使用旋转填料床装置使海水脱气的系统和方法与流程

本公开涉及可用于使海水脱气的系统和方法，特别是利用旋转填料床装置。本公开还涉及注水以提高地下储层的油采收率的方法。背景注水(其中将水泵送到烃生产储层中)在石油和天然气工业中已经实施，以在陆上和海上储层位置维持储层压力并提高油采收率(eor)。注入的水需要在注入之前脱气，即除去不需要的气体如氧气，以控制微生物的生长并防止地下管道的腐蚀。在eor系统中通常在注水之前，进行真空填料塔汽提或燃料气体填料塔汽提随后用氧清除化学品处理，以进行水的脱气。利用催化剂的其他技术也可用于除去氧(例如，可从minoxtechnologyas,notodden,norway商购的minox)。需要改进的替代系统和方法，其提供适合于在eor中注入的脱气水。期望具有系统和方法，提供在海上平台和船舶上部署的改进的成本、重量和紧凑性。概要在一个方面，一种用于对含有氧气、空气和/或二氧化碳的进料海水流进行脱气的方法。所述方法包括提供旋转填料床装置，所述旋转填料床装置包括设置在壳体内的一个或多个可旋转填料环，其中所述一个或多个可旋转填料环限定了内部区域；用于将液体供给到所述内部区域的壳体中的液体入口，所述液体入口与设置在所述内部区域中的出口连通，用于将所述液体注入所述内部区域；用于接收气体的壳体中的气体出口，所述气体出口至少部分地径向向内穿过所述一个或多个可旋转填料环并从所述内部区域移除气体；壳体中的液体出口，用于从所述壳体中除去脱气的海水流；连接到所述一个或多个可旋转填料环的可旋转轴，用于使所述一个或多个可旋转填料环旋转；连接到所述可旋转轴的电动机，用于驱动所述可旋转轴。所述进料海水流经由所述出口注入所述内部区域。所述进料海水流径向向外穿过所述一个或多个可旋转填料环中的每一个，从而形成与所述进料海水流相比具有更低氧气、空气和/或二氧化碳浓度的所述脱气海水流和从所述进料海水流中除去的包括氧气、空气和/或二氧化碳的气流。所述脱气海水流通过所述液体出口从所述壳体排出，并被进料至一个或多个液位控制容器。至少部分地流过所述一个或多个可旋转填料环的所述气流通过气体出口从所述内部区域排出。在另一方面，提供了一种用于对进料海水流进行脱气的系统。所述系统包括如上所述的旋转填料床装置和连接到所述旋转填料床装置的液体出口的注水装置，用于将在所述旋转填料床装置中脱气的海水注入烃生产储层中以维持压力并提高烃生产储层的油采收率。附图简介参考以下描述、所附权利要求和附图，将更好地理解本发明的这些和其他目的、特征和优点。附图不被认为是对所附权利要求的范围的限制。附图中所示的元件不一定按比例绘制。附图标记表示相同或相应但不一定相同的元件。图1是示出根据一个示例性实施方案的系统的框图。图2是示出根据另一示例性实施方案的系统的示意图。图3是示出根据又一示例性实施方案的系统的框图。图4a-4d是根据又一示例性实施方案的液体分配器的视图。图5是根据又一示例性实施方案的旋转填料床装置的简化视图。图6是根据又一示例性实施方案的旋转填料床装置的简化视图。图7是示出根据又一示例性实施方案的系统的框图。图8是示出根据又一示例性实施方案的系统的框图。图9是示出根据又一示例性实施方案的系统的框图。详述本文描述了用于使进料海水流脱气，即从所述进料海水流中除去不需要的气体的系统和方法的实施方案。进料海水流可以从海中泵出并且可以包含氧气、空气和/或二氧化碳。本文公开的方法可用于去除或减少来自海水的氧气、空气和/或二氧化碳的量，从而形成脱气的海水流，其可用于注入油气生产储层以提高油气的采收率。参考图1，本文公开的方法可以利用包括旋转填料床装置4(也称为rpb)的系统100，以及连接到旋转填料床装置4的液体入口以从海洋环境抽取海水1的提升泵系统2和与提升泵系统2流体连通的用于过滤海水1的过滤系统3。系统100还包括注水装置7，用于将脱气海水流8注入烃生产储层16。所述系统100还可以包括液位控制容器5和用于从脱气海水流中除去硫酸盐的膜单元6。可选地，膜单元6也可以放置在rpb4的上游。参考图2，所述旋转填料床装置4包括设置在壳体4b内的一个或多个可旋转填料环4a。