專利名稱：水包煤相混合物的制備方法
本申請是題為“重質(zhì)原油低剪力連續(xù)水相乳狀液的表面活性劑要求”的未決申請(申請?zhí)?18，840;申請日1988.7.14.)的部分繼續(xù)申請;此未決申請218，840是題為“改進(jìn)的穩(wěn)定的原油輸送乳狀液的制備”(申請?zhí)?4，204;申請日1987.10.27.)的未決申請的部分繼續(xù)申請;未決申請114，204是申請?zhí)枮?34，683、申請日為1986.11.24.的申請-即美國專利4，725，287-的部分繼續(xù)申請。
本發(fā)明涉及生產(chǎn)水包油的乳狀液。更具體地講，本發(fā)明提供一種特別適用于管道輸送的水包油乳狀液的生產(chǎn)方法。
一般不能采用將乳化劑與所生產(chǎn)的粗烴直接混合起來，再用一臺動態(tài)混合器將此所生成的粗烴和乳化劑的混合物攪拌的方法來調(diào)配適用于管道輸送的水包原油的乳狀液。乳化劑不溶于油，僅溶于水溶液。如果乳化劑不預(yù)先與水、鹽水等相混合，而直接將所生產(chǎn)的粗烴和乳化劑相接觸，則乳化劑從所生產(chǎn)的粗烴擴(kuò)散至油/水的界面的速度很慢。
對某些生產(chǎn)的粗烴來說，如加拿大阿爾伯達(dá)省Athabasca焦油砂生產(chǎn)的Athabasca瀝青，則不能調(diào)配成水包油的乳狀液。還有，采用動態(tài)混合器如轉(zhuǎn)子-擋板混合器，既使把乳化劑與生產(chǎn)的粗烴混合前預(yù)先與水混合，也不是每一種生產(chǎn)的粗烴都能和水乳化成水的連續(xù)相的乳狀液。采用動態(tài)混合器得不到高剪切應(yīng)力場，除非使生產(chǎn)的粗烴與乳化劑(包括任何水溶液)的混合物無數(shù)次地通過動態(tài)混合器。輸送水包油的乳狀液對剪切是敏感的，應(yīng)用動態(tài)混合器容易造成由于過度剪切而破壞的產(chǎn)物或是得到未完全混合的產(chǎn)物，這取決于動態(tài)混合器的混合劇烈程度而定。
應(yīng)用動態(tài)混合器時，通常需要大的貯缶和/或混合缶。如動態(tài)混合器與貯缶分開設(shè)置，則必需使欲乳化的混合物循環(huán)，由貯缶經(jīng)混合器回至貯缶。動態(tài)混合器的混合程度隨混拌速度、葉輪設(shè)計、葉輪位置、混合時間、缶的體積和缶的幾何形狀等等而定。動態(tài)混合器易于生成大量的直徑小于10微米的油滴，這對輸送水包油乳狀液是有害的，因?yàn)檫@樣小的油滴增加了水包油乳狀液的粘度，并使水包油乳狀液由水連續(xù)相的乳狀液轉(zhuǎn)成油連續(xù)相的乳狀液，并附帶提高了粘度。動態(tài)混合器由于采用了高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備，增加了維護(hù)費(fèi)用。
我們發(fā)明了一種所需的制備原油或其它烴的水相連續(xù)的穩(wěn)定的可輸送的乳狀液的方法，這種方法通常能使所生產(chǎn)的粗烴，特別是加拿大阿爾伯達(dá)省由Athabasca焦油砂生產(chǎn)的Athabasca瀝青(如合成瀝青)，生成水連續(xù)相的乳狀液。
本發(fā)明的一個目的是提供一種制備穩(wěn)定的水包油乳狀液的方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種應(yīng)用靜態(tài)混合器制備穩(wěn)定的水包油乳狀液的方法。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種能用管道輸送的穩(wěn)定的水包油乳狀液的方法。
由本發(fā)明的下述內(nèi)容中，對專業(yè)技術(shù)人員來說，本發(fā)明的其它目的是顯而易見的。
本發(fā)明的上述目的可根據(jù)本發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)。廣義上講，本發(fā)明包括制備一種可實(shí)際用于管道輸送的水包油乳狀液的方法。本方法包括使烴與含水和乳化劑的乳化組分相混合，在烴與乳化組分的混合物為100°F至約200°F的溫度下，制備水包油的乳狀液。與烴混合的乳化組分的數(shù)量應(yīng)足夠能生成含水量由15至60%(重量)中任選的水包油乳狀液，其粘度應(yīng)低至可進(jìn)行管道輸送。本方法還包括將烴與乳化組分的混合物在其溫度約為100°F至約200°F下，進(jìn)行靜態(tài)剪切和混合。
烴可以是任一種烴或粗烴，或其餾份或萃取物，API比重約自-6°至約23°，API比重約自5°至15°則更好，用這種烴可調(diào)配成適用于任何用途的水包油乳狀液，特別有利于使烴，粗烴或其任何餾份或萃取物通過管道運(yùn)輸或輸送。烴可以是典型的稱做常壓塔底油、減壓塔底油、減壓殘油、脫瀝青塔底油等等。因此，當(dāng)提到“烴”和/或“粗烴”時，“烴”和/或“粗烴”是指任何烴或粗烴，或其餾份或萃取物，這類烴可以與本發(fā)明的乳化組分生成穩(wěn)定的水包油乳狀液。所生成的水包油乳狀液可用于任何合適的用途，包括(但不限于)在鍋爐(或燃燒器)中燃燒，通過管道輸送等。
本發(fā)明的乳化組分包括一種乳化劑，該劑選自通式如下的化合物
其中n約自7至約20，Y約自4至約1000;或
其中n1為約自7至約18，n2為約自7至約18，Y1為約自4至約1000。在化合物(1)和/或(2)中，每個Y和Y1是整數(shù)，代表乳化劑中氧化乙烯單位或鏈段的平均值，此平均值呈正態(tài)高斯分布曲線。在化合物(1)和/或(2)中部帶圓圈的六角形代表一個苯環(huán)，它在本說明書和權(quán)利要求書中的含義不變。
可以采用化合物(1)及(2)的混合物。所用乳化劑的濃度范圍隨特定的乳化劑而定，在烴中所用的乳化劑的濃度以烴的重量計，約為25至約15，000PPm。所用乳化劑的數(shù)量以剛夠穩(wěn)定水包油乳狀液或水相包油乳狀液為好，水或水相的含量為15%至約60%(重量)。
本發(fā)明已調(diào)配好的水包油乳狀液可以通過管道運(yùn)輸。如果在水包油乳狀液中一部分已分散的油滴相在連續(xù)的水相中至少部分聚結(jié)，生成了含聚結(jié)的油滴相和剩余的水包油乳狀液的混合物，此混合物甚至可不必經(jīng)過取出后處理也不必再調(diào)配成原來的水包油乳狀液，即可仍經(jīng)過原管線運(yùn)輸。已發(fā)現(xiàn)這種混合物的粘度等于或低于原調(diào)配成的水包油乳狀液的粘度，雖然至少部分聚結(jié)的小油滴相的粘度要大于原來調(diào)配的水包油乳狀液的粘度。也已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)原調(diào)配的水包油乳狀液中的小油滴聚結(jié)而形成含小油滴的連續(xù)水相時，相當(dāng)一部分原調(diào)配的水包油乳狀液并不反相轉(zhuǎn)化成油包水乳狀液，而剩余的水包油乳狀液即是原調(diào)配的水包油乳狀液中留下來的水包油乳狀液并含有未聚結(jié)的小油滴。


圖1是制備穩(wěn)定的水包油乳狀液方法的實(shí)施方案的示意流程圖;
圖2說明平行的兩個靜態(tài)混合器的示意流程圖;
圖3表示用于制備或重新制備多峰水包油乳狀液的泵和靜態(tài)混合器的示意流程圖;
圖4是本發(fā)明的靜態(tài)混合器的一種實(shí)施方案的部分剖面透視圖;
圖5是圖4的靜態(tài)混合器中一個檔板構(gòu)件的透視圖;
圖6是圖4的靜態(tài)混合器另一個檔板構(gòu)件的透視圖;
圖7是圖4的靜態(tài)混合器的剖面平視圖;
圖8是本發(fā)明的靜態(tài)混合器另一實(shí)施方案的部分剖面透視圖;
圖9是圖8靜態(tài)混合器中三個互相連接的擋板構(gòu)件的部分透視圖;
圖10是圖8的靜態(tài)混合器中一個檔板構(gòu)件的部分透視圖，箭頭的方向代表產(chǎn)生的粗烴與乳化組分的混合物的返混作用。
圖11是圖8的靜態(tài)混合器中一個擋板構(gòu)件的部分透視圖，箭頭的方向代表產(chǎn)生的粗烴與乳化組分的混合物的切割作用;
圖12是圖8的靜態(tài)混合器中一個擋板構(gòu)件的部分透視圖，箭頭的方向代表產(chǎn)生的粗烴與乳化組分的混合物的錯流混合作用;
圖13是圖8的靜態(tài)混合器中一個擋板構(gòu)件一端的另一具體結(jié)構(gòu)的部分透視圖;
圖14是本發(fā)明所用的靜態(tài)混合器的另一結(jié)構(gòu)的部分剖面透視圖;
圖15是圖13的靜態(tài)混合器中一個擋板構(gòu)件的頂部平視圖。
詳細(xì)參閱各圖，首先是圖1，生產(chǎn)的粗烴由產(chǎn)地經(jīng)管12送入油缶10。管12上的閥14控制粗油在該管中的流動。粗烴可以是任何的烴和/或粗烴，或其餾份或萃取物，其API比重以由-6°至約23°為好。
生產(chǎn)粗烴的來源可以是任何能獲得或生產(chǎn)出粗烴的來源。來源可以是一個或幾個由地下貯油層連通的生產(chǎn)油井。生產(chǎn)的油井可以是在熱力采油狀況下生產(chǎn)，或在重油油田的生產(chǎn)井正用強(qiáng)水力驅(qū)油法把粗烴或油自油層中生產(chǎn)出來。通常用強(qiáng)水力驅(qū)油法由生產(chǎn)井生產(chǎn)的粗烴的含水量很高，而由于其含水量高，故需要用適當(dāng)?shù)娜斯ぬ嵘到y(tǒng)(潛油電泵)促進(jìn)粗烴的流動。下面將詳細(xì)討論，本發(fā)明特別適用于生產(chǎn)粗烴的來源是加拿大阿爾伯達(dá)省的Athabasca焦油砂。通常稱由這種來源生產(chǎn)的粗烴為“Athabasca瀝青”。
不論生產(chǎn)粗烴物流的來源如何，粗烴可能基本不含水或含各種形式的水。生產(chǎn)出的粗烴也可能含一些伴生氣。為了本發(fā)明的目的，將假定生產(chǎn)出的粗烴物流具有低的氣/油比(即C1-C5烴低于10%(重量))。
任何存在于生產(chǎn)出的粗烴物流中的水可以分成兩類“結(jié)合”水和“游離”水?！敖Y(jié)合”水是固定于油包水乳狀液中的水，并可能含于生產(chǎn)出的粗烴中。從生產(chǎn)出的粗烴中分離出“結(jié)合”水，需要采用加熱，攪拌和化學(xué)添加劑等結(jié)合起來的方法?！坝坞x”水是比較松弛地滯留于生產(chǎn)出的粗烴中的水，并可僅用加熱此生產(chǎn)出的粗烴至適當(dāng)?shù)臏囟然蛟谫A缶中停留一段時間的方法除去。除掉“游離”水的數(shù)量視加熱粗烴物流的溫度而定。
當(dāng)所生產(chǎn)出的粗烴含相當(dāng)數(shù)量的油包水乳狀液和/或“游離”水和/或伴生氣時，可將粗烴經(jīng)管18送入“游離”水脫除裝置(FWKO)16，管18裝有閥20，由于調(diào)整和控制粗烴的流動。為了改變生產(chǎn)出的粗烴的流動方向，打開管18上的閥20，關(guān)閉管12上的閥14。FWKO16是可以選用的裝置，不是本發(fā)明所要求必備的，特別當(dāng)把Athabasca瀝青調(diào)配成為用于管道輸送的水包油乳狀液的時候。Athabasca瀝青根本不含伴生氣，不含任何形式的水，如“游離”水，和/或油包水乳狀液，此乳狀液中所含的水是“結(jié)合”水。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，生產(chǎn)的粗烴物流可以旁流而不通過FWKO16，甚至當(dāng)生產(chǎn)的粗烴含油包水乳狀液和/或“游離”水和/或伴生氣時也可以這樣做。生產(chǎn)的粗烴可以含任何比例的油/水混合物。根據(jù)本發(fā)明的方法，可將相當(dāng)一部分帶或不帶“游離”水，帶或不帶伴生氣的油包水的生產(chǎn)的粗烴物流通過直接轉(zhuǎn)換，改變或轉(zhuǎn)變等類似的手段成為管道可輸送的水包油乳狀液。但是，為了促進(jìn)形成這種管道可輸送的水包油乳狀液，可能有需要使用FWKO16的情況，例如當(dāng)生產(chǎn)的粗烴含大量的“游離”水和/或伴生氣時。
FWKO16可在壓力下操作并在內(nèi)部裝有加熱單元22，可將生產(chǎn)的粗烴物流在裝置設(shè)計的限制以內(nèi)加熱到任何預(yù)定的溫度，以促使將“游離”水和/或伴生氣脫除掉。在某些情況下，當(dāng)進(jìn)入FWKO16的生產(chǎn)的粗烴物流有足夠高的溫度時，則不需要向加熱單元22輸送能量。在FWKO16中，根據(jù)物流的不同的溫度，生產(chǎn)的粗烴中一部分或基本上所有的“游離”水被脫掉，脫掉的水可以由FWKO16排出和/或經(jīng)管24送入水罐26中，水罐26由管28與水，鹽水或水相等水源相連接。這些水或鹽水等能提供與本發(fā)明的乳化劑相混合的水相，以配成本發(fā)明的乳化組分。任何生產(chǎn)的粗烴的伴生氣通常應(yīng)在FWKO16中從生產(chǎn)的粗烴物流中分出，并經(jīng)裝有閥32的管30放出。分出的伴生氣可送走供進(jìn)一步的應(yīng)用或排放掉。
由FWKO16流出的物流基本上是油包水乳狀液和殘余的“游離”水(如果有的話)。如圖1所示，由FWKO16出來的物流流過和管12相連的管34。管34上裝有閥36，用于控制和調(diào)整由FWKO16出來的物料經(jīng)管34至管12，再送至粗油罐10。應(yīng)當(dāng)再次強(qiáng)調(diào)，生產(chǎn)的粗烴物流可以基本上不含任何形態(tài)的水和/或氣，也可以不含或根本不需要含任何油包水乳狀液和/或“游離”水和/或伴生氣，因?yàn)楸景l(fā)明的特點(diǎn)就是直接轉(zhuǎn)化，改變或變換生產(chǎn)的粗烴的物流來生產(chǎn)或生成管道可輸送的水包油乳狀液。本發(fā)明的乳化組分，結(jié)合其它特點(diǎn)，通常能調(diào)配成管道可輸送的水包油乳狀液，不管生產(chǎn)的粗烴中還含有任何的油包水乳狀液和/或“游離”水和/或伴生氣。
粗油罐10裝有溫度指示器38，用于監(jiān)測生產(chǎn)的粗烴的溫度。粗油罐10還有一個排出管40，能排出沉降在粗油罐10底部的過量的水(如果需要的話)至一槽中(圖中未示出)。當(dāng)已準(zhǔn)備好按本發(fā)明的原理調(diào)配管道可輸送的水包油乳狀液時，打開與粗油罐10連接的管44上的閥42，驅(qū)動粗油泵46，輸送生產(chǎn)的粗烴經(jīng)管48，并在管50的入口處與乳化組分最終混合，攙和，相加等。應(yīng)該理解，本實(shí)施例是把生產(chǎn)的粗烴與乳化組分的混合或相加描述成在管50的入口處進(jìn)行，但其它混合或使生產(chǎn)的粗烴與乳化組分相加的裝置和/或方法仍在本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍之內(nèi)。例如，如果管50是管48的直線延長部分，并且和管48是一個整體，這樣管48就單獨(dú)存在，則乳化組分就要垂直地或傾斜地通入管48中。同樣，在管50上可以安裝一臺泵〔最好是旋轉(zhuǎn)(即離心)泵〕，進(jìn)一步使生產(chǎn)的粗烴與乳化組分相混合。
當(dāng)生產(chǎn)的粗烴用泵46送至管48后，進(jìn)入熱交換器52，將粗烴或加熱或冷卻至一定的溫度，以便使生產(chǎn)的粗烴與乳化組分相混合后的溫度保持在約100°F至約200°F的范圍內(nèi)，溫度在130°F至約170°F則更好，因?yàn)榭捎霉艿垒斔偷乃腿闋钜壕褪窃谶@些溫度下生成的。是生產(chǎn)的粗烴加上乳化組分的混合物，而不是單獨(dú)的生產(chǎn)粗烴本身的溫度應(yīng)在約100°F至約200°F的范圍內(nèi)。某些生產(chǎn)的粗烴，如由Athabasca焦油砂生產(chǎn)的Athabasca瀝青，當(dāng)由粗油罐10中送出處理時，其溫度可能遠(yuǎn)高于200°F。在這些情況下，同時也根據(jù)乳化組分的溫度，熱交換器52可以做為冷卻設(shè)備將粗烴冷卻，使粗烴-乳化組分的混合物具有所需的溫度(即以上已指出的由約100°F至約200°F)，以調(diào)配成水包油乳狀液。顯然，熱交換器52是冷卻或加熱所生產(chǎn)的粗烴，將取決于乳化組分的溫度。
溫度指示器54監(jiān)控由熱交換器52出來流經(jīng)管48的生產(chǎn)的粗烴物流的溫度。流經(jīng)管48的速度或由表56和/或泵46的泵送速度來監(jiān)控。表56可以包括一個餾份監(jiān)控器和一個取樣器以監(jiān)視粗烴物流的組成，如“游離”水含量，油包水乳狀液和伴生氣。
在乳化組分罐58(以下簡稱為罐58)中配成或制備乳化組分。罐58裝有溫度指示計60用來監(jiān)測乳化組分的溫度，還裝有攪拌器62，用以均化乳化組分并使其保持均態(tài)。本發(fā)明的乳化組分至少含一種乳化劑以及水，鹽水或其類似物，以下僅稱為“水”，也可任選地含一種降低水的冰點(diǎn)的化合物，以乙二醇較好，用來降低乳化組分和最后生成的可用管道輸送的水包油乳狀液的冰點(diǎn)。其它可以采用的降低水的冰點(diǎn)的化合物有，但不局限于，甘油，丙二醇和各種糖類等，這也在本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍之內(nèi)。
本發(fā)明的乳化劑經(jīng)管66送入乳化劑罐64，并經(jīng)管68配送至罐58。管68裝有閥70和流量計72，分別用于調(diào)整和計量在管68中乳化劑的流動。本發(fā)明在生產(chǎn)的粗烴中所用乳化劑的數(shù)量約為25至10，000(或更多)ppm(重量)，以約300至5，000ppm(重量)為更好。換言之，乳化組分以含約0.05%至約4.0%(體積)的乳化劑為更好。
生產(chǎn)的粗烴旁流而不經(jīng)過FWKO16時，它們的實(shí)際含水量可以變化很大。生產(chǎn)的粗烴可含高達(dá)95%(體積)的水，也可以是相對干燥的油，其含水量低于生成可在管道中泵送的低粘度水包油乳狀液所需要的水量。本發(fā)明的目的是提供一種含水量為15%至60%(重量)而最好含水25%至30%的水包油乳狀液。為達(dá)到此目的，用水罐26向罐58供水。水可在FWKO16(任選的)中由生產(chǎn)的烴中分離回收而得，也可以將外部來源的水經(jīng)管28送入水罐26。由乳化劑罐64加入乳化劑的數(shù)量應(yīng)控制在能生成穩(wěn)定的水包油乳狀液，乳化劑的濃度應(yīng)使此乳狀液適于低粘度的管道泵送。任何多余的水是松弛的結(jié)合水，應(yīng)能容易地脫掉。過量的乳化劑是昂貴的，應(yīng)當(dāng)避免。由于加入數(shù)量過少的乳化劑不能生成適于管道輸送的水包油乳狀液，因此也應(yīng)當(dāng)避免。但是，當(dāng)長距離(如超過1000英里)管道輸送時，采用數(shù)量過少的乳化劑或數(shù)量不足的乳化劑則并不嚴(yán)重，因?yàn)楸景l(fā)明的特點(diǎn)之一是既使所生成的水包油乳狀液在管道中失效和/或破壞了，因而生成一種含有至少部分(即部分地或基本上地)聚結(jié)的小油滴相和剩余的水包油乳狀液所組成的混合物，而且這些小油滴相本身的粘度大于原來的水包油乳狀液的粘度，但此混合物的粘度仍低于或等于原來調(diào)配的水包油乳狀液的粘度。本發(fā)明的這一特點(diǎn)還伴隨另一個特點(diǎn)，即當(dāng)本發(fā)明的水包油乳狀液在管道中失效或被破壞而形成一種含至少部分聚結(jié)的小油滴相和剩余的水包油乳狀液的混合物時，并未導(dǎo)致相當(dāng)一部分調(diào)配的水包油乳狀液反相而生成油包水乳狀液。這些特點(diǎn)使已聚結(jié)的小油滴相和剩余的水包油乳狀液能繼續(xù)在管道中輸送，而不需要除去這種混合物并重新調(diào)配成水包油乳狀液。
水由水罐26經(jīng)管74送至罐58，水和乳化劑在此混合或結(jié)合在一起成為乳化組分。罐58中乳化組分的PH值可用化學(xué)添加劑加以調(diào)節(jié)。過濾器(圖中未示出)可裝在管74上，以除去沉積物。管74裝有閥76和流量計78，分別用來控制和計量水的流動。重要的一點(diǎn)是，本發(fā)明的乳化劑要與水混合，這樣使乳化組分含水。如果乳化組分中無水，乳化組分是以純的或比較純的狀態(tài)與生產(chǎn)的粗烴相混合，或即便是將水單獨(dú)地加入到生產(chǎn)的粗烴中，或粗烴本身含任何形態(tài)的水，也不能生成或調(diào)配成管道能輸送的水包油乳狀液。本發(fā)明的乳化劑基本上不溶于粗烴中，與粗烴不能形成均相的溶液。此外，除非本發(fā)明的乳化劑中含水，否則乳化劑經(jīng)過粗烴至粗烴和水的界面的擴(kuò)散(水已單獨(dú)加入或已存在于粗烴中)，即便進(jìn)行了，速度也太慢。對Athabasca瀝青來說，更是如此。因此，本發(fā)明的一個顯著的特征是在與生產(chǎn)的粗烴接觸之前，將乳化劑與水相混合。
前面已提到，水中可以加入適當(dāng)?shù)谋c(diǎn)降低劑，來降低水和/或乳化組分和/或最后配成的水包油乳狀液的冰點(diǎn)。為了舉例說明本發(fā)明，采用乙二醇作為冰點(diǎn)降低劑。為了將水和乙二醇相混合，乙二醇經(jīng)管82進(jìn)入乙二醇罐80。乙二醇可以經(jīng)管84直接送入水罐26，管84裝有控制乙二醇流量的閥86。管84上的流量計88監(jiān)測直接流入水罐26的乙二醇。也可以將乙二醇經(jīng)管90直接送入由水罐26流經(jīng)管74的水中。與管84相似，管90裝有閥94及流量計94，分別用于控制和計量流經(jīng)管90的乙二醇。為了使乙二醇流經(jīng)管84，打開在管84上的閥86，關(guān)閉管90上的閥92;為了使乙二醇流經(jīng)管90，則打開管90上的閥92，關(guān)閉管84的閥86。也可以不采用直接使乙二醇與水相混合的方法加入乙二醇，而將乙二醇直接加至乳化劑中并與其相混合，或加至罐58中水與乳化劑的混合物中。
本發(fā)明的乳化組分可以用乳化組分泵96從罐58經(jīng)管94抽出。在開始用泵96將乳化組分送入管94以前，先打開罐58底部和管94上的閥98、乳化組分泵96進(jìn)一步將乳化組分經(jīng)管100泵送至管50的入口，在此處乳化組分與生產(chǎn)的粗烴物流相遇，并與之混合。管100上裝有流量計102，用于監(jiān)測和指示乳化組分在未與生產(chǎn)的粗烴相遇以前，在途中的流速。管100通過熱交換器104，此熱交換器控制并使乳化組分加熱至足夠高的溫度，使其在管50的入口處與生產(chǎn)的粗烴相遇并混合后，乳化組分和生產(chǎn)的粗烴的混合物在管50中的溫度約為100°F至200°F。前面已指出，為了生成水包油乳狀液，以及達(dá)到和/或維持混合物能被泵送或用管道輸送所需的粘度，使乳化組分和生產(chǎn)的粗烴的混合物保持在約100°F至約200°F的范圍內(nèi)是很重要的。這一點(diǎn)特別確實(shí)，特別當(dāng)生產(chǎn)的粗烴是Athabasca瀝青時，因?yàn)橛袝rAthabasca瀝青的溫度高于200°F，和/或它具有高的粘度(如在約100°F時的粘度為20，000厘泊)，難于用管道輸送。所以，當(dāng)生產(chǎn)的粗烴是Athabasca瀝青時，由于Athabasca瀝青的粘度系數(shù)很高，根據(jù)生產(chǎn)的粗烴在溫度指示器54所示出的溫度和/或由罐58出來的乳化組分的溫度，有時需要用熱交換器104加熱乳化組分;在其它時間需要冷卻而不是加熱此乳化組分，以使生產(chǎn)的粗烴和乳化組分的混合物的溫度維持在約100°F至約200°F之間，更好是在約160°F至約195°F之間。
粗烴在管50中流經(jīng)混合器的壓力降用流量監(jiān)測器106監(jiān)測。管50通至一臺靜態(tài)剪切和靜態(tài)混合設(shè)備(用108表示)。當(dāng)混合物在溫度約為100°F至約200°F下并以一定的速度通過設(shè)備108后，即生成水包油乳狀液。在本發(fā)明的一個較佳實(shí)施方案中，設(shè)備108的前后未裝任何動態(tài)剪切和混合的設(shè)備(如管線摻合機(jī)、轉(zhuǎn)動-檔板、均化器等)，因?yàn)樗傻乃腿闋钜喝缃?jīng)過動態(tài)剪切和/或混合，質(zhì)量將受到影響，特別對某些種類的乳化劑會如此，這一點(diǎn)將在以下充分說明。當(dāng)采用某些種類的乳化劑并用動態(tài)混合和/或動態(tài)剪切的方法來調(diào)配水包油乳狀液時，所得到的水包油乳狀液容易失效和/或破壞成以前已指出的混合物，此混合物含在連續(xù)水相中至少部分地(即部分地或基本上)聚結(jié)的小的油滴相，以及剩余的水包油乳狀液。前面已談過，雖然水包油乳狀液失效和/或破壞了，產(chǎn)生的聚結(jié)的小油滴-剩余乳狀液的混合物的粘度仍低于或等于原來的水包油乳狀液的粘度。所以這種混合物可以繼續(xù)用泵在管道中輸送，不必?fù)?dān)心由于受到動態(tài)剪切和/或動態(tài)混合作用，乳狀液失效和/或破壞所產(chǎn)生的不利的管道內(nèi)的粘度變化情況。本發(fā)明中其它種類乳化劑的作用不受任何攪拌方法的影響，包括但不局限于動態(tài)剪切和/或動態(tài)混合。因此，本發(fā)明在調(diào)配水包油乳狀液時可以優(yōu)先選用靜態(tài)剪切和/或靜態(tài)混合的方法，同時在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，動態(tài)剪切和/或動態(tài)混合也在本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍之內(nèi)。
生產(chǎn)的粗烴和乳化組分的混合物通過靜態(tài)剪切和靜態(tài)混合設(shè)備108的速度可以是任何合適的速度，因?yàn)楸景l(fā)明的水包油乳狀液既可在層流狀態(tài)又可在湍流狀態(tài)下形成。但在本發(fā)明的一個較佳實(shí)例中，粗油泵46和乳化組分泵96一定要固定或調(diào)定在使乳化組分和生產(chǎn)的粗烴的混合物進(jìn)入靜態(tài)剪切和靜態(tài)混合器108時，混合物的速度為自約20吋/秒至約140吋/秒，以約35吋/秒至約115吋/秒為更好?；旌衔锏恼扯瓤梢允谴嘶旌衔锬軌虮盟蜁r的任何粘度，但最好是在約100厘泊至約10，000厘泊之間。在速度范圍自約20吋/秒至約140吋/秒時，根據(jù)混合物的粘度，混合物在經(jīng)過管50時的壓力降在10磅/吋2至約150磅/吋2，以約20磅/吋2至約60磅/吋2為好。
靜態(tài)剪切和靜態(tài)混合設(shè)備108同時剪切并混合溫度為約100°F至約200°F的乳化組分和生產(chǎn)的粗烴的混合物，生成管道可輸送的水包油乳狀液，這也是本發(fā)明的一個突出特點(diǎn)。108設(shè)備的任務(wù)是聚結(jié)大部或全部存在的水，包括可能在生產(chǎn)的粗烴中以油包水乳狀液和/或以“游離”水狀態(tài)所存在的任何水，使成為一個連續(xù)相，同時將所有的油以小滴狀分散在此連續(xù)的水相中。任何可能以油包水和/或“游離”水狀態(tài)存在于生產(chǎn)的粗烴中的水都在108設(shè)備中轉(zhuǎn)化，改變或轉(zhuǎn)變成水包油乳狀液。轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)變程度達(dá)100%。為了避免產(chǎn)生反相乳狀液(即油連續(xù)相乳狀液)，最好用比較純的乳化組分(即未與生產(chǎn)的粗烴復(fù)合或混合)在未與生產(chǎn)的粗烴在管50的入口處結(jié)合或混合以前，首先通過設(shè)備108而濕潤108設(shè)備的混合器內(nèi)部構(gòu)件，形成所需的水的連續(xù)相。以下將更詳細(xì)地討論，設(shè)備108有不同的具體結(jié)構(gòu)(在圖4-14中說明)，也可以單獨(dú)使用(見圖3)，或兩個平行使用(見圖2)，以生成一種比單峰水包油乳狀液粘度更低的多峰水包油乳狀液。靜態(tài)剪切和靜態(tài)混合設(shè)備108以呈圓筒狀的為好，并具有任何合適的直徑，例如自約0.2吋至約6.0呎。
