本發(fā)明涉及用于原油提升的基于NMR的系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

原油含有四種不同的烴，包括鏈烷烴、環(huán)烷烴、芳烴和瀝青烯。鏈烷烴，或者烷烴，為僅由氫和碳原子組成的飽和烴，通式為C_nH_2n+2。所有鍵是單鍵，并且碳原子不結(jié)合于環(huán)狀結(jié)構(gòu)中，而是形成簡(jiǎn)單的鏈。其構(gòu)成原油的約15％至約60％，并且平均約為30％。樹脂或環(huán)烷烴，也稱為環(huán)烴，是在其分子化學(xué)結(jié)構(gòu)具有一個(gè)或多個(gè)碳原子環(huán)的烷烴。其構(gòu)成原油的約30%至約60％，并且平均約為49％。芳烴，或者芳香烴，為在碳原子形成的環(huán)之間具有交替的雙鍵和單鍵的烴。芳烴構(gòu)成原油的約3%至約30％，并平均約為15％，參見Antonio Cardenas等人，申請(qǐng)人為Nano Dispersions Technology Inc，申請(qǐng)?zhí)枮?0130264247 的美國(guó)專利申請(qǐng)（NDT專利），在此引入該文獻(xiàn)作為參考。

瀝青烯主要由碳、氫、氮、氧和硫，以及微量的釩和鎳組成。C:H比大約為1:1.2，其取決于瀝青烯來源。瀝青烯在操作上定義為碳質(zhì)材料比如原油的不溶性正庚烷(C7H16)、可溶性甲苯成分，并且是蒸餾過程的黏的、黑的、高粘度殘留物。其組成原油的剩余部分，并且平均占約3%至約10%的原油，但是，重油可以含有10%或更多，并且C:H比高。由于瀝青烯的聚集，它們是原油粘度最重要的貢獻(xiàn)者，影響原油粘度。由于高比例輕烴餾分的存在，輕質(zhì)原油是粘度低、比重低和API（美國(guó)石油學(xué)會(huì)）重力高的液體石油。用141.5除以流體比重并減去131.5計(jì)算API重力。紐約商業(yè)交易所[New York Mercantile Exchange (NYMEX) ]將美國(guó)國(guó)內(nèi)油的輕質(zhì)原油定義為API重力在37° API (840 kg/m3) 和42° API (816 kg/m3)之間，而將非美國(guó)油的輕質(zhì)原油定義為在32° API (865 kg/m3) 和42° API (816 kg/m3) 之間。加拿大國(guó)家能源局將輕質(zhì)原油定義為密度小于875.7 kg/m3 (超過30.1° API)。墨西哥國(guó)家石油公司，Pemex，將輕質(zhì)原油定義為在27° API (893 kg/m3) 和38° API (835 kg/m3) 之間。不同于輕質(zhì)原油，由于高粘度，重質(zhì)原油通常是不可泵送的。因此，移除高粘度產(chǎn)物，即，瀝青烯，以便泵送剩余的，較輕的脫瀝青原油是有利的。由于被煉油廠轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品時(shí)，輕質(zhì)原油產(chǎn)生較高比例的汽油和柴油燃料，其市售價(jià)格比重質(zhì)原油高，因而比起重質(zhì)原油，更想得到輕質(zhì)原油（更多內(nèi)容參見NDT專利）。

超聲是為了各種目的而施加聲能以攪動(dòng)樣品中的顆粒的行為。通常使用超聲頻率（>20 kHz），從而導(dǎo)致該過程也被稱為超聲波處理或超-聲波處理?！俺曁幚怼辈⑶摇暗皖l率聲學(xué)超聲處理” 特別和以非限制性的方式在下文指的是材料經(jīng)受低頻聲振動(dòng)的方法。例如，專利號(hào)為4,941,134和5,005,773 (Nyberg等人)的美國(guó)專利公開了用于產(chǎn)生這些振動(dòng)的設(shè)備，“超聲波儀”。與超聲波設(shè)備不同，這些低頻聲波反應(yīng)器可化簡(jiǎn)成大規(guī)模的商業(yè)實(shí)踐（例如，20千瓦超聲波儀模塊），并且可以在低溶劑：HCO劑量下實(shí)現(xiàn)HCO脫瀝青[并且在超聲波儀中的停留時(shí)間超低（例如，小于120秒）]，參見下文Petrosonic專利，該專利結(jié)合在本文中作為參考。

