СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ЭМУЛЬГИРОВАННОЙ НЕФТИ ИЗ ВОДЫ, ПОДАЮЩЕЙ НЕФТЬ ИЗ НЕФТЯНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК C02F1/24 C09K3/32 C08F220/56 C08F220/56 C08F220/34 C08F220/60 

Изобретение относится к способам удаления остаточной нефти из воды, подающей нефть из нефтяного месторождения, и более точно изобретение относится к способу удаления остаточной нефти из воды, подающей нефть из нефтяного месторождения, который использует водорастворимые полимеры, диспергированные в концентрированной солевой среде.

Так как разрабатываемые нефтяные пласты стареют и истощаются, одним способом увеличения добычи нефтяной продукции является поддержание давления в пласте впрыском воды или пара в пласт. Вода или пар подает нефть из пласта к поверхности. Этот способ поддержания уровня добычи называется вторичной добычей нефти. Вторичная добыча является одним из наиболее распространенных способов добычи нефти.

В процессе вторичной добычи нефти подающие нефть жидкости включают в себя впрыскиваемую воду, эмульгированную нефтью. Для того, чтобы нефть было продана, она должна быть сначала отделена от воды. Процесс отделения нефти является, однако, не вполне эффективным. Некоторое количество (200 10000 частей на тысячу) нефти остается эмульгированной в подающей воде. Она является сбросовой водой, которая представляет интерес. Таким образом, подающая нефть вода должна быть обработана для удаления остаточной нефти перед сбросом.

Эмульгированная нефть в подающей воде обычно содержится в пределах от нескольких сотен до десятков тысяч частей на тысячу. Это является определяющим для этой остаточной нефти не только с экономической точки зрения продажи нефти, но также с токи зрения экологии. Агентство по защите окружающей среды США предъявляет высокие требования к содержанию общей нефти и смазочных масел (TOG) в воде, которая сбрасывается в водопроводную питьевую сеть или в открытые водоемы. В дополнение к правительственным правилам остаточная нефть должна быть удалена для того, чтобы поддержать в чистоте источник воды или пара для повторной инжекции в подземный пласт. Невозможность сделать это приводит к возможному закупориванию пласта и снижению производительности.

Одним из наиболее эффективных способов удаления эмульгированной нефти является использование химических средств. Исторически сухие полимеры, растворы полимеров, обратимые эмульсионные латексы и ионы металлов используются для обработки подающей воды. Каждый материал имеет свои собственные преимущества и недостатки.

В то время как сухие полимеры являются эффективными, будучи чрезвычайно концентрированными, поэтому, снижая стоимость перевозки, оборудование для растворения полимеров является дорогостоящим и не используется на нефтяных месторождениях.

Латексные полимеры также имеют недостатки, но используются довольно часто. Латексные полимерные препараты включают в себя 30 35% твердой компоненты, диспергированной в нефти. Латексный полимер должен быть также преобразован перед использованием. Подобно случаю с сухими полимерами оборудование на нефтяных месторождениях для предварительного преобразования отсутствует, т. о. усиливая прямую подачу полимера в систему. Многочисленные проблемы, связанные с этим способом подачи, заставляют многих потребителей избегать латексных полимеров. К тому же латексы обычно имеют очень узкий интервал переработки, часто приводят к переработке при более высоких дозах.

Хотя растворные полимеры не требуют предварительной подготовки, процент твердой компоненты и молекулярная масса несколько ограничены благодаря природе материала. Эти материалы часто используются для разрушения обратимых эмульсий, но они являются неспособными флокулировать диспергированную нефть, таким образом, требуется другое химическое средство для выполнения этого.

Ионы металлов, такие как Fe³⁺, Zn²⁺, Al³⁺ и т.д. давно используются для разрушения обратимых эмульсий, но недавние правительственные требования ограничили их уровни в сбрасываемых парах. Несмотря на их эффективность для разрушения обратимых эмульсий, для флокулирования нефти также требуется другое химическое средство.

Водорастворимые диспергированные полимеры предмет изобретения предлагают многие решения этих проблем и представляют новый способ обработки сбросовых подающих нефть вод из нефтяных месторождений.