由靜態(tài)剪切和靜態(tài)混合設(shè)備108中出來的物流進(jìn)入管110中，即得到本質(zhì)上是水在外面的水包油乳狀液，適于管道輸送。但是，這種水包油乳狀液中可能含有過量的水，即超過為達(dá)到一定的管道粘度所需的數(shù)量的水。管110中裝有取樣器112，離開靜態(tài)剪切和靜態(tài)混合，設(shè)備108的水包油乳狀液可通過取樣器，水包油乳狀液所達(dá)到的質(zhì)量(包括任何可能存在于生產(chǎn)的粗烴中原來含有的油包水乳狀液，以及在靜態(tài)剪切和靜態(tài)混合設(shè)備108中后來轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)變成的水包油乳狀液)可在此處檢查測定。管110還裝有閥113，可用來調(diào)整或終止水包油乳狀液在其中的流動。
如果需要，可以選擇將已調(diào)配完的水包油乳狀液用再循環(huán)泵99，經(jīng)過管114再循環(huán)回到乳狀組分和生產(chǎn)的粗烴送入靜態(tài)剪切和靜態(tài)混合設(shè)備108的入口地點(diǎn)，以保證生成合格的水包油乳狀液。進(jìn)行再循環(huán)操作時，先關(guān)閉110管上的閥113，然后打開114管上的閥115(它通常是關(guān)閉的)，再啟動泵99。管110上裝有溫度指示器116，用于監(jiān)測流經(jīng)管內(nèi)的水包油乳狀液的溫度。管110也可以選擇性地安裝一個脫氣器118，如果需要，可以脫掉水包油乳狀液中的氣體。經(jīng)過脫氣器118以后，此管道可輸送的水包油乳狀液流經(jīng)換熱器120至乳狀液罐122，或直接進(jìn)入管道123中。熱交換器120的任務(wù)是提供一個選擇方案，可將流經(jīng)管110的水包油乳狀液冷卻至低于約120°F，低于100°F更好，最好是在約80°F至約100°F之間。本發(fā)明的一些水包油乳狀液對溫度敏感。在高溫下(如高于約120°F)，這類水包油乳狀液的穩(wěn)定性可能已降低了。為了得到更穩(wěn)定的水包油乳狀液，流經(jīng)管10的水包油乳狀液的溫度應(yīng)降至120°F以下。在溫度低于約120°F時，本發(fā)明的水包油乳狀液的穩(wěn)定性增加了。
在乳狀液罐122中的可通過管道輸送的水包油乳狀液已準(zhǔn)備就緒，可通過管124輸送至管道123中。水包油乳狀液的質(zhì)量可用帶餾分監(jiān)視器和取樣器的測量儀126檢查，如果合格，就送到管道123，運(yùn)到需要的目的地。
應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)乳狀液罐122中的水包油乳狀液的溫度低于約120°F時，水包油乳狀液在穩(wěn)定性方面是沒有問題的。同樣地，當(dāng)水包油乳狀液的物流中水的含量大于所需的數(shù)量時，從管道粘度的觀點(diǎn)上看，水包油乳狀液也是沒有問題的，特別當(dāng)粗烴是Athabasca瀝青時更是如此。當(dāng)水包油乳狀液在不太長，如1-2英里，的管道中運(yùn)輸時，水包油乳狀液中的過量水不是主要令人擔(dān)心的問題。但是，在長距離管道輸送時，水不應(yīng)過量太多，因?yàn)閺谋盟湍芰Ψ矫婵紤]，管道可能有些限度。特別是當(dāng)生產(chǎn)的粗烴是Athabasca瀝青時，如果從有效管道粘度方面考慮，水包油乳狀液流出物中水的含量不足時，就會出現(xiàn)問題。一旦從有效管道粘度的觀點(diǎn)上考慮，調(diào)配成的水包油乳狀液中的含水量是適量時，則調(diào)配的水包油乳狀液可以泵送經(jīng)過任何長度的管道(如超過1000英里)，而不必害怕或擔(dān)心該乳狀液失效和/或破壞成混合物或幾個相，以致不具備管道輸送所需的有效粘度的問題。前面已談到，本發(fā)明的水包油乳狀液的一個突出的特點(diǎn)在于，雖然調(diào)配的水包油乳狀液可能在管道中失效或破壞成含在連續(xù)的水相中至少部分(即部分地或基本地)聚結(jié)起來的小油滴相和剩余的水包油乳狀液的混合物，盡管聚結(jié)的小油滴相本身的粘度大于原來調(diào)配的水包油乳狀液，但此混合物的粘度低于或等于原來調(diào)配的水包油乳狀液的粘度。應(yīng)當(dāng)理解，此混合物可能包括一些(但并非相當(dāng)大的數(shù)量)由原調(diào)配的水包油乳狀液已反相轉(zhuǎn)化成油包水的乳狀液。這種油包水乳狀液可能是聚結(jié)的小油滴相和/或剩余的水包油乳狀液中的一部分，和/或聚結(jié)的小油滴相和剩余的水包油乳狀液的分離物。采用本發(fā)明的乳化劑及結(jié)合本發(fā)明的其它特點(diǎn)，當(dāng)水包油乳狀液失效或在管中破壞成含至少部分聚結(jié)的小油滴相和剩余的水包油乳狀液的混合物時，相當(dāng)大部分的原來調(diào)配的水包油乳狀液并不反相轉(zhuǎn)化成油包水乳狀液。剩余的水包油乳狀液可以解釋為從原來的水包油乳狀液中留下來的，其中所含的分散的小油滴并未至少部分地聚結(jié)。本發(fā)明的這些特點(diǎn)使含至少部分聚結(jié)的小油滴和剩余的水包油乳狀液的混合物能繼續(xù)泵送或經(jīng)原來的水包油乳狀液所進(jìn)入的同樣管道(即管道123)中輸送，而不必取出此混合物并將其再調(diào)配成水包油乳狀液。但是，本發(fā)明的水包油乳狀液的一個理想的性質(zhì)是如果在原來的水包油乳狀液中出現(xiàn)了失效或破壞成聚結(jié)的小油滴-剩余的乳狀液的混合物，則只需將此混合物通入另一個108設(shè)備即可容易地再調(diào)配成原來的水包油乳狀液。該設(shè)備可以位于正在輸送水包油乳狀液的管道中，也可以在管道外的環(huán)形旁路上，如圖3所示。這樣，如果愿意的話，這種再調(diào)配是很容易進(jìn)行的，盡管要繼續(xù)泵送或輸送此失效的或破壞了的原水包油乳狀液并沒有必要這樣做。
本發(fā)明的用來調(diào)配水包油乳狀液的乳化劑，在管道內(nèi)流動過程中可能逐漸失去活性，這取決于所用乳化劑的原始濃度或質(zhì)量，以及在調(diào)配時各生成乳狀液的成分(即粗烴和乳化組分)的溫度，等等。無論什么樣的調(diào)配條件，生成的水包油乳狀液將最終分離成兩相的混合物(即聚結(jié)的小油滴-剩余的乳狀液混合物)，如前所述，這種兩相混合物在通常條件下將繼續(xù)流動。一種水包油乳狀液在分解成兩相混合物之前，在管道中泵送或運(yùn)輸?shù)目偩嚯x也取決于所用乳化劑的初始濃度和數(shù)量、調(diào)配乳狀液時各組分的溫度、粗烴油和水相(如水、鹽水或其類似物)的其它性質(zhì)、以及管道和泵送的條件。如果，由于任何原因，未能制成在管道總長度的泵送(或運(yùn)輸)過程中足夠穩(wěn)定的水包油乳狀液，本發(fā)明的另一實(shí)施方案提供了一種復(fù)原此水包油乳狀液的補(bǔ)救辦法，即可使生成的水包油乳狀液在管道中繼續(xù)輸送至任何所需的距離。更具體講，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過向一直輸送原來生成的水包油乳化劑所分成的兩相混合物(或聚結(jié)小油滴-剩余的乳狀液的混合物)的管道中，加入額外的水相和/或加入額外的濃乳化組分(或額外的純?nèi)榛瘎?，在用如泵送或類似的足夠的攪拌條件下，即可使已分成兩相的水包油乳狀液復(fù)原成原來生成的水包油乳狀液。額外的水相和/或額外的濃乳化組分(或純?nèi)榛瘎?的選擇，取決于已分相的水包油乳狀液的條件或狀況、管道和泵送的條件、管道操作人員和煉油人員或其它接受此水包油乳狀液人員的愿望等等。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步依賴于管道和泵送的條件，甚至當(dāng)原來形成的水包油乳狀液已完全失效或轉(zhuǎn)化成高粘度的油連續(xù)的體系，采用向管道中加入或注入額外的乳化組分并同時攪拌，如泵送或靜態(tài)剪切和混合的方法，這種油連續(xù)的體系仍能復(fù)原成原來生成的水包油乳狀液。采用這種技術(shù)來矯正已完全失效的水包油乳狀液，就需要有必需數(shù)量的乳化組分，和在位于管線中乳狀液完全失效的地點(diǎn)備有注入泵。
向輸送或運(yùn)送已分離的水包油乳狀液的管道中加入補(bǔ)充的水相的辦法，可以輸送此已分離的水包油乳狀液，甚至可以輸送已顯示了反相轉(zhuǎn)化或完全失效成油連續(xù)相系統(tǒng)的已分離的水包油乳狀液。所需的補(bǔ)充水相的數(shù)量取決于粗烴的性質(zhì)，但有代表性的是使在給定體積的水相包油乳狀液中的總水相濃度增加一足夠的數(shù)量，或使其維持在約40%至約60%(體積)(45%至55%更好)的范圍內(nèi)。采用加入額外量水相的技術(shù)，就要在原來生成的水包油乳狀液分離成含聚結(jié)的小油滴相和剩余的水包油乳狀液相的混合物的時刻和在管道的該位置上有準(zhǔn)備好了的水相補(bǔ)充數(shù)量和加注泵。也必需把加注補(bǔ)充水相的數(shù)量與管道終端的接受罐和處理設(shè)備聯(lián)系起來考慮。
和只單獨(dú)加入水相的方法相比較，單獨(dú)加入額外數(shù)量的濃乳化組分(或額外數(shù)量的純?nèi)榛瘎?或與此同時又加入額外數(shù)量的水相的方法具有更多的有利之處。濃乳化組分可以解釋為必要的或等于為提高或保持乳化劑的濃度，向已分離的水包油乳狀液加入或注入乳化組分之后，使其在粗烴內(nèi)的重量中占約250ppm至1500ppm或更高。采用這種方法，乳狀液混合物的粘度有所降低，而水包油乳狀液的體積增加較少。必須在水包油乳狀液分離以前或分離后不久，即在相當(dāng)部分的水相被吸收而進(jìn)入粗烴油相以前，就向管道中單獨(dú)加入或注入補(bǔ)充的濃乳化組分(或額外的純?nèi)榛瘎?，或同時又加入補(bǔ)充的水相。
可在常規(guī)操作中，把補(bǔ)充的濃乳化組分(或額外的純?nèi)榛瘎?單獨(dú)或與補(bǔ)充水相共同應(yīng)用，以降低乳化劑的總量，該總量是初始采用的量或是沿輸送水包油乳狀液的管道設(shè)一個或更多的乳化劑中間加入點(diǎn)，并周期地由加入點(diǎn)單獨(dú)地或與補(bǔ)充的水相共同注入補(bǔ)充的濃乳化組分(或補(bǔ)充的純?nèi)榛瘎?所需要的量。如果在管道的起點(diǎn)處已加入了所有需要量的乳化劑，過量的乳化劑則提供必需的安全裕量，以保證管內(nèi)的乳狀液不致于分離或完全失效。沿輸送水包油乳狀液的管道設(shè)一個或更多的乳化劑中間加入點(diǎn)，就可以優(yōu)化總?cè)榛瘎┯昧?，使沿管線的任意點(diǎn)上，加入的乳化劑都不過量或浪費(fèi)。這樣，沿管道總長度所加入的乳化劑總量就低于只在管道起點(diǎn)一次加入乳化劑的數(shù)量。
還必須指出，為了避免水包油乳狀液分離或完全失效并使其保持乳液狀態(tài)，可以周期地向運(yùn)送或輸送水包油乳狀液的管道內(nèi)(或在起點(diǎn)，或在其中間各點(diǎn)的位置)放入或注入固體粒狀的純?nèi)榛瘎?。因此，注入固體粒狀純?nèi)榛瘎┑姆椒ㄊ橇硪环N優(yōu)化乳化劑用量的手段，因?yàn)檫@些固體顆粒沿管道和水包油乳狀液共同向前移動時，固體顆粒將不斷地，逐漸地向水包油乳狀液中散發(fā)，放出或溶解純?nèi)闋顒┑募?xì)小固體量，因而使用于形成水包油乳狀液的乳狀劑的初始必要用量低于不用固體顆粒時所需的用量。所以，本發(fā)明的另一實(shí)施方案提供了一種當(dāng)粗烴的水連續(xù)相乳狀液在管道中已分相以后，復(fù)原其性能的方法，此方法包括以下各步驟或其中之一(1)、沿管道的一個或更多的點(diǎn)向流動的已分離的乳狀液中連續(xù)地加入額外的水相，使總水濃度增至40%至60%(體積);(2)、沿管道的一個或更多的點(diǎn)向流動的已分離的乳狀液中連續(xù)地加入額外的乳化組分(或乳化劑，可以是固體粒狀或丸狀)，以增加此水包油乳狀液的穩(wěn)定性，使其能用泵送至管道的終點(diǎn)而不完全失效或反相轉(zhuǎn)化成油的連續(xù)相。本發(fā)明進(jìn)一步提供一種在管道輸送重油或?yàn)r青的水連續(xù)相乳狀液，并減少乳狀液分離危險時能降低所需乳化劑總量的方法，此方法包括以下步驟(1)為了制備能通過管道全長運(yùn)送的水包油乳狀液，采用了比所需數(shù)量更少的乳化劑來制備水包油乳狀液;(2)沿管道的一個或更多的點(diǎn)注入額外的乳化組分(或乳化劑，可以是固體丸狀或顆粒)，以便優(yōu)化并盡可能降低所需乳化劑的總量。固體乳化劑可在管道的起點(diǎn)處加至已生成的水包油乳狀液中，乳化劑就隨流動的乳狀液共同向前流動，并在流經(jīng)管道全長的過程中，逐漸向乳狀液中釋放額外的乳化劑。
在水包油乳狀液已經(jīng)管道123輸送或泵送至最終目的地后，油滴在位于管道123終端的分離站300中從水包油乳狀液中分出。分離出的油經(jīng)管道302離開分離站，在油分出后，剩余的水相產(chǎn)物是水加某種添加劑(如乙二醇等)，必需將其循環(huán)回至水罐26或罐58，以便與生產(chǎn)的粗烴相混合?？梢圆捎萌魏芜m宜的方法把油滴自水包油乳狀液中分離出來，例如把水包油乳狀液加熱至相轉(zhuǎn)變溫度(P.I.T.)以上，這個溫度通常為約180°F至約210°F，和/或加入破乳劑。油分離掉以后，任何加至水包油乳狀液并留在剩余的水產(chǎn)物中的破乳劑對本發(fā)明的乳化劑都沒有影響或幾乎沒有影響。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，將已生成的水包油乳狀液被用各種方法加以破壞(以下稱為“破壞水包油乳狀液”)，即可回收油相，同時又毀壞了任何在運(yùn)輸過程中乳化劑降解和/或還原所產(chǎn)生的不需要的組分。這類不需要的組分如酚和其它酚結(jié)構(gòu)的化合物可能是由于當(dāng)生成的水包油乳狀液在管道中輸送時，本發(fā)明所用的乳化劑被分解或被還原而產(chǎn)生的。所以希望除去這些通常溶于水中的不需要的組分。更希望當(dāng)破壞此水包油乳狀液的同時除去這些不需要的組分。在本發(fā)明中，采用高錳酸鉀在破壞生成的水包油乳狀液的同時，除去了不需要的組分。高錳酸鉀的用量，以其在水包油乳狀液中的重量濃度計，由約500ppm至約15，000ppm為好(1000ppm至2000ppm則更好)。高錳酸鉀在一步操作中即破壞了水連續(xù)相的乳狀液又同時破壞了任何不需要的酚類。
高錳酸鉀是一種強(qiáng)氧化劑，它能與雙鍵起化學(xué)反應(yīng)而破壞酚類和其它不需要的化合物。高錳酸鉀也能反應(yīng)和/或破壞乳化劑中的
的重復(fù)鏈段或單位，因而破壞水連續(xù)相的乳狀液。在侵襲和/或反應(yīng)過程中，隨著副產(chǎn)物還生成水、二氧化錳和二氧化碳。用高錳酸鉀在貯存罐中除去酚時，酚在PH值為7.0至11.0的條件下迅速氧化。PH值為8.5至9.0更好。在反應(yīng)器中的15分鐘至約6小時和/或貯罐中的15分鐘至兩星期的保留時間，以足夠保證使酚完全氧化。初始反應(yīng)幾乎立刻發(fā)生，通常在前10分鐘之內(nèi)有近90%的酚被氧化。其它適用于酚處理的氧化劑和破壞水連續(xù)相乳狀液的氧化劑有臭氧(O3)，過氧化氫(H2O2)和氯(Cl2)。這些氧化劑可按任何適宜的方式(如氯化，臭氧化，等)典型地加以使用。用量在500ppm到15，000ppm之間(按水包油乳狀液的重量計算)。
較好的用高錳酸鉀處理水包油乳狀液的方法是用稀高錳酸鉀液流(即高錳酸鉀和水的混合物中含85%至99%(重量)的水相)和水連續(xù)相乳狀液相混合(或靜態(tài)地或動態(tài)地和/或在反應(yīng)器中)。相對于粗烴油中的各組分，高錳酸鉀優(yōu)先與乳化劑反應(yīng)。充分混合后，最好將混合物放入一普通容器中，靜止約15分鐘至二周。典型地，在靜止期間內(nèi)，粗烴油凝聚并升至頂部而水相則沉降到底部。粗烴油與水相分開后流入脫鹽器，混合物在此分成廢水和用于精煉的粗烴油。廢水可能需要進(jìn)一步用氧化劑(如稀KMnO4，臭氧，氯等)和混合器(如靜態(tài)混合器，高剪切泵等)處理，處理方法與前面提到的處理水連續(xù)相乳狀液中的酚并同時破壞乳狀液的方法相同。
除了自水包油乳狀液中分離出油滴或破壞此水包油乳狀液以外，還可以直接應(yīng)用此現(xiàn)存形態(tài)的水包油乳狀液，如用作燃料，在這類情況下，不需要將油滴自現(xiàn)存的水包油乳狀液中分出。所以，當(dāng)水包油乳狀液是用作燃料燃燒時，水包油乳狀液可直接加至鍋爐(如公用事業(yè)鍋爐，流化床鍋爐等)。沒有必要采用分離的步驟，除非水包油乳狀液的英熱單位(BTU)含量太低。
本發(fā)明的乳化劑可以是任一種當(dāng)粗烴與乳化劑混合物的溫度為約100°F至約200°F時，能與適量的水混合后與生產(chǎn)的粗烴形成水包油乳狀液的乳化劑。除了應(yīng)用廣泛的乳化劑以外，一般應(yīng)用兩種以上乳化劑的混合物。能用于形成水包油乳狀液的表面活性劑可以是陰離子型，陽離子型，非離子型，兩性離子型等。所希望的和優(yōu)先的特性是其在油中的高度不溶性。表面活性劑最好基本上不溶于油中。多數(shù)價廉有效的可供選擇用于生成水包油乳狀液的表面活性劑或是陰離子型或是非離子型的。目前優(yōu)先選用非離子型的，因?yàn)樗鼈円话惚容^便宜并且不受水中鹽濃度的影響。
所有陰離子-活性乳化劑中已熟知的是肥皂。肥皂是由天然存在的脂肪和油中得到的長鏈脂肪酚所生成的鹽。在脂肪和油中，酸是以三酸甘油酯的形式存在的。用做乳化劑的肥皂可由天然油中獲得。這類天然油含多種脂肪酸的混合物，此混合物的確切性質(zhì)則隨所用的油和脂而定。通常采用牛脂、椰子油，棕櫚油等的混合脂肪酸。例如，從牛脂中獲得的脂肪酸可用過濾或壓榨的方法，部分地分離出“紅油”(主要是油酸)和商業(yè)上所謂的“硬脂酸”。取決于油酸的分離程度，硬脂酸以一壓，二壓或三壓的形式出售。這種硬脂酸實(shí)際上是硬脂酸和棕櫚酸的混合物。
非離子型乳化劑可分成五種類型，即醚鍵，酯鍵，酰胺鍵，雜鍵和重鍵。較好的非離子型表面活性劑是基本上不溶于油中并可從具有以下通式的化合物中選擇
其中每個R，R1和R2是任何一種烴基，較好的是含約8至約21個碳原子的烷基，每個Y和Y1是代表乳化劑中氧化乙烯單位或鏈段平均數(shù)的整數(shù)，即正態(tài)高斯分布曲線的平均值。每個Y和Y1的較好的范圍約為4至100，更好的是約30至約100。最好每個R，R1和R2是C9H19，每個Y和Y1是40至100。當(dāng)本發(fā)明的水包油乳狀液是用通式(1)和/或通式(2)所代表的非離子型乳化劑所調(diào)配而成時，靜態(tài)剪切和靜態(tài)混合設(shè)備108的前后最好不用任何動態(tài)剪切和動態(tài)混合的設(shè)備，因?yàn)闃I(yè)已發(fā)現(xiàn)，如果用動態(tài)剪切和/或混合的設(shè)備制備水包油的乳狀液時，其耐久性將受到影響。但是，甚至當(dāng)采用了由通式(1)和/或通式(2)所代表的非離子型破乳劑又同時用了動態(tài)剪切和/或動態(tài)混合的方法后，而所生成的水包油乳狀液在管道中輸送時失效和/或解體了，則已發(fā)現(xiàn)，此已失效和/或解體了的混合物，即在水連續(xù)相中聚結(jié)和分離的小油滴和剩余的水包油乳狀液的粘度小于或等于原來調(diào)配成的水包油乳狀液的粘度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，即使聚結(jié)和分離的油滴的粘度大于原來調(diào)配的水包油乳狀液，這種現(xiàn)象也確是真的。因此，已失效和/或解體了的混合物可繼續(xù)在管道中泵送，而不必?fù)?dān)心不利的管道內(nèi)的粘度變化情況。
其它較好的非離子型乳化劑，特別是當(dāng)生產(chǎn)的粗烴為Athabasca瀝青時，是選自在油中基本不溶解并有下列通式的化合物
其中n是由約7至約20，更好的是11，Y是代表乳化劑中氧化乙烯單位或鏈段平均數(shù)的整數(shù)，即正態(tài)高斯分布曲線的平均值，約為101至250，約為120-180時較好，約150則更好;
其中n1是由約7至約18，更好的是約8，n2是由約7至約18，更好的是約8，Y1是代表乳化劑中氧化乙烯單位或鏈段平均數(shù)的整數(shù)，即正態(tài)高斯分布曲線的平均值，約為101至約250，約為120至180較好，約150則更好。
本發(fā)明的非離子型乳化劑優(yōu)先地采用具有通式(3)和通式(4)的化合物的混合物，此時具有通式(4)化合物在混合物中至少占40%(重量)。通式(4)的化合物在混合物中約占50%至85%(重量)則更好。
上述通式(1)，(2)，(3)和(4)所代表的非離子型乳化劑中最突出的是由憎水的含羥基化合物，如醇或酚，與環(huán)氧乙烷反應(yīng)所得的化合物。氧化乙烯基可加至任何需要的程度。
本發(fā)明的乳化組分能包含由通式(1)和/或通式(2)所代表的乳化劑與由通式(3)和/或通式(4)所代表的乳化劑的混合物。當(dāng)采用這種混合物時，由通式(3)和/或通式(4)所代表的乳化劑的有代表性的數(shù)量占乳化組分中總?cè)榛瘎┯昧康募s20%至約80%(重量)。
已發(fā)現(xiàn)，如采用由通式(3)和/或通式(4)所代表的非離子型乳化劑調(diào)配本發(fā)明的水包油乳狀液時，在生產(chǎn)或調(diào)配過程中可以使用任何攪拌的方法。可以使用任何動態(tài)剪切或混合設(shè)備，以及較好的靜態(tài)剪切和靜態(tài)混合設(shè)備108。
在用由通式(1)-(4)所代表的任何單獨(dú)的或混合的非離子型乳化劑調(diào)配成的水包油乳狀液中，一部分小油滴由于任何原因部分聚結(jié)成部分聚結(jié)的油，則同樣由于上述的理由，此含水包油乳狀液和部分聚結(jié)的油的混合物仍可繼續(xù)經(jīng)管道運(yùn)輸或泵送。再重復(fù)一次并更明確些，盡管事實(shí)上部分聚結(jié)的小油滴的粘度大于原來調(diào)配的水包油乳狀液，包含部分聚結(jié)油的水包油乳狀液的粘度卻低于或等于原來的水包油乳狀液的粘度。所以，失效和/或解體的混合物的粘度甚至比原來調(diào)配的水包油乳狀液的粘度更有利于管道輸送。
目前具有酯鍵的非離子型乳化劑包含以下通式的化合物
其中R是任何的烴基，較好的是含約8至約21個碳原子的烷基，更好的R是C9H19;Y是代表乳化劑中氧化乙烯單位或鏈段平均數(shù)的整數(shù)，即正態(tài)高斯分布曲線的平均值，為約4至約250，以約40至150為好，40至100則更好;并如上所述，基本上不溶于油。
脂肪酸與多元醇反應(yīng)所生成的酯是特別有興趣的一類非離子型乳化劑，原因在于根據(jù)所用醇的性質(zhì)，它們可能是親水性占優(yōu)勢而特別適于用作水包油乳化劑。
酯鍵的表面活性劑是一種好的乳化劑的例子為
帶酰胺鍵的非離子型乳化劑是通式如下的化合物
其中R是任何的烴基，以含約8至約21個碳原子的烷基為好，R是C9H19則更好;每個Y1及Y2是代表乳化劑中氧化乙烯單位或鏈段平均數(shù)的整數(shù)，即正態(tài)高斯分布曲線的平均值，為約4至250，以約40至150為好，40至100則更好，并如上所述，基本上不溶于油。
另一類已發(fā)現(xiàn)適用于本發(fā)明的方法的非離子型乳化劑是聚乙氧基醇，其通式為
其中R是含約7至約20個碳原子的烷基，Y是代表乳化劑中氧化乙烯單位或鏈段的平均數(shù)的整數(shù)，即正態(tài)高斯分布曲線的平均值，約為4至250。R是含約12至約18個碳原子的烷基，而當(dāng)Y是約120至180則更為可取。
在本發(fā)明的一個更為可取的實(shí)施方案中，乳化劑是選自乙氧基化的烷基酚化合物，其分子量分布的分散度約為1.0至約5.0，重量平均分子量約自1966至約9188，通式如下
其中n1是一個整數(shù)，其值約為7至約20，更好的是11，Y1是其值為約4至約1000的整數(shù)，其中至少占乳化劑50%(重量)的是分子量約為1966至9188的含乙氧基化的烷基酚化合物。此乳化劑至少含有一個乙氧基化的烷基酚化合物，該化合物的通式為
其中n1的值約為7至20，較好的是11;Y1大于100，更好的是大于100但小于1000，而通式為(5A)的乙氧基化的烷基酚化合物最好至少含1%(重量)(自1%至90%(重量)則更好)的乳化劑。
更為可取的是，通式(5)所代表的乳化劑的分子量分布的分散度約為1.0至約2.5，最好是1.0至2.0。乳化劑的重均分子量以約為3726至6548為更好，約4606至5668則最好。更好的是，至少約70%(重量)的乳化劑含分子量約為1966至9188的乙氧基化的烷基酚化合物，最好則至少約含85%(重量)。
本發(fā)明的乳化劑也可以是選自具有分子量分布分散度約為1.0至約5.0，重量平均分子量約自2519至約11，627的乙氧基化的二烷基酚化合物的乳化劑，其通式為
其中n1是整數(shù)，其值為約自7至約18，n2是整數(shù)，其值為約自7至約18，Y2是約自4至1000的整數(shù)，其中至少50%(重量)的乳化劑含分子量約自2519至約11，627的乙氧基化的二烷基酚。此乳化劑至少有一個乙氧基化的二烷基酚，該酚的通式為
其中n1為約7至約18，n2為約7至約18，Y2大于100并以大于100但小于1000為好;乙氧基化的二烷基酚化合物(通式6A)以至少含1%(重量)〔更好為含1%至90%(重量)〕的乳化劑為好。
更好的是，通式(6)所代表的乳化劑的分子量分布分散度為約1.0至約2.5，最好是約1.0至2.0。乳化劑的重量平均分子量為約4714至約8547為更好，最好是約自6039至約7227。更好的是，至少約70%(重量)(最好至少占重量的約85%)的乳化劑含分子量約2519至11，627的乙氧基化的二烷基酚。
乳化劑可以是通式(5)所代表的乙氧基化的烷基酚化合物和通式(6)所代表的乙氧基化的二烷基酚的混合物。二者可以任何重量比例相混合，但總混合物的分子量分布的分散度應(yīng)為約1.0至約5.0(約1.0至約2.5更好，約1.0-2.0則最好)，而乳化劑(或通式(5)和/或通式(6)所代表的)混合物的重量平均分子量約自1966至約11，627(約3726至約8547更好，約4606至約7227最好)。此外，總混合物至少含50%(重量)(至少含約70%(重量)更好，至少含約85%(重量)最好)的乙氧基化的烷基酚化合物和乙氧基化的二烷基酚化合物，其中乙氧基化的烷基酚化合物的分子量約自1966至約9188而乙氧基化的二烷基酚化合物的分子量約為2519至約11，627。更為可取的是，通式為(5)的化合物在混合物中占約30%至約80%(重量)。此外，至少1%(重量)(1%至90%(重量)較好)的通式(5)的乙氧基化的烷基酚化合物和通式(6)的乙氧基化的二烷基酚化合物的混合物具有通式(5A)的乙氧基化的烷基酚化合物和/或通式(6A)的乙氧基化的二烷基酚化合物，其中Y1和Y2都大于100，并以大于100但小于1000為更好。
