从产出流体中去除重金属的原位方法和系统的制作方法
【专利说明】从产出流体中去除重金属的原位方法和系统
[0001]相关申请交叉引用
[0002]根据35USC 119，本申请要求申请日均为2012年5月16日的美国专利申请序列号61/647，983和61/647，999的利益。本申请要求对前面提到的优先权和来自其的利益，通过引用将其公开内容并入本文中。
技术领域
[0003]本发明通常涉及从烃流体(例如原油和气体)中除去包括汞的重金属的工艺、方法和系统。
【背景技术】
[0004]重金属可以以痕量存在于各种类型的产出流体中，例如烃气体和原油。根据来源所述量可从低于分析检测极限至几千ppbw(按重量计算的ppb)变化。
[0005]已经公开了用于重金属去除的流体原位处理方法。美国专利公开号2011/0253375公开了从储层流出物中去除汞的设备和相关方法，所述方法通过放置被设计以将汞吸附到在井孔位置附近的物料，且使所述储层流出物流过吸附剂材料。美国专利公开号2012/0073811公开了通过向横穿含有烃产物的地下储层的井眼中注入固体吸附剂的汞去除方法。
[0006]石油和天然气的生产通常伴随着水的生产。产出水可以由地层水(天然存在于所述储层中的水)或预先注入到所述地层中的水组成。随着采收的储层的成熟，产生的水量增加。在开发和生产操作中，产出水是最大的单一流体料流。每天，美国石油和天然气生产商带到地表6千万桶的产出水。
[0007]仍然需要就在生产源从产出料流中去除重金属的改进的方法，特别是用于除去汞的改进的方法。
[0008]发明概述
[0009]在一方面，本发明涉及从地下含烃地层中采收烃同时从所述烃中除去重金属的方法。所述方法包括:将在所述烃中的重金属暴露于在稀释液中的固定剂，使得所述固定剂与所述重金属反应形成在所述稀释液中的重金属配合物；和经由生产井从所述地层中作为混合物采收所述烃和含有所述重金属配合物的稀释液。
[0010]在另一方面，本发明涉及从地下含烃地层中采收烃同时从所述烃中除去重金属的方法。所述方法包括:将在所述烃中的重金属暴露于在稀释液中的固定剂，使得所述固定剂与所述重金属反应形成在所述储层中沉淀且保留在所述储层中的不溶性重金属配合物；和经由生产井从所述地层中作为混合物采收所述烃和含有所述重金属配合物的稀释液。
[0011]在另一方面，本发明涉及从地下含烃地层中采收烃同时从所述烃中除去重金属的方法。所述方法包括:压裂所述地层以产生裂缝；提供含有固定剂的稀释液，使得所述固定剂与所述重金属在所述地层中反应，形成在所述稀释液中的重金属配合物；采收含有所述重金属配合物的稀释液；和经由生产井从所述地层中采收具有降低的重金属浓度的烃。
[0012]在另一方面，本发明涉及在从地下含烃地层中采收烃的同时从所述烃中除去重金属的原位方法。所述方法包括:压裂所述地层以产生裂缝；提供含有固定剂的稀释液，使得至少一部分的所述固定剂被吸附到在所述地层中的裂缝或岩石中；降低压力使得所述稀释液通过井眼回流；使所述烃通过具有被吸附在其上的固定剂的裂缝和岩石，其中在所述烃中的重金属与所述固定剂反应形成重金属配合物；和经由井眼从所述地层中采收所述烃。
[0013]在另一方面，本发明涉及从地下含烃地层中采收烃同时从所述烃中除去重金属的方法。所述方法包括:压裂所述地层以产生裂缝；提供含有固定剂的稀释液，使得所述固定剂扩散到在所述地层中的裂缝或岩石中以与在所述烃中的重金属反应；采收含有所述重金属配合物的稀释液；和经由生产井从所述地层中采收具有降低的重金属浓度的烃。
[0014]在仍另一方面，本发明涉及在从地下含烃地层中采收烃中原位去除重金属烃的系统。该系统包括:钻入到包含烃的地下地层中的井和平台上部生产设施。所述平台上部生产设施用于存储和处理从地下地层中采收的产出水并将含有所述固定剂的处理过的产出水注入到所述井中。
