限外ろ過を行ってもよく、精密ろ過、ナノろ過、逆浸透ろ過であってもよい。但し、浄化水の品質の観点から、水リッチ流の残存物質のうち、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、更に好ましくは99%以上ろ過膜によって阻止されることが望ましい。また、水回収効率の点から、膜ろ過によって回収される浄化水は、ろ過膜に供給される溶液のうち、好ましくは50%、より好ましくは70%、更に好ましくは90%以上であることが望ましい。
熱相分離物質リッチ流の熱相分離は1段であってもよいし、2段であってもよいし、3段又はそれ以上であってもよい。
In membrane filtration of a water-rich flow after thermal phase separation, for example, ultrafiltration may be performed, or microfiltration, nanofiltration, or reverse osmosis filtration may be used. However, from the viewpoint of the quality of the purified water, it is desirable that 90% or more, more preferably 95% or more, and even more preferably 99% or more of the remaining substance in the water-rich stream is blocked by the filtration membrane. Further, from the viewpoint of water recovery efficiency, the purified water recovered by membrane filtration is preferably 50%, more preferably 70%, and even more preferably 90% or more of the solution supplied to the filtration membrane. desirable.
The thermal phase separation of the thermal phase separation substance-rich stream may be one stage, two stages, three stages or more.
熱分離可能な温度(T0)とは、小型硝子製反応装置TEM−V(耐圧硝子工業株式会社)中で水リッチな第一浸透物質流を撹拌しながら加熱し、撹拌を止めて10分間静置したときに、水の上相部に合一した液滴が目視によって確認できる温度を指す。
熱相分離を多段で行うことで、水リッチ相に含まれる残存物質の量を低減することができ。水リッチ相に含まれる残存物質の大部分は、水リッチな第一浸透物質流に溶解していた物質(例えば、無機塩等)である。これらは第一浸透物質流が、水リッチ相と熱相分離物質リッチ相に分離したときに、それぞれの相の水分量に応じて分配されて平衡状態になると考えられる。すなわち、第一浸透物質流に溶解していた物質は、熱相分離をした2相のうち、水リッチ相に分配されやすくなる。そこで、1段目の熱相分離において、水リッチ相(A1)に残存物質を分配させ、2段目の熱相分離において1段目で得られた熱相分離物質リッチ相(B1)を相分離させて、残存物質の濃度を低減させた水リッチ相(A2)を得ることができる。
The heat-separable temperature (T0) means that the water-rich first osmotic material stream is heated while stirring in a small glass reactor TEM-V (Pressure-resistant Glass Industry Co., Ltd.), and stirring is stopped for 10 minutes. When placed, it refers to the temperature at which droplets that have joined the upper phase of water can be visually confirmed.
By performing the thermal phase separation in multiple stages, the amount of residual material contained in the water-rich phase can be reduced. Most of the remaining material contained in the water-rich phase is material (eg, inorganic salts) that was dissolved in the water-rich first osmotic material stream. It is considered that when the first osmotic material stream is separated into a water-rich phase and a heat-phase separated material-rich phase, the first osmotic material stream is distributed according to the amount of water in each phase and is in an equilibrium state. That is, the substance dissolved in the first osmotic substance flow is easily distributed to the water-rich phase among the two phases subjected to the thermal phase separation. Therefore, in the first-stage thermal phase separation, the remaining material is distributed to the water-rich phase (A1), and in the second-stage thermal phase separation, the thermal phase-separated substance-rich phase (B1) obtained in the first stage is phased. It is possible to obtain a water-rich phase (A2) in which the concentration of residual substances is reduced by separation.
1段目の熱相分離において取り出す水リッチ相(A1)は、残存物質を溶解させる十分な量の水が存在していればよいため、第一分離温度(T1)は、熱分離可能な温度(T0)以上であればよい。他方、第一分離温度(T1)を熱分離可能な温度(T0)より相当高い温度とすると、水リッチ相(A1)が多くなり、水の回収率が下がってしまう。そのため、第一分離温度(T1)は、T0以上T0+30℃以下であることが好ましく、T0以上T0+20℃以下であることがより好ましい。
2段目の熱相分離において取り出す水リッチ相(A2)は、1段目で得られた熱相分離物質リッチ相(B1)を第一分離温度(T1)より十分に高い温度で処理することで、水の回収率を高めることができる。しかしながら、熱相分離温度が高すぎると、耐圧性能を担保するために設備コストが高くなる、放熱によるエネルギーロスが大きくなる等の問題が生じる。そのため、第二分離温度(T2)は、T1+20℃以上T1+115℃以下であることが好ましく、T1+30℃以上T1+90℃以下であることがより好ましい。
The water-rich phase (A1) taken out in the first-stage thermal phase separation is sufficient if there is a sufficient amount of water that dissolves the remaining substances. Therefore, the first separation temperature (T1) is the temperature at which heat separation is possible. (T0) or more is sufficient. On the other hand, if the first separation temperature (T1) is set to a temperature considerably higher than the temperature (T0) at which heat separation is possible, the water-rich phase (A1) increases, and the water recovery rate decreases. Therefore, the first separation temperature (T1) is preferably T0 or more and T0 + 30 ° C or less, and more preferably T0 or more and T0 + 20 ° C or less.
