DE3045383C2

DE3045383C2 - Vorrichtung zum Vermischen eines Konzentrats mit Wasser

Info

Publication number: DE3045383C2
Application number: DE3045383A
Authority: DE
Inventors: Hartwig Dipl.-Chem Dr. 3100 Celle Volz; Egon 2000 Hamburg Willmann
Original assignee: Deutsche Texaco AG
Current assignee: Wintershall Dea International AG
Priority date: 1980-12-02
Filing date: 1980-12-02
Publication date: 1985-05-23
Also published as: GB2088229B; FR2495012B1; FR2495012A1; US4549813A; DE3045383A1; CA1173252A; GB2088229A; ATA505381A; AT375732B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Vermischen eines Konzentrats mit Wasser, insbesondere von Flüssigpolymeren mit Wasser für die tertiäre Erdölgewinnung, mit einem ersten Kanal und einem zweiten Kanal, mit einer Mischkammer am Ende des zweiten Kanals, in der das Konzentrat und das Wasser zusammengeführt und vermischt werden, mit Zuführkanälen am Ende des ersten Kanals, die in die Mischkammer mündende Zuführkanalmündungen aufweisen, wobei die Mischkammer ringförmig zwischen einer Mischkammeraußenwand und einem mittigen Kern ausgebildet ist und der erste Kanal und die Zuführkanäle durch den mittigen Kern verlaufen und wobei der Durchmesser des Kerns stromabwärts der Zuführkanäle im wesentlichen sprunghaft reduziert ist, mit einem mit dem ersten Kanal verbundenen Rückflußverhinderungsventil und mit einem Auslaß aus der Mischkammer für die Mischung.

Flüssigpolymere, insbesondere für die tertiäre Erdölgewinnung, sind z. B. Acrylamid-Acrylat-Copolymere (PAA), die als hochkonzentrierte wäßrige Lösung in Form kleiner GelDartikel eines Durchmessers von 1 bis 2 um in Mineralöl emulgiert sind Der Anteil der einzelnen Phase beträgt, je nach Hersteller, etwa 25—35% PAA, 30—35% Wasser, 30—50% Mineralöl sowie eine geringe Menge einer emulsionssiabilisierenden oberfläs chenaktiven Substanz.

In der tertiären Erdölgewinnung werden die PAA mit einem Molekulargewicht von 3 bis 10 Mio. dem Injektionswasser zugesetzt, wobei dessen Konzentration an PAA im Regelfall 03 bis 1 kg/m³ Wasser beträgt Bei

ίο dieser Anwendung ist es sehr wesentlich, daß die Polymerlösung, die aus dem Mischen der PAA-Emulsion mit dem Wasser entsteht, völlig frei von ungelösten oder gelartigen Teilchen ist, weil diese den Bohrlochstoß oder die Lagerstätte auf die Dauer blockieren und damit eine Langzeitinjektion der Polymerlösung unmöglich machen würden.

Besonders kritisch für das Herstellen gut injizierbarer, d. h. von verstopfenden Gelteilchen freier Lösungen ist der Augenblick des ersten Kontaktes der Polymeremulsion mit dem Wasser. Wird die Emulsion ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen mit dem Wasser in Kontakt gebracht, so bricht die Emulsion langsam von ölextern nach wasserextern, und die im Mineralöl suspendierten Gelpartikel verkleben zu größeren Aggregaten mit lokal sehr hoher Polymerkonzentration. Haben sich solche Aggregate erst einmal gebildet, so ist es nicht möglich, sie selbst durch mehrtägige mechanische Behandlung, wie z. B. intensives Rührer·, wieder aufzulösen. Eine solche Lösung ist also nicht injizierbar.

Die Herstellung einer Polymerlösung erfolgt im Feldbetrieb durch das Injizieren des Flüssigpolymers in einen schnell fließenden Wasserstrom. In der Praxis ergeben sich daraus aber eine Reihe von Nachteilen:

1. Die optimale Strömungsgeschwindigkeit des Flutwassers und die optimale geometrische Anordnung der Polymerdosierstelle ist nicht genau bekannt

2. Häufig ist es aus lagerstättentechnischen Gründen nötig, Injektionsraten während des Ablaufes des Projektes zu verändern. Unter Umständen resultieren daraus dann schlecht injizierbare Polymerlösungen.

