DE1506430C2

DE1506430C2 - Verfahren zum Fördern von zähflüssigem Rohöl durch Rohrleitungen

Info

Publication number: DE1506430C2
Application number: DE1506430A
Authority: DE
Inventors: Harley Young Fullerton Jennings Jun.; Clayton Doyle Fullerton Mcauliffe; Wesley Gwinn Whittier Poynter; Ralph Whittier Simon
Original assignee: Chevron Research Co
Current assignee: Chevron USA Inc
Priority date: 1966-01-03
Filing date: 1967-01-02
Publication date: 1973-01-04
Also published as: US3487844A; DE1506430B1; NL6700073A; FR1514215A

Description

3 4

läßt man bei der Zersetzung CO₂ durch die Emulsion Die verschiedenen Rohöle zeigen eine unterschied-

hindurchperlen. liehe Eignung für die Bildung der gewünschten Öl-in-

Die Erfindung ist besonders nützlich bei Anwen- Wasser-Emulsion, mit der die Vorzüge der Erfindung dung auf asphaltische Rohöle, die durch Kontakt genutzt werden können. Im einzelnen ist es zweck- und Vermischung mit einer geeigneten wäßrigen 5 mäßig, das Rohöl mit Bezug auf seine Fähigkeit zu basischen Lösung in eine Öl-in-Wasser-Emulsion um- bewerten, eine Ölemulsion zu bilden, bevor es mit gewandelt werden. Entsprechend ist festgestellt worden, Natriumhydroxid oder anderen Alkalihydroxid-Lösundaß die Viskosität des Rohöls um einen Faktor von gen zur Bildung der gewünschten Öl-in-Wasser-Emul-100 bis 1000 verringert werden kann, bezogen auf sion vermischt wird. Unter Verwendung von Natriumdie ursprüngliche Viskosität des asphaltischen Roh- io hydroxid als Bezugsmittel werden nachstehend mehrere öls. Hierfür wird dem Rohöl eine wäßrige Lösung Beispiele für Rohöle gegeben, um die geeigneten einer Base, z. B. Natrium-Hydroxid, zugesetzt, die Konzentrationsbereiche anzuzeigen, in denen eine mit den verseifbaren Bestandteilen des Rohöls zur · gewünschte Öl-in-Wasser-Emulsion gebildet werden Erzeugung einer Öl-in-Wasser-Emulsion reagiert. Die kann. Allgemein werden Emulsionen am leichtesten Menge und die Konzentration der basischen Lösung 15 mit Rohölen gebildet, die hohe Säurezahlen aufweisen, zum Zumischen zum Rohöl kann in einet Konzen- Die Emulsion wird auch einfacher mit frischen Wassern ti ation von etwa 0,002 η bis 1 η oder höher variieren gebildet, deren Salzgehalt niedrig ist, falls das Lagerund derart bemessen sein, daß die Konzentration der Stättenwasser einen zu hohen Salzgehalt hat.
Base bei Erzeugung der Emulsion im Bereich von Tafel 1 zeigt die wirksamen Bereiche des Natrium-0,002 η bis 0,75 η liegt, bezogen auf das Gesamtwasser, ao hydroxids in Gewichtsprozent der Konzentration im das nach Emulgation anwesend ist. Gemeint ist nicht wäßrigen Dispersionsmittel bei Verwendung zur Emulnur Wasser, das durch die alkalische Lösung beige- gation von Rohölproben zur Bildung von öl-intragen wird, sondern auch das Wasser, das von der Wasser-Emulsionen. Das zu dispergierende Öl wurde Lagerstätte her in dem zu emulgierenden Öl vorhanden auf etwa 70 Volumprozent gehalten, um öl-in-Wasserist. Daraus ergibt sich eine Emulsion mit etwa 50 25 Emulsionen von Rohölen in den gegebenen bevorbis 70% Öl und 50 bis 30% Wasser, bezogen auf zugten Bereichen zu erzeugen,
das Volumen der Emulsion. Tafel 1

Für ein bestimmtes für die Beförderung vorgesehenes

Rohöl können Laboratoriumsversuche ausgeführt

und dadurch die günstigere Konzentration und Menge 30 Rohöl
der basischen Lösung bestimmt werden. Die Konzentration der basischen Lösung muß innerhalb eines

verhältnismäßig engen Bereiches eingestellt werden. Midway-Sunset A

Falls die Konzentration nämlich zu gering ist, tritt Midway-Sunset B

die Emulgation nicht ein oder ist unvollständig, und 35 Midway-Sunset C
falls die Konzentration zu hoch ist, tritt eine Umkehr West Coalinga A
der Emulsion von einer Öl-in-Wasser- in eine Wasser- West Coalinga B
in-Öl-Emulsion ein, woraus sich ein zu vermeidender Boscan
Anstieg der Viskosität ergibt, die dann sogar noch Casmalia

größer als die ursprüngliche Viskosität des Öls sein 40 c_at Canyon

NaOH-Konzentra-

tion

Gewichtsprozent
in Wasser

0,4 bis 1,4 0,05 bis 0,5 0,1 bis 1,0 0,05 bis 1,0 0,1 bis 0,5 0,05 bis 0,3 0,1 bis 0,6 0,1 bis 1,0

kann.

