專利名稱：：使用水溶性聚合物的用于提高油回收的設(shè)施及使用該設(shè)施的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種使用水溶性聚合物的用于提高油回收的設(shè)施。本發(fā)明還涉及一種使用所述設(shè)施的提高油回收的方法。
背景技術(shù)：
：丙烯酰胺和/或甲基丙烯酰胺的(共聚)聚合物占據(jù)了在石油工業(yè)中多數(shù)應(yīng)用情形下使用的水溶性聚合物的大部分。這些聚合物尤其對于通過溶液注射來改進(jìn)提高油回收而言非常有利。該方法包括使用或多或少含鹽的水注射液也稱為“鹵水”來注滿/沖洗油田，聚合物溶解在該水注射液中以使其粘稠化，從而迫使油離開巖縫。在這種應(yīng)用情形中，所使用的聚合物的數(shù)量非常大，超過50000噸/年，這是最不尋常的。更準(zhǔn)確地說，這項技術(shù)的效率嚴(yán)重依賴于油和鹵水之間所存在的粘度差。為了降低該粘度差，必需通過添加水溶性聚合物，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體，來稠化注射水。這是提高油回收(EOR)的方法之一。然而，這些聚合物相對而言較易于退化。在這些退化形式中，這三種類型是顯著的水解反應(yīng)、機(jī)械退化和自由基退化反應(yīng)。第一種導(dǎo)致聚合物的化學(xué)組分發(fā)生變化，而其它兩種導(dǎo)致鏈長度降低。因此，非常重要的是防止聚合物鏈退化，以便在其使用期間保持聚合物的所有粘稠性質(zhì)。在本發(fā)明中，“退化”指的是導(dǎo)致高分子鏈斷裂的任何過程。這類退化意味著攻擊通過鏈增長反應(yīng)而形成的高分子鏈的自由基的形成。作為退化引發(fā)因子的這些自由基可以尤其通過氧化部分(特別是氧)和還原部分(氧抑制劑、硫化氫、Fe2+)之間氧化還原反應(yīng)而形成。在實踐中，呈粉末或乳濁液形式的丙烯酰胺(共聚)聚合物通?？山?jīng)濟(jì)地獲得。它們通常以稀釋水溶液在工業(yè)應(yīng)用情形中使用。由于它們的高分子量，所形成溶液的粘度較高。如果希望部分地消除分散裝置中凝結(jié)物的形成，則這導(dǎo)致需要限制聚合物在溶液中的濃度。對于具有大約1.5千萬分子量的聚合物而言，該濃度通常不會超過5克/升。如在此之上，則觀察到“魚眼”的形成，“魚眼”對應(yīng)于聚合物粉末的實際凝結(jié)物。然后，必需在兩個相繼步驟中應(yīng)用粗過濾(100-200微米)和精細(xì)過濾(10-20微米)以去除“魚眼”。而且，在分散裝置中的停留時間較短，聚合物不具有溶解的時間，因此無法泵送和使用，從而需要后續(xù)的熟化或溶解步驟。在溶解之后，聚合物以本領(lǐng)域中所使用的鹵水稀釋，以便獲得所需濃度(通常是500至3000ppm)和粘度(通常是5至50厘泊)。在實踐中，使用下述裝置之一進(jìn)行分散ο通過錐體來供給的水噴射器，自身被加濕以防止粘結(jié)，ο粉末的空氣輸送，跟隨著通過溶解槽上方的水噴嘴來進(jìn)行加濕，ο粉末在攪拌下與水接觸的任何其它方法。關(guān)于溶解，它在開放空氣下發(fā)生在溶解槽中，其中氧飽和度為4至7ppm，這通過自由基的形成而甚至在氧還原劑(亞硫酸氫銨)的存在下仍會使注射聚合物化學(xué)退化。顯然，目的是能夠注射具有導(dǎo)致所需粘度的精確濃度的溶液。例如，在1000至2000ppm的注射液濃度和500m3至2000m3的每小時流率下，需要溶解聚合物500至4000公斤/小時，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常規(guī)使用的量，例如在泥漿處理操作期間的絮凝過程中。
