轻质或重质原油的流动添加剂,添加剂的使用以及改善轻质或重质原油的开采、泵送和/或运输的方法

摘要

本发明涉及一种用于改善轻质或重质原油的开采和转移的流动添加剂，其包含含有空心或实心的人造微球的水性乳液，能够改变表面张力的组分，高分子量聚合电解质，二醇类防冻和流动性改进剂以及增稠剂。本发明的添加剂改善了从油井泵送到储罐的原油的流动性，还清洁和避免了原油钻井穿孔所带来的石蜡和重质烃的结垢，即使在低温情况下(低于0℃)。

说明书

发明领域

本发明涉及一种用于改善轻质或重质原油开采(extraction)和转移的流动添 加剂，其含有包含中空的或实心的人造微球的水性乳液，能改变表面张力的组 分，高分子量聚合电解质，二醇的防冻和流动性改进剂以及增稠剂。所述添加 剂提供了油品的开采流、泵送和运输的改进，并防止管线内结垢，主要在低温 条件下。

发明背景

轻、重质原油的开采、泵送和运输是石油钻井和炼化公司面临的一大难题， 由于在设计用于油品运输的管线内部的原油和石蜡烃以及其他烃沉积物的高粘 度，其会导致石蜡烃和其他重质烃结垢从而引起设备和管线的阻塞。

已经提出了几种方法用于改善原油的开采、泵送和运输，例如：生成水性 乳液或分散体，添加轻馏分的烃，为所有管线安装加热器，热分馏，及其他。

专利US5934303描述了一种带有选自碱金属或胺盐的水溶性磺化的分散剂 的水溶液，通过降低原油的粘度，使其易于泵送入管线。

专利US4246920、US4285356、US426564和US4249554描述了包含50％ 油的乳液。

专利US4770199描述了非离子型烷氧基化与羧基化表面活性剂的混合物中 的乳化剂。

专利US6818599描述了一种用作改善原油开采时流动性的流体的水和油的 不稳定乳液。

专利申请BR0502142描述了一种使用包含微球的水性乳液来泵送和运输 轻、重质油的方法。

目前所用方法的缺点是：添加烃的轻质馏分涉及到使用大量的有机溶剂， 其相对昂贵，并且必须存在所述烃的可用来源。

可以使用加热器来降低油品的粘度，因为粘度与温度成反比。为了使此种 设备发挥作用，从油井中取出的油可以用作燃料；然而，这一过程会造成15-20％ 的油品损失。

热裂解是昂贵的方法，并且涉及到生成气体副产物。

现有技术的状况是不能提供一种可同时或可选地改进轻质或重质油品的开 采、泵送和运输的方案，并避免在管线中形成结垢，即使在低温情况下(低于0 摄氏度)。

发明概述

本发明涉及一种用于改善轻、重质原油的开采、泵送和运输的流动添加剂， 特征在于其包含含有空心或实心微球的水性乳液，所述空心或实心微球基于陶 瓷、金属、聚合物、含硼硅酸盐玻璃、碱性硅酸盐或氧化锆，但并不限于这些， 直径等于或小于1000微米并具有高的润滑性能(例如由3M^TM公司、PQ公司 ^TM、Nobel工业^TM出售的商标为Scotchlite Glass Bubbles^TM、Zeospheres Ceramic  Microspheres^TM、Z-Light Spheres^TM、Q-Cel^TM、Expancel^TM的那些，以及其他)。

根据本发明的水性乳液还包含其他的复合物(composite)，其对轻质或重质原 油的开采、泵送和运输有利，即使在低温情况下。

发明详述

根据本发明的水性乳液的微球优选是球形颗粒，直径小于1000微米，空心 或实心的，具有可变的化学组成，例如，基于玻璃(如硼硅酸盐或碱性硅酸盐) 的，基于陶瓷(如氧化铝和二氧化硅-氧化铝)的，基于聚合物(如PVDC)的，金属 的和基于氧化锆的等。

所述的微球在管道表面与原油之间的膜的形成中起作用，改善了油品的流 动性。除了对流动性有影响，微球还可物理上地避免形成石蜡和重质烃结垢， 其存在于从油井取出的油品中。

