使用水溶性聚合物的用于提高油回收的设施及使用该设施的方法

摘要

用于提高油回收的设施，其顺次地包括：聚合物存储料斗(1)；研磨装置(3)，包括用于研磨和排出已分散的聚合物的腔室(16)和位于腔室的全部或一部分周边上的由副水回路(23)供给的环(22)，所述腔室包括转子(17)和定子(20)，所述环与腔室(16)连通以便在定子(20)的刀片(21)上喷洒加压水；用于已分散的聚合物的溶解/熟化槽(6)；用于将加压聚合物溶液输送到运送有注射水的管线中的泵(5)，以便将混合物(聚合物+注射水)引入到井(P)中。使用该设施的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用水溶性聚合物的用于提高油回收的设施。本发明还涉及一种使用所述设施的提高油回收的方法。

背景技术

丙烯酰胺和/或甲基丙烯酰胺的(共聚)聚合物占据了在石油工业中多数应用情形下使用的水溶性聚合物的大部分。这些聚合物尤其对于通过溶液注射来改进提高油回收而言非常有利。该方法包括使用或多或少含盐的水注射液也称为“卤水”来注满/冲洗油田，聚合物溶解在该水注射液中以使其粘稠化，从而迫使油离开岩缝。在这种应用情形中，所使用的聚合物的数量非常大，超过50000吨/年，这是最不寻常的。

更准确地说，这项技术的效率严重依赖于油和卤水之间所存在的粘度差。为了降低该粘度差，必需通过添加水溶性聚合物，很通常是添加分子量非常大的丙烯酰胺和/或甲基丙烯酰胺的聚合物或共聚体，来稠化注射水。这是提高油回收(EOR)的方法之一。

然而，这些聚合物相对而言较易于退化。在这些退化形式中，这三种类型是显著的：水解反应、机械退化和自由基退化反应。第一种导致聚合物的化学组分发生变化，而其它两种导致链长度降低。

因此，非常重要的是防止聚合物链退化，以便在其使用期间保持聚合物的所有粘稠性质。

在本发明中，“退化”指的是导致高分子链断裂的任何过程。这类退化意味着攻击通过链增长反应而形成的高分子链的自由基的形成。作为退化引发因子的这些自由基可以尤其通过氧化部分(特别是氧)和还原部分(氧抑制剂、硫化氢、Fe²⁺)之间氧化还原反应而形成。

在实践中，呈粉末或乳浊液形式的丙烯酰胺(共聚)聚合物通常可经济地获得。它们通常以稀释水溶液在工业应用情形中使用。由于它们的高分子量，所形成溶液的粘度较高。如果希望部分地消除分散装置中凝结物的形成，则这导致需要限制聚合物在溶液中的浓度。对于具有大约1.5千万分子量的聚合物而言，该浓度通常不会超过5克/升。如在此之上，则观察到“鱼眼”的形成，“鱼眼”对应于聚合物粉末的实际凝结物。然后，必需在两个相继步骤中应用粗过滤(100-200微米)和精细过滤(10-20微米)以去除“鱼眼”。而且，在分散装置中的停留时间较短，聚合物不具有溶解的时间，因此无法泵送和使用，从而需要后续的熟化或溶解步骤。

在溶解之后，聚合物以本领域中所使用的卤水稀释，以便获得所需浓度(通常是500至3000ppm)和粘度(通常是5至50厘泊)。

在实践中，使用下述装置之一进行分散：

o通过锥体来供给的水喷射器，自身被加湿以防止粘结，

o粉末的空气输送，跟随着通过溶解槽上方的水喷嘴来进行加湿，

o粉末在搅拌下与水接触的任何其它方法。

关于溶解，它在开放空气下发生在溶解槽中，其中氧饱和度为4至7ppm，这通过自由基的形成而甚至在氧还原剂(亚硫酸氢铵)的存在下仍会使注射聚合物化学退化。显然，目的是能够注射具有导致所需粘度的精确浓度的溶液。例如，在1000至2000ppm的注射液浓度和500m³至2000m³的每小时流率下，需要溶解聚合物500至4000公斤/小时，这远远大于常规使用的量，例如在泥浆处理操作期间的絮凝过程中。

