[發(fā)明專利]用逆流降膜蒸發(fā)器使脫油的水再循環(huán)的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201180065720.0
• 申請(qǐng)日: 2011-12-12
• 公開（公告）號(hào): CN103391898A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: D·P·比約克隆;D·克爾賽;G·J·曼迪戈;C·蒂瓦里
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 水技術(shù)國(guó)際公司
• 主分類號(hào): C02F1/04
• 分類號(hào): C02F1/04;C02F9/04
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 王初

與相關(guān)申請(qǐng)的交互參考

本申請(qǐng)要求2010年12月14日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.61/422,965的優(yōu)先權(quán)。所述美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)以參引方式包括在本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的各實(shí)施例涉及用以使重油開采用的脫油水再循環(huán)的方法、系統(tǒng)和設(shè)備。

背景技術(shù)

石油可以用許多工藝流程從地下油藏中提取。那些工藝流程的其中之一是蒸汽助推重力驅(qū)（Steam-Assisted?Gravity?Drainage,SAGD）。在典型的SAGD工藝流程中，用蒸汽來井下注入以增大石油的流動(dòng)性并可供將石油從地層中抽取出。該工藝流程產(chǎn)生大量的水，上述水包括石油和其它污染物，通過生產(chǎn)井流到地面。對(duì)該工藝過程來說，重要的是由于兩個(gè)主要原因而使該水再循環(huán)。

首先，為SAGD工藝流程生產(chǎn)蒸汽的鍋爐要求大的給水流動(dòng)速率，通常是開采的石油體積的3-6倍。由于節(jié)水和減小對(duì)外部某些水資源（如淡水和微咸水）的影響的原因，該鍋爐給水要求通常能通過使在生產(chǎn)井中返回地面的水再循環(huán)高度地（>90%）得到滿足。

其次，在生產(chǎn)井中返回地面的水含有污染物，不允許該水流簡(jiǎn)單地排放到環(huán)境中。

由于與大量水的提取、使用和處理有關(guān)的費(fèi)用高和潛在環(huán)境影響的原因，所以理想的是重新使用SAGD工藝流程中的水。

在SAGD所產(chǎn)生的水的再循環(huán)中可以使用的一個(gè)部件是蒸發(fā)器。對(duì)這種應(yīng)用歷史上專門使用順流豎向管降膜（VTFF）蒸發(fā)器。它們普遍使用的原因包括：1）在一個(gè)容器中提供大量可用的傳熱表面積的能力；2）大量傳熱表面積可使每個(gè)蒸發(fā)器的蒸發(fā)能力達(dá)到最大；3）豎向設(shè)計(jì)有效地減小占地面積（生產(chǎn)空間需要）；4）與其它蒸發(fā)器型式相比可達(dá)到高的總傳熱系數(shù)（HTC）；5）與其它蒸發(fā)器型式（用高HTC實(shí)現(xiàn)）相比較低的功耗要求（生產(chǎn)每加侖餾出物）和6）順流蒸發(fā)器自然設(shè)計(jì)成具有按傳統(tǒng)考慮水化學(xué)管理的要求的大池（sump）體積。

順流VTFF蒸發(fā)器通過連續(xù)地使水的大體積流量從蒸發(fā)器池循環(huán)到上蓋而工作，在該上蓋處將鹽水作為降膜分配到傳熱表面（管）中。隨著蒸汽在管的外部冷凝，使一部分降膜蒸發(fā)并與降膜一起向下行進(jìn)，在該處蒸汽被分離并從蒸發(fā)器流出（參見圖2和3）。

順流蒸發(fā)器實(shí)際上很高并能在地平面上延伸高達(dá)150英尺。該高度的大約三分之一是由于傳熱表面要求（豎向管長(zhǎng)度），而最末端高度的平衡多半是由于蒸發(fā)器池的重要要求。由于三個(gè)主要原因而要求蒸發(fā)器池很大。首先，必須提供足夠的體積（在底管板下方和液位上方）以便蒸汽能從蒸發(fā)器管釋放和能從蒸發(fā)器容器釋放出）。其次，要求某一最小池體積以便能最初起動(dòng)再循環(huán)泵而不使泵磨損。在再循環(huán)泵開始起動(dòng)時(shí)，隨著從池中取出液體體積并充裝再循環(huán)管道、充裝上蓋并覆蓋蒸發(fā)器管，蒸發(fā)器池中的液位快速地下降。池必須足夠大以便允許這種體積變化，而不迅速地磨損再循環(huán)泵。應(yīng)該注意，在再循環(huán)泵停止時(shí)情況也相反：保持在蒸發(fā)器和再循環(huán)管道中的水在再循環(huán)泵停止之后緊接著很快地收集在蒸發(fā)器池中。池體積必須大并足以適應(yīng)這些常見的瞬態(tài)工作情況二者。這是任何順流VTFF蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)中所固有的。

最后，池也必須包含大體積以便在鹽水循環(huán)到上蓋并分布到傳熱表面上之前達(dá)到化學(xué)平衡。如果在循環(huán)到管上之前未達(dá)到化學(xué)平衡，則溶解的成分會(huì)逐漸沉淀并在蒸發(fā)器管上形成結(jié)垢，而使傳熱效率快速降低。蒸發(fā)器池體積是關(guān)鍵的結(jié)垢最小化參數(shù)。

蒸發(fā)器池體積的重要性在目前適合于SAGD應(yīng)用的工藝中簡(jiǎn)單地理解為達(dá)到化學(xué)平衡的停留時(shí)間。例如，由Heins（受讓方Ionics,Incorporated）提出的加拿大專利No.CA2307819（“Heins專利”）提出一種升高蒸發(fā)器內(nèi)部蒸發(fā)器濃鹽水的pH值的工藝流程。在這種工藝流程中此處硬度成分水平通常是在5mg/L-25mg/L的范圍內(nèi)（以CaCO₃計(jì)），硬度成分將以碳酸鈣和氫氧化鎂形式從溶液中沉淀。這些反應(yīng)要求延長(zhǎng)時(shí)間長(zhǎng)度以達(dá)到平衡并完成；根據(jù)工作狀況不同，時(shí)間長(zhǎng)度可以是4-10分鐘。如果在蒸發(fā)器池中不提供這種停留時(shí)間，則將發(fā)生來自這種軟化反應(yīng)的沉淀而在管表面處引起結(jié)垢和差強(qiáng)人意的蒸發(fā)器性能。即使在蒸發(fā)器池中設(shè)有長(zhǎng)停留時(shí)間的蒸發(fā)器也仍以一定頻率結(jié)垢，因?yàn)樘峁┐蟮阶阋员ＷC從池排出的鹽水真正處于平衡也是不切實(shí)際的。