所述一个或多个可旋转填料环4a通常可以具有厚的圆柱形盘的具有中空的中心轴向部分或空间的形状，在此也称为内部区域4c，这样所述可旋转填料环4a围绕内部区域限定了所述内部区域4c。由可旋转填料环4a的离心力产生的高重力允许使用具有非常高的表面积和细孔直径的独特填充材料。可旋转填料环4a可以由选自金属泡沫、塑料、复合材料、不锈钢、钛、超级双相不锈钢合金、金属或非金属丝网和包括玻璃的多孔材料的合适材料制成。气体从填料环4a的外侧朝向填料环的中心(径向向内)逆流地流到rpb4中的液体，并从中心轴出口4d离开rpb。由rpb填料环4a产生的高离心力允许在填料中形成薄液膜、小液滴和高液-气界面区域，导致传质的显著增强。液体从rpb填料环4a旋出，撞击rpb壳体4b，并在rpb液体出口4e处离开。可旋转轴9可连接到所述一个或多个可旋转填料环4a，以使所述一个或多个可旋转填料环4a旋转。电动机10可以连接到所述可旋转轴9以驱动所述可旋转轴。在一些实施方案中，填料环4a能够以4m/s至80m/s的头部速度旋转。在一些实施方案中，填料环4a能够以500至2500rpm的速度旋转。液体入口4f设置在壳体4b中，用于将液体即海水1供给到内部区域4c中。术语液体和海水可以在本文中互换使用。液体入口4f经由管道11与设置在内部区域4c中的出口11a连通，用于将液体1注入内部区域4c。在填料环4a旋转的操作过程中，液体径向向外通过填料环4a，其中液体在填料环4a中被脱气，从而形成与所述进料海水流1相比具有更低氧气、空气和/或二氧化碳浓度的脱气海水流8。在壳体4b中设置有液体出口4e，用于从壳体中除去脱气的海水流。连接到管道的气体出口4d设置在壳体4b中，用于接收至少部分地径向向内穿过所述一个或多个可旋转填料环4a的气体(即已从液体1中除去的气体)，并且从所述内部区域4c去除气体。该气体可含有氧气、空气、氮气和/或二氧化碳。也可任选存在其他气体。在一些实施方案中，来自气体出口4d的气流被送至真空泵12。在一些实施方案中，来自气体出口4d的气流被送至排气口、火炬或其组合。在一些实施方案中，再次参考图2，在通过出口11a将进料海水流1注入内部区域4c之前或同时将进料海水流1与至少一种添加剂14混合，以进一步降低脱气海水流8中的氧浓度。至少一种添加剂14可包括氧清除剂。合适的氧清除剂可包括，例如，亚硫酸氢盐、亚硫酸钠、异抗坏血酸钠、肼及其组合。在一个实施方案中，其他添加剂可包括防垢剂和杀生物剂。在一个实施方案中，添加剂14在混合器13中与海水1混合。在一个实施方案中，添加剂14与水混合并通过接收添加剂和水混合物的第二液体入口(未示出)供给到旋转填料床装置4。在一些实施方案中，气体入口4g设置在壳体4b中，以允许气流15注入壳体中。所述气流15可以基本上不含氧气，因此它将作为汽提气体参与海水流1脱气。这种气流15在本文中可以可交换地称为汽提气体和基本上不含氧气的气流。用作汽提气体15的合适气体可包括燃料气体，其主要可以是甲烷、氮气、二氧化碳及其组合。例如，当其通过碳分子筛变压吸附产生氮时，可以获得氮。如果使用高纯度氮气作为汽提气体，则可以消除温室气体甲烷的释放，并且由于在操作中消除燃料气体(例如天然气)，将进一步确保rpb水的脱气安全性。在一个实施方案中，汽提气体15与进料海水料流1的比率为1至10标准立方英尺气体/标准立方英尺液体，并且进料海水料流1和汽提气体15流过所述一个或多个可旋转填料环4a的每一个。在一个实施方案中，如果真空也被用作驱动力以使海水1脱气，则汽提气体15与进料海水流1的比例为0.1至2标准立方英尺气体/桶海水。如本领域普通技术人员所理解的，当将汽提气体15供给到rpb4时，在气体出口4d处除去的大部分气体将通过旋转的填料环4a。在其中没有将汽提气体15供给到rpb的实施方案中，在气体出口4d处被除去的一部分气体将通过旋转填料环4a的至少一部分材料。在一些实施方案中，通过将旋转填料床装置的气体出口4d连接到真空源12，将真空施加到旋转填料床装置的气体出口。可以使用真空源12保持旋转填料床装置的压力为10mmhg至250mmhg绝压，甚至15mmhg至30mmhg绝压。合适的真空源12包括但不限于一个或多个液环真空泵、一个或多个喷射器或液环真空泵和喷射器的组合。