申請(qǐng)人為Foxboro NMR, Ltd的EP 1276833專利申請(qǐng)（結(jié)合在本文中作為參考）公開將兩種或更多種組分摻和到石油混合物中的方法，該方法采用核磁共振以獲得至少一個(gè)組分的選定性質(zhì)的實(shí)時(shí)評(píng)估。多變量控制器處理這些估計(jì)，以確定形成預(yù)期值的這些選定性質(zhì)的石油混合物所需的每個(gè)組分的相對(duì)量。

ENI S.p.A的EP 2584381專利申請(qǐng)（結(jié)合在本文中作為參考）公開了通過相中連接并且通過如下步驟表征的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用預(yù)測(cè)原油的性質(zhì)的方法：確定未知原油的T2 NMR松弛曲線并將其轉(zhuǎn)換為對(duì)數(shù)松弛曲線；選擇處于特征表格上的對(duì)數(shù)松弛曲線的值；將選定的值登記為反向傳播類的多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入數(shù)據(jù)，通過遺傳算法修整并優(yōu)化；通過修整和優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)未知原油的物理-化學(xué)因素。

可用的公布文獻(xiàn)G. J. Hirasaki, Sho-Wei Lo, Y. Zhang的"NMR properties of petroleum reservoir fluids"（目前可從http://www.researchgate.net/publication/ 10670196_NMR_properties_of_petroleum_reservoir_fluids/links/00b7d52a880594cfa5000000.pdf得到）以及Maddinelli, G., L. Del Gaudio, 和U. Cornaro. "Characterization of petrochemical products by the application of a mobile NMR instrument." Magnetic Resonance Imaging 25.4 (2007): 571結(jié)合于本文中作為參考。

Sorokin的US 20120305383(Sorokin專利，該專利結(jié)合于本文中作為參考)公開了用于處理原油、原油成分，或其混合物以將烴流的成分轉(zhuǎn)化成沸點(diǎn)低于處理前所述成分的沸點(diǎn)的產(chǎn)物。該過程包括使原油用超聲振動(dòng)和電磁場(chǎng)發(fā)生器發(fā)出的電磁場(chǎng)處理；其中所述電磁場(chǎng)發(fā)生器發(fā)出的電磁場(chǎng)包括待用超聲振動(dòng)暴露處理的原油發(fā)出的電磁場(chǎng)調(diào)節(jié)的電磁場(chǎng)的成分。Sorokin專利關(guān)注用于處理原油、原油成分，或其混合物以增加其輕質(zhì)烴含量的方法和設(shè)備。因此，Sorokin暗示一種用于處理原油、原油成分，或其混合物的過程，其中新穎的概念是，電磁場(chǎng)由如下裝置發(fā)出：（a）電磁場(chǎng)發(fā)生器；或（b）超聲波發(fā)生器，其包括待用超聲振動(dòng)暴露處理的原油發(fā)出的電磁場(chǎng)調(diào)節(jié)的電磁場(chǎng)的成分。

Nov Downhole Eurasia Limited和University Of Nottingham 的WO 2013110944 專利申請(qǐng)(Nov專利，該專利結(jié)合于本文中作為參考)公開了一種將用于烴成分從包括烴成分和水成分的材料基質(zhì)中分離出來的裝置，該裝置包括進(jìn)料器，設(shè)置成通過處理室進(jìn)給物料，該處理室包括對(duì)微波基本透明的窗口；微波發(fā)射器，設(shè)置成用于使在處理室中的進(jìn)料通過窗口暴露于微波中以便使基質(zhì)的至少部分水成分快速加熱，以形成蒸汽，從而將至少部分烴成分從基質(zhì)中移除；其中進(jìn)料器和處理室設(shè)置成，在使用時(shí)，處理室大致用材料基質(zhì)充滿。本發(fā)明解決的問題是烴通?；旌显谄渌腆w材料，比如沙子、泥土，或石塊的基質(zhì)內(nèi)，并且經(jīng)常需要將烴從這樣的基質(zhì)中分離開或移除。例如，全世界的烴儲(chǔ)備中的大部分存在于油砂中，并且為了提取石油，必須將烴從與其混合的沙子中分離開。

