CN104271717A - 用于严寒气候的含水减阻剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包含聚(α烯烃)、冬季防冻剂和水的含水减阻剂。在该实施方案中，冬季防冻剂包含含水减阻剂的至少约30重量％。另外，水包含冬季防冻剂的量的小于约2.0倍。

Description

用于严寒气候的含水减阻剂
早期申请的交叉引用
本申请是要求标题为“用于严寒气候的含水减阻剂”的2012年2月2日提交的美国临时申请序列号61/594,156和2013年2月1日提交的美国申请序列号13/756,694的权益和优先权，其全部内容引入本文供参考。
关于联邦政府资助研究或开发的陈述
无
发明领域
本发明涉及用于严寒气候的含水减阻剂的形成。
发明背景
当由地下油层产生时，石油通常难以处理，在冷气候下特别如此。例如，通常链烷烃沉积和/或提高的粘度或倾点可能使泵送困难。类似地，处理困难通常继续存在于衍生自石油的液体如汽车用油、某些燃料和润滑油中。
因此，非水减阻剂配制剂通常用于这些极冷温度，但非水减阻剂的成本可能相当高。
美国专利6,100,221首先尝试通过使用晶体改进剂解决该问题。然而，晶体改进剂的使用导致减阻剂的粘度为大于5,000cP。这有效地使它们的专利不能用作减阻剂。
美国专利5,539,044是使用含水型体系解决昂贵非水减阻剂的最初专利之一。然而，至多30重量％醇的极限使该减阻剂不能在冷冻温度下流动。
美国专利申请2007/0205392尝试通过显示润湿剂的用量而改进美国专利5,539,044。通过限制润湿剂的量，便宜且常用增稠剂的使用是不可用的。需要能够在冷温度下操作，而不改变待流动的流体的粘度的含水减阻剂。公开内容简述
包含聚(α烯烃)、冬季防冻剂和水的含水减阻剂。在该实施方案中，冬季防冻剂包含含水减阻剂的至少约30重量％。另外，水包含冬季防冻剂的量的小于约2.0倍。
在又一实施方案中，教导了包含聚(α烯烃)、冬季防冻剂、添加剂包和水的含水减阻剂。在该实施方案中，冬季防冻剂包含含水减阻剂的至少约30重量％且水包含冬季防冻剂的量的小于约1.5倍。添加剂包能够降低包含聚(α烯烃)、冬季防冻剂和水的混合物的冰点。另外，在该实施方案中，含水减阻剂在冷冻温度下不会变成固体。
在又一实施方案中，教导了将包含冬季防冻剂、聚(α烯烃)和水的混合物混合以制备含水减阻剂的方法。在该实施方案中，水包含冬季防冻剂的重量计量的约2.0倍，且冬季防冻剂包含含水减阻剂的至少约30重量％。附图简述
对本发明及其优点的更完全理解可通过参考以下描述连同图标一起获得。
详述
在一个实施方案中，含水减阻剂通过将冬季防冻剂、水和聚(α烯烃)组合而形成。在该实施方案中，加入的水的量为含水减阻剂的至少20重量％。另外，含水减阻剂在冷冻温度下不形成冰晶。
冷冻温度通常称为其中如果在不存在冬季防冻剂下而制备的话，含水减阻剂会变成固体的温度。该温度通常为0℃。冬季防冻剂的添加可使含水减阻剂的冷冻温度延伸至低于-17℃、-40℃或者甚至-50℃。
本实施方案使用冬季防冻剂。冬季防冻剂的非限定性实例可包括醇、二醇、二元醇或二醇醚，包括通常包含羟基或多个羟基的那些。在非限定性实施方案中，这类醇、二醇、二元醇或二醇醚可选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇、二甘醇、二丙二醇、三甘醇、三丙二醇、丙二醇甲基醚、二丙二醇甲基醚、三丙二醇甲基醚、丙二醇丙基醚、二丙二醇丙基醚、三丙二醇丙基醚、丙二醇丁基醚、二丙二醇丁基醚、三丙二醇丁基醚、丙二醇苯基醚、二丙二醇二甲基醚、二甘醇乙基醚、二甘醇甲基醚、二甘醇丁基醚、二甘醇己基醚、乙二醇丙基醚、乙二醇丁基醚、乙二醇己基醚、三甘醇甲基醚、三甘醇乙基醚、三甘醇丁基醚、乙二醇苯基醚、乙二醇乙基醚、聚乙二醇、单糖、聚丙二醇，和聚丙二醇和聚乙二醇的共聚物，其混合物等。可使用的其它冬季防冻剂包括二甲亚砜、甘油等。在另一实施方案中，冬季防冻剂为上述冬季防冻剂中两种或更多种的混合物。
