NO773732L - Fremgangsmaate for behandling av vaeske inneholdende fast og flytende forurensning - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte til

ut filtrering, spesielt for bruk ved tnn-vinning av olje, og særlig

ved innvinning av olje fra kyst- eller offshore-operasjoner. Oppfinnelsen angår videre en fremgangsmåte til innvinning av

råolje fra et oljereservoar, og denne fremgangsmåte innebærer innsprøyting av sjøvann i reservoaret.

Et petroleumreservoar består av et formet porøst lag av bergarter som er tettet av et ugjennomtrengelig bergartmateriale. Beskaffenheten av reservoarets bergartmateriale er meget viktig etter som olje er til stedet i de små rom eller porer som ad-skiller de enkelte bergartkorn. Sandsten og kalksten er vanlig-

vis porøst og flesteparten av disse er de mest vanlige typer av reservoar-bergartmaterialer. Porøse bergarter kan noen ganger også inneholde sprekker, hvilket forøker reservoarets oljelagrings-kapasitet.

Råolje finnes vanligvis i et reservoar i forbindelse med saltvann og gass. Oljen og gassen opptar den øvre del av reservoaret og under kan man finne et betydelige volum vann som strekker seg gjennom de nedre deler av bergartmaterialet.

Denne vannholdige del av reservoaret, som er under trykk, er kjent som "aquifer". Avhengig av råoljens egenskaper, temperaturen og trykket, kan gassen eksistere i oppløsning i oljen eller som en separat fase i form av en gasskappe. Avhengig av formasjons-

form, reservoar-bergartmateriales petrografi, råoljens migrerings-historie og områdets geologi, kan aquifer-delen være tilstede eller ikke, som en gjenkjennelig enhet.

For at olje skal kunne bevege seg gjennom porene i reservoar-bergartmaterialet og ut i bunnen av en brønn, må

trykket hvorunder oljen befinner seg i reservoaret, være større

enn trykket ved brønnens bunn.

Vannet i aquifer-laget er under trykk og er en potensiell energikilde. Den oppløste gass som er forbundet med oljen, er en annen energikilde og dette gjelder også den frie gasskappen når denne er tilstede. Produksjonsmekanismene som skiller disse energikilder sin eksistens betegnes "vanndriv", "oppløsningsgass-ekspansjon" (eller "uttømmingsdriv") og "gasskappe-ekspansjon" , respektivt. Den naturlige drenering av oljen gjennom reservoar-bergartmaterialet under innvirkning av sin egen vekt, kan forøke eller dominere uttømmingsdriv-mekanismen. En kombinasjon av drivmekanismer kan virke i det.samme reservoar. Vanligvis vil imidlertid et system dominere de andre.

Foreliggende oppfinnelse er spesielt anvendelig i forbindelse med vanndriv-mekanismen, som skal beskrives nærmere i det følgende.

Når aquifer-laget strekker seg over et stort område og

er like porøst og gjennomtrengelig som den oljeholdige del i reservoaret, er det store vannvolumet som er under trykk i de omgivende deler av hovedformasjonen, mer eller mindre i direkte kontakt med oljen. Under disse betingelser er det et stort energiforråd tilgjengelig for opprettholdelse av trykket i oljesonen mens produksjonen finner sted. Denne energi kommer fra ekspansjonen av aquifer-vannet forårsaket av reduksjonen i trykk som resulterer fra fjerningen av olje fra reservoaret, samt en kontraksjon av de aktuelle porerom og således sammenpressing av bergartmaterialet som et hele. Skjønt vann er bare meget liten sammenpressbart, er det vanligvis et betydelig volum vann i aquifer-delen.- sammenlignet med oljevolumet i oljesonen - og dets volumøkning, p.g.a. et meget svakt trykkfall, kan være meget stor. Vannet beveger seg inn i porene og skyller oljen ut av disse etter hvert som det rykker fremover. Ved en slik mekanisme vil reservoartrykket opprettholdes i en grad som avhenger av størrelsen og gjennomtrengeligheten av aquifer-laget og oljeproduksjonshastigheten, og fortrengningseffekten til vannet kan resultere i utvinning av en relativt høy andel av oljen som opprinnelig er tilstede i oljesonen.

