專利名稱：：減少鍋爐水垢形成的水處理方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明大體上涉及降低高溫結(jié)垢傾向的水處理方法，更具體地說，涉及一種從提高原油采收率(EnhancedOilRecovery,EOR)工藝過程中的采出水中去除陽離子以減少或防止蒸汽發(fā)生設(shè)備內(nèi)結(jié)垢的方法。
背景技術(shù)：
：由于初步烴采收工藝變得低效，油氣工業(yè)已經(jīng)轉(zhuǎn)向二級和三級采收工藝，例如提高原油采收率(EOR)工藝，其包括但不限于蒸汽輔助重力驅(qū)油(SAGD)工藝。SAGD工藝尤其有益于采收重油儲量。在EOR工藝如SAGD中發(fā)現(xiàn)的最普通種類的鍋爐可以表征為直流式蒸汽發(fā)生器，或OTSG。在約25年前提出了適用于常規(guī)OTSG的鍋爐給水水質(zhì)，并且自那時(shí)起幾乎沒有變化。通常，用于SAGD工藝的OTSG在約8，400到11,200kPa范圍內(nèi)的蒸汽壓力下運(yùn)行，雖然這些鍋爐可以產(chǎn)生壓力高達(dá)15,400kPa的蒸汽。目前認(rèn)為用于蒸汽發(fā)生設(shè)備如OTSG的可接受的水質(zhì)為以CaC03(碳酸鈣)計(jì)，總硬度小于或等于0.5mg/L二氧化硅少于或等于50mg/L總?cè)芙夤腆w少于或等于12,000mg/L油脂少于或等于10mg/LEOR工藝如SAGD通常隨著所需的烴如重油的生產(chǎn)一起采出水。與所需的鍋爐給水水質(zhì)相比，隨著SAGD過程采出的水通常特征在于低數(shù)值或低濃度的總硬度(TH)和總?cè)芙夤腆w(TDS)、以及高的二氧化硅濃度。為了對工藝鍋爐提供合適的給水而對這些采出水進(jìn)行處理，這種處理包括熱或溫石灰軟化劑(HLS/WLS)和離子交換單元。石灰軟化過程的主要功能是去除二氧化硅以減少或防止蒸汽發(fā)生器內(nèi)結(jié)垢。例如，PCT申請WO2005/054746意圖揭示一種在包括SAGD的重油采收工藝中使用的從采出水生產(chǎn)高壓蒸汽的蒸發(fā)方法。PCT申請WO2004/050567意圖揭示一種用于重油采收的水處理方法，其使用基于蒸發(fā)的方法來處理從重油采收中采出的水。美國專利No.6,733,636意圖揭示一種用于重油采收的基于蒸發(fā)的水處理方法以提供用于生產(chǎn)高質(zhì)蒸汽的給水，該方法包括電去離子作用或離子交換處理。美國專利No.4,969,520意圖揭示一種用于重油采收的蒸汽噴射工藝，其中通過離子交換樹脂處理給水以從水中去除陽離子。美國專利No.3,714,985意圖揭示一種油汽采收工藝。美國專利No.3,410,345意圖揭示一種蒸汽發(fā)生工藝，其中蒸汽給水用離子交換樹脂處理。美國專利No.3,353,593意圖揭示一種用粘土穩(wěn)定的蒸汽噴射工藝。本文所揭示和教導(dǎo)的發(fā)明涉及用于在蒸汽發(fā)生設(shè)備和方法中高效且有效地處理水的方法和裝置。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)方面包括一種用于處理水以減少高溫二氧化硅基結(jié)垢的方法，該方法包括提供具有二氧化硅濃度和陽離子濃度的水；以及減少水中的陽離子量從而生產(chǎn)形成二氧化硅基高溫水垢的傾向降低的處理過的7_K(treatedwater)。本發(fā)明的另一方面包括一種用于處理來自基于蒸汽的提高原油采收率工藝(steam-basedenhancedoilrecoveryprocess)的米出水(producedwater)以降低蒸汽發(fā)生設(shè)備內(nèi)的二氧化硅結(jié)垢的方法，該方法包括使采出水經(jīng)過初步和/或深度處理(primary/polishingprocess)以將水的總硬度減少到小于約0.5mg/L;使采出水經(jīng)過螯合離子交換過程來制造二價(jià)陽離子濃度小于約40ppb且三價(jià)陽離子濃度小于約40ppb(十億分之…，part(s)perbillion)的處理過的水；并且將處理過的水引入到蒸汽發(fā)生器以制造用于烴儲器(hydrocarbonreservoir)的蒸汽。