申请日2010.01.07
公开(公告)日2012.01.18
IPC分类号E21B41/02; E21B43/00
摘要
提供了在水处理设备处处理水的方法。一方面，水已被循环通过页岩油开发区的地下地层。该地下地层可以包括由于地层烃的热解已经枯竭的页岩。在一个实施方式中，方法包括在水处理设备处接收水并在水处理设备处处理水以便(i)充分地从水中分离出油，(ii)充分地从水中除去有机物质，(iii)充分地减小水的硬度和碱度，(iv)充分地从水中除去溶解的无机固体，和/或(v)充分地从水中除去悬浮的固体。方法可以进一步包括输送在水处理设备处处理过的水、将处理过的水再注入地下地层以持续通过枯竭页岩淋滤出污染物。
翻译权利要求书
1.用于从开发区的地下地层采收烃的方法，包括：
使用原位热将热施加至所述地下地层以将地层烃热解为烃流体;
从一个或多个烃生产井生产所述烃流体;
从注入泵将水泵入一个或多个注水井;
使水从所述一个或多个注水井循环通过所述地下地层，进入一个 或多个出水井，并上至所述开发区的地表处的水处理设备;和
在所述水处理设备处处理所述水，其中在所述水处理设备处处理 所述水包括以下的三个或多个：(i)充分地从所述水中分离出烃，(ii)充 分地从所述水中除去有机物质，(iii)充分地减小所述水的硬度和碱度， (iv)充分地从所述水中除去溶解的无机固体，和(v)充分地从所述水中除 去悬浮的固体，由此提供处理过的水。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在处理所述水后测试所 述水。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述地层烃包括固体烃。
4.根据权利要求1所述的方法，其中使用电阻加热，加热所述地下地 层。
5.根据权利要求3所述的方法，其中：
所述水处理设备包括一个或多个加气浮选分离器;和
处理所述水以充分地从所述水中分离出烃包括使所述水通过所 述一个或多个加气浮选分离器。
6.根据权利要求5所述的方法，其中处理所述水以充分地从所述水中 除去悬浮的固体包括部分地使所述水通过所述一个或多个加气浮选分 离器。
7.根据权利要求3所述的方法，其中：
所述水处理设备进一步包括一个或多个多孔介质过滤器;和
处理所述水以充分地从所述水中除去悬浮的固体包括使所述水 通过所述一个或多个多孔介质过滤器。
8.根据权利要求3所述的方法，其中：
所述水处理设备进一步包括一个或多个重力沉降器、一个或多个 离心分离器或其组合;和
处理所述水以充分地从所述水中分离出烃进一步包括使所述水 通过所述一个或多个重力沉降器、一个或多个离心分离器或其组合。
9.根据权利要求3所述的方法，其中：
所述水处理设备包括一个或多个生物氧化反应器;和
处理所述水以充分地从所述水中除去有机物质包括使所述水通 过所述一个或多个生物氧化反应器。
10.根据权利要求9所述的方法，其中：
所述水处理设备包括一个或多个加气浮选分离器;
处理所述水以充分地从所述水中分离出烃包括使所述水通过所 述一个或多个加气浮选分离器;
所述水在通过所述一个或多个加气浮选分离器之后通过所述一 个或多个生物氧化反应器。
11.根据权利要求3所述的方法，其中：
所述水处理设备包括一个或多个热石灰软化器;和
处理所述水以充分地减小所述水的硬度和碱度包括使所述水通 过所述一个或多个热石灰软化器。
12.根据权利要求11所述的方法，其中减小硬度包括充分地除去钙离 子和镁离子。
13.根据权利要求12所述的方法，其中减小碱度包括充分地除去碳酸 盐和碳酸氢盐种类。
14.根据权利要求13所述的方法，其中：
所述水处理设备进一步包括一个或多个反渗透过滤器;和
处理所述水以充分地减小碱度还包括使所述水通过所述一个或 多个热石灰软化器之后使所述水通过所述一个或多个反渗透过滤器。
15.根据权利要求14所述的方法，其中：
在所述水通过所述一个或多个加气浮选分离器之后所述水通过 所述一个或多个多孔介质过滤器。
16.根据权利要求15所述的方法，其中：
所述水处理设备包括一个或多个热石灰软化器和一个或多个反 渗透过滤器;
