对产出水部分脱盐以形成用于化石燃料提取的提取液的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种重新利用由化石燃料提取操作产生的产出水的方法。所述方法包括提供产出水作为电渗析系统的输入物。所述方法也包括运行所述电渗析系统以产生稀释液和浓缩液。所述稀释液被污染以致具有不低于0.1西门子/米的电导率。所述方法也包括重新配制所述稀释液以产生化石燃料提取液。所述方法也包括在所述化石燃料提取操作中使用产生的化石燃料提取液。所述电渗析系统包括第一和第二堆栈。所述电渗析系统也包括与所述第一和第二堆栈耦合的第一和第二电压源，以便向所述第一堆栈施加第一电压，所述第一电压比向所述第二堆栈施加的第二电压低至少约10％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2014年4月23日提交的标题为“用于对高盐度水脱盐的系统(SystemfortheDesalinationofHighSalinityWaters)”的美国临时申请号61/982,973的优先权，所述申请在此通过引用以其整体并入本文中。
本公开涉及重新利用从化石燃料提取操作中收集的产出水，并且更具体地涉及以低电压运行电渗析系统从而对产出水部分脱盐。从电渗析系统得到的稀释液可用于形成化石燃料提取液。
技术介绍
化石燃料提取系统通过将至少新鲜水与粘度调节剂组合来产生提取液。提取系统将该提取液注入井中。在注入后，含至少新鲜水的流体作为产出水返回至地面。所述系统收集产出水，通过蒸馏使水再循环，并将蒸馏水与新鲜水和粘度调节剂组合以形成更多提取液。蒸馏产生高纯度的水，但是也给提取系统增加了大量成本。
技术实现思路
根据本公开的一个实施方式，一种方法重新利用由化石燃料提取操作产生的产出水。该方法包括提供产出水作为电渗析系统的输入物。该方法也包括运行电渗析系统以产生稀释液和浓缩液。稀释液被污染以致具有不低于0.1西门子/米的电导率。该方法也包括重新配制稀释液以产生化石燃料提取液。该方法也包括在化石燃料提取操作中使用产生的化石燃料提取液。在各种实施方式中，重新配制包括添加粘度调节剂。粘度调节剂可选自减阻剂、聚合物交联剂、聚合物以及其任何组合。重新配制可以包括添加水性液体。在一些实施方式中，电渗析系统被配置成在每个堆栈(stack)中以至少约50安培/m2的最小电流密度运行。在一些实施方式中，稀释液被污染以致具有不低于0.3西门子/米、1.0西门子/米、3.0西门子/米或者10.0西门子/米的电导率。根据本公开的另一实施方式，一种方法操作电渗析系统。该电渗析系统具有至少一个至少一对电极的堆栈。至少一个具有阴离子交换膜和阳离子交换膜的电池对被布置在至少一部分电极之间。系统被配置成采用V/被布置在所述至少一对电极之间的电池对的被施加至所述至少一对电极的电压。系统被配置成利用具有低于0.3西门子/米的电导率的液体进料进行常规操作。该方法包括提供具有高于0.3西门子/米的电导率的液体进料，以及向所述至少一对电极施加低于约0.2V/电池对的电压。在各种实施方式中，液体进料具有高于约1.0西门子/米、高于约3.0西门子/米或者高于约10.0西门子/米的电导率。电压可以低于约0.15V/电池对或者约0.10V/电池对。根据本公开的另一实施方式，电渗析系统包括第一和第二堆栈。每个堆栈具有至少一对电极，在所述至少一对电极之间布置有至少一个具有阴离子交换膜和阳离子交换膜的电池对。第一和第二堆栈中的每个堆栈具有稀释液输入物、稀释液输出物和浓缩液输出物。第一堆栈的稀释液输出物与第二堆栈的稀释液输入物流体连接。第一和第二电压源分别与第一和第二堆栈的所述至少一对电极耦合，以便向第一堆栈施加第一电压，并且向第二堆栈施加第二电压。第一电压比第二电压低至少约10％。在各种实施方式中，第一电压比第二电压低至少约20％，或者至少约50％。在一些实施方式中，第一电压为约0.1V/电池对。第一堆栈可以具有第一电阻，并且第二堆栈可以具有第二电阻。第一电压与第二电压的比率约等于第一电阻与第二电阻的比率的平方根。附图说明通过参考下面的详细说明，结合参考附图，将更易于理解实施方式的上述特征，其中：图1示出在化石燃料提取操作中重新利用产出水的示例性常规系统的示意图；图2示出根据本公开的一个实施方式在化石燃料提取操作中重新利用产出水的示例性系统的示意图；图3示出电渗析堆栈的示例性示意图；图4示出图3的电渗析堆栈的操作的示例性示意图；以及图5示出用于对产出水部分脱盐的示例性多堆栈电渗析系统。具体实施方式定义。除非上下文另有要求，否则本说明书和权利要求书中使用的下列术语应该具有所指出的含义：“产出水”是指在化石燃料提取操作之后返回至地面的流体。产出水可以包括返排水。“化石燃料提取液”是指选自水力压裂液、先进采油中使用的流体以及其组合的流体。“化石燃料提取操作”是指选自水力压裂、先进采油及其组合的操作。当液体含有离子型溶解固体时，液体“被污染”。“电压源”是用于向负载供应电压的布置。第一和第二电压源不需要从两个独立的电路引出，只要每个电压源提供归属于它的电压水平即可。水的使用和管理对常规化石燃料提取操作带来显著的成本。图1示出用于提取化石燃料的常规系统100，其中提取液发生器105向至少新鲜水107添加粘度调节剂，诸如减阻剂、交联剂和/或聚合物，以产生提取液109。系统100将提取液109注入井110中。通过压裂地下的岩石层，提取液109使化石燃料床松动，并且由此使得能够更容易地采收燃料。