CN103339491B - 用于计量烃的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于计量包含烃和水的组合物中烃的量的方法，其包括：将化学剂添加到组合物中以形成水和烃的乳液；收集乳液样品并将所述样品溶解于水和烃的常见溶剂中以形成溶液；测量所述溶液中烃的量。本发明还涉及用于实施所述方法的设备。

Description

用于计量烃的方法

技术领域

本发明涉及一种用于计量包含烃和水的组合物中的烃的方法，以及适于应用该方法的设备。

背景技术

为了优化地下地层中烃的提取，已知如何从地下地层(岩芯样品)中取得材料样品，或者如何使用所谓的“类似”多孔材料(坚固或不坚固的)以及如何用水和烃使它们饱和从而仿真石油储集层的组合物。然后可基于这些样品：水、蒸汽、表面活性剂、聚合物、气体...，测试各种提取装置。在每个实验期间，回收基本上包含与水和矿物固体混合的烃的级分。通过精确计量每种级分中存在的烃的量，可仿真生产历程，从而评价所测试提取装置的效率。

精确计量水和可能的矿物固体的混合物中烃的量在由矿层生产期间也是有用的。

当处理不是非常粘的常规原油时，简单的倾析或离心有可能将这些烃与水分离，从而有可能进行所需计量。然而，即使在处理不是非常粘的油的情况下，也会发生持续的乳液形成并阻碍所产生烃的精确计量。当其处于存在重质油的情况下时，情况甚至更困难：的确大量水可被烃截留，并且由于水和烃密度接近，所以使得重力分离不起作用。而且，烃易于粘附于所使用的容器壁和/或结合水。

目前使用以下各种耗时和繁重的方法来进行这种计量：

-在大气压力或真空下加热并蒸发水，这不解决确定可能仍被烃截留的水的量的问题；

-用X射线计量，其需要非常笨重的仪器；

-将烃稀释于溶剂(例如甲苯)中然后离心以分离水/油乳液：但是水/油分离的质量非常差，并且难以观察界面的位置。

可在TurnerDesign的互连网网站上得到的Brost等的文章“No-solvent”Oil-in-WaterAnalysls，ARobustAlternativetoConventionalSolventExtractionMethods，描述了一种计量水中原油的方法，其中将表面活性剂添加到混合物中以制备水中原油的微乳液，然后对该微乳液进行荧光测量。然而，该方法需要大量的表面活性剂并且受限于测量少量的油(小于1％)。校准曲线是非线性的，并且表面活性剂自身产生必须被减去的荧光，该荧光产生非常大背景噪音。