本發(fā)明的又一個(gè)方面是一種用于處理水以減少蒸汽發(fā)生裝置內(nèi)二氧化硅基結(jié)垢的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于將水的總硬度降低到以CaC03計(jì)小于約0.5mg/L的第一離子交換裝置；和可操作地連接到第一離子交換裝置并適于將水中的二價(jià)和三價(jià)陽離子濃度降低到分別小于約40ppb和40卯b的第二離子交換裝置。本發(fā)明的再一個(gè)方面是一種產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括適于通過將陽離子濃度降低到小于約40ppb來處理水的離子交換裝置；和可操作地連接到離子交換裝置以便從處理過的水來產(chǎn)生蒸汽的蒸汽發(fā)生器。通過審閱下述對本發(fā)明具體實(shí)施方式及附圖的描述，本發(fā)明的其它方面和特征對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言將是顯而易見的?，F(xiàn)在參考附圖，僅僅通過舉例的方式，對本發(fā)明多個(gè)方面的具體實(shí)施方式進(jìn)行描述，其中圖1顯示了一種用于去除二氧化硅和降低總硬度的常規(guī)SAGD水處理方法。圖2顯示了一種依據(jù)本發(fā)明某些方面的水處理方法。圖3A-3C是顯示由本發(fā)明具體實(shí)施方式得到的計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果的表格。盡管本發(fā)明允許各種修改和替代形式，但其具體實(shí)施方式已經(jīng)通過舉例的方式在圖中顯示并在這里詳細(xì)描述。但應(yīng)該理解的是，這里有關(guān)具體實(shí)施方式的描述并不是意圖將本發(fā)明限制在所公開的具體形式，而正相反，其目的是覆蓋所有落進(jìn)由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的主題和范圍內(nèi)的修改、等同物和替代物。具體實(shí)施例方式上述附圖及以下對具體結(jié)構(gòu)和方法的書面描述不代表對申請人已經(jīng)發(fā)明的客體范圍或該發(fā)明保護(hù)的范圍加以限制。相反，附圖和書面描述被提供以教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員來制造和使用申請人所要求專利保護(hù)的發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到，為清楚和理解起見，并未描述或顯示本發(fā)明工業(yè)實(shí)施的所有特征。本領(lǐng)域技術(shù)人員也將意識到，包含本發(fā)明多個(gè)方面的實(shí)際工業(yè)實(shí)施方式的開發(fā)將需要許多與實(shí)施具體相關(guān)的決定(implemention-specificdecision)以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者對于工業(yè)實(shí)施方式的最終目標(biāo)。這種與實(shí)施具體相關(guān)的決定可以包括但不限于，符合與系統(tǒng)相關(guān)、與商業(yè)相關(guān)、與政府相關(guān)及其它的約束條件，這些約束條件因具體實(shí)施方式、地點(diǎn)而不時(shí)變化。