DK165066B - Fremgangsmaade til at forbedre nedsaettelsen af stroemmodstand ved tilsaetning af polymer gennem matrice med en vis udboringslaengde - Google Patents

Description

DK 165066 B

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til forbedring af strømmodstandsreduktion i væsker, der strømmer gennem ledninger. Nærmere betegnet angår opfindelsen en fremgangsmåde til indsprøjtning af poly-5 merer med høj molekylvægt i ledninger indeholdende strømmende væske.

Den foreliggende opfindelse er en forbedring af opfindelsen ifølge dansk ansøgning 3866/88 med benævnelsen "Fremgangsmåde til forbedret opløsning ved indsprøjt-10 ning gennem mundstykke med matrice", ifølge hvilken man anvender en matrice med flere åbninger, fx en sigte eller simpel matriceplade.

Strømmodstandsreduktion af flydende kulbrinter strømmende gennem ledninger er kendt, som beskrevet i 15 det amerikanske patentskrift nr. 3.629.676. Dette patentskrift angiver en fremgangsmåde, ved hvilken man kan måle den procentvise reduktion i strømmodstand. Skriftet beskriver imidlertid ligeledes indføring af de strømmod-standsreducerende additiver som et opløst fast stof.

20 Et andet eksempel, men af en ikke-udtømmende art inden for området, er det amerikanske patentskrift nr. 3.736.288, ifølge hvilket der tilsættes forskellige strømmodstandsreducerende midler for at udøve en forskudt opløsning eller reguleret opløsningsegenskab ved 25 anvendelse af forskellige molekylvægtsfraktioner og/el-ler partikelstørrelse. Patentskriftet angiver også pumpeevne, strømmeevne, lagdelingsmodstand og lignende. Det amerikanske patentskrift nr. 3.601.079 beskriver et vandopløseligt polymermateriale blandet med vand i et 30 blandingskammer forud for indsprøjtning i en rørledning.

Det amerikanske patentskrift nr. 3.884.252 beskriver en fremgangsmåde til reduktion af oxidativ nedbrydning og kold strøm af polymersmuld ved, at man neddyp-per smuldet i et ikke-opløsningsmiddel og derpå afstø-35 ver forud for indsprøjtning af polymersmuldet eller -opslæmningen af polymersmuld og vand i et kulbrintefluid og lader smuldet gradvist og kontinuert opløses gennem

DK 165066 B

2 hele rørledningen. Indsprøjtning af friktionsreducerende polymerer beskrives ligeledes i det amerikanske patentskrift nr. 4.263.926. Et strømmodstandsreducerende di-spergerende målesystem beskrives i det amerikanske pa-5 tentskrift nr. 3.900.034.

Der findes også en teknik, som vedrører fremgangsmåder til opløsning af polymerer i opløsningsmidler. Denne teknik kan på en ikke udtømmende måde eksemplificeres af de amerikanske patentskrifter nr.2.639.275, 3.468.322, 10 3.891.593 og 4.537.513. Disse patentskrifter angår frem gangsmåder til opløsning af en fastsat mængde polymer i en fastsat mængde opløsningsmiddel ved anvendelse af recirkulation eller opløsende midler. Imidlertid kræver sådanne metoder til opløsning af polymer ekstra appara-15 tur, og det ville være stærkt at foretrække at indsprøjte de strømmodstandsreducerende midler direkte i rørledningen.

Det er således et formål med den foreliggende opfindelse at tilvejebringe en forbedret fremgangsmåde, til 20 indsprøjtning af strømmodstandsreducerende midler i ledninger indeholdende strømmende væsker for at forøge den strømmodstandsreducerende virkning af sådanne additiver.

Dette opnås ved de i den kendetegnende del af krav 1 angivne foranstaltninger. Fremgangsmåden ifølge 25 den foreliggende opfindelse er nyttig ved både vandholdige og kulbrinteholdige rørledninger (pipelines) og kan anvendes til indsprøjtning af enten vandopløselige eller kulbrinteopløselige strømmodstandsreducerende additiver. Sådanne additiver er sædvanligvis polymerer, der 30 er opløselige i den strømmende væske.

