CN103502562A - 一种高压下在线测量和控制粘度的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于提高原油采收率的方法的设备，该方法通过注入粘度小于1000cps的水溶性聚合物和盐水的溶液实现，该设备包括：能够在线均匀混合所述溶液的混合器，优选为静态混合器；通过在恒定流量下测量定标管中的压力降，在压强为50-250巴、温度为≤120℃且优选为40-120℃下，在溶液注入泵的下游，能够连续地测量均匀混合的溶液的粘度的装置。
Description
本发明的目的是一种高压下在线测量和控制粘度的设备。
技术领域
不同的石油生产方法可以适当地被采用。这些方法主要包括：
初级生产与通过储层内部的压力自发的生产石油有关；
次级生产中储层内部的压力通过注入水维持；以及
三级生产由不同的提高采收率的方法组成。
根据所需的投资（capex）和运营的成本（opex）的函数选择合适的方法，该投资和成本本身与石油的种类、储层的种类和原油的粘度有关。
众多应用于提高油田的原油采收率（enhanced oil recovery）的方法有其各自的优点。在这些方法中，特别地列举以下方法：
-回注生产的气体；
-基于额外的固定的目的注入二氧化碳，同时又避免温室效应；
-注入不同的溶剂；
-蒸汽加热重油；
-对酸性原油注入碱；
-注入表面活性剂；
-原位注氧燃烧；
-有生物表面活性剂形成的生物法；
-电场扩散方法等。
最简单和有效的方法之一包括注入粘性的水溶液。
通过溶解水溶性的聚合物使得该溶液具有粘性，且特别地为聚丙烯酰胺、黄原胶，且更有趣地为瓜尔胶或纤维素醚类。
由于聚丙烯酰胺具有很高的抗生物降解性，其构成优选的添加剂，而黄原胶则需要使用大剂量的有毒杀菌剂，且优选为甲醛。
通常，通过注入聚合物提高原油采收率的方法主要包括：
在水中或不含氧的盐水（防止降解）中例如以5-20g/L的高浓度溶解聚丙烯酰胺，该聚丙烯酰胺以粉剂或者乳液的形式投递；
向水或盐水注入管道中注入上述母液，然后视情况将得到的混合物注入油井中。
特定的目的是在注入水溶性的聚合物溶液的过程中维持恒定的粘度，这样储层能有效的保持湿润。
目前，如何准确地连续地在线测量母液的粘度是已知的，特别是利用布氏粘度计（Brookfield viscometres）。即使溶液具有高粘度和一定程度的不均匀性该测量也可行，特别地，一方面是由于测量扭曲气泡(measurement-distorting gas bubbles)的存在，以及另一方面是由于相同浓度与盐度的函数的条件下粘度的变化。
工业生产中固有的流量和盐度的变化使得测量注入物的粘度显得必要。
为了防止因对溶液快速降压而产生的机械降解在API（美国石油组织）条件下通过使用样品执行上述过程。
然而，就申请人所了解的，当在提高原油采收率的过程中管道中的压强一般在50-250巴之间变化时，目前还不存在在注入时测量粘度的装置。
现有技术中的粘度计包含：
在大气压下运作的福特杯（FORD cup）或蔡恩杯（ZAHN cup）粘度计、稠度计、落球粘度计；
布氏旋转式粘度计，该粘度计可以在线应用，但是考虑到当压强高于一定值时，该粘度计就会存在机械变形现象而扭曲测量。该粘度计可用于高达50巴的压强，而且例外地，用于高达70巴的压强；
考虑到非牛顿性溶液的剪切应力常提供紊乱的结果，振动式粘度计上升至稍微偏高的压强下时，不能与实验室内用布氏粘度计测量的结果相符；
摆动活塞式粘度计，具有与振动式粘度计相同的特性；
毛细管粘度计，是一种测量低速率因而低剪切应力的不连续装置。仅有布式粘度计允许外推法得到相似的粘度尽管具有较高的剪切应力。
文件US2009/0090504和US4821564描述了一种通过测量注入溶液的压力降测定粘度的设备。然而，由于该设备是测量注入泵的上游的粘度，因此这些设备并不是设计在注入压强下应用而是用于远小于50巴的压强下。
本发明要解决的问题是改善在50-250巴的高压强条件下用于在线测量小于1000cps的粘度的设备，该测量结果能够与在实验室用布氏粘度计测量的结果相符，所测得的粘度就是公知的“屈服粘度(Yield Viscosity)”。
发明内容
申请人开发了一种设备或者一套器材，只要满足以下两个条件，该设备或器材可以被用于在注入泵的下游连续地测量注入溶液的粘度：