盡管開發(fā)者的努力可能在絕對意義上來說是復(fù)雜和耗時(shí)的，但這樣的努力對得益于本發(fā)明公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是一項(xiàng)常規(guī)任務(wù)。同時(shí)，單數(shù)術(shù)語的使用不表示限制項(xiàng)目的數(shù)目。同樣，關(guān)系術(shù)語(例如但不限于，"頂部"、"底部"、"左"、"右"、"上部"、"下部"、"下"、"上"、"側(cè)"等)的使用在具體涉及附圖時(shí)用于清楚地描述，而并非意圖限制本發(fā)明或所附權(quán)利要求的范圍。參照圖l，在典型的SAGD工藝100中，采出水120在水處理廠140中被處理，以便如圖1所示在將該采出水轉(zhuǎn)化為用于重新引入井下的蒸汽之前獲得需要的水質(zhì)。常規(guī)采出水循環(huán)系統(tǒng)還可包括位于水處理廠140上游的合適的去油系統(tǒng)160以將油濃度降低到小于約10mg/L。后面跟著氣體浮選(gasflotation)和介質(zhì)過濾的撇油池被認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)的去油裝置和工藝。在常規(guī)系統(tǒng)中，熱石灰軟化(HLS)或溫石灰軟化(WLS)步驟180用于降低采出水內(nèi)的二氧化硅含量，并且在某些情況下降低總硬度(TH)。二次過濾器(after-filter)200去除從石灰軟化步驟180中帶出的污泥。離子交換單元220，例如初步和/或深度處理系統(tǒng)或者以鈉形式工作的強(qiáng)酸陽離子單元(SAC)，將TH降低到以CaC03計(jì)小于約0.5mg/L。OTSG240產(chǎn)生約80%純度(80%quality)的蒸汽，蒸汽分離器260從蒸汽中去除20%的水相，然后將其以100%純度的蒸汽送往儲存器。在常規(guī)石灰軟化步驟180中，將石灰、氧化鎂和絮凝劑加入到在約9.5到9.8的pH下工作的HLS或WLS中。石灰導(dǎo)致了暫時(shí)性的硬度降低(即，鈣和鎂同碳酸氫鹽堿度結(jié)合)，且氧化鎂促進(jìn)了二氧化硅的去除。絮凝劑幫助絮凝物形成，因此沉淀更容易形成污泥。以下反應(yīng)式說明了石灰和碳酸氫鈣之間的反應(yīng)Ca(OH)2+Ca(HC03)2=2CaCOU+2H20。碳酸鈣是不溶的，并從溶液中沉淀出來，同時(shí)從溶液中去除鈣和碳酸氫鹽。僅有的另一種產(chǎn)物是水。在類似反應(yīng)中，碳酸氫鎂與石灰反應(yīng)產(chǎn)生碳酸鈣和水，但是還產(chǎn)生了同樣不溶并且從溶液中沉淀的氫氧化鎂2Ca(OH)2+Mg(HC03)2=2CaC(M+Mg(OH)2丄+2H20。在常規(guī)系統(tǒng)中，氫氧化鎂在從溶液中去除二氧化硅的過程中起重要作用。二氧化硅的去除機(jī)理被認(rèn)為是吸附以及復(fù)雜離子形成的結(jié)合。通常，采出水中的鎂不夠會影響二氧化硅的完全去除，因此必須另外加入氧化鎂形式的鎂。氧化鎂在水存在的情況下通過被稱為熟化的過程(其中水分子和氧化鎂結(jié)合)而被轉(zhuǎn)化為氫氧化鎂MgO+H20=Mg(OH)"。通常經(jīng)由放空除去在石灰軟化單元180中形成的碳酸鈣/氫氧化鎂污泥，并將其送往污泥池(sludgepond)或離心分離機(jī)。在每種情況下，均產(chǎn)生污泥處理問題。來自SAGD工藝的采出水中的TH經(jīng)常小于約20mg/L，石灰軟化步驟的應(yīng)用實(shí)際上可能增加了出水(effluent)中TH濃度。另一種常規(guī)方法不會增加出水中的TH濃度但是可以促進(jìn)二氧化硅的去除，這種方法是"燒堿軟化"，其中加入氫氧化鈉來軟化水。為去除二氧化硅，還需要氧化鎂。燒堿(caustic)使pH增高到去除二氧化硅的最佳水平。下面的反應(yīng)式說明了燒堿和碳酸氫鈣之間的反應(yīng)2NaOH+Ca(HC03)2=CaC03丄+Na2C03+2H20。