Die zur Bildung der wäßrigen alkalischen Lösung Im allgemeinen werden Alkalimaterialien wie Naverwendete Base kann ein Alkalimetall-Hydroxid sein, triumhydroxid als bevorzugte Lösung zugesetzt. Es wie z. B. Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Lithium- sind jedoch gewisse ölführende Formationen bekannt, hydroxid oder Ammoniumhydroxid. Zusätzlich zu 45 in denen das Formationswasser einen ausreichend den anorganischen Basen ist es auch möglich, starke hohen Gehalt an Alkalimetallcarbonat hat, um die organische Basen zu verwenden, wie z. B. Amine, Bildung von Alkalimetallhydroxiden bei Mischung z. B. Äthylamine, Propylamin, Triäthanolamin. Da- mit einem Erdalkalihydroxid, wie Kalziumhydroxid, durch werden emulgierende Amin-Seifen mit der Säure zu ermöglichen. Kalziumhydroxid ist ein verhältnisgebildet, die in der asphaltischen Gruppe enthalten 50 mäßig billiges alkalisches Material, das mit dem Lagerist. In Anbetracht der Kosten ist es allgemein vorzu- Stättenwasser reagiert, um unlösliche Erdalkalimetallziehen, eine Lösung zu verwenden, die aus Natrium- karbonate und wäßrige Alkalimetallhydroxide zu hydroxid gebildet wird. bilden.

Die Erfindung ist besonders nützlich in Anwendung Zum Beispiel hat im Boscan-Feld in Venezuela das auf asphaltische Rohöle, die verseifbare Bestandteile 55 Formationswasser einen hohen Gehalt an Natriumenthalten, welche mit der basischen Lösung das wirk- bikarbonat; außerdem ist Kalziumhydroxid örtlich same Emulgationsmittel bilden können, das benötigt verfügbar und billig, während Natriumhydroxid einwird, um die Öl-in-Wasser-Emulsion herzustellen. geführt werden müßte. Die Erfindung kann im Boscan-Beispiele für derartige Rohöle sind Rohöle mit Naph- Feld dadurch ausgenutzt werden, daß entweder eine then-Basis, wie die schweren kalifornischen Rohöle, 60 gesättigte Lösung von Kalziumhydroxid oder eine z. B. diejenigen aus dem »Valley« (Kern County, verdünnte Dispersion von festem Kalziumhydroxid Coalinga) und Rohöle von der Küste (Santa Maria), in Wasser mit dem Formationswasser gemischt wird, ferner die schweren venezolanischen Rohöle, z. B. um einen reaktionsbildenden Kalziumkarbonatnieder-Boscan, die schweren mexikanischen Rohöle, z. B. schlag und verdünntes Wäßriges Natriumhydroxid vom Ebano- und Panuco-Typ, die schweren Rohöle 65 zu erzeugen, das bei Vermischung mit dem Öl die von der texanischen Golfküste, die Asphalt enthalten- Bildung einer Öl-in-Wasser-Emulsion nach der Erden Rohöle aus Mississippi und naphthenische Öle findung auslöst,
aus den Mid-Continent-Feldern. Bei Wasser, das Kalzium- oder Magnesiumsalz

enthält, ist es auch vorteilhaft, Natriumkarbonat zusammen mit dem Alkalimetallhydroxid zuzufügen, um Kalziumkarbonat oder Magnesiumhydroxid zu bilden. Selbst wenn diese Verbindungen keinen Niederschlag bilden, sind sie ausreichend inaktiviert worden, so daß sie nicht die Reaktion der basischen Lösung mit dem Rohöl zur Bildung einer Öl-in-Wasser-Emulsion stören. Bei nichtasphaltischen Rohölen, z. B. Minas- und Red Wash-Rohölen, die wegen ihres hohen Paraffingehaltes hochviskos sind, jedoch wenig verseif bares Material, falls überhaupt, enthalten, ist es möglich, die erforderliche Öl-in-Wasser-Emulsion dadurch zu bilden, daß ein vorher hergestelltes · Emulgationsmittel zusammen mit genügend Alkalilösung und dem nichtasphaltischen Rohöl gemischt wird. Ein geeignetes Emulgationsmittel wird erhalten durch Extraktion gewisser asphaltischer Rohöle mit geringem spezifischem Gewicht, wie diejenigen, die aus zahlreichen Formationen in kalifornischen Ölfeldern erzeugt werden, z. B. Casmalia, San Ardo, ao Midway-Sunset, West-Coalinga und Poso Creek. Wenn sowohl ein asphaltisches, emulgierendes Rohöl als auch ein Rohöl durch eine Pipeline gefördert werden sollen, das bei Zusatz einer basischen Lösung nicht emulgiert, können erfindungsgemäß die Rohöle in einem vorbestimmten Verhältnis gemischt und dann die basische Lösung der Mischung zugesetzt werden, um eine Öl-in-Wasser-Emulsion mit den gewünschten Eigenschaften für die Pipelineförderung zu bilden.

Die sich ergebende niedrigviskose Öl-in-Wasser-Emulsion ist stabil und kann durch eine Pipeline über weite Entfernungen gepumpt werden. Wenn die Emulsion in einer Raffinerie oder an einem Tankerladepunkt ankommt, wird sie zersetzt und das Wasser vom Öl getrennt. Da die meisten Raffinerien mit einer oberen Grenze von 3 bis 6% Formationswasser im angelieferten Rohöl arbeiten, ist es erforderlich, ein billiges und wirksames Verfahren zu schaffen, um die Emulsion zu zersetzen und das Öl und das Wasser zu trennen. Nach der Erfindung wird eine Salzlösung unter gesteuerten Temperaturbedingungen verwendet, um die Emulsion in wirksamer und billiger Weise zu trennen.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Es zeigt F i g. 1 das Fördersystem nach der Erfindung,

F i g. 2 im Diagramm dargestellt den Druckabfall in einer Rohrleitung beim Durchpumpen einer Emulsion nach der Erfindung,

F i g. 3 ein Diagramm, in welchem die Fließeigenschaften einer erfindungsgemäß gebildeten Emulsion mit einem theoretischen Strömungsmittel verglichen werden,

F i g. 4 ein Diagramm, das den Druckabfall in einer Rohrleitung beim Durchpumpen einer erfindungsgemäßen Emulsion darstellt,

Fig. 5a, 5b und 5c Diagramme zur Erläuterung von Daten, die beim Zersetzen einer Emulsion nach der Erfindung auftreten,

Fig. 6a, 6b und 6c Diagramme, welche Daten erläutern, die beim Zersetzen einer Emulsion nach der Erfindung entstehen, und

Fig. 7 a, 7 b und 7 c Diagramme zur Erläuterung von Daten, die beim Zersetzen einer erfindungsgemäßen Emulsion entwickelt werden.