发明内容

因此，本发明将要解决的问题在于，开发一种用于分散大量高浓度聚合物以便减小熟化/溶解槽的尺寸的设施，并且该设施：

-不会输入外部氧，以保持聚合物的分子量；

-并且不用过滤所形成溶液，因为这是困难和昂贵的操作。

出于此目的，申请人已开发了用于提高油回收的设施，其顺次地包括：

-用于具有标准粒度分布的水溶性聚合物的存储料斗，

-用于分散聚合物的研磨装置，

-用于已分散的聚合物的溶解/熟化槽，其具有若干搅拌隔室，或者，批量槽，

-用于在压力下将聚合物溶液输送到运送有注射水的管线中，以便将混合物(聚合物+注射水)引入到井中。

该设施的特征在于，该研磨装置包括：

-聚合物在其中进行计量的加湿锥体，所述计量通常使用计量螺杆来进行，所述锥体连接到主水进入回路，

-位于该锥体的底端处的：

o用于研磨和排出已分散的聚合物的腔室，所述腔室包括：

■转子，它由马达驱动并配置有可选地相对于转子的半径倾斜的刀具，

■固定的定子，它包括可选地相对于转子的半径倾斜并均匀间隔开的刀片，

■转子/定子组件使得能够对聚合物进行湿研磨，

o位于腔室的全部或一部分周边上的、由副水回路供给的环，该环与腔室连通以便在定子的刀片上喷洒加压水，从而释放所述刀片的表面上的已研磨和膨胀的聚合物，

o该组件用于减小转速并增加离开研磨腔室的分散体的浓度。

在说明书其余部分和权利要求书中，“具有标准粒度分布的聚合物”指的是具有在0.15至1毫米之间的粒度分布的粉末。在实践中，聚合物的分子量至少为1千万，有利地大于1.5千万。

换句话说，本发明体现在，已开发出这样一种设施，在该设施中，研磨装置已被修改成使得能够增加分散体中的聚合物浓度，而不会阻塞所述研磨装置(由于加压副水的注射同时保持低转速)。由于该高浓度(0.5至3％)和呈粉末形式的聚合物流(在实践中，对于200毫米的切割直径，为大约300公斤/小时)，该聚合物在研磨装置中不完全溶解。为了解决该问题，该设施还包括溶解/熟化槽，从而使以相同浓度(0.5至3％)完成聚合物的溶解并使其能够泵送成为可能。

根据该研磨装置的第一特征，聚合物在锥体中通过溢流加湿，该锥体在此情况下配置有双夹套，主水进入回路连接在该双夹套的基部处。可替代地，该加湿也可通过本领域技术人员公知的任何其它装置在锥体中进行，例如喷洒喷嘴或扁平射流。

在实践中，转子配置有2至20个刀具，有利地在4至12个之间。然而，根据转子直径，刀具的数量可以改变。类似地，定子的刀片数量也可根据其直径而改变。在实践中，对于200毫米的转子直径，在50至300之间，有利地在90至200之间。而且，根据另一特征，刀具可选地或多或少地相对于转子的半径倾斜。有利地，该倾斜在0至15°之间，有利地在2至10°之间。

根据另一特征，定子的刀片之间的距离在50至800微米之间。为了有效地研磨，转子的刀具和定子的刀片之间的距离在50至300微米之间，有利地在100至200微米之间，在实践中大约为100微米。有利地，定子的刀片相对于转子的直径以小于10°的角度倾斜。这些刀片组装在壳体中，或者在大块金属中切割或者是高强度复合物。

在一个优选实施方式中，转子刀具不倾斜，而定子刀片倾斜。

而且，关于周边环，它经由呈孔、狭缝或等同形式的小孔而与研磨和排出腔室连通，该小孔的尺寸和在环上的分布使得：副水可在压力下被推进在定子的刀片上，从而用于防止因凝胶状聚合物而引起的、刀片之间的空间的阻塞。因此，通过转子泵作用而施加的压力可明显减小，而不会产生堵塞的风险。刀片的间隔越小，连续操作所需压力越高。

显然，存储料斗允许进行连续供给并接收散装(卡车)或各种容量的袋中的聚合物。

如已描述，该设施还包括一个或多个熟化/溶解槽，或可替代地，该设施还包括批量槽。分隔开的槽或批量槽用于使聚合物中未在研磨装置中溶解的部分溶解。该溶解/熟化槽包括例如若干隔室，每个隔室配置有机械搅拌器。由于对于相同的溶解率而言，在研磨装置中进而在溶解/熟化槽中所获得的聚合物浓度较高，所以在实践中该槽比现今使用的槽小2至8倍。