聚合的乳化劑的分子量分布的分散度定義為乳化劑的重量平均分子量和乳化劑的數(shù)量平均分子量的比率，或Mw/Mn。Mn偏重于聚合的乳化劑中的較低分子量的部分，而Mw偏重于較高分子量的部分。分散度取決于聚合乳化劑的分子量分布的寬度并且是聚合的乳化劑中多分散度的量度。
重量平均分子量Mw可由對乳化劑進(jìn)行光散射測量而得，其定義為
其中Wx是分子重量為Mx的重量分?jǐn)?shù)。Mw也可以定義為
其中Cx是Mx分子的重量濃度，C是所有聚合乳化劑分子的總重量濃度，Nx是重量為Mx的分子的摩爾數(shù)，并且具有以下的關(guān)系
WX= (CX)/(C)CX＝NXMXC =ΣCX=ΣNXMX]]>數(shù)量平均分子量Mn由測定取決于粒子數(shù)目的性質(zhì)的方法而決定，如冰點(diǎn)降低(冰點(diǎn)降低測定)，沸點(diǎn)升高(沸點(diǎn)升高測定法)，滲透壓和蒸汽壓降低。Mn定義為聚合的乳化劑中所有分子的總重量W除以存在的總摩爾數(shù)。換言之，數(shù)量平均分子量可定義為
此處求和是從1至乳化劑中聚合物分子的不同大小的數(shù)目，NX是重量為MX的摩爾數(shù)。
為了全面討論分散度、Mw、和Mn以及其它大分子的科學(xué)性質(zhì)，如合成聚合物分子反應(yīng)的物理化學(xué)和有機(jī)化學(xué)，查閱以下的出版物Principles of Polymerization，Odian(McGraw-Hill Inc.1970年版權(quán)和出版);Introduction to Polymer Science and Technology·An SPE Textbook，Kaufman等。(John Wiley & Sons Ino.1977年版權(quán)和出版);Principles of Polymer、Chemistry，F(xiàn)lory(CornellUnirersity1953年版權(quán)和出版);和Macromolecules.Elias(卷1和2;1977年版權(quán)紐約Plenum出版社，1977年JohnWiley&SonsLtd.)。所有這些列入的出版物都作參考文獻(xiàn)引入。
正如在以下的實(shí)例中將充分討論由通式(5)和/或(6)所代表的更好的乳化劑時所指出的，采用這些更好的乳化劑所調(diào)配成的水包油乳狀液的剪切壽命(乳狀液穩(wěn)定性的量度)在工業(yè)上是可以接受的(即乳狀液剪切穩(wěn)定性等于或大于40分鐘)，但必需和以下的參數(shù)相一致(1)乳化劑的分子量分布的分散度約為1.0至約5.0(1.0至2.5更好，1.0-2.0最好);
(2)乳化劑的重量平均分子量約自1966至11，627，(約自3726至8547更好，約自4606至7227最好)，這取決于采用的由通式(5)和/或由通式(6)所代表的乳化劑種類;
(3)至少占50%(重量)(更好至少約占70%(重量)，最好至少約占85%(重量))的乳化劑含分子量約為1966至9188的乙氧基化的烷基酚化合物和/或分子量約自2519至約11，627的乙氧基二烷基酚化合物。
在本發(fā)明的另一最佳實(shí)施方案中，特別是當(dāng)水包油乳狀液需要在短時間(例如0.10-20秒種)內(nèi)在地下形成時，則乳化劑選自分散度約為1.0-5.0的分子量分布、平均分子量約為558-2504、通式如下的乙氧化烷基苯酚化合物
式中n1為1-14左右的整數(shù)值，最好為8，Y1為4-200左右的整數(shù)值;其中至少有50%(重量)的乳化劑含分子量為約558-2504的乙氧化烷基苯酚。乳化劑含有至少一種下述通式的乙氧化烷基苯酚
式中n1為7-14左右的值，最好是8γ1大于100，最好是大于100小于200;通式(7A)的乙氧化烷基酚化合物最好包括至少約1%(重量)的乳化劑，以約1-10%(重量)更好。
更優(yōu)選擇的以通式(7)代表的乳化劑的分子量分布的分散度為1.0-3.0左右，最優(yōu)先選擇的為約1.0-2.0。
較優(yōu)先選擇的平均分子量為646-1844左右，最優(yōu)先選擇的為866-1404左右。比較優(yōu)先選擇的是至少70%(重量)的乳化劑包括分子量為558-2504左右的乙氧化烷基酚化合物，最優(yōu)先選擇的是至少85%(重量)。
乳化劑可以是通式(7)的乙氧化烷基酚和選自分散度為1.0-5.0左右的分子量分布、平均分子量為2458-4218、通式為式(8)的乙氧化烷酚乳化劑的組合。通式(8)如下
式中n1為9-14左右的整數(shù)值，最好是11，Y1為4-300左右的整數(shù)值;其中至少有50%(重量)的乳化劑包括分子量為2458-4218左右的乙氧化烷基酚化合物。以通式(8)代表的乳化劑含有至少一種通式(8A)的乙氧化烷基酚
式中n1為9-14左右的值，最好為11，Y1大于100，最好是大于100小于300，通式(8A)的乙氧化烷基酚化合物最好包括至少約1%(重量)(優(yōu)先選擇的是約1-75%)的乳化劑。
比較優(yōu)先選擇的以通式(8)代表的乳化劑的分子量分布分散度為1.0-3.0左右，最優(yōu)先選擇的是1.0-2.0左右。比較優(yōu)先選擇的乳化劑平均分子量為2898-3778左右，最優(yōu)先選擇的為3118-3558。比較優(yōu)先選擇的是至少70%(重量)(最優(yōu)先選擇的是至少85%的乳化劑包括分子量為2458-4218左右的以通式(8)代表的乙氧化烷基酚化合物。
通式(7)的乙氧化烷基酚化合物和通式(8)的乙氧化烷基酚化合物組合物或混合物的重量百分比最好是通式(7)化合物占組合物或混合物的60-85%(重量)左右、通式(8)化合物占15-40%(重量)左右，最優(yōu)先選擇的是在通式(7)的乙氧化烷基酚和通式(8)的乙氧化烷基酚組合物或混合物中包括70-80%(重量)左右的通式(7)化合物和20-30%(重量)左右的通式(8)化合物。
選自通式(7)的乙氧化烷基酚化合物的乳化劑對在工業(yè)上可接受的時間內(nèi)并具有工業(yè)上可接受的剪切壽命的水包油乳狀液的地下(即井下)形成是特別有價值的。工業(yè)上可接受的時間可定義為時間范圍約為0.10-20秒;工業(yè)上可接受的剪切壽命規(guī)定為乳狀液的剪切穩(wěn)定性等于或大于40分鐘。希望迅速成形水包油乳狀液并且有工業(yè)上可接受的剪切壽命使所生產(chǎn)的高粘度烴能立即輸送至地面而沒有井管被高粘度烴堵塞和/或阻滯所生產(chǎn)的高粘度烴輸送的現(xiàn)象，不然就會降低高粘度烴的生產(chǎn)。如果井管發(fā)生了堵塞，例如因?yàn)楣I(yè)上可接受的剪切壽命而不能形成水包油乳狀液，就有必要疏通井管或換置井管。
用選自通式(7)的乙氧化烷基酚化合物乳化劑在35-170°F的溫度下以所形成的乳化組合物與所產(chǎn)生的烴一起攪拌(例如動態(tài)和/或靜態(tài)攪拌)形成地下水包油乳狀液。乳化組合物包括水相和小量選自通式(7)的乙氧化烷基酚乳化劑。攪拌包括在地下并在產(chǎn)烴地層附近將所產(chǎn)生的烴與乳化組合物在約0.1-20秒的時間內(nèi)相混合，最好是在強(qiáng)度為50-10，000秒-1(特別是50-5，000秒-1)范圍左右的剪力場中混合。選自以通式(7)代表的乙氧化烷基酚化合物的乳化劑當(dāng)與水相和生產(chǎn)的烴在35-175°F左右的溫度下混合物時能在0.1-20秒鐘內(nèi)形成極好的有工業(yè)上可接受的剪切壽命的水包油乳狀液。
正如在下文中其他比較優(yōu)先選擇的以通式(7)代表的乳化劑的實(shí)例中將進(jìn)行的比較徹底的討論，用其他比較優(yōu)先選擇的以通式(7)代表的乳化劑以形成優(yōu)質(zhì)水包油乳狀液的時間是工業(yè)上可接受的(即如在0.1-20秒內(nèi)形成)，只要符合或根據(jù)下面的參數(shù)(1)乳化劑分子量分布的分散為1.0-5.0左右(優(yōu)先選擇1.0-3.0，特別是1.0-2.0);
(2)乳化劑平均分子量值為558-2504左右(優(yōu)先選擇646-1844左右，特別是866-1404左右);
(3)至少50%(重量)(優(yōu)先選擇至少約70%(重量)，特別是至少85%(重量))的乳化劑包括分子量為558-2504左右的乙氧化烷基酚化合物;
(4)乳化組合物(和烴)的溫度為35-170°F左右;
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，如果乳化劑組合物或烴加乳化劑組合物(包括選自以通式(7)代表的乙氧化烷基酚化合物的那些乳化劑)的溫度高于170°F左右，則不形成水包油乳狀液，除非選自以通式(7)代表的乙氧化烷基酚化合物的乳化劑與選自通式(8)的乙氧化烷基酚化合物的乳化劑相混合或者結(jié)合使用。如前所述，通式(7)的乙氧化烷基酚化合物和通式(8)的乙氧化烷基酚化合物的結(jié)合或混合包括60-85%(重量)(優(yōu)先選擇70-80%(重量))左右的通式(7)的乙氧化烷基酚和15-40%(重量)(優(yōu)先選擇20-30%(重量))左右的通式(8)的乙氧化烷基酚。通式(7)的乙氧化烷基酚化合物與通式(8)的乙氧化烷基酚化合物相混合或相結(jié)合時，乳化組合物(或乳化組合物加烴)的溫度可以高到乳化組合物(或乳化組合物加烴)的沸點(diǎn)溫度，典型的是約212°F，這需根據(jù)地下的壓力、乳化組合物和烴的確切組成(和各組成物的混合比)等因素而定。
正如在下文中其他比較優(yōu)先選擇的包括以通式(7)代表的乳化劑和以通式(8)代表的乳化劑相混合或結(jié)合的乳化劑的實(shí)例中將進(jìn)行的比較徹底的討論，使用以通式(7)代表和/或以通式(8)代表的乳化劑的混合或結(jié)合以形成優(yōu)質(zhì)水包油乳狀液的時間是工業(yè)上可接受的(即如在0.1-20秒種內(nèi)形成)，只要符合或根據(jù)下面所述的參數(shù)(1)以通式(7)代表的乳化劑分子量分布的分散度為1.0-5.0左右(較優(yōu)先選擇的是1.0-3.0，最優(yōu)先選擇的是1.0-2.0);
(2)以通式(7)代表的乳化劑的平均分子量的值為558-2504左右(較優(yōu)先選擇的是646-1844左右，最優(yōu)先選擇的是866-1404左右);
(3)至少50%(較優(yōu)先選擇的是至少約70%，最優(yōu)先選擇是至少約85%)(重量)的乳化劑包括分子量為558-2504左右的以通式(7)代表的乙氧化烷基酚化合物;
(4)以通式(8)代表的乳化劑的分子量分布的分散度為1.0-5.0左右(較優(yōu)先選擇1.0-3.0，最優(yōu)先選擇1.0-2.0);
(5)以通式(8)代表的乳化劑的平均分子量值為2458-4218左右(較優(yōu)先選擇2898-3778左右，最優(yōu)是選擇3118-3558左右);
(6)至少50%(較優(yōu)先選擇的是至少約70%，最優(yōu)先選擇的是至少約85%)(重量)的乳化劑包括分子量為2458-4218的以通式(8)代表的乙氧化烷基酚化合物;
(7)通式(8)中的n1為9-14左右;如n1低于9或高于14，一般不能形成工業(yè)上可接受的水包油乳狀液，(8)以通式(7)代表的乳化劑為混合物或結(jié)合物的60-85%(重量)左右，如所用的以通式(7)代表的乳化劑少于60%或多于85%時，發(fā)現(xiàn)一般是不能形成工業(yè)上可接受的水包油乳狀液的。
用于本發(fā)明實(shí)踐的乳化劑必需能在高溫下形成水包油乳狀液，并在環(huán)境溫度下保持其穩(wěn)定性。除非采用廣泛應(yīng)用的乳化劑來滿足這種功能度使用兩種或更多種乳化劑的混合物，這是特別可取的。
在本發(fā)明的又一最佳實(shí)施方案中，乳化組合物包括水介質(zhì)、通式(7)的乙氧化烷基酚和通式(8)的乙氧化烷基酚，其比例可以是任何前所述及的適合的百分重量比，是將其直接通過井/井孔注入地下含烴巖體或含烴地層。當(dāng)此實(shí)施方案的乳化劑約在產(chǎn)生水包油乳狀液的轉(zhuǎn)相溫度(P.I.T.)以下的溫度與烴接觸時，便在地下含烴巖體中形成水包油乳狀液。典型地，乳化組合物是在低于P.I.T.左右以下與至少一部分烴(和共存水)就地接觸并混合以在地下含烴巖體中形成或產(chǎn)生水色油相的乳狀液，剩下與乳化組合物不能制備成水包油乳狀液的殘量烴。如前所述，形成水包油乳狀液的P.I.T.一般為180-210°F左右，根據(jù)水包油乳狀液的確切組成和組分的重量百分比而定。最好是在通過井/井孔向含烴巖體或地層注入已知量的乳化組合物之后接著再向同一巖體或地層中注入蒸汽和/或熱水(即溫度為150-250°F的水，決定于壓力)。蒸汽和/或熱水可以完成雙重任務(wù)對地層進(jìn)行熱刺激以提高其溫度并降低現(xiàn)場烴的粘度以促進(jìn)水包油乳狀液的形成，同時驅(qū)使或推動乳化組合物遠(yuǎn)離井孔進(jìn)入距井孔較遠(yuǎn)的地層，與那里的烴相接觸、混合和相作用。隨后，在乳化組合物已經(jīng)足夠分散并遍及巖體后停止注入蒸汽和/或熱水，隨即關(guān)閉孔/井孔，讓貯油巖體浸漬足夠的時間(例如1-10天)以最大程度和/或最佳形成水包油乳狀液。在浸漬一段時間后，打開井/井孔，用任何適合的生產(chǎn)或回收的設(shè)備回收水包油乳狀液，如使用下述文獻(xiàn)第Ⅱ章(Facilities，Operational，andSurveillance)中所敘述的任何類型的泵(ThermalRecovery，MichaelPrats，版權(quán)1982AmericanInstituteofMiningMetallurgicalandPetroleumEngineering，SocietyofPetroleumEngineers(HenryL.Doherty.，MemorialFundofAIME)出版)?？梢詫⒄麄€過程重復(fù)以除去未被回收的殘留烴和/或留在巖體或地層中的水包油乳狀液。
含通式(7)和(8)的乙氧化烷基酚的乳化組合物是熱穩(wěn)定的，其熱穩(wěn)定溫度達(dá)600°F左右或者還稍高一點(diǎn)，一般不被巖體地層的砂石和粘土所吸收。乳化組合物形成低粘度水連續(xù)相乳狀液，在地下巖體中有改進(jìn)的流動性，并使原巖體烴的最終回收率提高而減低殘油飽和度。再者，伴隨著現(xiàn)場烴的粘度的恢復(fù)，存在著烴生產(chǎn)的增加或加速，同時熱損失相應(yīng)減低。對于井底溫度低于常用的90-100℃范圍的井來說，生產(chǎn)周期可以延長，其結(jié)果是減低了蒸汽(和/或熱水)/油比。另外，采用含通式(7)和(8)乙氧化烷基酚化合物的乳化組合物從地下油層生產(chǎn)烴時，乳化組合物可于蒸汽驅(qū)油或熱水驅(qū)油操作時用來控制流動性和改進(jìn)掃油率，這是乳狀液形成或注入高滲區(qū)阻止竄槽的結(jié)果。
在本發(fā)明的一最佳實(shí)施方案中是將一輔助乳化劑組合物在含通式(7)和(8)的乙氧化烷基酚的乳化組合物前直接通過井/井孔注入含烴巖體。輔助乳化組合物可以是任何適合的輔助乳化組合物(例如陰離子和/或非離子的)，它們先被含油的巖石或地層所吸附以保證注入的含通式(7)和(8)不被吸附。同時，前已指出，乳化組合物一般是不被砂石和粘土所吸附的。為了確保其不被吸附，采用輔助乳化組合物以達(dá)到最終目的。
輔助乳化組合物包括水相和一輔助乳化劑，輔助乳化劑選自烷芳基磺酸鹽、木素磺酸鹽和它們的混合物。木素磺酸鹽是木素磺酸的金屬鹽，是由分子量為1000-20，000左右的造紙廠亞硫酸鹽液的木質(zhì)素制得。更具體地說，木素磺酸鹽是亞硫酸鹽制紙漿法中自木材分離纖維素紙漿的副產(chǎn)品，是SO2和Ca(HSO3)2與木材(一般是由67-80%的綜纖維素和17-30%的木質(zhì)素以及百分含量很低的樹脂、醣類、不同量的水和鉀的化合物組成的混合物)相互反應(yīng)形成的。本素磺酸鹽沒有確定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，但它是聚陰離子天然聚合物。烷芳基磺酸鹽最好具有通式RC6H4SO3M(式中R為7-15個碳原子的烷基，M為堿金屬(即鋰、鈉、鉀、銣、銫或鈁)、氫或銨或三乙醇銨或異丙基銨。輔助乳化組合物最好含0.05-4.0%(體積)左右或更高的輔助乳化劑。所用的輔助乳化劑的量可以是任何適當(dāng)?shù)牧?，決定于貯油地層的類型和性質(zhì)。優(yōu)先選擇的輔助乳化組合物的量為乳化組合物的10-100%(重量)左右，較優(yōu)先選擇的是20-50%(重量)，就是說，輔助乳化組合物與乳化組合物的重量比為0.10-1.0，優(yōu)先選擇的是0.20-1.0至0.50-1.0左右。使用輔助乳化劑的目的并不是要用它形成水包油相，而是要提供一有適合量輔助乳化劑的輔助乳化組合物以能在注入乳化組合物之先注入輔助乳化組合物時輔助乳化組合物能吸附在巖石或地層上，或被巖體巖石或地層所吸附，以便進(jìn)一步或最終減低或阻止或進(jìn)一步減少相繼注入的乳化組合物被吸附在巖體巖石或地層上的可能性，應(yīng)當(dāng)知道，使用輔助乳化組合物顯然將形成一部分水包油相乳狀液，但輔助乳化組合物的首要目的是覆蓋或吸附在巖體巖石或地層上以減少乳化組合物的用量。由于乳化組合物一般比輔助乳化組合物貴，所以此方法是比較經(jīng)濟(jì)的。采用輔助乳化組合物與乳化組合物結(jié)合使用的方法不但比較經(jīng)濟(jì)，而且也改進(jìn)了烴的回收率，特別是在注入乳化組合物后注入蒸汽并關(guān)井/井眼浸漬一段時間后?，F(xiàn)僅舉例說明，在本發(fā)明的從地下含烴巖體回收油的方法中如果使用比率為0.1-1.0左右的輔助乳化組合物和乳化組合物5000加侖，則較之使用比率在0.1-1.0范圍以外的輔助乳化組合物和乳化組合物5000加侖或單獨(dú)使用二種組合物5000加侖，其回收率改進(jìn)了2-40%。
使用通式(7)和(8)的乙氧化烷基酚化合物或其與先注入輔助乳化劑相結(jié)合的方法可在任何適合的巖體中實(shí)施，并且本發(fā)明并不限于特殊類型的巖體或地層。例如，適合的巖體可以是砂質(zhì)地層或巖石地層，可是以斷裂的或非斷裂的。巖體中的烴或油可以是任意重量或比重的，但正如已經(jīng)指出過的，通式(7)和(8)的烷基酚化合物是特別適宜于重油或烴的。本發(fā)明的這一實(shí)施方案的方法已被證明對非固結(jié)的淺砂地層特別有用，對于任何有較小天然驅(qū)動力或無天然驅(qū)動的地下貯油巖體，特別是在有相對高的滲透性和所得流體有相對高的油/水比的貯油巖體是有潛力的。必須認(rèn)識到，本方法的成功將受個別巖體的特定地質(zhì)構(gòu)造的影響，例如巖體孔隙率或滲透率將影響乳化組合物滲入貯油巖體的程度以及水包油相的置換和回收效率。
本發(fā)明的使用通式(7)和(8)的烷基酚化合物或其與先注入輔助乳化劑相結(jié)合的方法可用于初級或二級或三級回收。初級回收依靠于與巖體中油接觸而存在的氣體和原生水來提供驅(qū)動力。在初級回收所要求的自然驅(qū)動力耗盡以前常常會遇到一些問題，這些問題阻礙了從地層或鉆入其中的井中取出烴。例如，如石蠟烴、蠟和瀝青等物質(zhì)可以積累在地層和井孔中，限制或阻塞了油的流動，通式(7)和(8)的乙氧化烷基酚或其與先注入輔助乳化劑相結(jié)合的方法已經(jīng)研究成功并用于本發(fā)明的方法中，如用于去除限制流動的物質(zhì)。在初級回收之后，接著在本發(fā)明的方法中可使用通式(7)和(8)的化合物或其與先注入輔助乳化劑相結(jié)合的方法作為從含烴地層中連續(xù)生產(chǎn)油所要求的第二能源。常規(guī)的二級回收方法常需將液體注入井中以將油驅(qū)出巖體，典型的二級油回收方法是用水驅(qū)油和不混溶氣體驅(qū)油。本發(fā)明的方法是使用通式(7)和(8)的乙氧化烷基酚或其與先注入輔助乳化組合物相結(jié)合的方法溢流巖體與初級回收后剩余的烴形成水包油相乳狀液。三級油回收-也名增強(qiáng)油回收(EOR)，是初級或二級方法都不能回收的油回收方法。三級油回收方法的目的是降低油的飽和度，達(dá)此目的的方法之一是降低剩余于巖體中的油的粘度，降低粘度是通過熱量的應(yīng)用或注入如含通(7)和(8)的乙氧化烷基酚的乳化組合物之類的流體或其與先注入輔助乳化組合物相結(jié)合的方法來達(dá)到目的的。應(yīng)用熱量的三級油回收方法已用于單井操作，并稱之為熱“噴吹”(huffandpuff)法。注火的“噴吹”法是一種熱“噴吹”法。其他熱“噴吹”法包括向地層中注入蒸氣，讓其浸漬足夠的時間以降低巖體中剩余油的粘度。粘度降低可讓油泵回注入蒸汽的相同井管。如前已述及的本發(fā)明的一個實(shí)施方案是蒸汽“噴吹”增強(qiáng)油回收法的一個改變方法。
在本發(fā)明的用通式(7)和(8)的化合物或其與先注入輔助乳化組合物相結(jié)合的方法的一個最佳實(shí)施方案中，該方法是處理石油巖體中的粘質(zhì)重原油，至少有一個井是從地表往下延伸至含粘質(zhì)重原油的地下石油巖體的底部的，當(dāng)井伸至底部后，將含通式(7)和(8)的烷基酚化合物的乳化組合物于注入注射井中，在地下石油巖體附近在預(yù)定的一段時間內(nèi)開始了現(xiàn)場水包油相乳狀液的操作，以便建立乳狀液形成區(qū)。如前已指出的，也可以在注入乳化組合物前，將輔助乳化組合物通過井/井眼直接注入含烴巖體。當(dāng)乳狀液形成區(qū)按所要求的壓力和溫度建立起來以后，熱水和/或蒸汽使乳狀液形成區(qū)向遠(yuǎn)離注射井的方向移動和分布。在乳狀注形成區(qū)已經(jīng)位于遠(yuǎn)處所要求的位置后，停止注入熱水和/或蒸氣，關(guān)閉注入井一預(yù)定時間，讓烴/粘質(zhì)重原油有浸吸的時間，以便形成水包油相乳狀液并降低蒸汽處理區(qū)上下的粘質(zhì)重原油的粘度。因?yàn)檎迟|(zhì)重原油的粘度降低，便開始向下流入乳狀液形成區(qū)，形成附加的水包油相乳狀液。所制成的水包油相乳狀液可以從一個或多個生產(chǎn)井生產(chǎn)出來，生產(chǎn)井鉆入石油巖體的底部所制成的水包油相乳狀液積集和停留的地方。鉆生產(chǎn)井的數(shù)量可根據(jù)任何所需的圖形，例如倒五點(diǎn)井網(wǎng)模式或倒九點(diǎn)井網(wǎng)模式或直接驅(qū)動模式操作法，在倒五點(diǎn)井網(wǎng)模式操作中，注射井位于五點(diǎn)井網(wǎng)模式的中心，生產(chǎn)井包括其他四個點(diǎn)，其府視圖形類似多米諾骨牌或骰子上的圖形。換言之，在府視圖中，注射井在四方形的中心，四個生產(chǎn)井位于四方形的四個角上。倒九點(diǎn)井網(wǎng)模式操作法類的于倒五點(diǎn)井網(wǎng)模式操作法，即在府視圖中注射井位于四方形的中心，四個生產(chǎn)井位于四方形的四個頂角，另外四個生產(chǎn)井分別安排在兩個井角的連線之間。在直線驅(qū)動模式操作法中，使用一組注射井以將蒸汽和/或乳化組合物注入地層，使乳狀液形成區(qū)的前沿成為平行于注射井組橫切線的大致成直線的線。此操作模式可通過在地層中使用水平鉆孔以增強(qiáng)注入和生產(chǎn)。
本發(fā)明方法的浸漬期取決于石油巖體中的重質(zhì)原油的性質(zhì)，特別是巖體中油的粘度，我們發(fā)現(xiàn)其浸漬期應(yīng)至少為一天左右一年左右，較優(yōu)先選擇的是1-10天。在浸漬期內(nèi)，繼續(xù)形成水包油相乳狀液，并且乳狀液形成區(qū)上部的重質(zhì)原油的粘度有所降低，原油開始往下流動(即重力下流)，在此完成下流原油的乳化。由于高溫蒸汽而產(chǎn)生的熱裂產(chǎn)品也被乳化成為水包油相乳化液。
浸漬期結(jié)束后，在預(yù)定時間(主要部分的重質(zhì)原油乳化成水包油相乳狀液和原油下流轉(zhuǎn)化和/或乳化所需的時間)后，打開各井，生產(chǎn)水包油相乳狀液和源自石油巖體底部的高品位原油，應(yīng)該知道的是，水包油相乳狀液和巖體底部的高品位原油可用二級或三級回收方法中的常規(guī)方法從任何生產(chǎn)井生產(chǎn)。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，如果在形成水包油相乳狀液之前將乳化組合物加熱至P.I.T.(例如200°F左右，優(yōu)先選擇200-600°F，更優(yōu)先選擇250-400°F)以上，再冷卻至P.I.T.以下，則冷卻至P.I.T.以下后形成的水包油相乳狀液比未加熱至P.I.T.以上形成的水包油相乳化液有更大的或增加的穩(wěn)定性。因此，在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中是將乳化組合物先加熱至P.I.T.(形成水包油相乳狀液的溫度)以上，例加熱至200-600°F左右以上，然后通過井/井眼注入地下含烴巖體或地層。乳化組合物的加熱可用任何適宜的方法和在任何合適的位置來完成，例如在地面或沿井/井眼下行時用任何溫度梯度或在注入巖體或地層時加熱。優(yōu)先選擇的乳化組合物加熱方法是用蒸汽伴隨乳化組合物，所用的蒸汽的典型溫度為212-600°F左右，優(yōu)先選擇215-500°F左右。當(dāng)乳化組合物沿井/井眼下移時，蒸汽即與乳化組合物緊密混合，使后者的內(nèi)部溫度上升(最好是高于P.I.T.)。顯然溫度的上升值主要取決于蒸汽的溫度蒸汽愈熱，乳化組合物的溫度上升愈高。蒸汽也是輸送介質(zhì)，幫助乳化組合物分散和運(yùn)送至巖體或地層并遍及巖體或地層，以便與現(xiàn)場烴相接觸并混合。乳化組合物的溫度在P.I.T.以上時，當(dāng)乳化組合物與現(xiàn)場烴接觸或混合時并不形成水包油相乳狀液。在所需量的溫度在P.I.T.以上的乳化組合物注入巖體或地層以后，在乳化組合物/蒸汽混合物之后接著連續(xù)注入蒸汽或蒸汽加熱水將溫度在P.I.T.以上的乳化組合物分布在遍布巖體或地層的所需的距離以與現(xiàn)場烴接觸。在與現(xiàn)場烴接觸時，分散的乳化組合物冷至P.I.T.以下，便形成了穩(wěn)定性比未加到了P.I.T.以上的乳化組合物所形成的乳狀液更大或增高了的水包油相乳狀液。乳化組合物冷卻至P.I.T.以下一般發(fā)生在井/井眼關(guān)閉以后和浸漬期間。當(dāng)所有的乳化組合物冷卻至P.I.T.以后以及增高了穩(wěn)定性的水包油相乳狀液形成以后，再打開井/井眼回收增高了穩(wěn)定性的水包油相乳狀液。
另一優(yōu)先選擇的乳化組合物的加熱方法是在與乳化劑混合之前將乳化組合物的水相加熱至P.I.T.以上，加熱需使欲注入巖體的乳化組合物的溫度在P.I.T.以上。將此高于P.I.T.的乳化組合物分與蒸汽和/或熱水分布遍及巖體或地層、當(dāng)乳化組合物與烴接觸時，其溫度冷P.I.T.以下，形成了有較大或增高的穩(wěn)定性的水包油相乳狀液。
又一優(yōu)先選擇的乳化組合物的加熱方法是將熱水代替蒸汽伴隨著乳化組合物，熱水的溫度如前已指出，可以是150-250°F(決定于壓力)或者甚致更高，只要熱水不蒸發(fā)成水蒸汽。最好的熱水溫度是能使乳化組合物的總體溫度達(dá)P.I.T.以上的溫度。熱水(或蒸汽)的量應(yīng)達(dá)到這樣的目的，即使最終形成的水包油相乳狀液的選擇的水相和原生水的含量為10-70%(重量)左右，并使其具有能自巖體或地層中回收的足夠低的粘度。當(dāng)熱水與乳化組合物的混合物注入巖體時，混合物便與烴(和原生水)在P.I.T.以上的溫度接觸，這樣，在浸漬期內(nèi)乳化組合物開始冷卻，直到溫度低于P.I.T.才形成水包油相乳狀液。如前已述及在浸漬期前將蒸汽和/或熱水在乳化組合物和熱水混合物之后注入以使溫度在P.I.T.以上的乳化組合物分布在遍及巖體的優(yōu)先選擇的位置和距離。以與遠(yuǎn)處的烴接觸。在關(guān)閉井/井眼并浸漬一段所要求的適合時間(例如1-10天或更長)，再打開井/井眼以回收增高了穩(wěn)定性的水包油相乳狀液。