处理所述水以充分地减小所述水的硬度和碱度包括使所述水通 过所述一个或多个热石灰软化器和所述一个或多个反渗透过滤器;和
在所述水通过所述一个或多个生物氧化反应器之后所述水通过 所述一个或多个热石灰软化器和所述一个或多个反渗透过滤器。
17.根据权利要求3所述的方法，其中：
所述水处理设备包括一个或多个反渗透过滤器;
处理所述水以充分地从所述水中除去溶解的无机固体包括使所 述水通过所述一个或多个反渗透过滤器。
18.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
确定所述处理过的水循环通过的一部分所述地下地层的孔体积; 和
将所述处理过的水随时间以一定体积从注入泵循环通过所述地 下地层，所述一定体积表示所确定的孔体积的大约2至6倍。
19.根据权利要求18所述的方法，其中在处理所述水后测试所述水包 括在至少两孔体积的水已经循环通过所述地下地层之后测试所述水， 以符合规定的地下水标准。
20.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括：
在确定所述地下地层中的水已经满足规定的地下水标准后，中断 循环所述处理过的水。
21.根据权利要求3所述的方法，其进一步包括：
在生产所述烃流体预先确定的时间段之后，并且在将所述水循环 进入所述注水井之前，使所述地下地层冷却。
22.根据权利要求2所述的方法，其进一步包括：
将所述多个烃生产井的一个或多个转换为一个或多个出水井。
23.在水处理设备处处理水的方法，所述水已经循环通过页岩油开发区 中的地下地层以及所述地下地层包括由于地层烃的热解已经枯竭的页 岩，所述方法包括：
在所述水处理设备处接收所述水;
在所述水处理设备处处理所述水以(i)充分地从所述水中分离出 油，(ii)充分地从所述水中除去有机物质，(iii)充分地减小所述水的硬度 和碱度，(iv)充分地从所述水中除去溶解的无机固体，和(v)充分地从所 述水中除去悬浮的固体，由此提供处理过的水;
将所述处理过的水传输至泵;和
将所述处理过的水再注入所述地下地层以通过枯竭页岩淋滤出 污染物。
24.根据权利要求23所述的方法，其进一步包括在处理之后测试所述 水。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述污染物包括有机化合物、 重金属化合物和离子种类。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述地层烃包括油页岩，并且 其中所述有机化合物包括苯、甲苯、二甲苯、三甲基苯、蒽、萘、芘、 或其组合。
27.根据权利要求25所述的方法，其中所述地层烃包括油页岩，并且 其中所述重金属污染物包括砷、铬、汞、硒、铅、钒、镍、锌、或其 组合。
28.根据权利要求24所述的方法，其中所述地层烃包括油页岩，并且 其中所述离子种类包括硫酸根、氯根、氟根、或其组合。
29.根据权利要求24所述的方法，其中所述污染物进一步包括硼。
30.从开发区的地下地层采收烃的系统，包括：
至少一个原位热源，其被配置为使用原位热向所述地下地层施加 热以将地层烃热解为烃流体;
至少一个烃生产井，用于生产所述烃流体;
至少一个注入泵和至少一个注水井，其中所述至少一个注入泵被 配置为将水泵入所述至少一个注水井;和
水处理设备，其处于所述开发区的地表，并且与所述至少一个注 入泵和所述至少一个注水井流动连通，用于使水从所述一个或多个注 水井循环通过所述地下地层，进入一个或多个出水井，并上至所述开 发区的地表处的水处理设备;
其中所述水处理设备被配置为通过以下处理方法的两种或更多种 处理循环的水：(i)充分地从所述水中分离出烃，(ii)充分地从所述水中 除去有机物质，(iii)充分地减小所述水的硬度和碱度，(iv)充分地从所 述水中除去溶解的无机固体，和(v)充分地从所述水中除去悬浮的固体。
31.根据权利要求30所述的系统，其中所述地层烃包括油页岩。
32.根据权利要求30所述的系统，其中所述原位热源包括一个或多个 电阻热源。