Das in F i g. 1 gezeigte Fördersystem stellt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar. Das aus dem Untergrund geförderte Öl wird in einen Vorratsbehälter 20 gebracht, der gewöhnlich bei Betrieb eines ölfeldes benutzt wird, um das aus den Förderbohrungen kommende Öl zeitweilig zu speichern. In vielen Fällen wird das aus den Förderbohrungen kommende Öl mittels einer Erhitzungsvorrichtung, wie bei 22 dargestellt, erwärmt, um den Gehalt an fossilem oder Formationswasser des geförderten Öls zu verringern und zu ermöglichen, daß das öl besser fließt. In dieser Hinsicht kann es ja nach dem Formationswassergehalt eines bestimmten Öls und den Eigenschaften des Formationswassers erforderlich oder erwünscht sein, das geförderte Öl zur Entfernung des Formationswassers zu erhitzen.

Ein Wasserbehälter 24, der Wasser zuführt, das bei der Bereitung einer Emulsion nach der Erfindung verwendet wird, ist durch Rohrleitungen angeschlossen, damit das Wasser mit dem Öl aus dem Vorratsbehälter 20 vermischt werden kann. Die relative »Süße« des für die Bereitung der richtigen Öl-in-Wasser-Emulsion zu verwendenden Wassers hängt von dem jeweils zu emulgierenden Öl und von der Menge des in dem Öl enthaltenden Formationswassers ab. Bei gewissen Ölen ist ein Wasser mit einem sehr niedrigen Salzgehalt für die richtige Emulgation erforderlich. Bei anderen Ölen kann Salzwasser oder sogar mitgefördertes Wasser zur Bildung der Emulsion verwendet werden. Die Tafel 2 erläutert den Bereich der Natriumhydroxidkonzentration und der Prozentsätze des mitgeförderten Wassers bei der Emulgierung von Santa-Maria-Valley-Rohölen.

_; Tafel 2

Bereich der Natriumhydroxid-Konzentrationen, mit denen 70°/_oige Öl-in-Wasser-Emulsionen aus Santa-Maria-Valley-Rohölen erzeugt werden können.

Feld	Konzession	Bohrung	In Rohöl mitgefördertes Wasser, %	Prozentsatz NaOH, der in wäßriger Phase gute Öl-in-Wasser-Emulsion liefert
Casmalia Casmalia Casmalia Casmalia Casmalia Cat Canyon Cat Canyon Cat Canyon Los Alamos Zaca Zaca	Casmalia Fee Casmalia Fee Stock Tank Oil Peshine Peshine A Harbordt Williams Holding G. W. P. Getty-Bell Chamberlin Carrauza	14 21 3-A 87 6125 6824 23 12 1	6,5 13,1 1,8 0,8 4,0 7,7 3,8 15,7 6,9 20,4 19,6	0,2 bis 0,5 0,2 bis 0,3 0,05 bis 0,5 0,1 bis 0,5 0,2 bis 0,5 0,2 bis 1,0 0,1 bis 1,0 0,2 bis 0,5 emulgierte nicht emulgierte nicht 0,1 bis 0,2

7 8

Pumpen 26 und 28 werden benutzt, um das Wasser nach einem Wärmeaustauscher 72 zur Vorwärmung

und das Öl durch 30 und 32 nach einer Proportional- befördert. Das Öl wird auf eine Temperatur über

Strömungssteuerungseinrichtung 34 zu fördern, die mit etwa 93,3°C und vorzugsweise über 104,4°C erwärmt,

entsprechenden Ventilen 36 und 38 arbeitet und den Das den Wärmeaustauscher 72 in der dargestellten Zufluß von vorbestimmten Öl- und Wassermengen in 5 Ausführungsform heizende Strömungsmittel wird

eine gemeinsame Mischleitung 40 ermöglicht. Vor der durch eine Leitung 74 zugeführt und ist der heiße

Mischung des Wassers mit dem Öl wird eine vorbe- Abfluß aus einem entsprechenden Wärmebehandler 76.

stimmte Menge einer Base, z. B. Natriumhydroxid, Die heiße Öl-in-Wasser-Emulsion wird dann durch

aus einer geeigneten Quelle 42 mit dem Wasser ge- eine Leitung 78 hindurch bewegt und mit Salzwasser mischt. Eine Dosierpumpe 44 dient dazu, das Natrium- io gemischt, das in die Anlage durch eine Pumpe 80 und

hydroxid durch die Leitung 46 zu fördern. Eine Pro- eine Leitung 82 eingespeist wird. Es sind Salzlösungen

portional-Strömungssteuerungsvorrichtung48 stellt den mit einem gelösten Feststoff gehalt von 15 000 bis

Zufluß von Wasser und Base durch entsprechende 40 000 mg/1 verwendbar. Nach der Erfindung ist das

Ventile SO und 52 in den Leitungen 32 und 46 ein. Ein Salzwasser vorzugsweise Seewasser mit einem ge-Leitungsmischer 54 wird benutzt, um die richtige Mi- 15 lösten Salzgehalt von etwa 30 000 bis 35 000 mg/1,

schung der Ätzlauge und des Wassers vor dem Ein- Das Seewasser wird auf über 65,6°C und vorzugs-

fiießen in die Mischleitung 40 zu gewährleisten. Strom- weise auf über 79,3⁰C in einem Wärmeaustauscher 84

abwärts vom Mischpunkt des Öls mit der basischen erwärmt, bevor es mit der Öl-in-Wasser-Emulsion