Petrosonic Energy Inc.的 US 20130277275 (Petrosonic專利)公開了一種用于處理重質(zhì)原油（HCO）的方法，其包括將HCO與含有溶劑的烷烴結(jié)合以形成HCO/溶劑混合物，從而以聲頻對(duì)該混合物進(jìn)行超聲處理以從HCO/溶劑混合物中沉淀瀝青烯，并將沉淀的瀝青烯從HCO/溶劑混合物分離開。

類似地，US 8323479專利公開了一種將含硫重質(zhì)原油轉(zhuǎn)化成具有較低的硫含量和較低的分子量的輕質(zhì)原油的方法。該方法為使用受控的空蝕的低溫方法。專利申請(qǐng)US2002125174描述了一種利用酸和聲波處理的結(jié)合降低原油的粘度和殘留物的方法。專利申請(qǐng)US2013213795A描述了可以使用微波（MW）和/或射頻(RF)能量提高重質(zhì)化石烴(HFH)至各種增值的化學(xué)制品和/或燃料的轉(zhuǎn)化。反應(yīng)物、工藝參數(shù)，和反應(yīng)器設(shè)計(jì)的變化可顯著影響作為產(chǎn)物產(chǎn)生的化學(xué)制品和燃料的相對(duì)分布。在一個(gè)實(shí)施例中，用于HFH微波快速轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)包括源極，集中反應(yīng)區(qū)中微波或RF能量使壓力大于0.9 Atm；具有HFH的連續(xù)進(jìn)料和穿過反應(yīng)區(qū)的工藝氣體；至少在反應(yīng)區(qū)接觸HEH的HFH-至-流體催化劑，以及反應(yīng)區(qū)內(nèi)的電介質(zhì)放電。HFH和催化劑在反應(yīng)區(qū)的停留時(shí)間小于30秒。在一些情況下，在或接近反應(yīng)區(qū)形成等離子體。US5181998專利描述了在至少一種等離子體引發(fā)劑存在的情況下，可以使用微波能量通過與在氫供體輻射期間形成的產(chǎn)物接觸提升低值烴。所有這些專利和申請(qǐng)結(jié)合于本文中作為參考。

因此，仍然對(duì)提供用于原油提升的、工業(yè)規(guī)模的、內(nèi)聯(lián)的、在線的、準(zhǔn)確的基于NMR的系統(tǒng)及其方法有長(zhǎng)久需求。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在參見圖1，該圖展示了基于NMR的系統(tǒng)（10）的框圖，該系統(tǒng)用于分析如下性質(zhì)的中的至少一種或多種：(i)原油性質(zhì)；(ii)原油的原油流變。該系統(tǒng)（10）包括NMR設(shè)備（11），該NMR設(shè)備（11）被配置成提供時(shí)間和/或批分辨的NMR分析和/或原油流變曲線。該NMR具有一條或多條原油流入管（13）并與原油冶煉設(shè)施（12）流體連接（14）。改進(jìn)之處在于，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)（CRM，15），或以其它方式與計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)（CRM，15）通訊，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)被配置成儲(chǔ)存想要的原油產(chǎn)物（標(biāo)準(zhǔn)原油產(chǎn)物，SCOP）的可檢索的原油NMR分析和/或原油流變曲線，從而提供系統(tǒng)裝置以比較或以其它方式驗(yàn)證SCOP的NMR分析和/或原油流變曲線與所述時(shí)間或批分辨的原油。