Vanndriv anses for å være den mest effektive utvinnings-mekanisme. For å gi denne mekanisme mulighet til å virke ved maksimal effektivitet, er det nødvendig å begrense oljeproduksjons hastigheten slik at aquifer-vannet kan komme inn i den fri-gjorte del av den oljeholdige sone så snart som oljen er fjernet. Dersom oljeproduksjonshastigheten overskrider denne grense, vil man få et fall i reservoartrykket og en følgelig reduksjon i den energi som er tilgjengelig for produksjon av olje.

Den tid kan komme i et oljefelts virketid da det naturlige trykk i reservoaret har falt til et nivå hvor det ikke lenger er tilstrekkelig stort til å tvinge oljen ut av porene i bergartmaterialet og opp til bunnen av brønnen. Dette trinn kan nås lenge før størstedelen av oljen er utvunnet av reservoaret.

Tidligere vår det vanlig å stole på naturlig ekspansjon så lenge som mulig og bare ty til kunstige produksjonsmetoder når det naturlige trykk falt for lavt til å opprettholde en rimelig strøm. Man har nå blitt klar over at oljeutvinningen fra et reservoar kan bli meget større dersom trykket ikke gis anledning til å falle betydelig i de tidlige trinn av produksjonen. Likeledes, ved å benytte kunstige metoder for opprettholdelse av trykket tidlig i reservoarets levetid, kan produksjonsuttaksmengder ofte maksimeres økonomisk fordelaktig.

Således, for å opprettholde trykket eller for å akseler-ere den naturlige ekspansjon eller for å initiere en ekspansjon der ingen forekommer naturlig, er det ofte nødvendig å benytte den teknikk som er kjent som sekundærutvinning. Den enkleste metode til å tvinge oljen ut av reservoar-bergartmaterialet på, er ved direkte fortrengning med en annen fluid. Når vann anvendes, kalles sekundæreutvinningsprosessen vannflømming.

Vannflømming er en av de beste og mest utbredt benyttede sekundærutvinningsmetoder. Vann injiseres under trykk i reservoar-bergartmaterialet via injeksjonsbrønner og driver oljen gjennom bergartmaterialet inn i nærliggende produksjons-brønner. ^Ved denne operasjonstype er det meget viktig å sørge for -a^ injeksjonsvannet er fritt for suspenderte partikler eller kjemiske eller biologiske stoffer som kan bevirke en delvis eller fullstendig blokkering av porekanalene i reservoar-bergartmaterialet .

Med reservoarer offshore eller langs kysten, dvs. reservoarer som har en rikelig, lett tilgjengelig tilførsel av sjøvann, er det klart en fordel å gjøre bruk av dette. Friskt sjøvann er imidlertid ikke egnet for direkte injeksjon av flere grunner. Det inneholder betydelige mengder oppløst oksygen, ca.

10 ppm ved 10°C, hvilket er tilstrekkelig til å indusere

korrosjon og fremme bakterievekst. I tillegg til dette inneholder sjøvann naturligvis oppløste salter, hovedsakelig klorider av natrium og magnesium, men kalsium, -sulfater, -karbonater og -bikarbonater er også tilstede sammen med flere- sporelementer og radikaler. Sjøvann er svakt alkalisk med en pH-verdi på omkring 7,6. Det inneholder også uorganisk detritus, marine organismer og bakterier, og mengden av dette kan variere med årstiden og den grad plattformkonstruksjonen har blitt påvirket av oppbygningen av nye ecosystemer. Av denne grunn må sjøvann underkastes en grundig behandling før injisering, og denne behandling omfatter sterilisering, deoksygenering og tilsetning av forskjellige inhibitorer.

Det er nødvendig å filtrere vannet før injeksjon, men

filtreringstrinnet gir opphav til spesielle problemer.