Lösung sind kraftbetätigte Mischer 56 eingeschaltet, vermischt wird. Das heiße Strömungsmittel ist der die die basischen Lösungen und das Öl zur Erzeugung 20 Ölabfluß vom Wärmebehandler 76 und wird durch

einer Öl-in-Wasser-Emulsion vermischen, welche die eine Leitung 86 zugeführt.

gewünschten Eigenschaften und die gewünschte Vis- Das Seewasser und die Öl-in-Wasser-Emulsion

kosität aufweist. Ein Viskositäts-Obergrenzenwarn- werden in einer gemeinsamen Mischleitung 88 in einem

gerät 58 kann in der Leitung stromabwärts vom Mi- Verhältnis von Emulsion zu Seewasser von etwa 3:1 scher 56 angeordnet sein, um unerwünscht hohe Öl- 25 gemischt. Für 60/40-Öl-in-Wasser-Emulsionen sind

in-Wasser-Viskositäten festzustellen und zu über- Emulsion-Seewasser-Verhältnisse von etwa 2¹J₂ :1 bis

wachen. Wie oben angedeutet, ist es äußerst wichtig, 3V₂ ·' 1 geeignet. Niedrigere Verhältnisse sind weniger

die basische Lösung innerhalb bestimmter Grenzen wirtschaftlich und geben auf Grund dessen keine besse-

zu halten, da bei einer zu schwachen Base sich eine ren Ergebnisse. Höhere Verhältnisse führen zu einer

unvollständige Emulgation und bei einer zu starken 30 unvollständigen Emulsionszersetzung. Bei 50/50-Ö1-

Base eine Inversion der Emulsion ergibt, wobei ein in-Wasser-Emulsionen wird ein Emulsions-Seewasser-

Anstieg in der Viskosität zu erwarten ist. verhältnis von 3 :1 bevorzugt. Weiter stromabwärts

Die richtig zubereitete Emulsion wird dann durch wird in der Mischleitung 88 eine kleine Menge einer die Pipelinepumpen 60 über irgendeine gewünschte geeigneten Behandlungschemikalie zugesetzt. Ein der-Strecke 62 bis zu einem Emulsionsspeicherbehälter 64 35 artiges geeignetes Behandlungsmittel ist ein als Emulam stromabwärtigen Ende der Pipeline befördert. Es sionszersetzungsmittel bekannter Stoff auf der Basis kann irgendeine Anzahl von der Pumpe 60 entspre- eines nicht ionisierten Propylenoxid-Äthylenoxidchenden Pipelinepumpen benutzt werden, da die erfin- Copolymerisats, der in einem Chemikalienvorratsdungsgemäß bereitete Emulsion stabil ist und durch behälter 90 aufbewahrt wird und in die Strömungsdas wiederholte Pumpen nicht beeinflußt wird. Die 40 leitung 88 mittels einer Dosierpumpe 92 eingespeist F i g. 2 bis 4 zeigen Eigenschaften der erfindungs- wird. Das Behandlungsmittel wird in der Menge von gemäß hergestellten Emulsion während der Bewegung etwa 7,785 dm³ für 158,8 hl der behandelten Flüssigdurch die Rohrleitung. Insbesondere zeigt F i g. 2 keit verwendet. Kraftbetätigte Mischer 94, die stromeine Anzahl von Kurven, welche den Druckabfall abwärts in der Leitung 88 liegen, sorgen für eine vollzur Flußgeschwindigkeit für Emulsionen aus Casmalia- 45 ständige Mischung der Emulsion und des behandelten Rohöl in Beziehung setzen. Die verschiedenen Emul- Seewassers vor dem Einströmen der Mischung in den sionen werden durch Verwendung von 0,10- bis Wärmebehandler 76. Im Wärmebehandler 76 wird die 0,15%igen Natriumhydroxid gebildet, bezogen auf Mischung unter Druck erhitzt, um die vollständige das Gesamtwasser. Die Emulsionen wurden gealtert, Trennung des Öls vom Wasser zu fördern. Eine gewie angegeben, um herauszustellen, daß die Emul- 5° eignete Heizquelle, wie die Dampfeinheit 96, dient sionen nach einer Zeitspanne der Ruhe noch leicht dazu, die Temperatur im Wärmebehandler auf über pumpbar sind. Fi g. 3 erläutert die Strömungseigen- 121°C und vorzugsweise auf über 135°C zu steigern, schäften einer Anzahl von Casmalia-Öl-in-Wasser- Der Druck im Wärmebehandler wird über 3,5 kg/cm² Emulsionen und vergleicht sie mit einer theoretischen Überdruck und vorzugsweise über 5,6 kg/cm^a Über-10 cSt Newtonschen Flüssigkeit. F i g. 4 zeigt die 55 druck gehalten. Das Öl und das Wasser trennen sich Wirkung der Temperatur auf die Strömungsgeschwin- im Wärmebehandler. Das Wasser fließt durch die digkeit und den Druckabfall für eine Casmalia-Öl-in- Leitung 74 nach einer Flotations-Abschöpfeinrich-Wasser-Emulsion. tung 98, damit das Öl vollständig vom Wasser getrennt