現(xiàn)在參見圖2，該圖展示了基于NMR的系統(tǒng)（20）的框圖，該系統(tǒng)用于（a）分析以下性質(zhì)中的一種或多種：(i)原油性質(zhì)，(ii)原油的原油流變；以及（b）提升原油。該系統(tǒng)包括用于提供時(shí)間和/或批分辨的NMR分析和/或原油流變曲線的NMR設(shè)備(11)。該NMR具有至少一條原油流入管（13），并與原油冶煉設(shè)施（12）流體連接（14）。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，該計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)被配置成儲(chǔ)存想要的原油產(chǎn)物（標(biāo)準(zhǔn)原油產(chǎn)物，SCOP）的可檢索的原油NMR分析和/或原油流變曲線，從而提供系統(tǒng)裝置以比較所述SCOP的NMR分析和/或原油流變曲線與所述時(shí)間或批分辨的原油。在此，改進(jìn)之處在于：該系統(tǒng)進(jìn)一步包括原油提升系統(tǒng)（COES），該原油提升系統(tǒng)經(jīng)由至少一個(gè)NMR原油出口(22)與所述NMR或多個(gè)NMR互相連接。該COES適于裂解烴油，從而提升其性質(zhì)。

現(xiàn)在參見圖3A，該圖展示了用于原油提升的、工業(yè)規(guī)模的、內(nèi)聯(lián)的、在線的、準(zhǔn)確的基于NMR的系統(tǒng)(30)及其方法的框圖，該基于NMR的系統(tǒng)（30）用于（a）分析以下性質(zhì)中的一種或多種：(i)原油性質(zhì)，(ii)原油的原油流變；以及（b）提升原油。該系統(tǒng)包括：除了其它之外，用于提供時(shí)間和/或批分辨的NMR分析和/或原油流變曲線的NMR設(shè)備(11)。該NMR具有原油流入管（13），并與原油冶煉設(shè)施（12）流體連接（14）。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，該計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)被配置成儲(chǔ)存想要的原油產(chǎn)物（標(biāo)準(zhǔn)原油產(chǎn)物，SCOP）的可檢索的原油NMR分析和/或原油流變曲線，從而提供系統(tǒng)裝置以比較所述SCOP的NMR分析和/或原油流變曲線與所述時(shí)間或批分辨的原油。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括原油提升系統(tǒng)（COES），該原油提升系統(tǒng)經(jīng)由至少一個(gè)NMR原油出口(22)與所述NMR互相連接。該COES適于裂解烴油，從而提升其性質(zhì)。在此，改進(jìn)之處在于：NMR進(jìn)一步包括與COES流體連接的COES處理的原油的出口(COES-O, 31)。

現(xiàn)在參見圖3B，該圖展示了上述定義的基于NMR的系統(tǒng)(30)的框圖，其中該NMR (或NMRs)包括至少一個(gè)第一探針(11A) 和至少一個(gè)第二探針 (11B)。這兩個(gè)（或更多個(gè)）NMR探針因此將NMR配置成提供并存地（探針1和探針2一起，同時(shí)）或交替地（探針1，接著探針2，反之亦然）在所述至少一個(gè)第一探針和至少一個(gè)第二探針中流動(dòng)的原油的時(shí)間分辨或批分辨的NMR分析和/或流變曲線。

在本發(fā)明的范圍中，基于NMR的系統(tǒng)包括至少一個(gè)第二探針，該至少一個(gè)第二探針被配置成提供COES處理的回收原油的時(shí)間分辨或批分辨的NMR分析和/或流變曲線。

同樣在本發(fā)明的范圍中，基于NMR的系統(tǒng)被配置成分析并提升原油。該系統(tǒng)通過NMR和原油提升系統(tǒng)（COES）表征，該NMR與原油入口（COI）和原油出口(COO)流體連接，該原油提升系統(tǒng)通過所述COO與NMR互相連接。該NMR包括，除了其它之外，與所述COI以流體連接的至少一個(gè)第一探針，并且被配置成用于分析在所述探針內(nèi)的原油性質(zhì)和/或用于描述所述原油的流變曲線。該COES除了其它的之外，包括電感器、電磁或機(jī)械振動(dòng)器、粒子輻射發(fā)射器、電弧中的氣體過熱器、超聲波儀、超聲振動(dòng)發(fā)生器、射頻發(fā)射器（例如，RF輻射頻率在0.1 MHz至300 MHz之間）及其任意組合中的一個(gè)或多個(gè)元件。