The water rich phase (A2) taken out in the second stage thermal phase separation is obtained by treating the thermal phase separated substance rich phase (B1) obtained in the first stage at a temperature sufficiently higher than the first separation temperature (T1). Thus, the water recovery rate can be increased. However, when the thermal phase separation temperature is too high, there are problems such as an increase in equipment cost to secure pressure resistance performance and an increase in energy loss due to heat dissipation. Therefore, the second separation temperature (T2) is preferably T1 + 20 ° C. or higher and T1 + 115 ° C. or lower, and more preferably T1 + 30 ° C. or higher and T1 + 90 ° C. or lower.
水リッチ流である熱相分離物質含有水の熱相分離物質濃度は、200ppm以上20,000ppm以下が好ましい。本発明者らの検討により、後述する含有水中の塩の存在により凍結防止の効果とともに配管の錆発生の影響が確認できた。この塩の影響に対して含有水に含まれる熱相分離物質は、塩による配管の錆発生抑制効果があることが判明した。上記塩による配管の錆発生抑制効果を発現するためには、ポリマー(熱相分離物質)の濃度は下限値で200ppm以上であることが好ましく、500ppm以上がより好ましく、1,000ppm以上が更に好ましく、2,500ppm以上が特に好ましい。他方、ポリマー(熱相分離物質)濃度は、20,000ppm以下であれば十分であり、10,000ppm以下であることがより好ましく、5,000ppmであることが更に好ましく、4,000ppm以下であることが特に好ましい。熱相分離物質は、上記濃度範囲でも十分凝固点降下により凍結防止効果がみられ、上限値が20,000ppm以下である場合、熱相分離物質含有水の粘度が過度に高くならないから、さらに後続で精製工程(例えば、ナノフィルターによるろ過工程)を行ったとしても容易に行えることとなり好ましい。 The concentration of the thermal phase separation substance in water containing the thermal phase separation substance that is a water-rich flow is preferably 200 ppm or more and 20,000 ppm or less. As a result of the study by the present inventors, it has been confirmed that the presence of the salt in the contained water, which will be described later, has the effect of preventing the freezing as well as the effect of rust generation on the piping. It has been found that the thermal phase separation substance contained in the contained water has an effect of suppressing the rust generation of the pipe by the salt against the influence of the salt. In order to exhibit the effect of suppressing the rust generation of the pipe due to the salt, the concentration of the polymer (thermal phase separation substance) is preferably 200 ppm or more at the lower limit, more preferably 500 ppm or more, and even more preferably 1,000 ppm or more. 2,500 ppm or more is particularly preferable. On the other hand, the concentration of the polymer (thermal phase separation substance) is preferably 20,000 ppm or less, more preferably 10,000 ppm or less, further preferably 5,000 ppm, and 4,000 ppm or less. It is particularly preferred. The thermal phase separation substance has a freezing prevention effect due to sufficient freezing point depression even in the above concentration range, and when the upper limit is 20,000 ppm or less, the viscosity of the water containing the thermal phase separation substance does not become excessively high. Even if it performs a refinement | purification process (for example, filtration process by a nano filter), it can carry out easily and is preferable.
熱相分離物質含有水中の熱相分離物質としては、ポリアルキレンポリマー、ポリビニルアルコールポリマー、ポリ酢酸ビニルポリマー、アクリル酸ポリマー、ポリアクリルアミドポリマー、イオン液体ポリマー、ポリエーテル変性シリコーンなどである。ポリアルキレンポリマーとしては、少なくとも一部にエチレンオキシドユニットを含むポリマーであり、例えばポリエチレンオキシド、ポリエチレンオキシド・ポリプロピレンオキシド共重合体、ポリエチレンオキシド・ポリブチレンオキシド共重合体、それらの疎水基修飾物が挙げられる。疎水基としては、炭化水素基が挙げられる。熱相分離物質は、単独で又は混合物であることができる。 Examples of the thermal phase separation substance in the water containing the thermal phase separation substance include polyalkylene polymer, polyvinyl alcohol polymer, polyvinyl acetate polymer, acrylic acid polymer, polyacrylamide polymer, ionic liquid polymer, and polyether-modified silicone. The polyalkylene polymer is a polymer containing at least a part of an ethylene oxide unit, and examples thereof include polyethylene oxide, polyethylene oxide / polypropylene oxide copolymer, polyethylene oxide / polybutylene oxide copolymer, and modified hydrophobic groups thereof. . Hydrophobic groups include hydrocarbon groups. The thermal phase separation material can be alone or in a mixture.
熱相分離物質含有水中の塩濃度は、0.1wt%以上6.0wt%以下であることが好ましい。上記範囲で塩が含有水中に含まれることで、含有水の凝固点が低下し凍結防止効果も得られる。したがって、塩濃度の下限値は0.1wt%以上であり、好ましくは0.6wt%以上、より好ましくは1.0wt%以上である。
他方、含有水中の塩の存在は、配管の錆発生を引き起こすおそれがあるため、塩濃度の上限値は、6.0wt%以下が好ましく、より好ましくは3.5wt%以下である。また、3.5wt%以下の方が後段の膜分離工程において、さらに精製する場合、ろ過圧を妥当な値とすることができる。
The salt concentration in the heat phase separation substance-containing water is preferably 0.1 wt% or more and 6.0 wt% or less. When the salt is contained in the contained water within the above range, the freezing point of the contained water is lowered and an antifreezing effect is also obtained. Therefore, the lower limit of the salt concentration is 0.1 wt% or more, preferably 0.6 wt% or more, more preferably 1.0 wt% or more.