Vielfach ist es erwünscht, die Öl-in-Wasser-Emulsion wird, bevor das Wasser mittels der Pumpe 100 durch zu zersetzen und das Öl vom Wasser abzusondern, 60 das Filter 102 hindurch abgelassen wird. Das restliche bevor das Öl aus dem Emulsionsspeicherbehälter 64 Öl aus der Flotations-Abschöpfeinheit wird von der (F i g. 1) in eine Raffinerie oder in ein Schiff über- Einheit durch die Leitung 104 mittels der Pumpe 106 geführt wird. Dabei wird die obere Grenze für den abgezogen und in die Anlage durch die Strömungs-Wassergehalt des Öls gewöhnlich auf etwa 3 bis leitung 88 zurückgeführt. Statt dessen kann das rest-6 Gewichtsprozent festgesetzt. Entsprechend der be- 65 liehe Öl, falls es den Bedingungen genügt, auch in vorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die den Vorratsbehälter 80 geleitet werden. Das Öl wird Öl-in-Wasser-Emulsion aus dem Speicherbehälter 64 von dem Wärmebehandler 76 durch die Leitung 86 mittels einer Pumpe 66 durch Leitungen 68 und 70 hindurch abgezogen und in einen Vorratsbehälter

ίο

übergeführt, um als Raffinerievorrat oder zur weiteren Beförderung bereitgehalten zu werden.

Die Vorzüge der Erfindung sind zuerst unter Verwendung von Casmalia-Rohöl gezeigt worden, das eine Viskosität von etwa 106 cSt (Centistockes) bei 21,1°C hat. Es wurden sechs Mengen, jeweils 25 Barrels (39,7 hl), von Öl-in-Wasser-Emulsionen mit verschiedenen Öl-Wasser-Verhältnissen hergestellt und über 600,45 m (äquivalent-korrigierte Länge) einer Drei-Zoll-Leitung bewegt. Die Emulsionen wurden hergestellt, indem zunächst ein Behälter mit einer geeigneten Menge Wasser und Ätzlauge gefüllt und dann das Öl zugesetzt wurde. Das Mischen wurde durch Umwälzen des Behälterinhaltes mit einer Pumpe ausgeführt. Alle Emulsionen bis auf eine Menge wurden mit aus Vorratsbehältern stammendem Casmalia-Öl hergestellt, das auf weniger als 3°/o Wasser in FeIdwärmebehandlern getrocknet worden war. Die letzte Menge enthielt genügend Formationswasser, um bis zu 25% der Gesamtwassermenge daraus zu bilden. Daten für die Durchläufe in der Drei-Zoll-Leitung sind in den Tafeln 3 und 4 und in F i g. 2 dargestellt. Die Daten sind mit einem Viskositätskorrekturfaktor korrigiert und mit einer theoretischen 10 cSt Newtonschen Flüssigkeit in F i g. 3 verglichen. Diese Figur kann für die Leitungsbemessung verwendet werden.

Die 50/50-Emulsionen waren äußerst stabil und zeigten keine Änderungen der Eigenschaften nach 5 Tagen. Die 60/40- und 65/35-Etnulsionen neigten zum Dicken nach mehreren Tagen. Dies war wahrscheinlich auf ungenügende Mischung und geringfügige Unwirksamkeiten in der Kaustikstärke zurückzuführen, welche zur Schichtung in eine ölreiche Öl-in-Wasser-Schicht über einer wasserreichen Öl-in-Wasser-Schicht führte. Die beiden Schichten mischten sich leicht bei nur

ίο einer geringfügigen Bewegung, und die Schichtung verursachte keine Schwierigkeiten beim Anfahren einer Leitung, die 10 Tage lang stillgelegen hatte.

Wie oben erwähnt wurde, wurde eine Menge der Casmalia-Rohöl-Emulsion unter Verwendung einer Mischung von 25% Formationswasser und 75% Süßwasser hergestellt, während alle anderen Mengen mit Süßwasser allein hergestellt worden waren. Damit wurde gezeigt, daß ein Teil des im Felde anfallenden Formationswassers innerhalb des Pipeline-Emulsionsverfahrens abgeführt werden kann. Die Emulsion war gut und behielt ihre Stabilität. Jedoch ist 25% des Gesamtwassers etwa der höchstzulässige Gehalt an Formationswasser im Casmalia-Rohöl, da hoher Salzgehalt (15 000 mg/1) die richtige Emulgation in größeren Mengen verhindert.

Tafel 3

Emulsionsförderung von Casmalia-Rohöl durch eine Pipeline. — Daten für das Durchfließen einer Drei-Zoll-Rohrschleife.

Volum prozent	Alter der	Gewichts prozent	Temperatur	Viskosität	GPM in V P r»hr	0,10	32,2	10	69,5	AP Beobachtet über	AP pis/1000 ft	Ik	9,6
Öl in der	Emulsion	NaOH		incP	j -Jt\.unr-				63,8	3"-Rohrschleife in psi	/= 0,23064 \	7,3
Emulsion		in Wasser	"C		ocmeiie				48,3	(1 psi - 0,0703 kg/cm*)	kg/cm²	5,0
		I. Öl aus Vorratsbehälter/Süßwasser				31,9		\ km /	2,8
					11	78,5			12,2
					65,5	18,9	9,0
50					50,0	14,3	5,6
					25,7	9,9	1,9
				11	75,3	5,5	10,8
	1 Tag alt				55,4	24,1	6,0
					48,3	17,8	4,6
					30,2	11,1	1,4
		0,10	30,6	29	57,5	3,7	7,7
	5 Tage alt				79,5	21,3	13,4
					82,0	11,9	14,6
					66,3	9,0	10,4
					42,0	2,8	5,5
					19,9	15,7	2,6
60				147	27,4	26,5	14,3
					19,9	28,7	10,8
					7,9	20,4	7,0
					44,5	10,9	20,3
					31,0	5,2	14,3
	8 Tage alt		28,1
		21,2
		13,8
40		40,0
		28,2