说明书
通过原位加热生产页岩油后的水处理
相关申请的声明
本申请要求在2009年2月23日提交的、名称为“Water Treatment Following Shale Oil Production by In Situ Heating(通过原位加热生产页 岩油后的水处理)”的美国临时专利申请61/154,670的权益，将该临时申 请的全部内容通过引用并入本文。
本申请还要求在2007年3月22日提交的未决美国非临时专利申 请号11/726,651的权益。该申请名称为“In Situ Co-Development of Oil Shale with Mineral Recovery(原位共同开发油页岩与矿物开采)”并通过 引用以其全部内容并入本文。该申请11/726,651又要求在2006年4月 21日提交的未决美国临时专利申请号60/793,841的权益。该申请的名 称也为“In Situ Co-Development of Oil Shale with Mineral Recovery”。
背景
技术领域
本说明书涉及从地下地层采收烃的领域。更具体地，本发明涉及 从富含有机物岩层原位采收烃流体，所述岩层包括例如油页岩地层、 煤地层和沥青砂地层。本说明书还涉及在通过原位加热生产页岩油之 后处理用于冲洗杂质层(formation of impurity)的水的方法。
技术讨论
已知某些地质地层包含被称为“干酪根(kerogen)”的有机物。干 酪根是固体含碳物质。当干酪根被嵌在岩层中时，该混合物被称为油 页岩。事实是不管该矿物质在技术上实际上是不是页岩，它都是由致 密粘土形成的岩石。
干酪根暴露于热一段时间后经历分解。加热后，干酪根在分子水 平上分解以产生油、气和含碳焦炭。还可以产生少量的水。油、气和 水流体在该岩石基体内是流动的，而含碳焦炭保持基本上不动。
在世界范围内的各个地区包括美国都发现了油页岩地层。这种地 层显著地在怀俄明州、科罗拉多州和犹他州发现。油页岩地层往往位 于相对浅的深度并且通常的特征在于有限的渗透性。一些人认为油页 岩地层是这样的烃沉积物，其还没有经历认为是形成常规油和气储量 所需的多年热和压力。
干酪根分解产生流动烃的速率依赖于温度。在许多岁月的期间一 般超过270℃(518℉)的温度对于实质性转化来说可能是必需的。在更 高的温度下实质性转化可以在更短的时间内发生。当干酪根被加热至 必要的温度时，化学反应将形成固体干酪根的较大分子断裂成较小的 油和气分子。热转化工艺被称为热解或干馏。
从油页岩地层提取油已经尝试了许多年。近地表油页岩在地表被 开采并干馏已经一个多世纪。在1862年，James Young开始加工苏格 兰油页岩。该工业持续了大约100年。商业上通过地表开采的油页岩 干馏也已经在其它国家进行。这样的国家包括澳大利亚、巴西、中国、 爱沙尼亚、法国、俄国、南非、西班牙、约旦和瑞典。然而，因为它 证实是不经济的或者由于枯竭页岩处理上的环境限制，该实践在最近 几年已经大部分停止。(参见T.F.Yen和G.V.Chilingarian，“Oil Shale，” Amsterdam，Elsevier，p.292，其全部公开内容通过引用方式并如本文。) 此外，地表干馏需要开采油页岩，这限于对非常浅地层的具体应用。
在美国，自从20世纪00年代早期就已经知道在西北的科罗拉多 州存在油页岩沉积物。尽管时不时在该地区开展研究项目，但是还没 有进行真正的商业开发。大部分对油页岩生产的研究在20世纪00年 代后期进行。该研究主要是针对页岩油地质学、地球化学以及在地表 设施中的干馏。
在1947年，美国专利号2,732,195授予Ljungstrom。该发明名称 为“Method of Treating Oil Shale and Recovery of Oil and Other Mineral Products Therefrom(处理油页岩的方法以及从中回收油和其它矿物产 品)”的专利提议在高温下将热原位应用于油页岩地层。这样原位加热 的目的是将烃蒸馏和开采至地表。该′195 Ljungstrom专利通过引用并 入本文。