在本發(fā)明的范圍內(nèi)，基于NMR的系統(tǒng)被配置成在煉油廠之前用于分析和提升原油的性質(zhì)，并且該系統(tǒng)通過如下裝置表征(a)NMR，該NMR包括至少一個(gè)第一探針，該第一探針被配置成能進(jìn)行原油的NMR分析和/或流變曲線，所述探針與NMR的原油入口(NMR-I)和NMR的原油出口(NMR-O)流體連接；以及(b)原油提升系統(tǒng)(COES)。該COES包括一個(gè)或多個(gè)原油裂解模塊，其選自電感器、電磁或機(jī)械振動(dòng)器、粒子輻射發(fā)射器、電弧中的氣體過熱器、超聲波儀、超聲振動(dòng)發(fā)生器、射頻發(fā)射器及其任意組合(COCMs)，所述COCMs中的至少一個(gè)與所述NMR-O和NMR-I流體連接。

同樣在本發(fā)明的范圍內(nèi)，該NMR進(jìn)一步包括至少一個(gè)第二探針，從而使該至少一個(gè)第二探針配置成提供并存地或交替地在所述至少一個(gè)第一探針和至少一個(gè)第二探針中流動(dòng)的原油的時(shí)間分辨的NMR分析和/或流變曲線。

同樣在本發(fā)明的范圍內(nèi)的是，該至少一個(gè)第二探針被配置成提供所述經(jīng)處理的回收原油的時(shí)間分辨的NMR 分析和/或流變曲線。

現(xiàn)在參見圖4，該圖展示了提升原油的方法的流程圖。該方法包括如下步驟：（a）提供NMR，該NMR通過NMR原油出口(NMR-O)和COES原油出口與(COES-O)原油提升系統(tǒng)(COES)以流體連接，NMR原油出口使被分析的原油從所述NMR流至所述COES，COES原油出口將經(jīng)處理的原油從所述COES回收至NMR入口；（b）通過計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)儲(chǔ)存在所述COES(標(biāo)準(zhǔn)原油產(chǎn)物)中處理的想要的產(chǎn)物的NMR分析和/或流變曲線；（c）使COES設(shè)有至少一個(gè)原油裂解模塊(COCM)并通過所述NMR-O使其與所述NMR連接；（d）通過所述至少一個(gè)COCM處理所述經(jīng)分析的原油；（e）將至少一部分所述經(jīng)處理的原油通過所述COCM-O從所述COES回收至所述NMR；（f）使所述經(jīng)處理的原油成像，檢驗(yàn)其NMR分析和/或流變曲線；（g）比較所述標(biāo)準(zhǔn)原油產(chǎn)物（步驟d的原油）與所述經(jīng)處理的原油（步驟f的原油）的NMR分析和/或流變剖面；以及（h）如果所述NMR分析和/或流變曲線是相同的或處于預(yù)定義限度內(nèi)，使所述原油流入煉油廠；如果所述NMR分析和/或流變曲線不相同或處于預(yù)定義限度外，通過所述COES回收所述原油以進(jìn)一步處理。

在本發(fā)明的范圍內(nèi)，前述步驟（a）進(jìn)一步包括如下步驟：提供所述NMR，所述NMR具有至少一個(gè)第一探針并使所述至少一個(gè)第一探針配置用于原油的時(shí)間分辨分析，以及至少一個(gè)第二探針，并使所述至少一個(gè)第二配置用于原油的時(shí)間分辨分析；并存地或交替地在所述至少一個(gè)第一探針和至少一個(gè)第二探針中流動(dòng)且成像。

在本發(fā)明的范圍內(nèi)，所述方法進(jìn)一步包括配置所述第二探針以提供所述經(jīng)處理回收原油的時(shí)間分辨的NMR分析和/或流變曲線步驟。