微球广泛用于期望降低密度的应用中，也为了在不大幅度改变粘度的基础 上增加负载和改进适应性，以及其他的特性。

使用微球的优势是其物理形式的特性，表面积小从而能容纳相比于其他类 型的可用惰性填充更大的负载和滚珠轴承效应，其几乎在油与管壁之间的界面 中形成球形膜，促进流动和增加泵送。

本发明的乳液包含对应于所述微球的0.1％-40％的固体含量，依具体的应用 而定。

进一步地，该水性乳液包含改变表面张力的组分，该组分可以选自能提供 低表面张力的氟化复合物(composite)。这种低表面张力使得乳液能够移除原油泵 送管内表面的浸渍污垢和残渣。

本发明的氟化合物选自全氟辛烷，全氟丁烷，全氟烷基，如磺酸盐，含氟 脂肪酸，羧酸盐(carboxilates)，烷氧基化物(alcoxilates)，酯，含氟丙烯酸酯 (fluorochemistry acrylates)，如离子的，阳离子的或非离子的。

这一特性可以使用表面张力改变剂组分达到，所述表面张力改变剂组分选 自阴离子和/或非离子表面活性物(tensoactive)，特别是磺酸盐的烃，乙氧基化合 物，硅源的或氟酸盐。表面活性物可选自二辛基磺基琥珀酸钠，乙氧基仲醇， 带有4和5个乙氧基化摩尔的乙氧基化壬基苯酚。

本发明的乳液还包含低磨损系数和表面能的聚四氟乙烯基树脂(PTFE)。 由此，泵的定量给料部分的可移动部件的消耗将会大幅减少。

PTFE树脂可以以水溶性分散体，微米粉末，纯的或包含基于二硫化钼、石 墨等的填料的微细或粒状粉末的形式使用。

PTFE树脂例如是由3M^TM、Dupont^TM、Soludy Solexis^TM、ICI^TM等公司出售 的商标为Dyneon PTFE^TM、Teflon^TM、Zonyl^TM、Polyflon^TM等的那些。

进一步地，本发明的乳液包含聚合电解质，其可以选自包含离子成分的聚 合物或共聚物，该离子成分能够通过其离子的迁移来导电。这些聚合电解质包 含至少一种单体离子组分，如酸基团，且在水性介质中电解。

合适的单体物质(其能够提供电解和电离的部分，但并不限于这些)的例子 为：丙烯酸，2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙磺酸，磺基丙基丙烯酸盐，顺丁烯二酸酐， 衣康酸酐，B-羧酸ethylacrilate，乙烯基吖内酯乙二醇酸(glycol acid)加合物，乙 烯苯(estyrene)磺酸钠或其组合。

在具体实施例中，本发明的聚合电解质是高分子量和带负电荷的物质。为 了便于应用，根据本发明的聚合电解质在乳液中的含量为约0.2-约1.5％，特别 是约1％。

对于低温应用，其中轻油会变重，更加危害原油的开采、泵送和运输，根 据本发明的乳液还包含防冻和流动改进成分，特别是二醇(glycol)。

本发明的乳液还包含约0.2-约3％的选自至少一种纤维素衍生物，特别是甲 基纤维素，的增稠剂。

该乳液的主要性能是对固体的倾析和分段运输具有高稳定性，低表面张力， 高流动性以及在管道内部形成残留膜，即使在低温下。其增加流动性的特性优 于目前用于同类应用的产品。

而且，当注入到井中时，它在相当大程度上增加了开采流出量，依注入的 乳液不同，能够改进超过800％。

根据本发明的添加剂主要只改进了输送链(chain)的表面层，便于输送链排 水。所述的表面层在约1-约3mm的范围内。这是很有优势的，因为如果添加剂 渗透到输送链的所有外延，它将会妨碍排水，由此增加泵送过程的费用。

第二方面，本发明预期了使用在此详细列出的流动添加剂作为轻质或重质 原油的开采、泵送和/或运输的辅助剂，使得性能增加超过800％。

第三方面，本发明涉及改进轻质或重质原油的开采、泵送和/或运输方法， 包括向油品输送链中添加浓度为100-10000ppm的在此详细说明的所述流动添 加剂。

下面描述了本发明的具体实施方式的例子，这并不构成对权利要求中定义 的本发明的范围的任何限制。

实施例

实施例1

在装有螺旋搅拌器的混合罐中，在均匀的搅拌速度下加入相应于总量的 30-50％。

加入30-60％的乙二醇，此后，再加入0.2-3％的高分子量聚合电解质(如 Aratrop Industrial^TM公司出售的Art Floc 1530^TM，或Unisol Brasil的Unifloc 5050 或Unifloc 1040)。