因此，确实需要开发能够计量与水混合的烃的改进的和简化的方法，所述方法可尤其可靠地用于重质油，并且不限于对少量烃测量。

发明内容

本发明首先涉及一种用于确定包含烃和水的组合物中烃的量的方法，其包括：

-将化学剂添加到组合物中以形成水和烃的乳液；

-从乳液中取样并将该样品溶解于用于水和烃的常见溶剂中以形成溶液；

-测量溶液中烃的量。

根据一个实施方案，通过UV光谱进行溶液中烃的量的测量。

根据一个实施方案，所述化学剂是包含碱(优选苏打)或一种或更多种表面活性剂化合物或其混合物的溶液。

根据一个实施方案，所述方法包括用蒸馏水稀释体系，特别是稀释低至水相的盐浓度小于或等于20g/l的步骤。

根据一个实施方案，用于水和烃的所述常用溶剂是四氢呋喃或二甲亚砜。

本发明还涉及一种生产烃的方法，其包括：

-从包含烃的地下地层中提取和回收采出液流(productionstream)；

-对来源于采出液流的包含烃和水的组合物进行取样；

-根据上述方法确定所述组合物中烃的量。

本发明还涉及一种烃的回收的仿真方法，其包括：

-提供包含烃的多孔材料块；

-将用于回收烃的试剂注入多孔材料块中；

-在多孔材料块的出口处回收一种或几种包含烃和水的级分；以及

-根据上述方法确定每种级分中烃的量。

本发明还涉及用于确定包含烃和水的组合物中烃的量的设备，其由上游至下游包括：

-用于将化学剂添加到组合物中的装置，所述化学剂适于形成水和烃的乳液；

-用于收集乳液样品的管路；

-用于将用于水和烃的常用溶剂添加到乳液样品中的装置；

-用于收集溶液的管路；

-用于测量溶液中烃的量的装置。

根据一个实施方案，用于测量溶液中烃的量的装置包括UV光谱仪。

根据一个实施方案，用于添加化学剂的装置是用于添加包含碱(优选苏打)或一种或更多种表面活性剂化合物或其混合物的溶液的装置。

根据一个实施方案，用于添加用于水和烃的常用溶剂的所述装置是用于添加四氢呋喃或二甲亚砜的装置。

根据一个实施方案，所述设备包括：适用于使化学剂与组合物混合以形成乳液的第一室，以及适用于使乳液样品与溶剂混合以形成溶液的第二室。

根据一个实施方案，所述设备包括适用于提供组合物的取样器。

通过本发明，能够克服现有技术水平的缺点。更特别地，本发明提供了一种用于确定与水的混合物中烃的量的改进的和简化的方法。该方法尤其可靠地用于重质油并且不限于测量少量的烃。

这通过使用以下步骤来实现：乳化步骤，通过其可得到烃与水的均匀混合物；取得乳液样品的步骤，考虑到组合物的均一性，所述乳液样品是整体组合物的代表；以及在溶剂中的溶解步骤，通过其可得到其中烃和水以分子水平分散在溶剂中的溶液，这允许直接测量该溶液中烃的量。

根据某些特别的实施方案，本发明还具有以下所列有利特征中的一个或优选更多个。

-根据本发明的方法可手动执行或者通过使用任选便携式的集成仪器(根据本发明的设备)来执行。整个过程可以是自动化的。

-根据本发明的方法快速(通常约5分钟)。

-根据本发明的方法克服了与所计量的组合物的不均匀性有关的困难，尤其是与所截留的水或气泡的存在有关的困难。

-根据本发明的方法既不需要大量化学品也不需要复杂且昂贵的仪器。特别地，可用可商购仪器(例如，UV光谱仪)进行烃含量的测量。

附图说明

图1提供了UV吸光度测量(纵坐标，没有任何单位)与四氢呋喃中原油质量浓度(横坐标，以％为单位)的对应关系。正方形符号代表不含任何水的原油的校准，圆形符号代表水存在下原油的校准。水/原油比在约9至1之间变化。参见以下的实施例1。

图2是根据本发明的设备的一个实施方案的示意图。

具体实施方式

现在，在以下描述中更详细地并且以非限制性方式描述了本发明。

本发明适用于包含非气态烃和水的任何组合物。所述组合物也可任选地包含气态烃，但是非气态烃在方法进行期间早期会被排放掉，所以没有进行计量。

本发明特别地可用于确定所谓的重质油的量。因此，根据一个实施方案，组合物的(非气态)烃的API度(根据API方法测量的密度)小于或等于10，和/或包含至少12个碳原子的分子的质量分数大于或等于80％，优选大于或等于90％或95％。

烃/水质量比可从5×10^-5(确定分散于水中的原油的量)至10变化。

所述组合物还可包含其它化合物，尤其是矿物固体颗粒。可在添加化学品的步骤之前，通过倾析或过滤使至少一部分的矿物固体颗粒从组合物分离。

在第一阶段中，本发明因此提供了将化学品添加到组合物中以形成水和烃的乳液。所述化学剂可以是包含一种或更多种表面活性剂化合物的溶液。但是，根据一个特别简单的实施方案，这也可以是碱性溶液，例如苏打溶液。的确，碱(例如苏打)可与烃中存在的环烷酸反应并原位地形成表面活性剂化合物。苏打可被替换为另一种碱，例如碳酸钾、氨或碳酸钠等。