雖然相信上述另一種常規(guī)方法在技術(shù)上是可行的，但是在曾被報(bào)道的情況中，溫?zé)龎A軟化過程(warmcausticsofteningprocess)在具有與WLS類似的設(shè)計(jì)的澄清池中發(fā)生，并且由于污泥攜帶而限制其成功。如上所述，SAGD采出水是低硬度的，且碳酸鈣沉淀量通常很低。由氧化鎂熟化形成的氫氧化鎂是"輕污泥"，并且可能在澄清池內(nèi)占優(yōu)勢，因?yàn)槿コ趸柰ǔＰ枰^200mg/L的氧化鎂。因而，看來工業(yè)上的結(jié)論是使用石灰軟化或燒堿軟化來處理SAGD采出水是不理想的。此外，眾所周知，鈣和鎂化合物的溶解性隨溫度升高而降低，而且任何鍋爐給水中鈣和鎂濃度實(shí)際上應(yīng)該減少到最低濃度。然而，其它陽離子(尤其是鍶、鋇、三價(jià)鐵和鋁)互相結(jié)合或者在二氧化硅的存在下結(jié)合容易形成不溶復(fù)合物而從溶液中沉淀出來，并且在OTSG運(yùn)行所必需的高溫條件下形成水垢。與此相反，本發(fā)明一般地提供了一種用于在EOR工藝(如SAGD蒸汽發(fā)生工藝)中減少二氧化硅基化合物水垢形成的方法和系統(tǒng)。依照本發(fā)明，已經(jīng)確定了引起鍋爐結(jié)垢的并不是采出水中二氧化硅的存在本身，而是二價(jià)和/或三價(jià)陽離子及二氧化硅的存在導(dǎo)致在鍋爐內(nèi)部形成水垢。也就是說，蒸汽相的水含量、水相內(nèi)的陽離子濃度和相關(guān)pH包括了影響二氧化硅是否會從溶液中沉淀出來并在蒸汽發(fā)生表面如鍋爐管道上形成水垢的參數(shù)。更具體地說，己知二氧化硅在運(yùn)行中的OTSG中存在的高pH和高溫條件下是可溶的。蒸汽的運(yùn)行純度可以固定在80%，這就留出了通過以調(diào)整二價(jià)和三價(jià)陽離子濃度來減少結(jié)垢傾向的余地。因此，本發(fā)明涉及下述方法通過該方法，將二價(jià)和三價(jià)陽離子減少到十億分之幾(ppb)的濃度水平，使得沒有或幾乎沒有多價(jià)陽離子與二氧化硅反應(yīng)，從而充分減少或消除結(jié)垢反應(yīng)。現(xiàn)在參照圖2，依照本發(fā)明的一種水處理方法描述為在不需要去除二氧化硅(例如通過石灰軟化)的情況下來使采出水再循環(huán)(如形成SAGD)以產(chǎn)生蒸汽。圖2說明了依照本發(fā)明多個(gè)方面的用于去除二價(jià)和三價(jià)陽離子的步驟10。去油后，將采出水12引入到離子交換系統(tǒng)14(例如初步和深度處理膜或者SAC單元，后者可以是常規(guī)設(shè)計(jì))和螯合離子交換單元16中來將所有二價(jià)和三價(jià)陽離子的濃度共同降低到每個(gè)均小于約40ppb;優(yōu)選降低到每個(gè)均小于約30ppb;最優(yōu)選降低到每個(gè)均約20ppb或更低。因此，處理過的水可被引入到蒸汽發(fā)生器18如OTSG中以產(chǎn)生合適純度(quality)的蒸汽，該蒸汽在蒸汽分離器20中分離以便被再引入到儲存器22和水相處理器24中。應(yīng)當(dāng)意識到，即使在小于約20ppb的優(yōu)選陽離子凈度下，使用處理過的水的蒸汽發(fā)生裝置可能也必須在預(yù)定時(shí)間間隔進(jìn)行清潔。清潔間隔時(shí)間受鍋爐給水水質(zhì)的影響，因此供給陽離子濃度小于約20ppb水的蒸汽發(fā)生裝置將比供給陽離子濃度小于約30ppb的水的裝置需要更少頻次的清潔。回到圖2，SAC單元14優(yōu)選以鈉形式運(yùn)行，其將采出水的TH降低到以CaC03計(jì)約小于0.5mg/L。螯合離子交換單元16可使用交換樹脂來將二價(jià)陽離子的濃度進(jìn)一步減少到最優(yōu)選約20ppb或更低并將三價(jià)陽離子的濃度進(jìn)一步減少到約20ppb或更低(包括鈣和鎂)。