接着，加入1-4％的浓度为0.2％的湿润剂体系，该体系包含阴离子的氟代组 分和非离子的(例如Dupont^TM，3M^TM，MansonChemical Company^TM，Ciba  Specialty Chemical^TM公司的Zonyl^TM，Novec^TM，Masurf^TM，和Lodyne^TM)。

此后，加入浓度为0.2％的异噻唑啉酮(isotiazolinone)防腐剂(例如Lonza^TM和Rohm and Haas^TM公司的Isocil^TM，Liocide^TM，Kathon^TM等)。

最后，在略微降低搅拌器旋转速度的情况下，加入浓度为40％的微球和 0.2-3％的甲基纤维素。

控制pH值，保持乳液的pH值控制在6.5-9.5来验证乳液的稳定性。

水和乙二醇也是乳液组成中具备运输功能的部分，并有助于防止管道内表 面生成结垢和残渣。油品同样也起到了辅助润滑和避免乳液组成干燥的作用。

另外，乳液具有包含稠化剂和防腐剂的稳定包，用于保持乳液的稳定性， 避免会对负载有微球的乳液的流动添加剂功能造成不可逆转伤害的细菌侵袭。

实施例2

同实施例1中的组成，但是使用30％固体含量的微球。

实施例3

同实施例1中的组成，但是使用10％固体含量的微球。

实施例4

同实施例3中的组成，但是添加5％的聚四氟乙烯树脂(PTFE)粉末。

实施例5

同实施例3中的组成，但是添加0.5％的聚四氟乙烯树脂(PTFE)粉末。

实施例6

为了证明本发明的流动添加剂的效果，准备了包含6m镀锌管道的测试装 置，管道配有套筒来模拟室温。

所述的管道包含一个循环油用的泵(类似于在开采井中使用的泵)。装置还 包含管道入口和出口处的压力和温度传感器，以及24小时监测装置的数据记录 和获取系统，分析管道入口和出口的压力和温度差异。当差异较低时，效率较 高，流动得到改善。

实验在空调室(climatized room)中实施以保持恒定的温度20摄氏度，因为温 度会影响结果。这样，测试和流动就可以不受温度的影响。

测试轻质(API度为18)和重质(API度为13)油品，在10000ppm流动 添加剂的初始冲击处理后，接下来保持1000ppm的处理。

该方法包括添加剂冲击处理来清洗和润滑管道。冲击处理是通过计算油品 管道的大小来确定的。随后减少添加剂的加入量以达到维持的剂量。

已发现在冲击处理阶段油品流出量增加了800％，在维持处理阶段增加了 200％。

同时发现，使用本发明的添加剂的时间段越长，该方法越有效。同样，流 中加载的量越大，结果越好。

根据本发明的添加剂不与油品混合，只保持在管道壁的表面。另外，随着 泵流量的增加，需要使用的产品减少。

在停止向油泵的管线中加入流动添加剂之后，发现余效可持续超过4个小 时，在油泵系统停止以后。

这证明在管道内表面形成了膜，也证明了由于形成减小管壁与油品之间摩 擦的膜而起作用的作用原理。

另外，使用传统电流计的实验室测试显示出包含本发明的添加剂的油品流 变性能的改变。

在常规条件下，油泵管道内的压力在入口处为约6500-7000kPa mbar，在出 口处为1800-2000。通过使用流动添加剂，入口处的压力为650-750，出口处为 160-190。

在现场时，输送管中的压力限值为620psi，使得轻油的泵送为约80.000l/h， 重油为20.000l/h。当达到控制压力时，调整油品的流出量以减少泵送并保持压 力。

根据本发明的方法使得能够以与轻油相同的流出量泵送重油，即，对于小 管线(大约120千米)来说它将流出量提高了4倍。

在用化学品改变泵送原油的粘度的新测试后，证明了存在余效。随着残留 膜的移除，出现了压力增加，和在管线泵送流出量的降低。

该添加剂还在保存期限、在更加不利的气候条件下(如在产品实际应用中由 于材料暴露于气候影响而引起温度差异)显示了充分的稳定性。