發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明將要解決的問題在于，開發(fā)一種用于分散大量高濃度聚合物以便減小熟化/溶解槽的尺寸的設(shè)施，并且該設(shè)施-不會輸入外部氧，以保持聚合物的分子量；-并且不用過濾所形成溶液，因為這是困難和昂貴的操作。出于此目的，申請人已開發(fā)了用于提高油回收的設(shè)施，其順次地包括-用于具有標(biāo)準(zhǔn)粒度分布的水溶性聚合物的存儲料斗，-用于分散聚合物的研磨裝置，_用于已分散的聚合物的溶解/熟化槽，其具有若干攪拌隔室，或者，批量槽，-用于在壓力下將聚合物溶液輸送到運(yùn)送有注射水的管線中，以便將混合物(聚合物+注射水)引入到井中。該設(shè)施的特征在于，該研磨裝置包括-聚合物在其中進(jìn)行計量的加濕錐體，所述計量通常使用計量螺桿來進(jìn)行，所述錐體連接到主水進(jìn)入回路，-位于該錐體的底端處的ο用于研磨和排出已分散的聚合物的腔室，所述腔室包括■轉(zhuǎn)子，它由馬達(dá)驅(qū)動并配置有可選地相對于轉(zhuǎn)子的半徑傾斜的刀具，■固定的定子，它包括可選地相對于轉(zhuǎn)子的半徑傾斜并均勻間隔開的刀片，■轉(zhuǎn)子/定子組件使得能夠?qū)酆衔镞M(jìn)行濕研磨，ο位于腔室的全部或一部分周邊上的、由副水回路供給的環(huán)，該環(huán)與腔室連通以便在定子的刀片上噴灑加壓水，從而釋放所述刀片的表面上的已研磨和膨脹的聚合物，ο該組件用于減小轉(zhuǎn)速并增加離開研磨腔室的分散體的濃度。在說明書其余部分和權(quán)利要求書中，“具有標(biāo)準(zhǔn)粒度分布的聚合物”指的是具有在0.15至1毫米之間的粒度分布的粉末。在實踐中，聚合物的分子量至少為1千萬，有利地大于1.5千萬。換句話說，本發(fā)明體現(xiàn)在，已開發(fā)出這樣一種設(shè)施，在該設(shè)施中，研磨裝置已被修改成使得能夠增加分散體中的聚合物濃度，而不會阻塞所述研磨裝置(由于加壓副水的注射同時保持低轉(zhuǎn)速)。由于該高濃度(0.5至3%)和呈粉末形式的聚合物流(在實踐中，對于200毫米的切割直徑，為大約300公斤/小時)，該聚合物在研磨裝置中不完全溶解。為了解決該問題，該設(shè)施還包括溶解/熟化槽，從而使以相同濃度(0.5至3%)完成聚合物的溶解并使其能夠泵送成為可能。根據(jù)該研磨裝置的第一特征，聚合物在錐體中通過溢流加濕，該錐體在此情況下配置有雙夾套，主水進(jìn)入回路連接在該雙夾套的基部處。可替代地，該加濕也可通過本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的任何其它裝置在錐體中進(jìn)行，例如噴灑噴嘴或扁平射流。在實踐中，轉(zhuǎn)子配置有2至20個刀具，有利地在4至12個之間。然而，根據(jù)轉(zhuǎn)子直徑，刀具的數(shù)量可以改變。類似地，定子的刀片數(shù)量也可根據(jù)其直徑而改變。在實踐中，對于200毫米的轉(zhuǎn)子直徑，在50至300之間，有利地在90至200之間。而且，根據(jù)另一特征，刀具可選地或多或少地相對于轉(zhuǎn)子的半徑傾斜。有利地，該傾斜在0至15°之間，有利地在2至10°之間。根據(jù)另一特征，定子的刀片之間的距離在50至800微米之間。為了有效地研磨，轉(zhuǎn)子的刀具和定子的刀片之間的距離在50至300微米之間，有利地在100至200微米之間，在實踐中大約為100微米。有利地，定子的刀片相對于轉(zhuǎn)子的直徑以小于10°的角度傾斜。這些刀片組裝在殼體中，或者在大塊金屬中切割或者是高強(qiáng)度復(fù)合物。在一個優(yōu)選實施方式中，轉(zhuǎn)子刀具不傾斜，而定子刀片傾斜。