3. Gegen Ende der Polymerinjektionsphase wird üblicherweise die Konzentration der Polymerlösung zu geringeren Werten abgestuft. Erfahrungsgemäß wird die Polymerlösung dann schlechter injizierbar. Aus der EP-OS 9 520 ist eine Vorrichtung zum Vermischen von öl und Wasser zu einer Emulsion bekannt, wobei das Wasser aus einem inneren ersten Kanal über radiale Zuführkanäle in seiner Wand in einen ihn umgebenden äußeren ölführenden Kanal injiziert wird. Der Emulgiereffekt ist dabei aber an ein bestimmtes Strömungsverhältnis beider Flüssigkeiten gebunden. Wie bereits dargelegt wurde, ist es für die Herstellung von Flüssigpolymeren zur Vermeidung der Gelbildung wichtig, ständig eine ausreichende Turbulenz im Mischungsbereich sicherzustellen, auch bei sich ändernden Mischungsverhältnissen und Strömungsgeschwindigkeiten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Dosiervorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die in einem breiten Anwendungsbereich unter variablen Bedingungen einsetzbar ist zur Bildung einer stets gut injizierbaren Polymerlösung.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Konzentrat im ersten Kanal und das Wasser im zweiten Kanal geführt sind, daß sich die Mischkammeraußenwand stromabwärts konisch ver-

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jungt, daß der Kern innerhalb der Kanalaußenwand 45 innerhalb der Dosierkammer 9 münden mit Mündunlängsverstellbar ist und daß das Rückflußverhinde- gen 47. Der im Querschnitt ringförmige Wasserkanal rungsventil am Ende des ersten Kanals und vor den wird zwischen der Außenwand 49 der Dosierkammer 9 Zuführkanälen angeordnet ist und dem als mittigen Kern dienenden Stempel 13 mit

Die Längsverstellbarkeit des Kernes, die Verjüngung 5 Dosierkopf 33 gebildet In dem Bereich der Dosierkamder Mischkammeraußenwand, das Rückflußverhinde- mer 9, in dem sich die Mündungen 47 der Zuführkanäle rungsventil im Zuführkanal des Polymers sorgen zusam- 43 befinden, und weiter stromabwärts verringert sich men mit der sprunghaften Kernreduzierung stromab- der Durchmesser ihrer Außenwand stromabwärts, d. h. wärts der Zuführkanäle für die Bildung einer stets gut daß diese Außenwand 49 stromabwärts konisch zuläuft injizierbaren Polymerlösung über einen breiten Raten- 10 Der Stempel 13 endet mit der Oberkante seines Dosierbereich des Konzentrat- bzw. Wasserstromes. kopfes 33 ein Stück stromabwärts der Zuführkanalmün-

Während im Bereich der Zuführkanalmündungen auf- düngen 47. Dies bedeutet daß der mittige Kern des grund des Ringquerschnittes eine relativ hohe Strö- Wasserkanales 45 stromabwärts reduziert wird bzw. somungsgeschwindigkei: erzielt wird, verlangsamt sich die gar sprunghaft endet Der Dosierkopf 33 kann an dieser Strömungsgeschwindigkeit stromabwärts des Kernen- is Stelle jedoch auch an seiner Abschiußfläche 51 mit einer des ganz drastisch. Dies führt zu einer besonders kräfti- Anfzsung versehen sein.

gen Wirbelbildung mit weiterer Homogenisierung der Stromabwärts der Dosierkopfabschlußfläche 51 bil-

Polymerlösung. den sich starke turbulente Wirbel aus, in denen das in

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung nimmt der das Wasser im Wasserkanal 45 injizierte Flüssigpolyme-Durchmesser der Außenwand des Wasserkanales etwa 20 re noch einmal stark mit dem Wasser verwirbelt sind, von dem Bereich der Zuführkanaimündungen an bis in Durch das Längsverstellen des Stempels 13 und das koeinen Bereich stromabwärts der Kerndurchmesserver- nische Zulaufen der Außenfläche 49 der Dosierkammer ringerung kontinuierlich ab. Durch diese konische Ver- 9 läßt sich der Querschnitt des ringförmigen Wasserkjüngung in Flußrichtung steigt die Strömungsgeschwin- anales verändern. Auf diese Weise läßt sich die optimale digkeit der homogenisierten Polymerlösung wieder an, 25 Wasserfließgeschwindigkeit bzw. ein optimaler Druckwomit sie schließlich über einen Auslaß der Vorrichtung verlust einstellen. — Die Vorrichtung kann überall dort zu einem üblichen statischen Mischer weitergeleitet eingesetzt werden, wo homogene Lösungen aus Konwerden kann. zentraten oder Stammlösungen, insbesondere kontinu-