On the other hand, since the presence of salt in the contained water may cause rusting of the piping, the upper limit of the salt concentration is preferably 6.0 wt% or less, more preferably 3.5 wt% or less. Moreover, when 3.5 wt% or less is further purified in the subsequent membrane separation step, the filtration pressure can be set to an appropriate value.
熱相分離物質含有水中の塩としては、金属塩及び/又はアンモニウム塩から選ばれる無機塩、又は有機塩を少なくとも含む塩であり、例えば、塩化ナトリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、ナトリウムシリケート、硫酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、ギ酸ナトリウム、コハク酸ナトリウム、酒石酸ナトリウム、硫酸リチウム、硫酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、カルバミン酸アンモニウム、硫酸亜鉛、硫酸銅、硫酸鉄、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、塩化マグネシウム、二ナトリウムリン酸一水素、一ナトリウムリン酸二水素、リン酸カリウム、炭酸カリウム、硫酸マンガン、クエン酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、及び亜硫酸ナトリウムからなる群から選ばれる無機塩又は有機塩を少なくとも含む塩であることができる。 The salt in the water containing the thermal phase separation substance is a salt containing at least an inorganic salt or an organic salt selected from metal salts and / or ammonium salts, such as sodium chloride, sodium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sulfuric acid. Sodium, sodium phosphate, sodium formate, sodium succinate, sodium tartrate, lithium sulfate, ammonium sulfate, ammonium carbonate, ammonium carbamate, zinc sulfate, copper sulfate, iron sulfate, magnesium sulfate, aluminum sulfate, magnesium chloride, disodium phosphate It is a salt containing at least an inorganic salt or an organic salt selected from the group consisting of monohydrogen, monosodium dihydrogen phosphate, potassium phosphate, potassium carbonate, manganese sulfate, sodium citrate, sodium thiosulfate, and sodium sulfite. It can be.
[随伴水処理費用のモニタリング]
現在、油田・ガス田における随伴水処理方法においては、使用可能な廃棄井戸への随伴水の廃棄量の積算が限度量を超過しないように、限度量に近付くと、新たに廃棄井戸を掘削し、かかる新たな廃棄井戸に上記限度量を超えた随伴水を廃棄しているのが現状である。油・ガス混合物は、油井から配管で重力分離タンクまで移送され、重力分離タンクに隣接する貯水池から共同廃棄井戸まで、随伴水を積んだタンクローリーで、長距離(一般に、約20マイル)輸送する場合が殆どであり、そうでない場合には配管を使って移送しているため、その輸送コストが、随伴水処理の全体コストに占める割合が高く、コスト削減が求められている。
また、現在、油田・ガス田井戸から重力分離タンクまでの距離は、半径1マイル以内とする傾向がある。1マイルより離れると、トラック等の場合には輸送コストの問題が生じることとなり、配管を使って移送する場合には、随伴水に含まれるスラッジによる配管詰まりの原因になる。
同様に、重力分離タンクから貯水池までの距離は、100m以内の傾向があり、貯水池から廃棄井戸までの距離は、5マイル以上50マイル以下の傾向がある。
[Monitoring of associated water treatment costs]
Currently, in the associated water treatment method in oil fields and gas fields, when the total amount of associated water in the usable waste wells does not exceed the limit amount, a new waste well is excavated when the limit amount is approached. The present situation is that the accompanying water exceeding the above limit amount is discarded in the new waste well. When the oil / gas mixture is transported from the oil well to the gravity separation tank by piping, and transported from the reservoir adjacent to the gravity separation tank to the common waste well by a tank lorry loaded with accompanying water for a long distance (generally about 20 miles) However, since it is transported using piping in other cases, the transportation cost accounts for a high proportion of the total cost of the accompanying water treatment, and cost reduction is required.
At present, the distance from the oil and gas wells to the gravity separation tank tends to be within a mile radius. If it is more than 1 mile away, there will be a problem of transportation costs in the case of trucks and the like, and when transporting using piping, it will cause piping clogging due to sludge contained in the accompanying water.
Similarly, the distance from the gravity separation tank to the reservoir tends to be within 100 m, and the distance from the reservoir to the waste well tends to be not less than 5 miles and not more than 50 miles.