而且，關(guān)于周邊環(huán)，它經(jīng)由呈孔、狹縫或等同形式的小孔而與研磨和排出腔室連通，該小孔的尺寸和在環(huán)上的分布使得副水可在壓力下被推進(jìn)在定子的刀片上，從而用于防止因凝膠狀聚合物而引起的、刀片之間的空間的阻塞。因此，通過轉(zhuǎn)子泵作用而施加的壓力可明顯減小，而不會產(chǎn)生堵塞的風(fēng)險。刀片的間隔越小，連續(xù)操作所需壓力越高。顯然，存儲料斗允許進(jìn)行連續(xù)供給并接收散裝(卡車)或各種容量的袋中的聚合物。如已描述，該設(shè)施還包括一個或多個熟化/溶解槽，或可替代地，該設(shè)施還包括批量槽。分隔開的槽或批量槽用于使聚合物中未在研磨裝置中溶解的部分溶解。該溶解/熟化槽包括例如若干隔室，每個隔室配置有機(jī)械攪拌器。由于對于相同的溶解率而言，在研磨裝置中進(jìn)而在溶解/熟化槽中所獲得的聚合物濃度較高，所以在實踐中該槽比現(xiàn)今使用的槽小2至8倍。有利地，該溶解/熟化槽是包括若干隔室的槽，每個隔室配置有機(jī)械攪拌器。在此情況下，聚合物通過“熟化”不需要添加水而溶解。而且，在實踐中，用于將聚合物溶液輸送到運(yùn)送有注射水或鹵水的管線的泵是Triplex(三重)、螺桿或其它類型的高壓泵。在一個具體實施方式中，當(dāng)溶解/熟化槽遠(yuǎn)離研磨裝置時，容積泵(Moyno型)加設(shè)有用于在高壓注射泵的入口處保持預(yù)定壓力(1至3巴)的變換器。該壓力允許對高壓泵進(jìn)行供應(yīng)，而不會產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。本發(fā)明的另一主題是一種使用上述設(shè)施的、用于提高油回收的方法。根據(jù)該方法，以連續(xù)或間歇模式并在惰性氣氛有利地在氮?dú)庀?將具有標(biāo)準(zhǔn)粒度分布的聚合物供給研磨裝置，_在研磨裝置中ο以一定數(shù)量的主水在加濕錐體中對聚合物進(jìn)行預(yù)加濕，該一定數(shù)量的主水適于獲得具有15至100克/升濃度且有利地具有20至80克/升濃度的聚合物懸浮液，ο然后，隨即在研磨和排出腔室中通過在轉(zhuǎn)子的刀具與定子的刀片之間對聚合物進(jìn)行切碎來減小預(yù)加濕的聚合物的尺寸而不會使聚合物的分子量降低，在實踐中聚合物的尺寸被減小到50至200微米，ο然后，使用來自周邊環(huán)的加壓副水來清除位于定子的刀片之間的、膨脹的聚合物易于固定到其中的空隙，-然后，將其濃度通過以副水稀釋而處在3至30克/升之間且有利地處在10至25克/升之間的已分散的聚合物輸送到溶解/熟化槽或批量槽中，在溶解/熟化槽(6)或批量槽中聚合物通過輕柔攪拌而處于相同濃度，有利地在短的時間段中(一般小于30分鐘)，-一旦聚合物溶解，則將所述聚合物輸送到注射水在其中流動的管線，以便將混合物(聚合物+注射水)注射到井中，同時有利地在聚合物溶液中將氧的溶解限制成小于500ppb，并且如果可能的話限制成小于lOOppb。有利地，以重量計，主水占總水(主水+副水)的20至40%，而副水占總水(主水+副水)的60至80%，這是獲得5至30克/升之間的聚合物濃度所需要的。在實踐中，根據(jù)該方法的一個特征，對于200毫米的切割直徑，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速在2000至5000rpm之間，平均大約為3000rpm。對于100毫米的切割直徑，轉(zhuǎn)速在3000至6000rpm之間，并且對于400毫米的切割直徑，在1500至3000rpm之間。更通常地，根據(jù)也被稱為切割直徑的轉(zhuǎn)子的直徑，轉(zhuǎn)子速度在20至40m/s之間，而不是90至120m/s之間，對于Comitrolisoo設(shè)備而言。