同樣在本發(fā)明的范圍內(nèi)，提供一種用于提供時(shí)間和/或批分辨的NMR分析和/或原油流變曲線的方法。該方法包括如下步驟：（a）提供具有原油流入管(13)的NMR以及到原油冶煉設(shè)施(12)的流體連接件(14)；（b）提供計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其被配置成儲(chǔ)存想要的原油產(chǎn)物的可檢索的原油NMR分析和/或原油流變曲線；以及（c）比較想要的原油產(chǎn)物的所述原油NMR分析和/或原油流變曲線與所述時(shí)間和/或批分辨的NMR分析和/或原油流變曲線。

同樣在本發(fā)明的范圍內(nèi)，提供一種用于提供時(shí)間和/或批分辨的NMR分析和/或原油流變曲線的方法。該方法包括如下步驟：（a）提供具有原油流入管(13)的NMR和具有原油冶煉設(shè)施(12)的流體連接件(14)；（b）進(jìn)一步提供計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其被配置成儲(chǔ)存想要的原油產(chǎn)物的可檢索的原油NMR分析和/或原油流變曲線；（c）進(jìn)一步使原油提升系統(tǒng)(COES) 通過NMR原油出口（22）與所述NMR互相連接；（d）比較所述想要的原油產(chǎn)物的所述原油NMR分析和/或流變曲線與所述時(shí)間和/或批分辨的NMR分析和/或原油流變曲線；以及（e）根據(jù)所述批分辨的NMR分析和/或原油流變曲線與所述想要的原油產(chǎn)物的所述NMR分析和/或流變曲線的相似度裂解所述原油。

同樣在本發(fā)明的范圍內(nèi)，提供一種用于提供時(shí)間和/或批分辨的NMR分析和/或原油流變曲線的方法。該方法包括如下步驟：（a）提供具有原油流入管(13)的NMR和具有原油冶煉設(shè)施(12)的流體連接件(14)；（b）進(jìn)一步提供計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其被配置成儲(chǔ)存想要的原油產(chǎn)物的可檢索的原油NMR分析和/或原油流變曲線；（c）進(jìn)一步使原油提升系統(tǒng)(COES) 通過NMR原油出口（22）與所述NMR互相連接，并進(jìn)一步包括與所述NMR以流體連接的COES處理的原油的出口(COES-O, 31)；（d）比較所述想要的原油產(chǎn)物的所述原油NMR分析和/或流變曲線與所述時(shí)間和/或批分辨的NMR分析和/或原油流變曲線；以及（e）根據(jù)所述批分辨的NMR分析和/或原油流變曲線與所述想要的原油產(chǎn)物的所述NMR分析和/或流變曲線的相似度裂解所述原油。同樣在本發(fā)明的范圍內(nèi)，該方法另外地包括如下步驟：使所述NMR設(shè)有至少一個(gè)第一探針(11A)和至少一個(gè)第二探針(11B)，從而使所述NMR被配置成提供并存地或交替地在所述至少一個(gè)第一探針和至少一個(gè)第二探針中流動(dòng)的原油的時(shí)間分辨的NMR分析和/或流變曲線。同樣在本發(fā)明的范圍中，該方法另外地包括使所述第二探針配置成提供所述經(jīng)處理回收原油的時(shí)間分辨的NMR分析和/或流變曲線的步驟。

在本發(fā)明的范圍內(nèi)，上述定義的方法和系統(tǒng)被配置成使ANSI/ISA 76.00.02-2002 Modular Component Interfaces for Surface-Mount Fluid Distribution Components – Part1: Elastomeric Seals," Instrumentation, Systems, and Automation Society (ISA), Compositional Analyzers Committee, (2002)能實(shí)現(xiàn)。

上述本發(fā)明的各種代表性實(shí)施例的總結(jié)并非意為描述本發(fā)明的每個(gè)實(shí)施例或每種器具。相反，選擇和描述該實(shí)施例使得本領(lǐng)域其它技術(shù)人員可以領(lǐng)會(huì)并了解本發(fā)明的原理和實(shí)踐。附圖和詳細(xì)的描述更具體地示范這些實(shí)施例。