[0001] 本
发明涉及一种从多孔地下含
烃(hydrocarbon-bearing)
地层回收烃的方法，所述方法通过向地层中注入总已溶解固体含量为200-5000ppm的低
盐度注射水进行，其中通过正向渗透
海水淡化制备所述低盐度注射水。
[0002] 有报道称在注水过程中注射水的盐度对烃的回收有重大影响，使用稀释的盐水提高烃的回收(例如参见“Labs Spin Out OilfieldTechnologies”，American Oil & Gas Reporter，第41卷，第7期，1988年7月，105-108；“Effect of brine composition on recovery of Moutraycrude oil by waterflooding(通过注水法盐水组成对Moutray
原油回收的影响)”，Journal of Petroleum Science and Engineering 14(1996)，159-168；和“Prospects of improved oil recovery related to wettability andbrine composition(与湿润性和盐水组成有关的改进的油类回收展望)”，Journal of Petroleum Science and Engineering 20(1998)267-276。
[0003] 一种已建立的脱盐方法称为“
反渗透”，实际上是一种对海水溶液施加压差通过具有微小微孔的膜并穿过该膜的“
超滤”法。但是，与反渗透有关的问题包括由于在反方向必须克服和/或至少多于等量的正常的正向渗透流导致不合需要的低净提取水产物，以及由于在反渗透中需要极高的压
力以及需要薄而脆的膜以达到或接近通过膜的提取水近似充足的流速导致膜破裂。
[0004] 一种可选的脱盐方法为正向渗透(也称为“直接渗透”)。正向渗透包括向第一水溶液(例如海水)施加压力，促进水通过渗透膜正向渗透至含有溶解于其中的可除去溶质的第二水溶液形成稀释的溶液，其中第二溶液的溶质浓度大于第一溶液的溶质浓度，其中所述渗透膜具有足够小的孔径，使得第一水溶液的溶质和第二水溶液的可除去溶质不能通过所述膜。随后，所述可除去溶质实质上从所述稀释的溶液中除去。
[0005] 美国
专利3,171,799涉及使用其中通过半透膜分离两批盐水(例如海水)的体系来
软化水。随后将挥发性溶质加至其中的一批水中。加入挥发性溶质导致纯水(即实质上不含盐的水)从不包含挥发性溶质的溶液中迁移通过膜，从而在后一种溶液中稀释溶质(包括盐)。继续稀释直至非挥发性盐达到所需的浓度水平。随后除去挥发性溶质。认为这种方法用于产生具有足够低浓度的非挥发性盐的极稀溶液，适于饮用、产生
蒸汽等。通过提供一系列渗透池可降低给定溶液中非挥发性盐的浓度，所述渗透池可持续降低非挥发性盐的浓度。还认为使用包含半透膜的体系可进行脱矿质，该半透膜的一侧含有盐溶液，另一侧含有包含挥发性溶质的新鲜水溶液。认为合适的挥发性溶质包括
氨、二
氧化硫、乙酸甲酯和乙腈。
[0006] 美国专利3,617,547涉及一种适于海水或其他含盐的水脱盐的方法，当提取其中溶质难以与
溶剂分离的溶液中的溶剂时，将所述溶剂通过渗透膜至包含溶剂和易与溶剂分离的溶质的溶液。接受溶液的溶质(渗透剂)易与溶剂分离，通过沉淀剩余实质上更纯的溶剂产物。例如所述渗透剂可为在升高
温度下可溶和在较低温度下溶解性实质较差的溶质，使得从溶液中沉淀和分离。该膜对溶剂是渗透性的，对难以与溶剂分离的溶质和渗透剂是非渗透性的。通常将包含已沉淀的渗透剂的溶液转移至
过滤器，在此已沉淀的渗透剂与溶剂分离。作为一种可选的在较低温度下通过沉淀除去渗透剂的方法，可使用可氧化或还原为不易溶的形式，随后过滤除去，再转变为渗透剂重新使用的渗透剂。实例包括氯化
铜(在室温下
溶解度高，当将其还原为氯化亚铜时溶解度低)和乙酸亚
铁(在室温下非常易溶，但当将其氧化为
碱式乙酸铁时不溶)。
[0007] 还已知用于注水法的注射水应与地层水相容。因此，地下的地层水可包含固有的离子，例如钡(例如含量高达3000ppm，例如50-500ppm)，通常还包含
