[发明专利]盐水处置的方法

说明书

本发明涉及处理废水的方法，更具体涉及处理和处置废水（例如油井和/或气井开采中产生的盐水）的方法。

在过去，已经提出了各种处理和处置废水或污水或盐水的方法。废水、污水或盐水可能在不同的工业（例如食品加工和电力工业）中产生。产生这种废水的一个特殊领域是油井和/或气井的开采现场。

从地下岩层中回收石油或天然气时，往往产生盐水。通常，在产生油和/或气的岩层间隙中除含有油和/或气之外还含有盐水。油井或气井开采过程中产生的压力梯度不仅导致油和/或气而且还导致盐水流入钻井。典型的盐水由一些盐例如碳酸氢钠和氯化钠的水溶液组成。其它的盐和化学成分也可能含在盐水溶液中。典型的盐水中的化学成分使其与人类的需要不相宜，往往导致油井的开采面临难题，不得不处置相当大量的盐水使其达到环境允许的状态。

油井和/或气井开采中产生的盐水的传统处置方法包括使用注入井。注入盐水的岩层厚度希望在60.96米或以上。此外，盐水的化学成分必须与岩层流体中的成分一致，以使注入量或堵塞或对岩层的其它损害降低到极小程度。事实上，盐水中即使仅含有少量的胶体物质（采用传统的方法往往难以分离）也会严重影响钻井附近岩层的渗透性。如果丧失渗透性，就可能需要进行酸化或使岩层破裂，以恢复岩层的渗透性。

根据以上所述，建造注入井所需的钻探和安装套管的费用可能非常高-可能接近100万美元。除此之外，还有竣工和改造（包括岩层断裂和油井增产的措施）的费用。此外，尚有注入设备的费用。上述费用总计可达甚至超过250万美元。

除了建造盐水处置注入井需要相当高的费用之外，还要为钻探和试验初勘注入井的大笔风险投资担心。例如，注入深度的控制受到大约10英里水平断错（offset）的限制。并且，注入区的沙层厚度变化不定，往往不能满足这种井的要求。在某些情况下，钻探的结果是没有注入沙层浸染的干钻井。这些失效井也会增加盐水处置的费用。

此外，与注入井相关的问题，诸如盐水处置的范围广、是否可靠和环境上是否安全等，常受到联邦土地管理机构、地方当局和生产厂家的质疑。联邦、州和地方的有关健康、环境保护和水质的管理条例也使现有的处置方法更复杂和更耗费。

在现有注入井的情况下，所担心的问题不象上述提到的那样严重，因为许多建设费用早已投入。然而，在这种情况下，注入井的处置能力可能限制油和气的产量。在油井或气井每天产生1，000-10，000桶盐水的条件下，这种情况并不罕见。如果注入井不能处置这样数量的盐水，那么，油井或气井的生产率将会受到不必要的限制。

因此，环境上和经济上可行的盐水处置方法的使用价值主要在于成功地运行油和/或气生产井。此外，经济的盐水处置方法能够扩大油和气的产量，从而能增加可回收的油和气的储量。

根据本发明的方法可以提供一些处理和处置废水例如油井或气井开采过程中产生的盐水的方法。这些方法对上述缺点和缺陷并不那么敏感。

按照本发明的一种方案，该方法包括在油井和/或气井开采过程中回收盐水，将回收的盐水通过反渗透装置产生一级液流（具有的一级盐浓度低于回收盐水盐浓度）和盐浓度高于回收盐水盐浓度的二级液流，将该二级液流通过燃气热蒸发器，产生三级液流以及水蒸汽。然后，将该三级液流（其盐浓度高于二级液流的盐浓度）与一种液体混合产生盐水混合液。此后，将所得的盐水混合液注入地下岩层。为了产生注入的盐水混合液，将该三级液流与液体按下列方式进行混合：在注入过程所处的温度下，控制所得盐水混合液的盐浓度低于溶液中盐的最大溶解度，这样就可使盐水混合液在注入过程和注入地下岩层后，其中所含的盐仍然保持在溶液中。采取这样的方法，可以避免地下岩层堵塞。

在一种优选的实施方案中，为了防止反渗透装置被污物堵塞，并将痕量元素或化学物质例如钡、锶或苯（可能影响一级液流在工业上或其它用途上的使用性能）除去，可以添加防垢剂对回收的盐水进行预处理。从反渗透装置产生的一级液流优选盐浓度低于500ppm，以提供工业上能利用或在环境中能安全处置的饮用水源。用来与来自燃气热蒸发器的三级液流混合，以产生注入地下岩层的盐水混合物的液体可以从原始的盐水液流或从预处理后的盐水流抽取。另外，通过反渗透装置和燃气热蒸发器的体积流量最好加以控制以形成稳态操作的条件。