Un método para separar un fluido de múltiples componentes en un pozo de sondeo,

que comprende: (a) incorporar en el pozo de sondeo al menos una membrana de separación de fluidos que comprende una cara de alimentación y una cara de permeado; (b) hacer pasar a través de la cara de alimentación de la membrana a una primera presión una corriente fluyente del fluido de múltiples componentes obtenido de una zona de producción subterránea que está en comunicación de fluido con el pozo de sondeo; (c) retirar de la cara de alimentación una corriente de retenido agotada en al menos un componente en comparación con el fluido de múltiples componentes y hacer pasar la corriente de retenido a la superficie del terreno; (d) poner en contacto la cara de permeado de la membrana con un fluido no permeado que fluye en una dirección en contracorriente a la dirección de flujo de la corriente de fluido de múltiples componentes en la cara de alimentación de la membrana; (e) retirar de la cara de permeado una corriente de permeado a una segunda presión, estando dicha corriente de permeado enriquecida en al menos un componente en comparación con el fluido de múltiples componentes; y (f) controlar la segunda presión para mantener a la segunda presión por debajo de la primera presión

CAMPO DE LA INVENCIÓN

Esta invención se refiere a un método para separar componentes de una mezcla de fluidos de múltiples componentes en un pozo. Más específicamente, la invención se refiere a un método para separar componentes de un gas de múltiples componentes en un pozo de sondeo utilizando una membrana de separación de gases.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El gas natural es un importante gas combustible y se utiliza ampliamente como materia bruto básico en la industria petroquímica y en otras industrias de procesos químicos. La composición del gas natural varía ampliamente de un campo a otro. Muchas reservas de gas natural contienen porcentajes relativamente bajos de hidrocarburos (menores que 40%, por ejemplo) y elevados porcentajes de gases ácidos, principalmente de dióxido de carbono, pero también sulfuro de hidrógeno, sulfuro de carbonilo, disulfuro de carbono y diversos mercaptanos. Es deseable la separación de gases ácidos de gas natural producido en lugares alejados para proporcionar un gas natural acondicionado o dulce, seco, ya sea para el suministro a un gaseoducto, la recuperación de líquidos del gas natural, la recuperación de helio, la conversión en gas natural licuado (GNL) o para el subsiguiente rechazo de nitrógeno. El H2S se separa debido a que es tóxico en cantidades mínimas y es corrosivo en presencia de agua a través de la formación de ácido hidrosulfuroso. Tras la combustión, el H2S forma dióxido de azufre, un compuesto tóxico y corrosivo. CO2 es también corrosivo en presencia de agua y puede formar hielo seco, hidratos y puede provocar problemas de congelación en los gaseoductos y en el equipo criogénico a menudo utilizado en el tratamiento del gas natural. También, al no contribuir en el valor de calentamiento, el CO2 añade meramente el coste de la transmisión del gas.

Un aspecto importante de cualquier proceso para el tratamiento de gas natural es el económico. El gas natural es tratado típicamente en elevados volúmenes, con lo que incluso ligeras diferencias en el capital y en los costes operativos de la unidad de tratamiento constituyen factores muy significativos en la selección de la tecnología del proceso. Algunas fuentes de gas natural no son ahora una producción rentable debido a los costes de tratamiento. Existe una necesidad continua de procesos para el tratamiento de gas natural mejorados que tengan una fiabilidad elevada y que representen una simplicidad de funcionamiento.

Un cierto número de procesos para la recuperación o separación de CO2 a partir de gas natural ha sido propuesto y puesto en práctica a escala comercial. Los procesos varían ampliamente, pero generalmente implican una cierta forma de absorción de disolventes, adsorción sobre un absorbente poroso o dispersión a través de una membrana semipermeable. El uso de membranas para la separación de gases se está convirtiendo cada vez más habitual debido a su simplicidad.

En un sistema de separación por membrana, se hace pasar una mezcla de gases, el gas de alimentación, bajo presión a través de la superficie de una membrana que actúa como una barrera selectiva, permitiendo a algunos componentes de la mezcla de gases que la atraviesen más fácilmente que otros componentes. La presión en el lado de alimentación del sistema se mantiene a un nivel lo suficientemente mayor que la presión en el lado del permeado de la membrana para proporcionar una fuerza impulsora para la difusión de los componentes más permeables de la mezcla gaseosa a través de la membrana. La presión parcial de los componentes gaseosos más permeables también se mantiene a un nivel mayor en el lado de alimentación de la membrana que en el lado del permeado, al eliminar constantemente el contacto con la membrana tanto de la corriente del permeado como del residuo de la corriente de alimentación, la corriente del retenido. Mientras que la corriente del permeado puede representar el producto deseado, en la mayoría de los procesos de permeación de gas natural el producto deseado es la corriente residual, y la corriente del permeado consiste en contaminantes que son separados de la corriente de alimentación.

Se han propuesto membranas para uso en pozos de sondeo para separar fluidos que incluyen, por ejemplo las patentes de EE.UU. nºs 6.015.011 (Hunter); 5.860.476 (Kjos); 5.730.871 (Kennedy et al.); 5.693.225 (Lee);

4.241.787 (Price); y 4.171.017 (Klass). Módulos de membrana en un pozo de sondeo se han propuesto principalmente para separar hidrocarburos (gas o aceite bruto) de la salmuera. En Lee y Kennedy et al., los hidrocarburos se hacen pasar a la superficie del terreno, y la salmuera indeseada se inyecta en una formación de descarga subterránea. Kjos propuso utilizar membranas para pozos de sondeo en combinación con ciclones en el fondo de los pozos para separar gases indeseados de una corriente de gas natural, que incluyen H2S, CO2 y H2O. Kjos propuso, además, hacer pasar el CO2 indeseado a una zona de desechos subterránea. Un inconveniente de Kjos es que no se describe ningún proceso para llevar a cabo el proceso de separación a través de membrana.