Ljungstrom杜撰了短语“热供给通道(heat supply channels)”以描 述钻到地层中的井筒。该井筒接收将热传递到周围油页岩的电热导体。 因此，热供给通道充当热注入井。热注入井中的电热元件被放在砂或 水泥或其它导热材料内，以允许热注入井将热传送到周围的油页岩中， 同时防止流体的流入。根据Ljungstrom，在某些应用中，该“集合体 (aggregate)”被加热至500℃与1,000℃之间。
与热注入井一起，流体生产井在热注入井附近完井。将热导入岩 石基体中后，干酪根被热解，产生的油和气将通过邻近的生产井被回 收。
Ljungstrom通过Swedish Shale Oil Company实施了他的从加热井 筒进行热传导的方法。完全规模的工厂被建立，其从1944年运行至 20世纪50年代。(参见G.Salamonsson，“The Ljungstrom In Situ Method for Shale-Oil Recovery，”2nd Oil Shale and Cannel Coal Conference，v.2， Glasgow，Scotland，Institute of Petroleum，London，p.260-280(1951)，其 全部公开内容通过引用并入本文)。
另外的原位方法已经被提出。这些方法一般涉及将热和/或溶剂注 入地下油页岩地层中。热可以为加热的甲烷(参见J.L.Dougan的美国 专利号3,241,611)、烟道气或过热蒸汽(参见D.W.Peacock的美国专利 号3,400,762)的形式。热还可以为电阻加热、电介体加热、射频(RF) 加热(美国专利号4,140,180，其被转让给位于伊利诺斯州芝加哥的ITT Research Institute)或者氧化剂注射的形式，以支持原位燃烧。在某些情 况下，人工渗透性已经在该基岩中形成以有助于热解流体的运动。渗 透性产生方法包括挖掘、碎石化(rubblization)、水力压裂(参见M.L. Slusser的美国专利号3,468,376以及J.V.Vogel的美国专利号 3,513,914)、爆炸压裂(参见W.W.Hoover等的美国专利号1,422,204)、 热压裂(参见R.W.Thomas的美国专利号3,284,281)以及蒸汽压裂(参 见H.Purre的美国专利号2,952,450)。
在1989年，美国专利号4,886,118授予Shell Oil Company(壳牌 石油公司)，其全部公开内容通过引用并入本文。该名称为 “Conductively Heating a Subterranean Oil Shal e to Create Permeability and Subsequently Produce Oil(传导性加热地下油页岩以产生渗透性以 及随后生产油)”的专利声明“[c]ontrary to the implications of…prior teachings and beliefs…the presently described conductive heating process is economically feasible for use even in a substantially impermeable subterranean oil shale.(与…在先的教导和看法的暗示相反…目前描述 的传导加热工艺对于甚至在基本上不可渗透的地下油页岩中的应用来 说是经济上可行的。)”(第6栏，第50-54行)。尽管有该声明，但应 当注意，除了Ljungstrom的申请外，几乎没有——如果有的话——出 现商业性原位页岩油生产。该′118专利提出控制每个热注入井周围的 岩石内的热传导速率以提供均匀的热前缘。