真空口4h也可以设置在壳体4b中，并且真空可以施加到真空口4h以及气体出口4d。如图所示，真空口也可以连接到液位控制容器5。脱气的海水流8可以注入到烃生产储层16中，以提高储层的油和气产量。可以使用与旋转填料床装置4的液体出口4e流体连通的注水装置7注入脱气水8。在一个实施方案中，可以使用一个或多个注射泵作为注水装置7注射水到储层中。在一个实施方案中，可以提供一个或多个容器5，用于从旋转填料床装置的液体出口4e接收脱气海水，并将脱气海水提供给喷射泵7。这些容器5用于积聚注入到储层中的脱气水8，从而降低了喷射泵7可能干燥的风险。在一些实施方案中，进料海水料流1在进料到旋转填料床装置的内部区域4c之前被过滤。任何合适的过滤装置3可以放置在液体入口4f的上游。同样地，通过使进料海水流通过位于液体入口4f上游或液位控制容器5下游的膜单元6，可任选地对进料海水流1过滤硫酸盐。参考图3，在一些实施方案中，提供具有至少入口17a和气体出口17b的分离器17，其与烃生产储层16流体连通。分离器17用于将来自储层的产出的流体18分离成油相、气相和水相。在一个实施方案中，来自分离器17的气相可以进料到气体入口4g，所述气相在有气体入口的旋转填料床装置4的所述实施方案中作为汽提气体15。管线19将分离器17上的气体出口17b连接到旋转填料床装置4的气体入口4g。在一个实施方案中，在将水相通入水注入装置7之前，可以使用过滤器20从分离器17中的水相中除去盐。管线21可以将分离器17上的水相出口17c连接到过滤器20，并且管线22可以将过滤器连接到水注入装置7。在一个实施方案中，旋转填料床装置4的高度为12英尺至20英尺。该尺寸有利于将旋转填料床装置4定位在空间有限的位置，例如在海上平台或浮船(未示出)上。旋转填料床装置4的某些已知结构适用于本文公开的方法和系统。例如，在美国专利nos.8,448,926；8,702,071和9,216,377(dutraemello等人，全部共同转让)中公开的那些旋转填料床，其内容通过引用并入本文。液体入口4f经由管道11与设置在内部区域4c中的出口11a连通，用于将液体1注入内部区域4c。在一个实施方案中，如图4a-4d所示，旋转填料床装置4的液体入口4f还包括液体分配器。管道11具有中心管道11b和围绕管道的环形空间11c。液态海水1被送入rpb环形管道11c并通过液体分配器分配到填料4a中。气体入口环形空间11c与延伸到内部区域4c中的多个突出接头11d流体连通。突出接头在其中具有多个出口，用于将液体1注入内部区域4c。与内部区域流体连通的中心管道11b用作气体出口4d。在一个实施方案中，参见图5和6所示，旋转填料床装置4包括两组可旋转填料环4a1和4a2，以进一步增强液体1和气体15之间的传质。两组可旋转填料环中的每一组的旋转由连接到单独的电动机(未示出)的单独的轴驱动。在一个实施方案中，连接到可旋转填料环的组4a1和4a2的两个转子可以同向旋转。在另一个实施方案中，两组可旋转填料环4a1和4a2反向旋转。右侧4a2上的环的组有两个环，左侧4a1上的环的组有三个环。然而，一组中的环数可以变化，这取决于特定过程所需的数量。通常中空的圆柱形液体分配器24位于转子的中间，液体1通过该分配器进入并分散到填料环中，并且气体在以与所述液体逆流或顺流的方式通过填料环之后被收集和取出。液体1进入，通过大致中空的圆柱形液体分配器24并且离开填料环作为8。当用汽提气体或汽提气体和真空的组合操作时，溶解在海水中的气体和汽提气体15进入填料环并且在气体出口4d处离开rpb作为27。在这些填料环4a1和4a2之间存在间隙23。在该实施例中，真空也可以用作从海水中去除气体27的唯一驱动力。在一个实施方案中，如图6所示，旋转填料床装置4包括大致中空的圆柱形液体分配器24，其具有如图所示的气流。已经通过填料的气体在气体出口孔25中被接收。在一个示例性的非限制性实施方案中，有八个1英寸的孔径向地延伸通过液体分配器作为气体出口孔。然后，气体会聚到中心管道26中，该中心管道26将从填料床和内部区域抽空气体27。