Stromaufwärts vor den Zuführkanälen ist der das ierlich herzustellen sind. Konzentrat führende Kanal mit einem federbelasteten 30 Kugelventil ausgerüstet Hierzu 1 Blatt Zeichnungen Diese Vorrichtung hat den Vorteil, daß die Polymer-

lösung unmittelbar nach dem Zusammenführen des
PAA mit dem Wasser stark turbulent verwirbelt wird.
Auf diese Weise wird jedes Polymergelteilchen einzeln 35
von Wasser benetzt und gelöst Ein Zusammenwachsen
zu größeren Aggregaten hoher Polymerkonzentration
wird damit verhindert

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert 40

Ein rohrförmiger Mantel 1 ist mit einem seitlichen
Flansch 3 versehen. Dieser Flansch 3 hat eine Bohrung
5, durch die Wasser in Richtung eines Pfeiles 7 zu einer
Dosierkammer 9 im Inneren des Mantels 1 leitbar ist.
Von dem in der Figur unten liegenden Ende 11 ist ein 45
Stempel 13 in den Mantel einfahrbar. Der Stempel 13 ist
bereichsweise mit einem Außengewinde 15 versehen,
das mit einem Innengewinde 17 im axialen Durchbruch
19 des Mantels kämmt und über die Gewindeverbindung gehalten ist Durch Drehen eines Handrades 21 am 50
äußeren Ende 23 des Stempels 13 läßt sich der Stempel
innerhalb des Mantels 1 in Längsrichtung verstellen. Eine Packung 25 zwischen Stempel 13 und Mantel 11
sorgt für eine gegenseitige Abdichtung.

Durch einen Zentralkanal 27 im Inneren des Stempels 55
13 läßt sich das Flüssigpolymere (PAA) in Richtung eines Pfeiles 29 zur Dosierkammer 9 fördern. Am oberen
Ende 31 des Stempels 13 befindet sich ein Dosierkopf
33, in dem eine Verteilkammer 35 vorgesehen ist Eine
Druckfeder 37 innerhalb der Verteilkammer drückt eine 60
Stahlkugel 39 gegen die Mündung 41 des Zentralkanales
27. Auf diese Art und Weise ist ein Rückflußverhinderungsventil gebildet.

Die Kugel 39 hebt sich beim Eindrücken des Flüssigpolymeren in den Kanal 27 von seiner Mündung 41 ab, 65
so daß das Flüssigpolymere in die Verteilkammer 35
einströmen und sich auf Zuführkanäle 43 verteilen kann, I

die in einen im Querschnitt ringförmigen Wasserkanal I

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Vermischen eines Konzentrats mit Wasser, insbesondere von Flüssigpolymeren mit Wasser für die tertiäre Erdölgewinnung, mit einem ersten Kanal und eimern zweiten Kanal, mit einer Mischkammer am Ende des zweiten Kanals, in der das Konzentrat und das Wasser zusammengeführt und vermischt werden, mit Zuführkanälen am Ende des ersten Kanals, die in die Mischkammer mündende Zuführkanalmündungen aufweisen, wobei die Mischkammer ringförmig zwischen einer Mischkammeraußenwand und einem mittigen Kern ausgebildet ist und der erste Kanal und die Zuführkanäle durch den mittigen Kern verlaufen und wobei der Durchmesser des Kerns stromabwärts der Zuführkanäle im wesentlichen sprunghaft reduziert ist, mit einem mit dem ersten Kanal verbundenen Rückflußverhinderungsventil und mit einem Auslaß aus der Mischkammer für die Mischung, dadurch gekennzeichnet, daß das Konzentrat im ersten Kanal (27) und das Wasser im zweiten Kanal (5) geführt sind, daß sich die Mischkammeraußenwand (49) stromabwärts konisch verjüngt, daß der Kern (33) innerhalb der Kanalaußenwand (49) längsverstellbar ist und daß das Rückflußverhinderungsventil (39) am Ende des ersten Kanals (27) und vor den Zuführkanälen (43) angeordnet ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der das Konzentrat führende erste Kanal (27) mit einem federbelcsteten Kugelventil (37 bis 41) als Rückflußverhinderungsventil ausgerüstet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernende (51) angefast ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Außenwand (49) des Kanals (45) etwa von dem Bereich der Zuführkaiialmündungen (47) an bis in einen Bereich stromabwärts der Kerndurchmesserverringerung kontinuierlich abnimmt