С целью решения этих проблем изобретение предлагает способ удаления эмульгированной нефти из подающей нефть воды из нефтяных месторождений, способ, отличающийся стадией обработки нефтьсодержащей воды эффективным количеством дисперсии водорастворимого катионного полимера, причем указанная дисперсия водорастворимого катионного полимера получается полимеризацией смеси водорастворимого мономера, содержащего не менее 5 мол% катионного мономера, представленного общей формулой I, и не менее 5 мол. акриламида или метакриламида в водном растворе поливалентной анионной соли, причем указанная полимеризация выполняется в присутствии полимера диспергатора, причем указанный диспергатор является водорастворимым катионным полимером, который растворяется в указанном водном растворе поливалентной анионной соли и который содержит не менее 20 мол. единиц катионного мономера, представленного общей формулой II:

где
R₁ и R₄ H или CH₃ каждый;
R₂, R₃, R₅ и R₆ каждый является алкильной группой, имеющей 1 2 углеродных атома;
R₇ H или алкильная группа, имеющая 1 2 углеродных атома;
каждый A₁ и A₂ O или NH;
каждый B₁ и B₂ 2 4 углеродных атома или гидроксипропильная группа;
каждый X₁ и X₂ противоанион.

Дальнейший аспект изобретения заключается в том, что полимеризация далее выполняется в присутствии зародышеобразующего полимера. Зародышеобразующий полимер является водорастворимым полимером, который не растворяется в водном растворе поливалентной анионной соли. Зародышеобразующий полимер также содержит не менее 5 мол. единиц катионного мономера, представленного общей формулой I.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения смесь водорастворимого мономера содержит не менее 5 мол. катионного мономера, представленного общей формулой II. Мультивалентная анионная соль предпочтительно содержит фосфат, сульфат или их смесь.

На фиг. 1 представлены обобщенные данные оценки латексных полимеров и дисперсии водорастворимого полимера, используемого в изобретении; на фиг. 2 представлены обобщенные диаграммные данные сравнительной оценки латексного полимера с дисперсией водорастворимого полимера, используемого в изобретении.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения.

Изобретение представляет лучший способ удаления эмульгированной нефти из подающей нефть воды из месторождения. Был разработан новый класс водорастворимых дисперсионных полимеров, более эффективных для удаления эмульгированной нефти из подающих вод, чем прямая химическая обработка. Как будет рассмотрено более подробно ниже, полимерная дисперсия получается в водном растворе поливалентной анионной соли. Для этого применения используется полимерная дисперсия с достигнутыми размерами микрочастиц и водорастворимостью, не обеспечиваемой другими полимерами. Полимерная дисперсия, используемая в изобретении, показывает в примерах в 2 раза больше удаленной эмульгированной нефти из подающей отработанной воды, чем непосредственно проводимая химическая обработка. Кроме того, исчезает проблема формированной подачи полимерной дисперсии, которая является недостатком латексных полимеров.

В соответствии со способом предметом изобретения полимеры изобретения добавляются к воде, подающей нефть нефтяного месторождения. Полимеры добавляются в эффективном количестве от 0,5 до примерно 100 частей на тысячу. Более предпочтительно содержание полимера в подающей воде составляет от 2 до примерно 40 частей на тысячу и наиболее предпочтительно от примерно 4 до примерно 20 частей на тысячу. Необходимо отметить однако, что не наблюдалось максимальное значение содержания полимера, при котором полимер отрицательно влияет на систему. Замечено, что при несколько более высоком содержании полимера устанавливается положительный эффект, и с учетом стоимости такие более высокие концентрации, вероятно, выше примерно 100 частей на тысячу, не являются экономически эффективными. Полимеры предмет изобретения предпочтительно добавляются к системе в чистом виде. Однако в некоторых случаях полимеры могут быть добавлены в виде водного раствора.

Когда полимеры предмет изобретения добавляются к подающей воде, обработанная подающая вода естественно перемешивается, когда она двигается через систему очистки. Полимеры предмет изобретения заставляют эмульгированную нефть отделиться от воды и всплыть на поверхность воды в виде хлопьев. Хлопья затем удаляются с поверхности воды и добавляются к нефтяной продукции. Обработанная вода теперь может быть слита либо в реку, либо в океан, или повторно вспрыснута в пласт для подачи нефти к поверхности. Предпочтительные полимеры изобретения изготовляются фирмой Hymo Corporation, Япония. Предпочтительные полимерные препараты получаются от Hymo Corporation под торговыми марками DR-2570, DR-3000, DR-4000. Способы изготовления полимерной дисперсии, используемой в изобретении, описываются подробно в патентах США NN 5006590 и 4929655, переуступленных фирмой Kyoritsu Yuki Co. Ltd, Токио, Япония. Содержание этих двух патентов приводится здесь.