而且，為了避免因已研磨的聚合物而堵塞定子刀片之間的空間，副水通過環(huán)的小孔在至少1巴的壓力下被推進(jìn)，所述壓力通常為主水壓力，或者3至6巴或以上，對于非常微細(xì)的間距，則通常在1至10巴之間。在實踐中，注射水是來自于石油生產(chǎn)水、海水或蓄水層的水。類似地，聚合物是丙烯酰胺和/或甲基丙烯酰胺的(共聚)聚合物。本發(fā)明的方法允許在惰性氣氛下在少于30分鐘中和在環(huán)境溫度下溶解分子量非常大的丙烯酰胺的(共聚)聚合物，用50°C的生產(chǎn)水時該溶解時間可減少為小于10分鐘。從下面結(jié)合本發(fā)明所附的附圖而描述的示例中，本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)將變得清楚。圖1是本發(fā)明的設(shè)施的示意圖。圖2是研磨裝置的示意性側(cè)視圖。圖3是沿著圖2的AA，的剖視圖。具體實施例方式示例1設(shè)施圖1示出了施行本發(fā)明的方法的設(shè)施。該設(shè)施包括用于呈粉末形式的聚合物的存儲倉(1)，它在其基部處具有用于在氮?dú)?4)下將聚合物輸送到研磨裝置(3)的計量螺桿⑵。該研磨裝置在圖2和3中更具體地示出。該研磨裝置包括-加濕錐體(11)，它在其頂端處連接到通常經(jīng)由計量螺桿而對標(biāo)準(zhǔn)粒度分布的聚合物進(jìn)行定量配給的柱筒(12)，錐體(11)在其底部處連接到供給溢流(14，14’)的主水進(jìn)入回路(13)，-在錐體的底端處，組件(15)包括ο用于研磨和排出已分散的聚合物的腔室(16)(圖2)，包括■裝配有刀具(19)的由馬達(dá)(18)驅(qū)動的轉(zhuǎn)子(17)，■固定的定子(20)，包括均勻間隔并相對于轉(zhuǎn)子的半徑略微傾斜的刀片(21)，ο在腔室周邊的全部或一部分上，由副水回路(23)供給的環(huán)(22)，環(huán)(22)經(jīng)由狹縫(24)而與腔室(16)連通，以便將加壓水噴灑在定子(20)的刀片(21)上。在研磨裝置中ο聚合物在加濕錐體中以一定數(shù)量的主水(總水的20至40%，重量)進(jìn)行預(yù)加濕，該一定數(shù)量的主水適于獲得具有20至80g/l的濃度的聚合物懸浮液，ο然后，在研磨和排出腔室中，隨即通過在轉(zhuǎn)子的刀具和定子的刀片之間對聚合物進(jìn)行切碎，而使預(yù)加濕的聚合物的尺寸減小到50至200微米的尺寸，ο然后，來自周邊環(huán)的加壓副水(總水的60至80%，重量)用于清除膨脹的聚合物易于固定在其中的定子的刀片之間的空隙。然后，可選地使用容積泵(5)將已分散的聚合物輸送到溶解/熟化槽(6)，該溶解/熟化槽配置有若干隔室(7)，每個隔室配置有機(jī)械混合器(8)，或者，輸送到未示出的批量溶解槽中。對于相同溶液流率，該連續(xù)系統(tǒng)具有較小的優(yōu)點(diǎn)。然后，使用容積泵(9)泵送聚合物，以便在被注射到井(P)中之前與鹵水(含鹽海水)(10)混合。示例2應(yīng)用定義對于每個示例，應(yīng)用下述定義粘度值——以溶解鹵水稀釋到1克/升的聚合物的布氏粘度；帶有速度為6rpm的、具有UL型幾何形狀的活動單元的布氏型LVT；過濾率——不可溶解或未溶解的聚合物的數(shù)量指征。該度量表示帶有5微米孔隙率的聚碳酸酯過濾器上流率的變化。該過濾率測試包括在壓力(2巴)下過濾300毫升的1克/升濃度的聚合物溶液。