钙(例如含量高达30,000ppm，例如1000-5000ppm)，二者均为可溶的氯化物形式，但还存在
硫酸根离子，因此用硫酸钡，通常还用硫酸钙饱和所述水。地层水可与海水汇合，可包含沉淀物前体离子，例如可溶的
碳酸盐(例如为100-5000ppm)和
硫酸盐(例如为1000-3500ppm)。将两种水混合产生硫酸钡和/或碳酸钡和/或硫酸钙和/或碳酸钙的过饱和水溶液，包含这些化合物的水垢在表面上淀积。当将包含沉淀物前体离子的海水通过
注入井在与
生产井相隔一定距离的
位置注入地层以提高油类回收时(即注
水处理)，两种水可在地层中汇合。可在生产井或其下游中
结垢，例如在流送管或气/液分离器中(用于从气体中分离油/水)或在离开气/液分离器的运输管道中。由于气压降低使得可溶的
碳酸氢钙形成不溶的碳酸钙，因此在气/液分离器或其下游中可特别形成碳酸盐水垢。
[0008] 美国专利4,723,603涉及一种降低或防止在含烃地层的
流体通道和在生产井中由于不溶的盐沉淀聚集引起的堵塞的方法。在将水注入地层之前，在表面上从注射水中除去不溶的盐沉淀的大多数或全部的前体离子可实现该目标。因此，不足够的前体离子可与已存在于地层中的离子反应，形成大量的不溶的盐沉淀。通过
反渗透膜除去不溶的盐沉淀的前体离子。但是，如上所述，反渗透体系的缺点在于必须在原料中压入大量的水。
[0009] 现已发现，使用正向渗透得到低盐度注射水可明显节省
能量。还发现正向渗透脱盐工厂的膜可适合为离子选择性的，使得渗透物中沉淀物前体离子的浓度降低，而保证低盐度注射水的总已溶解的固体为200-5000ppm的所需范围，优选500-5000ppm。正向渗透的另一个优点为该膜可用于将作为高盐度水(例如海水)的第一种水溶液从包含同样高盐度水(例如海水)中的可除去的溶质的第二种水溶液中分离，使得通过使水通过膜从第一种水溶液迁移至第二种水溶液，将第二种水溶液稀释至所需的总盐度。使用正向渗透得到低盐度注射水的再一个优点在于用于驱动正向渗透法的一部分溶质可保持在经过处理的低盐度水中，条件是注射水的总已溶解的固体含量在所需的范围内。优选用于驱动正向反渗透的溶质在“结垢”地层中不用作沉淀物前体离子。
[0010] 因此，本发明的第一个实施方案提供了一种从多孔地下含烃地层回收烃的方法，所述方法包括以下步骤：
[0011] (a)将包含高盐度水的第一股流加至脱盐工厂的至少一个正向渗透装置的半透膜的第一侧，并将包含可除去溶质的水溶液的第二股流加至半透膜的第二侧，其中可除去溶质的水溶液的溶质浓度明显高于高盐度水的溶质浓度，水通过半透膜从高盐度水进入可除去溶质的水溶液中，形成可除去溶质的稀释的水溶液；
[0012] (b)分别从正向渗透装置的半透膜的第一侧和第二侧排出包含浓盐水的第三股流和包含可除去溶质的稀释的水溶液的第四股流；
[0013] (c)从包含可除去溶质的稀释的水溶液的第四股流中实质上分离可除去溶质，形成总已溶解固体含量低于5000ppm的低盐度水流；
[0014] (d)如果需要，将低盐度水流的盐度增加至总已溶解固体含量为至少200ppm，优选至少500ppm；
[0015] (e)将经过处理的低盐度水通过注入井引入含烃地层；
[0016] (f)向关联的生产井用经过处理的低盐度水置换烃；和
[0017] (g)通过生产井从地层中回收烃。
[0018] 正向渗透的优点在于水具有穿过半透膜从高盐度水扩散至可除去溶质的更浓水溶液的趋势。因此，与反渗透体系不同，为了使水穿过膜，没有需要克服的渗透压(通常称为“可透膜压”)。因此，比起反渗透装置，正向渗透装置可在较低压力下运行，从而降低对
泵的要求和膜破裂的
风险。本发明方法的另一个优点在于不需要将可除去溶质除去至
饮用水所需的非常低的污染物水平。
[0019] 与使用未经处理的高盐度水进行注水法处理相比，优选本发明的方法使得从含烃地层烃的回收增加至少5％，优选至少10％，例如10-20％。
[0020] 正向渗透装置的半透膜应至少能防止大量的已溶解固体通过膜，同时使水穿过，从而稀释可除去溶质的水溶液。正向渗透装置的半透膜还应能防止可除去溶质从可除去溶质的水溶液通过膜进入高盐度水。适当的情况下，正向渗透膜为标称孔径小于0.001μm的超滤膜。优选正向渗透装置的膜为位于