含水减阻剂可包含至少20重量％冬季防冻剂。在其它实施方案中，冬季防冻剂为含水减阻剂的至少30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％，甚至60重量％以上。在其它实施方案中，冬季防冻剂的上限可以为含水减阻剂的75重量％、70重量％、65重量％、60重量％，甚至55重量％。
水可以以冬季防冻剂的小于2.0倍重量计量存在于含水减阻剂中。在其它实施方案中，水可以冬季防冻剂的小于1.9、1.8、1.7、1.6、1.5，甚至1.4倍重量计量存在。
在一个实施方案中，聚(α烯烃)是可赋予阻力减少的任何已知的聚(α烯烃)。在一些实施方案中，聚(α烯烃)为通过使所选择的α烯烃单体或α烯烃单体组合聚合而形成的超高分子量聚α烯烃。超高分子量可意指数均分子量大于约1,000,000，在一些实施方案中，为约20,000,000至约35,000,000或更高的减阻剂。减阻剂的这一聚合可通过任何常规的已知方法进行。一些方法的实例包括溶液聚合，其中减阻剂借助非溶剂组分的添加而从溶液中沉淀，或者本体聚合，其中不包含溶剂。产生聚(α烯烃)的另一方法教导于美国专利5,539,044中，通过引用将其并入本文中。
本实施方案还可使用添加剂包。添加剂包可包含任何已知的添加剂如脂肪酸、缓冲剂、消泡剂、增稠剂或分配剂。在一个实施方案中，添加剂包可包含含水减阻剂的5-20重量％。在又一实施方案中，添加剂包可以是能够降低包含聚(α烯烃)、冬季防冻剂和水的混合物的冰点。
如先前所述，添加剂包还可使用任何已知的分配剂。分配剂的实例包括硬脂酸钙、氧化铝、滑石、粘土、磷酸三钙、硬脂酸镁、聚酐聚合物、位阻烷基酚氧化剂、石墨和各种硬脂酰胺。如果分配剂与烃流体相容，则含水减阻剂用于且应当与聚合物、悬浮流体和研磨助剂呈非反应性或者最小反应性的。
如先前所述，添加剂包还可包含脂肪酸蜡。该脂肪酸蜡可选自脂肪酸、脂肪酸盐、脂肪酸酯和脂肪酸酰胺。在一个非限定性实施方案中，这些包括硬脂酸的第1、2、12和13族(IUPAC标准计数法)金属盐；硬脂酸酰胺；和硬脂酸酯。这类可包括例如硬脂酸镁、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸铝、硬脂酸钠和硬脂酸钾，以及亚乙基双-硬脂酰胺、硬脂酰胺、乙二醇单硬脂酸酯、乙二醇二硬脂酸酯、丙二醇单硬脂酸酯、丙二醇二硬脂酸酯、甘油硬脂酸酯、甘油二硬脂酸酯、甘油三硬脂酸酯、二甘醇二硬脂酸酯、硬脂酸酐及其组合。如本文所用，“硬脂酸”和“硬脂酸酯”分别指包含多种碳链长度的脂肪酸和脂肪酸衍生物，条件是化合物满足蜡的定义，即在环境温度下是固体。它们可以为饱和或不饱和化合物。在一些非限定性实施方案中，可选自约C10至约C24的链长。在其它非限定实施方案中，可有效地选择约C18的碳链长度。
如先前所述，添加剂包还可包含表面活性剂。可使用任何已知的表面活性剂，特别是离子表面活性剂。合适离子表面活性剂的实例包括但不限于阴离子表面活性剂，例如烷基羧酸盐、烷基醚羧酸盐、烷基硫酸盐、烷基醚硫酸盐、烷基磺酸盐、α-烯烃磺酸盐、烷基醚硫酸盐、烷基磷酸盐和烷基醚磷酸盐。合适离子表面活性剂的实例还包括但不限于阳离子表面活性剂，例如烷基胺、烷基二胺、烷基醚胺、烷基季铵、二烷基季铵和酯季铵化合物。合适离子表面活性剂的实例还包括但不限于通常被认为是两性离子表面活性剂，在一些情况下称为两性表面活性剂的表面活性剂，例如烷基甜菜碱、烷基酰氨基甜菜碱、烷基酰氨基磺基甜菜碱、烷基咪唑啉、烷基胺氧化物和烷基季铵羧酸盐。