在另一方面(或者作为补充)，如果补充使用表面活性剂化合物，尤其是酸性不是非常强的油，则必须选择所述一种或更多种表面活性剂化合物，以不干扰测量烃的量的最终步骤。例如，在测量UV吸光度的情况下，表面活性剂化合物必须在UV光谱中基本无吸收。

应手动或者优选通过使用机械混合装置(带有桨的搅拌器、磁力搅拌器、涡流搅拌器等)将化学剂与组合物混合直至得到乳液为止。

根据组合物的性质，调整化学剂的性质和量以允许形成均匀乳液。化学剂的浓度可按质量计在0.05％至3％之间改变。所形成的乳液应该是水包油(oil-in-water)型，因此具有良好的流动性。通过视觉观察并搅拌，然后可鉴别其均匀性。

在第二阶段中，本发明提供了乳液样品的取得，所述样品是全部乳液的代表，然后将该样品溶解于用于水和烃的常用溶剂中以形成溶液。通过取样，能够限制使用的溶剂量，同时得到充分稀释的烃溶液以能够进行烃浓度的测量，并且避免使测量仪器饱和。根据溶剂，溶剂的稀释率可在1至10之间变化。

认为产物是用于水和用于烃的溶剂，当在室温下和环境压力下时，水在该产物中的溶解度按体积计大于或等于30％，并且烃在该产物中的溶解度按体积计大于或等于30％。

如果水包含浓度通常大于20g/L的盐，则水在溶剂中的溶解会变得不足，从而可发生相分离。所述方法需要另外的步骤以适用于该情况。这种另外的步骤为用蒸馏水稀释体系以使盐度降低至小于20g/L的值。

本发明的方法还可包括在用蒸馏水稀释的步骤之前确定水相中盐的量的步骤。

用于水和烃的高度有效的常用溶剂是四氢呋喃，并且该列表没有限制，可使用其他溶剂，例如二甲亚砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺等。

如果矿物固体颗粒仍然存在于溶液中，则它们由于这些颗粒一般悬浮于其中的水相消失而容易倾析，因此不再妨碍测量。或者，如果需要，则可进行过滤。可能存在的气体一般也在该步骤期间排放掉。

在第三阶段中，进行溶液中烃的量的直接测量。一种特别简单的方法是通过使用光谱仪在UV范围中进行溶液的吸光度测量。这需要用不同浓度的溶剂中烃的样品来初步校准光谱仪。通过完全分析烃的UV光谱，可选择产生不同吸光度的波长。根据样品是被强烈浓缩还是被强烈稀释，可选择分别产生低吸光度或强吸光度的波长，使精确度增强。

值得注意的是，其中进行测量的溶液中水的存在不干扰所述测量。这通过图1进行了证实，其示出在含有和没有水的情况下，在408nm波长处四氢呋喃中原油的校准曲线的重合(参见实施例1)。

此外，如果乳液在溶剂中的稀释度已被适当地调节，则校准曲线在宽浓度上是线性的，从而能够进行特别可靠的测量。

本发明的方法可特别地用于确定回收多孔材料块中烃的仿真实验期间得到的级分中烃的量。它也可用于确定采出液流中烃的量。

可借助根据本发明的设备使用本发明的方法。

参照图2，该设备可包括用于供应包含烃和水的组合物的装置1，其可例如包括手动的组合物供应设备；或用于从采出液流中或在回收多孔材料块中烃的仿真实验期间从回收级分中收集和取得样品的装置。

它还包括用于添加化学剂的装置7，其与化学剂罐相连接。

组合物供应装置1为第一室2(或乳化室)供料，其有利地配置有混合装置3。化学剂添加装置7可与第一室2相连接或可与第一室2上游的组合物供应装置1相连接。

在第一室2的出口处，配置有用于收集乳液样品的管路9，其配置有为第二室4(或溶解室)供料的取样装置。用于添加溶剂的装置8为第二室4或第二室4上游的用于收集乳液样品的管路9供料。第二室4有利地配置有混合装置(未示出)。