Resten som resulterer fra filtreringen, kan være et gelatinøst materiale av ubestemmelig sammensetning av både organisk og uorganisk opprinnelse. På grunn av forutgående behandling blir sjøvannet og dets innhold vanligvis utsatt for kraftig skjæring, f.eks. ved hjelp av pumper og innvirkning av varme tilført for å assistere deoksygenering, før filtrering.

Resten er et materiale som er vanskelig å behandle og som hurtig tilstopper konvensjonelle filterhjelpemidler, klebe seg til disse og er vanskelige å fjerne ved hjelp av konvensjonelle tilbakevaskingsteknikker.

Det antas at materialet holdes tilbake på filteret p.g.a. flere mekanismer inkludert, men ikke begrenset til adsorbsjon, bioadhesjon og Van der Waal-krefter.

Sandfiltere er foreslått for fjerning av dette materialet fra sjøvann p.g.a. deres filtreringseffektivitet og lette regenerering, men de er store og tunge og er uegnet for bruk på offshore-plattformer hvor plass og vekt er meget viktig.

Man har derfor et to-sidig problem som ikke kan løses ved bruk av konvensjonelle filtre - for det første,tendensen

til konvensjonelle filtre å bli blokkert, og for det annet,

og enda viktigere, den kjennsgjerning at konvensjonelle filtre ikke kan holde tilbake alt potensielt skadelig materiale.

Det er nå oppdaget at det materiale som passerer gjennom filteret inneholdet voksholdige lipider som resulterer fra nedbrytningen av copepoder. Disse materialer er flytende når de dannes og passerer derfor gjennom konvensjonelle filtre, men kan deretter stivne og derfor blokkere eventuelt porøst medium hvor det befinner seg.

Det er nå oppdaget at disse materialet kan hindres fra å oppsamles, ved å holde dem dispergert i vann ved hjelp av et dispergeringsmiddel, hvorved man tilveiebringer vann av tilfreds-stillende kvalitet for oljefelts-injeksjon eller for andre indu-strielle anvendelser, slik som kjølevann.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det således tilveiebragt en fremgangsmåte til behandling av en væske inneholdende faste og flytende urenheter, hvorved væsken føres gjennom et filtermedium for å fjerne faste urenheter og hvorved et dispergeringsmiddel tilsettes for å opprettholde flytende urenheter i en findispergert tilstand.

I foreliggende sammenheng omfatter uttrykket "fast" be-tegnelsen "gelatinøs".

Fremgangsmåten er spesielt egnet for filtrering av sjø-vann inneholdende macerert organisk og muligens, uorganisk detritus og ifølge et annet trekk ved oppfinnelsen, tilveiebringes en metode for behandling av sjøvann omfattende føring av sjø-vann gjennom et filtermedium for å fjerne faste urenheter og tilsetning av et dispergeringsmiddel for å opprettholde flytende urenheter i en fint dispergert tilstand.

Et egnet filtermedium er beskrevet i britisk patent nr.

(søknad nr. 11957/77).

Filtermediet kan omfatte fibre med en diameter i området 8-15 mikron og ha en høy "Hamaker"-konstant og er moderat hydrofile.

Dersom fibrene er hydrofobe, vil bio-adhesjonen til det proteinholdige materialet, være meget sterk og regenerering av filtret ved vasking blir meget vanskelig.

Fibrene er fortrinnsvis ikke negativt ladet ved pH-verdien til sjøvannet. En negativ ladning ville skape tilbake-støtende krefter med de marine utsondringer som i seg selv er negativt ladet.

Filtermediet har fortrinnsvis en snever porstørrelses-fordeling, dvs. er en homogen blanding.

Filtermediet har fortrinnsvis en vannpermeabilitet på

omkring 20 l/dm 2 /min. ved 0,14-0,21 kg/cm 2man.trykk. Filtermediet har fortrinnsvis en tykkelse på 2-20 mm, helst ca. 10 mm.

Egnede fibermaterialer for filtermediet er metaller,

uorganiske oksyder og organiske polymere, f.eks. polyamider, polyakrylmaterialer, polyestere, fenoliske harpikser og regen-erert cellulose.