外壳中的平面膜、螺旋形盘绕膜或管形膜(包括圆形、正方形、矩形或三
角形截面)。优选所述膜为螺旋形盘绕膜或中空
纤维(管形)膜。
[0021] 有许多市售的半透膜的特征为孔小，使得水分子可自由地通过，而可除去溶质分子不能通过或者至少可除去溶质分子的通过明显受阻。这种半透膜可为由各种材料制成的有机膜，所述材料例如乙酸
纤维素、
硝酸纤维素、聚砜、聚偏二氟乙烯、聚酰胺和丙烯腈共聚物；由各种材料制成的无机膜或陶瓷膜，所述材料例如α-Al2O3、ZrO2、TiO2或SiO2和Al2O3或ZrO2的混合氧化物。所述膜可为对具体的应用已提及和设计的各种材料的
复合材料。
[0022] 优选加至正向渗透装置的半透膜的第一侧的包含高盐度水的第一股流(下文中称为“高盐度水进料流”)的总已溶解固体含量(总盐度)为至少10,000ppm，更优选至少20,000ppm，例如至少30,000ppm。优选所述高盐度水进料流选自海水、河口水和开采的水(地层水和贯穿海水)。优选将高盐度水进料流进行过滤，随后加至正向渗透装置，以除去例如碎片和颗粒物质。
[0023] 当所述高盐度水进料流包括海水时，其典型的组成如下：
[0024]组分 浓度(ppm)
氯化物 18,980
溴化物 65
硫酸盐 2,649
碳酸氢盐 140
氟化物 1
组分 浓度(ppm)
硼酸 26
镁 1,272
钙 400
锶 13
钾 380
钠 10,556
总计 34,482
[0025] 加至半透膜的第二侧的包含可除去溶质的水溶液的第二股流(下文中称为“可除去溶质进料流”)比加至半透膜的第一侧的高盐度水流具有更高的同渗
质量摩尔浓度。通常可如下实现，确保可除去溶质进料流的总已溶解溶质含量比高盐度水流的总已溶解溶质含量大至少150,000ppm。因此，可除去溶质用于促进水通过正向渗透装置的半透膜进行迁移。因此，在无需施加压力下水(扩散)通过半透膜。但是，还预期可通过对半透膜的第一侧施加压力来提高水通过半透膜的扩散速率。通常应在0.5-16巴绝对压力，优选3-10巴绝对压力下，将高盐度水进料流加至正向渗透装置的半透膜的第一侧。优选通过正向渗透2 2
装置的半透膜的水的通量为1-100l/m/h，优选为15-40l/m/h(其中“通量”定义为每小时
2
通过1m 膜的水的体积)。
[0026] 优选以连续法操作正向渗透装置，连续将高盐度水进料流和可除去溶质进料流分别加至半透膜的第一侧和第二侧，随后分别从半透膜的第一侧和第二侧连续排出包含浓盐水的第三股流(下文中称为“废盐水流”)和包含可除去溶质的稀释的水溶液的第四股流(下文中称为“稀释的流”)。通常高盐度水进料流和可除去溶质进料流沿着半透膜以逆流方向通过，使得高盐度水沿着膜通过时变得更浓，可除去溶质的水溶液沿着膜通过时变得更稀。因此，优选可除去溶质进料流的同渗质量摩尔浓度比浓盐水流高，稀释的流的同渗质量摩尔浓度比高盐度水进料流高。因此，水沿着膜的整个长度从膜的第一侧连续通到第二-1 -1 -1侧。适当的情况下，沿着膜的进料流的流速为至少0.5ms ，优选至少1ms ，例如至少3ms 。
引入含烃地层的经过处理的低盐度水(下文中称为“注射水流”)的量应满足地层的注射水
2
要求，通常为约8.5-85l/m-hr。通常低盐度注射水流与废盐水流的比率为7∶1-9∶1，优选为8∶1-9∶1。
[0027] 当可得新鲜的水源例如江水或
蓄水层水(即已溶解固体浓度低例如低于100ppm，优选低于50ppm的水)用作可除去溶质进料流的溶剂时，用于正向渗透步骤的半透膜优选为孔径实质上使高盐度水进料流中的已溶解固体不能通过膜而允许水迁移通过的超滤膜。优选所述膜还防止可除去溶质通过。因此，在可除去溶质的稀释的水溶液中的高盐度水实质上不产生已溶解固体。因此，当在分离步骤中从稀释的水溶液中除去实质上所有的可除去溶质时，所得到的水流的总已溶解固体含量例如低于100ppm，优选低于50ppm。将少量该经过处理的“新鲜的”水流(例如低于20％，优选低于10％体积)循环回正向渗透步骤，作为可除去溶质进料流的溶剂。随后通过将经过处理的新鲜的水流与一部分高盐度水进料流或与一部分浓废盐水流混合，可将剩余的经过处理的新鲜的水流的总已溶解固体含量调节至注射水流所需的盐度。例如当高盐度水进料流的总已溶解固体含量为30,000ppm，且得自分离步骤的经过处理的新鲜的水流实质上不含已溶解固体时，高盐度水进料流和得自分离步骤的经过处理的新鲜的水流可以1∶60-1∶6的比率混合，产生总已溶解固体含量为