Согласно изобретению полимерная дисперсия, используемая для обработки воды, получается из смеси водорастворимого мономера, содержащей не менее 5 мол. катионного мономера, представленного общей формулой (I):

где
R₁ H или CH₃;
каждый R₂ и R₃ алкильная группа, имеющая 1 2 углеродных атома;
A₁ атом O или NH;
B₁ алкильная группа, имеющая 2 4 углеродных атома, или гидроксильная группа;
X₁ противоанион.

Вышеуказанная смесь водородрастворимого мономера растворяется в водном растворе поливалентной анионной соли. Полимер, получаемый из мономерной смеси, является, однако, нерастворимым в водном растворе поливалентной анионной соли. Полимер из мономерной смеси может также быть использован в качестве зародышеобразующего полимера. Зародышеобразующий полимер описывается подробно ниже.

Вышеуказанный катионный мономер, представленный общей формулой (I), предпочтительно является четвертичной аммониевой солью, получаемой реакцией бензилхлорила и диметиламиноэтилакрилата, диэтиламиноэтилакрилата, диметиламиногидроксипропилакрилата, диметиламинопропилакриламида, диметиламиноэтилметакрилата, диметиламинопропилметакриламида.

Мономеры, предпочтительно сополимеризуемые с катионным мономером, представленным общей формулой (I), включают в себя акриламид, метакриламид и катионные мономеры, представленные общей формулой (II):

где
R₄ H и CH₃;
каждый R₅ и R₆ алкильная группа, имеющая 1 2 углеродных атома;
R₇ H или алкильная группа, имеющая 1 2 углеродных атома;
A₂ O или NH;
B₂ алкильная группа, имеющая 2 4 углеродных атома, или гидроксилпропильная группа;
X₂ противоанион.

Предпочтительные мономеры, представленные общей формулой (II), включают в себя аммониевые соли диметиламиноэтилакрилата, диэтиламиноэтилакрилата, диметиламинопропиламида, диэтиламинопропилакриламида и диметилгидроксипропилакрилата, диметиламиноэтилметакрилата, диэтиламиноэтилметакрилата, диметиламинопропилметакриламида, диэтиламинопропилметакриламида и диметилгидроксипропилметакрилата, а также метилированные и этилированные четвертичные соли. Среди более предпочтительных катионных мономеров, представленных общей формулой (II), находятся соли и метилированные четвертичные соли диалкиламиноэтилакрилата и диалкиламиноэтилметакрилата. Концентрация вышеуказанных мономеров в полимеризационной смеси соответственно находится в пределах от 5 до 3 мас.

Поливалентная анионная соль, которая должна быть введена в водный раствор в соответствии с настоящим изобретением, является приемлемо сульфатом, фосфатом или их смесью. Предпочтительные соли включают в себя сульфат аммония, сульфат натрия, сульфат алюминия, кислый фосфат аммония, кислый фосфат натрия и кислый фосфат калия. В настоящем изобретении эти соли могут быть каждая использована в виде водного раствора соли, имеющего концентрацию 15% или более.

Полимер диспергатор присутствует в водном растворе анионной соли, в котором имеет место полимеризация вышеуказанных мономеров. Полимером - диспергатором является водорастворимый высокомолекулярный катионный полимер. Полимер диспергатор предпочтительно используется в количестве от 1 до 10 мас. по отношению к общей массе мономеров. Полимер диспергатор содержит 20 моль. или более единиц катионного мономера, представленного общей формулой (II). Предпочтительно остальное мольное О-ное содержание составляет акриламид или метакриламид. Характеристики диспергатора не являются заметно зависимыми от молекулярной массы. Однако молекулярная масса диспергатора предпочтительно находится в пределах от 10000 до 10000000.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения в полимеризационной системе сосуществует мультипликационный спирт, такой как глицерин или полиэтиленгликоль. В присутствии этих спиртов происходит плавное отложение микрочастиц.

Для полимеризации может быть использован обычный водорастворимый радикал образующий агент, но предпочтительно используются водорастворимые изосоединения, такие как 2,2'-азобис(2-амидинопропан)гидрохлорид и 2,2'-азобис(N, N'-диметиленизобутиламин)гидрохлорид.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения зародышеобразующий полимер добавляется перед началом полимеризации вышеуказанных мономеров с целью получения микродисперсии. Зародышеобразующим полимером является водорастворимый катионный полимер, нерастворимый в водном растворе поливалентной анионной соли. Зародышеобразующим полимером является предпочтительно полимер, полученный из вышеуказанной мономерной смеси способом, описанным здесь. Тем не менее мономерная композиция зародышеобразующего полимера должна быть всегда эквивалентной композиции водорастворимого катионного полимера, образованного в процессе полимеризации. Однако подобно водорастворимому полимеру, полученному в процессе полимеризации, зародышеобразующий полимер должен содержать не менее 5 мол. единиц катионного мономера, представленного общей формулой (I). В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения зародышеобразующим полимером, используемым в одной полимеризационной реакции, является водорастворимый полимер, полученный в предыдущей реакции, в которой использована та же мономерная смесь.