11

Fortsetzung von Tafel 3

Volum prozent	Alter der	Gewichts prozent	Temperatur	Viskosität	GPM in	AP Beobachtet über	AP psi/1000 ft
Öl in der	Emulsion	NaOH		incP	J -Κ.ΟΠΓ-	3"-Rohrschleife in psi	/(= 0,23064 \
Emulsion		in Wasser	°C		oc nie ite	(1 psi — 0,0703 kg/cm²)	kg/cm²
		0,15	41,7	47,5	82,0	37,4	\ km) /
65					73,0	31,9	19,0
					51,0	21,3	16,2
					33,2	14,2	10,8
					17,7	7,5	7,2
					5,3	3,2	3,8
					57,5	26,0	1,6
	5 Tage alt		32,2	161	48,8	33,0	13,2
					37,7	25,9	16,7
					27,5	20,0	13,1
					16,8	14,2	10,0
	7,2

II. Öl aus Vorratsbehälter/75 % Süßwasser, 25% Abwasser

2 Tage alt

0,15

35,0

33,3

9,5

10

71,7	17,0	8,6
57,6	10,8	5,5
46,5	7,3	3,7
33,6	3,8	1,9
75,0	17,3	8,8
59,3	11,4	5,8
46,0	6,5	3,3
31,4	2,5	1,3

Tafel 4 bezieht sich auf ein »Harbordt-lease«-Rohöl aus Kalifornien, das in emulgierter Form durch die Pipeline befördert worden ist. Die Emulsion ist eine 50/50-Öl-in-Wasser-Emulsion, welche eine 0,10°/₀ige Lösung von NaOH in Wasser als externe Phase verwendet. Die Emulsion war geringfügig mager an Ätzlauge und teilweise geschichtet, jedoch allgemein in guter Qualität und für die Emulsions-Rohrleitungsförderung geeignet.

Tafel 4

Emulsionsförderung von Casmalia-Rohöl durch eine Pipeline.
Daten für das Durchfließen einer 3-Zoll-Rohrschleife.

Volumprozent Öl in der Emulsion

Gewichts	Temperatur	Viskosität
prozent		incP
NaOH	⁰C
in Wasser

GPM in 3"-Rohrschleife

ZlP

Beobachtet über

3"-Rohrschleife in psi

(1 psi = 0,0703 kg/cm²)

ZlP psi/1000 ft

kg/cm²

= 0,23064

Harbordt-Öl/Süßwasser

0,10

32,8

34

78,9	31,0	15,8
61,1	21,0	10,7
47,4	12,0	6,1
15,4	9,0	4,6

Tafel 5 betrifft die Pipelineförderung eines emulgierten Casmalia-Rohöls in einer Vier-Zoll-Pipeline. Die Öl-inWasser-Emulsion wurde in zwei Mengen von je 794 hl hergestellt und über 4 km einer Vier-Zoll-Leitung gepumpt. Wenn irgend möglich, wurden die Emulsionen in der Leitung mehrere Tage stehengelassen, um die Stabilität unter simulierten Pipeline-Ruhezuständen zu prüfen. Die Emulsionen wurden in Chargen hergestellt, indem zunächst ein Behälter mit Wasser und Ätzlauge gefüllt und dann das Öl zugesetzt wurde. Das Mischen wurde durch Umwälzen des Tankinhaltes mit einer Pumpe ausgeführt.

Tafel 5

Emulsionsförderung von Casmalia-Rohöl durch eine Pipeline. — Daten für das Durchfließen einer Vier-Zoll-Rohrschleife. 50/50-Vorratsbehälter-Öl/Süßwasser.

I. Viskositäts-Daten

Muster	Ort	Bemerkungen	Dater Fann-Vis cP	vom kometer ⁰C
1 2 3	Casmalia Northam Northam	Nach 5stündigem Mischen	33 38 30,5	32,8 28,3 22,2
4 5 6 7 8	McNaIIy McNaIIy Northam McNaIIy Northam	Nach Absetzen über Wochenende	26 25,5 22 24 23,5	29,4 29,4 33,3 33,3 28,3
Während des Mischens
Oberteil des Behälters nach Abstehen über Nacht.. Boden des Behälters
Nach Durchfluß durch die Pipeline von McNaIIy Nach Durchfluß durch die Pipeline von Northam Nach Abstehen über Nacht

II. Durchsatzgeschwindigkeit zu P für den Emulsionsdurchfluß durch eine Vier-Zoll-Leitung

von 4,042 km Länge

	Überdruck-Messune. osie	McNaIIy	L	Druckabfall, psi	16,0
Barrels/Stunde		Überdruck)	Γ	psi/1000 ft	9,6
(1 barrel = 1,588 hl)	Northam	198	212	kg/cm² \	15,9
		30	127	km j	5,8
263	(1 psig = 0,0703 kg km¹	200	211
200	30	20	77
266	201
177	35
141

Eine befriedigende Methode zur Trennung der Casmalia-Öl-in-Wasser-Emulsion in trockenes Öl und klares Abfall wasser an einem Endpunkt zur Lieferung eines trockenen Öls mit weniger als 3 % Wassergehalt und klarem Abfallwasser wurde durch die unten angegebenen Verfahren erzielt. Die Einrichtung war ähnlich der in Fig. 1 dargestellten. Seewasser wurde als Hauptemulsionszersetzungsmittel verwendet. Seewasser, Emulsion und eine kleine Menge einer Behandlungschemikalie wurden zusammengemischt und auf etwa 135° C erwärmt. Die Mischung wurde gründlich durchgerührt und lief durch eine das Zusammenfließen der emulgierten Komponente begünstigende Einrichtung in einen Horizontalseparator. In vielen Fällen ist die Verwendung einer das Zusammenfließen begünstigenden Einrichtung nicht erforderlich. Das trockene Öl wurde vom oberen Teil des Separators abgezogen und gespeichert. Das Abwasser vom Boden des Separators wurde vor dem Ablaufen in einem Abschöpfteich durch Lufteinblasen geklärt und durch Excelsior-Kissen gefiltert.