如上指出，已经考虑电阻加热技术用于地下地层。F.S.Chute and F.E.Vermeulen，Present and Potential Applications of Electromagnetic Heating in the In Situ Recovery of Oil(电磁加热在原位开采油中的当前 和可能的应用)，AOSTRA J.Res.，v.4，p.19-33(1988)描述重油控制器 (heavy-oil pilot)检验，其中使用″电预热(electric preheat)″在两个井之间 流动电流，以降低粘度，并在井之间产生通信信道，用以跟着蒸汽驱 随动。已经公开在叠加传导压裂或同一井中电极之间运用交流电或射 频电能，以便加热地下岩层。参见美国专利号3,149,672，其名称为 “Method and Apparatus for Electrical Heating of Oil-Bearing Formations (电加热含油地层的方法和设备)”;美国专利号3,620,300，其名称为 “Method and Apparatus for Electrically Heating a Subsurface Formation (电加热地下地层的方法和设备)”;美国专利号4,401,162，其名称为 “In Situ Oil Shale Process(原位油页岩方法)”;和美国专利号4,705,108， 其名称为“Method for In Situ Heating of Hydrocarbonaceous Formations (原位加热含烃地层的方法)”。美国专利号3,642,066，其名称为 “Electrical Method and Apparatus for the Recovery of Oil(用于回收油的 电学方法和装置)”，提供了通过在不同的井之间运用交流电在地下岩 层中电阻加热的描述。其他已经描述在井筒内产生有效电极的方法。 参见美国专利号4,567,945，其名称为“Electrode Well Method and Apparatus(电极井方法和设备)”;和美国专利号5,620,049，其名称为 “Method for Increasing the Production of Petroleum From a Subterranean Formation Penetrated bv a Wellbore(增加从井筒穿过的地下岩层开采汽 油的方法)”。美国专利号3,137,347，其名称为“In Situ Electrolinking of Oil Shale(油页岩的原位电连接)”，描述了一种方法，通过该方法， 电流被流过连接两个井的压裂，以得到在周围地层的体相(bulk)中开始 的电流动。主要由于地层的体电阻发生地层加热。
油页岩干馏和页岩油回收的另外历史可以在名称为“Methods of Treating a Subterranean Formation to Convert Organic Matter into Producible Hydrocarbons(处理地下地层以将有机物转化成可采出烃的 方法)”的共有美国专利号7,331,385中找到。该专利的背景和技术公 开内容通过引用并入本文。
不管使用的原位加热方法如何，热解方法可以产生残留的污染物。 当干酪根被原位转化成烃流体时，也可以产生许多潜在的污染物—— 有机的和无机的。期望通过枯竭页岩除去这样的污染物以防止这样的 污染物移入含水层中。
存在的需求是生产页岩油的改良方法。此外，存在的需求是，通 过枯竭页岩除去污染物的改良方法。仍进一步，存在的需求是，处理 循环通过含有枯竭页岩的地下地层的水的方法，以便除去挥发性有机 化合物和其它污染物。
概述
在一个一般方面，用于从开发区中的地下地层采收烃的方法包括 使用原位热将热施加至地下地层以便将地层烃热解为烃流体。从一个 或多个烃生产井生产烃流体。从注入泵将水泵入一个或多个注水井。 使水从一个或多个注水井循环通过地下地层，进入一个或多个出水井， 并上至开发区地表处的水处理设备。在水处理设备处处理水以便(i)充 分地从水中分离出烃。水处理设备也被配置为(ii)充分地从水和/或一个 或多个其它水处理过程除去有机物质。