Opfindelsen beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med nogle udførelseseksempler og under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser matricekonfigurationen 1-1 en ma-35 trice med 4 huller, hvor hvert hul har en diameter på 3,18 mm. Fig. 1-2 viser en matrice med 8 åbninger, hvor hver åbning har en diameter på 1,59 mm. Fig. 1-3 3

DK 165066B

viser en matrice med 12 åbninger, hvor hver åbning har en diameter på 1,59 mm. Fig. 1-4 viser en matrice med 19 åbninger, hvor hver åbning har en diameter på 1,59 mm. Fig. 1-5 viser en matrice med 12 åbninger, hvor hver 5 åbning har en diameter på 1,59 mm, idet matricen er placeret inden for indsprøjtningsmundstykket (indvendig matrice), hvilket muliggør at polymeren kan rekombineres forud for indsprøjtning. Fig. 1-6 viser en matrice med 19 åbninger, hvor hver åbning har en diameter på 1,59 10 mm, idet matricen er en indvendig matrice placeret tilnærmelsesvis 5 cm inden for mundstykket. Fig. 1-7 og 1-8 er sammenlignende matricekonfigurationer sammensat af 1,19 mm masker, hvor 1-7 er ved indsprøjtningsenden af mundstykket, og 1-8 indeholder matricen ca. 5 cm inden 15 for indsprøjtningsmundstykket. Fig. 1-9 viser samme matrice placeret 2 gange langs ledningen, først ca. 2,54-1,27 cm inden for indsprøjtningsmundstykket og dernæst ved mundstykkets ende. Fig. 1-10 viser en matrice med 5 åbninger, hvor hver åbning har en diameter på 1,19 mm og 20 er placeret ca. 7,6 cm inden for indsprøjtningsmundstykket. Fig. 1-11 viser en matrice med 3 spalter, som hver har en bredde på 0,5 mm og er placeret ca. 7,6 cm inden for indsprøjtningsmundsstykket. Fig. 1-12 viser et traditionelt indsprøjtningsmundstykke med en enkelt åben 25 indgang ved indsprøjtningsenden. Fig. 1-13 er en begrænset matrice med en åbning, som har en diameter på 4,57 mm. Fig. 1-14 er en matrice med et 6,35 mm åbent rør med en åbningsdiameter på 4,57 mm. Fig. 1-15 viser en fore-trukken udførelsesform, omfattende en matrice med 8 hul-30 ler og en udboringslængde på 10,2 cm, idet længde/diame-terforholdet er ca. 42. Fig. 1-16 viser en ringformet matrice med en ringbredde på 0,70 mm og et længde/dia-meterforhold på ca. 72. Fig. 1-17 viser en ringformet matrice med en ringbredde på 1,09 mm og et længde/diame-35 ter forhold på ca. 47. Fig. 1-18 viser en matrice med en spalte på 1,04 mm x 10,9 mm og et længde/diameterforhold på ca. 24. Fig. 1-19 viser en matrice svarende til 1-13 med en spalteåbning. Mundstykkerne 1-16, 1-17, 1-18 og 4

DK 165066B

1-19 testedes for at observers ydeevnen af andre matricef ormer end de cifkulære. I forhold til et mundstykke med aben ende viste disse mundstykker ingen forbedring. Mundstykkerne 1-16 og 1-18 var særligt effektive. Der 5 blev gjort den iagttagelse ved indsprøjtning fra disse mundstykker, at de dannede strenge, selv om matriceformerne ikke var åbne cirkler, c\-\. 91 cm nedstrøms for indsprøjtningspunktet, fik faste cylindriske former.

I hvert tilfælde undergik strengene deformering umiddel-10 bart efter mundstykket, idet de mistede den opnåede form og antog en cylindrisk form. Denne deformation resulterede i den mest stabile form for strenge, nemlig cylindriske, under indflydelse af de dynamiske forhold i den strømmende væske.

15 . Strømmodstandsreduktiorinmidler er løbende blevet indsprøjtet i pipelines indhol viende enten vandige væsker eller kulbrintevæsker for at bevirke reduktion af strømmodstand. Opnåelse af optimal strømmodstandsreduktions-virkning afhænger af placeringen af sådanne midler, så-20 dan at der opnås en effektiv opløsning i væsken i pipelinen. Sådanne midler kan indfyres i pipelinen i mange former, men det har været hidtidig praksis at indsprøjte en meget tyk polymeropløsning indeholdende op til ca. 50 vægt% polymer, men fortrinsvis indeholdende 10 vægt% po-25 lymer eller mindre. Den mest foretrukne anvendelse for fremgangsmåden i henhold til den foreliggende opfindelse er indsprøjtning af ikke-krystallinske i kulbrinteopløselige og med høj molekylvægt (over 1 million) strømmod-standsreducerende polymerer i pipelines indeholdende 30 strømmende kulbrinter.