Im Laboratorium wurden etwa 150 Prüfversuche durchgeführt, um die verschiedenen emulsionszersetzenden Lösungen zu bewerten und die günstigsten Werte der wesentlichen Verfahrensparameter zu bestimmen. Diese Prüfungen zeigten, daß gewöhnliches Seewasser wirksam und wirtschaftlicher als künstlich zubereitete Salz- oder Säurelösungen sind. Es hat sich herausgestellt, daß Säurezusatz, obwohl theoretisch zur Neutralisierung des kaustischen Emulgators erwünscht, praktisch unerwünscht ist, da Säure eine sehr schnelle Emulsionszersetzung hervorruft, die dazu führt, daß Emulgationswasser im Öl eingeschlossen wird. Die F i g. 5 bis 7 erläutern die Ergebnisse dieser Versuche. Eine gründliche Emulsions-Seewasser-Mischung ist wesentlich. Eine befriedigende Zersetzung der Öl-in-Wasser-Emulsion erfordert ein 1- bis 2stündiges Verweilen der Seewasser-Emulsionsmischung bei etwa 135° C und den Zusatz kleiner Mengen von Behandlungschemikalien, z. B. eines die Emulsionszersetzung fördernden Stoffes auf der Basis eines nicht ionisierten Propylenoxid-Äthylenoxid-Copolymerisats.

Emulsions-Seewasser-Verhältnisse von etwa 2 ¹J₂ bis 3V2^;1 ^smd bei 60/40-Öl-in-Wasser-Emulsionen geeignet. Ein Emulsions-Seewasser-Verhältnis von 3:1 ist das bevorzugte Verhältnis. Niedrigere Verhältnisse als die vorerwähnten führen nicht zur vollständigen Emulsionsauflösung, während höhere Verhältnisse nicht wirtschaftlich sind und keine wesentlich besseren Ergebnisse zeigten.

Zusätzliche Versuche wurden ausgeführt, um die Vorzüge des voi liegenden Verfahrens bei verschiedenen Ölen zu zeigen. Die Versuche sind in der Tafel 6 dargestellt.

Tafel 6

Angaben zur Emulsionsbereitung (50/50-öl/Wasser-Verhältnis) und zur Emulsionszersetzung

mit Seewasser.

Rohöl	Spezifisches Gewicht API	Öl-Viskosität cP bei 21,1° C	Wasser-Rest %	NaOH für die Emulsions- bildung Gewichtsprozent	Emulsions- Viskosität bei21,l°C	% H₂O im Öl nach Emulsions zersetzung
Inglewood Investment Zone Poso Creek Inglewood Rubel Zone	14,7 13,7 26,5	637 5,100 17	Spuren Spuren Spuren	0,10 0,12 0,12	15 11 21	2,0 4,1 4,2

Das Emulsionsverhältnis war 50/50-Ö1-Wasser und wurde bei etwa 65,5° C hergestellt. Die Ätzlaugen-Konzentration ist in der Tabelle für jedes öl angegeben. Die Emulsionszersetzung wurde mit Verwendung von Seewasser in einem 21:1-Verhältnis bei einer Emulsionstemperatur von 93,3 ⁰C ausgeführt. Ein kleiner Teil (1 Teil/2000 Teile Emulsion) eines die Zersetzung fördernden Stoffes auf der Basis eines nicht ionisierten hochmolekularen Äthylenoxid-Polymerisats wurde der Emulsion während des Emulsionszersetzungsvorganges zugesetzt. Die Wassergehalte des Rohöls nach der Trennung waren befriedigend.

Ein weiterer Versuch wurde zur Veranschaulichung eines Verfahrens ausgeführt, das manchmal an Stelle der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendbar ist. Bei diesem Versuch war die Emulsion eine 70%ig^e Öl-in-Wasser-Emulsion, die durch Zusatz einer wäßrigen 0,2%igen Natriumhydroxidlösung

ao zum Casmalia-14-Rohöl gebildet worden war. Die dadurch erzielte Emulsion ist für die Pipeline-Förderung geeignet. Das zur Zersetzung der Emulsion verwendete Verfahren schließt den Zusatz von 0,3 g Kalziumchlorid zu je 100 g der Emulsion und Durchblasen von CO₂ durch die sich ergebende Mischung ein. Durch die Mischung wurden während einer Zeit von etwa 4 Stunden 2 ml CO₂ pro Minute durchgeblasen. Der Wasserrest des abgeschiedenen Öls betrug 1,95%. so daß das Ergebnis als zufriedenstellend angesehen werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche: Zersetzung die Emulsion mit Seewasser bei einer Temperatur von über 93,3 C und in einem Ver-

1. Verfahren zum Fördern von zähflüssigem hältnis der Emulsion zu dem Seewasser von 2:1 Rohöl durch Rohrleitungen, wobei Wasser mit bis 3¹I₂' 1 gemischt wird.

dem öl gemischt, das Gemisch durch die Rohr- 5 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12

leitungen hindurchgeführt und anschließend das zur Förderung eines asphaltischen Rohöles, da-

öl von dem Wasser getrennt wird, dadurch durch gekennzeichnet, daß die Base eine wäßrige

gekennzeichnet, daß das Rohöl in Ge- Alkalilösung mit einer Normal-Konzentration an

genwart eines .Emulgiermittels in Wasser disper- OH-Ionen im Bereich von etwa 0,2 bis 1,5 Normal

giert wird, das zwischen 0,05 und 1,4 Gewichts- io ist. " '

prozent, bezogen auf die Gesamtwassermenge,

einer Base enthält, und daß eine öl-in-Wasser- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum

Emulsion mit einem Verhältnis von Rohöl zu Fördern von zähflüssigem Rohöl durch Rohrleitun-

Wasser von etwa 50: 50 bis etwa 70: 30 gebildet gen unter Beimischung von Wasser.

wird. 15 Viele Rohöle sind nach der Förderung äußerst

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- zähflüssig und deshalb sehr schwierig zu fördern, kennzeichnet, daß die Base Natrium-Hydroxid ist. Es ist bekannt, zähflüssiges Rohöl durch Erwärmen

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dünnflüssiger zu machen und es in diesem Zustand dadurch gekennzeichnet, daß zur Zersetzung die in Tankwagen oder Schiffstanks einzufüllen. Ferner Emulsion mit CO₂ durchperlt wird. ao ist es bekannt^die Viskosität der durch Rohrleitungen

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, zu fördernden Rohöle durch Zusatz eines Verdündadurch gekennzeichnet, daß die Emulsion zur nungsmittels oder durch Erwärmen des Öls vor dem Zersetzung im Verhältnis von etwa 2:1 bis 3Va^: 1 Durchgang durch die Pipeline zu verringern. Ein mit einer Salzlösung vermischt wird, die etwa weiteres, seit langem bekanntes Verfahren besteht 15 000 bis 40 000 mg/1 gelöste Festteile enthält, as darin, zum Fördern zähflüssiger Rohöle geriffelte wobei die Emulsion bei der Zumischung der Rohre zu verwenden und Wasser mit dem öl zu verLösung eine Temperatur von über 93,3 ⁰C hat. mischen, wodurch günstigere Fließverhältnisse erzielt

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge- werden. Die bekannten Verfahren, soweit sie Eingang kennzeichnet, daß als Salzlösung Seewasser ver- in die Praxis gefunden haben, gelten als verhältniswendet wird. 30 mäßig kostspielig.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch ge- Es ist ferner ein Verfahren zum Transportieren kennzeichnet, daß die Mischung aus Emulsion körnigen Mateiials bekannt, bei welchem das Material und Seewasser wenigstens 1 Stunde lang auf einer mit einem normalen flüssigen Petroleumprodukt mit Temperatur über 121° C gehalten wird. bestimmter Viskosität vermischt wird, wobei das

7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, 35 Petroleumprodukt nicht nur als Fördergut, sondern dadurch, gekennzeichnet, daß das Verhältnis von auch als Suspensionsmittel dient und die Geschwin-Emulsion zu Seewasser 3:1 beträgt. digkeit des Absetzens des körnigen Gutes in der

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Flüssigkeit insbesondere dadurch gesteuert wird, daß Ansprüche zum Fördern eines Rohöles vom die Viskosität des Petroleumproduktes gegebenenfalls Casmalia-Typ, dadurch gekennzeichnet, daß zur 4° erhöht wird. Dieses Verfahren soll vor allem zur Herstellung der Emulsion als Base Natrium- Förderung von Salzen, aber auch von Eisenerz, Kohle Hydroxid in einer Konzentration von 0,05 bis und anderen Mineralien verwendet werden. Bei der 0,6 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamt- Förderung von Salzen ist vorgesehen, daß nach dem wasser, verwendet wird und daß zum Zersetzen bekannten Verfahren ein Teil der Salze als wäßrige die Emulsion mit Seewasser bei einer Temperatur 45 Lösung mit dem Petroleumprodukt vermischt wird, über 93,3°C und in einem Verhältnis der Emulsion Bei diesem Verfahren ist es ferner bekannt, ein Emulzu dem Seewasser zwischen 2¹/?: 1 und 3¹I₂ :1 gierungsmittel hinzuzufügen, das die Emulsion stabivermischt wird. lisiert. Als ein solches Mittel ist z. B. Seife bekannt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch ge- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kennzeichnet, daß die Emulsion auf über 93,3° C 50 Verfahren zu schaffen, mit dem auf verhältnismäßig und das Seewasser auf über 79,3°C vor dem Zu- billigem Wege die Zähflüssigkeit von Rohöl für eine sarrimenmischen erwärmt wird und die Mischung Förderung durch eine über eine längere Strecke reiauf über 135⁰C für die Dauer von wenigstens chende Rohrleitung verringert werden' kann.

einer Stunde erwärmt wird. Bei der Erfindung wird von einem Verfahren zum

10. Verfahren nach den Ansprüchen 8 und 9, 55 Fördern von zähflüssigem Rohöl durch Rohrleitundadurch gekennzeichnet, daß bis zu 25°/₀ des in gen ausgegangen, wobei Wasser mit dem öl gemischt, der Emulsion verwendeten Wassers Lagerstätten- das Gemisch durch die Rohrleitung hindurchgeführt wasser ist. und anschließend das öl von dem Wasser getrennt

11. Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 10, wird. Für dieses Verfahren ist das Erfinderische daran dadurch gekennzeichnet, daß eine kleine Menge 60 zu sehen, daß das Rohöl in Gegenwart eines Emulgiereiner Behandlungschemikalie dem Seewasser zu- mittels in Wasser dispergiert wird, das zwischen 0,05 gesetzt wird. und 1,4 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamt-

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 wassermenge, einer Base enthält, und daß eine öl-inzum Fördern eines Rohöles vom Harbordt-Typ, Wasser-Emulsion mit einem Verhältnis Rohöl zu dadurch gekennzeichnet, daß die zur Emulgierung 65 Wasser von etwa 50:50 bis etwa 70:30 gebildet verwendete Base Natrium-Hydroxid in einer Kon- wird. Als Base wird vorzugsweise Natrium-Hydroxid zentration von etwa 0,10 Gewichtsprozent, be- verwendet.

zogen auf das gesamte Wasser, ist und daß zur Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung