CN107614656A - 用于使聚合物胶乳反相的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本文中公开稀释包含约10‑80wt％的水溶性聚合物的w/o胶乳的反相系统和方法。使用本文中所描述的所述反相系统和方法，在单个步骤中进行w/o胶乳的稀释以形成具有10,000ppm或更低聚合物的稀释胶乳；所述稀释胶乳在不进一步添加混合力或水的情况下形成聚合物溶液。使用本发明的所述系统和方法获得的所述聚合物溶液的溶液粘度是在不存在剪切力的情况下所预期的溶液粘度的至少约80％。

Description

用于使聚合物胶乳反相的设备和方法
相关申请的交叉引用
本申请主张2015年5月13日提交的美国专利申请第62/160,700号的优先权，所述美国专利申请的揭示内容以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及用于使油包水聚合物胶乳快速反相以形成用于强化采油的聚合物驱溶液的设备及方法。
背景技术
原油开发和生产可包含高达三个不同的阶段：一次、二次和三次(或提高)采收。在一次采收期间，油层的自然压力或重力与将油带到表面的人工提升技术(如泵)组合来推动油进入井筒。但是在一次采收期间通常仅产生约10％的油层的原地原始油。二次采收技术大体上通过注入水或气体以置换油并且推动油进入生产井筒来延长油田的产油期，导致采收20％到40％的原地原始油。
强化采油或EOR是包含用于增加可从地下岩层(例如油田)提取的原油的量的技术的通称。EOR技术提供对最终产生30％到60％或更多的油层的原地原始油的前景。有了这些技术，聚合物驱尤其有用。聚合物驱通常通过将所选聚合物溶解于水中，并且将聚合物溶液注入油层中来完成。
然而，由于溶液中的聚合物的目标浓度通常为约10,000ppm(1wt％)或更低，所以目标浓度下的运输不是经济有效的。在的情况下，运输干燥聚合物虽然经济有效，但有时对于油田使用并不有利，这是由于难以将油田中的干燥聚合物彻底地水合。为了解决这些问题，已经研发出各种调配物来允许经济可行的运输及存储。还已开发专用方法来将调配物转化成油田中的完全水合的聚合物的使用浓度。
传统上用于EOR的有机聚合物包含：水溶性聚合物，例如聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、其共聚物及这些与丙烯酰胺基甲基丙烷磺酸的共聚物；铵官能单体，例如DADMAC(N,N'-二烯丙基-N,N'-二甲基氯化铵)以及其疏水改性的形式，还被称为缔合聚合物或缔合增稠剂。缔合增稠剂通常包含约1摩尔％或更低的疏水性单体，例如C8-C16直链或支链丙烯酸酯或丙烯酰胺的N-烷基加合物。针对EOR最常用的聚合物是70摩尔％丙烯酰胺及30摩尔％丙烯酸的共聚物。
EOR聚合物可以粉末、以例如20wt％聚丙烯酰胺凝胶的浓缩物，或在油包水(w/o)胶乳的水相中递送。在这些形式中，油包水胶乳具有可以在油田中容易操控的液体形式递送的优点，因为胶乳粘度低于相当wt％聚合物的水溶液的粘度。通常，此类胶乳包含约10-80wt％的聚合物固体，但具有低于约2000cP的胶乳粘度。由于易用性及相对简单的设备需求，胶乳聚合物在海上应用及其它相对分离的操作中使用是有利的。
通过以下来针对EOR调配商用w/o胶乳：将单体溶解于高固体水溶液中形成水相，将烃溶剂与具有约2到8的亲水亲油平衡(HLB)的表面活性剂混合形成油相，使用产生油包水乳液或胶乳的技术混合两个相，及经由自由基偶氮或氧化还原机制聚合所述单体。在完成聚合之后，在添加水时较高HLB表面活性剂(HLB>8)通常作为去稳定剂添加以有助于胶乳反相。“反相”是EOR技术领域中用以描述使用水源稀释w/o胶乳，使得乳胶不稳定且浓缩的聚合物颗粒稍后溶解成全流体力学体积及最大溶液粘度的术语。
在EOR应用中，油田操作员的目标是实现w/o胶乳的连续反相及水合以在注入混合物到达油层岩面之前达到目标聚合物溶液浓度。在海上EOR应用中，聚合物和注入水的顶侧混合与注入到储集岩中之间的运送时间可以在约5分钟到约180分钟范围内。在此类应用中，管线中的聚合物溶液的最终目标浓度是约500到10,000ppm(0.05-1wt％)。然而，在低于1wt％的浓度下常规胶乳的反相是有问题的。存在w/o胶乳聚合物在约1wt％聚合物或更高的目标浓度下更高效地反相的浓度效应。这在高温条件、高总溶解固体条件或两个此类条件下尤其如此。当典型阴离子乳胶聚合物在自来水中在1000ppm下反相时，例如，即使在实验室中搅拌几个小时之后也无法达到全溶液粘度。实际工业条件对于在5到180分钟时间范围内达到1wt％或更低的全反相及水合聚合物溶液的目标浓度更不利。
此外，越来越需要将聚合物驱置于油层中遇到的具有挑战性的条件下，其中由聚合物接触的环境或生成水源包含高总溶解固体，例如高达约30wt％的总溶解固体。另一需要是处理在高温(例如60℃到200℃)下存在可用水源的油层。在一些情况下，环境或生成水源都是高总固体且存在于高温下。油田操作员很大程度上更喜欢使用环境或生成水源而不是纯化水源。然而，使用这类水源导致难以将高分子量聚合物分散到使用浓度。这类水源中的w/o胶乳的反相可导致缓慢反相时间和/或需要多阶段稀释和混合程序；一旦胶乳与稀释的水环境接触或在其之后，还可导致聚合物的凝固、沉淀，或总相分离。此不稳定性的结果导致油田中的设备堵塞并且不能完成在油层内的移动性控制。这些问题基本上仍未由针对油田中的w/o胶乳的反相开发的常规方法和设备解决。因此，需要解决在油田条件中的w/o胶乳的反相，其中使用水源具有高总溶解固体，所述使用水源存在于高温下，或两种情况。
美国专利第8,383,560号描述被设计成利用与乳胶聚合物反相的浓度效应的两步反相设备。在第一步骤中，w/o聚合物胶乳利用在设备入口与出口之间具有至少2巴的压降的第一静态混合器稀释以得到具有约5000ppm到20,000ppm聚合物固体的聚合物溶液。与压降相关联的剪切力促进w/o胶乳在水中分散成细小液滴。这些液滴借助于表面活性剂接着继续将聚合物颗粒释放到水中。在充足停留时间之后的第二步骤中，部分稀释的胶乳与第二水流组合并且应用于在入口与出口之间具有至少1巴的压降的第二静态混合器。这产生了具有在500与3000ppm之间，实际上1000与2000ppm之间的聚合物固体的聚合物溶液。然而，此类两步反相设备又需要相对大的设备占据面积。
因此，行业中需要开发用于EOR应用的装置，其中w/o胶乳反相在受限空间及/或设备重量容限的条件下进行。行业中需要提供用于在单个步骤中实现w/o胶乳反相的装置。行业中需要反相设备能够在180分钟或更少的总时间内实现连续反相及水合。行业中需要在恶劣条件(例如使用具有高温、高总溶解固体或两个的水源)下实现单步反相过程。
发明内容
本文中所描述的是反相装置及包括一或多个反相装置的反相系统，其中反相装置和反相方法可在约5分钟或更短时间内有效地实现具有约10-80wt％聚合物固体及约2-5wt％的表面活性剂(具有至少约14的亲水性/亲油性平衡(HLB))的w/o胶乳的连续或分批反相，以得到具有不到约10,000ppm聚合物固体的稀释胶乳。稀释胶乳在后续水合期之后形成聚合物溶液，其中聚合物溶液的特征在于基本上不存在凝胶颗粒，如在通过具有5μm孔径的过滤器使用具有1000ppm聚合物的聚合物溶液或稀释胶乳的过滤的行业标准方法测量时由约1.5或更低的过滤商(或过滤比)确定。在一些实施例中，本发明的反相方法的特征在于进行w/o胶乳的单个稀释步骤以得到10,000ppm或更低的聚合物溶液。