两性表面活性剂为在特定pH范围内具有正电性结构部分和负电性结构部分(例如通常轻微酸性)，在特定pH范围内仅具有负电性结构部分(例如通常轻微碱性)和在不同pH范围下仅具有正电性结构部分(例如通常适度酸性)的一类表面活性剂，而两性离子表面活性剂的分子中具有永久正电性结构部分而不管pH以及在碱性pH下具有负电性结构部分。在一些实施方案中，表面活性剂为其化学结构中包含胺基团或季铵基团的阳离子、两性离子或两性表面活性剂(“胺官能表面活性剂”)。在另一实施方案中，表面活性剂为上述表面活性剂中两种或更多种的混合物，或者上述任一种表面活性剂或多种表面活性剂与一种或多种非离子表面活性剂的混合物。
在一个实施方案中，所用表面活性剂的量可以为含水减阻剂的0.01重量％至大于5重量％。在可选实施方案中，可预期所用表面活性剂的量为含水减阻剂的大于2重量％、大于3重量％，甚至大于5重量％。
在一个实施方案中，含水减阻剂的稳定性可通过提高水相的粘度而改进，但理想的是最终淤浆的粘度足够低以通过重力流入注射泵中以插入流动烃料流中。为提高淤浆的粘度，可使用一种或多种水溶性聚合物。这类合适水溶性聚合增稠剂的一些实例包括瓜尔豆胶、瓜尔豆胶衍生物、羟甲基纤维素、黄原酸胶、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、羟丙基纤维素、改性淀粉和多糖。加入的增稠剂可以为含水减阻剂的小于0.5重量％的任何量。在一个实施方案中，增稠剂以0.01-0.5重量％加入。
也可加入其它添加剂包成分，例如消泡剂、缓冲剂、脂肪酸、防腐剂、杀生物剂、杀真菌剂、除藻剂、防霉剂、腐蚀抑制剂、防垢剂、着色剂、染料及其混合物。在一些实施方案中，消泡剂可以以小于2重量％或者甚至1重量％的量存在。在其它实施方案中，脂肪酸和缓冲剂可以以1-3重量％的量存在。
在一个非限定性实施方案中，含水减阻剂的配置可以为：
表1
在一个实施方案中，将水、冬季防冻剂和聚(α烯烃)在环境温度下混合在一起。环境温度可描述为小于沸点温度。例如，环境温度为小于70℃、60℃、50℃、甚至小于40℃。
在一个实施方案中，含水减阻剂是冻融稳定的。冻融稳定性试验通常由将减阻剂冷冻，然后使它融化组成。在该冻融试验结束时，含水减阻剂应不具有物理特性或其作为减阻剂操作的能力方面的任何显著变化。
给出本发明某些实施方案的以下实施例。各实施例作为对本发明，本发明许多实施方案中的一个的解释给出，且以下实施例不应理解是限制或限定本发明的范围。
实施例1：悬浮液A
在一个实施方案中，制备含水减阻剂的程序通过将以下成分混合而制备。
表2
成分 范围
水 20-40重量％
脂肪酸 1-3重量％
缓冲剂 1-3重量％
冬季防冻剂 30-40重量％
消泡剂 <2重量％
增稠剂 <0.5重量％
聚(α烯烃) 10-30重量％
分配剂 2-15重量％
不同的冬季防冻剂用于悬浮液A中。表3列出所用不同的冬季防冻剂和冬季防冻剂的相关粘度。Fann粘度(高剪切粘度)以511S-1取得，布氏粘度(低剪切粘度)以30rpm取得。布氏粘度和Fann粘度的单位以cP表示。
表3
实施例2：悬浮液B
如表4所示，配制剂以变化的水:冬季防冻剂比产生。使用差示扫描量热法(DSC)测量水/二醇混合物和使用相同水/二醇混合物的减阻剂配制剂的冰点。这容许含水减阻剂中较低的冬季防冻剂比。这些配制剂各自是冻融稳定的。如下文所示，水:冬季防冻剂比可以为大于4.00、3.00、2.33、1.86、1.50、1.22、1.00、0.82或0.67。尽管未显示，它也可以为大于0.60或者甚至0.50。作为选择，水:冬季防冻剂比可以为先前提到的任何数字之间，例如4.00-0.50或者甚至4.00-0.60。