Следующие примеры представлены для описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения и преимуществ изобретения и не ограничивают изобретения, если это не определено в формуле изобретения, приводимой здесь.

Пример 1. Очищающая способность полимеров предмета изобретения и препаратов латексных полимеров альтернативно оценивалась встряхиванием и визуальным сравнением прозрачности воды нескольких серий перемешивания. Было собрано от 7,5 л до примерно 23 л воды из нефтяного месторождения.

180 мл чистые стеклянные бутылки были наполнены 100 мл воды и перевернуты несколько раз для покрытия воды в бутылках эмульгированной нефтью. Очищающие препараты были добавлены в отдельные бутылки в виде 1%-ного водного раствора. Сравниваемыми очищающими препаратами были NALCO 3374 и NALCO 3390 фирмы Nalco Chemical Company, Напервиль, Иллинойс, и DR-3000, DR-2570 и DR-4000 фирмы Hymo Corporation, Япония. Препараты NALCO 3374 и NALCO 3390 являются латексными полимерными препаратами, которые обычно используются на нефтяных месторождениях для этой цели. Препараты DR-3000, DR-2570 и DR-4000 являются торговыми препаратами дисперсии водорастворимого катионного полимера, используемого в изобретении. Бутылки были укупорены, пронумерованы и перемешаны.

Перемешивание предназначалось для выравнивания условий системы водоочистки. Перемешивание было выполнено сериями с наблюдением и оценкой после каждой серии наблюдения, такие как прозрачность воды, неразрушенная эмульсия, диспергированные капли нефти и относительное качество нефти в воде были оценены цифровыми балами от 1 до 10, причем 10 наивысший показатель. Конечная концентрация препарата для обработки в отработанной воде составила 20 частей на тысячу. После нескольких серий перемешивания, выполненных в быстрой последовательности, чтобы избежать охлаждения и старения эмульсии, были записаны прозрачность воды, размер и устойчивость хлопьев, относительная прозрачность воды.

В таблице суммированы собранные данные. Как показано в таблице, дисперсия катионных водорастворимых полимеров, используемых в изобретении, была значительно лучше, чем латексные полимерные препараты, непосредственно продающиеся для этого применения.

Пример 2. 2 л подающей воды из нефтяного месторождения были загружены в смесительный чан. Затем туда был установлен миксер типа Wemco. Миксер смешивает и диспергирует воздух в подающей воде. К каждому образцу подающей воды была добавлена доза обрабатываемого препарата в виде 1%-ного водного раствора. Содержание препарата в образцах составляло от 2,8 до 20 частей на тысячу. В качестве химических обрабатывающих агентов были использованы NALCO 3390, DR-3000, DR-2570 и DR-4000. Каждый образец был взболтан в течение 1 мин со скоростью 1800 об/мин. После взбалтывания образцов они были оставлены стоять для того, чтобы вышли пузырьки растворенного воздуха. На поверхности каждого образца была флокулирована нефть. 40 мл обработанной воды было отобрано из-под поверхности каждого образца. 40 мл обработанной воды было экстрагировано 20 мл фреона-113 фирмы Fisher Scieneific Corporation. Полученный экстракт был отфильтрован через ватманскую фильтровальную бумагу N 541. Отфильтрованный экстракт был помещен в кварцевую кювету ИК-спектрофотометра типа Miran с фиксированной длиной волны (длина волны 2874 см^-1). Была получена оптическая плотность фильтровального экстракта. Оптическая плотность была сравнена с тарировочной кривой для определения количества остаточной эмульгированной нефти, остающейся в образце воды. Для получения тарировочной кривой, которая была получена до эксперимента, брались известные количества нефти в воде и определялась ИК-оптическая плотность. Полученные данные суммированы на фиг. 1. Как показано на фиг. 1, на всех дозировочных уровнях дисперсионные полимеры, используемые в изобретении, были лучше латексных препаратов, непосредственно используемых для этого применения. Кроме того, фиг. 1 показывает, что при концентрации 20 частей на тысячу латексный полимерный препарат перенасыщает систему. Это обусловливает снижение прозрачности подающей воды.