随伴水浄化工程コスト、随伴水輸送コスト、随伴水廃棄コストは、以下の関係式:
(随伴水浄水化工程コスト)<(減容分濃縮随伴水輸送代)+(減容分濃縮随伴水廃棄井戸使用料)
を満たさなければ、コストメリットがないので、この関係を満たすように随伴水処理の効率化を検討する必要がある。 一般に、油田・ガス田には、近隣に同様の随伴水浄化処理施設が複数存在する場合があり、その場合、重力分離タンクの設備、随伴水浄水化処理の設備、廃棄井戸の各々の稼働状況の全体をモニタリングし、輸送タンクローリーの位置、随伴水を積載する場所、輸送先の稼働状況等を総合的に解析し、随伴水処理を最も効率的に実施するように指令・制御するシステムを導入することもできる。
かかる指令・制御システムのコンピュータプログラムは、少なくとも、第一ステップとして、(随伴水浄水化工程コスト)<(減容分濃縮随伴水輸送代)+(減容分濃縮随伴水廃棄井戸使用料)が成り立つ油田を選択するステップ;第二ステップとして、濃縮随伴水トータル処理コストをミニマイズするステップ、具体的には、(濃縮随伴水の輸送距離(輸送にかかる時間)+廃棄井戸使用のための待ち時間)をミニマイズするために、濃縮随伴水発生時点で、近隣廃棄井戸の随伴水廃棄処理状況(トラックの待ち状況)をモニタリングし、トータル処理コストをミニマイズするステップ;の2つのステップを有することができる。
Accompanying water purification process cost, accompanying water transportation cost, and accompanying water disposal cost are the following relational expressions:
(Corporate water purification process costs) <(Volume reduction associated water transport fee) + (Volume reduction associated water disposal well usage fee)
If this is not satisfied, there is no cost merit, so it is necessary to consider the efficiency of the accompanying water treatment so as to satisfy this relationship. In general, oil fields and gas fields may have multiple similar water purification treatment facilities in the vicinity, in which case the operation status of each of the equipment for gravity separation tanks, the equipment for water purification treatment for the accompanying water, and the waste wells Introduced a system that instructs and controls the most efficient implementation of the accompanying water treatment by comprehensively analyzing the location of the transport tank lorry, the location where the accompanying water is loaded, the operation status of the transportation destination, etc. You can also
At least the first step of the computer program of the command / control system is (accompanying water purification process cost) <(reduced volume concentration associated water transport fee) + (reduced volume concentrated associated water disposal well usage fee) Step of selecting the oil field to be established; As a second step, the step of minimizing the total treatment cost of the concomitant associated water, specifically, (concentration associated water transport distance (transportation time) + waiting time for using the waste well ) To minimize the total treatment cost by monitoring the associated water disposal process status (waiting state of the truck) of the nearby disposal wells at the time of occurrence of the concentrated associated water .
以下、随伴水浄化工程として正浸透膜システム用いた脱塩処理工程を用いた場合の実施例を具体的に記入するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
以下の実施例においては、溶媒として水を使用し、熱相分離物質としてAH−0673A(東邦化学株式会社)を用い、無機塩として硫酸アンモニウム(和光純薬工業株式会社)を用いた。溶液中の熱相分離物質濃度の測定は、アタゴ社製PAL−RIを用いて屈折率により測定した。溶液中の硫酸アンモニウムの濃度測定は、塩化バリウム溶液(シグマアルドリッチ株式会社)とアリザリンレッドS(シグマアルドリッチ株式会社)溶液を用いた滴定によって行い、滴定終点は色調の変化を目視により判断した。
水リッチの第一浸透物質流として、63.5wt%のAH−0673Aと0.60wt%の硫酸アンモニウムを含む溶液を得、AH−0673Aの熱分離可能な温度(T0、60℃)に対して20℃高い温度である80℃で熱相分離し、第一熱相分離物質リッチ流を150℃で熱相分離した。比較例として、63.5wt%のAH−0673Aと0.60wt%の硫酸アンモニウムを含む溶液を80℃と150℃で、それぞれ熱相分離した。
Hereinafter, although the Example at the time of using the desalination process using a forward osmosis membrane system as an accompanying water purification process is described concretely, this invention is not limited only to these.
In the following examples, water was used as a solvent, AH-0673A (Toho Chemical Co., Ltd.) was used as a thermal phase separation substance, and ammonium sulfate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as an inorganic salt. The concentration of the thermal phase separation substance in the solution was measured by the refractive index using PAL-RI manufactured by Atago Co., Ltd. The concentration of ammonium sulfate in the solution was measured by titration using a barium chloride solution (Sigma Aldrich Co.) and Alizarin Red S (Sigma Aldrich Co.) solution, and the titration end point was determined by visual observation of a change in color tone.
A solution containing 63.5 wt% AH-0673A and 0.60 wt% ammonium sulfate is obtained as a water-rich first osmotic material stream, and is 20 with respect to AH-0673A heat separable temperature (T0, 60 ° C.). A hot phase separation was performed at 80 ° C., which is a high temperature, and a first hot phase separation material-rich stream was subjected to a thermal phase separation at 150 ° C. As a comparative example, a solution containing 63.5 wt% AH-0673A and 0.60 wt% ammonium sulfate was subjected to thermal phase separation at 80 ° C. and 150 ° C., respectively.
水回収率は、例えば、図3において、1段目の熱相分離過程に入る溶媒リッチの第一浸透物質流1kg(符号208の流れ)に含まれる水のうち、熱相分離過程によって得られた水リッチ相の溶媒重量の割合を指す。
水回収率(%)=100×(1kgの第一浸透物質流から得られた水リッチ相の水重量)/(1kgの水リッチの第一浸透物質流に含まれる水重量)
つまり、分離方法A及びBでは、熱相分離は1段であるから、1kgの第一浸透物質流に含まれる水のうち、1kgの第一浸透物質流から得られた水リッチ相(A1、すなわち211)の溶媒重量の割合を指す。分離方法C、D及びEでは、熱相分離過程は2段であるから、1kgの第一浸透物質流に含まれる水のうち、1kgの第一浸透物質流から得られた水リッチ相(A2、すなわち218)の水重量の割合を指す。
塩除去率は、1段目の熱相分離過程に入る水リッチの第一浸透物質流1kg(208)に含まれる無機塩(硫酸アンモニウム)重量から、熱相分離過程によって得られた水リッチ相に含まれる無機塩重量を減じ、減じた後の数値を、1段目の熱相分離過程に入る水リッチの第一浸透物質流1kg(208)に含まれる無機塩重量で除した値に100を乗じたものである。
塩除去率(%)=100×{(1kgの水リッチの第一浸透物質流に含まれる無機塩重量)―(1kgの第一浸透物質流から得られた水リッチ相に含まれる無機塩重量)}/(1kgの水リッチの第一浸透物質流に含まれる無機塩重量)
分離方法A及びBでは、上記水リッチ相としては水リッチ相(A1、すなわち211)を意味し、分離方法C,D及びEでは、上記水リッチ相としては水リッチ相(A2、すなわち218)を意味する。
尚、図2における水回収率と塩除去率については、1段目の熱相分離過程に入る溶媒リッチの第一浸透物質流1kgは符号105の流れ、A1は符号108の流れ、並びにA2は符号115の流れとして、図3の場合と同様にして求めた。
The water recovery rate is obtained, for example, by the thermal phase separation process in the water contained in 1 kg of the solvent-rich first osmotic material stream (flow 208) entering the first stage thermal phase separation process in FIG. It refers to the ratio of the solvent weight of the water-rich phase.