聚合物溶液有合适的均匀性。确实，要将1重量份的高粘性的母液与9重量份的盐水在流量为4-100m3/h、流速为2-5m/s的注入管中混合是相当难的。对于现有技术中提及的大多数溶液，在经过数千米的管道和数千米的注入管后，均匀性只是部分地在注入物的表面获得；
该提供粘度的装置能外推出屈服粘度，该装置具有低的剪切应力和允许在极其高的压强下进行测量，也就是说压强高达250巴下，该装置由能够在注入温度下（40-120℃）耐腐蚀的材料组成。
更特别地是，本发明提供了一种用于提高原油采收率的方法的设备，该方法通过注入粘度小于1000cps的水溶性聚合物和盐水的溶液实现，该设备包括：
能够在线均匀混合所述溶液的混合器，优选为静态混合器；
通过在恒定流量下测量定标管中的压力降，在压强为50-250巴、温度≤120℃且优选为40-120℃下，在溶液注入泵的下游，能够连续地测量均匀混合的溶液的粘度的装置。
在本发明的设备中，在混合母液和盐水后，结合上述混合和测量的装置，可以在高压下（实践中为50-250巴）得到符合要求的、可靠的测量粘度。
所述静态混合器是在注入压强下、测量粘度前专门用于均匀化聚合物溶液。
混合器
通过混合均匀化溶液需要一种专门设计的混合器，该混合器在混合溶液的同时，可以减弱聚合物的机械降解，该混合器为极其剪切敏感性的。
所述混合器优选安置在注入泵的下游，但是显然安置于所述仪器的上游能够测量注入溶液的粘度。
例如可以应用含有具有低剪切应力的转子的动态混合器，由此母液就能混于盐水中。经验表明，转子的转速在大多数情况下不允许超过6m/s，这可以通过低流速和高流量的离心泵实现。然而，由于滞留时间短，导致需要使用多个泵串联或者多室泵。虽然技术上是可能的，但是对于在高流量或高压下的花费是经济上不可行的。
在一个优选的实施方式中，所述混合器为静态混合器，该静态混合器的型号与以下公司市售的相同，公司为苏尔寿化工技术25有限公司-苏尔寿大街48号-CH8404温特图尔-欧洲瑞士（Sulzer Chemtech25Ltd-Sulzer-Allee48-CH8404Winterthur-Switzerland for Europe）以及凯尼斯公司（Kenics），凯米尼尔公司（Chemineer Inc.）的125旗舰驱动（125Flagship Drive）位于北安德沃（North Andover）MA01845美国（MA01845USA）。所述静态混合器优选为与文件EP1437173中专门描述的型号相同，即由苏尔寿公司旗下出售的名为SMX和SMV系列。有关静态混合器在提高原油采收率的方法中的应用在文件FR2922256中有专门的描述。
优选地，所述静态混合器包括至少一个具有网状的工作结构的单一的混合组件。每个具有特殊的网状的工作结构的混合组件包括能够在外部包围着混合组件自身的圆柱体。该混合组件的直径是多样的，而且可以与其产生的压力降的函数相适应。在优选情况下，该静态混合器产生的压力降为1-5巴，更优选为2-3巴。
所述静态混合器优选地包括10-50个混合组件，更优选地包括20-30个混合组件，该混合组件的直径优选约为10mm。
在本发明的一种优选的实施方式中，所述静态混合器中的所述水溶性聚合物的注入溶液的流速为1-5m/s，而且优选为3m/s。
能够测量粘度的装置
所述能够测量粘度的装置包括：
泵，该泵的流量通过变速器或调节阀控制；
产生压力降的定标管；
精度科里奥利效应质量流量计，该流量计具有椭圆齿轮或低电磁精度；
高精度的压差测量计，该测量计的测量范围为0-10巴，而且耐腐蚀和管线压力；
选择性地包含具有例如10微米的网孔的复式过滤器，由此就可以除去可能阻塞泵或椭圆齿轮流量计的悬浮物；
选择性地包括主管线的脉冲采集器。
优选地，所述能够测量粘度的装置被设置于注入溶液流经的主管道的支路。样品是直接在高压下从主管道中采取，再在高压下重新注入上述管道。
优选地，所述泵为容积泵，如此便可连接精度流量计和变速器。但是当压强较低（小于100巴）时所述泵也可以是离心泵，由此便可连接流量计和调节阀。优选情况下，所述泵设置于所述管道的上游，实践中，该泵的流量例如为20L/h。
所述泵、定标管、流量计、压差测量仪、变速器、调节阀和任何脉冲采集器能够抗250巴的压力。而且优选由选自以下组中的材料制成：
奥氏体-铁素体钢材，而且该奥氏体-铁素体钢材优选含有24-26重量%的铬和6-8重量%的镍；
超合金（如哈氏合金（Hastelloy）），该超合金主要含有镍以及多种金属，如铬、镁、铁和钛。
这些材料使得该设备可以应用于本领域中所有盐水组合物。