Пример 3. Методика примера 3 была идентична примеру 1, за исключением того, чтобы были использованы различные дозировки химических обрабатывающих агентов. Данные, полученные в примере 3, суммированы на фиг. 2. Как показано на фиг. 2, все полимеры, используемые в изобретении, в основном превосходят латексный полимер, непосредственно используемый для этого применения.

Могут быть внесены изменения в композицию, процесс и последовательность способа настоящего изобретения, описанного здесь, без отступления от духа и объема изобретения, как определено формулой изобретения.

На фиг. 1 представлены результаты испытаний дисперсионных полимеров (диаграммная зависимость содержания остаточной нефти (частей на тысячу) от содержания химического препарата (частей на тысячу), где 1 NALCO 3390, 2 - DR 2570, 3 DR 3000, 4 DR 4000. Контрольный образец без препарата.

На фиг. 2 представлены результаты испытаний дисперсионных полимеров (диаграммная зависимость визуальной оценки прозрачности воды (баллы) от содержания химического препарата (частей на тысячу), где 1 NALCO 3390, 2 - DR 2570, 3 DR 3000, 4 DR 4000.

Одним аспектом изобретения является способ удаления эмульгированной нефти из подающей воды нефтяного месторождения. В соответствии с заявленным способом нефтьсодержащая вода обрабатывается эффективным количеством дисперсии водорастворимого катионного полимера. Дисперсию получают полимеразицией смеси водорастворимых мономеров, содержащей по меньшей мере 5 мол.% катионного мономера и по меньшей мере 5 мол.% (мет)акриламида в водном растворе неорганической соли, имеющей многовалентный анион. При этом указанную полимеризацию проводят в присутствии полимера-диспергатора, указанный полимер-диспергатор представляет собой водорастворимый катионный полимер, который растворим в указанном водном растворе неорганической соли и который содержит по меньшей мере 20 мол.% катионного мономера, отличного от мономера из смеси мономеров. 5 з.п.ф-лы, 1 табл., 2 ил.

1. Способ удаления эмульгированной нефти из воды, подающей нефть из нефтяного месторождения, путем подачи в смесь полимера, отличающийся тем, что проводят обработку нефтьсодержащей воды эффективным количеством дисперсии водорастворимого катионного полимера, причем дисперсию водорастворимого катионного полимера получают полимеризацией смеси водорастворимых мономеров, содержащей по меньшей мере 5 мол. катионного мономера, представленного общей формулой I и по меньшей мере 5 мол. акриламида или метакриламида в водном растворе неорганической соли, имеющей многовалентный анион, при этом указанную полимеризацию проводят в присутствии полимера-диспергатор представляет собой водорастворимый катионный полимер, который растворим в указанном водном растворе неорганической соли и который содержит по меньшей мере 20 мол. единиц катионного мономера общей формулы II

где каждый из заместителей R₁ и R₄ представляет собой Н или СН₃;
каждый из заместителей R₂, R₃, R₅ и R₆ представляет собой алкильную группу, содержащую от 1 до 2 атомов углерода, заместитель R₇ представляет собой атом водорода или алкильную группу, содержащую 1 2 атома углерода, каждый из фрагментов A₁ и A₂ представляет собой атом кислорода или NH; каждый из В₁ и B₂ представляет собой 2 4 атома углерода или гидроксипропильную группу и каждый Х₁ и Х₂ представляет собой противоанион, и где указанное эффективное количество дисперсии водорастворимого катионного полимера, добавляемого к нефтьсодержащей воде, составляет по меньшей мере 0,5 мас. ч. на 1000 мас.ч. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанную полимеризацию проводят также в присутствии зародышеобразующего полимера, причем указанный зародышеобразный полимер предятавляет собой водорастворимый катионный полимер, который нерастворим в указанном водном растворе неорганической соли и который содержит по меньшей мере 5 мол. единиц катионного мономера общей формулы I. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь водорастворимых мономеров дополнительно содержит по меньшей мере 5 мол. катионного мономера общей формулы II. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что неорганическая соль содержит фосфат, сульфат или их смесь. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что эффективное количество дисперсии водорастворимого катионного полимера, добавляемое к нефтьсодержащей воде, составляет по меньшей мере 2 мас.ч. на 1000 мас.ч. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что эффективное количество дисперсии водорастворимого катионного полимера, добавляемое к нефтьсодержащей воде, составляет по меньшей мере 4 мас.ч. на 1000 мас.ч.