Water recovery (%) = 100 × (water weight of water-rich phase obtained from 1 kg of first osmotic material stream) / (water weight contained in 1 kg of water-rich first osmotic material stream)
That is, in the separation methods A and B, since the thermal phase separation is one stage, out of the water contained in 1 kg of the first osmotic material stream, the water rich phase (A1, That is, the ratio of the solvent weight of 211). In the separation methods C, D, and E, the thermal phase separation process is a two-stage process, so among the water contained in 1 kg of the first osmotic material stream, the water rich phase (A2) obtained from 1 kg of the first osmotic material stream. I.e. the proportion of water weight of 218).
The salt removal rate is calculated from the weight of inorganic salt (ammonium sulfate) contained in 1 kg (208) of the water-rich first osmotic material stream entering the first stage thermal phase separation process to the water-rich phase obtained by the thermal phase separation process. The value obtained by subtracting the weight of the inorganic salt contained therein and dividing the value after the reduction by the weight of the inorganic salt contained in 1 kg (208) of the water-rich first osmotic material stream entering the first stage thermal phase separation is 100. It is multiplied.
Salt removal rate (%) = 100 × {(inorganic salt weight contained in 1 kg water-rich first osmotic substance stream) − (inorganic salt weight contained in water-rich phase obtained from 1 kg first osmotic substance stream) )} / (Mineral salt weight in 1 kg water-rich first osmotic flow)
In the separation methods A and B, the water-rich phase means a water-rich phase (A1, ie 211), and in the separation methods C, D and E, the water-rich phase is a water-rich phase (A2, ie 218). Means.
As for the water recovery rate and salt removal rate in FIG. 2, 1 kg of the solvent-rich first osmotic material flow entering the first stage thermal phase separation process is
150℃、1段で熱相分離した場合、水の回収率は63.6%と高いものの、熱相分離過程への供給流の塩を除去できなかった(5%未満)。80℃、1段で熱相分離した場合は、水の回収率は24.5%と中程度であったが、塩の除去率が14.9%と依然低かった。これに対して、実施例において示されるように、80℃および150℃で2段の熱相分離を行った場合、水の回収率は36.7%で中程度かつ塩の除去率は86.0%と高い生産水を得ることができた。
80℃で2段の熱相分離を行った場合と150℃で2段の熱相分離を行った場合、水の回収率が非常に低い値になった。
When the thermal phase separation was performed at 150 ° C. in one stage, the recovery rate of water was as high as 63.6%, but the salt in the feed stream to the thermal phase separation process could not be removed (less than 5%). When the thermal phase separation was performed at 80 ° C. in one stage, the water recovery rate was moderate at 24.5%, but the salt removal rate was still low at 14.9%. In contrast, as shown in the examples, when two-stage thermal phase separation was performed at 80 ° C. and 150 ° C., the water recovery rate was 36.7%, and the salt removal rate was 86. High production water of 0% could be obtained.
When two-stage thermal phase separation was performed at 80 ° C. and two-stage thermal phase separation was performed at 150 ° C., the water recovery rate was very low.
1段目の熱相分離(実施例においては80℃、比較例においては150℃で熱相分離)の結果を表2に示す。
比較例における第一熱相分離物質リッチ流のAH−0673A濃度は81.2wt%で、実施例における濃度は68.7wt%であった。また、比較例における第一水リッチ流のAH−0673A濃度は3.7wt%で、実施例における濃度は9.8wt%であった。1段目の熱相分離過程における比較例と実施例の熱相分離温度は異なり、比較例の方が、熱相分離温度が高いため、熱相分離リッチ流の熱相分離物質の濃度は高くなり、水リッチ流の熱相分離物質の濃度は低くなる。これは、下限臨界溶解温度(LCST)を示す熱相分離物質で一般に理解される現象である。
Table 2 shows the results of the first-stage thermal phase separation (thermal phase separation at 80 ° C. in the example and 150 ° C. in the comparative example).
The concentration of AH-0673A in the first hot phase separated substance-rich stream in the comparative example was 81.2 wt%, and the concentration in the example was 68.7 wt%. Moreover, the AH-0673A density | concentration of the 1st water rich flow in a comparative example was 3.7 wt%, and the density | concentration in an Example was 9.8 wt%. The thermal phase separation temperature of the comparative example and the example in the first stage thermal phase separation process is different, and the thermal phase separation temperature is higher in the comparative example, so the concentration of the thermal phase separation material in the hot phase separation rich flow is higher. Thus, the concentration of the thermal phase separation material in the water-rich stream is lowered. This is a phenomenon generally understood for a thermal phase separation material exhibiting a lower critical solution temperature (LCST).