可替选地或者作为组合，在先进采油中，提取液109可以用于冲刷来自地下地层的油。来自提取液109的水作为产出水111返回至地面，提取系统100收集所述产出水111并将所述产出水111输送至其蒸馏系统115。蒸馏系统115对产出水111进行蒸馏，并且提取液发生器105将蒸馏水117与新鲜水107并且进一步与粘度调节剂组合，以产生用于后续操作的更多提取液109。当来自提取液109的水返回至地面时，水111由于溶解了来自地表的各种固体而变成被污染的。结果，产出水111是含盐的(例如，在约0.1西门子/米至约5.0西门子/米之间)并且有时是高度含盐的(例如，超过约5.0西门子/米)。由于已知在与含盐量较高的流体一起使用时常见的粘度调节剂变得不太有效，所以可以依赖完全脱盐的水来以一致的方式产生有效提取液。出于这些原因，在常规的化石燃料提取系统中，蒸馏已经成为用于使产出水再循环的优选处理。由于蒸馏也是昂贵的程序，所以蒸馏系统115对化石燃料提取的成本作出了显著的贡献。例如，水的使用和管理可能占运行总成本的10-15％。由于许多惊人的发现，本专利技术的实施方式提供了能量高效并且成本有效的措施来改进常规的化石燃料提取系统。例如，实施方式使用比先前使用的具有更高盐度的流体产生了有效提取液109，所述流体也是通过非常规方法获得的。与使用蒸馏来完全纯化水相比，采用电渗析对产出水部分脱盐产生了显著的节约。这些节约能够超过使用更高电导率的流体配制提取液的缺点。此外，当粘度调节剂超过待与其混合的流体的电导率的阈值水平时，与对产出水进行蒸馏或者将产出水与大量新鲜水混合相比，使用电渗析以将产出水的电导率降低至阈值水平可能是更成本有效的。这种发现使得在化石燃料提取系统中使用的蒸馏水不必是纯净的，并且实施方式使用其它较廉价的脱盐处理来替代蒸馏。具体来说，实施方式使用电渗析以将产出水部分脱盐至对于在化石燃料提取操作中使用来说仍然可行的盐度。出于许多原因，电渗析还不是用于处理高度含盐流体的显然候选。第一，电渗析常规地用于对盐度水平比海水低得多的流体脱盐，所以还不知道、未测试过并且未认识到其用于处理产出水的潜在优点。第二，电渗析系统通常在高电压下运行。将这种假定外推到高盐度产生了比实际发生的能量成本更高的能量成本的错觉。实施方式提供使得化石燃料提取操作能够用电渗析系统215代替蒸馏系统115的电渗析系统，以及其操作方法，如图2中所示。在这些改进的系统中，电渗析系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种重新利用由化石燃料提取操作产生的产出水的方法，所述方法包括：提供产出水作为电渗析系统的输入物；运行所述电渗析系统以产生稀释液和浓缩液，其中所述稀释液被污染以致具有不低于0.1西门子/米的电导率；重新配制所述稀释液以产生化石燃料提取液；以及在所述化石燃料提取操作中使用产生的化石燃料提取液。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.23 US 61/982,9731.一种重新利用由化石燃料提取操作产生的产出水的方法，所述方法包括：提供产出水作为电渗析系统的输入物；运行所述电渗析系统以产生稀释液和浓缩液，其中所述稀释液被污染以致具有不低于0.1西门子/米的电导率；重新配制所述稀释液以产生化石燃料提取液；以及在所述化石燃料提取操作中使用产生的化石燃料提取液。2.根据权利要求1所述的方法，其中重新配制包括添加粘度调节剂。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述粘度调节剂选自减阻剂、聚合物交联剂、聚合物以及其任何组合。4.根据权利要求1所述的方法，其中重新配制包括添加水性液体。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述电渗析系统被配置成在每个堆栈中以至少约50安培/m2的最小电流密度运行。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述稀释液被污染以致具有不低于0.3西门子/米的电导率。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述稀释液被污染以致具有不低于1.0西门子/米的电导率。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述稀释液被污染以致具有不低于3.0西门子/米的电导率。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述稀释液被污染以致具有不低于10.0西门子/米的电导率。10.一种操作电渗析系统的方法，所述电渗析系统具有至少一个至少一对电极的堆栈，在所述至少一对电极之间布置有至少一个具有阴离子交换膜和阳离子交换膜的电池对，其中所述系统被配置成采用V/被布置在所述至少一对电极之间的电池对的被施加至所述至少一对电极的电压，所述系统被配置成利用具有低于0.3西门子/米的电导率的液体进料进行常规操作，所述方法包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·H·里恩哈德，罗南·吉联·麦戈文，孙立格，亚当·迈克尔·维纳尔，赛义德·M·组拜尔，
申请(专利权)人：麻省理工学院，法赫德国王石油和矿业大学，
类型：发明
国别省市：美国;US