500-5000ppm的注射水流。
[0028] 但是，还预期所述半透膜可为离子选择性膜，使得来自高盐度水进料流的一部分已溶解固体通过。可选择高盐度水进料流和可除去溶质进料流加至正向渗透装置的速率和膜的性质，使注射水流的总已溶解固体含量达到所需的200-5000ppm，优选500-5000ppm(即在分离可除去溶质后)。但是，该体系的缺点是不能将一部分注射水流循环回脱盐步骤作为可除去溶质的水溶液的溶剂。因此，正向渗透脱盐步骤需要连续的新鲜的水源(江水或蓄水层水)。当本发明的方法在海上操作且无蓄水层水可用时，预期除了正向渗透装置，脱盐工厂还可包括反渗透装置，其中所述反渗透装置向正向渗透装置提供了连续的新鲜的水源。虽然该方法同时需要正向渗透装置和反渗透装置，但反渗透装置仅提供少量的注射水进料流(例如少于10％体积)，使得降低泵送负荷并保持脱盐工厂的能量成本。此外，反渗透装置可使用反向和正向渗透法共用的设备，例如过滤器、
循环泵，清洁体系等。
[0029] 优选如下制备经过处理的低盐度水，将高盐度水(例如海水或开采的水)加至正向渗透装置的半透膜的第一侧，将可除去溶质在高盐度水中的水溶液加至半透膜的第二侧。用作可除去溶质进料流的溶剂的高盐度水与高盐度水进料流的水可相同或不同。在本发明的该优选的实施方案中，所述半透膜能防止高盐度水流的实质上所有的已溶解盐通过膜。因此，纯水通过半透膜从高盐度水迁移至可除去溶质在高盐度水中的水溶液，从而稀释天然存在于后一种溶液中的盐。持续稀释直至达到天然存在的盐所需的浓度水平(200-5000ppm，优选500-5000ppm)。随后将可除去溶质从稀释的溶液中分离，得到经过处理的低盐度水。
[0030] 优选将
杀生物剂和/或水垢
抑制剂投配至高盐度水进料流并任选投配至可除去溶质进料流中。可溶于水的
杀生物剂的实例包括四(羟甲基)磷 硫酸盐、羟基吡啶硫
酮锌(zinc pyrithione)、1，2-苯并异噻唑啉-3-酮、2-(硫氰基甲硫基)苯并噻唑、2，2-二溴-3-硝基丙酰胺、氯苄烷铵、苄基C10-16烷基二甲基
氯化铵、二癸基二甲基氯化铵、甲
醛、戊二醛、N-椰油烷基-1，3-丙二胺乙酸盐、
次氯酸钠、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮和5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮。加入水垢抑制剂以保护脱盐工厂，更具体地讲保护正向渗透膜免受无机盐沉淀物的淀积污损。合适的水垢抑制剂的实例包括具有至少2个
羧酸和/或膦酸和/或磺酸基团(例如2-30个所述基团)的可溶于水的有机分子。优选的水垢抑制剂为低聚物或
聚合物，或者可为具有至少一个羟基和/或氨基氮
原子的
单体，特别是羟基羧酸、羟基膦酸、氨基膦酸或磺酸。还预期脱盐工厂可配备电氯化器，将高盐度水进料流中的
氯化钠转化为次氯酸钠。适当的情况下，从高盐度水进料流中取出侧流，通过电氯化器，随后返回高盐度水进料流。
[0031] 优选脱盐工厂的正向渗透装置配备清洁体系，从半透膜的表面除
去污损淀积物。因此，可用一部分经过处理的低盐度水逆流洗涤所述膜。例如一部分经过处理的低盐度水可通向清洁体系的槽。随后来自槽中的水通过正向渗透膜周期性地逆流洗涤，随后循环回槽。位于清洁体系环路的精细过滤器自清洁水中除去污垢物质。可将清洁体系槽中的水周期性地排空，用新鲜的经过处理的低盐度水代替。或者，在清洁体系的操作过程中，可将一部分清洁水连续排放至环境中，可将新鲜的经过处理的低盐度水连续加至清洁水中。优选用稀氢氧化钠溶液和任选的稀亚硫酸氢钠溶液逆流洗涤正向渗透膜，随后用经过处理的低盐度水逆流洗涤。