実施例については、第一熱相分離物質リッチ流を150℃に加熱し、第二水リッチ流と第二熱相分離物質リッチ流を得た。それぞれの濃度を表3に示す。第二水リッチ流に含まれる硫酸アンモニウムの濃度は0.64wt%で、熱相分離を1段で150℃において行った比較例の2.73wt%と比較して、1/4以下の値である。加えて、実施例における第二水リッチ流に含まれるAH−0673Aの濃度は1.6wt%であった。これは、熱相分離を1段で150℃において行った比較例の3.7wt%と比較して、1/2以下の値であり、水リッチ流中の熱相分離物質を大幅に低減していることが分かった。 For the examples, the first hot phase separated material rich stream was heated to 150 ° C. to obtain a second water rich material stream and a second hot phase separated material rich stream. The respective concentrations are shown in Table 3. The concentration of ammonium sulfate contained in the second water-rich stream is 0.64 wt%, which is a value equal to or less than 1/4 compared with 2.73 wt% of the comparative example in which the thermal phase separation is performed at 150 ° C. in one stage. . In addition, the concentration of AH-0673A contained in the second water-rich stream in the examples was 1.6 wt%. This is a value of ½ or less compared to 3.7 wt% of the comparative example in which the thermal phase separation is performed at 150 ° C. in one stage, and greatly reduces the thermal phase separation substance in the water-rich stream. I found out.
上述のように、熱相分離物質を用いる水回収プロセスにおいて、水リッチ流に含まれる残存物質の量を低減させることができ、これにより効率的に水を回収することができる。 As described above, in the water recovery process using the thermal phase separation material, the amount of the residual material contained in the water-rich stream can be reduced, and thereby water can be recovered efficiently.
熱相分離物質としてAH−0673Aを1.6wt%、無機塩として硫酸アンモニウムを0.64wt%含む熱相分離物質含有水を、SUS316製の配管に10日間暴露しても錆の発生は確認できなかった。
熱相分離物質としてAH−0673Aを1.6wt%、無機塩として硫酸アンモニウムを0.64wt%含む熱相分離物質含有水を、―0.1℃の環境で12時間以上静置しても、凝固しなかった。
Rust generation cannot be confirmed even when water containing a heat phase separation material containing 1.6 wt% of AH-0673A as a heat phase separation material and 0.64 wt% of ammonium sulfate as an inorganic salt is exposed to a pipe made of SUS316 for 10 days. It was.
Even if the water containing the heat phase separation substance containing 1.6 wt% of AH-0673A as the heat phase separation substance and 0.64 wt% of ammonium sulfate as the inorganic salt is allowed to stand in an environment of −0.1 ° C. for 12 hours or more, it solidifies. I did not.
本発明に係る油田・ガス田の随伴水処理方法により浄化された随伴水は、脱塩され、かつ、大きな油粒子の除去がなされているため、廃棄井戸で廃棄することに代えて、直接、河川や池に放流することが可能となるため、飲料水汚染や、地震発生などの環境負荷を低減することに寄与する。さらに、随伴水浄化工程を、輸送工程開始直前に実施すれば、随伴水が減容されるため、廃棄井戸までのタンクローリーによる輸送コストを大幅に低減することができる。さらに、この浄化された随伴水は、非在来型油田・ガス田採掘工程における大量に必要なフラクチャリング水の一部として再利用することができる。 The associated water purified by the associated water treatment method for oil and gas fields according to the present invention is desalted and large oil particles have been removed, so instead of discarding in the disposal well, Since it can be discharged into rivers and ponds, it contributes to reducing environmental impacts such as drinking water pollution and earthquakes. Furthermore, if the accompanying water purification process is performed immediately before the start of the transportation process, the accompanying water is reduced in volume, so that the transportation cost of the tank lorry to the waste well can be greatly reduced. Furthermore, this purified associated water can be reused as a part of the fracturing water required in large quantities in the unconventional oil and gas field mining process.