如前已指出，含通式(7)和(8)的乙氧化烷基酚化合物的乳化組合物可以用來控制蒸汽驅(qū)油/水驅(qū)油操作的流動性以及改進(jìn)掃油效率。水驅(qū)油操作的效率受高滲透區(qū)或高水飽和區(qū)(例如底部水)的注入水竄槽的嚴(yán)重影響。再者，許多蒸汽驅(qū)油的油回收方案的經(jīng)濟(jì)性受蒸汽超復(fù)(重力分層)和蒸汽竄槽的強(qiáng)烈影響。從蒸汽驅(qū)動終端取出的重油巖體的巖芯清楚地表明了蒸汽的向上移動和其后的驅(qū)替及被驅(qū)替液的分層。用含通式(7)和(8)的乙氧化烷基酚化合物的乳化組合物形成的水包油相乳狀液或其與按前述方法用輔助乳化組合物形成的先注入的水包油相乳狀液結(jié)合使用可用來提高水驅(qū)油操作的效率，方法是封堵高水流動區(qū)，封堵后用水驅(qū)油。在水包油相乳狀液注入巖體地層時，較大量的乳狀液進(jìn)入滲透性較大的區(qū)域，因其要選擇阻力最小的途徑。出現(xiàn)此情況后，其后的水流在巖體地層中變得較受限制，水就開始流入滲透性較小的含殘渣烴的區(qū)域，其結(jié)果提高了掃油效率。水包油相乳狀液中的油滴由于停留在巖體地層的孔喉中而產(chǎn)生了堵塞。油滴不僅堵塞了喉孔道，特別是些那些小于油滴的喉孔道，而且它們被陷于孔道壁和裂隙中以致在喉孔道中聚集了許多油滴。
含有通過(7)和(8)的乙氧化烷基酚乳化組合物形成的水包油相乳狀液或其與先注入的用輔助乳化組合物形成的乳狀液相結(jié)合使用，由于乳狀液堵塞蒸汽驅(qū)掃超復(fù)區(qū)或竄槽區(qū)而將其后的蒸汽引向高油飽和區(qū)因而改進(jìn)了產(chǎn)油和注入蒸汽的比率，可以提高許多蒸汽驅(qū)油的經(jīng)濟(jì)特性。竄槽或蒸汽驅(qū)掃超復(fù)區(qū)是高滲透性的區(qū)域，如果未出現(xiàn)堵塞，將消耗大部分的注入蒸汽，最后影響到蒸汽驅(qū)油操作的經(jīng)濟(jì)特性。水包油相乳狀液將滲透性較大的區(qū)域堵塞后，蒸汽向高滲透區(qū)的流動性減低了，注入蒸汽便流至含殘油的滲透性較低的區(qū)域，開始了對殘油的熱驅(qū)掃。
用含通式(7)和(8)的乙氧化烷基酚的乳化組合物或含輔助乳化劑的輔助乳化組合物形成的水包油相乳狀油可以使用本說明書所說的任何步驟在所需要的任何適合的位置制得。現(xiàn)僅舉例說明水包油相乳狀液可以在地面上、地面和井底之間或接近射孔地段的井底周圍形成，均為隨后注入巖體地層的目的。水包油相乳狀液可以當(dāng)時就地形成，并用流動化劑(如水和/或蒸汽和/或氣體)移動至所需的區(qū)域，水包油相乳狀液形成的位置和如何形成不是關(guān)鍵問題，因?yàn)楹ㄊ?7)和(8)的乙氧化烷基酚化合物的乳化組合物與新鮮水或鹽水相容時(即達(dá)10%或100，000ppm的NaCl和/或CaCl2)在巖體條件下是穩(wěn)定的，有高溫?zé)岱€(wěn)定性，基本不受極端pH、含氧量、含金屬量和存在于巖體地層中其他雜質(zhì)的影響，而且乳狀液對乳化組合物穩(wěn)定性不產(chǎn)生逆向影響。應(yīng)當(dāng)了解，在蒸氣驅(qū)油和水驅(qū)油操作完畢后，水包油相乳狀液可用常規(guī)技術(shù)進(jìn)行回收，如用自然驅(qū)動力將高透滲區(qū)流出的低粘度乳狀液驅(qū)至井/井眼。
本發(fā)明的任何乳化組合物均可用于能使重質(zhì)原油或?yàn)r青井生產(chǎn)提高的井底乳化。井底乳化指在生產(chǎn)重質(zhì)原油或?yàn)r青的生產(chǎn)井井管中連續(xù)水乳液的形成。此乳液形成的好處是大大地降低了油管中原油的粘度，使生產(chǎn)率有相當(dāng)程度的提高。許多常規(guī)重質(zhì)原油井的限制生產(chǎn)的因素是抽油桿和泵柱塞在上行沖程后行至它們的最低位置時所需的時間。粘滯的抽油桿使生產(chǎn)變得非常緩慢。連續(xù)水乳液的低粘度消除了這種制約現(xiàn)象，連續(xù)水乳液可在井套管中將流入泵中的原油和鹽水與乳化組合物相混合而形成。此操作使水變成連續(xù)相，其中原油被包封起來成為小滴或較大的分離的油團(tuán)。游離水相潤滑原油和生產(chǎn)井管與抽油桿之間的接觸以實(shí)現(xiàn)減低阻力的作用。在形成分離的被水包圍的原油粒子時需要有剪切力。通過井底泵中的通道的原油、水和表面活性劑液流提供了為達(dá)到此目的，的足夠的剪切。流入泵內(nèi)的原油、水和表面活性劑的相對量對于正常油井操作是關(guān)鍵的。如果在泵的入口處的水太少，所得到的連續(xù)水乳液將不能達(dá)到所要求的低粘度;如果水太多，將形成粘度非常低的乳液，沒有能力將地層細(xì)砂(常是重質(zhì)原油生產(chǎn)操作中的問題)帶到井外。當(dāng)油井未工作的期間，積累的細(xì)砂可能沉積在井管中，其結(jié)果是使油井不再啟動。最好的井底乳化體系是用濃度為15-50%范圍的水制得的。
注入的乳化組合物中所用的乳化劑量可影響得到的連續(xù)水乳液的性質(zhì)。如乳化劑用量太小，則不能形成乳液;如注入過量的乳化劑，則會形成很小而穩(wěn)定的油滴，難于從乳液中分離出來。在總的生產(chǎn)液體中乳化劑的要求濃度為每百萬份原油200-1000份，優(yōu)先選擇的是300-500ppm。體系的最佳操作是由調(diào)節(jié)乳化劑的量而達(dá)到的，使連續(xù)水乳液的粘度低而又不形成小油滴。
可用任何適合的方法將形成水包油相乳狀液所需的乳化組合物注入體系。在本發(fā)明實(shí)施方案圖12和13的優(yōu)先選擇的注射體系中，井底泵和抽油桿(圖中未示出)以一特制的稀釋劑泵(一般以400表示)和一空心抽油桿裝置402代替。注射泵400牢固地置于空心抽油桿裝置402的末端(如圖13中所示)，二者均通過井管良裝，為可拆卸式，井管404一般是同心置于408處有射孔(地層液體通道的套管406中的。注射泵400包括牢固安裝于空心桿402的低端的空心上柱塞410和空心橫截連接裝置412。井管404有一旁通導(dǎo)管418，從井管404的下部(見圖13)沿井管404和套管408下部之間往下延伸，終止于固定閥420鄰近或下方。在地面上(見圖12)有軟管422與空心桿402相連。水罐424中的水是用泵426泵經(jīng)軟管422的，乳化劑是導(dǎo)入軟管422以形成乳化組合物并向下泵入空心抽油桿裝置402，沿圖13中箭頭所指的方向進(jìn)入旁通管道418。當(dāng)乳化組合物離開旁通管道時即與自巖體地層通過射孔408的原油混合形成水包油相乳狀液，然后通過固定閥420和閥16泵(或抽)入低位柱塞414，沿箭頭B通過閥416，沿箭頭C進(jìn)入空心截面412，沿箭頭D和箭頭E和虛線表示的P通路(圖13)進(jìn)入高位空心柱塞410，沿管頭下進(jìn)入井管404和空心抽油桿402之間的環(huán)行部分。水包油相乳狀液在地面上離開環(huán)形部分通過管道430排放到熱生產(chǎn)罐432中，在生產(chǎn)罐432中大部分的水/鹽水從乳狀液中分離出來。水/鹽水經(jīng)管道434流入水罐424以循環(huán)至注入體系，這是因?yàn)樗喈?dāng)部分的乳化劑并減少了補(bǔ)充乳化劑的用量。
在本發(fā)明圖4的實(shí)施方案中優(yōu)先選擇的注入體系中，是將濃的乳化組合物431連續(xù)直接計量加入井套406和井管404之間的環(huán)形部分。與圖12和13中的實(shí)施方案對比，常規(guī)井底泵(圖14中的450)、實(shí)心常規(guī)抽油桿452或任何其他常規(guī)部件均未有改變，乳化組合物431以間歇方式或其他方式滴入或流入套管406和井管404之間的環(huán)形部分，與套管環(huán)形部分口底的地層液混合并最后到達(dá)井底泵450的入口處，在此處形成的連續(xù)水乳液被向上泵入空心井管404，然后通過導(dǎo)管430排放。本發(fā)明圖15的實(shí)施方案中的注入體系是所述圖14方法的變體，乳化組合物431是批量加入套管的環(huán)形部分的，而不是連續(xù)式地加入。乳化組合物有一壓頭H，乳化組合物431在環(huán)形部分與地層流體混合并逐漸與進(jìn)入井內(nèi)的原油混合，形成連續(xù)水乳液。乳化組合物的濃度會逐漸降低至失去作用?？梢哉{(diào)節(jié)批量乳化組合物的注入量及頻度以保持乳化組合物在井底泵入口處的最小接受水平。此方法也可包括在乳化組合物中加入水或鹽水的使生產(chǎn)流體中水的濃度增加到接近20%，這是形成乳狀液所需的低粘度的最低要求。與圖12、13和14的注入體系實(shí)施方案相比較，在井套管中加入大量的水和乳化組合物還有一優(yōu)點(diǎn)，就是井套管中的液面升高了，促進(jìn)套管環(huán)形部分的液體流經(jīng)射孔408進(jìn)入油井附近的油層。含乳化組合物溶液的液體即可清洗這一面積的油層并促進(jìn)流動，進(jìn)入油井。結(jié)果，原油的壓力下降和進(jìn)入油井中的水流均降低了，在套管中維持了較高的液面。另一優(yōu)先選擇的注入體系是圖16所描述的實(shí)施方案，類似圖14但使用平行于生產(chǎn)井管404的分離管460，通過軟管422(或硬管)和管460(終止于射孔408鄰近)導(dǎo)入或泵入乳化組合物，乳化組合物與油層中通過射孔408進(jìn)入的油攙和形成了乳狀液，通過生產(chǎn)井管404由泵450泵至地面。
如前所述，本發(fā)明的乳化劑必需與水相混合，否則無法調(diào)配出本發(fā)明的可管道輸送的水包油乳狀液。乳化劑在與水混合以前不應(yīng)直接和生產(chǎn)的粗烴相接觸。換言之，本發(fā)明的將與生產(chǎn)的粗烴相混合或復(fù)合的乳化組分必需含水，否則就不能生成本發(fā)明可用于管道輸送的水包油乳狀液。
前面也已敘述過，可以加入一種能降低水的冰點(diǎn)的化合物來降低乳化組分和/或水包油乳狀液的冰點(diǎn)，為此目的在本發(fā)明中最好加入乙二醇。本發(fā)明的水包油乳狀液是水連續(xù)的，通過向乳化組分中加入乙二醇，水包油乳狀液的連續(xù)相(即水)的冰點(diǎn)就降低了。最好把乙二醇加至乳化組分中，使水包油乳狀液的乳化組分和/或水連續(xù)相含約自0.5%至約80%的乙二醇(重量)，含約自0.5%至約30%(重量)則更好。
當(dāng)生產(chǎn)的粗烴是Athabasca瀝青時，為了生成更穩(wěn)定的水包油乳狀液(或水連續(xù)相的乳狀液)，水或水相的PH值最好大于4.0，最好約自6.0至約13.0，如7至9或6至8。當(dāng)鹽水用作水相時，更應(yīng)如此。如果使用鹽水，含鹽量就成為另一種因素。已發(fā)現(xiàn)當(dāng)用鹽水做生產(chǎn)粗烴的含水添加物時，鹽水的含鹽量必需至少含約1.5%(重量)的鹽(即Nacl)。應(yīng)該指出，并未定下鹽濃度的上限，這上限可以是使鹽水過飽和的鹽量，或是進(jìn)入溶液中的上限量的鹽。
特別當(dāng)生產(chǎn)的粗烴是Athabasca瀝青時，應(yīng)用一種附加的穩(wěn)定性增強(qiáng)劑-生物聚合物黃單孢桿菌膠(黃原膠)(Xanthan)，可以生成更穩(wěn)定的水包油乳狀液。把生物聚合物黃原膠加至乳化組分中，使乳化組分和/或水包油乳狀液的水連續(xù)相中黃原膠的含量達(dá)到使水包油乳狀液所含的生物聚合物黃原膠的數(shù)量在生產(chǎn)的粗烴中(重量)約為25ppm至5，000ppm。換言之，在生產(chǎn)的粗烴中生物聚合物黃原膠的濃度(重量)約為25ppm至5，000ppm。
黃原膠有突出的抗剪切降解的性能，并對高含鹽量的水不敏感。黃原膠含D-葡萄糖，D-甘露糖和D-葡萄醛酸。據(jù)信它具有重復(fù)的B-D-(1-4)葡萄糖單元所組成的類纖維素的主鏈，甘露糖和葡萄醛酸是在側(cè)鏈上，甘露糖則部分地被乙?；捅嵋彝セ男?。據(jù)報導(dǎo)，黃原膠的分子量大于一百萬。此生物聚合物在溶液中天然地呈螺旋狀。目前被普遍認(rèn)可的黃原膠的結(jié)構(gòu)如下
在市場上，黃原膠以FLOCONR生物聚合物4000的名稱從輝端(Pfizer)公司購買。
在本發(fā)明的另一個實(shí)施例方案中，可以控制和/或降低流經(jīng)和/或由管110中出來的以及在乳狀液罐122中的水包油乳狀液的粘度，以便于本發(fā)明的水包油乳狀液的輸送。調(diào)整已生成的水包油乳狀液中小油滴的大小分布可以達(dá)到此目的。較低粘度的水包油乳狀液降低了管道泵送所需的功率，也減小了施加在水包油乳狀液中的應(yīng)力，而這種應(yīng)力會造成水包油乳狀液中的小油滴聚結(jié)而增加其尺寸。調(diào)配為含大小合適的小油滴的水連續(xù)相乳狀液，就能降低水包油乳狀液物流的粘度。
含油的顆?；蛐∮偷蔚膽腋∫旱恼扯仁撬B續(xù)相的粘度、油顆粒的濃度和油顆粒大小分布的函數(shù)。水包油乳狀液粘度的近似值由下式給出M=MOexp2.5φ1-(φ/φp)]]>式中M＝水包油乳狀液的粘度(厘斯)M0＝水連續(xù)相的粘度(厘斯)φ＝分散的油相的體積百分率φp＝乳狀液中小油滴大小分布的最大斂集率(maximumpackingfraction)方程式說明，如果小油滴大小的分布產(chǎn)生一個更大的最大斂集率，水包油乳狀液的粘度就可以降低?？梢允股傻乃腿闋钜褐行∮偷未笮〉姆植己軐?，或形成小油滴大小的雙峰分布的方法來降低乳狀液的粘度。僅作為舉例，假定油的小顆粒是球形的并且不互相作用，則與φ＝0.5的單分散水包油乳狀液相比，小油滴大小比例為5∶1的雙峰水包油乳狀液的粘度在理論上降低了10倍。
可以采用改變?nèi)榛M分和生產(chǎn)的粗烴的混合物經(jīng)過靜態(tài)剪切和混合設(shè)備108的流速(和剪切速度)的辦法，來控制和/或降低水包油乳狀液物流的粘度;或者換一個辦法，把在管50中流動的乳化組分和生產(chǎn)的粗烴的混合物分開(如圖2所示)，使其進(jìn)入管130和管132，并使各自分開的混合物在有區(qū)別的或不同的剪切速率下流經(jīng)管130和管132。〔剪切速率＝(8×用吋/秒表示的速度除以用吋表示的靜態(tài)混合器的直徑〕。為了控制這兩種流速并保證各自的剪切速率是有區(qū)別的或不同的，分別在管130或132上安裝了流速控制閥134和流速控制閥136。閥134和136可以給定并調(diào)整至使分別經(jīng)過靜態(tài)剪切和混合設(shè)備108A和108B的乳化組分和生產(chǎn)的粗烴的各自的混合物的剪切速率確實(shí)不同。剪切和混合設(shè)備108A和108B可以有相同的和不同的直徑。由靜態(tài)剪切和混合設(shè)備108A和108B出來的各自的水包油的物流，分別送入管138和140，進(jìn)入圖1的管110，經(jīng)過管110后，兩股混起來的混合物就送入乳狀液罐122(見圖1)。如圖1所示，在沉降進(jìn)入乳狀液罐122以前，兩股已混起來的乳狀液混合物的溫度必需用熱交換器120降至約120°F以下，才能提高此已生成的雙峰或多峰的水包油乳狀液的安定性，此雙峰或多峰的水包油乳狀液的粘度既低于在管138中的水包油乳狀液物流的粘度，又低于在管140中的水包油乳狀液物流的粘度。含由管138和140出來的兩股水包油乳狀液的已生成的雙峰水包油乳狀液的粘度不是在管138和140中兩股水包油乳狀液的粘度的平均值或中值，而是比二者都低。不用說，本發(fā)明只用一對平行的靜態(tài)剪切和混合設(shè)備108A及108B來說明并表述，在本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)也可以采用3個或更多的平行設(shè)備。
雙峰或多峰的水包油乳狀液也可以在乳狀液罐122中生成，所用的方法是改變?nèi)榛M分和生產(chǎn)的粗烴的混合物通過靜態(tài)剪切和混合設(shè)備108時的流速(和剪速)，并在乳狀液罐122中，收集以不同流速(和剪速)由靜態(tài)剪切和混合設(shè)備108中生產(chǎn)出來的水包油乳狀液的物流。將收集到的按不同流速經(jīng)108設(shè)備而生產(chǎn)出來的水包油乳狀液物流，在乳狀液罐122中混合并復(fù)合起來即得到比按一種流速(和剪速)由剪切和混合設(shè)備108中生產(chǎn)出來的水包油乳狀液的粘度更低的雙峰或多峰水包油乳狀液。這樣，僅作為舉例，將乳化組分和生產(chǎn)的粗烴的混合物以50吋/秒的流速流經(jīng)設(shè)備108，經(jīng)10分鐘后得到了一種水包油乳狀液，接著又將同樣的混合物以30吋/秒的流速流經(jīng)設(shè)備108，經(jīng)10分鐘后得到了另一種水包油乳狀液，將二者混合起來所得的雙峰水包油乳狀液的粘度低于在50吋/秒或30吋/秒時生產(chǎn)的水包油乳狀液的各自的粘度。
在本發(fā)明的水包油乳狀液和雙峰水包油乳狀液中的小油滴的尺寸，在其流經(jīng)管道時，如管道123，有變大的趨勢。這種作用會改變本發(fā)明的有利之處，即這種作用會增加小油滴的尺寸，從而來改變小油滴的大小分布。為了在管道123中，或類似的情況下，保持水包油乳狀液的雙峰或多峰的性質(zhì)，或甚至從初始的單峰水包油乳狀液生成雙峰或多峰的水包油乳狀液，可以從管道123中，如經(jīng)圖3所示的管142，定期地引出多峰水包油乳狀液或單峰水包油乳狀液的物流，用流速控制閥144和靜態(tài)剪切和混合設(shè)備108，使其經(jīng)受靜態(tài)剪切和混合。如圖3所示，流速控制閥144控制任何多峰或單峰乳狀液流經(jīng)設(shè)備108的流速，降低此特定型乳狀液中油滴的大小，使經(jīng)過設(shè)備108并由管146(與管道123相連接)出來的水包油乳狀液物流與旁流過管142的水包油乳狀液的物流混合在一起，重建起水包油乳狀液的雙峰或多峰的性質(zhì)。閥148是一個可變流速閥，能控制水包油乳狀液的流動，因此某些流入管道123的水包油乳狀液被強(qiáng)制流經(jīng)管142。閥150控制水包油乳狀液的流動和由設(shè)備108經(jīng)過管146出來的水包油乳狀液的流動。這種引出方法可根據(jù)需要沿管道123進(jìn)行多次，以保持水連續(xù)的乳狀液比不采用此引出方法具有更低的粘度。為了使流動的水包油乳狀液保持更低的粘度，也可以用一臺離心泵(用于工業(yè)管道上的類型)再剪切此流動的水包油乳狀液，來代替在引出方法中所用的靜態(tài)剪切和混合設(shè)備108。如果需要的話，可以在完成任何混合或再剪切的步驟時加入更多的乳化組分。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，用本發(fā)明的任何乳化劑在任何適合的動態(tài)剪切-混合機(jī)(如旋轉(zhuǎn)檔板式混合機(jī))中改變?nèi)榛M合物和所生產(chǎn)的原油烴混合物的停留時間和/或剪切速率可形成雙方式(bimodal)或多方式(multimodal)的水包油相乳狀液，將不同停留時間和/或剪切速率的經(jīng)動態(tài)剪切-混合機(jī)出來的水包油相乳狀液流出物收集在任何適合的貯罐或容器中(如乳狀液貯罐122)。將收集的在任何適合的動態(tài)剪切一混合機(jī)中生產(chǎn)的不同停留時間和/或剪切速率的水包油相乳狀液流出物在乳狀液貯罐122中合并形成雙方式或多方式的水包油相乳狀液，這種乳狀液具有比固定剪切速度和/或停留時間的乳化組合物所生產(chǎn)的原油烴混合物水包油相乳狀液低的粘度，或者具有比一種流(和剪切)率的靜態(tài)剪切混合裝置108水包油乳狀液更低的粘度。現(xiàn)舉例說明將乳化組合物和所生產(chǎn)的原油烴的混合物置于剪力場強(qiáng)為500秒的動態(tài)剪切一混合機(jī)中4秒鐘所得到的水包油相乳狀液和將同樣混合置于剪力場強(qiáng)為6，00秒的同樣的動態(tài)剪切一混合機(jī)中4秒鐘得到的水包油相乳狀液相合并，得到的雙方式水包油相乳狀液的粘度低于在剪力場強(qiáng)各為500秒或6，000秒時所生產(chǎn)的水包油相乳狀液的粘度。如果固定剪力場強(qiáng)，只改變停留時間，可以得到類似的結(jié)果。在本發(fā)明的這一實(shí)施方案中，用兩個或多個平行的動態(tài)剪切一混合機(jī)或用一個(或多個)動態(tài)剪切一混合機(jī)平行于一個(或多個)靜態(tài)剪切-混合機(jī)(如裝置108)可以形成雙方式或多方式水包油相乳狀液。將收集的從兩個(或多個)動態(tài)剪切一混合機(jī)生產(chǎn)的具有不同剪切速率(或剪力場強(qiáng)度)和/或不同停留時間乳化組合物和原油烴混合物形成的水包油相乳狀液合并，所形成的雙方式或多方式的水包油相乳狀液具有比兩個(或多個)動態(tài)剪切一混合機(jī)之任一個動態(tài)剪切一混合機(jī)所生產(chǎn)的水包油相乳狀液的粘度更低的粘度。相同，將一個(或多個)動態(tài)剪切一混合機(jī)平行于一個(或多個)靜態(tài)剪切一混合設(shè)備所生產(chǎn)的水包油相乳狀液流出物合并，形成的雙方式或多方式的水包油相乳狀液具有比單獨(dú)的動態(tài)剪切一混合機(jī)或單一的靜態(tài)剪切一混合裝置所生產(chǎn)的水至油相乳化液的粘度更低的程度。一般說來，每個動態(tài)剪切一混合機(jī)有一不同的乳化組合物一原油混合物在剪切一混合機(jī)中的剪切速率(或剪b場強(qiáng)度)和/或停留時間;再者，每一個靜態(tài)剪切一混合裝置有一個或產(chǎn)生一個與其他靜態(tài)剪切一混合裝置不同的剪切速率。現(xiàn)以實(shí)例說明將一部分乳化組合物一原油烴混合物置于有預(yù)定或已知剪切速率(例如剪力場強(qiáng)度為50秒至約10，000秒或更高)的一動態(tài)剪力一混合機(jī)內(nèi)以一般已知的時間(如0.10秒至5分鐘或更長的時間)生產(chǎn)具有第一粘度的水包油相乳狀液;將剩余的未進(jìn)入第一個動態(tài)剪切一混合物機(jī)中的乳化組合物一原油烴混合物置于第二個動態(tài)剪切一混合物機(jī)(或以預(yù)定的速度流經(jīng)一靜態(tài)剪切一混合裝置一預(yù)定時間)中一般已知的時間，第二動態(tài)剪切一混合機(jī)的剪切速率與第一動態(tài)剪切一混合機(jī)的剪切速率不同，由第二動態(tài)剪切一混合機(jī)生產(chǎn)具有第二粘度的水包油相乳狀液。將第一水包油相乳狀液與第二水包油乳狀液混合或合并即可得到雙方式(或多方式)的水包油相乳狀液，這種乳狀液的粘度低于第一水包油相乳狀液的第一粘度，也低于第二水包油相乳狀液的第二粘度。動態(tài)剪切一混合機(jī)和/或靜態(tài)剪切一混合設(shè)備的互相關(guān)系是任意的，例如平行并列或串聯(lián)。
本發(fā)明的靜態(tài)剪切和混合設(shè)備108(和108A及108B)可以是任何能制備本發(fā)明的水包油乳狀液的靜態(tài)的，安裝在管道中的混合器。并非任何的靜態(tài)的，在管道中的混合器都能用于本發(fā)明的制備過程。我們已發(fā)現(xiàn)適用于本發(fā)明的靜態(tài)剪切和混合設(shè)備108，108A和108B是一些裝在管道，管線中的靜止的檔板裝置，這樣能使流動著的乳化組分和生產(chǎn)的粗烴的混合物的能量產(chǎn)生出所需的剪切和混合作用，以生產(chǎn)出水包油乳狀液。固定的檔板裝置不能僅是任何類型的檔板裝置，這種裝置在設(shè)備大小和流動狀態(tài)變化時只能給出無法預(yù)測的混合效率。況且，一般的檔板裝置只能在紊流狀態(tài)下，提供相當(dāng)大的剪切和混合作用，而本發(fā)明的水包油乳狀液必需能在層液和紊流兩種狀態(tài)下都能生產(chǎn)出來。
本發(fā)明的靜態(tài)剪切和混合設(shè)備108、108A和108B所使用的檔板裝置可以為液體的流動提供精確的幾何行程，從而獲得一致的，可預(yù)測的混合效能，而和乳化組分和生產(chǎn)的粗烴的混合物的流速或設(shè)備的尺寸無關(guān)。較好的靜態(tài)剪切和混合設(shè)備108、108A和108B已被確定為由位于加里福尼亞州長灘的Komax系統(tǒng)公司和位于堪薩斯州維奇塔的Koch工程公司所生產(chǎn)的某些不動式混合器。這兩家公司生產(chǎn)的不動式混合器適于本發(fā)明的生產(chǎn)水包油乳狀液的方法。這類混合器在管中應(yīng)用了檔板裝置，能同時進(jìn)行剪切和混合。其它生產(chǎn)廠家設(shè)計的類似設(shè)計可能工作得同樣好。
在圖4、5、6和7中說明了Komax系統(tǒng)公司生產(chǎn)的較好的剪切和混合設(shè)備108(或108A或108B)。在美國專利第3，923，288號中有更詳細(xì)的敘述和說明，此處作為參考文獻(xiàn)引入?，F(xiàn)在詳細(xì)地參閱圖4-6，可以看到本發(fā)明的靜態(tài)剪切和混合設(shè)備108(或108A或108B)的一種具體結(jié)構(gòu)，此設(shè)備包含帶有一個內(nèi)腔154的管152，該內(nèi)腔中排列安裝著許多檔板構(gòu)件，可概括地用156和158表示。內(nèi)腔154在管152的兩端開著口，使乳化組分和生產(chǎn)的粗烴的混合物可以穿過這些檔板構(gòu)件，進(jìn)行所需的剪切和混合并生產(chǎn)出水包油乳狀液。如圖4所示，內(nèi)腔154一般為圓筒狀，有一長軸線從中通過。檔板構(gòu)件156更詳細(xì)地示于圖5和7中，并且它是檔板構(gòu)件158的鏡像。檔板構(gòu)件158詳見圖6和7。
檔板構(gòu)件156包括一個扁平的一般為長方形中間部分160，其平面通常是與內(nèi)腔154的長軸成一直線的。第一組耳狀物162和164是整體地連在中間部分160的一邊上。耳狀物是弓形的，并且其外周邊全部適應(yīng)內(nèi)腔154的內(nèi)壁的形狀。第一組耳狀物162及164相對于中間部分160的平面，分別折向其上方和下方。第二組耳狀物166及168則整體地連接在中間部分160的對面的一邊上，象第一組耳狀物162及164一樣，相對于中間部分的平面，分別折向其上方和下方。耳狀物162及168位于中間部分160兩邊的斜對角上，并都折向相對于中間部分160的平面的同一方向。同樣，耳狀物164及166也位于中間部分160兩邊的斜對角上，并也都折向相對于中間部分160的平面的同一方向。耳狀物166及168的外周邊也是弓形的，并且其形狀與內(nèi)腔154的壁密切接觸。
如前所述，檔板構(gòu)件158是檔板構(gòu)件156的鏡像，同樣包括一個中間部分170、第一組耳狀物172及174和第二組耳狀物176及178。耳狀物172及178以及耳狀物174及176位于中間部分170彼此對角的兩端上，并都折向相對于中間部分170的平面的相同方向。
耳狀物162-164、166-168、172-174和176-178之間的角度可以是任何合適的角度，它能剪切和混合乳化組分和生產(chǎn)的粗烴的混合物，并生成本發(fā)明的水包油乳狀液。最好，各組耳狀物之間的角度自約30°至約120°。