在第二室4的出口处，配置有用于收集溶液的管路10，其为用于测量溶液中烃的量的装置5(例如UV光谱仪)供料。计算机6允许获得测量和整个设备的任选控制。所述设备有利地配置有一系列阀门、排放装置和清洁装置，其并未示出。

实施例

以下实施例说明了本发明，但不限制本发明。

实施例1

将粘性原油P1(室温下为10000cP)以按重量计0.15％的浓度溶解于四氢呋喃(THF)中。在波长范围190至1100nm中确定吸收光谱。第二吸收峰出现在该计量所保留的波长408nm处。

将原油的THF溶液的范围制备成0.1wt％至0.3wt％的浓度范围。图1中，相对于浓度C_B绘制408nm处测量的吸光度A。吸光度随浓度线性变化(回归系数0.9989)。由此得到的等式A＝7.00119C_B(1)的线形成计量相关原油的校准。

研究了原油+THF混合物中水存在的影响。表1给出了由不存在水的情况下由以上等式(1)计算的吸光度相比，在水存在下吸光度A测量的结果。它表明吸光度测量受水影响不显著(＜3％)，因此等式(1)可用于计算原油的浓度。图1绘制了这些计算的代表性点(红色圆圈)。

表1

通过注射水+化学添加剂进行用于回收截留在多孔介质岩芯样品中的这种油的实验。将所产生的流体(原油+水)收集在级分收集器中。在每个收集管中预先放置质量为2g的0.4％苏打水溶液以限制原油粘附于管壁，并且有助于混合物的后续乳化。对整体进行称重。

收集流出物之后，对管进行称重并添加已知质量的0.4％苏打溶液。然后手动搅拌管并形成流体乳液。例如，表2中给出了几个管中收集的流出物的质量以及所添加苏打溶液的总量。然后从每个管中取出乳液级分并倒入包含四氢呋喃的新测试管中。然后再次对整体进行称重。搅拌后，得到透明溶液，通过UV光谱法在408nm处计量。借助图1的校准曲线(等式(1))计算原油的浓度。然后通过考虑苏打溶液和四氢呋喃的稀释系数来计算最初收集管中的沥青含量。

表2

实施例2

在190nm至1100nm之间的光谱中研究0.15wt％不是非常粘的原油P2(室温下为3cP)的四氢呋喃溶液。吸收峰出现在263nm，其吸光度接近1.9。

为了能够计量没有另外稀释的更浓缩的溶液，还通过测量在3个另外的波长：325、350和375nm处的吸光度进行校准。

原油的THF溶液的范围(其浓度在按重量计0.01％至1％中变化)导致了在所选择波长处的4个校准曲线。

表3给出了结果。

表3.

吸光度A随原油的浓度C_B线性变化：

A＝αC_B，其中C_B以重量％计(表4)。

波长(nm)	263	325	350	375
					α	12.186	3.494	2.1472	&.3037
回归系数	0.9986	0.9996	0.9994	0.9997

表4

263nm处的校准线的确可用于低于0.15％的浓度。对于较高含量，可使用另外的线，同时确保吸光度水平低于2。如果不是这种情况，应进行另外的稀释。

以水相/原油质量比10/1，制备了盐水(10g/lNaCl和4g/lNaOH)中原油的乳液用于各种样品。测量吸光度并与由表5中数据预测的吸光度进行比较。看出水的存在对烃浓度测量的干扰小于3％。

C wt/wt％	0.0468	0.0801	0.1577
				263nm处测量的A	0.58	1.0078	1.8895
计算的A	0.57	0.976	1.92

表5

《测量的》＝在水存在下；

《预测的》＝来自表4的数据。

实施例3

通过将沙与不是非常粘的原油P2的水乳液混合制备合成样品，其中原油浓度基于混合物为按重量计5.35％，并且水为2.15％。

取出两个样品并分散于THF中。搅拌后，将沙倾析掉并用前述方法在375nm波长处计量上清液。

在样品1中测量的浓度：5.48％

(基于混合物)。

在样品2中测量的浓度：5.43％

(基于混合物)。

固体的存在不干扰烃浓度的测量。

实施例4

以水相/原油质量比1∶1制备在具有35g/LNaCI和6g/LNaOH的盐水中的实施例2的不是非常粘的原油的乳液。向0.4g该乳液中添加1.2g蒸馏水。用40gTHF稀释得到均匀溶液。