該過濾率對應(yīng)于(300毫升至200毫升之間的通過時間)與(200毫升至100毫升之間的通過時間)的比率；聚合物——它是具有2千萬分子量和0-1000微米的粒度分布的丙烯酰胺_丙烯酸鈉共聚物(摩爾比70/30)；溶解水——它是根據(jù)下述性質(zhì)的、具有5000ppm鹽度(或者TDS“總?cè)芙夤腆w”)的鹵水<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>示例1(檢測示例)在該實驗室測試中，聚合物在溶解水中以5克/升的濃度溶解。每10分鐘取樣品，然后將樣品稀釋到1克/升，用于進(jìn)行粘度值測量。結(jié)果可以觀察到，50分鐘之后，粘度值達(dá)到27.3cps的峰值粘度，其中過濾率為1.3。示例2在下表所列的技術(shù)特性和溶解條件下，使用本發(fā)明所述的研磨機(jī)。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>然后，將10克/升濃度的最終分散體泵送到7.5m3容量的溶解槽中，該溶解槽包括四個串接的攪拌隔室，其中總停留時間為15分鐘。該溶液在流出之后立即以相同鹵水稀釋至1克/升。它具有27.5cps的粘度值和1.2的過濾率。結(jié)論本發(fā)明的設(shè)施允許在短得多的時間中獲得具有更好過濾率的聚合物溶液。示例3(檢測示例)在標(biāo)準(zhǔn)溶解設(shè)備中，粉末在水噴射器中分散成5克/升的濃度。然后，在氮?dú)庀碌氖痔资讲僮飨渲校@得的溶液以含有20ppb氧的鹵水稀釋成0.1%(1克/升)的濃度。然后，使用Orbisphere設(shè)備來測量溶液中剩余氧的數(shù)量。數(shù)值是IlOOppb。該溶液具有27cps的粘度值。在50°C下老化一個月后，粘度已從27cps下降到20cps。示例4根據(jù)示例2中所述的設(shè)施，在含有IOOppm氧的氮?dú)飧采w層下，聚合物在含有20ppb氧的生產(chǎn)水中溶解成10克/升。然后，用相同的水將該溶液稀釋到0.1%。在該溶液中測量得到的溶解氧為32ppb。然后，進(jìn)行一個月的、在50°C下的穩(wěn)定性測試(根據(jù)示例3)。溶液的粘度保持穩(wěn)定于27cps。結(jié)論本發(fā)明的設(shè)施允許獲得具有長時間穩(wěn)定粘度的聚合物溶液。權(quán)利要求一種用于提高油回收的設(shè)施，所述設(shè)施順次包括-存儲料斗(1)，所述存儲料斗(1)用于具有標(biāo)準(zhǔn)粒度分布的水溶性聚合物，-研磨裝置(3)，所述研磨裝置(3)用于使聚合物分散，-溶解/熟化槽(6)，所述溶解/熟化槽(6)用于已分散的聚合物，所述溶解/熟化槽(6)具有若干攪拌隔室，或者批量槽，-泵(5)，所述泵(5)用于在壓力下將聚合物溶液輸送到運(yùn)送注射水的管線中，以便將混合物(聚合物+注射水)引入到井(P)中，其特征在于，所述研磨裝置(3)包括●加濕錐體(11)，聚合物在所述加濕錐體(11)中進(jìn)行計量，所述錐體連接到主水進(jìn)入回路(13)，●位于所述錐體的底端處的■腔室(16)，所述腔室(16)用于研磨和排出已分散的聚合物，所述腔室(16)包括轉(zhuǎn)子(17)，所述轉(zhuǎn)子(17)由馬達(dá)(18)驅(qū)動并配置有可選地相對于所述轉(zhuǎn)子的半徑傾斜的刀具(19)，固定的定子(20)，所述定子(20)包括可選地相對于所述轉(zhuǎn)子(17)的半徑傾斜并均勻間隔開的刀片(21)，■環(huán)(22)，所述環(huán)(22)位于所述腔室的全部或一部分周邊上，所述環(huán)(22)由副水回路(23)供給，所述環(huán)與所述腔室連通以便將加壓水噴灑在所述定子的刀片上，從而釋放所述刀片的表面上的已研磨和膨脹的聚合物。2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)施，其特征在于，固定的所述刀具(19)相對于所述轉(zhuǎn)子的半徑以0至15°之間的角度傾斜，有利地以2至10°之間的角度傾斜。