实践中，所述定标管至少部分地为线圈的形状。
在一种优选的实施方式中，所述定标管的测量长度为20米，内径为10mm，外壁厚度为4mm。本领域的技术人员可以改变定标管的尺寸规格，只要该尺寸规格使得压差测量计能够测量足够的压力降即可。
通常，在减弱聚合物的剪切应力时该能够测量粘度的装置可以被用于测量压力降。
本发明的设备可以测定的粘度为1-1000cps，优选为5-100cps。
当所述静态（注入）压强≤250巴时，所述压差测量计可以被用于在低于2巴的定标管中测量压力降。通常，由所述定标管产生的压力降为0.01-2巴。正如已经描述的，本领域的技术人员知道怎样根据压力降来调整所述定标管的尺寸规格。
根据本发明，在高压下测量定标管中的所述压力降可以外推出相应的水溶性聚合物溶液的粘度，该粘度是用布氏粘度计在大气压下于相同的浓度和盐度条件下测量得到的。就如之前提到的，该溶液的粘度在低的剪切应力下能够被外推为屈服粘度。
为了得到正确的相关性，所述定标管具有低的剪切速率尤为重要，并且，该剪切速率要与广泛应用于水溶性聚合物产业和提高原油采收率设备的申请中的布氏粘度计检测的一致。
更具体地，所述定标管的剪切速率优选为10-500s-1，更优选为50-200s-1。
所述定标管中的剪切速率被认为较低，这也是由于在高压下所述定标管中的液体流速低导致的。
文件US3548638公开了一种能够在高压高温下测量液体的粘度的装置，该装置特别是针对具有通常不低于1百万cps的高粘度的液体而引进的。所测量的压力降接近150巴，并且所测量的液体将通过小直径的截面。这导致非常高的剪切速率（远高于10000s-1），从而使得这种类型的装置的应用与提高原油采收率的设备完全不相容，该提高原油采收率的设备可连续地测量粘度。其实，在提高原油采收率技术中常用的丙烯酰胺聚合物将在这样的剪切应力下被严重碎裂，致使所有粘度的测量完全错误。
所述脉冲收集器优选位于所述设备的泵的下游。所述泵的上游是所述复式过滤器。所述泵和复式过滤器优选安置于所述主管道的支路。
所述设备可以通过两个阀门与主管道隔开。
本发明还涉及了一种在注入泵的下游采用在高压下连续地测量水溶性聚合物的水溶液的粘度的方法提高原油采收率的方法，该高压为50-250巴。优选应用于测量对应于定标管中的压力降的压力降。该压力降与用布氏粘度计在大气压强下于相同的浓度和盐度条件下测量的溶液的相应粘度相关。该方法中应用如上文所描述的设备。
本发明的其他特征和优点将在随后的提供的附图和实施方式中详细描述，但只说明本发明而不能限制本发明。
附图说明
图1是根据本发明的设备，特别地包括支路，该支路设置于管道上用于向提高原油采收率的设备中添加水溶性聚合物。
图2是关于测得的水溶性聚合物的溶液的压力降和粘度的函数。
具体实施方式
本发明的设备是特别构造的，因此可以在高井压下使用，该设备具有较低的测量速度以被外推为布氏粘度（屈服粘度），其所用材料可以在注入条件下耐腐蚀。
为了注入提前用注入盐水（3）稀释过的母液（2），该设备在主管道（1）上特别地包括：
静态混合器（4）（购自苏尔寿公司旗下的名为SMX或SMV系列），包括25个组件。
主管道（1）旁边设有：
容积泵（5）（也可以是离心泵），该泵具有低的流量为20L/h，由双相钢（Super Duplex）或哈氏合金制造；
由双相钢制造的定标管（6），该定标管能耐250巴的压强，内径为10mm，外壁厚度为4mm，长20m；
由双相钢制造的精度的科里奥利效应质量流量计（7），该流量计具有椭圆齿轮或低电磁精度；
用于根据需求流量调节速度的变速器（8）；
高精度的压差测量计（9），该测量计的测量范围为0-10巴，且耐腐蚀和管线压强；
具有例如10微米的网孔的复式过滤器（10），由此就可以除去可能阻塞泵或椭圆齿轮流量计的悬浮物；以及
主管道的脉冲采集器（11）。
为了装满该设备，溶液的取样是从注入管道的中部取，以便还能将取出的样品重新注入同一根管道中。实际上这是一个不与大气相通的连续的设备。
该设备的测量结果与布氏粘度计测量的不同聚合物溶液的不同粘度的对比曲线如图2所示。更具体地，该结果显示观察到的压力降与丙烯酰胺/丙烯酸共聚物（摩尔比70：30）的超低粘度的函数，该共聚物的剪切速率为60s-1，且在温度为20℃下溶于含有5000ppm的NaCl的盐水中。该超低粘度是由布氏粘度计（LV型6rpm）测定。
在上述条件下，测得的压力降与粘度之间非常相关，这使得以下成为可能：