[0015]附图简述
[0016]图1是从产出流体中去除重金属的原位系统的实施方案的示意图。
[0017]图2是用于同时采收油并从所述采收的油中去除重金属的原位系统的第二个实施方案的示意图。
[0018]发明详述
[0019]下面的术语将被用在整个说明书中且将具有以下含义，除非另有说明。
[0020]“烃”指的是烃料流，例如原油和/或天然气。
[0021]“产出流体”指的是烃气体和/或原油。产出流体可以与烃类互换使用。
[0022]“原油”指的是烃材料，包括通常为液体形式的原油和凝析油。在一些温度和/或压力的地层条件下，所述原油可以呈固相。在某些条件下，所述原油可以呈缓慢流动的非常粘稠的液态相，如果流动的话。
[0023]“生产井”是产出流体通过其被从含油的地质地层输送到地表的井，无论所述表面是水或陆地。当自地层的所述原油到达地面，提供地面设备用于处理和加工它。
[0024]“平台上部生产设施”指的是在海上石油平台或平台连接组上的地面硬件，例如石油生产工厂和钻探设备。
[0025]“注入井”是通过其将至少一种处理剂从所述地面设备通入所述地质地层中的井。在一个实施方案中，井可交替地以生产和注入模式使用。一段时间，所述井可用于将材料注入到所述地层中。然后调整在所述井中的操作条件以允许原油流入所述井中，从其被回收到地面设备。
[0026]“痕量”指的是在产出流体中的重金属的量。所述量根据所述流体的来源和重金属的类型而变化，例如，从几个ppb至高达30，OOOppb的未和砷。
[0027]“重金属”指的是金、银、未、锇、舒、铀、镉、锡、铅、砸和砷。尽管在本文中的描述指的是汞去除，在一个实施方案中，所述处理去除一种或多种所述重金属。
[0028]“回流水”指的是在作为强化石油采收操作(例如，水力压裂操作)的一部分被置于地下地层中之后流回到所述地面的水。
[0029]“产出水”指的是在石油和天然气的生产中生成的水，包括地层水(天然存在于储层中的水)，以及通过矩阵注入或断裂注入预先注入到地层中的水，其可以是任何原生水、含水层的水、海水、脱盐水、回流水、工业的副产物水以及它们的组合。
[0030]“硫化汞”可以与HgS互换使用，指的是硫化亚汞、硫化汞或它们的混合物，其可以为辰砂、黑辰砂、超辰砂以及它们的组合的任何普通的相。通常，硫化汞以具有每摩尔汞离子i摩尔二价硫离子的化学计量当量的硫化汞的形式存在。
[0031]本发明涉及从来自地下含烃地层的产出流体(天然气和原油)中原位除去重金属(例如汞，砷等)的方法。在从所述地层中提取所述产出流体的过程中，将固定剂注入到所述地层中，所述固定剂与所述重金属反应且形成沉淀物和/或可溶性重金属化合物。形成的沉淀物和/或可溶性重金属化合物的量取决于存在于所述地层中的汞的类型以及使用的固定剂的量和类型。
[0032]含有重金属的产出流体:重金属(例如铅、锌、汞、银、砸、砷等)可以以痕量存在于所有类型的烃料流(例如原油和天然气)中。生产者会期望从原油中去除重金属，例如汞和铅。汞和/或砷的量可以根据原料来源从低于分析检测极限到几千PPb变化。
[0033]砷物种可以以各种形式存在于产出流体中，包括但不限于:三苯基胂(Ph3As)、三苯基胂氧化物(Ph3AsO)、砷硫化物矿物(例如，As4S4或AsS或As 2S3)、金属砷硫化物矿物(例如，FeAsS ； (Co, Ni, Fe) AsS ； (Fe, Co) AsS)、砷的砸化物(例如，As2Se5、As2Se3)、砷的反应性硫物种、有机砷物种和保持在小水滴中的无机砷。
[0034]汞可以以单质汞Hg°、离子汞、无机汞化合物和/或有机汞化合物存在于产出流体中。例子包括但不限于:卤化未、卤化亚未、氧化未、硫化未、硫酸未、硫酸亚未、未的砸化物、汞的氢氧化物、有机汞化合物以及它们的混合物。汞可以作为可以从烃类