本发明的反相系统包含直列式或旁路安装的反相装置，所述反相装置被设计成且适用于在装置的入口与出口之间提供约2-150psi的压差(或压降)。在一些实施例中，反相装置是静态混合器或混合泵。在一些实施例中，反相装置的特征在于不具有混合元件，例如叶片、轮叶、桨叶以及类似物，例如常规的动态或静态混合器的可操作性所需要的那些元件。在一些实施例中，反相装置包括以下，基本上由以下组成，或由以下组成：如描述于美国专利第7,550,060号、第7,785,442号及第7,938,934号中的装置，所述专利的内容以全文引用的方式并入本文中。在实施例中，反相装置包括具有第一入口及第一出口的第一管道；具有第二入口及第二出口的第二管道，其中所述第一管道固定到所述第二管道且横穿所述第二管道；及具有入口及出口的腔室，其中所述第二管道固定到所述腔室且其中所述第一管道出口及所述第二管道出口与所述腔室入口流体连通，其中所述装置适用于在装置的第二管道入口与腔室出口之间提供约2-150psi的压降，且其中组合是在腔室中完成。
反相系统包括至少一个反相装置。在一些实施例中，反相系统的特征在于具有单个反相装置且不具有其它混合装置。在一些实施例中，反相系统包括单个反相装置，所述反相装置的特征在于不具有选自静态混合器及泵的混合元件及一或多个额外混合装置。在一些实施例中，反相系统进一步包括定位于反相装置的上游或下游的过程基础结构的一或多个元件。在一些此类实施例中，过程基础结构元件与反相装置流体连通。在一些实施例中，过程基础结构元件赋予涉及一或多个反相过程的额外混合能量。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的反相装置的侧面正视图。
图2是图1的装置的俯视图。
图3是图1的装置的第一管道的侧面正视图。
图4是图1的装置的接头的侧面正视图。
图5是本发明的反相装置的第一管道、第二管道、腔室及接头的分解侧面正视图。
图6A是反相装置的示意性图解。
图6B是图6A的反相装置的示意性截面图解。
图6C是图6A及6B的反相装置的三维图解。
图7是反相装置的示意性图示。
图8是根据本发明的实施例的用于反相胶乳的系统的示意性图解。
图9是根据本发明的实施例的用于使胶乳反相的另一系统的示意性图解。
具体实施方式
定义
如本文中所使用，术语“水源”意指包括以下，基本上由以下组成，或由以下组成的水的源：淡水、去离子水、蒸馏水、生成水、城市用水、废水(如径流水或城市废水，处理或部分处理的废水)、井水、半咸水、“灰水”、海水，或如上下文所确定的两种或更多种这类水源的组合。在一些实施例中，水源包含一或多种盐、离子、缓冲液、酸、碱、表面活性剂，或其它溶解、分散或乳化的化合物、材料、组分或其组合。在一些实施例中，水源包含约0-30wt％总溶解非聚合固体。术语“水性”、“水基”或“水溶液”大体上是指包含本文中所列出的水源的组合物。大体上和如通过上下文确定，术语“水源”包含高总溶解固体水源、高温水源和既是高总溶解固体又是高温水源的水源。
如本文中所使用，术语“高温”意指约60℃到200℃，如通过上下文指定或确定。
如本文中所使用，术语“高总溶解固体”是指具有至少0.5wt％非聚合固体溶解在其中，并且在实施例中高达约30wt％非聚合固体溶解在其中的水源。一般来说，“盐水”或“盐度”是指其中一部分，在一些实施例中相当大部分总溶解固体是盐的水源，如通过上下文确定。
如本文中所使用，术语“混合元件”意味着静态混合器内的意图阻断层流并使得在静态混合器内混合的挡扳元件，例如板、螺旋、轮叶、桨叶或叶片；或例如使螺旋混合器、行星式及双行星式混合器、细胞破裂器、叶轮以及类似物旋转或共旋的动态混合器的轮叶、桨叶、叶片、螺旋元件或其它元件。
如本文中所使用，术语“胶乳”，包含“油包水胶乳”、“聚合物胶乳”、“w/o胶乳”或“反乳液聚合物”及相关术语意指连续油相内的不连续的内部水相，其中所述水相包含以胶乳的约10-80wt％存在的至少一种水溶性聚合物。水溶性聚合物的特征在于具有大部分(即，超过50摩尔％)的重复单元，所述重复单元来源于一或多个水溶性单体，例如丙烯酰胺、丙烯酸或其盐、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸或其盐、二烯丙基二甲基卤化铵，或另一水溶性单体。在一些实施例中，水溶性聚合物进一步包含微量(例如不到约10wt％)的来源于一或多个水不溶性单体的重复单元。在一些实施例中，胶乳是可逆胶乳。
如本文中所使用，术语“可逆胶乳”意味着其中将具有约14或更大的HLB的表面活性剂进一步添加到聚合物胶乳以促进反相的w/o胶乳。在一些实施例中，可逆胶乳包含按胶乳的重量计约2.5-5wt％的具有约14或更大的HLB的表面活性剂。
如本文中所使用，术语“反相时间”或相关术语意味着水源与w/o胶乳的接触与稍后形成稀释胶乳之间的时间。
如本文中所使用，术语“稀释胶乳”或相关术语意味着以提供约10,000ppm(1wt％)或更低的水溶性聚合物的量呈细小液滴形式完全分散于水源中的w/o胶乳。
如本文中所使用，动词“稀释”或“反相”意味着将足够量的水源添加到胶乳以提供稀释胶乳。
如本文中所使用，术语“水合”是指包含借助于表面活性剂将稀释胶乳油相螯合成胶束，将聚合物颗粒释放到水中，使聚合物膨胀以形成水凝胶颗粒，以及使水凝胶分成个体聚合物链的过程。
如本文中所使用，术语“水合期”是指形成稀释胶乳与得到聚合物溶液之间的时间段。在一些实施例中，水合期的特征在于不具有混合操作。
如本文中所使用，术语“聚合物溶液”意味着其中当通过具有5μm孔径的过滤器使用用于过滤具有1000ppm聚合物的稀释胶乳或聚合物溶液的行业标准方法测量时过滤比(FR)测试得到约1.5或更小的值的稀释胶乳。在一些实施例中，聚合物溶液表征为已经达到其最大粘度。在一些实施例中，通过将胶乳与水源接触以形成稀释胶乳以及允许稀释胶乳在水合期内保持接触来得到聚合物溶液。
如本文中所使用，术语“任选的”或“任选地”意指随后描述的组分、事件或情况可以但是不必存在或出现。因此说明书公开和包含其中事件或情况出现的情形和其中不出现的情形，或其中所描述的组分存在的情形和其中不存在的情形。
如本文中所使用，在描述本公开的实施例中采用的修饰例如在组合物中的成分的量、浓度、体积、温度、时间、产量、流动速率、压力以及类似值，和其范围的术语“约”，是指可例如通过用于制得化合物、组合物、浓缩物或使用调配物的典型测量和处置程序；通过在这些程序中的无心之失；通过用于进行所述方法的起始材料或成分的制造、来源或纯度的差异，通过标准操作机器错误，和类似接近考虑可能出现的数字数量的变化。术语“约”还涵盖由于调配物的老化而与具体起始浓度或混合物不同的量，和由于混合或处理调配物而与具体起始浓度或混合物不同的量。其中由术语“约”修饰的所附权利要求包含根据此定义的同等物。此外，除非上下文具体限制，否则在“约”用于描述值的范围(例如“约1到5”)的情况下，所述叙述意指“1到5”和“约1到约5”和“1到约5”和“约1到5”。
如本文中所使用，术语“大体上”意指“基本上由组成”，如所述术语在美国专利法中被解释，并且包含“由……组成”，如所述术语在美国专利法中被解释。举例来说，“大体上不含”指定化合物或材料的溶液可不含所述化合物或材料，或可具有微量的所述化合物或材料存在，例如通过不期望的污染或不完全纯化。“微量”可以是痕量、不可测量的量、不干扰值或特性的量，或如在上下文中提供的某一其它量。“大体上仅”具有所提供列表的组分的组合物可仅由那些组分组成，或具有微量的某一其它组分存在，或具有材料上并不影响组合物的特性的一或多个额外组分。另外，在描述本公开的实施例中采用的修饰例如在组合物中的成分的类型或量、特性、可测量数量、方法、值或范围的“大体上”是指不以否定预期组合物、特性、数量、方法、值或范围的方式影响整个叙述的组合物、特性、数量、方法、值或其范围的变化。其中由术语“大体上”修饰的所附权利要求包含根据此定义的同等物。
反相装置
在一些实施例中，本发明的反相系统包括单个反相装置。在一些此类实施例中，反相装置是静态混合器，所述静态混合器被设计成且适用于在所述静态混合器的入口与出口之间提供约2-150psi的压降。技术人员将理解，直径、长度、混合元件数目及配置的参数被设计成且适用于在所选流动速率下与水源及油包水胶乳接触时提供目标压降。用于反相系统的合适的静态混合器包含由瑞士温特图尔的Sulzer有限公司以商标名SMX及SMV出售且描述于文件EP 1437173中的那些反相系统，所述文件以全文引用的方式并入本文中。反相系统中适当采用的其它静态混合器包含伊利诺伊州卡里的Koflo公司出售的那些混合器。本发明的反相系统中采用的有用静态混合器包括至少约5个静态混合器元件，例如约5-100个静态混合器元件，例如约5-90个，或约5-80个，或约5-70个，或约5-60个，或约10-50个，或约5-40个，或约5-30个，或约5-20个，或约5-10个，或约10-100个，或约10-50个，或约10-40个，或约10-30个，或约10-20个，或约15-50个，或约15-40个，或约15-30个，或约20-50个混合元件。