记录注入溶液的粘度；
改善母液的流量以此来控制容积泵中的流量从而维持溶液的所需的粘度。
本发明的设备可以测定的粘度的范围为1-1000cps，优选为5-100cps。
本领域的技术人员可以根据不同的条件或目的来调试本发明的设备。
例如可以进行如下调试：
增加定标管的长度以增加测量的准确度；
增大流量以在低粘度下增加精度；
减少用于如高粘性的原油的高粘性溶液的流量；
改变泵的流量和定标管的直径等。
Claims (15)
1.一种用于提高原油采收率的方法的设备，该方法通过注入粘度小于1000cps的水溶性聚合物和盐水的溶液实现，该设备包括：
能够在线均匀混合所述溶液的混合器，优选为静态混合器；
通过在恒定流量下测量定标管中的压力降，在压强为50-250巴、温度≤120℃且优选为40-120℃下，在溶液注入泵的下游，能够连续地测量均匀混合的溶液的粘度的装置。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在所述定标管中的剪切速率为10-500s-1，优选为50-200s-1。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述混合器为静态混合器，该静态混合器包含至少一个具有网状的工作结构的单一的混合组件。
4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述静态混合器包含10-50个混合组件，而且优选为20-30个混合组件，该混合组件的直径优选为约10mm。
5.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述静态混合器中的所述水溶性聚合物注入溶液的流速为1-5m/s，而且优选为3m/s。
6.根据权利要求2-4中任意一项所述的设备，其特征在于，所述静态混合器中的所述压力降为1-5巴，而且优选为2-3巴。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的设备，其特征在于，能够测量粘度的装置包括：
泵，该泵的流量通过变速器或调节阀控制；
产生压力降的定标管；
精度科里奥利效应质量流量计，该流量计具有椭圆齿轮或低电磁精度；
高精度的压差测量计，该测量计的测量范围为0-10巴，且耐腐蚀和管线压力。
8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述能够测量粘度的装置还包括：
具有网孔的复式过滤器，该网孔优选为10微米，由此能够除去会阻塞泵或椭圆齿轮流量计的悬浮物；
主管线的脉冲采集器。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的设备，其特征在于，该能够测量粘度的装置被设置于注入溶液流经的主管道的支路。
10.根据权利要求6-8中任意一项所述的设备，其特征在于，所述泵、管、流量计、压差测量计、变速器、调节阀和任何脉冲采集器能够抗250巴的压力，而且优选由选自以下组中的材料制成：
奥氏体-铁素体钢材，而且该奥氏体-铁素体钢材优选含有24-26重量%的铬和6-8重量%的镍；
超合金（哈氏合金），该超合金主要含有镍以及多种金属，如铬、镁、铁和钛。
11.根据权利要求6-9中任意一项所述的设备，其特征在于，所述泵为容积泵，该容积泵的流量通过连接有变速器的流量计控制。
12.根据权利要求6-9中任意一项所述的设备，其特征在于，所述泵为离心泵，该离心泵的流量通过连接有调节阀的流量计控制。
13.根据权利要求6-11中任意一项所述的设备，其特征在于，所述定标管的测量长度为20米，内径为10mm，外壁厚度为4mm。
14.根据权利要求6-12中任意一项所述的设备，其特征在于，在所述定标管中测量的压力降能够外推出相应的水溶性聚合物溶液的粘度，该粘度是在大气压强下用布氏粘度计于相同的浓度和盐度条件下测量的。
15.在注入泵下游采用形成权利要求1-13中的一项的主题的设备提高原油采收率的方法中，在高压下连续地测量水溶性聚合物的水溶液的粘度的方法，该高压为50-250巴，而且具体地，对应于定标管中的压力降的压力降的测量方法，压力降能够与用布氏粘度计在大气压强下于相同的浓度和盐度条件下测量的溶液的相应粘度相关。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |