[发明专利]用于从产出水中产生蒸汽的单元操作的监测和控制

说明书

技术领域

本说明书涉及水处理，特别涉及在石油或沥青开采操作中再利用的产出水(producedwater)的处理。

背景技术

接下来的讨论并非认为下述任何内容都是公知常识或对现有技术的引用。

在一些类型的石油或沥青开采操作中，将蒸汽输入地下有助于开采石油或沥青。需要大量水产生该蒸汽，而寻找一种经济和环境上可接受的供水很困难。至少一部分蒸汽以水的形式与石油或沥青一起回收，被称为产出水。该产出水中包含石油和其它从地下带来的污染物，在可以排放回环境中之前需要处理达到允许的标准。因此在很多操作中，优选将产出水再利用以产生蒸汽，这可以减少从环境中吸取和排放到环境中的水量。

例如，蒸汽辅助重力泄油(SAGD)工艺可以用于从油砂矿床中开采沥青。将蒸汽泵入油砂中使沥青粘性降低。然后，处理过的沥青可以从开采井中脱除，并伴随蒸汽冷凝产生水。产出水被例如石油和其它有机污染物、溶解固体和二氧化硅污染。如果产出水直接用于产生蒸汽，这些污染物尤其是二氧化硅，会迅速结垢或阻塞任何蒸汽产生设备。因此需要经济和可靠的产出水处理以去除结垢污染物。产出水品质可随时间变化是其它难题之一。尤其是，在不正常状态下处理系列(treatrment train)中的单元操作会遇到一种或多种污染物(尤其是石油和油脂)浓度的变化，其至高达到一个数量级。当储藏被开采时，产出水与回收的石油或沥青的比例往往随时间增加，因此产出水的品质也可以随时间提高。由于存在不正常或通过量需求增加的可能性，产出水处理系列一般规模过大于平均或一般情况，其过大的程度在建设和运行过大处理系列的成本，相比于如果产出水处理系列不能对一些情况进行妥善处理时的停机时间或扩张的风险和成本之间，保持平衡。

发明内容

下面的介绍旨在向读者介绍以下更加详细的说明，并不旨在限制或限定任何要求保护的发明。

在处理产出水的工艺(process，方法)和设备中，至少一些产出水流过一系列处理单元。但是，一部分产出水可以一定量绕过一个或多个处理单元，使得该处理过的水对例如排放或再利用仍然是可接受的。可以监测产出水中石油和油脂、有机碳、二氧化硅的浓度、pH或相关的参数并用于控制工艺或设备。工艺的控制可包括改变旁路部分、改变化学试剂添加和改变单元工艺运行中的一个或多个。可以控制该工艺来应对不正常的情况，或从而使一种或多种限制污染物(limiting contaninant)的浓度接近但不超过再利用或排放的规定最大值。

为工艺系列选择的工艺单元可能导致产出水在计划收益(如在蒸汽发生单元的中再利用)的一个或多个方面不必要地干净。通过允许一部分产出水绕过一个或多个处理单元，产出水整体中的一个或多个污染物的浓度可以调整到一定范围，当全部产出水流过相同设置的处理单元时该范围是不可能达到的。进入蒸汽发生单元的产出水可以更接近该单元规定的容限，从而导致相对于每单位进入蒸汽发生单元的产出水，运行旁路单元的成本降低。在不改变加旁路的处理系统现有设置的情况下，将旁路管加入到现有的处理系统中会使产出水的通过量增加。

如果允许绕过一个或多个处理单元的产出水部分是可变化的，那么该旁路也可以用于改善工艺系列的运行或者用于应对不正常情况。应对不正常情况或改善工艺运行也可以独立调整或与旁路调整协同作用。其它的调整包括：调整一个或多个单元工艺的运行，无论该单元工艺是部分绕过或不是部分绕过；或者调整加入到产出水中的化学试剂，无论任何该产出水绕过或不绕过工艺系列的任何部分。任选地，可以考虑来自传感器的信息来改变工艺系列的运行。监测产出水处理运行中的一个挑战是传统的传感器在产出水中使用时的结垢倾向。因此，本处理方法和设备可以使用由于取样的特性而耐石油和油脂的结垢的仪器。

此处描述的处理用于在石油或沥青开采操作中再利用的产出水的工艺包括将第一部分的产出水流过油-水分离单元、第一水处理单元、第二水处理单元和蒸汽发生单元。第二部分的产出水流过油-水分离单元、第一水处理单元和蒸汽发生单元，而至少在某些时间段内不通过第二水处理单元。该第二部分可相对于第一部分设置，使进入蒸汽发生单元的产出水中的一种或多种污染物的浓度低于但接近于蒸汽发生单元规定的最大浓度。任选地，第二部分可以相对于第一部分变化，从而使流入蒸汽发生单元的产出水中的一种或多种污染物浓度基本稳定。