Existe una necesidad de un método y un sistema mejorados para la separación de gases para separar de forma económica uno o más componentes indeseados de una corriente de gas natural.

SUMARIO

La invención es un método para separar un fluido de múltiples componentes en un pozo de sondeo de acuerdo con la reivindicación 1. En el pozo de sondeo está incorporada al menos una membrana de separación de fluidos que comprende una cara de alimentación y una cara de permeado. Una corriente que fluye del fluido de múltiples componentes obtenido de una zona subterránea que está en comunicación de fluido con el pozo de sondeo se hace pasar a través de la cara de alimentación de la membrana a una primera presión. Una corriente de retenido agotada en al menos un componente en comparación con el fluido de múltiples componentes se retira de la cara de alimentación de la membrana y se hace pasar a la superficie del terreno. Un fluido no permeado entra en contacto con la cara de permeado de la membrana al fluir en contracorriente a la dirección de flujo del fluido de múltiples componentes en la cara de alimentación de la membrana. Una corriente de permeado a una segunda presión es retirada de la cara de permeado, en que la corriente de permeado está enriquecida en al menos un componente en comparación con el fluido de múltiples componentes. La segunda presión se controla para mantener a la segunda presión por debajo de la primera presión.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La invención y sus ventajas se comprenderán mejor haciendo referencia a los dibujos, que no están representados a escala, en que los números de referencia iguales identifican a partes iguales y en los que:

La Fig. 1 es una vista en sección en alzada lateral esquemática de una realización no de acuerdo con la invención que muestra la producción de gas de formación procedente de una formación y de la inyección del gas residual en una formación separada inferior.

La Fig. 2 es una vista en sección en alzada lateral esquemática de una segunda realización no de acuerdo con la invención que muestra la producción de gas de formación procedente de una formación y de la inyección del gas residual en una formación superior, separada.

La Fig. 3 es una vista en alzada en sección vertical de una realización de una membrana utilizada en la invención.

La Fig. 4 es una vista en alzada en sección vertical de una segunda realización de una membrana utilizada en la invención.

La Fig. 5 es una vista tomada a lo largo de línea 5-5 de la Fig. 4.

La Fig. 6 es una vista en sección en alzada lateral esquemática de una realización de la invención que muestra la producción de gas de formación a partir de una región superior de una formación y la inyección de gas residual en una región inferior de la misma formación.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Esta invención proporciona un sistema de separación de fluidos mejorado para uso en un pozo de sondeo para separar uno o más componentes de una corriente de fluido producida a partir de una zona productora subterránea y para desechar la totalidad o una parte sustancial de los componentes separados en una zona de desecho subterránea. La separación en el pozo de sondeo se lleva a cabo por medio de uno o más módulos de membrana que tienen una cara de alimentación y una cara de permeado. El fluido producido a partir... [Seguir leyendo]

1. Un método para separar un fluido de múltiples componentes en un pozo de sondeo, que comprende:

(a) incorporar en el pozo de sondeo al menos una membrana de separación de fluidos que comprende una cara de alimentación y una cara de permeado;

(b) hacer pasar a través de la cara de alimentación de la membrana a una primera presión una corriente fluyente del fluido de múltiples componentes obtenido de una zona de producción subterránea que está en comunicación de fluido con el pozo de sondeo;

(c) retirar de la cara de alimentación una corriente de retenido agotada en al menos un componente en comparación con el fluido de múltiples componentes y hacer pasar la corriente de retenido a la superficie del terreno;

(d) poner en contacto la cara de permeado de la membrana con un fluido no permeado que fluye en una dirección en contracorriente a la dirección de flujo de la corriente de fluido de múltiples componentes en la cara de alimentación de la membrana;

(e) retirar de la cara de permeado una corriente de permeado a una segunda presión, estando dicha corriente de permeado enriquecida en al menos un componente en comparación con el fluido de múltiples componentes; y

(f) controlar la segunda presión para mantener a la segunda presión por debajo de la primera presión.

2. El método de la reivindicación 1, que comprende, además, disponer al menos parte del permeado retirado en una zona de desecho subterránea que está en comunicación de fluido con el pozo de sondeo.

3. El método de la reivindicación 2, que comprende, además, controlar el caudal de la corriente de permeado a la zona de desecho para mantener la segunda presión al menos 689 kPa (100 psi) por debajo de la primera presión.

4. El método de la reivindicación 2, que comprende, además, la etapa de reforzar la presión de la corriente de permeado retirada de la etapa (e) al comprimir dicha corriente de permeado por medios de presurización situados entre la membrana y la zona de desecho.

5. El método de la reivindicación 4, en el que la presión del permeado retirado se refuerza a un valor mayor que la presión de fluido en la zona de desecho.

6. El método de la reivindicación 1, en el que el fluido de múltiples componentes es gas natural que comprende metano y dióxido de carbono, y la corriente de permeado está enriquecida en dióxido de carbono.

7. El método de la reivindicación 6, en el que al menos una membrana tiene una relación de selectividad de dióxido de carbono a metano mayor que 10.

8. El método de la reivindicación 1, que comprende, además, la etapa de vigilar la presión del permeado y el caudal de la corriente de permeado.

9. El método de la reivindicación 1, que comprende, además, la etapa de reducir la presión del permeado al incrementar la velocidad de retirada de la corriente de permeado desde la cara de permeado de la membrana.

10. El método de la reivindicación 1, en el que el fluido no permeado es agua.