蒸汽發(fā)生器18產(chǎn)生約80%純度的蒸汽，且蒸汽分離器20從該蒸汽中去除20%的水相。然后，分離后的蒸汽作為100%純度的蒸汽被送往儲存器22。對于TDS濃度小于約6000mg/L的水如采出水(迄今，人們認(rèn)為所有SAGD采出水的TDS濃度均小于約6000mg/L)來說，以鈉形式運(yùn)行的強(qiáng)酸陽離子(SAC)樹脂能夠用于將TH濃度降低到以CaC03計(jì)小于約0.5mg/L。初步和深度處理單元(primaryandpolishingunit)14可以用10%氯化鈉溶液再生，其可用于實(shí)現(xiàn)這一瀉出濃度。為減少或防止與二氧化硅的反應(yīng)，可以將剩余的0.5mg/LTH與水中的其它二價(jià)和三價(jià)陽離子一起進(jìn)一步減少，優(yōu)選達(dá)到盡可能最低的ppb濃度。螯合離子交換樹脂具有能夠與單個(gè)金屬原子形成配位鍵的官能團(tuán)。該機(jī)理類似于鈣和鎂離子與強(qiáng)螯合劑乙二胺四乙酸(EDTA)的螯合。具有去除TH和金屬的螯合能力的樹脂包括但不限于那些含有氨基磷酸和亞氨基二乙酸的樹脂。具有氨基磷酸官能團(tuán)的螯合樹脂選擇性地從高鹽溶液中去除鈣和鎂，具有亞氨基二乙酸官能團(tuán)的螯合樹脂去除過渡元素。兩類樹脂都能去除三價(jià)鋁。由于它們都用酸然后用燒堿來再生，故這兩類樹脂能在同一容器內(nèi)混合。這種優(yōu)選的螯合樹脂混合物可以將所有二價(jià)和三價(jià)陽離子濃度均降低到最優(yōu)選約20ppb或更小的水平。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的其他實(shí)施方式可以優(yōu)選將陽離子減少到約30ppb或更小乃至40ppb或更小。通過本發(fā)明，還可以實(shí)現(xiàn)將陽離子減少到lOppb或更小。螯合樹脂的成本為每公升約23美元。該樹脂可用酸和燒堿以每公升樹脂使用每種再生劑約120克的量來再生，以產(chǎn)生約0.92毫當(dāng)量V毫升的樹脂容量。在深度處理單元14，優(yōu)選的服務(wù)流速(serviceflowrate)為最大每小時(shí)約30床體積。用SAC單元14下游的螯合離子交換單元來替代石灰軟化步§聚及相關(guān)的化學(xué)存儲和處理設(shè)備簡化了工廠規(guī)劃并減少了所需的占用土地面積。下表I提供了用于與產(chǎn)油為約4000mV天且蒸汽/油比為約3:1的生產(chǎn)廠相關(guān)的采出水處理廠的兩種選擇的主要設(shè)備列表，兩種選擇之一選用石灰軟化，且另一種選用根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的螯合樹脂處理。鍋爐給水需求是約500mVhr。盡管已經(jīng)參考具體實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但其不限于這些實(shí)施方式。本發(fā)明可以通過許多方式進(jìn)行修改或變化，并且這些修改和變化落在本發(fā)明的范圍和主題內(nèi)，并且包含在下述權(quán)利要求的范圍內(nèi)。表I<table>complextableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>當(dāng)選用螯合離子交換而不是石灰軟化時(shí)，僅基于裝置供應(yīng)成本來估計(jì)的資本成本就節(jié)省了約2,000,000美元。例如，SAC運(yùn)行成本對兩種處理選擇來說是相似的，因此，對用于石灰軟化器和螯合離子交換單元的化學(xué)品成本的比較提供了不同運(yùn)行成本。處理一立方米采出水的成本用于確定運(yùn)行成本的差值。使用阿爾伯達(dá)(Alberta)的麥克默里堡(FortMcMurray)地區(qū)的含運(yùn)費(fèi)化學(xué)品成本進(jìn)行比較?；瘜W(xué)品成本，以總量為100%，如下所示石灰-18美分/kg氧化鎂=50美分/kg鹽酸=85美分/kg氫氧化鈉=60美分/kg在石灰軟化步驟中，石灰的劑量率為200mg/L，且氧化鎂的劑量率為110mg/L，處理一立方米二氧化硅濃度為155mg/L的水的化學(xué)品成本是9美分。當(dāng)二氧化硅濃度增大到350mg/L這一更為實(shí)際的值時(shí)，成本上升到19美分/m3。當(dāng)選用螯合離子交換樹脂時(shí)，用每升樹脂120克酸和120克燒堿的再生量獲得樹脂的0.92毫當(dāng)量/毫升樹脂容量。基于SAC單元的3mg/L的二價(jià)/三價(jià)陽離子排放量，每個(gè)螯合離子交換單元的服務(wù)期限為47天，等于每年僅需要22次再生。用螯合離子交換樹脂來處理采出水的成本將是2.5美分/m^二氧化硅濃度為155mg/L的采出水節(jié)省了6.5美分/m3，而二氧化硅濃度為350mg/L的采出水節(jié)省了16.5美分/m3。由于大量參數(shù)可以是變化的，包括化學(xué)品注入速率及其濃度、循環(huán)蒸汽的返回率(rateofreturn)和化學(xué)組成、污泥循環(huán)和排空速度、以及工作溫度變化，可能難以對常規(guī)石灰軟化步驟進(jìn)行控制。工藝干擾可能很快地發(fā)生，但需要花費(fèi)很多天進(jìn)行調(diào)整。相比之下，依照本發(fā)明的處理方法僅僅使用離子交換，其具有較少變量。如果自動再生沒有問題，則來自該方法的處理過的水的水質(zhì)是非常穩(wěn)定的。通過使用螯合離子交換樹脂來將SAGD采出水中的二價(jià)和三價(jià)陽離子濃度降低到約20ppb或更低的水平，這使得蒸汽發(fā)生裝置能夠用具有高二氧化硅濃度的采出水來運(yùn)行。以高二氧化硅濃度運(yùn)行省去了對目前用于促進(jìn)去除二氧化硅的常規(guī)石灰軟化步驟的需要。用螯合離子交換步驟替代石灰軟化步驟用于SAGD裝置能極大地節(jié)省資本成本和運(yùn)行成本。能夠預(yù)測容易在OTSG溫度和壓力操作條件下形成的水垢的種類和數(shù)量的計(jì)算機(jī)程序用于模擬采用不同水質(zhì)給水的影響。在模擬中使用化學(xué)組成如下表II所示的采出水以顯示當(dāng)鍋爐給水水質(zhì)提高時(shí)水垢形成傾向是如何減小的。表n<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>計(jì)算機(jī)分析假設(shè)，來自SAGD操作的早期采出相的采出水樣品的二氧化硅為約155mg/L。二氧化硅濃度隨時(shí)間顯著增加，且成熟運(yùn)行范圍的更實(shí)際的值是350mg/L。運(yùn)行一系列四個(gè)模擬，且在每種情況中均使用8400kPa的OTSG操作，且給水流速為82mVhr。圖3顯示了模擬結(jié)果。模擬#1.第一次模擬使用具有上述離子的鍋爐給水濃度，即，未去除總硬度或二氧化硅。結(jié)果顯示在圖3的A段。采出水在25。C和大氣壓下產(chǎn)生41mg/L的總模擬沉淀量。在8400kPa和300。C條件下的20。/。的水相是濃縮部分，該濃縮部分將在蒸汽分離器20中去除。總沉淀量為110mg/L(相當(dāng)于約216.5kg/天)，其是可能在OTSG管路內(nèi)形成水垢的物質(zhì)量。實(shí)際上，人們認(rèn)為僅有該量的一部分將沉積成水垢，但是這個(gè)值越高，水垢沉積的可能性越大。應(yīng)注意到，二氧化硅不會對沉淀量做出可感知的貢獻(xiàn)。主要的沉淀成分是含有二氧化硅和其它二價(jià)及三價(jià)陽離子的CaSi03、鈣鐵榴石(Ca3Fe2Si3012)和透閃石(Ca2Mg5Si8022(OH)2)化合物。模擬#2.