[0032] 优选在与工厂的高盐度水进料流入口相隔一定距离的位置从脱盐工厂放出废盐水流，从而减轻废盐
水循环回脱盐工厂的风险。
[0033] 优选从包含可除去溶质的稀释的水溶液的第三股流(稀释的流)中分离可除去溶质，得到低盐度注射水流，其总已溶解固体含量低于4,000ppm，更优选低于3,000ppm。在分离可除去溶质后，当经过处理的低盐度水的总已溶解固体含量低于所需的值时，盐度增加至超过200ppm，优选超过500ppm。例如可通过向经过处理的低盐度水中加入少量高盐度水进料流或少量浓废盐水流，调节经过处理的低盐度水的盐度。优选经过处理的低盐度水的总已溶解固体含量为200-5000ppm，优选500-4,000ppm，最优选1,000-3,000ppm，例如1,000-2,000ppm。
[0034] 优选经过处理的低盐度水通向低盐度注射水收集器。经过处理的低盐度水(“注射水流”)可通过海底或表面注射体系从收集器引向注入井。
[0035] 适当的情况下，所述可除去溶质可为在可除去溶质的稀释的水溶液(下文中称为“稀释的溶液”)中可变得不溶的盐，从而形成可除去溶质的不溶的沉淀物的水相悬浮液。例如所述可除去溶质的溶解度可取决于稀释的溶液的pH值或温度。或者，可除去溶质的溶解度可取决于其氧化态。
[0036] 当可除去溶质在稀释的溶液中变得不溶时，优选从正向渗透装置中除去稀释的溶液，随后使得可除去溶质变得不溶。随后，通常通过过滤或任何其他从悬浮液中除去沉淀的方便的常规方法(例如离心)，从悬浮液的水相中分离不溶的沉淀物。随后已分离的可除去溶质可再次用于制备新鲜的可除去溶质进料流。
[0037] 适当的情况下，可除去溶质的溶解度取决于稀释的水溶液的pH值，因此在正向渗透步骤过程中，稀释的溶液的pH值实质上保持在溶质溶解的pH值下，随后充分调节pH值使溶质变得不溶。因此，可除去溶质溶解于至少一种酸性pH值的溶液、中性pH值的溶液或碱性pH值的溶液中，根据使用的具体的可除去溶质，通过将pH调节至较高或较低pH值，从而使可除去溶质变得不溶。优选在pH值接近pH7时，溶质可溶或不溶，因此在分离可除去溶质的沉淀物后，几乎不需要或不需要调节注射水流的pH值。
[0038] 通常通过调节稀释的溶液的pH使得不溶的溶质包括那些溶解于酸的水溶液(例如亚硫酸水溶液或硫酸水溶液)中的溶质，包括可除去溶质，例如金属(例如钙、锶、钡、镍、钴、铜、汞、
银)的碳酸盐、
草酸盐、
酒石酸盐等、硫化铁和/或亚硫酸钙。例如亚硫酸钙溶解于亚硫酸，硫化铁溶解于稀酸。除去沉淀后，通常加入碳酸钙或氢
氧化钙中和酸，形成沉淀，随后例如通过过滤除去沉淀。
[0039] 在另一个类似的实施方案中，使用相反的pH机理，通过加入足够的酸例如亚硫酸(H2SO3)以降低pH，可除去的可溶的盐(例如硫酸银)变得不溶，沉淀物可在酸性pH水溶液中过滤，过滤后，例如通过碳酸钙和/或氢氧化钙中和。
[0040] 或者，变得不溶的溶质在水中的溶解度取决于可除去溶质的稀释的水溶液的温度。因此，可除去溶质可在水通过半透膜进入可除去溶质的水溶液的给定温度下高度可溶，且在较低温度下实质上不太溶，使得可除去溶质从溶液中沉淀。通常，加至半透膜的第二侧的可除去溶质的溶液可例如保持在60-100℃下，从正向渗透装置中排出稀释的流后，稀释的溶液的温度可例如降至25℃，以沉淀可除去溶质。在水中溶解度随温度变化明显变化的合适的溶质包括氢氧化钡、水杨酸钙、硫酸铯
铝、碘酸钾、高锰酸钾、
磷酸三钠、硫酸钠、氢氧化锶、草酸锶、四硼酸钠、硝酸钾(KNO3)和十二烷基胺
盐酸盐。可例如使用本领域公知的电加热器、制冷装置、换热器(例如蒸汽
冷凝器)等加热和冷却溶液，但优选使用换热器。
[0041] 变得不溶的可除去溶质还可为可氧化或还原为不太溶形式的溶质，可通过过滤或其他常规的分离方法除去，随后再次转换为可除去溶质的可溶形式以便再次使用。例如氯化铜在室温下在水中的溶解度高，但当通过电或使用化学还原剂还原形成氯化亚铜时，在室温下在水中的溶解度非常低。可例如通过过滤从稀释的溶液中分离已沉淀的氯化亚铜，可通过电或使用某些化学氧化方法(例如向氯化亚铜的水悬浮液中鼓入氧气)氧化将氯化亚铜沉淀再转变为氯化铜以便再次使用。另一个实例为乙酸亚铁，其在室温下非常易溶于水。当通过电氧化或向其溶液中鼓入氧气时，形成不溶的碱式乙酸铁。通过电还原或使用某些化学还原方法(例如向碱式乙酸铁的水悬浮液中鼓入氢气)可将碱式乙酸铁沉淀再转变为乙酸亚铁以便再次使用。