在圖4-7中的混合設(shè)備108的一種較好的具體結(jié)構(gòu)中，在管152中是以交替的方式安裝了許多檔板構(gòu)件156和158，如圖4所示。如檔板構(gòu)件156和158可以彼此互相間隔著安裝，或最好，如圖4所示，以彼此互相對抵的關(guān)系的方式安裝。
當(dāng)檔板構(gòu)件156及158是對抵的關(guān)系時，檔板構(gòu)件158中的耳狀物172及174就與檔板構(gòu)件156中的耳狀物166及168嚙合和/或重疊起來。同樣地，構(gòu)件156中的耳狀物162及164與構(gòu)件158中的耳狀物嚙合和/或重疊起來;這些都在圖7中示出。所用的檔板構(gòu)件156及158的總個數(shù)由生產(chǎn)的粗烴的粘度以及所要求的乳狀組分和生產(chǎn)的粗烴的混合物的混合程度而定。有代表性地，管152中用了6至8個檔板構(gòu)件。
當(dāng)在管152中安裝了至少各一個彼此對抵的檔板構(gòu)件156和158時，按圖4中箭頭方向通過管152的乳化組分和生產(chǎn)的粗烴的混合物就受到剪切和混合的作用。構(gòu)件156中的耳狀物166和168施加逆時針的速度矢量或旋轉(zhuǎn)矢量，使乳化組分和生產(chǎn)的粗烴發(fā)生返混，并消除普通靜態(tài)混合器可能發(fā)生的流動或隧道效應(yīng)。中間扁平部分160把逆時針的或旋轉(zhuǎn)矢量轉(zhuǎn)變成側(cè)向的或徑向的矢量。在乳化組分和生產(chǎn)的粗烴混合物通過中間扁平部分160以后，耳狀物162和164對混合物又施加附加的逆時針的或旋轉(zhuǎn)速度并且多少加至由中間扁平部分160所產(chǎn)生的側(cè)向或徑向矢量上。耳狀物162及164對沿管152長軸運(yùn)動的乳化組分和生產(chǎn)的粗烴的混合物施加基本上是外向的徑向速度矢量，而耳狀物166及168則向其施加基本上是內(nèi)向的徑向速度矢量。當(dāng)混合物離開檔板構(gòu)件156并經(jīng)過檔板構(gòu)件158時，耳狀物176和178以及172和174分別地既施加順時針旋轉(zhuǎn)速度矢量又施加了普遍的內(nèi)向和外向的徑向矢量。
為了解釋靜態(tài)剪切和混合設(shè)備108，圖8-12表示出另一種安裝在內(nèi)腔154的管152中的檔板構(gòu)件的具體結(jié)構(gòu)。圖8-12中的檔板裝置包含很多相同并彼此互相連接的檔板構(gòu)件，每個構(gòu)件一般地用180表示。
每個檔板構(gòu)件180包含一個扁平并通常是長方形的中間部分182，其平面通常與內(nèi)腔154的長軸成一直線。每個檔板構(gòu)件180也包含一個扁平的一般是長方形的第一部分184和一個扁平的一般是長方形的第二部分186。第一部分184和第二部分186的各自平面與內(nèi)腔154的長軸和中間部分182的平面相垂直。當(dāng)檔板構(gòu)件180之間彼此相連接時，一個檔板構(gòu)件180的第一部分184和另一個檔板構(gòu)件180的第二部分186整體地連接在一起，如圖9所示。
每個檔板構(gòu)件180還包含一個第一對臂188和190，二者通常構(gòu)成V字型，并自中間部分182的一半(即當(dāng)中間部分182的位置如圖8所示時，上面的一半)延伸至第一部分184，并與其相連接。一個溝流部件，一般用192表示，由第一部分184延伸至中間部分182的另一半(即當(dāng)中間部分182的位置如圖8所示時的下面的一半)。溝流部件192包括一個底板194和一個溝流隔板196，此溝流隔板固定在并一般垂直于底板194，并和中間部分182的另一半相連接。如圖所示，在隔板196之上和188臂之下有一個開口，在底板194和臂190下方之間有另一個開口。
在中間部分182的另一邊，即第二部分186和中間部分182之間是兩個臂188-190和溝流構(gòu)件192包括底板194和隔板196的反鏡像。更具體些，在中間部分182的另一邊可以看到第二對通常構(gòu)成V字型的臂，二者自中間部分182的一半(即當(dāng)中間部分182的位置如圖8所示時，下面的一半)延伸至第二部分186，并與其相連接。一個溝流部件，一般用202表示，由第二部分186延伸至中間部分182的另一半(即當(dāng)中間部分182的位置如圖8所示時，上面的一半)。與溝流部件192相同，溝流部件202包括一個底板204和一個溝流隔板206，此溝流隔板206固定于底板204并垂直于其上，而且和中間部分182的另一半相連接。在隔板206的下面和臂200的上面有一個開口，在底板204和臂198上方之間有另一個開口。
圖13表示在另一種具體結(jié)構(gòu)中的每一塊檔板構(gòu)件180的末端。在這種具體結(jié)構(gòu)中，溝流部件192位于中間部分182的對邊。第一對臂188和190通常構(gòu)成V字型，并延伸至中間部分182的上半部，且與之相連結(jié)。溝流部件192由第一部分184向下延伸至中間部分182的下半部。溝流部件192包括底板194和垂直地與底板194相連接的溝流隔板196。隔板196也和中間部分182相連接，并向第一部分184逐漸收縮且和其相連接，此外并和臂188相連接。在隔板196之上和臂188之下有一個開口，在底板194和臂190下方之間有另一個開口。
利用管152中的檔板構(gòu)件180，可以相信會為乳化組分和生產(chǎn)的粗烴的混合物提供一系列的混合作用。在隔板196之上和臂188之下的開口與在底板194和臂190下方之間的開口之間，為混合物提供了一種切割作用(見圖11)。這同樣的兩個開口也提供了一種逆流混合，如圖12所示。另外的混合作用是在圖10中所示的返混的和相對旋轉(zhuǎn)的渦流。在中間部分182的兩側(cè)則產(chǎn)生向相反方向旋轉(zhuǎn)的橢圓形的渦流并消除了在使用其它靜態(tài)混合設(shè)備時所發(fā)生的流動或隧道效應(yīng)。在返混中，乳化組分和生產(chǎn)的粗烴的混合物在繼續(xù)向下流動以前，在一個局部的渦流中從前到后做圓周運(yùn)動。
另一種可用于本發(fā)明的過程的靜態(tài)混合設(shè)備108的具體結(jié)構(gòu)是由位于堪薩斯州，維奇托城的Koch工程公司生產(chǎn)的，并在圖14及15中示出。這種靜態(tài)混合器108的實(shí)施方案在美國專利第3，785，620號中更詳細(xì)地描述過，此處作參考文獻(xiàn)引入。對予本發(fā)明的這種具體結(jié)構(gòu)，靜態(tài)混合設(shè)備108包含很多彼此基本一樣的折流板構(gòu)件208A及208B。折流板構(gòu)件208A及208B以一種鄰接和通常對抵的關(guān)系在管152中排成一行，每個折流板構(gòu)件208B相對于每個折流板構(gòu)件208A都偏移約90°(見圖14，為了清楚起見，折流板構(gòu)件208A和208B的位置被分開了)。
參閱圖15，每個折流板構(gòu)件208A及208B都是由波紋形的薄板210彼此焊接在一起而制成特定的折流板構(gòu)件，208A和208B都是這樣。如圖所示，使用的薄板具有不同大小或長度，而且從兩外端向中間增長，因而形成了圓筒狀。薄板210與管152的長軸是平行的，并且最好用與生產(chǎn)的粗烴和乳化組分接觸時不受腐蝕的金屬板制成。每個薄板210的波紋都有相等的斜度，每個波紋的斜度以約45°為最好，這樣，當(dāng)波紋形薄板彼此相連時(如用焊接的方法)，就形成了很多和管152的長軸成45°的開口和交叉的通道。
生產(chǎn)的粗烴和乳化組分的混合物進(jìn)入管152，并在連串的供液體流動時開口和交叉的通道中分割成個別的液流。這些通道構(gòu)成了強(qiáng)烈的交叉流動和在管152壁上的液體交換。在每個通道的交會處，一部分生產(chǎn)的粗烴和乳化組分混合物被剪切并進(jìn)入交叉的通道。
如前所述，折流板構(gòu)件208A和208B互相成直角，因此在經(jīng)過第一個折流板構(gòu)件時(即或208A或208B)產(chǎn)生了二維混合，經(jīng)過所有后續(xù)的折流板構(gòu)件時就產(chǎn)生了三維混合。三維混合保證了離開管152的已生成的水包油乳狀液的均勻性。這樣，折流板構(gòu)件208A和208B憑靠使混合物的很多部分流動。沿著折流板構(gòu)件208A和208B的長度，經(jīng)過很多互相交叉的鋸齒形的通道，既從縱向又從橫向上很好地混合了生產(chǎn)的粗烴和乳化組分的混合物。各種混合作用的結(jié)果是混合物經(jīng)過一段較短的管152，就容易而迅速地生成了水包油乳狀液。
通過采用本發(fā)明的乳化劑并結(jié)合本發(fā)明的其它特點(diǎn)，可以制成有強(qiáng)剪切穩(wěn)定性的水包油乳狀液，使其在管道輸送生產(chǎn)的粗烴，特別是Athabasca瀝青時，成為一種合用的可供選擇的方法。Athabasca瀝青固有的一個物理性質(zhì)方面的缺點(diǎn)是其粘度太高(如在100°F時約為20，000厘泊;在200°F時為300厘泊)。這種物理方面的現(xiàn)實(shí)狀況給人以深刻的印象，即用普通的管道在環(huán)境溫度下輸送這種原料是不可能的。另一個可供選擇的方法是用稀釋劑石腦油或類似物，但由于價格和長期供應(yīng)方面的困難，因而是不適用的。能用現(xiàn)有的設(shè)備和通用的管道技術(shù)長距離輸送Athabasca瀝青，就能降低在現(xiàn)場改善這種石油原料的生產(chǎn)成本。按照本發(fā)明所生成的水包油乳狀液具有熱穩(wěn)定性和高抗剪切穩(wěn)定性。
靜態(tài)剪切和混合設(shè)備108可用于控制本發(fā)明的水包油乳狀液的小油滴尺寸。通常，需要把水包油乳狀液經(jīng)管道輸送得越遠(yuǎn)，水包油乳狀液中小油滴的尺寸就應(yīng)越小，因?yàn)槿闋钜涸诠艿垒斔瓦^程中乳狀液中的小油滴趨向聚結(jié)和增大。
乳狀組分和生產(chǎn)的粗烴的混合物在靜態(tài)剪切和混合設(shè)備108中所受到的剪切強(qiáng)度和混合物流經(jīng)設(shè)備108的速度成正比例。當(dāng)剪切速度(和流速)在操作范圍以內(nèi)提高了以后，由生產(chǎn)的粗烴中形成的小油滴的尺寸就逐步變小了。乳狀組分和生產(chǎn)的粗烴的混合物通過混合器的剪切速度或流速必需大到能使混合物受到足夠的剪切而生成水包油的乳狀液，但又不要過大，因?yàn)檫^度的混合會使小油滴在水包油乳狀液的水連續(xù)相中穩(wěn)定以前又再次聚結(jié)起來。在本發(fā)明的一個較好的實(shí)施方案中，乳化組分和生產(chǎn)的粗烴的混合物流過設(shè)備108的速度約自20吋/秒至約140吋/秒。
在水包油乳狀液中的小油滴的大小可用以下的公式預(yù)先算出d＝CDaN-bwe式中d是用微米表示的小油滴的體積平均尺寸;c是約750至約1，500的常數(shù)，代表一個對小油滴的體積平均尺寸的絕對尺度分布(absolute disposition)有影響的乘數(shù);D是設(shè)備108的內(nèi)徑(吋);Nwe是流經(jīng)設(shè)備108的液體的無因次韋伯?dāng)?shù)，其范圍約50至約30(106);a是一個指數(shù)，約0.3至約1.2，最好是約0.6;b也是一個指數(shù)，其值為約0.2至約0.8，最好是約0.4。指數(shù)a和b是常數(shù)，它們解釋小油滴體積平均尺寸的相對變化。
Nwe是韋伯?dāng)?shù)，常用于把油滴所承受的剪切力和使油滴維持在一起的結(jié)合力關(guān)聯(lián)起來的無因次數(shù)群，定義為Nwe= (.263 Dv2p)/(σ)式中D是以吋表示的設(shè)備108的內(nèi)徑;V是液體流過設(shè)備108的速度，以吋/秒表示;P是水包油乳狀液的密度，以磅/立方呎表示;σ是水包油乳狀液的界面張力，以達(dá)因/厘米表示。水包油乳狀液的密度范圍約自40磅/呎3至約70磅/呎3。水包油乳狀液的界面張力的范圍約自0.25達(dá)因/厘米至約25達(dá)因/厘米。為了進(jìn)一步全面地討論此預(yù)測小油滴尺寸的公式和定義的韋伯?dāng)?shù)，見Industrial Engineering Chemistry Process Design & Development，Stanley Middleman，卷13，1號，1974年，此處作參考文獻(xiàn)引入。此參考文獻(xiàn)更具體地定義了預(yù)測小油滴大小的公式和求韋伯?dāng)?shù)的公式，包括在各公式中的每個變量及其測定方法。
如前已指出，代替從水包油乳狀液中分離油滴的另一方法是用現(xiàn)有狀態(tài)的水包油相乳狀液作為燃料，不需將油滴從其中分離出來，例如需要當(dāng)作燃料燃燒水包油相乳狀液時，即將其直接送入或喂入適合的鍋爐設(shè)備。鍋爐設(shè)備可以是任何常規(guī)鍋爐(例如流化床鍋爐、船用鍋爐、發(fā)電廠鍋爐等)或?yàn)槿魏芜m合目的而燃燒油(例如水包油乳狀液)的燃燒設(shè)備，例如由鍋爐加熱盤管中的水使其蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽的目的等。
在許多例子中，所生產(chǎn)的烴或其他來源的烴(即原油、瀝青、焦油、渣油等)含有高含量的污染物或致害無素如含硫、氮和金屬(如鎳、釩等)化合物。當(dāng)這種被污染的烴用作鍋爐燃料時或在其他燃燒過程中，污染物應(yīng)在燃燒以前除去或燃燒后的燃燒燃料氣體中除去以使燃燒過程符合環(huán)境保護(hù)的要求。除去污染物的要求影響燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性，現(xiàn)有的燃燒高硫型燃料的公用企業(yè)或所用的鍋爐技術(shù)在符合環(huán)境保護(hù)的要求上是有限的，其投資和生產(chǎn)成本是昂貴的。煙道氣脫硫技術(shù)和流化床燃燒主要局限于主要的公用企事，還未被工業(yè)完全接受。如大部分加拿大和委內(nèi)瑞拉原油是高硫含量(例如1%(重量)至8%(重量))的污染烴，用作燃料時受到限制，必須首先脫硫，這是一昂貴的操作步驟。因此需要和發(fā)明去除和/或減低所生產(chǎn)的烴或其他來源的烴(如原油、瀝青、焦油、渣油等)燃燒時放出的污染物或致害元素的經(jīng)濟(jì)方法，特別是包括去除污染物或致害元素的經(jīng)濟(jì)的和符合環(huán)境保護(hù)法的燃燒方法。此方法對于含0.01%(重量)左右至8.0%(重量)左右的污染物和/或致害元素的污染烴、特別是含0.40%(重量)至3.0%(重量)左右的污染烴是理想的。“污染物”和/或“致害元素”意任何不希望有的、經(jīng)濟(jì)上和環(huán)境保護(hù)上不能接受的污染烴中含的組分，包括(但不限于)硫和/或含硫化合物、氮和/或含氮化合物、金屬(如鎳、釩、銅等)和/或含金屬的化合物以及其他污染物。
除污染物的方法主要包括用各種混合方式將乳化組合物和/或烴與一反應(yīng)劑或催化劑或類似物(以下稱為“反應(yīng)劑”)混合，反應(yīng)劑在烴燃燒前或燃燒過程中與烴中的污染物反應(yīng)或從其中除去污染物，只要所形成的水包油乳狀液含烴油滴的顆粒大小在1μ(微米)左右至200μ左右、比較優(yōu)先選擇的是10μ左右至100μ左右。較小的油滴給反應(yīng)劑提供較大的反應(yīng)表面以利于烴中污染物的去除。而且，當(dāng)水包油乳狀液直接引入鍋爐進(jìn)行燃燒時，小顆粒油滴給燃燒提供了更大的反應(yīng)表面，由于燃燒效率的改進(jìn)，在燃燒過程中便產(chǎn)生了更多的熱量。反應(yīng)劑可以是任何適合的化合物、元素或類似物，而能與乳化組合物和/或烴中的污染物結(jié)合、反應(yīng)或者促進(jìn)烴中污染物的反應(yīng)，以形成在燃燒以前直接從水包油乳狀液或者在水包油乳狀液燃燒之后可被回收或捕獲的氣體或顆粒物質(zhì)。所有過程將在下面詳細(xì)解釋。被回收或被捕獲的氣體或顆粒物質(zhì)中所含的反應(yīng)劑可以處理、分離或從其中除去，所得到的污染物可以銷售或棄掉，反應(yīng)劑可以再生并再循環(huán)用于與乳化組合物和/或烴的混合。水包油乳狀液的燃燒產(chǎn)生熱燃燒氣。熱燃燒氣可用于任何適合的目的。例如生產(chǎn)蒸汽等。
在本發(fā)明的一最佳實(shí)施方案中，反應(yīng)劑可以是任何適合的水溶性反應(yīng)劑、烴(油)溶性反應(yīng)劑或不溶(即不溶于水相或烴相)性反應(yīng)劑或任何上述反應(yīng)劑的混合物。適合的水溶性反應(yīng)性包括(但不限于)下述的反應(yīng)劑或其混合物消石灰Ca(OH)2、碳酸鈉Na2CO3、硝酸氫鈉NaHCO3、氫氧化鈉NaOH、乙酸鈉NaCH3COO、碳酸鉀K2CO3、碳酸氫鉀KHCO3、氫氧化鉀KOH、乙酸鉀KCH3COO、碳酸氫鈣Ca(HCO3)2、乙酸鈣Ca(CH3COO)2、氫氧化鎂Mg(OH)2、乙酸鎂Mg(CH3COO)2、碳酸氫鎂Mg(HCO3)2、醋酸鋁Al(CH3COO)3、鋁酸鈉NaAlO2、鋁酸鉀KAlO2和硬脂酸鈉，比較優(yōu)先選擇的水溶性反應(yīng)劑是選自包括消石灰Ca(OH)2、碳酸鈉Na2CO3、氫氧化鈉NaOH和其混合物的反應(yīng)劑，最優(yōu)先選擇的水溶性反應(yīng)劑是消石灰Ca(OH)2。優(yōu)先選擇的烴(油)溶性反應(yīng)劑是選自包括環(huán)烷酸鈣、二壬基萘二磺酸鈉、硬脂酸鈣的化合物和它們的混合物。本發(fā)明最佳實(shí)施方案中的不溶性反應(yīng)劑選自包括碳酸鈣(石灰石)CaCO3、碳酸鈣一鎂(白云石)、氧化鋁Al2O3、氫氧化鋁Al(OH)3、碳酸鋁Al2(CO3)3、碳酸鎂MgCO3、氫氧化鎂MgO、氧化鐵FeO、Fe2O3、Fe3O4、碳酸鐵FeCO3、Fe2(CO3)3的化合物以及它們的混合物，較優(yōu)先選擇的不溶性反應(yīng)劑是碳酸鎂MgCO3、碳酸鈣CaCO3、碳酸鈣-鎂(白云石)以及它們的混合物，最優(yōu)先選擇的是碳酸鈣CaCO3、碳酸鈣-鎂(白云石)以及它們的混合物。如果反應(yīng)劑是固體，一般是將其制成粒狀或磨成細(xì)小的顆粒，例如0.1μ至500μ范圍的顆粒狀物質(zhì)，較優(yōu)先選擇的是1μ至100μ，然后再將它們與乳化組合物和/或烴相混合。
乳化劑可以是與加入烴和/或乳化組合物中的反應(yīng)劑能相容的乳化劑，并且當(dāng)其與適量的水相結(jié)合時能夠先形成乳化組合物，其后(在攪拌中或攪拌后，即動態(tài)攪拌或靜態(tài)攪拌)在烴中形成水包油相乳狀液，其中的反應(yīng)劑(在燃燒前、后或過程之中)將與任何含于烴中的污染物結(jié)合、反應(yīng)、或促進(jìn)反應(yīng)或除去烴中的污染物以形成(如前已指出)能夠優(yōu)先被回收或被捕獲的氣體或顆粒物質(zhì)。乳化劑可以是陰離子、陽離子、非離子、兩性離子等乳化劑，優(yōu)先選擇的是陰離子和/或非離子乳化劑，以非離子乳化劑為現(xiàn)時優(yōu)先選擇的乳化劑，因?yàn)樗鼈儾皇芊磻?yīng)劑和/或含于烴中的污染物所影響，而且一般價錢便宜;最優(yōu)先選擇的乳化劑是前已述及的本發(fā)明的乳化劑，包括(但不限于)下列的乳化劑〔A〕選自通式(1)和(2)(已如上述)的化合物的乳化劑〔B〕選自通式(3)和/或(4)(已如上述)的化合物的乳化劑;〔C〕選自分散度為1.0-5.0左右的分子量分布、重均分子量為1966-9188左右的通式(5)(上已述及)的乙氧化烷基酚乳化劑
式中n1為7-20左右的整數(shù)值，最好是11;Y1為4-1000左右的整數(shù)值;至少有50%(重量)的乳化劑包括分子量為1966-9188的乙氧化烷基酚化合物，乳化劑中至少有一種具有上述通式的乙氧化烷基酚化合物
式中n1的值為7-20左右，最好是11;Y1大于100，最好是大于100小于1000;通式(5A)的乙氧化烷基酚化合物最好包括至少1%(重量)(比較優(yōu)先選擇的是1%-90%(重量))的乳化劑;〔D〕選自分散度為1.0-5.0左右的分子量分布、重均分子量為2519-11，627左右的上已述及的通式(6)的乙氧化二烷基酚化合物的乳化劑
式中n1為7-18左右的整數(shù)值，n2為7-18左右的整數(shù)值，Y1為4-1000左右的整數(shù)值;乳化劑中至少有約50%(重量)的乳化劑包括分子量為2519-11，627左右的乙氧化二烷基酚化合物，其中至少有一種上已述及的通式(6A)的乙氧化二烷基酚化合物
式中n1為7-18左右的整數(shù)值，n2為7-18左右的整數(shù)值，Y2大于100，最好是大于100小于1000;通式(6A)的乙氧化二烷基酚化合物最好是乳化劑重量的至少18%(比較優(yōu)先選擇的是1-90%);〔E〕選自分散度為1.0-5.0左右的分子量分布、重均分子量為558-2504左右、上已述及的通式(7)的乙氧化烷基酚化合物的乳化劑
式中n1為7-14的整數(shù)值(最好為8)，Y1為4-200的整數(shù)值;乳化劑中至少有50%(重量)為分子量為558-2504左右的乙氧化烷基酚化合物，其中至少有一種上已述及的通式(7A)的乙氧化烷基酚化合物
式中n1為7-14的值(最好是8)，Y1大于100，最好是大于100小于200，通式(7A)的乙氧化烷基酚化合物最好為乳化劑重量的至少1%左右(比較優(yōu)先選擇的是1-10%左右);〔F〕通式(7)的乙氧化烷基酚化合物和選自分散度為1.0-5.0左右的分子量分布、平均分子量為2458-4218左右的上已述及的通式(8)的乙氧化烷基酚的乳化劑相結(jié)合的乳化劑
式中n1為9-14左右的整數(shù)值(最好是11)，Y1為4-300左右的整數(shù)值;乳化劑中至少有50%(重量)的分子量為2458-4218左右的乙氧化烷基酚化合物，其中以通式(8)代表的乳化劑至少有一種上已述及的通式(8A)的乙氧化烷基酚化合物
式中n1為9-14左右的值(最好是11)，Y1大于100，最好是大于100小于300，通式(8A)的乙氧化烷基酚化合物最好為乳化劑重量的至少1%(比較優(yōu)先選擇的是1-75%左右);〔G〕包括如下兩類化合物的乳化劑一類是約50%(重量)的具有下述化學(xué)式的乙氧化辛基酚化合物
式中Y1等于40，并且是式中氧化乙烯單元的平均數(shù);另一類是約50%(重量)的具有如下分子式的乙氧化壬基酚化合物
式中Y2等于100，并且是式中氧化乙烯單元的平均數(shù);〔H〕包括下述化合物的乳化劑至少一種具有下述通式的乙氧化二烷基酚化合物;
式中n1為7-18的整數(shù)值，n2為7-18的整數(shù)值，Y1為大于100至250左右的整數(shù)值;
選自具有下述通式的一組乙氧化烷基酚化合物的一種乙氧化烷基酚化合物以及它們的混合物
式中Y2為4-100左右的整數(shù)，y3為4-100左右的整數(shù)，R1、R2和R3各為含8-21個左右的碳原子的烷基;〔Ⅰ〕包括下述化合物及它們的混合物的乳化劑至少一種有如下通式的乙氧化烷基酚化合物
式中n1為7-20左右的整數(shù)值，Y1為大于100至250左右的整數(shù)值;
選自具有下述通式的一組乙氧化烷基酚化合物的乙氧化烷基酚化合物
式中Y2為4-100左右的整數(shù)，Y3為4-100左右的整數(shù)，R1、R2和R3各為含8-21個左右的碳原子的烷基。
加入乳化組合物和/或烴中以與污染物反應(yīng)(或除去污染物)的反應(yīng)劑的量基本上是化學(xué)計量的或微多于化學(xué)計算量的，例如超過化學(xué)計量的1-35%(重量)，比較優(yōu)先選擇的是25%(重量)左右。因此，如果有一定量的被污染的烴，其含污染物的量為0.01%(重量)左右至8.0%(重量)左右，則需要加到乳化組合物和/或污染烴中的反應(yīng)劑的量為所需反應(yīng)劑重量的100-135%左右，以與0.01%(重量)至8.0%(重量)的污染物進(jìn)行反應(yīng)?，F(xiàn)以實(shí)例說明如果在100磅的烴燃料油中含有1%(重量)的硫，以消石灰Ca(OH)2作為反應(yīng)劑(或吸附添加劑)，100磅烴燃料油中所用的消石灰反應(yīng)劑的量等于1磅S×(2.31磅Ca(OH)2/1磅S)×1.25，或等于2.89磅(25%過量)。典型的含消石灰的水包油乳狀液是100磅烴燃料油(68%(重量))，44.1磅乳化組合物(30%(重量))和2.89磅消石灰反應(yīng)劑(1.0%(重量))。如前已述及，任何反應(yīng)物都可直接加入乳化組合物和/或烴。因此，2.89磅的消石灰可以直接加入44.1磅的乳化組合物或100磅的烴燃料油，或?qū)⑵浞謩e加入44.1磅的乳化組合物和100磅烴燃料油中?，F(xiàn)還舉一實(shí)例，如果100磅烴燃料油被0.01至8.0%(重量)的硫污染，分別采用氧化鋁Al2O3、硬脂酸鈉和碳酸鈣CaCO3為反應(yīng)劑，則每100磅烴燃料油中用于0.01%(重量)硫的每種反應(yīng)劑的量(25%過量)為Al2O30.01磅;硬脂酸鈉0.24磅;碳酸鈣0.04磅。如硫含量為8.0%(重量)，則每100磅烴燃料油所用的反應(yīng)劑的量(25%過量)為Al2O310.6磅;硬脂酸鈉191.2磅;碳酸鈣31.2磅。每種反應(yīng)物的準(zhǔn)確的量決定于被污染的烴燃料油中硫的準(zhǔn)確含量。因?yàn)楸晃廴緹N燃料油中的硫含量范圍為0.01-8.0%(重量)，所以加入乳化組合物和/或烴燃料中的每種反應(yīng)物的用量范圍將為硬脂酸鈉0.01-10.6磅;CaCO30.04-31.2磅。因此，如果100磅的烴燃料油被1.0%(重量)的硫所污染，則可使用1.32磅Al2O3或23.9磅硬脂酸鈉或3.9磅CaCO3作為反應(yīng)劑。
在適量的反應(yīng)劑與乳化組合物和/或烴混合以后，攪拌(例如動態(tài)和/或靜態(tài)攪拌)污染烴和乳化組合物，最好是在加壓和溫度為80-212°F或213-250°F下攪拌，并立即驟冷至150°F或更低的溫度，以形成水包油相乳狀液，其水包油相乳狀液中的水相為10-70%(重量)左右，所用的乳化劑的量足以促進(jìn)形成水包油相乳狀液。反應(yīng)劑可在地面加入乳化組合物，含反應(yīng)劑的乳化組合物可注入井底與污染烴接觸并混合，按任何前述的步驟在任何所要求的位置形成水包油相乳狀液(例如在井底或地下油層本身等形成水包油相乳狀液)。類似地，反應(yīng)物(包括合適的相容的載體，如水)可直接注入井底與污染烴混合并與混合了含反應(yīng)劑的污染烴的乳化組合物形成水包油相乳狀液。反應(yīng)劑與污染烴的混合可以在井底當(dāng)污染烴從油層立即產(chǎn)生之時，也可在含污染烴的地下油層之中。
正如前已指出，在水包油相乳狀液形成中和/或形成后，反應(yīng)劑與污染物進(jìn)行反應(yīng)或者吸附或者從污染烴以氣體或顆粒除去以油滴形式存在于水包油相乳狀液中的污染物。在形成水包油相乳狀液后，并且在提供利用時(如送至地面)，水包油相乳狀液可按需要進(jìn)一步處理，如管道輸送或提供燃燒。必須知道，反應(yīng)劑可以是在燃燒過程之前或在燃燒的同時起作用的一種類型的反應(yīng)劑。例如，為輸送重質(zhì)烴為目的而制備的水包油相乳狀液可包括水相反應(yīng)劑，在輸送過程中它能萃取污染烴中的不需要的組分。