有利地，该溶解/熟化槽是包括若干隔室的槽，每个隔室配置有机械搅拌器。在此情况下，聚合物通过“熟化”不需要添加水而溶解。

而且，在实践中，用于将聚合物溶液输送到运送有注射水或卤水的管线的泵是Triplex(三重)、螺杆或其它类型的高压泵。

在一个具体实施方式中，当溶解/熟化槽远离研磨装置时，容积泵(Moyno型)加设有用于在高压注射泵的入口处保持预定压力(1至3巴)的变换器。该压力允许对高压泵进行供应，而不会产生气穴现象。

本发明的另一主题是一种使用上述设施的、用于提高油回收的方法。

根据该方法，以连续或间歇模式并在惰性气氛有利地在氮气下：

-将具有标准粒度分布的聚合物供给研磨装置，

-在研磨装置中：

o以一定数量的主水在加湿锥体中对聚合物进行预加湿，该一定数量的主水适于获得具有15至100克/升浓度且有利地具有20至80克/升浓度的聚合物悬浮液，

o然后，随即在研磨和排出腔室中通过在转子的刀具与定子的刀片之间对聚合物进行切碎来减小预加湿的聚合物的尺寸而不会使聚合物的分子量降低，在实践中聚合物的尺寸被减小到50至200微米，

o然后，使用来自周边环的加压副水来清除位于定子的刀片之间的、膨胀的聚合物易于固定到其中的空隙，

-然后，将其浓度通过以副水稀释而处在3至30克/升之间且有利地处在10至25克/升之间的已分散的聚合物输送到溶解/熟化槽或批量槽中，在溶解/熟化槽(6)或批量槽中聚合物通过轻柔搅拌而处于相同浓度，有利地在短的时间段中(一般小于30分钟)，

-一旦聚合物溶解，则将所述聚合物输送到注射水在其中流动的管线，以便将混合物(聚合物+注射水)注射到井中，同时有利地在聚合物溶液中将氧的溶解限制成小于500ppb，并且如果可能的话限制成小于100ppb。

有利地，以重量计，主水占总水(主水+副水)的20至40％，而副水占总水(主水+副水)的60至80％，这是获得5至30克/升之间的聚合物浓度所需要的。

在实践中，根据该方法的一个特征，对于200毫米的切割直径，转子的转速在2000至5000rpm之间，平均大约为3000rpm。对于100毫米的切割直径，转速在3000至6000rpm之间，并且对于400毫米的切割直径，在1500至3000rpm之间。更通常地，根据也被称为切割直径的转子的直径，转子速度在20至40m/s之间，而不是90至120m/s之间，对于1500设备而言。

而且，为了避免因已研磨的聚合物而堵塞定子刀片之间的空间，副水通过环的小孔在至少1巴的压力下被推进，所述压力通常为主水压力，或者3至6巴或以上，对于非常微细的间距，则通常在1至10巴之间。

在实践中，注射水是来自于石油生产水、海水或蓄水层的水。类似地，聚合物是丙烯酰胺和/或甲基丙烯酰胺的(共聚)聚合物。

本发明的方法允许在惰性气氛下在少于30分钟中和在环境温度下溶解分子量非常大的丙烯酰胺的(共聚)聚合物，用50℃的生产水时该溶解时间可减少为小于10分钟。

附图说明

从下面结合本发明所附的附图而描述的示例中，本发明及其优点将变得清楚。

图1是本发明的设施的示意图。

图2是研磨装置的示意性侧视图。

图3是沿着图2的AA’的剖视图。

具体实施方式

示例1：设施

图1示出了施行本发明的方法的设施。该设施包括用于呈粉末形式的聚合物的存储仓(1)，它在其基部处具有用于在氮气(4)下将聚合物输送到研磨装置(3)的计量螺杆(2)。

该研磨装置在图2和3中更具体地示出。

该研磨装置包括：

-加湿锥体(11)，它在其顶端处连接到通常经由计量螺杆而对标准粒度分布的聚合物进行定量配给的柱筒(12)，锥体(11)在其底部处连接到供给溢流(14，14’)的主水进入回路(13)，

-在锥体的底端处，组件(15)包括：

o用于研磨和排出已分散的聚合物的腔室(16)(图2)，包括：

■装配有刀具(19)的由马达(18)驱动的转子(17)，

■固定的定子(20)，包括均匀间隔并相对于转子的半径略微倾斜的刀片(21)，

o在腔室周边的全部或一部分上，由副水回路(23)供给的环(22)，环(22)经由狭缝(24)而与腔室(16)连通，以便将加压水喷洒在定子(20)的刀片(21)上。