从大致中空的圆柱形液体分配器24分散的液体8从多个小的液体孔29排出，所述小的液体孔29径向延伸通过大致中空的圆柱形液体分配器24。在一个实施方案中，如图7所示，系统可包括多个平行布置的旋转填料床装置4，使得连接到电动机10的轴9连接到多个旋转填料床装置4中的每一个的一个或多个可旋转填料环4a。在一个实施方案中，如图8所示，系统可包括串联布置的多个旋转填料床装置4，使得第一旋转填料床装置4的液体出口4e连接到第二旋转填料床装置4的液体入口4f。这样的布置可以用于通过降低最终氧浓度来改善脱气性能。当存在多个rpbs时，可以使用一个液位控制容器5用于每个rpb4。或者，如图9所示，取决于空间和成本考虑，多个rpb4可以可选地仅连接到一个或多个液位控制容器5。使用本文公开的方法和系统可以导致提供适合于eor中的注入水的脱气海水，具有低成本、低重量、小占地面积和紧凑的整体尺寸的优点，使得该方法和系统非常适合于在船舶海上平台使用。此外，预期本文公开的方法和设备在脱气海水产品中提供较低的氧含量，同时提高可靠性。应当注意，在附图中仅示出了与本公开相关的组件，并且为了简单起见，未示出通常是旋转填料床装置和/或eor系统的一部分的其他组件。实施例实施例1以下实施例显示了使用具有一个可旋转床的旋转填料床装置在环境压力下使用主要由甲烷组成的燃料气体从海水流中连续除去氧气和其他气体。约75-80°f(24-27℃)的海水连续与燃料气体接触以汽提除去氧气和其他气体。使用由金属泡沫制成的填料床并且在1000rpm的转速和不同的海水流速下，表1中的结果表明在海水产品中含有低至41ppb的氧。海水产品中的氧浓度随引入旋转填料床的汽提气的量而变化。如表1中的数据所示，当气液比(g/l)增加时，由于传质的改善，氧去除性能增加。海水进料中的氧浓度范围为6ppm至7ppm。进料和产物中的氧浓度通过由emersonelectriccompany(st.louis，missouri)制造的探针测量。所述装置还在降低的海水流速条件下(50％和33％体积)以类似的气液比运行。结果表明性能类似并且表明生产量的显著降低并未改变设备的性能。表1实施例2以下实施例说明了从海水中连续除去氧，同时使用连接到旋转填料床装置的气体出口的单个真空泵施加真空。在该实验运行期间没有使用汽提气体。将约75-80°f(24-27℃)的海水连续引入旋转填料床装置中。使用由金属泡沫制成并且在1000rpm的旋转速度下的填料床，表2中的结果表明实现了海水产品中含有低至40ppb氧的水。表2水(gpm)入口氧含量(ppm)出口氧含量(ppb)真空压力(mmhgabs)26.884024.5对本说明书和所附权利要求的目的来说，除非另行说明，表示量、百分比或比例的所有数字，以及说明书和权利要求中使用的其它数字值，要理解为在所有情况下均用术语“大约”修饰。因此，除非相反地说明，以下说明书和所附权利要求中显示的数值参数是近似值，其可以根据要获得的所需性质而改变。要注意的是，如在本说明书和所附权利要求中使用的单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数个指代物，除非明确和毫无疑义地限于一个指代物。除非另行说明，列举可以从中选择单个组分或组分的混合物的一类要素、材料或其它组分意在包括列举的组分及其混合物的所有可能的子类组合。同样，“包括”，“包括”及其变体旨在是非限制性的，使得列表中的项目的列举不排除可能在本发明方法和系统、材料、组合中有用的其他类似项目。该书面描述使用实施例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够制造和使用本发明。可专利范围由权利要求书限定，并可以包括本领域技术人员能够想到的其它实例。此类其它实例意欲在权利要求的范围内，如果它们具有并非不同于该权利要求的书面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的书面语言并无实质差异的等价结构要素的话。本文中提到的所有引文经此引用并入本文。从以上描述中，本领域技术人员将认识到旨在由所附权利要求覆盖的改进、变化和修改。当前第1页12