[0042] 但是，优选所述可除去溶质为挥发性溶质，例如氨、二氧化硫、二氧化碳、乙酸甲酯、丙烯腈及其混合物，特别是氨和二氧化碳的混合物。因此，水从正向渗透装置的半透膜的第一侧通向第二侧，形成挥发性溶质的稀释的水溶液。随后可通过任何合适的方法从稀释的水溶液中分离挥发性溶质。例如从半透膜的第二侧排出的稀释的流通向
汽提塔，其中稀释的流与热空气逆流向下通过汽提塔。已除去挥发性溶质的低盐度水从塔底流动，挥发性溶剂-空气混合物从塔顶流动。这种汽提操作可在65-90℃下运行。在停止对加至正向渗透装置的半透膜的第二侧用于形成包含挥发性溶质的水溶液的进料流(下文中称为“挥发性溶质进料流”)的水加热后，来自汽提塔的流出气体可与用于形成挥发性溶质进料流的水逆流通向吸收塔的底部。另外的挥发性溶质可供应至吸收塔的底部，以补充在所述方法中的任何损耗。适当的情况下，挥发性溶质进料流中挥发性溶质的浓度为3-10％重量，优选4-7％重量。本发明方法的优点在于不需要在经过处理的低盐度注射水流中将挥发性溶剂的浓度降至饮用水所需的低水平。因此，存在于注射水流中的挥发性溶质(例如氨)的浓度可高达100ppm。
[0043] 当高盐度水进料流具有与地层水不同的离子组成，且当不溶的无机盐的沉淀另外发生于地层和/或在生产井和/或其下游时，本发明的方法是特别有利的。因此，预期用于正向渗透步骤的膜可为离子选择性膜，其孔径使得不溶的盐沉淀物的沉淀物前体离子，特别是二价阴离子(例如硫酸根离子)不能通过膜进入可除去溶质的稀释的水溶液。因此，经过处理的注射水的总已溶解固体含量为200-5000ppm，优选500-5000ppm，沉淀物前体离子(例如硫酸根)的浓度低于40ppm。
[0044] 因此，本发明的一个优选的实施方案提供了一种从多孔地下含烃地层回收烃的方法，所述方法包括以下步骤：
[0045] (a)将包含高盐度水的第一股流加至脱盐工厂的至少一个正向渗透装置的离子选择性膜的第一侧，并将包含可除去溶质的水溶液的第二股流加至半透膜的第二侧，其中如果第一股流与地层中的固有的离子
接触，第一股流包含足以在地层中形成不溶的无机盐沉淀的量的沉淀物前体离子，离子选择性膜使沉淀物前体离子实质上不能通过膜，其中可除去溶质的水溶液的溶质浓度明显高于高盐度水的溶质浓度，水和任选的非沉淀物前体离子通过离子选择性膜进入可除去溶质的水溶液中，形成可除去溶质的稀释的水溶液；
[0046] (b)分别从正向渗透装置的离子选择性膜的第一侧和第二侧排出包含浓盐水的第三股流和包含可除去溶质的稀释的水溶液的第四股流；
[0047] (c)从包含可除去溶质的稀释的水溶液的第四股流中实质上分离可除去溶质，形成总已溶解固体含量低于5000ppm的低盐度水流，且前体离子浓度实质低于高盐度水进料流中的前体离子浓度；
[0048] (d)如果需要，将低盐度水流的总已溶解固体含量增加至总已溶解固体含量为至少200ppm，优选至少500ppm；
[0049] (e)如果需要，进一步降低低盐度水流中的前体离子浓度，使得当低盐度水与地层中的固有的离子接触时，形成的不溶的无机盐沉淀的量不足以堵塞地层的孔；
[0050] (f)将经过处理的低盐度水通过注入井注入含烃地层；
[0051] (g)向关联的生产井用经过处理的低盐度水置换烃；和
[0052] (h)通过生产井从地层中回收烃。
[0053] 包含固有的离子的地层的经过处理的低盐度水(注射水流)的优选组成如下：
[0054]组分 浓度(ppm)
氯化物 192.6-1733
溴化物 ＜0.1
硫酸盐 ＜40
碳酸氢盐 2.1-19
氟化物 ＜0.1
硼酸 ＜0.1
镁 3-27
钙 0.9-8
锶 ＜0.1
组分 浓度(ppm)
钾 5.4-49
钠 118.5-1066
总计 ＜3,000
[0055] 沉淀物前体离子定义为当与固有的离子接触时，在地层条件下或在生产井中形成不溶的无机盐沉淀的离子。固有的离子定义为已存在于地层中的天然或人为存在的离子。沉淀物前体离子必须为不同的离子物质，与在地层中接触的固有的离子物质的电荷相反。