该方面的实施可以包括一个或多个以下特征。例如，水处理设备 也可以被配置为完成以下的一个或多个：(iii)充分减小水的硬度和碱 度，(iv)充分地从水中除去溶解的无机固体和/或(v)充分地从水中除去 悬浮的固体，由此提供处理过的水。水处理设备可以被配置为在水处 理设备处处理水以便(i)充分地从水中分离出烃，(ii)充分地从水中除去 有机物质，(iii)充分地减小水的硬度和碱度，(iv)充分地从水中除去溶 解的无机固体，和(v)充分地从水中除去悬浮的固体。在水处理设备处 处理水可以包括充分地从水中除去有机物质、充分地减小水的硬度和 碱度、充分地从水中除去溶解的无机固体和/或充分地从水中除去悬浮 的固体中的一种或多种。在水处理设备处处理水以提供处理过的水可 以包括以下中的两种、三种、四种或多种：(i)充分地从水中分离出烃， (ii)充分地从水中除去有机物质，(iii)充分地减小水的硬度和碱度，(iv) 充分地从水中除去溶解的无机固体，和(v)充分地从水中除去悬浮的固 体。
水被处理后可以测试水。地层烃可以包括固体烃，例如油页岩。 可以使用电阻加热如井筒加热器或在适当位置例如导电的压裂处形成 的热源来加热地下地层。水处理设备可以包括一个或多个加气浮选分 离器，处理水以便充分地从水中分离出烃可以包括使水通过一个或多 个加气浮选分离器。处理水以便充分地从水除去悬浮的固体可以包括 使水部分地通过一个或多个加气浮选分离器。水处理设备可以包括一 个或多个多孔介质过滤器，处理水以便充分地从水除去悬浮的固体可 以包括使水通过一个或多个多孔介质过滤器。水处理设备可以包括一 个或多个重力沉降器、一个或多个离心分离器和/或其组合，处理水以 便充分地从水中分离出烃可以包括使水通过一个或多个重力沉降器、 一个或多个离心分离器和/或其组合。水处理设备可以包括一个或多个 生物氧化反应器，处理水以便充分地从水除去有机物质可以包括使水 通过一个或多个生物氧化反应器。在水通过一个或多个加气浮选分离 器之后，水可以通过一个或多个生物氧化反应器。水处理设备可以包 括一个或多个热石灰软化器，处理水以便充分地减小水的硬度和碱度 可以包括使水通过一个或多个热石灰软化器。减小硬度可以包括充分 地除去钙离子和镁离子。减小碱度可以包括充分地除去碳酸盐和碳酸 氢盐种类。水处理设备可以包括一个或多个反渗透过滤器，处理水以 便充分地减小碱度可以包括，在使水通过一个或多个热石灰软化器之 后，使水通过一个或多个反渗透过滤器。在使水通过一个或多个加气 浮选分离器之后，可以使水通过一个或多个多孔介质过滤器。水处理 设备可以包括一个或多个热石灰软化器和一个或多个反渗透过滤器， 处理水以便充分地减小水的硬度和碱度可以包括使水通过一个或多个 热石灰软化器和一个或多个反渗透过滤器。在使水通过一个或多个生 物氧化反应器之后，水可以通过一个或多个热石灰软化器和一个或多 个反渗透过滤器。水处理设备可以包括一个或多个反渗透过滤器，处 理水以便充分地从水中除去溶解的无机固体可以包括使水通过一个或 多个反渗透过滤器。
处理过的水循环通过的一部分地下地层的孔体积可以被确定。处 理过的水可以随时间以一定体积从注入泵循环通过地下地层，所述一 定体积表示所确定的孔体积的大约2至6倍。在水被处理后可以测试 水。测试处理过或部分处理过的水可以包括在至少两孔体积的水已经 循环通过地下地层之后测试所述水，以符合规定的地下水标准。例如， 规定的地下水标准可以包括科罗拉多州环境监管机构的规定。在确定 地下地层中的水已经满足规定的地下水标准后，处理过的水的循环可 以被中断。在产生烃流体预先确定的时间段之后，并且在将水循环进 入注水井之前，可以允许地下地层进行冷却。多个烃生产井的一个或 多个可以被转换为一个或多个出水井。
在另一个一般方面，在水处理设备处处理水的方法，所述水已经 循环通过页岩油开发区中的地下地层，并且所述地下地层包括由于地 层烃的热解已经枯竭的页岩，所述方法包括在水处理设备处接收所述 水。在水处理设备处处理水以(i)充分地从水中分离出油，(ii)充分地从 水中除去有机物质，(iii)充分地减小水的硬度和碱度，(iv)充分地从水 中除去溶解的无机固体，和/或(v)充分地从水中除去悬浮的固体，由此 提供处理过的水。处理过的水被传输至泵并再注入地下地层以通过枯 竭页岩淋滤出污染物。