在第二次模擬中，TH被降低到以CaC03計(jì)低于0.5mg/L，剩下的其它所有離子與第一次模擬中的濃度一樣。第二次模擬的結(jié)果顯示在圖3的B段。在20%的水相里，結(jié)果是鈣和鎂處于非常低的濃度(分別約為O.l和0.02mg/L)，現(xiàn)在的主要沉淀物是鐵和鎳的氧化物。與第一次模擬相比，沉淀物的總量已經(jīng)被減少到十分之一。模擬#3.第三次模擬中所有二價(jià)和三價(jià)陽離子(包括鈣和鎂)的濃度被減少到0.02mg/L(20ppb)，結(jié)果顯示在圖3的C段?，F(xiàn)在，預(yù)測所形成的沉淀總量在20%的水相中小于1mg/L。模擬糾.未處理的采出水中的二氧化硅濃度相對較低，其為155mg/L。為清楚地顯示高二氧化硅操作是可行的這一前提，當(dāng)所有二價(jià)和三價(jià)陽離子被減少到20ppb或更低時(shí)，在第四次模擬中將二氧化硅硅濃度增大到350mg/L。第三次模擬和第四次模擬之間的唯一區(qū)別是二氧化硅濃度從155增大到350mg/L。第四次模擬的結(jié)果顯示在圖3的D段。鍋爐給水中的二氧化硅在25。C的沉淀為232mg/L，這顯示了二氧化硅在低溫下的不溶性。為將二氧化硅保持在溶液中，需要高于60。C的溫度，在SAGD廠中，去油水12通常是約80"C。OTSG運(yùn)行條件下的20%的水相也不包含沉淀二氧化硅，與第三次模擬相比，沉淀固體量僅增加2mg/L。在冷卻后的水相中，由于二氧化硅在低溫下再沉淀，目前的沉淀量是926mg/L。本發(fā)明的上述實(shí)施方式僅表示作為例子。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以做出更改、修飾和變化以實(shí)現(xiàn)具體實(shí)施方式而不背離本發(fā)明的范圍?？梢宰龀銎渌瓦M(jìn)一步的實(shí)施方式而不背離本發(fā)明的一般公開內(nèi)容。例如，步驟的順序可以以各種次序進(jìn)行，除非另外明確限制。本文所述的各種步驟可以與其它步驟結(jié)合、被所述步驟插入、和/或分成多個(gè)步驟。類似地，已經(jīng)在功能上描述了各元素，其可以具體化為獨(dú)立的要素或可以結(jié)合為具有多功能的要素。本發(fā)明已經(jīng)在上下文中描述了優(yōu)選和其它實(shí)施方式，但并不是本發(fā)明的每個(gè)實(shí)施方式都被描述。對所述實(shí)施方式的明顯修改和變換是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠得到的。公開和未公開的實(shí)施方式不表示限制和約束申請人所構(gòu)想的本發(fā)明的范圍和適用性，而是在符合專利法規(guī)的條件下，申請人意圖全面保護(hù)所有落入下述權(quán)利要求的等同范圍或界限內(nèi)的所有這種修改和改進(jìn)。權(quán)利要求l、一種用于處理水以減少高溫二氧化硅基結(jié)垢的方法，所述方法包括提供具有二氧化硅濃度和陽離子濃度的水；和減少陽離子量從而生產(chǎn)形成二氧化硅基高溫水垢的傾向降低的處理過的水。2、如權(quán)利要求1所述的方法，蒸汽。3、如權(quán)利要求2所述的方法，率工藝中使用所述蒸汽。4、如權(quán)利要求3所述的方法，力驅(qū)油工藝中使用所述蒸汽。其還包括從至少部分處理過的水生成其還包括在基于蒸汽的提高原油采收其還包括在用于烴回收的蒸汽輔助重5、如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述陽離子被減少到約40ppb或更低。6、如權(quán)利要求1所述的方法，其中減少陽離子的步驟包括將二價(jià)陽離子減少到少于約40ppb和將三價(jià)陽離子減少到少于約40ppb。7、如權(quán)利要求1所述的方法，其中減少陽離子的步驟包括將二價(jià)陽離子減少到約30ppb或更低以及將三價(jià)陽離子減少到約30ppb或更低。