101 水
102 随伴水
103 熱相分離物質を含む第一浸透物質流
104 半透膜
105 水101と第一浸透物質流103からなる流れ
106 熱交換器
107 分離装置
108 第一水リッチ流
109 第一熱相分離物質リッチ流
110 ろ過膜
111 浄化水
112 膜回収流
113 熱交換器
114 分離装置
115 第二水リッチ流
116 第二熱相分離物質リッチ流
117 濃縮流(廃棄井戸で廃棄)
201 水
202 随伴水
203 塩を含む第二浸透物質流
204 半透膜
205 水201と第二浸透物質流203からなる流れ
206 熱相分離物質を含む第一浸透物質流
207 分離装置
208 第二浸透物質流206と水201からなる流れ
209 熱交換器
210 分離装置
211 第一水リッチ流
212 第一熱相分離物質リッチ流
213 ろ過膜
214 浄化水
215 膜回収流
216 熱交換器
217 分離装置
218 第二水リッチ流
219 第二熱相分離物質リッチ流
220 濃縮流(廃棄井戸で廃棄)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101
DESCRIPTION OF
Claims (10)
(I)複数の油田・ガス田において、ガス、油、随伴水、及びスラッジを含む油・ガス混合物を取り出す掘削工程;
(II)該油・ガス混合物を、該油田・ガス田から所定の距離、離れて配置された重力分離タンクまで連続的に移送する移送工程;
(III)該重力分離タンク内で、該ガス、該油と、該スラッジ及び該随伴水を分離して、該スラッジと該随伴水を、隣接するタンク又は貯留池内で分離・貯留する工程;
(IV)該タンク又は貯水池内の随伴水を、該貯水池から所定の距離、離れて配置された廃棄井戸まで輸送する輸送工程;並びに
(V)該随伴水を該廃棄井戸に廃棄する廃棄工程;
を含む、油・ガス混合物処理方法において、
該輸送工程(IV)の開始直前に、随伴水浄化工程を設けることを特徴とする、油田・ガス田の随伴水処理方法。 The following steps:
(I) a drilling process for extracting an oil / gas mixture containing gas, oil, associated water, and sludge in a plurality of oil fields / gas fields;
(II) a transfer step of continuously transferring the oil / gas mixture to a gravity separation tank disposed at a predetermined distance from the oil / gas field;
(III) separating the gas, the oil, the sludge and the associated water in the gravity separation tank, and separating and storing the sludge and the associated water in an adjacent tank or reservoir;
(IV) a transporting process for transporting the accompanying water in the tank or the reservoir to a disposal well disposed at a predetermined distance from the reservoir; and (V) a discarding process for discarding the accompanying water to the disposal well;
In the oil / gas mixture processing method, including
An associated water treatment method for oil and gas fields, characterized in that an associated water purification step is provided immediately before the start of the transportation step (IV).
(I)複数の油田・ガス田において、ガス、油、随伴水、及びスラッジを含む油・ガス混合物を取り出す掘削工程;
(II)該油・ガス混合物を、該油田・ガス田から所定の距離、離れて配置された重力分離タンクまで連続的に移送する移送工程;
(III)該重力分離タンク内で、該ガス、該油と、該スラッジ及び該随伴水を分離して、該スラッジと該随伴水を隣接するタンク又は貯留池内で分離・貯留する工程;
(IV)該タンク又は貯水池内の随伴水を、該貯水池から所定の距離、離れて配置された廃棄井戸まで輸送する輸送工程;並びに
(V)該随伴水を該廃棄井戸に廃棄する廃棄工程;
を含む、油・ガス混合物処理方法において、
該廃棄工程(V)の開始直前に、随伴水浄化工程を設けることを特徴とする、油田・ガス田の随伴水処理方法。 The following steps:
(I) a drilling process for extracting an oil / gas mixture containing gas, oil, associated water, and sludge in a plurality of oil fields / gas fields;
(II) a transfer step of continuously transferring the oil / gas mixture to a gravity separation tank arranged at a predetermined distance from the oil / gas field;
(III) separating the gas, the oil, the sludge and the associated water in the gravity separation tank, and separating and storing the sludge and the associated water in an adjacent tank or reservoir;
(IV) a transporting process for transporting the accompanying water in the tank or the reservoir to a disposal well disposed at a predetermined distance from the reservoir; and (V) a discarding process for discarding the accompanying water to the disposal well;
In the oil / gas mixture processing method, including
An associated water treatment method for oil and gas fields, characterized in that an associated water purification step is provided immediately before the start of the disposal step (V).
(I)複数の油田・ガス田において、ガス、油、随伴水、及びスラッジを含む油・ガス混合物を取り出す掘削工程;
(II)該油・ガス混合物を、該油田・ガス田から所定の距離、離れて配置された重力分離タンクまで連続的に移送する移送工程;
(III)該重力分離タンク内で、該ガス、該油と、該スラッジ及び該随伴水を分離して、該スラッジと該随伴水を隣接するタンク又は貯留池内で分離・貯留する工程;
(IV)該タンク又は貯水池内の随伴水を、該貯水池から所定の距離、離れて配置された廃棄井戸まで輸送する輸送工程;並びに
(V)該随伴水を該廃棄井戸に廃棄する廃棄工程;
を含む、油・ガス混合物処理方法において、
該移送工程(II)の開始直前に、随伴水浄化工程を設けることを特徴とする、油田・ガス田の随伴水処理方法。 The following steps:
(I) a drilling process for extracting an oil / gas mixture containing gas, oil, associated water, and sludge in a plurality of oil fields / gas fields;
(II) a transfer step of continuously transferring the oil / gas mixture to a gravity separation tank disposed at a predetermined distance from the oil / gas field;
(III) separating the gas, the oil, the sludge and the associated water in the gravity separation tank, and separating and storing the sludge and the associated water in an adjacent tank or reservoir;
(IV) a transporting process for transporting the accompanying water in the tank or the reservoir to a disposal well disposed at a predetermined distance from the reservoir; and (V) a discarding process for discarding the accompanying water to the disposal well;
In the oil / gas mixture processing method, including
An associated water treatment method for oil and gas fields, characterized in that an associated water purification step is provided immediately before the start of the transfer step (II).