Dispergeringsmidlet tilsettes fortrinnvis før væsken

filtreres.

Egnede dispergeringsmidler er oljeoppløselige dispergeringsmidler og vannoppløselige dispergeringsmidler.

HLB-verdien til dispergeringsmidlet er fortrinnsvis i

området 8-18.

Foretrukne dispergeringsmidler er ikke-ioniske i sammensetning, helst polyoksyalkylenalkanoler. Av de sistnevnte har den mest foretrukne en polyoksyetylen-kjede. med 8-12 oksyetylengrupper og en alkanolkjede med høyst 12 karbonatomer. En balanse mellom oksyetylen- og alkanol-kjedene regulerer mole-kylets overflateaktivitet, oppløselighet og kritisk micelle-konsentrasjon.

Ifølge et ytterligere trekk ved oppfinnelsen, er det tilveiebragt en fremgangsmåte til gjenvinning av olje fra et reservoar ved kysten eller offshore, og denne fremgangsmåte omfatter tilsetning et dispergeringsmiddel til sjøvann, filtrering av sjøvannet gjennom et filtermedium som beskrevet oven-for, injisering av det behandlede sjøvann inn i reservoaret gjennom en injeksjonsbrønn, og utvinning av råolje fra reservoaret gjennom en produksjonsbrønn.

Oppfinnelsen illustreres ved hjelp av følgende eksempler.

Eksempler

Dispersjoner av modellvokser (heksadecyloleat eller oleyloleat) i en mengde på 100 ppm i Nordsjøvann, ble benyttet til å teste de dispergerende virkninger til forskjellige dispergeringsmidler som ble tilsatt ved 100 ppm-nivå. Voksdispersjonene ble fremstilt ved rysting med hånd fulgt av ultra-lydvibrering; ved tilsetning av dispergeringsmidlet ble prøvene rystet kraftig med hånd.

De teknikker som ble benyttet til å kontrollere for-andringer i voksdispersjonene var (i) dispersjonenes turbiditet

(påvist ved direkte observasjoner, samt en mer følsom påvisning med et spektrofotometer) og (ii) voksdråpe-størrelsene sett under et optisk mikroskop.

Alle forsøk ble utført ved romtemperatur.

Følgende resultater ble oppnådd:

Claims (10)

1. Fremgangsmåte til behandling av en væske inneholdende faste og væskeformige urenheter, karakterisert ved at man fører væsken gjennom et filtermedium for å fjerne faste urenheter og tilsetter et dispergeringsmiddel for å opprettholde de væskeformige urenheter i dispergert tilstand.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det benyttes et filtermedium som omfatter fibre med en diameter i området 8-15 m ikron.

3. Fremgangsmåte^ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved aÉ*yrlfirene- i filtermedie^åx^iVke er negativt ladet ved pH-verdien for sjøvann.

4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de fore-gående krav, karakterisert ved at dispergeringsmidlet tilsettes før væsken filtreres.

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de fore-gående krav, karakterisert ved at det anvendes et dispergeringsmiddel som har en HLB-verdi i området 8-18.

6. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de fore-gående krav, karakterisert ved at dispergeringsmidlet et ikke-iohisk dispergeringsmiddel.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at det som ikke-ionisk dispergeringsmiddel anvendes en polyoksyalkylenalkanol.

8. Fremgangsmåte ifølge kirav 7, karakterisert ved at polyoksyalkylen-kjeden i dispergeringsmidlet inneholder 8-12 oksyetylengrupper og at alkanolkjeden inneholder høyst 12 karbonatomer.

9. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de fore-gående krav, karakterisert ved at væsken som skal behandles er sjøvann inneholdende macerert organisk og/eller uorganisk detritus.

10. Fremgangsmåte for utvinning av olje fra et reservoar ved kysten eller offshore, karakterisert ved at man behandler sjøvann ifølge fremgangsmåten i krav 9, injiserer det behandlede sjøvann i reservoaret gjennom en injeksjonsbrønn og utvinner råolje fra reservoaret gjennom en produksjonsbrønn.