在一些实施例中，本发明的反相系统包括单个反相装置。在一些此类实施例中，反相装置是混合泵，所述混合泵被设计成且适用于在所述泵的入口与出口之间提供约2-150psi的压降。与本发明的反相系统结合使用的泵送装置包含离心泵及容积式泵。此类混合泵被设计成将低剪切力提供到应用于其上的材料。
在一些实施例中，本发明的反相系统包括单个反相装置。在一些实施例中，反相装置的特征在于不具有混合元件。特征在于不具有混合元件的反相装置有效地被设计成且适用于在用于水源的入口与稀释胶乳离开所述装置的出口之间提供约2-150psi的压降。图1到7展示特征在于不具有混合元件的示范性反相装置；图8到9展示利用图1到7的装置的示范性反相系统。
如图1到7中所展示，反相系统中所采用且结合本发明的反相方法的反相装置(12)包括四个主要组件：第一管道(1)；第二管道(4)；以及腔室(7)。任选地，装置包含可用于将所述装置流体连接到一或多个管、套管以及类似物的接头(8)。反相装置的每个组件的尺寸及几何结构由技术人员根据馈入反相装置中的水源及w/o胶乳的流动速率以及其它因素选择，例如局部温度或稀释的w/o胶乳所分配到的管线的构造。
如图1到7中所展示，装置(12)的第一管道(1)具有入口(2)及出口(3)。在一些实施例中，管道具有头端部分(10)及延伸到圆柱部分(11)中的圆柱形部分两个。在一些实施例中，圆柱部分(11)为圆柱形；在其它实施例中，圆柱部分(11)具有截头圆锥体形状或其部分具有截头圆锥形状。第二管道(4)具有入口(5)及出口(6)。第二管道(4)通过将由所属领域的普通技术人员了解的任何固定方式固定到第一管道的头端部分(10)，例如第一管道的头端部分(10)及第二管道(4)可具有一或多个开口以使得螺钉可将一个管道固定到另一个。
如图1到7中所示，装置(12)的腔室(7)具有入口(17)及与第一管道(1)及第二管道(4)的出口连通的出口(18)。在一些实施例中，腔室(7)及第二管道(4)由物理上分离的物品形成。在其它实施例中，腔室(7)及第二管道(4)为单个物品的几何学上不同的区域。在其中腔室(7)及第二管道(4)由物理上分离的物品形成的实施例中，腔室(7)固定到第二管道(4)。腔室(7)通过将由所属领域的技术人员了解的任何固定方式固定到第二管道(4)。举例而言，第二管道(4)及腔室(7)两个可具有一或多个开口以使得螺钉可将第二管道固定到腔室，或腔室(7)的外表面可熔接到第二管道(4)的外表面。反相装置的管道入口、出口及腔室的特征在于不具有混合元件。
如图1到7中所展示，装置(12)的接头(8)固定到腔室(7)且与腔室(7)的出口连通。接头(8)可通过将由所属领域的普通技术人员了解的任何固定方式固定到腔室(7)，例如腔室(7)的一部分可插入到接头(8)中。
如图6A到6C中所展示，装置(12)的所述第二管道(4)的入口(5)定位成大体上垂直于第二管道(4)。如图6A到6C中进一步所展示，所述第二管道(4)的入口(5)定位成垂直于第一管道(1)。如图6A及6C中所展示，腔室(7)的至少一部分包括截头圆锥形状；然而，装置(12)不必包含用以实现所公开的工艺的截头圆锥形状。如图6B中所展示，第二管道(4)垂直于第一管道(1)，但从所述第一管道偏移。如图6B及6C中所展示，第一管道(1)及入口(5)的轴中心线垂直于彼此但并不相交。在这类实施例中，第一管道(1)的偏移引起装置内的流动模式，其中进入入口(5)的流的中心线不与进入入口(2)的流的中心线相交。
在图7中所展示的装置(12)的实施例中，管道(1)与腔室(7)及出口(18)共轴。在其它实施例中，穿过管道(1)的流的中心轴线从穿过腔室(7)及出口(18)的流的中心轴线偏移。
在如图1到7中所展示的装置(12)的一些实施例中，第一管道(1)具有不横穿所述第二管道(4)的头端部分(10)及横穿所述第二管道(4)的部分。在使用装置(12)期间，第一管道(1)与腔室(7)流体连通。所述第一管道(1)的出口(3)接近腔室(7)的入口(17)。在一些此类实施例中，所述第一管道(1)的出口(3)与腔室(7)的入口(17)相邻。在其它此类实施例中，所述第一管道(1)的出口(3)位于腔室(7)的入口(17)内。在又其它此类实施例中，所述第一管道(1)的出口(3)位于腔室(7)内。
在一些示范性实施例中，在与常规动态或甚至静态混合器比较时，特征在于不具有混合元件的反相装置对在装置内的经稀释的胶乳提供减小的剪切力。由于EOR应用中采用的聚合物理想地为极高分子量材料，例如1×106到1×108g/mol，其经受可导致大量的聚合物链断裂的剪切力。大量的链断裂导致所得稀释聚合物溶液的观测粘度损失，迫使用户采用更高浓度的胶乳馈入于稀释液中以实现目标聚合物溶液粘度。因此，在稀释期间避免剪切聚合物是非常有利的。相较于使用常规静态及动态混合器，通过在稀释期间显著地减小施加到聚合物的剪切力，反相装置在反相期间实现更高效率：即，所选聚合物溶液浓度在经受较小剪切力的情况下达到较粘度。
本发明的反相装置由适用于处置用于EOR应用的材料的材料形成，包含使用高温及/或高总溶解固体水源、水溶性聚合物、聚合物溶液、聚合物浓缩物、w/o胶乳及化学物质(例如阻垢剂、杀生物剂、泡沫抑制剂、表面活性剂)及EOR操作领域中的技术人员已知的类似物进行的那些材料。合适的材料包含由技术人员辨识为可用于制造反相装置或其各种组件的那些材料，另外其中所述材料具有适用于暴露于用户所选的材料、压力及温度的物理特性。此类材料的实例包含不锈钢、高镍钢合金、陶瓷、热塑性或热固性聚合物或高分子复合材料，所述高分子复合材料包含颗粒、纤维、织造或非织造织品以及类似物。
反相装置被设计成且适用于在反相装置的至少一个入口与稀释胶乳离开所述反相装置的出口之间提供约2-150psi的压差(或压降)。因此，例如，在反相装置的入口与出口之间，即，在材料进入的点与稀释胶乳从反相装置离开的点之间的最小压差是约2-150psi，或约2-125psi，或约2-100psi，或约2-75psi，或约2-50psi，或约2-40psi，或约2-30psi，或约2-20psi，或约2-15psi，或约5-150psi，或约10-150psi，或约5-100psi，或约5-50psi，或约5-30psi，或约5-20psi，或约10-100psi，或约10-50psi，或约10-30psi。反相装置内的压力仅在一些实施例中受限以避免存在于装置内的聚合物在反相期间机械降解。然而，本发明的方法及装置的特征是例如低到2psi压差的低压降足以提供包含10-80wt％聚合物的胶乳的快速及完全反相以得到包含1wt％或更低的聚合物的聚合物溶液。