(I)複数の油田・ガス田において、ガス、油、随伴水、及びスラッジを含む油・ガス混合物を取り出す掘削工程;
(II)該油・ガス混合物を、該油田・ガス田から所定の距離、離れて配置された重力分離タンクまで連続的に移送する移送工程;
(III)該重力分離タンク内で、該ガス、該油と、該スラッジ及び該随伴水を分離して、該スラッジと該随伴水を隣接するタンク又は貯留池内で分離・貯留する工程;
(IV)該タンク又は貯水池内の随伴水を、該貯水池から所定の距離、離れて配置された廃棄井戸まで輸送する輸送工程;並びに
(V)該随伴水を該廃棄井戸に廃棄する廃棄工程;
を含む、油・ガス混合物処理方法において、
該移送工程(II)、輸送工程(IV)、及び廃棄工程(V)の開始直前に、各々、随伴水浄化工程を設けることを特徴とする、油田・ガス田の随伴水処理方法。 The following steps:
(I) a drilling process for extracting an oil / gas mixture containing gas, oil, associated water, and sludge in a plurality of oil fields / gas fields;
(II) a transfer step of continuously transferring the oil / gas mixture to a gravity separation tank disposed at a predetermined distance from the oil / gas field;
(III) separating the gas, the oil, the sludge and the associated water in the gravity separation tank, and separating and storing the sludge and the associated water in an adjacent tank or reservoir;
(IV) a transporting process for transporting the accompanying water in the tank or the reservoir to a disposal well disposed at a predetermined distance from the reservoir; and (V) a discarding process for discarding the accompanying water to the disposal well;
In the oil / gas mixture processing method, including
An associated water treatment method for oil fields and gas fields, wherein an associated water purification step is provided immediately before the start of the transfer step (II), the transport step (IV), and the disposal step (V).
前記随伴水を、正浸透膜を介して、浸透圧を有する熱相分離物質を含む第一浸透物質流と向流又は並流させて、該随伴水中の水を該第一浸透物質流に移動せしめて水リッチな第一浸透物質流としたものを、該熱相分離物質の熱分離可能な温度(T0)以上T0+30℃以下の第1分離温度(T1)に加熱して、水リッチ相(A1)と熱相分離物質リッチ相(B1)とに分離する第一分離工程;並びに
該B1相を該第1分離温度(T1)+20℃以上T1+115℃以下の第2分離温度(T2)に加熱して、水リッチ相(A2)と熱相分離物質リッチ相(B2)とに分離する第二分離工程;
を含む、正浸透膜システムを用いた脱塩処理工程である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の油田・ガス田の随伴水処理方法。 The desalting process includes the following steps:
The accompanying water is caused to counter-flow or co-current with the first osmotic material flow containing the thermal phase separation material having osmotic pressure through the forward osmosis membrane, and the water in the accompanying water is transferred to the first osmotic material flow. The water-rich first osmotic material stream is heated to a first separation temperature (T1) that is not less than the temperature (T0) at which the thermal phase separation material can be thermally separated and is not more than T0 + 30 ° C. A first separation step of separating A1) and a thermal phase separation substance-rich phase (B1); and heating the B1 phase to the first separation temperature (T1) + second separation temperature (T2) of T20 + T1 + 115 ° C A second separation step of separating the water-rich phase (A2) and the thermal phase separation substance-rich phase (B2);
The accompanying water treatment method of an oil field / gas field according to any one of claims 1 to 8, which is a desalination treatment step using a forward osmosis membrane system.
前記随伴水を、正浸透膜を介して、塩を含む第二浸透物質流と向流又は並流させて、該随伴水中の水を該第二浸透物質流に移動せしめて水リッチな第二浸透物質流としたものを、熱相分離物質を含有する第一浸透物質流と相溶しない状態で混合して、水を該第一浸透物質流に移動せしめて水リッチな第一浸透物質流としたものを、該熱相分離物質の熱分離可能な温度(T0)以上T0+30℃以下の第1分離温度(T1)に加熱して、水リッチ相(A1)と熱相分離物質リッチ相(B1)とに分離する第一分離工程;並びに
該B1相を該第1分離温度(T1)+20℃以上T1+115℃以下の第2分離温度(T2)に加熱して、水リッチ相(A2)と熱相分離物質リッチ相(B2)とに分離する第二分離工程;
を含む、正浸透膜システムを用いた脱塩処理工程である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の油田・ガス田の随伴水処理方法。 The desalting process includes the following steps:
The accompanying water is counter-flowed or co-flowed with the salt-containing second osmotic substance flow through the forward osmosis membrane, and the water in the accompanying water is moved to the second osmotic substance flow to thereby form a second water-rich second. The osmotic material stream is mixed in a state that is incompatible with the first osmotic material stream containing the thermal phase separation material, and water is transferred to the first osmotic material stream so as to move the water-rich first osmotic material stream. Is heated to a first separation temperature (T1) not lower than the temperature (T0) of the thermal phase separation substance and not higher than T0 + 30 ° C., so that the water-rich phase (A1) and the thermal phase separation substance-rich phase ( A first separation step of separating into B1); and heating the B1 phase to the first separation temperature (T1) + second separation temperature (T2) of 20 ° C. or more and T1 + 115 ° C. or less to form a water-rich phase (A2) A second separation step for separating into a thermal phase separation substance-rich phase (B2);
The accompanying water treatment method of an oil field / gas field according to any one of claims 1 to 8, which is a desalination treatment step using a forward osmosis membrane system.
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| WO2019172455A1 (en) | 2018-03-09 | 2019-09-12 | 日本電気株式会社 | Pipeline diagnosing device, asset management device, pipeline diagnosing method, and recording medium |
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2016
- 2016-09-16 JP JP2016182103A patent/JP2018043221A/en active Pending
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