3.如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)施，其特征在于，所述定子(20)的刀片(21)之間的距離在50至800微米之間，而所述轉(zhuǎn)子(17)的刀具與所述定子(20)的刀片(21)之間的距離在50至300微米之間，有利地在100至200微米之間。4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的設(shè)施，其特征在于，所述溶解/熟化槽(6)包括若干隔室，每個隔室配置有機(jī)械攪拌器(8)。5.一種使用如權(quán)利要求1至4中任一項所述的設(shè)施的、用于提高油回收的方法。6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，以連續(xù)模式并在惰性氣氛下-將具有標(biāo)準(zhǔn)粒度分布的聚合物供給所述研磨裝置(3)，-在所述研磨裝置中o以一定數(shù)量的主水在所述加濕錐體(11)中對聚合物進(jìn)行預(yù)加濕，適于獲得具有15至100克/升濃度且有利地具有20至80克/升濃度的聚合物懸浮液，o然后，隨即在研磨和排出腔室中通過在所述轉(zhuǎn)子(17)的刀具(19)與所述定子(20)的刀片(21)之間對聚合物進(jìn)行切碎來減小預(yù)加濕的聚合物的尺寸，o然后，使用來自周邊環(huán)(22)的加壓副水來清除位于所述定子(20)的刀片(21)之間的、膨脹的聚合物易于固定在其中的空隙，-然后，將其濃度通過以副水稀釋而處在3至30克/升之間且有利地處在10至25克/升之間的已分散的聚合物輸送到所述溶解/熟化槽(6)或所述批量槽中，在所述溶解/熟化槽(6)或所述批量槽中聚合物通過輕柔攪拌而處于相同濃度，-一旦聚合物溶解，則將所述聚合物輸送到注射水在其中流動的管線中，以便將混合物(聚合物+注射水)引入到井中。7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，以重量計，主水占總水(主水+副水)的20至40%，而副水占總水(主水+副水)的60至80%。8.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(17)的圓周轉(zhuǎn)速在20至40m/s之間。9.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，副水在1至10巴之間且有利地在3至6巴之間的壓力下推進(jìn)。10.如權(quán)利要求5至9中任一項所述的方法，其特征在于，聚合物是丙烯酰胺和/或甲基丙烯酰胺的(共聚)聚合物。全文摘要用于提高油回收的設(shè)施，其順次地包括聚合物存儲料斗(1)；研磨裝置(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邊上的由副水回路(23)供給的環(huán)(22)，所述腔室包括轉(zhuǎn)子(17)和定子(20)，所述環(huán)與腔室(16)連通以便在定子(20)的刀片(21)上噴灑加壓水；用于已分散的聚合物的溶解/熟化槽(6)；用于將加壓聚合物溶液輸送到運(yùn)送有注射水的管線中的泵(5)，以便將混合物(聚合物+注射水)引入到井(P)中。使用該設(shè)施的方法。文檔編號C09K8/588GK101835871SQ200880110892公開日2010年9月15日申請日期2008年3月25日優(yōu)先權(quán)日2007年10月12日發(fā)明者菲利普·熱羅尼莫,雷內(nèi)·皮赫申請人:S.P.C.M.股份公司