从原油或气体中除去废物组分的方法

本发明涉及一种减少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。这种现象是由于对于多数地层的烃 储集层而言，油层位于水层的顶部，随着持续产油导致的储集层枯竭， 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 溶解于所采出的油和水中。如不适当地将其从烃流体中除去，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的，使烃生产的总成本增加。

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的烃流 体中存在的废物组分数量的方法，该方法需要专用性较低的加工设 备。

本发明提供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)使至少部分数量的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的废物组分 的第二流体；和

c)通过将其经所述井身和另一在地层中形成的井身中的至少一个 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。

通过将其中含有废物组分的第二流体注入到地层中，实现了将废物 组分返送至其来源处，即地层，不造成环境污染且在地面不需要专用 的除去废物的设备。实际上，按照本发明的方法实现了无废物的烃流 体生产操作。

为进一步减少地面加工设备的数量，优选在井身中将含有所述至少 部分数量废物组分的第二流体与烃流体分离。

适当的是，当所述流体物流流经井身时，使所述至少部分数量的废 物组分移入在流体物流中存在的第二流体中。

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的第二流体。

如果所选择的物质被引入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 的采出水中，可降低所要使用的选择的物质的数量。

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-、S2-、HCO3-和CO32-离子中的至少一种。 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 延伸到井身中的生产管线流至地面。一般流体物流包括大量的来自地 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 分同时溶于油相和水相中。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：

H2S+OH �HS+H2O

HS-+OH-� S2-+H2O  

总和为：

H2S+2OH-� S2-+2H2O

CO2或H2CO3(CO2+H2O)可按照下式与碱发生反应：

H2CO3+OH-�HCO3-+H2O 或 CO2+OH-�HCO3-

HCO3-+OH- �CO32-+H2O

总和为：

H2CO3+2OH-� CO32-+2H2O 或 CO2+2OH-�CO32-+H2O

其中，HS-、S2-、HCO3-和CO32-离子溶于水相；只有H2S和CO2同时 可溶于水和油相中。因而，通过添加呈NaOH形态的碱使水相中HS-、 S2-、HCO3-和CO32-离子浓度增加，导致油相中H2S和CO2减少。这有效 地说明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的采 出水，其优点是为达到所需pH值只须添加较少量的碱。

相反，当在油相中H2S和CO2的浓度较高时，可将额外注入的水流 与从井身中产生的油/水总物流混合，以产生其中溶解有H2S和CO2和 所生成的离子的更大体积的水。

随后，使用可位于井身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-、S2-、HCO3-和CO32-离子的水相从油相中分 离出来。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，通过经适当的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(在生产油的情况下)低 至为油流速的2-3wt％的数量是足够的。

注入第二流体与烃流体在生产管和井身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，所述水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中所指出 的反应进行反应。从而有效的将H2S和CO2转移到第二流体、即水相中。 具有溶解的HS-、S2-、HCO3-和CO32-离子的水被采出至地面，在该处 其与烃流体分离。另外，溶解有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。

分离的溶有离子的水随后经同一或另一在地层中形成的井身注入 地层中。

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

可理解，在以上实施例中，NaOH仅通过举例方式被视作适宜于添 加到流体物流中的物质，还有许多其它物质适宜于进行本发明的方 法。这类物质的实例是Ca(OH)2、Mg(OH)2、LiOH和KOH。

有待用于实施本发明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。

可理解，本发明的方法在陆上和海底油/气生产井中均可应用。

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S2-来从烃流体中除去 H2S。

再有，一些胺可用来结合或转化在烃流体中存在的CO2。