在本發(fā)明中的一個最佳實(shí)施方案中，含污染物的水包油相乳狀液是直接引入鍋爐/燃燒爐而進(jìn)行燃燒的。前已指出，鍋爐/燃燒爐可以是任何的鍋爐/燃燒爐裝置，但最好是常規(guī)的分散燃料鍋爐或者流化床鍋爐，水包油相乳狀液是與燃燒空氣一起噴入燃燒室的，在燃燒純?nèi)剂嫌退玫臒湾仩t中通常所采用的蒸汽霧化、空氣霧化或機(jī)械霧化方法可以用在本發(fā)明以將水包油相乳狀液霧化成1μ至400μ左右、最好是10μ至100μ范圍大小的顆粒，噴咀的構(gòu)造和流體霧化速率可以調(diào)節(jié)以符合水包油相乳狀液的粘度。蒸汽是將符合鍋爐供給水的鍋爐管暴露于流動的熱燃燒氣中將熱量交換給水而產(chǎn)生的。在本發(fā)明的水包油相乳狀液的燃燒中最好使用常規(guī)的蒸汽提升和控制設(shè)備，方法類似于燃燒燃料油的方法。通常(但并不是普遍)在燃油鍋爐中采用吹煙塵機(jī)以周期性的清理鍋爐管中積累的顆粒，從而保持鍋爐管的高傳熱效率，在使用水包油相乳狀液和硫吸附添加劑的本發(fā)明的應(yīng)用中有必要使用吹煙塵機(jī)以避免由于鍋爐管中的煙塵的積累而降低了鍋爐的操作性能，燃燒過程中形成的顆粒物質(zhì)首先被通過鍋爐的燃燒氣帶走并可用一般的設(shè)備從部分冷卻的燃燒氣中除掉，如使用沉降室、離心(旋風(fēng))分塵器、靜電聚塵器和袋濾器(織物過濾器)。這類除塵方法是燒油鍋爐和燃燒純油的燃燒爐所常采用的，同樣可以用于水包油相乳狀液的燃燒。但當(dāng)加入了捕獲硫所用的添加劑時，煙塵的負(fù)載量一般要比燃燒純?nèi)剂嫌蜁r高一些。
在常規(guī)流化床鍋爐中，燃料和空氣是分散在攪動的熱的固體顆粒(通常包括硫吸著劑、灰和未燃燒的碳)床上的。燃燒過程是在流化床上發(fā)生，燃料氧化放出的氧化硫被流化床中存在的任何硫吸著劑所吸收。吸著劑以連續(xù)方式或周期間歇方式加到流化床上或者從流化床上除去用過的吸著劑。在水包油相乳狀液的燃燒應(yīng)用中，吸著劑可與水包油相乳狀液一起加入流化床，也可象一般燒油鍋爐一樣分別加入。蒸汽是用現(xiàn)今工業(yè)上采用的方法產(chǎn)生的，并類似于常規(guī)鍋爐所采用的方法，只是其鍋爐管通常是安裝在固體流化床上的，這樣其熱交換率是比較高的，鍋爐管也安裝在流出的氣流處，類似常規(guī)鍋爐，流化床鍋爐的除顆粒系統(tǒng)一般采用與常規(guī)鍋爐相同的設(shè)備。通常采用旋風(fēng)分塵器將主要部分的顆粒送回流化床。流出氣體的進(jìn)一步凈化一般采用靜電聚塵器和/或袋濾器。
前已指出，可將含污染物的被捕獲的顆粒中的反應(yīng)劑從其中除去或分離出來并再與乳化組合物和/或烴混合。例如含硫污染的烴的水包油相乳狀液中的反應(yīng)劑MgO與SO2接觸，吸收SO2并反應(yīng)形成MgSO3或Mg(HSO3)2將S除去，MgO的再生可將它們在1500°F煅燒。現(xiàn)特舉例(但并不限于此例)說明100磅污染烴燃料油中含有1磅S與含有1.56磅MgO的乳化組合物一起攪拌，MgO為25%(重量)過量化學(xué)計量的吸著劑(即1磅S(1.25磅MgO/磅S)×1.25＝1.56磅)。水包油相乳狀液的組成是污染烴燃料油100磅(68.9%);MgO 1.56磅(1.1%);乳化組合物43.5磅(30.0%)(百分含量以重量計)。假若100%的硫被捕獲而形成了Mg(HSO3)2，則Mg(HSO3)2的總量應(yīng)為5.81磅〔即1.25磅MgO(186磅Mg(HSO3)2/40磅MgO＝5.81磅〕。未反應(yīng)的MgO＝(1.56-1.25)磅或0.31磅。Mg(HSO3)2再與MgO反應(yīng)形成MgSO3，其反應(yīng)式為
第二次加入用過的反應(yīng)劑中的MgO為0.94磅〔即1.25磅(需要量)-0.31磅(未反應(yīng)量)〕。所生成的MgSO3的量為6.5磅〔即2×(1.25磅MgO(104磅MgSO3/40磅MgO)＝6.5磅MgSO3〕。將MgSO3于1500°F下煅燒生成MgO的反應(yīng)如下
如將13.25磅MgSO3·6H2O〔即6.5磅MgO×(212磅MgSO3·6H2O/104磅MgSO3)＝13.25磅MgSO3·6H2O〕送煅燒室，可生成2.5磅MgO〔即13.25磅MgSO3·6H2O(40磅MgO/212磅MgSO3·6H2O)＝2.5磅MgO〕，再循環(huán)與乳化組合物和/或污染烴混合，或循環(huán)燃燒和/或再生。
在本發(fā)明的另一最佳實(shí)施方案中是用稱作螯合物的反應(yīng)劑把污染烴中的不希望有的污染物萃取到水相中。在連續(xù)水中分散的污染烴相有一個特點(diǎn)，即兩種液體間的界面面積較大，大的界面面積給烴相中的天然污染組分萃入水相提供了可行性。最好采用在燃燒前從污染烴萃取或去除污染物的螯合試劑以便提高燃燒效率并也能除去燃燒產(chǎn)物中存在的無機(jī)污染物。用螯合物從分散于水相中的污染烴中除去污染物的一種廉價機(jī)制是文獻(xiàn)中廣為知曉的溶劑萃取法。美國賓夕法尼亞州立大學(xué)材料科學(xué)和工程系的K.Osseo-Asare在其報告中闡述了溶劑萃取(特別是那些包括螯合劑和金屬離子的溶劑萃取)過程如何在原理上用質(zhì)量傳遞和化學(xué)反應(yīng)或二者的結(jié)合加以控制。K.Osseo.-Asara的文章如“InterfacialversusAqueousPhaseReactorSitesintheSolventextractionofMetalIonsTheAmbiquityofCorrelationPlots”，載于ColloidsandSurfaces，33(1988)209-215。K.Osseo-Asara特別敘述了當(dāng)萃取劑吸附密度低于其飽和值時，萃取試劑的吸附密度和分配系數(shù)在數(shù)學(xué)表示上有互相的關(guān)系，界面反應(yīng)能與本體水相反應(yīng)相似，反之亦然。WarnenSpring研究室的DouglasSFlett和英國的Stevenage，Herts在題為“ChemicalKineticsofCopperChelates”(SolventExtractionVol，10，1977)的報告中討論了某些螯合劑(如2-羥基-5-壬基二苯甲酮肟(GeneralMillsInc.的活性萃取劑，商品名LIX65N))的金屬萃取化學(xué)動力學(xué)和機(jī)制。Flett提出的其他的適合商品試劑包括商品名為LIX65、LIX70(二者為GeneralMillsInc.產(chǎn)品)、SME529(ShellChemicalLtd.)、U.K.P17和P50(英國AcorgaLtd.)和Kelex100(AshlandChemicalCo.，U.S.A.)。Wasen等人在“經(jīng)液體表面活性膜用配位體加速轉(zhuǎn)移的金屬離子分離”(FaradayDiscuss.Chem.Soc.，77，1984，67-74)中敘述了重金屬離子的萃取率由于含金屬離子的水溶液中的配位體的存在而大大地被加速了。Wasen等人在改變的路易斯池中以乙酸鈉作配位體用磷酸二(2-乙基己)酯測定鈷的萃取率解釋了界面質(zhì)量傳遞速率的配位體效應(yīng)。表面活性劑如多胺在液/液界面對質(zhì)量傳遞的效應(yīng)已經(jīng)過研究，并發(fā)現(xiàn)有十分重要的意義。Faraday Discuss.Chem.Soc.77.1984刊登的其他論文(第189-196頁)是Nakache等人的“The Contribution of Chemistry to New Marangoni Mass-transfer Instabilities at the Oil/Water Interface”，該論文討論了在非常不平衡狀態(tài)下的兩不相容相(例如有機(jī)酸水相或配合物離子水相與長鏈表面活性分子有機(jī)相)的界面上的自發(fā)界面運(yùn)動和Koryta等人的“Transfe.of Alkalimetal and hydrogen Ions across Liquid/Liquid Interface Modiated by Monensin”(第209-216頁)，該文敘述了在某種條件下水相和有機(jī)相界面(ITIES，兩不相混容的電解液界面)的某些性質(zhì)類似于金屬/電解質(zhì)溶液的界面的性質(zhì)，并且用電勢掃描伏安測定法使ITIES極化得到了對應(yīng)于離子通過ITES轉(zhuǎn)移的可重復(fù)的伏安圖。Koryta等人進(jìn)一步敘述了在有機(jī)相中有陽離子配合的離子載體存在時，比較有利于陽離子的轉(zhuǎn)移;以及羧酸離子載體莫能菌素A和B的酸性形式HX在硝基苯/水體系中作為鈉載體，其陰離子與鈉或鋰陽離子(M+)的配合物是質(zhì)子載體。Hambusa Michio敘述了在水包油相乳狀液中螯合劑(即鐵離子螯合劑)的使用，即在鍋爐中燃燒，其結(jié)果是降低了煙塵的形成并提高了燃燒效率80%，或高于單獨(dú)使用乳化劑時的燃燒效率(日本專利63，158，123，1988.7.1(申請?zhí)?6/305，369;申請日1986.12.23))。
另一從污染烴去除污染物的廉價萃取方法是因已在油/水界面存在的所謂“乳狀液液膜”(emulsionliquidmembrane)而可從污染烴中除去某些低分子量的有機(jī)化合物。以乳狀液液膜為基礎(chǔ)的分離方法首先為NormanN.Li所發(fā)展，敘述于他的美國專利No.3，410，794中，在此處作為參考。Wiencek等人在題為“SolubilizationinMicroemulsionsandApplicationtoSeparations”(ColloidsandSurfaces，29(1988)Ps.119-131)的報告中討論了一類基于微乳狀液而不是粗乳狀液并采用液膜的新的分離技術(shù)。Tondre等人在題為“UseofMicroemulsionasLiquidMembranes”(FaradayDiscuss.Chem.Soc.(1984，77，115-126)的論文中使用了由癸烷、水、三縮水四乙二醇十二烷醚(TEGDE)和己-1-醇組成的油包水微乳液作為液膜并顯示了在兩水相間運(yùn)送苦味酸堿金屬鹽的微球。
在本發(fā)明的又一個最佳實(shí)施方案中，反應(yīng)劑-污染物或螯合物(包括從污染烴除去的污染物是在燃燒以前從水包油相乳狀液中除去的。從水相中分離除去污染物可用任何適合的方法，如“SimultaneousTreatmentofCrudeOilContainingIronandSulfur”(USSRSU1，414，859)中所敘述的重力牽引法“SelectedOrganicpolymersfortheSelectiveFlocculationofTiltaniumandIronOres”(Eur.Pat.Appl.EP232，679)中用絮凝劑加速沉降和分離的方法以及用離心進(jìn)行加速和提高分離的常規(guī)分離器(旋風(fēng)分離器、離心分離器、渦旋漏斗等)。
因此，為實(shí)踐本發(fā)明的另一實(shí)施方案，提供了一種形成水包油相乳狀液的方法，該方法是將污染烴和乳化組合物在一起攪拌，其中反應(yīng)劑和/或螯合劑事先與污染烴和/或乳化組合物進(jìn)行混合或在攪拌中混合，同時促使(或燃燒)以滴狀存在于水包油相乳狀液中的污染物從污染烴中除去。此概念可以用于農(nóng)藥或?qū)Νh(huán)境有害的化學(xué)藥品和廢品的處理，或者用于與頁巖油一起在流化床或反應(yīng)器中燃燒。粉碎的平均粒徑小于400微米(最好是小于200微米)的煤粉或其他含碳物質(zhì)可以加入烴相和/或加入乳化組合物和/或加入水包油相;或者可將粉碎的煤或其他含碳物質(zhì)單獨(dú)(不用其他的烴)與本發(fā)明的乳化組合物一起形成水包油相乳狀液或顆粒煤或含碳物質(zhì)懸浮于乳化組合物中的淤漿。
任何前已述及的乳化劑和/或乳化組合物都可用來形成水包煤相淤漿或混合物，特別是以管道運(yùn)輸為目的的淤漿或混合物。
任何類型的煤都可用來形成本發(fā)明的水包煤相混合物，包括無煙煤、煙煤、次煙煤、礦尾、細(xì)粉、褐煤等，也可以用其他碾細(xì)的源于煤或石油的固體含碳物質(zhì)，例如焦炭。因此，在本發(fā)明中所用的“煤”，其意指任何含碳物質(zhì)，包括(但不限于)碳、焦炭、任何類型的煤等。雖然在需要時粗細(xì)煤粒都可使用，但應(yīng)將其粉碎至適宜的大小，最好是平均粒徑小于200微米，或者有40-45%小于200目(Tyler標(biāo)準(zhǔn)篩)。
未處理的粉碎原煤最好是精選礦，即去除了灰份和硫或其他不需要的組分的煤，本領(lǐng)域的技術(shù)熟練者知道由精選煤形成的混合物可提供許多優(yōu)點(diǎn)。其燃燒清潔或比較清潔，比較適合于動力設(shè)備的燃燒、家庭使用等而不會產(chǎn)生太多的麻煩和不需要昂貴的清潔設(shè)備。
在制備顆粒煤時有許多精選處理方法可以采用，包括常規(guī)的重介質(zhì)分離法、磁選法等。提供精選煤顆粒的優(yōu)先選擇的方法是如美國專利No.4，304，573中所述的化學(xué)處理方法。如前已述及，本發(fā)明的反應(yīng)劑(包括螯合劑)可用作精選劑，在此可充分參考美國專利No.4，304，573。
按優(yōu)先選擇的化學(xué)精選處理方法，一般是將原煤(如礦煤)在水存在下研磨至約200目左右的顆粒。將研細(xì)的煤在水介質(zhì)中用單體化合物(一般如容易得到的妥爾油脂肪酸之類的不飽和可聚合成分)在如硝酸銅之類的金屬引發(fā)劑存在下進(jìn)行處理，水相中也可有少量燃料油存在。這樣處理使其變成疏水親油并可用泡沫浮選技術(shù)將其與不需要的灰分和硫分離。
經(jīng)過用優(yōu)選的化學(xué)處理法回收的清潔的煤是精選煤粒的形式，適宜于本發(fā)明的水包煤混合物。這種顆粒的特征是灰分含量減至約0.5-0.6%水平，硫含量減至約0.5-2.0%的水平。
在本發(fā)明的一個最佳實(shí)施方案中，水包煤相混合物的形成首先是將本發(fā)明的任何乳化劑與其他添加劑(如常規(guī)消泡劑)(如需要的話)一起加入水介質(zhì)中，可在常溫常壓或接近常溫常壓的條件下進(jìn)行攪拌使其混合。然后將顆粒煤(最好是精選煤粒)加入混合物以生產(chǎn)煤固體含量為約10%至80%的水包煤相混合物(以常溫常壓或接近正常溫常壓下混合物的總重量為基礎(chǔ)計算)。當(dāng)混合物需要貯存一段時間時，可以加入增稠劑進(jìn)一步使混合物穩(wěn)定，阻止煤顆粒的沉降。此時也可加入苛性堿或其他堿。最好是在最后階段或接近最后階段時加入增稠劑，這樣攪拌要求可以最小。本發(fā)明的水包煤相混合物可用批量操作、也可用連續(xù)操作模式進(jìn)行制備。在連續(xù)生產(chǎn)中，煤可以與其他流動控制劑如表面活性劑一起在第一階段與水相混合。第一階段的成分可以連續(xù)地轉(zhuǎn)移到加增稠劑的第二階段。再說一遍，在后階段加增稠劑將使攪拌減少。
本發(fā)明中可使用的混合和分散設(shè)備可以是任何適合類型的設(shè)備，如PremierMillCo.的Hi-Vispersator高速分散機(jī)。在用任何適合的混合機(jī)制備本發(fā)明的水包煤相混合物時，其停留時間、溫度、混合速度等可根據(jù)特定的加工要求組分的體積、設(shè)備大小、混合效率等因素而有不同。例如根據(jù)操作規(guī)模(如中試車間、車間等)，這些加工參數(shù)是可以相互調(diào)節(jié)的。采用適合的加工參數(shù)，煤就可以分散在粘度比較低的表面活性劑/消泡劑溶液中，同時表面活性劑在煤一水界面上進(jìn)行取向。消泡劑可以控制攪動的溶液中表面活性劑所引起的泡沫的水平在煤已適當(dāng)?shù)胤稚⒑蠹尤氲脑龀韯┯捎谛纬闪吮Ｗo(hù)膠體而使之有絮凝的流變和懸浮性質(zhì)。
前已述及，在水包煤混合物中可以加入的添加劑包括消泡劑、增稠劑、鹽、堿、其他流動改性劑以及它們的組合物。
在一般情況下，可用的消泡劑是常規(guī)消泡劑，包括含硅的和不含硅的組成。在混合物中所用的適合的商品消泡劑是Colloids，Inc.的商品名為COLLOID 691
的消泡劑，其組成是礦油、酰胺和酰的混合物。
任何增稠劑加入水包油相混合物中都可提高組成的非沉降特性，適合的增稠劑包括例如呫噸膠(譯注一種合成的生物聚合膠)、瓜爾膠、動物膠等。其他增稠劑包括例如堿溶性丙烯酸類聚合物(例如Rohm and Haas Co.的注冊商標(biāo)為ACRYSOL ICS-1
的產(chǎn)品)。組合的增稠劑也已認(rèn)真研究過。為本發(fā)明目的可用的增稠劑量為0.01-3.0%(重量)左右(以混合物總重量為基礎(chǔ)計算)。
在制備含50-70%(最好是60-70%)(以混合物總重量為基礎(chǔ)計算)煤的水包煤相混合物時，最好是將本發(fā)明的乳化劑以下述的重量比例在常溫常壓或接近常溫常壓下與水相混合乳化劑約0.1-0.3份;水相約10.0-30.0份。在水相中也可加入一消泡劑以促成加工，其量為約0.1-0.03重量份。然后將粉碎的煤以50-70重量份煤比10-30重量份水相的比例與水相混合以制備流動性溶液，或加入約0.09-0.15重量份的增稠劑或增稠劑組合物以阻止沉降。也可以加入其他的添加劑，如鹽類或堿類、抗菌劑(如甲醛)和類似物、粘度穩(wěn)定劑(如氨)等，其量為總混合物的約0.1-0.3重量份，以進(jìn)一步促進(jìn)煤的分散并提供其他明顯的優(yōu)點(diǎn)。如前已指出，此可輸送的水包煤相混合物或淤漿可直接以管道輸至燃煤/水燃料的鍋爐裝置。
水包煤相混合物的粘度取決于所用表面活性劑的類型和其他制備因素(示于表A)。一般說來低分子量的表面活性劑的降低粘度的效果比高分子量的表面活性劑高。呫噸膠二聚體顯然能一定程度地降低淤漿的粘度，這一效果是未預(yù)料到的，因?yàn)閰銍嵤且阎脑黾铀拖嗳闋钜旱恼扯鹊?。最好是?重量份的表面活性劑(或乳化劑)用約0.3-1.5重量份的呫噸膠，1份呫噸膠∶1份表面活性劑是比較優(yōu)先選擇的。
表A配制變數(shù)對淤漿粘度的作用煤/煤的篩表面活性劑淤漿中表面水中表面粘度水比目范圍活性劑濃度活性劑濃度表面活性劑類型比較60/40-100None1，0002，50017860/40-100NP201，0002，50079
60/40-100NP401，0002，5008360/40-100NP40/1001，0002，50015860/40-100NP1001，0002，50012060/40-100NP40/1501，0002，50012160/40-100NP100/1501，0002，50010660/40-100NP1501，0002，50019560/40-100DP/DNP1501，0002，50015960/40 -100 NP40/100+1，000surf 2，500surf 107呫噸膠+1，000+1，000呫噸膠呫噸膠表面活性劑濃度比較60/40-100-0017860/40-100NP40/1001，0002，50015860/40-100NP40/1002，0005，00056煤篩目比較60/40-100NP40/1001，0002，50015860/40100-200NP40/1001，0002，50017060/40200-325NP40/1001，0002，50029960/40-325NP40/1001，0002，500495煤水比比較50/50-100NP40/1001，0002，50018.260/40-100NP40/1001，0002，50015865/35-100NP40/1001，0002，500452從表A可以看出，表面活性劑的濃度對粘度說來是十分重要的。粘度的主要改進(jìn)是從1000ppm至2000ppm。因此高濃度的表面活性劑將可有高煤/水比的操作;還可以看出，細(xì)顆粒水包煤相可以產(chǎn)生高得多的淤漿粘度，這是預(yù)料得到的。寬粒徑分布(-100目)呈現(xiàn)比任何窄范圍的淤漿更低的粘度，類似于水包油相乳狀液所觀察到的現(xiàn)象。因此，細(xì)顆粒煤的存在是無害的，除非細(xì)顆粒煤的濃度太大。淤漿中的細(xì)顆粒煤對穩(wěn)定性和阻止沉降是有貢獻(xiàn)的。最后，煤/水比對淤漿的粘度是具有很強(qiáng)的影響的。因此，在管道輸送操作中認(rèn)真控制煤/水比是要考慮的主要問題。
本發(fā)明水包煤相混合物的突出的特點(diǎn)之一是沉降煤粒的再分散性，特別是對本發(fā)明的某些乳化劑?，F(xiàn)舉例說明-100目煤粒的再分散的結(jié)果給予表B。一般，由表B可見，分子量較高的表面活性劑可提供較好的再分散性，并且表面活性劑在濃度高時有利(注本試驗(yàn)所報告的表面活性劑的濃度僅指在水相中的濃度，因?yàn)楸仨毷褂眠^量的水)。呫噸膠二聚體與本發(fā)明乳化劑結(jié)合和/或乳化組合物結(jié)合顯著地改進(jìn)了沉降的水包煤相淤漿的再分散性，對于50/50的NP40/NP100混合物這是特別正確的。這在實(shí)例1有較為特別的敘述。如已指出，所用的呫噸膠的量最好是在每重量份乳化劑或表面活性0.3-1.5重量份左右的范圍內(nèi)，比較優(yōu)先選擇的是1∶1。
表B表面活性劑表面活性劑濃度再分散指數(shù)＊(1∶1混合物)ppmNone022NP202，50017NP402，50017NP40/1002，50014NP1002，50015NP100/1502，50013NP1502，50011
DP/DNP1502，50012表面活性劑濃度效應(yīng)(NP40/100)022NP40/1002，50014NP40/1005，00011呫噸膠生物聚合物效應(yīng)NP40/1002，50014NP40/1002，500+2，500ppm呫噸膠3＊指數(shù)，為1時是完全的流體，高指數(shù)是壓實(shí)的。
特別是在使用生物聚合物呫噸膠時，再分散能力對于沉降的煤顆粒的再分散是重要的。本發(fā)明的水包煤相混合物含有分散在連續(xù)水相中的顆粒煤相。分散的顆粒煤有沉降的傾向，特別是在經(jīng)長管道輸送時，一部份分散的煤相在連續(xù)水相中沉降，產(chǎn)生了包括沉降煤相和殘余水包煤相混合物的混合物。沉降的煤相可再分散(例如由攪動等)于殘余水包煤相混合物之中。另外，還可以加入附加水相于出現(xiàn)沉降的管道處將沉降的煤相進(jìn)行再分散(通過攪動)，這種附加水相本質(zhì)上具有稀釋作用和由于注入壓力而得到的再分散能力。加入附加水相后，附加水相和包括沉降煤相與殘余水包煤相的混合物即可經(jīng)管道輸送。在形成的水包煤相混合物經(jīng)管道輸送時，可沿管道向其中加入附加乳化劑和/或乳化組合物或附加乳化劑和/或乳化組合物+呫噸膠，以阻止顆粒煤的沉降并使水包煤相混合物作再分散考慮以前輸送一段更長的距離。
本發(fā)明前已述及的任何乳化劑和/或乳化組合物可與超聲能方法將重質(zhì)烴、原油等轉(zhuǎn)變成輕產(chǎn)品。重質(zhì)烴、瀝青質(zhì)等，它們的天然狀態(tài)是與樹脂膠溶的膠束形式存在，膠束的中心可以是金屬、粘土、水或它們的結(jié)合物，其主要特征是其極性基團(tuán)均指向中心，現(xiàn)在這樣假設(shè)此外油/內(nèi)水(或者相反，外水/內(nèi)油)的膠束(也稱單層泡)當(dāng)進(jìn)行任何適合的超聲能量處理時處于小環(huán)境中的被利用的位置而不需加熱整個反應(yīng)器的體積。其轉(zhuǎn)變機(jī)理包括(1)由于壓力變化而產(chǎn)生的流體快速運(yùn)動;(2)包括微泡的形成和破壞的空穴，其壓力估計(理論上考慮)可達(dá)75，000psi或者更高，溫度做計可達(dá)13，000°F或更高(注此微泡的劇裂內(nèi)向爆炸可產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象);(3)在小體積內(nèi)施以振動能并微微加熱。在本發(fā)明的最佳實(shí)施方案中，制備雙層泡或多層泡的方法，例如舉例來說，水滴或顆粒被烴滴或顆粒所包圍，烴滴或顆粒又被水滴或顆所包圍。單層或雙層泡帶有游離基如氫，在激化時提高了原油的品位。水相是與適合的催化劑(即金屬溶解性催化劑)相混合的。
暴露于超聲能中的局部高溫高壓下發(fā)生的烴裂解反應(yīng)可以用存在于烴或無水相(或水相)中的化合物來促進(jìn)或催化，這些化合物可加入烴相或水相，或者它們已存在于烴中?？梢约尤胨嗟拇呋瘎┡e例如下1組氯化鋅，硫酸亞鐵，氯化鐵，硝酸鈷，氯化亞錫，乙酸鎘，氯化銅，硝酸鎂，硝酸銀;2組硫酸，鹽酸;3組鉬酸銨，釩酸銨。1組中的化合物可使用其有陰離子取代的代用形式，只要這種化合物是水溶性的。例如硫酸亞鐵可以氯化亞鐵或乙酸亞鐵的代用形式代替。金屬氯化物是特別適于促進(jìn)瀝青質(zhì)反應(yīng)的。
選擇2組的化合物是由于它們是酸的特性。1組中的若干化合物如氯化鋅呈現(xiàn)酸的行為和陽離子的活性。這是有益的。
3組的化合物呈現(xiàn)金屬的活性，但其金屬溶于水中是作為陰離子部分的。只要仍然是水溶性的，則可用一不同的陽離子進(jìn)行取代，并且此陽離子并不壓制活性。例如鉬酸鉀可取代鉬酸銨。
可以加入油相或烴相以促進(jìn)反應(yīng)的化合物之例如下萘二甲酸鈷，萘二甲酸鎳，萘二甲酸鐵，萘二甲酸銅，萘二甲酸鎘，萘二甲酸鎂，萘二甲酸銀，萘二甲酸釩?？梢允墙饘儆袡C(jī)化合物的代替形式，只要它們能溶于油，這樣代替形式如硬脂酸鹽，磺酸鹽或卟啉化合物?；撬猁}的例子有磺酸金屬鹽，十二烷基苯磺酸金屬鹽或二壬基萘二磺酸金屬鹽。
將制備好的水包油相乳狀液加入超聲反應(yīng)器裝置，施加超聲能量于水包重質(zhì)烴相乳狀液的反應(yīng)器用常規(guī)方法阻止超聲。將乳狀液連續(xù)泵經(jīng)反應(yīng)器的反應(yīng)室，其速度能足以使之有所要求的停留時間-1秒至數(shù)分鐘。產(chǎn)生超聲振蕩的超聲咀遍及反應(yīng)器壁置于液體中。超聲咀有壓電陶瓷，通過電極施加電場時壓電陶瓷便以給定的頻率產(chǎn)生振動，由金屬桿經(jīng)超聲咀傳入反應(yīng)器，金屬桿也放大了聲音。聲頻的范圍為10-50KHz。
由超聲發(fā)生器供給的能量提高了反應(yīng)液體的整體溫度。因而反應(yīng)器也裝有冷卻盤管將反應(yīng)溫度保持在所需要的水平上。超聲反應(yīng)器于常壓和50-300°F的溫度范圍內(nèi)工作。
將由超聲反應(yīng)器排放出來的反應(yīng)后的乳狀液首先通過氣/液分離器，從總?cè)闋钜褐蟹蛛x出氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物(H2，H2S，CO，CO2，CH4等)。然后在乳狀液中加入反乳化藥品并加熱至150-300°F以破壞油/水乳狀液?？捎渺o電分離器加速油的回收。
從分離步驟分離出來的水(即水相)可經(jīng)處理后循環(huán)至初始水相或乳化組合物或乳狀液形成步驟，或者將其棄掉?；厥盏挠突驘N可用常規(guī)方法進(jìn)行分級;需要時可將重餾分循環(huán)至初始烴或超聲反應(yīng)裝置或乳狀液形成步驟以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化。
為進(jìn)一步說明現(xiàn)扼要重述于下在超聲反應(yīng)方法中，烴轉(zhuǎn)變成了輕產(chǎn)物，同時與烴中原有的任何污染物反應(yīng)形成可回收的顆粒。轉(zhuǎn)化后的混合物離開超聲反應(yīng)裝置在分離裝置中進(jìn)行處理，與任何副產(chǎn)物和循環(huán)產(chǎn)物(例如未轉(zhuǎn)化的烴)分離后得到高品位的烴產(chǎn)物(即有較高的API比重或低分子量或低粘度的輕質(zhì)烴產(chǎn)物)。可循環(huán)的產(chǎn)物可以再循環(huán)至超聲反應(yīng)器裝置和/或形成(即攪動)步驟與進(jìn)入的烴或初始烴混合。