8、如權(quán)利要求l所述的方法，其中減少陽離子的步驟包括將二價(jià)陽離子減少到約20ppb或更低以及將三價(jià)陽離子減少到約20ppb或更低。9、如權(quán)利要求1所述的方法，其中去除陽離子的步驟包括一個(gè)或多個(gè)離子交換過程。10、如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述離子交換過程包括螯合離子交換過程。11、如權(quán)利要求io所述的方法，其中去除陽離子的步驟包括初步和/或深度處理以將總的水硬度降低到小于約0.5mg/L。12、如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述初步和/或深度處理是強(qiáng)酸或弱酸陽離子交換過程。13、如權(quán)利要求1所述的方法，其中水中的總?cè)芙夤腆w濃度小于約6000mg/L。14、一種用于處理來自基于蒸汽的提高原油采收率的工藝的采出水以減少蒸汽發(fā)生裝置中的二氧化硅結(jié)垢的方法，所述方法包括使所述采出水進(jìn)行初步和/或深度處理以將總硬度降低到小于約0.5mg/L;使所述采出水經(jīng)歷螯合離子交換過程以生產(chǎn)處理過的水，所述處理過的水的二價(jià)陽離子濃度為小于約40ppb，且其三價(jià)陽離子濃度為小于約40ppb;和將所述處理過的水引入蒸汽發(fā)生器以產(chǎn)生用于烴儲存器的蒸汽。15、如權(quán)利要求14所述的方法，其還包括產(chǎn)生約80%純度的蒸汽和約20%的水相，其中二氧化硅和總?cè)芙夤腆w(TDS)基本上存在于所述20%的水相中。16、如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述處理過的水的二價(jià)陽離子濃度為約30ppb或更低，且其三價(jià)陽離子濃度為約30ppb或更低。17、如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述處理過的水的二價(jià)陽離子濃度為約20ppb或更低，且其三價(jià)陽離子濃度為約20ppb或更低。18、一種用于處理水以減少蒸汽發(fā)生裝置中的二氧化硅基結(jié)垢的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括第一離子交換裝置，其用于將水的總硬度降低到以CaC03計(jì)小于約0.5mg/L;禾口第二離子交換裝置，其可操作地連接到所述第一離子交換裝置，并且適于將水中的二價(jià)和三價(jià)陽離子濃度降低到分別小于約40ppb和40ppb。19、如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述第二裝置是螯合離子交換單元。20、一種用于產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括離子交換裝置，其適于通過將陽離子濃度降低到小于約40ppb來處理水；和蒸汽發(fā)生器，其可操作地連接到所述離子交換裝置，并用于從處理過的水來產(chǎn)生蒸汽。全文摘要本發(fā)明提供了一種用于處理水以減少蒸汽發(fā)生裝置中的二氧化硅基化合物結(jié)垢的方法，該方法包括在將水引入到蒸汽發(fā)生裝置中之前使水經(jīng)歷陽離子去除過程以將水中的二價(jià)和三價(jià)陽離子的濃度降低到最優(yōu)選小于20ppb的步驟。該方法不需要石灰軟化階段，并且節(jié)約了資本和操作成本。文檔編號E21B43/24GK101365766SQ200680049860公開日2009年2月11日申請日期2006年10月27日優(yōu)先權(quán)日2005年10月28日發(fā)明者邁克爾·K·布賴德爾申請人:沃利帕森斯集團(tuán)股份有限公司