该方面的实施可以包括一个或多个以下特征。例如，水可以在处 理之后进行测试。污染物可以包括有机化合物、重金属化合物和离子 种类。有机化合物可以包括苯、甲苯、二甲苯、三甲基苯、蒽、萘、 芘和/或其组合。重金属污染物可以包括砷、铬、汞、硒、铅、钒、镍、 锌和/或其组合。离子种类可以包括硫酸根、氯根、氟根和/或其组合。 污染物可以包括硼。水处理设备可以包括一个或多个加气浮选分离器。 处理水以充分地从水中分离出油可以包括使水通过一个或多个加气浮 选分离器。处理水以充分地从水中除去悬浮的固体可以包括部分地使 水通过一个或多个加气浮选分离器。水处理设备可以包括一个或多个 多孔介质过滤器，处理水以充分地从水中除去悬浮的固体可以包括使 水通过一个或多个多孔介质过滤器。
水处理设备可以包括一个或多个重力分离器。处理水以充分地从 水中分离出油可以包括使水通过一个或多个重力分离器。水处理设备 可以包括一个或多个生物氧化反应器。处理水以充分地从水中除去有 机物质可以包括使水通过一个或多个生物氧化反应器。处理水以充分 地从水中除去有机物质可以包括使水通过包含活性炭、漂白土或两者 的吸附介质。在水通过一个或多个加气浮选分离器之后，水可以通过 一个或多个生物氧化反应器。水处理设备可以包括一个或多个热石灰 软化器。处理水以便充分地减小水的硬度和碱度可以包括使水通过一 个或多个热石灰软化器。水处理设备可以包括一个或多个热石灰软化 器。处理水以便充分地减小水的硬度和碱度可以包括使水通过一个或 多个热石灰软化器。在使水通过一个或多个生物氧化反应器之后，水 可以通过一个或多个热石灰软化器。除去硬度可以包括充分地除去钙 离子和镁离子。除去碱度可以包括充分地除去碳酸盐和碳酸氢盐种类。
水处理设备可以包括一个或多个反渗透过滤器。处理水以便充分 地除去碱度可以包括，在使水通过一个或多个热石灰软化器之后，使 水通过一个或多个反渗透过滤器。水处理设备可以包括一个或多个热 石灰软化器和一个或多个反渗透过滤器。处理水以便充分地减小水的 硬度和碱度可以包括使水通过一个或多个热石灰软化器和一个或多个 反渗透过滤器。在水通过一个或多个生物氧化反应器之后，水可以通 过一个或多个热石灰软化器和一个或多个反渗透过滤器。水处理设备 可以包括一个或多个反渗透过滤器。处理水以便充分地从水中除去溶 解的无机固体可以包括使水通过一个或多个反渗透过滤器。在水通过 一个或多个加气浮选分离器之后，水可以通过一个或多个反渗透过滤 器。水处理设备可以包括一个或多个多孔介质过滤器。处理水以便充 分地从水中除去悬浮的固体可以包括使水通过一个或多个多孔介质过 滤器。在水通过一个或多个加气浮选分离器之后，水可以通过一个或 多个多孔介质过滤器。处理过的水循环通过的一部分地下地层的孔体 积被确定。从泵再注入处理过的水可以包括随时间注入一定体积的处 理过的水，所述一定体积表示所确定的孔体积的大约2至6倍。测试 水可以包括测试水以符合规定的地下水标准。规定的地下水标准包括 科罗拉多州环境监管机构的规定。在确定地下地层中的水已经满足规 定的地下水标准后，处理过的水的再注入可以被中断。地层烃可以包 括油页岩或其它重烃如沥青砂。
在另一个一般方面，从开发区的地下地层采收烃的系统可以包括 至少一个原位热源，其被配置为使用原位热向地下地层施加热以将地 层烃热解为烃流体。系统包括至少一个用于生产烃流体的烃生产井、 至少一个注入泵和至少一个注水井。所述至少一个注入泵被配置为将 水泵入所述至少一个注水井。系统包括在开发区地表的水处理设备。 水处理设备与至少一个注入泵和至少一个注水井流动连通，所述流动 连通允许水从一个或多个注水井循环通过地下地层，进入一个或多个 出水井，并上至在开发区地表的水处理设备。水处理设备可以被配置 为通过以下处理方法的两种或更多种处理所述循环的水：(i)充分地从 水中分离出烃，(ii)充分地从水中除去有机物质，(iii)充分地减小水的硬 度和碱度，(iv)充分地从水中除去溶解的无机固体，和/或(v)充分地从 水中除去悬浮的固体。地层烃可以包括重烃如油页岩或沥青砂。原位 热源可以包括一个或多个电阻热源。