在一些实施例中，反相装置被设计成且适用于通过使用本发明的反相装置采用单步反相使包括约10-80wt％的具有约1,000,000到100,000,000g/mol的重量平均分子量的一或多个水溶性聚合物的w/o胶乳反相以得到基于起始胶乳具有不到约20％的聚合物平均分子量损失的聚合物溶液。在实施例中，水溶性聚合物的重量平均分子量是约1,000,000g/mol-100,000,000g/mol，或约2,000,000-100,000,000g/mol，或约3,000，000-100,000,000g/mol，或约5,000,000-100,000,000g/mol，或约7,000,000-100,000,000g/mol，或约1,000,000-80,000,000g/mol，或约1,000,000-60,000,000g/mol，或约5,000,000-90,000,000g/mol，或约5,000,000-80,000,000g/mol，或约5,000,000-70,000,000g/mol，或约5,000,000-60,000,000g/mol，或约5,000,000-50,000,000g/mol，或约5,000,000-40,000,000g/mol或约5,000,000-30,000,000g/mol，或约5,000,000-20,000,000g/mol，或约5,000,000-15,000,000g/mol，或约5,000,000-10,000,000g/mol。在一些实施例中，基于起始胶乳的聚合物平均分子量的聚合物溶液的聚合物平均分子量的损失是基于起始胶乳的聚合物平均分子量的0％-约20％，或约2％-20％，或约4％-20％，或约6％-20％，或约8％-20％，或约10％-20％，或0％-约18％，或0-约16％，或0-约14％，或0-约12％，或0-约10％，或约5％-15％，或约5％-10％损失。
在一些实施例中，反相装置被设计成且适用于使包括约10-80wt％的具有约1,000,000到100,000,000g/mol的重量平均分子量的一或多个水溶性聚合物的w/o胶乳反相以得到基于理论聚合物溶液粘度(即，在不存在较大剪切力的情况下完全反相及水合时聚合物的预期溶液粘度)具有聚合物平均溶液粘度的不到约20％损失的聚合物溶液，例如基于理论聚合物溶液粘度的聚合物平均溶液粘度的0％-约20％，或约2％-20％，或约4％-20％，或约6％-20％，或约8％-20％，或约10％-20％，或0％-约18％，或0-约16％，或0-约14％，或0-约12％，或0-约10％，或约5％-15％，或约5％-10％损失。
反相装置的特征还在于其在本发明的反相系统内的使用产生约5分钟或更短的反相时间，例如，约1-5分钟，或约2-5分钟，或约3-5分钟，或约4-5分钟，或约1-4分钟，或约1-3分钟，或约1-2分钟。反相时间被定义为水源与w/o胶乳的接触与稀释胶乳的形成——即，其中水源及胶乳完全混合——之间的时间。在一些实施例中，反相时间是本发明的反相装置内的混合组件的停留时间；即，水源及w/o胶乳应用于反相装置，且稀释胶乳离开装置。在其它实施例中，稀释胶乳在离开反相装置之后形成。
反相装置的特征在于，其在本发明的反相系统内的使用导致稀释胶乳在单个步骤中形成。稀释胶乳在5分钟或更短时间内形成。稀释胶乳是聚合物溶液，或随后在形成稀释胶乳的约180分钟内且在除发生在管(例如注射管)运输期间的混合外不进行任何其它混合操作的情况下变成聚合物溶液。
聚合物溶液的特征在于不具有聚合物与水源的可观测的凝固、沉淀或总相分离。聚合物溶液的特征还在于当通过具有5μm孔径的过滤器使用具有1000ppm聚合物的聚合物溶液或稀释胶乳的过滤的行业标准方法测量时具有1.5或更低的过滤比(FR)，例如当通过具有5μm孔径的过滤器使用具有1000ppm聚合物的聚合物溶液或稀释胶乳的过滤的行业标准方法测量时约1.0-1.5，1.0-1.4，或约1.0-1.3，或约1.0-1.2，或约1.0-1.1，或约1.0。
在反相装置的特征在于不具有混合元件的实施例中，如图1到7中进一步所展示，反相装置的第一管道的长度经调整以使反相时间最小化。通过调整第一及第二管道的相对长度来适当地调整反相装置内的胶乳与水源的引入之间的间距。根据水源及胶乳的馈入速率、系统的总体尺寸及反相装置的总体尺寸，相对于流动速率来实现最佳间距。在一些实施例中，第一管道包含单个出口。在一些此类实施例中，单个出口定位成引导胶乳以基本上线性方式流动通过第一管道并且通过第一管道的出口。在一些此类实施例中，第一管道为直接将胶乳注入反相装置的腔室入口中或甚至直接注入腔室中作准备。
特征在于不具有混合元件的反相装置的各种特征的相对大小(例如管道长度、管道内径、入口及出口大小以及类似尺寸)经调整以在装置内提供适当流量及压降。示范性反相装置展示于图7中，所述反相装置类似于图6A的装置，其中字母标记A到I对应于以下对稀释具有约10-80wt％聚合物含量的胶乳以形成具有10,000ppm(1wt％)聚合物含量的稀释胶乳有用的示范性非限制性测量结果及流动速率，进一步考虑通过用水源稀释w/o胶乳实践三次油采收技术的那些人员通常会遭遇的水源流动速率。
装置1
装置2
装置3
针对装置1到3所列的所有参数及流动速率大致可根据技术人员的选择针对每一参数或流动速率变化±20％。所列参数可按约0.25-10或1-5的比例因数缩放。在一些实施例中，水源的流动速率是约3-5000m3/hr，例如约10-5000m3/hr，或约50-5000m3/hr，或约100-5000m3/hr，或约250-5000m3/hr，或约500-5000m3/hr，或约750-5000m3/hr，或约1000-5000m3/hr，或约2000-5000m3/hr，或约2500-5000m3/hr，或约3-4000m3/hr，或约3-3000m3/hr，或约3-2500m3/hr，或约3-2000m3/hr，或约3-1500m3/hr，或约3-1000m3/hr，或约3-750m3/hr，或约3-500m3/hr，或约3-250m3/hr，或约3-100m3/hr，或约100-4000m3/hr，或约500-4000m3/hr，或约500-4000m3/hr，或约500-3000m3/hr。
在一些实施例中，胶乳源的流动速率是约0.1-500m3/hr，或约0.5-500m3/hr，或约1-500m3/hr，或约3-500m3/hr，或约5-500m3/hr，或约7-500m3/hr，或约10-500m3/hr，或约25-500m3/hr，或约50-500m3/hr，或约75-500m3/hr，或约100-500m3/hr，或约0.5-450m3/hr，或约0.5-400m3/hr，或约0.5-350m3/hr，或约0.5-300m3/hr，或约0.5-250m3/hr，或约0.5-200m3/hr，或约0.5-150m3/hr，或约0.5-100m3/hr，或约5-400m3/hr，或约5-300m3/hr，或约10-400m3/hr，或约10-300m3/hr，或约10-200m3/hr或约50-400m3/hr，或约50-300m3/hr，或约50-200m3/hr。上文针对装置1到3所展示的参数及流动速率适用于稀释具有约20-80wt％聚合物含量的胶乳以在5分钟或更短时间内形成具有10,000ppm(1wt％)聚合物含量的稀释胶乳。
反相装置的特征在于，其在本发明的反相系统内的使用导致稀释胶乳在单个步骤中形成。稀释胶乳在5分钟或更短时间内形成。稀释胶乳是聚合物溶液，或随后在形成稀释胶乳的约180分钟内且在不进行任何其它混合操作的情况下变成聚合物溶液。聚合物溶液的特征在于不具有聚合物与水源的可观测的凝固、沉淀或总相分离。聚合物溶液的特征还在于当通过具有5μm孔径的过滤器使用过滤具有1000ppm聚合物的聚合物溶液或稀释胶乳的行业标准方法测量时具有约1.5或更低的过滤比(FR)。
反相系统
本发明的反相系统包括如上文所描述的至少一个反相装置。在一些实施例中，反相系统表征为具有单个反相装置且不具有额外的混合装置。在其它实施例中，反相系统进一步包括定位在反相装置的下游的一或多个混合装置，其中所述一或多个混合装置选自静态混合器及泵。在所有此类实施例中，反相装置定位成与水源流体连通。在一些实施例中，反相装置与水源成直线安置使得整个水源流穿过反相装置。在所有此类实施例中，反相装置定位成与胶乳源流体连通。
在实施例中，本发明的反相系统包含反相装置、流体连接到反相装置的第一管道的胶乳源、流体连接到反相装置的第二管道的水源，以及连接到反相装置的出口且定位成接收稀释胶乳及/或聚合物溶液以供用于一或多个EOR应用的管线。