[0056] 可为不溶的无机盐沉淀的前体离子的具体离子包括SO42-、CO32-、HCO3-、HS-及其混合物。
[0057] 观察到当与前体离子接触时形成不溶的盐沉淀的已存在于地层中的固有的离子包括Ba2+、Sr2+、Mg2+、Ca2+、Fe2+、Fe3+、Al3+、Pb2+、Zn2+及其混合物。
[0058] 固有的离子可天然存在于地层水中，或可由于某些现有的处理方法人为存在的。当将分散体注入地层时，地层中固有的离子仅需要以在地层或生产井条件下足以与前体离子形成沉淀的浓度存在。
[0059] 在给定的情况下，发生沉淀的实际的前体离子浓度是多个变量的函数，所述变量包括溶液中其他离子的浓度和原位条件，例如温度、压力和pH。在许多情况下本领域技术人员可从地层收集到的数据预测沉淀，因此可在实际发生明显沉淀物淀积之前使用本发明的优选实施方案的方法。还预期在生产井或其下游观察到沉淀物淀积之后，所述方法还用作修补作用。
[0060] 注射水中的前体离子没有固定的最小
阈值浓度，超过该浓度在所有的情况下均发生沉淀和堵塞。但是，当与适当的固有的离子原位接触时，前体离子浓度超过50ppm(例如超过100ppm)的未经处理的注射水(高盐度水进料流)通常可形成不溶的无机盐的沉淀。因此，当未经处理的注射水(高盐度注射水进料流)的前体离子浓度超过50ppm，优选超过
100ppm，最优选超过500ppm时，通常适用本发明的方法。
[0061] 膜的选择性是膜具体性能的函数，所述性能包括膜的孔径或膜的电荷。例如聚酰胺膜可特别有效地选择性地防止前体离子SO42-通过。从注射水中除去SO42-的合适的离子选择性膜包括得自OsmonicsInc.，Hydronautics，Dow and Torai的聚酰胺膜。
[0062] 通过离子选择性膜进入经过处理的注射水的无害离子甚至对地层可有有益的作用。例如潜在的粘土稳定离子(例如K+、Na+、Cl-、Br-和OH-)可通入经过处理的注射水产物流，随后注入地层，有益地防止粘土溶胀或颗粒迁移。但是，为了获得提高油类回收的益处，注射水流的总已溶解固体含量应为200-5000ppm，优选500-5000ppm。
[0063] 当可得连续的纯水源用作包含可除去溶质的水溶液的第二股流(可除去溶质进料流)的溶剂时，应优选离子选择性膜防止沉淀物前体离子从膜的第一侧穿到第二侧，同时允许水和一部分无害离子通过膜。但是，如上所述，注射水流的总已溶解固体含量应为200-5000ppm，优选500-5000ppm。
[0064] 当第一股流为海水，第二股流为可除去溶质的海水溶液时，当未进一步处理注射水以除去至少一部分剩余的前体离子时，可能不能达到注射水流中的前体离子所需的浓度。例如当海水的总盐度为30,000ppm，海水中硫酸根离子的浓度为2,500ppm，且希望产生总盐度为3,000ppm的注射水流时，可除去溶质的海水水溶液的第二股流可仅稀释10倍。因此，经过处理的水的硫酸根浓度为约250ppm。因此需要进一步将经过处理的低盐度水的硫酸根浓度降至低于40ppm的值，随后将注射水流引入“结垢”地层。可例如将经过处理的水通过配备选择性地从经过处理的低盐度水除去硫酸根的离子选择性纳米过滤膜的反渗
2+
透装置来实现这一点。或者，可通过加入硫酸根的沉淀反荷离子(例如Ba )除去过量的硫酸根离子。当所得到的硫酸钡沉淀为精细分散的形式时，可不需要从注射水流除去硫酸钡沉淀。还预期可将精细分散的固体硫酸钡加至包含过量的硫酸根离子的注射水流，使得在地层中沉淀的任何硫酸钡优先在精细分散的硫酸钡沉淀物上沉淀，因此在地层中不形成堵塞孔的沉淀(如我们于2005年2月1日提交的共同待审的英国专利
申请GB 0501980.7所述)。
[0065] 预期在分离可除去溶质后，经过处理的低盐度水的总盐度低于注射水流所需的总盐度，例如经过处理的水的总已溶解固体含量低于200ppm或低于100ppm或甚至总已溶解固体含量可满足饮用水标准。随后通过将经过处理的低盐度水与高盐度进料流或与废盐水流混合，可将经过处理的低盐度水的总盐度调节至所需的值。因此，当加至膜的第二侧的可除去溶质进料流使用新鲜的水作为溶剂时，经过处理的低盐度水实质上不包含已溶解固体。但是，当包含硫酸根离子的高盐度水