在本發(fā)明的一最佳實(shí)施方案中，任何本發(fā)明的乳化劑和/或乳化組合物都可在就地瀝青滲濾回收法中作為液體或加工物質(zhì)或注入液體，該方法詳述于ErdalYildirim的美國專利No.4，406，499(1983.9.27.)中，此專利將于后面全文(包括附圖)參考。
本發(fā)明將用以下列出的實(shí)例加以說明，實(shí)例僅用作說明，而不是對本發(fā)明的任何限制。在這些實(shí)例中所提出的所有的參數(shù)，如濃度，混合的比例，溫度，壓力，速度，化合物等等不能被認(rèn)為是對本發(fā)明范圍的過分的限制。
實(shí)例1用于試驗(yàn)的油樣是威斯特敏(Westmin)原油。鹽水是威斯特敏油田產(chǎn)出的PH約為6.2的鹽水。用于一系列試驗(yàn)的表面活性劑是乙氧基壬基酚(NP)。它們都是非離子表面活性劑總系列的成員，結(jié)構(gòu)式如下
式中y＝40(NP40)，y＝100(NP100)。各種濃度的表面活性劑(以威斯特敏原油的重量計含214.3ppm至約500ppm)與鹽水相混合制成乳化組分。乳化組分在溫度為160°F±10°F下，與威斯特敏原油相混合。把乳化劑-原油的混合物放入一個旋轉(zhuǎn)式檔板混合器中即生成了水包油乳狀液?；旌系哪芰?mixingenergies)為3，000轉(zhuǎn)/分，60秒鐘。生成的水包油乳狀液約含15%至40%(重量)的鹽水。表1示出在不同的乳化劑濃度下測得的剪切壽命(它是乳狀液穩(wěn)定性的一種量度)表ⅠNP40/NP100的比例和濃度剪切壽命(70∶30)500ppmNP40+214.3ppmNP10017分鐘(60∶40)428.6ppmNP40+285.7ppmNP10013(50∶50)357.1ppmNP40+357.1ppmNP10022(40∶60)285.7ppmNP40+428.6ppmNP10018(30∶70)214.3ppmNP40+500ppmNP10018NP40/NP100的比例為1∶1時，得到的水包油乳狀液的剪切壽命比其它比例時更高。
實(shí)例Ⅱ重復(fù)實(shí)例Ⅰ，但僅用了圖4-7或圖8-13或圖14-15中所示的2吋直徑靜態(tài)剪切和混合器制備水包油乳狀液。物料通過速度約20吋/秒至約140吋/秒，發(fā)現(xiàn)在每一種NP40/NP100的比例下，剪切壽命都更高。也發(fā)現(xiàn)和其它NP40對NP100的比例相比較，NP40/NP100為1∶1的情況下，得到的剪切壽命最高。因此，用靜態(tài)剪切和混合器所得的水包油乳狀液比用動態(tài)混合所得的水包油乳狀液的剪切壽命高。
實(shí)例Ⅲ用PH值約為8.5的威斯特敏原油重復(fù)了實(shí)例Ⅰ。表Ⅱ列出了在不同的乳化劑濃度下的剪切壽命表ⅡNP40/NP100的比例和濃度剪切壽命(70∶30)500ppmNP40+214.3ppmNP10012分鐘(60∶40)428.6ppmNP40+285.7ppmNP10016(50∶50)357.1ppmNP40+357.1ppmNP10022(40∶60)285.7ppmNP40+428.6ppmNP10018(30∶70)214.3ppmNP40+500ppmNP10018NP40/NP100為1∶1時比其它的比例時所得的乳狀液剪切壽命更高。
實(shí)例Ⅳ重復(fù)實(shí)例Ⅲ，但僅用了圖4-7或圖8-13或圖14-15中所示的2吋直徑靜態(tài)剪切和混合器制備水包油乳狀液，物料通過的速度約自20吋/秒至約140吋/秒，發(fā)現(xiàn)在每一種NP40/NP100的比例下，剪切壽命都更高。還發(fā)現(xiàn)和其它的NP40/NP100比例相比較NP40/NP100為1∶1時所得的剪切壽命最高。
實(shí)例Ⅴ重復(fù)實(shí)例Ⅰ-Ⅳ但在乳狀液生成后，迅速冷卻各個原油加乳化組分的混合物至低于100°F，并且發(fā)現(xiàn)用將生成的水包油乳狀液迅速冷卻至約100°F以下的方法所得到的水包油乳狀液的穩(wěn)定性提高了。
實(shí)例Ⅵ用于試驗(yàn)的油樣是吉巴羅(Jibaro)原油。鹽水是合成鹽水，PH值約為7.0±1.0，Nacl的含量約為5.0%±3%(重量)。用于一系列試驗(yàn)的乳化劑是NP40和NP100。不同濃度的(從0ppm至約1428.6ppm，以吉巴羅原油重量計)表面活性劑與鹽水混合后制成乳化組分。乳化組分在160°F±10°F的溫度下與吉巴羅原油相混合。把乳化劑-原油的混合物放入一個旋轉(zhuǎn)式擋板裝置中就生成了水包油乳狀液?；旌系哪芰繛?，000轉(zhuǎn)/分，40秒鐘。生成的水包油乳狀液含約自15%至60%的鹽水(重量)。表Ⅲ示出不同濃度的乳化劑下測得的剪切壽命表ⅢNP40/NP100的比例和濃度剪切壽命(100∶0)1428.6ppmNP40+0ppmNP10063分鐘(50∶50)714.3ppmNP40+714.3ppmNP10080(0∶100)0ppmNP40+1428.6ppmNP10055(100∶0)1071.4ppmNP40+0ppmNP10035(50∶50)535.7ppmNP40+535.7ppmNP10042(0∶100)0ppmNP40+1071.4ppmNP10033在NP40/NP100為1∶1時，所得到的水包油乳狀液的剪切壽命比其它比例時更高。
實(shí)例Ⅶ重復(fù)實(shí)例Ⅵ，但僅用了圖4-7或圖8-13或圖14-15中所示的2吋直徑靜態(tài)剪切和混合器制備水包油乳狀液，物料通過的速度約自20吋/秒至約140吋/秒，發(fā)現(xiàn)在每一種NP40/NP100的比例下，剪切壽命都更高。還發(fā)現(xiàn)與其它的NP40/NP100比例相比較NP40/NP100為1∶1比時所得的剪切壽命最高。
實(shí)例Ⅷ重復(fù)實(shí)例Ⅵ-Ⅶ，但當(dāng)乳狀液生成后，迅速將原油加乳化組分的混合物冷卻至約100°F以下，發(fā)現(xiàn)每一種水包油乳狀液的剪切壽命都提高了。因此，迅速冷卻生成的水包油乳狀液至低于約100°F，每種水包油乳狀液的穩(wěn)定性都提高了。
實(shí)例Ⅸ油樣是Athabasca瀝青。水相是含3%(重量)Nacl的鹽水。乳化劑是NP40和NP100。比例為1∶1的NP40(在Athabasca瀝青中含2857.1ppm(重量))和NP100(在Athabasca瀝青中含2857.1ppm(重量))加至鹽水中生成乳化組分。乳化組分與Athabasca瀝青在165°F±5°F下相混合。乳化組分-瀝青的混合物放入一臺旋轉(zhuǎn)式檔板混合器中，在3000轉(zhuǎn)/分下混合40秒鐘。沒有生成水包油乳狀液。因此，NP40/NP100不能和Athabasca瀝青制成水包油乳狀液。
實(shí)例Ⅹ用所含乳化劑為乙氧基化的烷基酚化合物的乳化組分重復(fù)實(shí)例Ⅸ，此乙氧基化的烷基酚的通式如下
使用鹽水和約占Athabasca瀝青(重量)的1428.6ppm濃度的乳化劑。乳化組分和Athabasca瀝青在約190°F±5°F下相混合，然后放入一臺旋轉(zhuǎn)式擋板混合器中，在3000轉(zhuǎn)/分下混合40秒鐘。生成了水包油乳狀液。因此，當(dāng)NP40/NP100與Athabasca瀝青不能生成水包油乳狀液時，本實(shí)例所使用的乙氧基化的烷基酚化合物生成了水包油乳狀液。
實(shí)例Ⅺ用本發(fā)明的任何一種靜態(tài)剪切/混合器重復(fù)實(shí)例Ⅸ，得到了相似的結(jié)果。
實(shí)例Ⅻ用本發(fā)明的任何一種靜態(tài)剪切/混合器重復(fù)實(shí)例Ⅹ，得到了相似的結(jié)果。
實(shí)例ⅩⅢ油樣是Athabasca瀝青。水相是含3%(重量)Nacl的鹽水。比例為1∶1的NP40(在Athabasca瀝青中占1428.6ppm(重量))和NP100(在Athabasca瀝青中占1428.6ppm(重量))加至鹽水中生成乳化組分。乳化組分與Athabasca瀝青約在160°F下相混合。乳化劑-瀝青的混合物放入一臺旋轉(zhuǎn)式擋板混合器中，在3000轉(zhuǎn)/分下混合40秒鐘。生成了水包油乳狀液，但此乳狀液的剪切壽命小于1分鐘。因此，NP40/NP100和Athabasca瀝青不能生成一種有相當(dāng)長的剪切壽命的水包油乳狀液。
實(shí)例ⅪⅤ用所含乳化劑為乙氧基化的二烷基酚化合物的乳化組分重復(fù)實(shí)例ⅩⅢ，此乳化劑的通式為
使用了鹽水和濃度約占Athabasca瀝青的1428.6ppm(重量)的乳化劑。乳化組分和Athabasca瀝青在約190°F±5°F下相混合。乳化組分-瀝青的混合物放入一臺旋轉(zhuǎn)式檔板混合器中，在3000轉(zhuǎn)/分下混合40秒鐘。生成了有相當(dāng)長的剪切壽命的水包油乳狀液。因此，當(dāng)NP40/NP100不能和Athabasca瀝青生成水包油乳狀液時，本實(shí)例所使用的乙氧基化的二烷基酚化合物能生成水包油乳狀液。
實(shí)例ⅩⅤ用本發(fā)明的任何一種靜態(tài)剪切/混合器重復(fù)實(shí)例ⅩⅢ，得到了相似的結(jié)果。
實(shí)例ⅩⅥ用本發(fā)明的任何一種靜態(tài)剪切/混合器重復(fù)實(shí)例ⅩⅣ，得到了相似的結(jié)果。
實(shí)例ⅩⅦ本實(shí)施例的原油是PCEJ瀝青。水相是含Nacl1.7%(重量)的鹽水。表面活性劑是714.3ppm的NP40(NP40在PCEJ瀝青中為714.3ppm(重量))和714.3ppm的NP100(NP100在PCEJ瀝青中為714.3ppm(重量))的混合物。鹽水和表面活性劑混合后生成乳化組分。乳化組分和PCEJ瀝青的混合物在約180°F下，以約114吋/秒的速度經(jīng)過一臺如圖8-13所示的直徑為2.07吋的靜態(tài)混合器，生成含水濃度約為25%(重量)的水包油乳狀液。測得的體積平均油滴尺寸為27微米。由公式d＝CDaN-bwe)預(yù)先計算(C＝1000;a＝.5;b＝0.35;D＝2.07吋;Nwe＝109，700)的體積平均油滴尺寸為25微米。因此，計算的體積平均油滴尺寸和實(shí)測的體積平均油滴尺寸相差不大。
實(shí)例ⅩⅧ本實(shí)施例的原油是馬納多堪(Manatokan)原油。水相是約含1.7%(重量)的鹽水。表面活性劑是714.3ppm的NP40(NP40在馬納多堪原油中為714.3ppm(重量))和714.3ppm的NP100(NP100在馬納多堪原油中為714.3ppm(重量))的混合物。鹽水和表面活性劑混合后生成乳化組分。乳化組分和馬納多堪原油混合后在約160°F下，經(jīng)過圖4-7所示的0.20吋直徑的靜態(tài)混合器，流速約60吋/秒，生成含水濃度約為28%(重量)的水包油乳狀液。實(shí)測的體積平均油滴尺寸為34微米。由公式d＝CDaN-bwe(C＝1000;a＝0.5;b＝0.35;D＝0.20吋，Nwe＝1，920)計算所得的體積平均油滴尺寸為32微米。因此，計算的體積平均油滴尺寸和實(shí)測的體積平均油滴尺寸相差不大。
實(shí)例ⅩⅨ本實(shí)例是為了證明雙峰水包油乳狀液具有改進(jìn)了的粘度。原油是馬納多堪原油。水相是水。表面活性劑是714.3ppm的NP40(NP40占馬納多堪原油重量的714.3ppm)和714.3ppm的NP100(NP100占馬納多堪原油重量的714.3ppm)的混合物。乳化組分用水和表面活性劑混合制成。制備水包油乳狀液的方法是將已知數(shù)量的乳化組分和已知數(shù)量的馬納多堪原油相混合，用混合器的能量為3000轉(zhuǎn)/分的旋轉(zhuǎn)式檔板混合器攪拌40秒鐘。第一種水包油乳狀液的平均小油滴尺寸(M)為69.9，分散度為3.27，粘度(厘泊)為221。第二種乳狀液的馬納多堪原油含量較少，其平均油滴尺寸為54.9，分散度約為3.56，粘度(厘泊)約為198。1升的第一種乳狀液和1升的第2種乳狀液混合后生成了第三種乳狀液，其平均小油滴尺寸約為61.7，分散度約為3.88，粘度(厘泊)約為140。因此，雙峰乳狀液的粘度比它的任何一種乳狀液組分都低。
實(shí)例ⅩⅩ原油是Athabasca瀝青。水相是含Nacl3%(重量)的鹽水，PH值為7.0至8.0。表面活性劑是50∶50的以下兩種化合物的混合物
制備水包油乳狀液的溫度為164°F，用旋轉(zhuǎn)式檔板混合器在3000轉(zhuǎn)/分下攪拌了300秒。表Ⅳ列出6次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，其中3次是用生物聚合物黃原膠進(jìn)行的。
表Ⅳ試驗(yàn)號表面活性劑濃度黃原膠濃度再分散百分率＊111，428.6PPM714.3PPM100%211，428.6PPM0PPM75%38，571.4PPM714.3PPM100%48，571.4PPM0PPM30%55，714.3PPM714.3PPM20%65，714.3PPM0PPM0%
＊“再分散百分率”表示初始的乳狀液生成后1-2小時，乳狀液再分散的數(shù)量。它表示乳狀液安定性破壞時，小油滴聚結(jié)成連續(xù)的油相的程度?？梢哉J(rèn)為85%或更低的數(shù)值是不穩(wěn)定的乳狀液(即靜態(tài)穩(wěn)定性不良)。
以上的數(shù)據(jù)表明，用動態(tài)轉(zhuǎn)動檔板設(shè)備，不用作為連續(xù)水相的稠化劑和乳狀液的穩(wěn)定劑的生物聚合物黃原膠，就不可能生成穩(wěn)定的水連續(xù)相的合成粗瀝青的乳狀液。此外，當(dāng)表面活性劑的濃度低于8571.4ppm時，也不可能生成穩(wěn)定的乳狀液。
實(shí)例ⅩⅪ原油是Athabasca瀝青。鹽水的PH值為8.5，含Nacl3%(重量)。表面活性劑為50∶50的DP150和DNP150的混合物。混合器是圖4-7的靜態(tài)混合器。流速為20吋/秒和140吋/秒之間。水包油乳狀液的生成溫度為165°F±5°F。表Ⅴ給出了6次試驗(yàn)的結(jié)果表Ⅴ試驗(yàn)號表面活性劑濃度黃原膠濃度再分散%剪切壽命18，571.4ppM0PPM100%25，714.3ppM0PPM100%138分34，285.7ppM0PPM100%51分44，285.7ppM0PPM100%64分52，857.1ppM0PPM100%24分62，857.1ppM0PPM100%56分＊“剪切壽命”是測量乳狀液剪切穩(wěn)定性的試驗(yàn)。即，生成的乳狀液要經(jīng)受由實(shí)驗(yàn)室旋轉(zhuǎn)檔板混合器中每分鐘2000轉(zhuǎn)所形成的剪切場的作用，直至乳狀液被破壞。至乳狀液被破壞時所經(jīng)歷的時間被定義為乳狀液的“剪切壽命”。
以上數(shù)據(jù)表明，可再分散的乳狀液能夠在沒有加入生物聚合物黃原膠的條件下用靜態(tài)混合器生成，并且在表面活性劑濃度低于8，571.4ppm時也能生成。
實(shí)例ⅩⅫ本實(shí)例的表面活性劑是比例為1∶1的NP40和NP100，以及比例為1∶1的DP150和DNP150。水相是鹽水。水包油乳狀液是用圖4-7或圖8-13中的1/2吋直徑的靜態(tài)剪切和混合器所制成。所用的表面活性劑曾長時間地在應(yīng)力下經(jīng)受分解作用。如果表面活性劑由于分解而消耗掉，水包油乳狀液就會或是由于相分離或是由于反相成油包水乳狀液而破壞。下表說明，使用本發(fā)明的乳化劑，乳狀液的破壞是由于相分離而不是反相所造成的。
在使用本發(fā)明的乳化劑的情況下，乳狀液由于相分離而破壞導(dǎo)致液體粘度有所降低并可以繼續(xù)進(jìn)行管道操作。管道回路試驗(yàn)表明，相分離導(dǎo)致各種原油的運(yùn)輸乳狀液的破壞。
實(shí)例ⅩⅩⅢ本實(shí)例的表面活性劑是TriblockPluronic加含150摩爾的環(huán)氧乙烷的十三烷醇加一種生物聚合物(不是黃原膠)。水相是鹽水。試圖用1臺0.5吋直徑Komax(圖8-13)或動態(tài)混合器制備水包油乳狀液。表Ⅶ說明水包油乳狀液由于反相而破壞。
實(shí)例ⅩⅩⅣ用于考察試驗(yàn)的油樣是馬納多堪原油。水相是PH值大于5的鹽水。在一系列試驗(yàn)中所用的表面活性劑是下列的乙氧基化的壬基酚(NP)1T-DET-N-20(即NP20)，T-DET-N-40(即NP40)和T-DET-N-100(即NP100)。每種乙氧基化的NP乳化劑包含一批乙氧基化的NP化合物，其中
的重復(fù)單元或鏈段的數(shù)目可以在由y約為4至約為1000的范圍內(nèi)?！癟-DET”是堪薩斯城Thompson-Hayward化學(xué)公司的商標(biāo)。每種乙氧基化的壬基酚都經(jīng)過分離聚乙二醇的步驟以除去其中的乙二醇類雜質(zhì)。乳化組分和馬納多堪原油在125°F±25°F的溫度下相混合。把乳化組分和原油的混合物放入旋轉(zhuǎn)檔板混合器，即生成水包油(或水相包油)的乳狀液。在2000轉(zhuǎn)/分至4000轉(zhuǎn)/分下混合40秒鐘至80秒鐘。生成的水包油乳狀液含約1.5%至約60%(重量)的鹽水。表Ⅷ給出由不同的NP20/NP40/NP100混合物時測得的剪切壽命(乳狀液穩(wěn)定性的量度)。
假設(shè)對于工業(yè)應(yīng)用而言，乳狀液的剪切穩(wěn)定性低于40分鐘就無法采用，在表Ⅷ中只有一種乳化混合物能生成合格的(在工業(yè)上合格的)剪切穩(wěn)定性的水包油乳狀液。這就是NP20/NP40/NP100為25/25/50的混合物。這個混合物的重量平均分子量為2301(此值在1966至9188之間)，分散度1.77也在1.0至5.0之間。此外，在25/25/50的表面活性劑混合物中，分子量為1966至9188之間的NP化合物的估計量為51%(重量)(此值大于至少為50%(重量))。50/25/25的混合物不能生成乳狀液剪切穩(wěn)定性大于或等于40分鐘的合格的水包油乳狀液，因?yàn)榇嘶旌衔锏闹亓科骄肿恿繛?946(此值不在1966至9188之間)，還因?yàn)樵?0/25/25的表面活性劑的混合物中分子量為1966至9188之間的NP化合物的估計量為41%(重量)(此值低于至少為50%(重量))。25/50/25的混合物也不能生成合格的水包油乳狀液，因?yàn)樵?5/50/25的表面活性劑的混合物中分子量為1966至9188之間的NP化合物的估計量為37%(重量)。如果此估計量(%)(重量)為50%(重量)或更大，就能生成合格的水包油乳狀液。
實(shí)例ⅩⅩⅤ用于考察試驗(yàn)的油或烴的樣品是馬納多堪原油。水或水相是PH值大于4.5的鹽水。乳化劑是以下的乙氧基化的壬基酚(NP)T-DET-N-40(即NP40)，T-DET-N-100(即NP100)和T-DET-N-150(即NP150)。與實(shí)例ⅩⅩⅣ中的乳化劑相同，每種乙氧基化的NP乳化劑包含一批乙氧基化的NP化合物，其中
的重復(fù)單元或鏈段的數(shù)量可以在由y約為4至約為1000的范圍內(nèi)。所有的乳化劑都經(jīng)過分離聚乙二醇的步驟以除去其中的乙二醇類雜質(zhì)。約占馬納多堪原油重量的100ppm至約5000ppm(典型的約750ppm)的乳化劑以各種比例互相混合起來，再與鹽水混合便生成乳化組分。馬納多堪原油與乳化組分在135°F±35°F的溫度下混合后，放入旋轉(zhuǎn)檔板混合器就生成水包油(或水包原油)乳狀液。在2，000轉(zhuǎn)/分至4，000轉(zhuǎn)/分下(典型的3000轉(zhuǎn)/分)，混合30秒鐘至90秒鐘。生成的水包油乳狀液含約15%至約60%(重量)的水相(即鹽水)。表Ⅸ給出了測得或顯示的NP40/NP100/NP150各種混合物的剪切壽命(或乳狀液穩(wěn)定性)。
所有的乳化混合物都能生成工業(yè)上合格的(即大于40分鐘)的水包油乳狀液，因?yàn)槊恳环N混合物的重量平均分子量都在1966至9188之間，分散度在1.0至5.0之間，分子量在1966至9188之間的NP化合物(在乳化劑混合物中的)的含量為至少50%(重量)。如果任何個別的乳化劑的混合物的分散度大于約5.0和/或其重量平均分子量在1966至9188范圍以外和/或分子量在1966至9188之間的NP化合物在乳化劑混合物中的含量低于約50%(重量)，則所生成的水包油乳狀液在工業(yè)上就不能采用。
實(shí)例ⅩⅩⅥ油樣是馬納多堪油原油。水相是PH值大約為4.0的鹽水。乳化劑是NP30(即T-DET-N-30)和NP270(即T-DET-N-270)。每一種NP乳化劑含一族或一批乙氧基化的壬基酚化合物，其中(CH2-CH2-O)y重復(fù)單元中的y的變動范圍約4至約1000。NP30和/或NP270至少有一個乙氧基化的烷基酚化合物的通式為
其中y大于100，更有代表的是大于100但小于1000，乙氧基烷基酚化合物最好含至少1%(重量)(1%-90%(重量)則更好)的NP30和NP270二者的整個混合物。占馬納多堪原油100ppm至約5000ppm(重量)的乳化劑以NP30占80%，NP270占20%的比例相混合并與鹽水混合即生成乳化組分。馬納多堪原油和乳化劑在110°F±約10°F的溫度下混合?；旌衔锓湃胍慌_旋轉(zhuǎn)檔板混合器中，在2000轉(zhuǎn)/分至4000轉(zhuǎn)/分之間混合40秒至60秒，即生成了含約15%至約60%(重量)水相(即鹽水)的水包油乳狀液。表Ⅹ給出了此NP30占80%(重量)，NP270占20%(重量)的混合物生成的乳狀液的穩(wěn)定性
本實(shí)例中的乳化劑混合物生成了工業(yè)上無法使用的水包油乳狀液。生成此不合格水包油乳狀液的原因在于乳化劑混合物中分子量在1966至9188之間的NP化合物的估計量(%重量)為0%。
實(shí)例ⅩⅩⅦ重復(fù)實(shí)例ⅩⅩⅥ，但用了60%(重量)的NP15和40%(重量)的NP100并發(fā)現(xiàn)了以下的結(jié)果60%(重量)的NP15和40%(重量)的NP100的混合物的重量平均分子量為3790，分散度為1.59，在60%的NP15和40%的NP100的混合物中分子量在1966至9188之間的NP化合物的估計量為40%(重量)，乳狀液的剪切穩(wěn)定性為25分鐘或更低。乳狀液的剪切穩(wěn)定性是不合格的，因?yàn)樵?0%的NP15和40%的NP100的混合物中的NP化合物為40%(重量)。
實(shí)例ⅩⅩⅧ重復(fù)實(shí)例ⅩⅩⅥ，但用了45%(重量)的NP10和55%(重量)的NP50并發(fā)現(xiàn)了以下的結(jié)果45%(重量)的NP10和55%(重量)的NP50的混合物的重均分子量為1628，分散度為1.29，在45%的NP10和55%的NP50的混合物中分子量在1966至9188之間的NP化合物的估計量為55%(重量)。乳狀液的剪切穩(wěn)定性小于10分鐘。乳狀液的剪切穩(wěn)定性是不合格的，因?yàn)橹亓科骄肿恿繛?628。
實(shí)例ⅩⅩⅨ重復(fù)實(shí)例ⅩⅩⅥ，但用60%(重量)的NP150和40%(重量)的NP300并發(fā)現(xiàn)了以下的結(jié)果60%(重量)的NP150和40%(重量)的NP300的混合物的重量平均分子量為10，565，分散度為1.12，在60%(重量)的NP150和40%(重量)的NP300的混合物中分子量在1966至9188之間的NP化合物的估計量為60%(重量)，乳狀液的剪切穩(wěn)定性小于35分鐘。乳狀液的剪切穩(wěn)定性是不合格的，因?yàn)橹亓科骄肿恿繛?0，565。
實(shí)例ⅩⅩⅩ重復(fù)實(shí)例ⅩⅩⅥ，但用90%(重量)的NP100和10%(重量)的NP1000并發(fā)現(xiàn)了以下的結(jié)果90%的NP100和10%的NP1000的混合物的重均分子量為15，900，分散度為2.19，在90%的NP100和10%的NP1000的混合物中的分子量在1966至9188之間的NP化合物的估計量為90%(重量)，乳狀液剪切穩(wěn)定性小于35分鐘。乳狀液的剪切穩(wěn)定性是不合格的，因?yàn)橹亓科骄肿恿繛?5，900。
實(shí)例ⅩⅩⅪ研究的樣品油是Manatokan原油，水相是pH大于5左右的鹽水，此系列試驗(yàn)的表面活性劑為下述的乙氧化壬基酚化合物T-DET-N-10.5(即NP 10.5)，T-DET-N-20(即NP 20)和T-DET-N-30(即NP 30)。每個乙氧化的NP乳化劑包括許多乙氧化的NP分子，其中的
重復(fù)單元的數(shù)目決定于y，y可以是4-200左右的值(T-DET為Thompson-Hayward Chemical Corp.，Vansas City，MO.的商標(biāo))。各乙氧化壬基酚均以聚乙二醇分離而純化。乳化組合物在125°F±25°F的溫度下與Manatokan原油混合。在某些例子中是將其量于旋轉(zhuǎn)式檔板混合機(jī)中并進(jìn)行攪拌由乳化劑-原油混合物形成水包油(或水包油相)乳狀液的?；旌夏転?00-4，000ppm(一般為1，000rpm)30-90秒鐘。所得到的水包油乳狀液含有15-60%(重量)的鹽水。表Ⅺ公開了NP 10.5/NP 20/NP 30的各種混合物形成連續(xù)水乳狀液的時間和形成后連續(xù)水乳狀液的剪切壽命(為乳狀液穩(wěn)定性的測定)。
表Ⅺ低溫變數(shù)NP20中范圍NP10.5/混合物混合平均分子量形成乳液NP/20/NP30的重均物分為558＝2504連續(xù)剪切混合物(在分子量散度的混合物中水乳穩(wěn)定混合物中的＊NP的估計的時性重量百分)百分重量間NP10.5NP20NP3020%20%60%14302.5042%32秒38分20%60%20%12201.7085%11秒49分60%20%20%11003.0035%(未形(未形成)成)＊分子量、分散度和平均分子量為558-2504的混合物中NP化合物的估計百分重量是根據(jù)特定乳化劑的高斯(常規(guī))分布由結(jié)構(gòu)考慮得到的。
假定形成連續(xù)和乳狀液的時間大于20秒左右、連續(xù)水乳液的剪切穩(wěn)定性小于40分鐘在工業(yè)上是不能接受的，在生產(chǎn)有可接受時間和可接受(工業(yè)上可接受的)乳狀液剪切穩(wěn)定性的水包油乳狀液的表Ⅺ中僅有的乳化劑混合物是20/60/20的NP10.5/NP20/NP30混合物。此混合物的重均分子量為1220(在558-2405之間)，分散度1.7在1.0-5.0之間。而且具有558-2504之間的分子量的20/60/20表面活性劑混合物中NP化合物的估計百分重量為85%(大于至少50%)。60/20/20混合物不能產(chǎn)生出可接受時間小于20秒的乳液剪切穩(wěn)定性大于或等于40分鐘的可接受的水包油乳狀液，因?yàn)榫哂蟹肿恿?58-2504之間內(nèi)60/20/20表面活性劑混合物中NP化合物的估計百分重量為37%(小于至少50%)。20/20/60混合物也不產(chǎn)生可接受的水包油乳狀液，因?yàn)榫哂?58-2504之間的分子量的20/20/60表面活性劑混合物中NP化合物的估計百分重量為42%，小于50%。如果估計百分重量為50%或大于50%，便可得到有可接受的時間的可接受水包油乳狀液。
實(shí)例ⅩⅩⅫ研究所用的樣品油或烴為Manatokan原油，水相是pH大于4.5左右的鹽水，乳化劑為下面所述的乙氧化壬基酚化合物T-DET-N-20(即NP20)，T-DET-N-40(即NP 40)和T-DET-N-70(即NP 70)。與實(shí)例ⅩⅩⅪ中的乳化劑相似，每一種乙氧化的NP乳化劑包括許多乙氧化壬基酚分子，其中