出人意料地，我们已经发现，反相装置有利地用于本发明的一或多个方法以在单个稀释步骤中针对EOR稀释或“降解”常规的w/o胶乳。不需要额外的混合或稀释。在常规的稀释方法中，本领域的技术人员较好地理解针对混合效率的损失的导致粘度的损失的高剪切混合的折衷。然而，通过使用表征为提供低剪切力的反相装置，例如静态混合器或混合泵，或通过使用特征在于不具有混合元件的装置，我们已经实现足够高的混合效率以在单个稀释步骤中实现常规w/o胶乳的稀释，从而达到约10,000ppm或更低的聚合物浓度。相较于没有剪切力的情况下的聚合物的预期分子量，稀释的聚合物的分子量减小20％或更少。聚合物溶液的粘度减小20％或更少，如相较于在没有剪切力的情况下形成的聚合物的相同浓度的聚合物溶液的预期粘度在反相之后分子量的相对测量。稀释花费约5分钟或更短时间。任选地，在稀释之后，稀释胶乳经受一或多个泵送或静态混合步骤以加速形成聚合物溶液。
本发明的反相装置及系统提供一种将一或多种w/o胶乳稀释成工艺流的方法，所述工艺流包括水源。如图8到9中所展示，反相系统(100)包含反相装置(12)、附接到管线(9)中的开口(16)的接头(8)，独自或作为用于馈入的设备的一部分，其中接头(8)通过所属领域的普通技术人员将会理解的任何方式固定到管线(9)。在此设置建立之后，一或多种w/o胶乳及水源被引入到反相装置(12)中，在腔室(7)中混合，且被馈入到管线(9)中。在一些实施例中，水源在接头(8)上游的点处从管线(9)分流。在一些实施例中，管线(9)内含物包括以下，基本上由以下组成，或由以下组成：由一或多种地下烃采收工艺产生的生成水或海水。
所属领域的普通技术人员将辨识适用于将w/o胶乳源及水源引入到反相装置中的许多运载工具；此类运载工具包含罐、压力源、泵、阀、调节器、管、测量装置及计算机化过程测量及控制构件。此类常规的化学计量及流体控制设备适当优选地用于本发明的反相系统中。
在一些实施例中，本发明的反相系统进一步包含在流动中朝向地下油层定位在反相装置的下游的一或多个混合装置。举例来说，在一些实施例中，混合装置是静态混合器、泵或这些装置中的两个或多于两个的组合。在有利实施例中，反相装置是类似于或例如由瑞士温特图尔的Sulzer有限公司以商标名SMX及SMV出售且描述于文件EP 1437173中的那些装置的静态混合器，所述文件以全文引用的方式并入本文中。反相系统中适当采用的其它静态混合器包含伊利诺伊州卡里的Koflo公司出售的那些混合器。优选地，静态混合器含有至少10个混合元件，例如关于本发明的反相系统中采用的有用静态混合器包括至少约5个静态混合器元件；例如约5-100个静态混合器元件，例如约5-90个，或约5-80个，或约5-70个，或约5-60个，或约5-50个，或约5-40个，或约5-30个，或约5-20个，或约7-100个，或约10-100个，或约12-100个，或约14-100个，或约16-100个，或约18-100个，或约20-100个，或约22-100个，或约24-100个，或约26-100个，或约28-100个，或约10-50个静态混合器元件。
在一些实施例中，本发明的反相系统进一步包含在流动中朝向地下油层定位在反相装置的下游的一或多个泵送装置。与本发明的反相系统结合使用的泵送装置包含离心泵及容积式泵。
技术人员将理解，一或多个反相装置的尺寸经适当地优化以通过应用常规的工程改造原理根据先前论述的参数提供吞吐速率及压差。
任选地，在一些实施例中，第一反相装置与旁路流定位成直线，且第二反相装置与主水源流定位成直线。任选地，第一及第二反相装置与主水源流定位成直线。
在示范性实施例中，图8展示包含反相装置(12)的反相系统(100)，所述反相装置的特征在于不具有混合元件且与朝向一或多个地下油层流动通过管线(9)的一或多个水源(13)成直线安置。水源(13)经由入口(15)被引入到反相装置(12)中。胶乳源(20)被引入到管道(1)的入口(2)中。水源(13)及胶乳源(20)在腔室(7)中混合以形成稀释胶乳，所述稀释胶乳经由出口(18)分配到管线(9')中。稀释胶乳在进入腔室(7)之后的约0.1秒到150分钟内在腔室(7)与地下油层之间形成聚合物溶液。
在另一示范性实施例中，图9展示另一反相系统(101)，其中旁路流(15)来自在反相装置(12)的上游的点(9')处流动通过管线(9)的水源(13)。旁路流(15)经由入口(5)被引入到管道(4)中。胶乳源(20)经由管线(19)被引入到管道(1)的入口(2)中。水源(13)及胶乳源(20)在腔室(7)中混合以形成稀释胶乳，所述稀释胶乳经由出口(18)分配到管线(9')中。稀释胶乳与水源(13)组合以形成组合流(13')。组合流(13')在进入腔室(7)之后的约0.1秒到150分钟内在出口(18)与地下油层之间形成聚合物溶液。在这类实施例中，在反相装置内部分地进行w/o胶乳的稀释，使得稀释胶乳的聚合物固体含量为约1wt％或更低；然后随着旁路流加入主要水源流完成额外的稀释。
在图8到9中所展示的任一实施例中，本发明的反相系统包括单个反相装置是本发明的特征。在本发明的反相系统中仅需要一个反相装置以便将w/o胶乳转变成稀释胶乳，所述稀释胶乳变成聚合物溶液而无需其它混合或稀释步骤。然而，任选地，一或多个静态混合器、泵或两个与反相装置串联采用且在所述反相装置的下游。此类混合器及泵包含混合元件且用于促进稀释胶乳或聚合物溶液组分的改善混合。然而，在形成稀释胶乳之后不进行额外的稀释；即，当使用本发明的反相系统时不需要水源到w/o胶乳或稀释胶乳中的两次或多于两次单独添加。
如图8到9中所展示，可通过以下步骤实现将不同的液体组合物共同馈入工艺流(13)中：将若干不同的组合物引入反相装置(12)中，允许形成不同组合物的混合物，及将混合物分配到工艺流(13)中。按照所属领域的普通技术人员规定的任何次序将包含w/o胶乳的组合物添加到系统中。举例来说，适当添加到胶乳，稀释胶乳或例如稳定剂、表面活性剂以及类似物的聚合物溶液的w/o胶乳、水源以及一或多种添加剂可连续、同时或按预编程次序添加且在单个步骤中掺合。
在一些实施例中，通过调整引入到装置中的源的流动速率，调整反相装置(12)的内部尺寸，或两个来控制馈入到反相装置(12)中的源的活性。与反相装置连通的一或多个泵可适当地用于调整流动速率。可以通过控制馈入到腔室中的源的流动速率在腔室(7)中实现分级混合。在又一实施例中，通过调整所述胶乳与水源的流动速率在胶乳与水源引入到所述工艺流之前控制其混合速率，所述胶乳及水源被引入到混合腔室中。
本发明的反相系统包含(但不限于)各种额外的元件及装置以调节、支持以及加强水源与w/o胶乳的混合。这些额外装置包含(例如)罐、传感器、流量调节器、压力计、注入端口、取样端口等等；所述元件在反相系统内经由管、阀、电线、连接器以及行业中通常采用的类似元件连接，如技术人员将了解。一或多个额外的元件及装置并不显著地修改反相装置实现形成聚合物溶液所必要的混合的能力，而是实际上定位于反相系统内以提供或调节或测量一或多种材料或值，例如水源流动速率、温度、w/o胶乳添加到反相装置的速率等等。
合适的额外装置的实例包含屏幕，例如定位在反相装置上游的过滤篮或Y型滤网篮；并入反相装置内或安置在反相装置上游的用于将流体引入水源中的一或多个管型的注入器；以及用于提供进一步混合，产生压降或两个的一或多个额外装置或装置元件。此类额外装置包含多个孔串联或阵列、直列式扩散器、管线混合器、阀、喷嘴、孔板、T形混合器、喷射式混合器、静态板混合器、直列式涡流混合器、转子定子混合器以及管线机械混合器。
反相方法
技术人员将理解，反相系统中的反相装置的尺寸及特定布置，以及将胶乳源添加到反相装置的速率由技术人员基于在个别地下油层中遭遇的条件选择且优化，包含水源流动速率及用于反相系统的可用基础结构。
本文中所描述的是使油包水胶乳反相的方法，所述方法包括：(a)将油包水胶乳源应用到反相装置，所述胶乳包括约10-80wt％的水溶性聚合物及具有14或更大的HLB的约2-5wt％的表面活性剂，(c)将水源应用到所述反相装置，(d)使胶乳在反相装置内与水源接触以形成稀释聚合物胶乳；以及(e)从反相装置分配稀释胶乳，所述稀释聚合物胶乳或聚合物溶液包括约10,000ppm或更低的水溶性聚合物。