表4
最后，应当指出任何参考文献的讨论不是容许它是本发明的现有技术，尤其是可具有在本申请的优先权日期以后的申请日期的任何参考文献。同时，下文各个和每一个权利要求可因此作为本发明的其它实施方案并入该详细描述或说明书中。
尽管详细描述了本文所述体系和方法，应当理解可不偏离如以下权利要求书所定义的本发明精神和范围地作出各种变化、取代和改变。本领域技术人员可能能够研究优选的实施方案并确定实践本文中未明确描述的本发明的其它方法。发明人的意图是本发明的变化和等价物在权利要求书的范围内，同时说明书、摘要和附图不用于限制本发明的范围。本发明尤其意欲与以下权利要求和它们的等价物一样宽。

Claims (27)

1.含水减阻剂，其包含：
聚(α烯烃)；
冬季防冻剂，其包含含水减阻剂的至少约30重量％；和
水，其包含冬季防冻剂的重量计量的小于约2.0倍。
2.根据权利要求1的含水减阻剂，其中含水减阻剂在冷冻温度下不会变成固体。
3.根据权利要求1的含水减阻剂，其中将含水减阻剂在环境温度下混合在一起。
4.根据权利要求3的含水减阻剂，其中环境温度为小于70℃的温度。
5.根据权利要求1的含水减阻剂，其中冬季防冻剂包含含水减阻剂的至少约35重量％。
6.根据权利要求1的含水减阻剂，其中水包含冬季防冻剂的重量计量的小于约1.5倍。
7.根据权利要求1的含水减阻剂，其中冬季防冻剂为醇。
8.根据权利要求1的含水减阻剂，其中冬季防冻剂选自二甲亚砜、乙二醇、甘油或异丙醇。
9.根据权利要求1的含水减阻剂，其中冬季防冻剂选自聚乙二醇、聚丙二醇、乙二醇和丙二醇的共聚物及其组合。
10.根据权利要求1的含水减阻剂，其中含水减阻剂在-17℃下不变成固体。
11.根据权利要求1的含水减阻剂，其中含水减阻剂是冻融稳定的。
12.根据权利要求1的含水减阻剂，其中含水减阻剂包含添加剂包。
13.根据权利要求12的含水减阻剂，其中添加剂包降低含水减阻剂的冰点。
14.根据权利要求1的含水减阻剂，其中添加剂包包含分配剂。
15.根据权利要求14的含水减阻剂，其中添加剂包包含含水减阻剂的至少2重量％。
16.根据权利要求1的含水减阻剂，其中添加剂包包含增稠剂。
17.根据权利要求1的含水减阻剂，其中冬季防冻剂包含含水减阻剂的小于约70重量％。
18.含水减阻剂，其包含：
聚(α烯烃)；
冬季防冻剂，其包含含水减阻剂的约30重量％至约70重量％；
水，其包含冬季防冻剂的重量计量的小于约1.5倍；和
能够降低包含聚(α烯烃)、冬季防冻剂和水的混合物的冰点的添加剂包，且其中含水减阻剂在冷冻温度下不变成固体。
19.一种方法，其包括：
将包含冬季防冻剂、聚(α烯烃)和水的混合物混合以制备含水减阻剂；且其中水包含冬季防冻剂的重量计量的约2.0倍，且冬季防冻剂包含含水减阻剂的至少约30重量％。
20.根据权利要求19的方法，其中将混合物在小于70℃的环境温度下混合。
21.根据权利要求19的方法，其中冬季防冻剂包含含水减阻剂的至少30重量％。
22.根据权利要求19的方法，其中冬季防冻剂为醇。
23.根据权利要求19的方法，其中冬季防冻剂选自二甲亚砜、乙二醇、甘油或异丙醇。
24.根据权利要求19的含水减阻剂，其中冬季防冻剂选自聚乙二醇、聚丙二醇、乙二醇和丙二醇的共聚物及其组合。
25.根据权利要求19的方法，其中含水减阻剂是冻融稳定的。
26.根据权利要求19的方法，其中含水减阻剂包含添加剂包。
27.根据权利要求26的含水减阻剂，其中添加剂包包含含水减阻剂的约5重量％至约20重量％。
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