提供了从开发区中的地下地层采收烃的方法。一方面，方法包括 使用原位热向地下地层施加热以便将地层烃热解为烃流体，然后从多 个烃生产井生产烃流体持续期望的时间期间。优选地，地层烃包括固 体烃。固体烃可以是例如油页岩。在该情况下，开发区可以是页岩油 开发区。
方法也可以包括从开发区地表处的注入泵将水循环并至一个或多 个注水井中，并进一步将水循环通过地下地层，进入一个或多个出水 井，并返回地表处的水处理设备。优选地，在期望的时间期间之后， 水被循环进入注水井之前，地下地层允许被冷却。
方法也可以包括在水处理设备处处理水。处理水的目的是：(i)充 分地从水中分离出油，(ii)充分地从水中除去有机物质，(iii)充分地减小 水的硬度和碱度，(iv)充分地从水中除去溶解的无机固体，和(v)充分地 从水中除去悬浮的固体，由此提供处理过的水。
一方面，水处理设备包括一个或多个加气浮选分离器。此外，水 处理设备可以包括一个或多个重力分离器。在这些情况下，处理水以 充分地从水中分离出油包括使水通过一个或多个加气浮选分离器以及 任选地一个或多个重力分离器。
另一方面，水处理设备包括一个或多个生物氧化反应器。在该情 况下，处理水以充分地从水中除去有机物质可以包括使水通过一个或 多个生物氧化反应器。优选地，在水通过一个或多个加气浮选分离器 之后，使水通过一个或多个生物氧化反应器。
另一方面，水处理设备包括一个或多个热石灰软化器。在该情况 下，处理水以充分地减小水的硬度和碱度包括使水通过一个或多个热 石灰软化器和一个或多个反渗透过滤器。优选地，在水通过一个或多 个生物氧化反应器之后，使水通过一个或多个热石灰软化器和一个或 多个反渗透过滤器。
另一方面，水处理设备包括一个或多个固体过滤器如多孔介质过 滤器。在该情况下，处理水以充分地从水中除去悬浮的固体可以包括 使水通过一个或多个多孔介质过滤器。优选地，在水通过一个或多个 热石灰软化器之后，使水通过一个或多个多孔介质过滤器。
方法也可以包括在处理水之后测试水。测试的目的是确定符合规 定的地下水标准。例如，标准可以是美国科罗拉多州或另一个州的监 管机构建立的环境标准。
方法也可以包括以下步骤：确定处理过的水循环通过的一部分地 下地层的孔体积，然后从注入泵将处理过的水随时间以一定体积循环 通过地下地层，该一定体积表示所确定的孔体积的大约2至6倍。优 选地，在至少两孔体积的水已循环通过地下地层之后，测试水。
本文也提供了在水处理设备处处理水的方法。一方面，水已被循 环通过页岩油开发区的地下地层。地下地层包括由于地层烃的热解而 已枯竭的页岩。在一个实施方式中，方法包括在水处理设备处接收水， 并在设备处处理水以便：(i)充分地从水中分离出油，(ii)充分地从水中 除去有机物质，(iii)充分地减小水的硬度和碱度，(iv)充分地从水中除 去溶解的无机固体，和(v)充分地从水中除去悬浮的固体。方法进一步 包括将已在地表设备处处理过的水作为处理过的水传输至泵，并且将 处理过的水再次注入地下地层以持续通过枯竭页岩淋滤出迁移性污染 物种类。
迁移性污染物种类可以包括例如有机化合物。有机化合物可以包 括苯、甲苯、二甲苯、三甲基苯、蒽、萘、芘、硼或其组合。可选地， 或附加地，迁移性污染物种类可以包括重金属化合物。重金属化合物 可以包括例如砷、铬、汞、硒、铅、钒、镍、锌或其组合。可选地， 或附加地，迁移性污染物种类可以包括离子种类。离子种类可以包括 硫酸根、氯根、氟根或改变地下地层中水的pH的其它物质。
方法还可以包括确定处理过的水循环通过的一部分地下地层的孔 体积。然后从泵再注入处理过的水的步骤可以包括随时间注入一定体 积的处理过的水，该一定体积表示所确定的孔体积的大约2至6倍。 再注入的水通过出水井采出并返回水处理设备。
方法也可以包括在处理后测试水。这可以意味着例如测试水以符 合规定的地下水标准。规定的地下水标准可以是科罗拉多州或另一个 州的环境监管机构的规定。然后方法可以包括，在确定地下地层中的 水已经满足规定的地下水标准后，中断处理过的水的循环。