结合本发明使用的可逆胶乳在一些实施例表征为进一步包含反相表面活性剂的常规油包水(w/o)胶乳。通过以下形成常规w/o胶乳：将包含丙烯酰胺的单体溶解于高固体水溶液中以形成水相，将烃溶剂与具有约2到8的HLB的表面活性剂混合以形成油相，使用产生油包水乳液或胶乳的技术混合两个相，以及经由自由基偶氮或氧化还原机制聚合所述单体以产生水溶性聚合物。在完成聚合之后，在添加水时较高HLB表面活性剂(HLB>8)通常作为去稳定剂添加以有助于胶乳反相。我们已经发现，通过使用具有大于14的HLB的约2-5wt％的反相表面活性剂，使用本文中所描述的装置及系统进行单步反相是可能的。因此，本文中所描述的“可逆胶乳”定义为包括约10-80wt％的水溶性聚合物及具有约14或更大的HLB的约2-5wt％的表面活性剂的常规w/o胶乳。
使用可用于EOR应用领域中的水源中的任一个来有利地进行可逆胶乳的单步反相。“单步”意指在可逆胶乳及水源应用于安置于本发明的反相系统内的反相装置以形成稀释胶乳之后，不需要针对稀释胶乳后续添加水源或混合力以便形成聚合物溶液。在一些实施例中，稀释胶乳的额外混合发生于是本发明的反相系统的一部分的一或多个管或套管中的流体流内；然而，出于本发明的目的，此类流体流已经存在于反相系统内且因此并不添加。本发明的方法的优点是：甚至高温水源、高总溶解水源以及高温/高总溶解水源易于与可逆胶乳一起应用于反相装置以提供单步反相，所述单步反相产生具有10,000ppm或更低的聚合物固体及当通过具有5μm孔径的过滤器使用过滤具有1000ppm聚合物的聚合物溶液或稀释胶乳的行业标准方法测量时约1.5或更低的过滤比(FR)的聚合物溶液。
可用于w/o胶乳的反相表面活性剂包括以下，基本上由以下组成，或由以下组成：具有约14-30，或约14-28，或约14-26，或约14-24，或约14-22，或约14-20，或约14-18，或约14-16，或约15-30，或约15-25，或约15-20，或约16-30，或约16-25，或约16-20，或约17-30，或约17-25，或约17-20，或约18-30，或约19-30，或约20-30的HLB的表面活性剂或其掺合物。合适的反相表面活性剂的实例在MC出版公司的《McCutcheon的乳化剂及清洁剂(McCutcheon's Emulsifiers&Detergents)》，2014版中列出。在一些实施例中，反相表面活性剂是非离子型且包含包括一或多个乙氧基团、丙氧基团或其组合的一或多种化合物。在一些实施例中，反相表面活性剂是离子型的且包含一或多个羧酸盐、磺酸盐、磷酸盐、膦酸盐或铵部分。在一些实施例中，反相表面活性剂包含直链或支链C8-C20烃基部分。在一些此类实施例中，反相表面活性剂是烷氧基化醇，例如乙氧基化、丙氧基化或乙氧基化/丙氧基化醇，其中所述醇包含直链或支链C8-C20烃基部分。在一些此类实施例中，反相表面活性剂包含约10到40个环氧乙烷重复单元以及0到约10个环氧丙烷重复单元。在一些实施例中，反相表面活性剂包含脱水山梨糖醇部分。在一些实施例中，反相表面活性剂是嵌段共聚物。在一些此类实施例中，嵌段共聚物是线性、支链或超支化的。
在一些实施例中，水溶性聚合物具有约1×106到1×108g/mol的重量平均分子量且包括来源于丙烯酰胺的重复单元。在一些实施例中，水溶性聚合物包括约50mol％丙烯酰胺或更多，例如约60mol％或更多，或约70mol％或更多，或约80mol％或更多，或约90mol％或更多；在示范性实施例中，水溶性聚合物基本为丙烯酰胺的均聚物。在另一示范性实施例中，水溶性聚合物包括以下，基本上由以下组成，或由以下组成：约70mol％丙烯酰胺及约30mol％丙烯酸或其共轭碱的共聚物。
在一些实施例中，分配为引入之后的约5分钟或更短。在一些实施例中，水源是高温水源、高总溶解固体水源或高温/高总溶解固体水源。在一些实施例中，方法进一步包括在分配之后混合稀释胶乳或聚合物溶液，所述混合包括静态混合或泵送。
相较于在不具有剪切力情况下聚合物溶液不到约20％的预期粘度，本发明的方法导致水溶性聚合物的分子量减小不到约20％及粘度减小。
反相装置用于本发明的反相系统中以使用本发明的方法从可逆胶乳形成稀释胶乳。稀释胶乳在水合期之后形成聚合物溶液。在实施例中，水合期与稀释并发且延伸到稀释之后的时间点。当聚合物在稀释的水性环境内达到全流体力学体积时，水合期结束。因此，水合期的结束体现为聚合物在稀释水性环境中的最大溶液粘度。在一些此类实施例中，稀释胶乳在其离开反相装置的时间之前变成聚合物溶液。在其它实施例中，稀释胶乳从反相装置流动且随后形成聚合物溶液。在这类实施例中，水合期是胶乳与水源接触之后的约0.1秒(s)到180分钟(min)，或在胶乳与水源接触之后的约1秒到180分钟，或约10秒到180分钟，或约30秒到180分钟，或约1-180分钟，或约5-180分钟，或约10-180分钟，或约30-180分钟，或约50-180分钟，或约70-180分钟，或约90-180分钟，或约100-180分钟，或约110-180分钟，或约120-180分钟，或约1秒到160分钟，或约1秒到140分钟，或约1秒到120分钟，或约1秒到100分钟，或约1秒到180分钟，或约1秒到60分钟，或约5-120分钟，或约10-120分钟，或约5-100分钟，或约10-120分钟，或约20-120分钟，或约30-120分钟，或约40-120分钟。
利用本发明的反相方法，可逆胶乳经反相以形成产生按聚合物溶液的重量计具有不到约10,000ppm聚合物固体的聚合物溶液的稀释胶乳，例如按聚合物溶液的重量计约100-10,000ppm，或约300-10,000ppm，或约500-10,000ppm，或约1000-10,000ppm，或约2000-10,000ppm，或约3000-10,000ppm，或约4000-10,000ppm，或约5000-10,000ppm，或约100-9000ppm，或约100-8000ppm，或约100-7000ppm，或约100-6000ppm，或约100-5000ppm，或约100-4000ppm，或约100-3000ppm，或约100-2000ppm，或约100-1000ppm，或约500-7000ppm，或约300-3000ppm，或约200-2000ppm，或约200-3000ppm聚合物固体。在一些实施例中，w/o胶乳是可逆胶乳。
在实施例中，水源与可逆胶乳的接触与稀释胶乳的形成之间的时间为约5分钟(min)或更短，例如约5秒(s)到5分钟，或约30秒到5分钟，或约1分钟到5分钟，或约3分钟到5分钟，或约5秒到4分钟，或约5秒到3分钟，或约5秒到2分钟，或约5秒到1分钟。
在一些实施例中，本发明的方法可用于稀释包括具有在约1×106g/mol与1×108g/mol之间的重量平均分子量的聚合物以及约1-5wt％的具有约14或更大的HLB的表面活性剂，例如约1.5-5wt％，或约2-5wt％，或约2.5-5wt％，或约3-5wt％，或约3.5-5wt％，或约4-5wt％，或约1-4.5wt％，或约1-4wt％，或约1-3.5wt％，或约1-3wt％，或约1-2.5wt％，或约1-2wt％，或约1.5-4wt％，或约2-4wt％的具有约14或更大的HLB的表面活性剂的可逆胶乳，以得到基于起始胶乳具有不到约20％的聚合物平均分子量的损失的聚合物溶液，例如基于起始胶乳的聚合物平均分子量的0％到约20％，或约2％到20％，或约4％到20％，或约6％到20％，或约8％到20％，或约10％到20％，或0％到约18％，或0到约16％，或0到约14％，或0到约12％，或0到约10％，或0到约5％，或约5％到15％，或约5％到10％的损失。
在一些实施例中，本发明的方法可用于稀释包括具有约1×106g/mol与1×108g/mol之间的重均分子量的聚合物及具有约14或更大的HLB的约2.5-5wt％的表面活性剂(例如具有约14或更大的HLB的约1.5-5wt％，或约2-5wt％，或约2.5-5wt％，或约3-5wt％，或约3.5-5wt％，或约4-5wt％，或约1-4.5wt％，或约1-4wt％，或约1-3.5wt％，或约1-3wt％，或约1-2.5wt％，或约1-2wt％，或约1.5-4wt％，或约2-4wt％的表面活性剂)的w/o胶乳，以得到基于所预测聚合物溶液粘度具有不到约20％的聚合物平均溶液粘度的损失聚合物溶液，例如基于所预测聚合物溶液粘度具有0％到约20％，或约2％到20％，或约4％到20％，或约6％到20％，或约8％到20％，或约10％到20％，或0％到约18％，或0到约16％，或0到约14％，或0到约12％，或0到约10％，或约5％到15％，或约5％到10％的聚合物平均溶液粘度损失。