重復(fù)單元的數(shù)根據(jù)y而變化，y的值為4-200左右。所有這些乳化劑均以聚乙二醇分離而純化。將Manatokan原油重量的100ppm-5，000ppm(一般用750ppm左右)乳化組合物以互相之間不同的重量比與鹽水相混合形成乳化組合物，在135°F±約25°F的溫度下將Manatokan原油與乳化組合物混合。在一些例子中將乳化劑一原油混合物量于旋轉(zhuǎn)式檔板混合機(jī)并攪拌混合物形成了水包油(或水包原油)乳狀液?；旌夏転?00-4，000rpm(一般為1，000rpm)30-90秒鐘。所得到的水包油乳狀液含有15-60%(重量)左右的水相(即鹽水)。表Ⅻ公開了NP20/NP40/NP70的各種混合物形成連續(xù)水乳狀液的時間和形成后的連續(xù)水乳狀液的剪切壽命(或乳狀液穩(wěn)定性)。
表Ⅻ低溫變數(shù)NP20中范圍NP20/NP40混合物混合平均分子量形成乳狀NP60(在混的重均物的為558-2504連續(xù)液剪合物中的重分子量分散的混合物中水乳切穩(wěn)量百分)度＊NP的估計液的定性NP20NP20NP30百分重量時間20%20%60%30201.2040%27秒35分\20%60%20%23631.3047%無乳無乳狀液狀液60%20%20%22301.370%14秒45分＊分子量、分散度和平均分子量為558-2504的混合物中NP化合物的估計百分重量是根據(jù)特定乳化劑的高斯(常規(guī))分布由結(jié)構(gòu)考慮得到的。
假如形成連續(xù)水乳狀液的時間大于20秒、連續(xù)水乳狀液的剪切穩(wěn)定性小于40分鐘在工業(yè)上是不能接受的。表Ⅻ中生產(chǎn)可接受時間和可接受(即工業(yè)上可接受的)乳狀液剪切穩(wěn)定性的僅有的乳化劑混合物是60/20/20的NP20/NP40/NP70混合物。此混合物的重均分子量為2230(在558-2604之間)、分散度為1.20(在1.0-5.0之間)，而且分子量在558-2504之間的60/20/20表面活性劑混合物中的NP化合物的估計百分重量為70%(大于至少50%)。20/20/60混合物不產(chǎn)生有可接受時間小于20移左右的乳液剪切穩(wěn)定性大于或等于40分鐘的可接受的水包油乳狀液，因?yàn)榛旌衔锏闹鼐肿恿繛?020(不在558-2504之間)，再者分子量為558-2504之間的20/20/60表面活性劑混合物中的NP化合物的估計百分重量為40%(小于至少50%)。因?yàn)榉肿恿繛?58-2504的20/60/20表面活性劑混合物中NP化合物的估計百分重量為47%-小于50%，所以20/60/20混合物也不產(chǎn)生可接受的水包油乳狀液。如果此估計的百分重量為50%或更大，就可在可接受的時間內(nèi)形成可接受的水包油乳狀液。
實(shí)例ⅩⅩⅩⅢ研究的樣品油是Manatokan原油，水相為pH大于5.0左右的鹽水，此試驗(yàn)系列的表面活性劑為下面的乙氧化壬基酚化合物T-DET-N-5(即NP 5)，T-DET-N-10.5(即NP 10.5)和T-DET-N-20(即NP 20)。每種乙氧化NP乳化劑包括許多乙氧化NP分子，其中的
重復(fù)單元根據(jù)y而不同，y可以是4-200左右的值。各乙氧化壬基酚均以聚乙二醇分離而純化。乳化組合物在125°F±25°F的溫度下與Manatokan原油混合。將乳化組合物一原油混合物置于旋轉(zhuǎn)式檔板混合機(jī)中形成水包油(或水包油相)乳狀液。混合能為520-4，000rpm(一般為1，000rpm)30-90秒鐘。所產(chǎn)生的水包油乳狀液含5-60%(重量)左右的鹽水。表ⅩⅢ公開了所檢測的NP 5/NP 10.5/NP 20各種混合物形成連續(xù)水乳液的時間和形成后連續(xù)水乳液的剪切壽命(如乳狀液穩(wěn)定性測定)。
表ⅩⅢ低溫變數(shù)NP20中范圍NP5/NP10.5混合物混合平均分子量形成乳狀/NP60混合物的重均物的為558-2504連續(xù)液剪(在混合物中分子量分散的混合物中水乳切穩(wěn)的重量百分)度＊NP的估計液的定性NP5NP10.5NP30百分重量時間20%20%60%10101.1677.6%5秒42分20%60%20%7501.2445.0%11秒36分60%20%20%7441.2539.1%16秒30分＊分子量、分散度和平均分子量為558-2504的混合物中NP化合物的估計百分重量是根據(jù)特定乳化劑的高斯(常規(guī))分布由結(jié)構(gòu)考慮得到的。
假定形成連續(xù)水乳液的時間大于20秒、連續(xù)水乳液的剪切穩(wěn)定性小于40分鐘在工業(yè)上是不能接受的。表ⅩⅢ中在可接受時間內(nèi)生產(chǎn)的水包油狀乳液并有可接受(即工業(yè)上可接受)的乳狀液剪切穩(wěn)定性的唯一乳化劑混合物是20/20/60的NP50/NP10.5/NP20混合物。此混合物的重均分子量為1010(在558-2504之間)，其分散度1.16在1.0-5.0之間。而且分子量在558-2504的20/20/60表面活性劑混合物中NP化合物的估計百分重量為77.6%(大于至少50%)。因?yàn)榉肿恿繛?58-2504的60/20/20表面活性劑混合物中NP化合物的估計百分重量為39.1%(小于至少50%)，所以60/20/20不產(chǎn)生乳狀液剪切穩(wěn)定性大于或等于40分鐘的可接受的水包油乳狀液。因?yàn)榉肿恿繛?58-2504的20/60/20表面活性劑混合物中NP化合物的估計百分重量為45%-小于50%，所以20/60/20混合物也不產(chǎn)生可接受的水包油乳狀液。如果估計百分重量為50%或更大，則可形成可接受的水包油乳狀液。
實(shí)例ⅩⅩⅩⅣ重復(fù)實(shí)例ⅩⅩⅪ，并在185°F左右的溫度下將乳化組合物與Manatokan原油混合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)20/60/20的NP10.5/NP20/NP30混合物不產(chǎn)生在工業(yè)上可接受的時間內(nèi)和有工業(yè)上可接受的乳狀液剪切穩(wěn)定性的水包油乳狀液，因?yàn)槿榛M合物-Manatokan原油的溫度高于170°F左右。
實(shí)例ⅩⅩⅩⅤ重復(fù)實(shí)例ⅩⅩⅫ，并在180°F左右的溫度下將乳化組合物與Manatokan原油混合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)60/20/20的NP20/NP40/NP70混合物不產(chǎn)生在工業(yè)上可接受的時間內(nèi)和有工業(yè)上可接受的乳狀液剪切穩(wěn)定性的水包油乳狀液，因?yàn)槿榛M合物-Manatokan原油的溫度高于170°F左右。
實(shí)例ⅩⅩⅩⅥ重復(fù)實(shí)例ⅩⅩⅩⅢ，并在195°F左右的溫度下將乳化組合物與Manatokan原油混合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)20/20/60的NP5/NP10.5/NP20混合物不產(chǎn)生在工業(yè)上可接受的時間內(nèi)和有工業(yè)上可接受的乳狀液剪切穩(wěn)定性的水包油乳狀液，因?yàn)槿榛M合物-Manatokan原的溫度高于170°F左右。
實(shí)例ⅩⅩⅩⅦ油釋為Manatokan原油，水相為pH大于4.0的鹽水。乳化組合物包括75%(重量)的乙氧化壬基酚(NP)劑25%(重量)的具有下述通式的乙氧化烷基酚(EA)劑
式中n為9-14的整數(shù)值，Y為4-300整數(shù)值。EA劑的分子量分布的分散度為1.0-5.0左右、重均分子量為2434-4264左右;至少有50%(重量)的EA劑包括至少一種分子量為2434-4264左右的乙氧化烷基酚化合物。所用的NP劑如下T-DET-N 20(即NP 20)，T-DET-N 40(即NP 40)和T-DET-N100(即NP 100)。每一乙氧化NP劑包括許多乙氧化NP化合物，其中的
重復(fù)單元因X而不同，X可以是4-200左右的值。各乳化劑均由聚乙二醇分離而純化。將Manatokan原油重量的100ppm左右至5，000ppm左右(一般為750ppm左右)的乳化劑以互相間不同的重量比例混和，與鹽水相形成乳化組合物。具有分子量558-1582的Manatokan為22.1%(重量)(低于至少50%);再者，混合物的重均分子量為2753(不在558-1582之間)。如果估計百分重量為50%或更高、重均分子量在558-1582之間，就可在可接受的時間內(nèi)形成可接受的水包油乳狀液。
實(shí)例ⅩⅩⅩⅧ，重復(fù)實(shí)例ⅩⅩⅩⅦ，在下述通式
式中，n為8或小于8，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不能形成和/或在可受時間內(nèi)不能形成可接受的水包油乳狀液。
實(shí)例ⅩⅩⅩⅨ重復(fù)實(shí)例ⅩⅩⅩⅦ，在通式
中，n為15或更大，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不能形成和/或在可接受的時間內(nèi)不能形成可接受的水包油乳狀液。
實(shí)例ⅩⅩⅩⅩ重復(fù)實(shí)例ⅩⅩⅩⅦ，NP/EA劑混合物中EA的百分重量減至低于15%，調(diào)節(jié)NP/EA劑混合物中各NP化合物(即NP20，NP40和NP100)的百分重量使NP混合物的重均分子量為558-1582、分散度為1.0-5.0以及分子量為558-1582之間的NP混合物中NP化合物的估計百分重量至少為50%，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不能形成和/或在可接受的時間內(nèi)不能形成可接受的水包油乳狀液。
實(shí)例ⅩⅩⅩⅪ
重復(fù)實(shí)例ⅩⅩⅩⅩ，NP/EA劑混合物中EA劑的百分重量增至40%以上，發(fā)現(xiàn)相類似的結(jié)果。
實(shí)例ⅩⅩⅩⅫ油樣品為PCEJ原油，水相為pH大于4.5的鹽水。乳化劑包括75%(重量)的一種NP20劑和25%(重量)的三種乙氧化烷基酚劑，三種乙氧化烷基酚劑均有下述通式
其中一種(下稱DD 20)的Y等于20并為正規(guī)(高斯)分布曲線的平均;第二種(下稱DD 70)的Y等于70并為正規(guī)(高斯)分布曲線的平均;第三種(下稱DD 150)的Y等于150并也為正規(guī)(高斯)分布曲線的平均。DD 20/DD 70/DD 150將于后面總稱為DD混合物。每一DD劑包括許多乙氧化十二烷基化合物，其中的
重復(fù)單元根據(jù)X變化，X可為4-300左右的值。NP 20劑的分子量分布分散度為1.0-5.0左右、重均分子量在558-1582之間，并且至少有50%(重量)左右的NP 20包括至少一種分子量為558-1582左右的乙氧化壬基酚化合物。所有的乳化劑均由聚乙二醇分離而純化。PCEJ原油重量的100ppm至5，000ppm左右(一般為750ppm左右)的乳化劑以各種不同的重量比互相混合，再與鹽水相混合，形成乳化組合物。PCEJ原油在200°F±5°F的溫度下與乳化組合物混合。將乳化組合物-原油混合物置于或通過旋轉(zhuǎn)式檔板混合機(jī)便形成水包油(或水包油相)乳狀液?；旌夏転?，000rpm至4，000rpm(一般為3，000rpm)30-90秒。所生產(chǎn)的水包油乳狀液含15-60%(重量)左右的水相(即鹽水)。表ⅩⅤ為各種DD 20/DD 70/DD 150混合物與75%(重量)的NP 20劑結(jié)合形成連續(xù)水相的時間和剪切壽命(或乳狀液穩(wěn)定性)。
表ⅩⅤ
NP 20DD混平均分子量形成(在DD/ DD 20/DD 70/DD 150 DD混合 合物在2434－4264連續(xù)NP 20混混合物(在DD/NP20物的重的分之間的NP混水乳合物中的混合物中的百分重量)均分子散度 合物中NP的 液的百分重量)DD 20 DD 70 DD 150 量＊＊計百分重量時間75％15％ 5％ 5％ 39121.71 16.4％24秒75％5％15％5％4171 1.3055.0％5秒75％5％5％15％6281 1.2524.0％42秒＊分子量、重均分子量和DD混合物分散度由結(jié)構(gòu)求得。每一乙氧化DD乳化劑包括許多乙氧化DD酚化合物，其中(CH-CH-O)重復(fù)單元的數(shù)目可不同，從4左右至300左右。乙氧化DD乳化劑混合物中的所有乙氧化DD酚化合物總體的分子量分布由結(jié)構(gòu)求得，從此分子量分布可測得以下各參數(shù)(a)混合物重均分子量;(b)分子量在2432-4264之間的混合物中DD化合物的估計百分重量;(c)乙氧化DD乳化劑混合物的分散度。
假定形成水包油乳狀油的時間大于20秒、連續(xù)水乳狀液的剪切穩(wěn)定性小于40分鐘在工業(yè)上是不能接受的，表ⅩⅤ中在可接受的時間內(nèi)生產(chǎn)工業(yè)上可接受的乳狀液剪切穩(wěn)定性的水包油乳狀液的唯乳化劑DD/NP20，混合物是5/15/5的DD20/DD70/DD150混合物與75%(重量)NP20的混合物。DD混合物的重均分子量為4171(在2434-4264之間)、分散度1.30在1.0-5.0社間，而且分子量在2434-4264之間的DD混合物中DD化合物的估計百分重量為55%(大于至少50%)。15/5/5的DD20/DD70/DD150混合物與75%(重量)NP20的混合物不產(chǎn)生在可接受時間小于約20秒的剪切穩(wěn)定性大于或等于40分鐘的水包油乳狀液，因?yàn)榉肿恿繛?434-4264的DD混合物中DD化合物的估計百分重量為16/4%(小于至少50%)。如果此估計百分重量大于50%，則會在可接受的時間內(nèi)形成可接受的水包油乳狀液。5/5/15的DD20/DD70/DD150混合物與25%(重量)的NP20混合也不能產(chǎn)生水包油乳狀液，因?yàn)榉肿恿繛?434-42645/5/15的DD混合物中DD化合物的估計百分重量為24%(小于至少50%)，還因?yàn)榛旌衔锏闹鼐肿恿繛?281(不在2434-4264之間)。如果此估計百分重量為50%或更高、重均分子量介于2434-4264之間，便會在可接受的時間內(nèi)形成可接受的水包油乳狀液。
實(shí)例ⅩⅩⅩⅩⅢ重復(fù)實(shí)例ⅩⅩⅩⅫ，將DD/NP20混合物中的NP20的百分重量減至60%左右以下，改變和/或調(diào)節(jié)DD/NP20混合物中各DD化合物的百分重量使DD混合物的重均分子量在2434-4264之間、NP混合物的分散度為1.0-5.0、分子量在2434-4264之間的DD混合物中DD化合物的估計百分重量為至少50%，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不能形成和/或不能在可接受的時間內(nèi)形成可接受的水包油乳狀液。
實(shí)例ⅩⅩⅩⅩⅣ重復(fù)實(shí)例ⅩⅩⅩⅩⅢ，將DD/NP20混合物中NP20的百分重量增至85%，得到了類似的結(jié)果。
實(shí)例ⅩⅩⅩⅩⅤ本實(shí)例的乳化劑為實(shí)例ⅩⅩⅩⅫ中包括5/15/5的DD20/DD70/DD150與75%(重量)NP20混合的乳化劑，在約200°F下與水相(即鹽水)混合形成乳化組合物，其中含5%-50%(重量)左右的乳化劑。在約200°F的溫度下將乳化組合物注入(通過注射井或生產(chǎn)井)重質(zhì)原油或焦油砂地層，歷時1-5天。地層溫度為190°F左右。接著將500°F的蒸汽(質(zhì)量755-100%)以600-1，500桶/日的速率注入地層，為期20-40天。然后關(guān)井1-10天使蒸汽和乳化組合物浸入地層。最后打開生產(chǎn)井，借助于生產(chǎn)井底的井底泵開始生水包油相乳狀液。
實(shí)例ⅩⅩⅩⅩⅥ重復(fù)實(shí)例ⅩⅩⅩⅩⅤ，但以約1，000桶/日的速率同時將乳化組合物和500°F的蒸汽地層，使乳化組合物在高于P.I.T.(或210°F左右)的溫度進(jìn)入地層并且使500°F的蒸汽與乳化組合物的重量比為20∶1。蒸汽/乳化組合物重量比可為1∶1左右至50∶1左右，溫度為150-250°F的熱水或熱水加蒸汽可按相同的重量比代替蒸汽。在生產(chǎn)井關(guān)閉10-20天(浸漬期)后，乳化組合物冷至P.I.T.(或210°左右)以下并形成水包油乳狀液，打開生產(chǎn)井生產(chǎn)出的水包油相乳狀液具有比實(shí)例ⅩⅩⅩⅩⅤ的水包油乳狀液更大的或增高的穩(wěn)定性。
值本發(fā)明已用其具體實(shí)施方案的實(shí)例進(jìn)行了敘述之時，對于上面所公開的內(nèi)容可作改變、變化或代替，可采用本發(fā)明的某些特征而相應(yīng)地不采用其他的一些特征，這是不脫離本發(fā)明所述的范圍的。例如原油烴與乳化組合物的混合可以在地面上進(jìn)行，則將其在地表下進(jìn)行混合如在生產(chǎn)井的井管中混合，也是在本發(fā)明精神和范圍之內(nèi)的。同樣，當(dāng)水包油乳狀液的生產(chǎn)是為通過管道輸送的目的時，就應(yīng)理解為水包油乳狀液的生產(chǎn)是為任何適合的目的，包括(但不限于)在燃燒器/鍋爐中燃燒以及通過任何管道輸送的目的。因此，舉例來說，在本發(fā)明說明書和權(quán)利要求書中提到“管道”的地方應(yīng)該認(rèn)為是任何管道設(shè)備，如生產(chǎn)井的井管。
權(quán)利要求
1.水包油相乳狀液的制備方法，該方法包括將烴與含水相和小量乳化劑的乳化組合物進(jìn)行攪拌形成水包油相乳狀液，水包油相乳狀液中的水相百分重量為15-60%左右，乳化劑用量足以促進(jìn)形成水包油相乳狀液，所說的乳化劑包括至少一種如下通式的乙氧化烷基酚化合物
式中n1為7-14的整數(shù)值，y1為4-200的整效值；所說的至少一種乙氧化烷基酚化合物的分子量分布分散度為1.0-5.0、重均分子量為558-2504左右；至少有50%(重量)的乳化劑包括所說的至少一種分子量為558-2504左右的氧化烷基酚化合物。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所說的乳化劑包括至少一種具有所說通式(式中y1值大于100)的的氧化烷基酚化合物。
3.制備水包油相乳狀液的方法，該方法包括將烴與含水相和小量乳化劑的乳化組合物進(jìn)行攪拌形成水包油相乳狀液，水包油相乳狀液中的水相量為15-60%(重量)左右，所用的乳化劑量足以促進(jìn)水包油相乳狀液的形成，所說的乳化劑包括具有至少一種第一乙氧化烷基酚化合物的第一乳化劑和具有至少一種第二乙氧化烷基酚化合物的第二乳化劑，所說的至少一種第一乙氧化烷基酚化合物具有如下第一通式
式中n1為7-11左右的整轉(zhuǎn)值，y1為4-200左右的整段值;所說至少一種第一乙氧化烷基酚化合物的分子量分布分散度為1.0-5.0左右、重均分子量為558-1582左右;至少約50%(重量)的第一乳化劑包括所說的至少一種分子量為558-1582左右的第一乙氧化烷基酚化合物;所說的至少一種第二乙氧化烷基酚化合物具有如下第二通式
式中n2為9-14左右的整數(shù)值，y2為4-300左右的整數(shù)值;所說的至少一種第二乙氧化烷基酚化合物的分子量分布分散度為1.0-5.0左右、重均分子量為2434-4264左右;至少50%(重量)左右的第二乳化劑包括至少一種分子量為2434-4264左右的所說的第二乙氧化烷基酚化合物。
4.權(quán)利要求3的方法，其中所說的乳化劑包括至少一種具有y1值大于100的第一通式的第一乙氧化烷基酚化合物。
5.制備水包油相乳狀液的乳化劑，該乳化劑包括至一種具有下述通式的乙氧化烷基酚化合物
式中n1為7-14左右的整數(shù)值，y1為4-200左右的整數(shù)值;所說的至少一種乙氧化烷基酚化合物的分子量分布分散度為1.0-5.0、重均分子量為558-2504左右;至少有50%(重量)的乳化劑包括所說的至少一種分子量為558-2504的乙氧化烷基酚化合物。
6.制備水包油相乳狀液的乳化劑，該乳化劑包括具有至少一種第二乙氧化烷基酚化合物的第二乳化劑;所說的至少一種第一乙氧化烷基酚乳化劑具有如下的第一通式
式中n1為7-11左右的整數(shù)值，y1為4-200的整數(shù)值;所說的至少一種第一乙氧化烷基酚化合物的分子量分布分散度為1.0-5.0、重均分子量為558-1582左右;至少有50%(重量)的所說的第一乳化劑包括所說的至少一種分子量為558-1582左右的乙氧化烷基酚化合物;所說的至少一種第二氧化烷基酚化合物具有下述的第二通式
式中n2為9-14左右的整數(shù)值，y2為4-300的整數(shù)值;所說的至少一種第二乙氧化烷基酚化合物的分子量分布分散度為1.0-5.0、重均分子量為2434-4264左右;至少有50%(重量)的所說的第二乳化劑包括所說的至少一種分子量為2434-4264左右的乙氧化烷基酚化合物。
7.權(quán)利要求1或3的方法，其中所說的攪拌包括將烴和乳化組合物置于至少一個有第一預(yù)定剪切速率和第一預(yù)定時間的動態(tài)剪切和混合裝置中，然后是第二預(yù)定剪切速率和第二預(yù)定時間。
8.權(quán)利要求1或3的方法，其中所說的攪拌包括(a)將一部分烴和乳化組合物的混合物置于有第一預(yù)定剪切速率的第一動態(tài)剪切和混合裝置以產(chǎn)生具有第一粘度的第一水包油相乳狀液，剩余其余部分的烴和乳化組合物的混合物;(b)將剩余的其余部分的烴和乳化組合物的混合物置于有第二剪切速率(與第一剪切速率不同)的第二剪切和混合裝置中以產(chǎn)生具有第二粘度的第二水包油相乳狀液;(c)將第一和第二水包油相乳狀液混合形成粘度比第一和第二粘度均低的水包油相乳狀液。均低的水包油相乳狀液。
9.權(quán)利要求1或3的方法，其中所說的攪拌包括(a)將一部分烴和乳化組合物的混合物置于有第一預(yù)定剪切速率的第一動態(tài)剪切和混合裝置以產(chǎn)生具有第一粘度的第一水包油相乳狀液，剩余其余部分的烴和乳化組合物的混合物;(b)將所說的剩余的其余部分的混合物通入一靜態(tài)剪切和靜態(tài)混合裝置以產(chǎn)生具有第二粘度的第二水包油相乳狀液;(c)將第一和第二水包油相乳狀液混合形成粘度比第一和第二粘度均低的水包油相乳狀液。
10.從被井眼鉆透的地下含烴地層回收油的方法，該方法包括以下步驟(a)將含水相和小量乳化劑的乳化組合物通過所說的井眼注入所說的地下含烴地層，使乳化組合物與至少一部分烴接觸在所說的地下含烴地層中形成水包油相乳狀液;所說的乳化劑包括具有至少一種第一乙氧化烷基酚化合物的第一乳化劑和具有至少一種第二乙氧化烷基酚化合物的第二乳化劑，所說的至少一種第一乙氧化烷基酚化合物具有如下第一通式
式中n1為7-11左右的整轉(zhuǎn)值，y1為4-200左右的整段值;所說至少一種第一乙氧化烷基酚化合物的分子量分布分散度為1.0-5.0左右、重均分子量為558-1582左右;至少約50%(重量)的第一乳化劑包括所說的至少一種分子量為558-1582左右的第一乙氧化烷基酚化合物;所說的至少一種第二乙氧化烷基酚化合物具有如下第二通式
式中n2為9-14左右的整數(shù)值，y2為4-300左右的整數(shù)值;所說的至少一種第二乙氧化烷基酚化合物的分子量分布散度為1.0-5.0左右、重均分子量為2434-4264左右;至少50%(重量)左右的第二乳化劑包括至少一種分子量為2434-4264左右的所說的第二乙氧化烷基酚化合物。
11.水包油相乳狀液的制備方法，該方法包括將顆粒煤與含水相和小量乳化劑的乳化組合物混合，形成水包油相混合物，混合物中的水相量為10-70%(重量)左右、乳化劑量足以促進(jìn)水包油相混合物的形成;所說的乳化劑包括至少一種通式如下的乙氧化烷基酚化合物
式中n1為7-20的整數(shù)值，y1為4-1000的整數(shù)值;所說的至少一種乙氧化烷基酚化合物的分子量分布散度為1.0-5.0左右、重均分子量為1966-9188左右;至少有50%(重量)的乳化劑包括所說的至少一種分子量為1966-9188左右的乙氧化烷基酚化合物。
12.權(quán)利要求11的方法，其中所說的乳化劑包括30-80%(重量)左右的所說的至少一種乙氧化烷基酚化合物，還包括至少一種有下述通式的乙氧化二烷基酚化合物
式中n2和n3各為7-18左右的整數(shù)值，y2為4-1000左右的整數(shù)值;其中所說的至少一種乙氧化二烷基酚化合物和所說的至少一種乙氧化烷基酚化合物的分子量分布分散度為1.0-5.0左右、重均分子量為1966-11，627;至少有50%(重量)左右的乳化劑包括所說的至少一種分子量為1966-9188左右的乙氧化烷基酚和所說的至少一種分子量為2519-11，627左右的乙氧化二烷基酚。
13.制備水包油相乳狀液并從污染烴除去污染物的方法，該方法包括在100-200°F的溫度下將污染烴與反應(yīng)劑和含水相和小量乳化劑的乳化組合物一起進(jìn)行攪拌形成水包油相乳狀液，乳狀液中的水相量為15-60%(重量)左右，反應(yīng)劑以污染產(chǎn)物的形式從污染烴中除去污染物，所用的乳化劑的量足以促進(jìn)所說水包油相乳狀液的形成，所說的乳化劑包括至少一種具有下述通式的乙氧化烷基酚化合物
式中n1為7-20的整數(shù)值，y1為4-1000的整數(shù)值;所說的至少一種乙氧化烷基酚化合物的分子量分布分散度為1.0-5.0、重均分子量為1966-9188左右;至少有50%(重量)的乳化劑包括所說的至少一種分子量為1966-9188左右的乙氧化烷基酚化合物。
14.權(quán)利要求13的方法，其中所說的乳化劑包括30-80%(重量)左右的所說的至少一種乙氧化烷基酚化合物，還包括至少一種有下述通式的乙氧化二烷基酚化合物
式中n2和n3各為7-18左右的整數(shù)值，y2為4-1000左右的整數(shù)值;其中所說的至少一種乙氧化二烷基酚化合物和所說的至少一種乙氧化烷基酚化合物的分子量分布分散度為1.0-5.0左右。重均分子量為1966-11，627;至少有50%(重量)左右的乳化劑包括所說的至少一種分子量為1966-9188左右的乙氧化烷基酚和所說的至少一種分子量為2519-11，627左右的乙氧化二烷基酚。
15.權(quán)利要求13或14的方法，其中所說的形成的水包油相乳狀液含分散在連續(xù)水相中的油滴相，該方法還包括通過管道輸送權(quán)利要求1中的所形成的水包油相乳狀液，直至一部份分散的油滴相在連續(xù)水相中聚結(jié)產(chǎn)生包括粘度大于權(quán)利要求1中所形成的水包油相乳狀液粘度的聚結(jié)油滴相和殘留水包油相乳狀液的混合物，所說的包括聚結(jié)油滴和殘留水包油相乳狀液的混合物的粘度小于或等于權(quán)利要求1中所形成的水包油相乳狀液的粘度。
16.采用本發(fā)明的任何乳化組合物和超聲反應(yīng)器裝置把重質(zhì)轉(zhuǎn)變成輕質(zhì)烴的方法。
17.采用本發(fā)明的任何乳化組合物和美國專利N.4，406，499的方法與設(shè)備生產(chǎn)瀝青的方法。
全文摘要
管道輸送的水包油相乳狀液生產(chǎn)方法，包括烴原油的生產(chǎn)及烴原油與乳化組合物的混合以及混合物的剪切混合。從地下含烴地層回收油的方法。將顆粒煤與乳化組合物混合生產(chǎn)水包煤相混合物的方法。制備水包油相乳狀液并從污染烴除去污染物的方法。重質(zhì)烴轉(zhuǎn)變成輕質(zhì)烴的方法，包括形成水包油乳液和加入超聲反應(yīng)器。使用本發(fā)明的任何乳化組合物和美國專利N
文檔編號B01F3/08GK1040155SQ89104869
公開日1990年3月7日 申請日期1989年7月14日 優(yōu)先權(quán)日1988年7月14日
發(fā)明者安德魯·M·奧爾拉, 阿曼德·A·格雷戈里, 約翰·A·哈姆謝爾, 丹尼爾·P·里默, 厄爾多爾·伊爾德里林 申請人:加拿大西方石油有限公司