325nm处计算的吸光度为1.677。测量的吸光度为1.722，与预测值非常一致。

通过用蒸馏水稀释乳液样品，因此可将所述方法用于其中水的电解质含量很高(通常大于20g/L)的体系。在这些盐度下，用THF直接稀释的确导致体系中的相的分离，并且不产生能够通过UV测量原油浓度的均匀溶液。

Claims (15)

1.一种用于确定包含烃和水的组合物中烃的量的方法，其包括：

-将化学剂添加到所述组合物中以形成水和烃的乳液，其中所述化学剂是包含碱、或一种或更多种表面活性剂化合物或其混合物的溶液；

-从所述乳液中取出样品并将该样品溶解于用于水和烃的常见溶剂中以形成溶液；

-通过UV光谱法测量所述溶液中烃的量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述化学剂是包含碱的溶液。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述化学剂是包含苏打的溶液。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述化学剂是包含一种或更多种表面活性剂化合物的溶液。

5.根据权利要求1所述的方法，其包括如下步骤：用蒸馏水稀释从所述乳液中取出的样品并将该样品溶解于用于水和烃的常见溶剂中以形成溶液。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述稀释低至水相的盐浓度小于或等于20g/l。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述用于水和烃的常见溶剂是四氢呋喃或二甲亚砜。

8.一种生产烃的方法，其包括：

-从包含烃的地下地层中提取和回收采出液流；

-对来源于所述采出液流的包含烃和水的组合物进行取样；

-根据权利要求1至7中任一项所述的方法确定所述组合物中烃的量。

9.一种烃的回收的仿真方法，其包括：

-提供包含烃的多孔材料块；

-将用于回收烃的试剂注入所述多孔材料块中；

-在所述多孔材料块的出口处回收一种或几种包含烃和水的级分；和

-根据权利要求1至7中任一项所述的方法确定每种级分中烃的量。

10.一种用于确定包含烃和水的组合物中烃的量的设备，其由上游至下游包括：

-用于供应包含烃和水的组合物的装置(1)，其为第一室(2)供料；

-用于将化学剂添加到所述组合物中的装置(7)，其中所述化学剂是包含碱、或一种或更多种表面活性剂化合物或其混合物的溶液，且适于形成水和烃的乳液，以及所述用于添加化学剂的装置(7)与所述第一室(2)相连接或与所述第一室(2)上游的所述用于供应组合物的装置(1)相连接；

-用于收集乳液样品的管路(9)，位于所述第一室(2)的出口处，其为第二室(4)供料；

-用于将用于水和烃的常见溶剂添加到所述乳液样品中的装置(8)，其为所述第二室(4)或所述第二室(4)上游的所述用于收集乳液样品的管路(9)供料，以形成溶液；

-用于收集溶液的管路(10)，位于所述第二室(4)的出口处；

-用于测量所述溶液中烃的量的、包括UV光谱仪的装置(5)，其中所述管路(10)为所述包括UV光谱仪的装置(5)供料。

11.根据权利要求10所述的设备，其中所述用于添加化学剂的装置(7)是用于添加包含碱的溶液的装置。

12.根据权利要求11所述的设备，其中所述用于添加化学剂的装置(7)是用于添加包含苏打的溶液的装置。

13.根据权利要求10所述的设备，其中所述用于添加化学剂的装置(7)是用于添加包含一种或更多种表面活性剂化合物的溶液的装置。

14.根据权利要求10所述的设备，其中所述用于添加用于水和烃的常见溶剂的装置(8)是用于添加四氢呋喃或二甲亚砜的装置。

15.根据权利要求10所述的设备，其包括适用于提供所述组合物的取样装置。