在一些实施例中，所述方法包括以下，基本上由以下组成，或由以下组成：利用本发明的反相系统的单个反相(稀释)步骤，其中所述反相系统包含单个反相装置。在一些此类实施例中，结合本发明的方法采用的可逆胶乳包括约10-80wt％的水溶性聚合物以及具有约14或更大的HLB的约2-5wt％的表面活性剂。
使用本发明的系统和方法形成的聚合物溶液的特征在于大体上不存在凝胶颗粒，如通过聚合物溶液的过滤商(或过滤比)确定。使用的FR测试由测量含有1000ppm聚合物的给定体积的溶液流动通过过滤器花费的时间组成。溶液包含于铝钟形外壳(过滤器外壳#142-59，从德克萨斯州休斯顿的OFI测试设备公司(OFI Testing Equipment Inc.ofHouston,TX)获得)中，加压到20psi，并且过滤器具有90mm的直径和5微米的孔径。过滤器组成是密理博(Millipore)亲水性的混合纤维素酯类型，目录号SMWP9025。因此测量获得90ml滤液所需的时间(t90ml)；120ml滤液所需的时间(t120ml)和180ml滤液所需的时间(t180ml)和210ml滤液所需的时间(t210ml)，并且FR表示为：
因此，对于两个等效连续体积，FR表示堵塞过滤器的聚合物溶液的容量。行业的典型可接受性标准为FR<1.5。
在一些实施例中，在聚合物到达储集岩之前，在形成稀释胶乳之后在注入线内的水合期提供充足的时间允许稀释胶乳形成实现充分注入性的聚合物溶液，如由约1.5或更低的FR定义。在实施例中，水合期是约180分钟或更短，例如，约0.1秒到180分钟，或约10到180分钟，或约20到180分钟，或约30到180分钟，或约40到180分钟，或约50到180分钟，或约5到140分钟，或约5到130分钟，或约5到120分钟，或约5到110分钟，或约5到100分钟，或约5到90分钟，或约5到80分钟，或约5到70分钟，或约5到60分钟，或约30到120分钟，或约40到100分钟，或约50到80分钟。
在一些实施例中，本发明的反相系统内的液体的流动速率在3m3/h与5000m3/h之间且注入压力在40巴与200巴之间。注入压力由油田压力控制。类似地，根据井筒的类型(垂直、水平、多个等)，胶乳进入反相装置的流动速率在0.1m3/h与500m3/h之间。
实验
实例1到4
在60℃下使用合成的生成水来模拟一步海上反相过程。水含有具有等效于3700ppm的CaCO3的硬度的26,200ppm(2.6wt％)总溶解固体。具有图9中所展示的尺寸的反相装置连接到胶乳罐及盐水罐。胶乳罐连接到内管道或如图1到7中所表示的第一管道。盐水罐连接到外管道或如图1到7中表示的第二管道。所述罐具备调整进入反相装置的材料的流动速率的计量设备。在约30cm的长度下，反相装置小于常规采用的静态混合器的长度的一半，就海上平台上的空间需求来说提供显著优点。
反相中所采用的可逆胶乳是丙烯酸钠与丙烯酰胺的常规30摩尔％的阴离子反乳液共聚物。还含有具有约14的HLB的2.75wt％的烷氧基化醇非离子表面活性剂以促进反相。
进行四次模拟，如下文表1中所展示。在41gpm的盐水流动速率下进行实例1、2以及3，且在65gpm下进行实例4。胶乳经稀释到1000ppm与10,000ppm之间，在1000ppm的每一情况下具有最终目标聚合物溶液浓度。在实例1以及4中，调整乳胶聚合物流动速率以直接得到1000ppm的稀释胶乳浓度。实例2以及3采用较高胶乳流动速率以分别得到5,000以及10,000ppm的稀释胶乳浓度，从而利用浓度效应以及胶乳进入注入水的侧流中的模拟注入。允许将从实例2以及3收集的稀释胶乳的样本静置五分钟以表示在重新连接主注入水流之前在侧流管中的停留时间。接着在60℃下使用合成的生成水将这些样本的等分试样分别以1：5及1：10进一步手动稀释以得到1000ppm聚合物溶液。
在冷却到23℃之前，在反相之后将1000ppm聚合物溶液在60℃下保持20分钟。在冷却期间，在特定应用中，使用“Jiffy Mixer”笼型搅拌棒搅拌1000ppm溶液以模拟将由管中的聚合物溶液下到岩层经历的湍流。以两种不同速度(400以及600rpm)搅拌独立样本以模拟不同的注入水流动速率或接着具有不同湍流的不同直径的管。
通过过滤比(FR)测试分析冷却的聚合物溶液。测试结果展示于表1中。
表1.实例1到4的反相w/o胶乳的粘度以及FR结果。
比较实例1到3
重复实例1到4中的模拟但不使用图1到7的反相装置。在所述反相装置的位置替换成由0.5英寸的不锈钢套管制成的注入管，所述不锈钢管道经剪切为正方形且弯曲90度进入2英寸管内部的生成水流。管在被放入具有1/32英寸的穿孔的Y型筛篮之后即帮助分配胶乳。使用合成的生成水在25℃下以41gpm进行比较实例1到3(由于Y型滤网的局限性)，且比较实例1、2以及3中的初始聚合物浓度分别是1,000、5,000及10,000ppm。如在实例2以及3中，在五分钟空闲时期之后将较高浓度的等分试样手动地稀释到1,000ppm。
1000ppm聚合物溶液在由FR测试分析之前在25℃下保持20分钟。在20分钟期间，使用“Jiffy Mixer”笼型搅拌棒搅拌1000ppm溶液以模拟将由管中的聚合物溶液下到岩层经历的湍流。以两种不同速度(400以及600rpm)搅拌独立样本以模拟不同的注入水流动速率或接着具有不同湍流的不同直径的管。
比较实例1到3中的聚合物溶液都没有在一个小时内完成FR测试，无论初始稀释乳胶聚合物浓度或后续搅拌速度如何。这些结果展示于表2中。
表1.实例1到4的反相w/o胶乳的粘度以及FR结果。
实例5到13
在78℃下使用合成的生成水来模拟一步海上反相过程。此水含有具有等效于9600ppm的CaCO3的硬度的94,000ppm(9.4wt％)总溶解固体。具有可变长度的2英寸直径静态混合器以及挡扳配置的反相装置通过泵连接到热盐水罐。高压泵将胶乳馈入由0.375英寸不锈钢套管制成的注入管，所述注入管经剪切呈45度角度且位于反相装置的正前方。在所有情况下，调整泵速率以在流动盐水中提供具有2500ppm聚合物的稀释胶乳。在反相装置之后，在样本收集之前通过具有充足长度的2"直径弹性软管的部分传送流体以提供1到5分钟的老化停留时间。这意图模拟聚合物与盐水在注入管中的最初混合。
可逆胶乳是丙烯酸钠与丙烯酰胺的常规30摩尔％阴离子反乳液共聚物。在除实例12以及13外的所有情况下，胶乳还含有具有约14的HLB的约2wt％的烷氧基化醇非离子表面活性剂以及具有大于20的HLB的小于1wt％的离子表面活性剂以促进反相。在实例12以及13中，反相表面活性剂的总量减少20％(实例12)及10％(实例13)。
如下文表3中所展示，利用各种单个静态混合器进行了九次模拟。所有FabTech混合器都从怀俄明州卡斯帕的Nalco FabTech LLC获得。3'Koflo混合器是从伊利诺伊州卡里的Koflo公司获得。
6'FabTech 90FR：6英尺静态混合器，每英尺具有约6个混合元件，其中每一后续元件关于管道的长度轴向旋转90°。
3'FT FabTech 90FR：3英尺静态混合器，每英尺具有约6个混合元件，其中每一后续元件关于管道的长度轴向旋转90°。
直列式3'FT FabTech：3英尺静态混合器，每英尺具有约5个混合元件，其中每一后续元件关于管道的长度轴向旋转0°。
使用18.5gpm的盐水流动速率进行实例11，以49.5gpm进行实例5、7、8、9、10、12以及13，以及使用74.25gpm的盐水流动速率进行实例6。