在研磨装置中：

o聚合物在加湿锥体中以一定数量的主水(总水的20至40％，重量)进行预加湿，该一定数量的主水适于获得具有20至80g/l的浓度的聚合物悬浮液，

o然后，在研磨和排出腔室中，随即通过在转子的刀具和定子的刀片之间对聚合物进行切碎，而使预加湿的聚合物的尺寸减小到50至200微米的尺寸，

o然后，来自周边环的加压副水(总水的60至80％，重量)用于清除膨胀的聚合物易于固定在其中的定子的刀片之间的空隙。

然后，可选地使用容积泵(5)将已分散的聚合物输送到溶解/熟化槽(6)，该溶解/熟化槽配置有若干隔室(7)，每个隔室配置有机械混合器(8)，或者，输送到未示出的批量溶解槽中。对于相同溶液流率，该连续系统具有较小的优点。

然后，使用容积泵(9)泵送聚合物，以便在被注射到井(P)中之前与卤水(含盐海水)(10)混合。

示例2：应用

定义

对于每个示例，应用下述定义：

●粘度值——以溶解卤水稀释到1克/升的聚合物的布氏粘度；带有速度为6rpm的、具有UL型几何形状的活动单元的布氏型LVT；

●过滤率——不可溶解或未溶解的聚合物的数量指征。该度量表示带有5微米孔隙率的聚碳酸酯过滤器上流率的变化。该过滤率测试包括：在压力(2巴)下过滤300毫升的1克/升浓度的聚合物溶液。该过滤率对应于(300毫升至200毫升之间的通过时间)与(200毫升至100毫升之间的通过时间)的比率；

●聚合物——它是具有2千万分子量和0-1000微米的粒度分布的丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物(摩尔比70/30)；

●溶解水——它是根据下述性质的、具有5000ppm盐度(或者TDS“总溶解固体”)的卤水：

  NaCl  4.7克/升  CaCl₂2H₂O  0.29克/升  MgCl₂2H₂O  0.24克/升  温度  25℃

  NaCl  4.7克/升  pH值  7.8

示例1(检测示例)

在该实验室测试中，聚合物在溶解水中以5克/升的浓度溶解。每10分钟取样品，然后将样品稀释到1克/升，用于进行粘度值测量。

结果：可以观察到，50分钟之后，粘度值达到27.3cps的峰值粘度，其中过滤率为1.3。

示例2

在下表所列的技术特性和溶解条件下，使用本发明所述的研磨机。

 研磨单元的技术特征 测试1“PSU300” 以毫米为单位的切割直径(转子尺 寸) 200 固定刀具的数量 90 以毫米为单位的固定刀具的高度 16.6 刀具之间的间隔 300微米 固定刀具/活动刀具之间的间隔 100微米 切割角度 3° 活动刀具的数量(即：转子上的) 6 转子速度 3000rpm 转子功率 7.5Kw 分散特性 主水流率 10m³/h  温度  40℃

 研磨单元的技术特征 测试1“PSU300”  阴离子聚丙烯酰胺流率(阴离子率  30％；分子量1.9千万；粒度分布0  -1000微米)  300kg/h  环绕定子的同心环中的副水流率  (压力为2巴)  20m³/h  25℃  最终分散体浓度  10g/l  最终压力  1.5巴

然后，将10克/升浓度的最终分散体泵送到7.5m³容量的溶解槽中，该溶解槽包括四个串接的搅拌隔室，其中总停留时间为15分钟。该溶液在流出之后立即以相同卤水稀释至1克/升。它具有27.5cps的粘度值和1.2的过滤率。

结论：本发明的设施允许在短得多的时间中获得具有更好过滤率的聚合物溶液。

示例3(检测示例)

在标准溶解设备中，粉末在水喷射器中分散成5克/升的浓度。然后，在氮气下的手套式操作箱中，所获得的溶液以含有20ppb氧的卤水稀释成0.1％(1克/升)的浓度。然后，使用Orbisphere^TM设备来测量溶液中剩余氧的数量。数值是1100ppb。该溶液具有27cps的粘度值。在50℃下老化一个月后，粘度已从27cps下降到20cps。

示例4

根据示例2中所述的设施，在含有100ppm氧的氮气覆盖层下，聚合物在含有20ppb氧的生产水中溶解成10克/升。然后，用相同的水将该溶液稀释到0.1％。在该溶液中测量得到的溶解氧为32ppb。

然后，进行一个月的、在50℃下的稳定性测试(根据示例3)。溶液的粘度保持稳定于27cps。

结论：本发明的设施允许获得具有长时间稳定粘度的聚合物溶液。