泄漏至该经过处理的水产生所需总盐度的注射水流，沉淀物前体离子(例如硫酸根)的浓度可增至超过在地层中形成堵塞沉淀物的值。因此可需要处理所得到的注射水流以除去例如硫酸根离子。因此，如上所述，在分离可除去溶质并与高盐度水混合后，注射水流可通至常规反渗透纳米过滤装置，或者可加入沉淀阳离2+
子(例如Ba )。但是，当较少体积的水需要处理时，优选在混合步骤之前，例如使用常规反渗透纳米过滤或通过沉淀沉淀物前体离子，从高盐度水中除去沉淀物前体离子。
[0066] 预期两种正向渗透法可平行操作，其中第一种方法使用使实质上所有的已溶解固体不能通过该膜进入可除去溶质的新鲜水的水溶液的膜，第二种方法使用选择性地防止硫酸根离子通过该膜进入可除去溶质的海水水溶液的离子选择性膜。随后将两种水溶液产物流以一定的比率混合，以提供所需的总已溶解固体含量和沉淀物前体离子所需的低浓度。
[0067] 用于本发明方法的脱盐工厂可位于陆地上或在海上，例如在平台上。位于表面的正向渗透脱盐工厂的缺点在于这些工厂具有大的占地面积，当作为改型安装在平台上时，通常需要增加平台结构。因此，预期可将正向渗透脱盐工厂浸没在
水体中以减小平台的空间和重量要求。
[0068] 当正向渗透工厂浸没在水体中时，优选高盐度水的第一股流为海水或河口水。因此，浸没正向渗透工厂的水体优选为海或河口。优选使用静压为0.5-16巴绝对压力的高盐度水进料流操作正向渗透工厂，相应于浸没深度为约5-160米，从而降低工厂的泵送要求。
[0069] 当在浸没深度为至少100米，优选至少150米处取出高盐度水进料流时，其优点在于水的氧含量比从表面或接近表面处取水的氧含量明显更低，从而降低或甚至消除低盐度水注射水流脱气的需要。
[0070] 优选浸没的正向渗透脱盐工厂配备用于低盐度注射水产物的收集槽；用于调节工厂浸没深度的压舱物；用于从工厂吹扫水的气体供给，优选空气供给，从而使得工厂恢复至表面用于维修和/或修理；水下
电缆，优选用于传输供给工厂动力的电的铠装水下电缆；和用于数据和视频传输的纤维光缆，如在我们共同待审的国际专利申请号PCT/GB2005/001939中所述。通常，正向渗透脱盐工厂的各元件位于在浸没深度处能承受外部静压的箱中。
[0071] 可通过水下电缆将浸没的正向渗透脱盐工厂栓在海床，或者可栓或另外固定于漂浮结构，例如绷紧索腿式平台、漂浮生产储存卸载装置(FPSO)或提举器。还预期浸没的正向渗透脱盐工厂可安置在人造有
浮力的海床上。
[0072] 现参考图1所示的
流程图说明本发明的方法。
[0073] 包含高盐度水的第一股进料流1通过粗过滤器(未表示)。将杀生物剂浓缩物流2、亚硫酸氢钠浓缩物流3和水垢抑制剂浓缩物流4连续投配至平行排列的多个精细过滤器
5的高盐度水进料流1上游。随后通过至少一个低压泵6和
阀7将高盐度水进料流1通至平行排列的多个正向渗透装置9的膜8的第一侧。将包含可除去溶质在高盐度水中的溶液的第二股进料流10加至正向渗透装置9的膜8的第二侧。浓废盐水流(渗余物)14和包含可除去溶质的稀释的水溶液的流(渗透物)11分别从正向渗透装置膜的第一侧和第二侧除去。在废盐水流14的出口配备流动
控制阀13。通过Pelton Wheel(佩尔顿
水轮机)(一种双功(Dual work)能量交换器)或与低压泵6的
转子相连的压力交换器(未表示)除去能量后，将废盐水流14排放至环境中。将稀释的流11通至可除去溶质分离段15，这时从可除去溶质分离低盐度注射水流16。可除去溶质重新用于制备新鲜的第二股进料流10。低盐度注射水流16通至存储槽(未表示)，随后送至注射体系(未表示)。将至少一部分低盐度水流16加至清洁体系的槽17。周期性地将阀7和13关闭，并将低压泵6关闭，使得逆流洗涤正向渗透装置9的膜。随后将来自清洁体系的槽17的低盐度水通过泵18泵送至正向渗透装置9的膜8的第二侧，随后循环回槽17。位于清洁回路中的精细过滤器19除去从正向渗透装置9的膜8洗去的任何污垢物质。