在软管末端收集的2500ppm聚合物溶液在冷却到23℃之前在78℃下保持60分钟且通过FR测试分析。在60分钟期间，在特定应用中，使用“Jiffy Mixer”笼型搅拌棒以250rpm搅拌2500ppm溶液以模拟将由管道中的聚合物溶液下到岩层经历的湍流。
实例5到11以及实例13都通过了指示成功注入到岩层中的FR测试。结果展示在表3中。
表3.在使用单个静态混合器接着搅拌60分钟的反相之后实例5到13的粘度以及过滤比(FR)。
实例14到15
在77℃下使用合成的生成水来模拟一步海上反相过程。进行实验以表示随后重新加入主要注入水流的侧流管内的注入及反相。在此实例中，通过将盐水及胶乳流馈入到同一泵中，泵用作混合装置。生成水含有具有等效于9600ppm的CaCO3的硬度的94,000ppm(9.4wt％)总溶解固体。由位于Nalco EGM G2010 10/30比率受控的聚合物馈送器(从伊利诺伊州内珀维尔的Nalco公司获得)内的双级离心泵组成的反相装置连接到胶乳罐及生成水罐。
可逆胶乳包含常规w/o胶乳中的70/30mol/mol丙烯酰胺/丙烯酸钠共聚物，向所述胶乳添加具有约14的HLB的约2wt％的烷氧基化醇非离子表面活性剂以及具有大于20的小于1wt％的HLB的离子表面活性剂以促进反相。
实例14以及15采用以50gpm馈入的盐水。应用胶乳以得到7,500ppm的稀释乳胶聚合物浓度，从而利用浓度效应以及胶乳进入注入水的侧流中的模拟注入。接着在77℃下使用合成的生成水将稀释胶乳的样本以1:3的稀释胶乳比生成水的比率进一步手动稀释以得到2500ppm聚合物溶液。
对于实例14，在反相装置之后立即收集稀释胶乳且执行1比3稀释达小于30秒的停留时间。对于实例15，在穿过额外四英尺的4"静态混合器以及150英尺的2"直径软管之后收集稀释胶乳。执行1比3稀释达约60秒停留时间。
2500ppm聚合物溶液在被Brookfield粘度分析之前在80℃下保持60分钟。在60分钟期间，在特定应用中，使用“Jiffy Mixer”笼型搅拌棒以400rpm搅拌2500ppm溶液以模拟将由管中的聚合物溶液下到岩层经历的湍流。基于实验室校准标准，预期在80℃下2500ppm聚合物溶液的目标粘度是10cP。
在此处理之后，实例14的稀释产物在一小时时段之后具有Brookfield粘度10.2cP(7s-1剪切速率下)。实例15的稀释产物在一小时时段之后具有Brookfield粘度9.6cP(7s-1剪切速率下)。
Brookfield粘度结果显示与注入管内提供的模拟流动及停留时间组合的EGM馈送器的混合动作足以形成聚合物溶液。额外的静态混合器不提供额外的益处。
本文中示意性地公开的发明可在不具有本文中未特定公开的的任何元件的情况下适当地实践。另外，如本文中所描述的，本发明的各种实施例旨在单独或与本文中描述的任何其它实施例以及修改、同等物和其替代方案组合使用。在各种实施例中，本发明适当地包含以下，基本上由以下组成，或由以下组成：本文中所描述的和根据权利要求所主张的要素。应认识到，可在不按照本文中所说明且描述的实例实施例和应用的情况下，并且在不脱离权利要求的范围的情况下进行各种修改和改变。

Claims (17)

1.一种使油包水胶乳反相的方法，所述方法包括:
a.提供包括至少一个入口及出口的单个反相装置，所述装置被设计成且适用于在至少一入口与所述出口之间提供约2-150psi的压降；
b.将油包水胶乳源应用到所述反相装置的入口，所述胶乳包括约10-80wt％的水溶性聚合物；
c.将水源应用到所述反相装置的入口，
d.在所述反相装置内将所述胶乳与所述水源组合以形成包括约10,000ppm或更低的所述水溶性聚合物的稀释聚合物胶乳；以及
e.从所述反相装置分配所述稀释聚合物胶乳。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述反相装置是静态混合器。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述胶乳源及所述源应用于不同入口。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其中所述反相装置的特征在于不具有混合元件。
5.根据权利要求1、3或4所述的方法，其中所述反相装置包括：第一管道，具有一或多个入口及出口；第二管道，具有一或多个入口及出口，其中所述第一管道固定到所述第二管道且横穿所述第二管道；以及腔室，具有一或多个入口及出口的，其中所述第二管道固定到所述腔室且其中所述第一管道出口及所述第二管道出口与所述腔室入口流体连通，其中所述装置适用于在所述装置的所述第二管道入口与所述腔室出口之间提供约2-150psi的压降，且其中所述组合在所述腔室中完成。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述胶乳包括约2-5wt％的具有约14或更大的HLB的表面活性剂。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中在接触后的约0.1秒到180分钟内，所述稀释聚合物胶乳形成表征为具有约1.5或更低过滤比的聚合物溶液。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述聚合物溶液粘度是在不存在剪切力的情况下的所述聚合物溶液的所述预期粘度的约80-100％。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中所述水源是高温水源、高总溶解固体水源或高温/高总溶解固体水源。
10.一种反相系统，包括:
a.单个反相装置，所述反相装置包括至少一个入口及一个出口，所述装置被设计成且适用于在至少一个入口与所述出口之间提供约2-150psi的压降；
b.油包水胶乳源，流体连接到入口，所述胶乳包括约10-80wt％的水溶性聚合物；以及
c.水源，流体连接到入口，所述水源是高温水源、高总溶解固体水源或高温/高总溶解固体水源，
其中所述系统适用于包括约10-80wt％的水溶性聚合物的聚合物胶乳的反相以形成包括约10,000ppm或更低的所述聚合物且表征为约1.5或更低的过滤比的聚合物溶液。
11.根据权利要求10所述的反相系统，其中所述反相装置是静态混合器。
12.根据权利要求10所述的反相系统，其中所述反相装置表征为不具有混合元件。
13.根据权利要求12所述的反相系统，其中所述反相装置包括第一管道，具有一或多个入口及出口；第二管道，具有一或多个入口及出口，其中所述第一管道固定到所述第二管道且横穿所述第二管道；腔室，具有一或多个入口及出口，其中所述第二管道固定到所述腔室且其中所述第一管道出口及所述第二管道出口与所述腔室入口流体连通，其中所述装置与所述水源的流布置在一条线上或朝向地下油层布置在所述水源的流的旁路上，并且适用于在所述装置的所述第二管道入口与所述腔室出口之间提供约2-150psi的压降。
14.根据权利要求13所述的反相系统，进一步包括一或多个静态混合器、一或多个泵，或两种，经安置与所述反相装置流体联通且在所述反相装置下游。
15.一种从地下油层采收烃流体的方法，所述方法包括：
a)提供单个反相装置，所述反相装置包括一或多个入口及出口，所述装置被设计成且适用于在至少一个入口与所述出口之间提供约2-150psi的压降；
b)将油包水胶乳源应用于入口，所述胶乳包括约10-80wt％的水溶性聚合物；
c)将水源应用到所述一或多个入口；
d)在所述反相装置内将所述胶乳与所述水源组合以形成包括约10,000ppm或更低的所述水溶性聚合物的稀释胶乳；
e)从所述反相装置分配所述稀释聚合物胶乳；
f)提供约0.1秒到150分钟的水合期，其中所述稀释胶乳形成聚合物溶液；
g)将所述聚合物溶液注入所述地下油层；以及
h)收集烃流体。
16.一种根据权利要求10-14中任一项所述的反相系统的用途，用以使油包水胶乳反相。
17.一种根据权利要求10-14中任一项所述的反相系统的用途，用以从地下油层采收烃流体。
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