Det har vist sig, at opnåelse af optimal opløsning afhænger kraftigt af matricekonfiguraton og indsprøjtning. I den hidtidige praksis er der blevet anvendt en eller flere matricer med en enkelt åbning til 35 indsprøjtning af en polymer el.) er polymeropløsning i ledningen med strømmende kulbrinte. Ved anvendelse af fremgangsmåden i henhold til d^n foreliggende opfindelse 5

DK 165066B

opnås der en overraskende forøgelse i strømmodstandsre-duktionens effektivitet. Virkningen er endog større end den, som opnås ved anvendelse af matricer med flere åbninger.

5 Den foreliggende opfindelse afhænger ikke alene af virkningerne fra overfladearealet, selv om større overfladearealer sædvanligvis vides at give bedre mulighed for opløsning. Ved anvendelse af fremgangsmåden i henhold til den foreliggende opfindelse spiller imidler-10 tid andre faktorer ind og bestemmer den totale virkning af det strømmodstandsreducerende additiv.

Opnåelse af optimal opløsning synes afhængig af dannelse af stabile polymerstrenge af de strømmodstandsreducerende additiver, som indføres i strømmen i pipe-15 linen. Disse additiver "trådtrækker" ("wire draw") derpå strengene til en mindre diameter, idet strengene kan nå længder på mere end 100 m, mens de opløses som følge af de dynamiske virkninger fra den strømmende væske i rørledningen. Ved anvendelse af den hidtidige kommercielle 20 praksis ved indsprøjtning af det strømmodstandsreducerende additiv gennem en enkelt åben indgang i rørledningens væg opnås der kun begrænset opløsning og strengdannelse. Ved anvendelse af et mundstykke eller en indgang med flere åbninger forbedres opløsningen. Ligeledes for-25 bedres strengdannelsen ved forskydningskonditionering af polymeropløsningen for tilvejebringelse af flere strenge, som er stabile under de trådtrækkende og dynamiske virkninger fra opløsningsprocessen. Sådanne matricer giver ligeledes optimale strengdimensioner for opløsning, og 30 udboringslængden tilvejebringer i henhold til den foreliggende opfindelse en endog større strengstabilitet.

Eksemplerne udførtes i henhold til en testprocedure, som var standard igennem alle eksemplerne. Ifølge testproceduren afprøvedes opløsningskapaciteten af for-35 skellige mundstykker ved at indsprøjte et strømmodstandsreducerende additiv, "CDR" Flow Improver (varemærke fra og solgt af Conoco Specialty Products Inc.) i nummer 2

DK 165066 B

6 dieselbrændstof, som strømmede gennem et rør med en diameter på 5,08 cm og måle den fremkomne strømmodstandsreduktion som beskrevet i det amerikanske patentskrift nr. 3.692.676. Den strømmodstandsreducerende testsløjfe 5 bestod af 183 m 5,08 cm liste 80 rør indeholdende 5 afsnit med en længde på 26,5 m hver. Trykforskellen i hvert afsnit kunne måles sekventielt. Dieselbrændstoffet med en temperatur på ca. 24°C ledtes gennem systemet med 227 1/minut eller 1,99 m/sekund ved prøvningen. Der ind-10 sprøjtedes forskellige mængder "CDR" Flow Improver additiv 102M (opnået fra Conoco Specialty Products Inc.) i systemet med samme forhold på 100 ppm i hver prøve, og den fremkomne strømmodstandsreduktion måltes i hvert rørafsnit. Der afprøvedes 15 forskellige mundstykker, de 15 fleste fremstillet af 12,7 mm rør. Den anvendte- indsprøjtningspumpe var en cylinderpumpe med konstant kraftoverføring forbundet til indsprøjtningsmundstykket med en længde af et 12,7 mm rør.

20

Eksempel 1

Der afprøvedes 11 mundstykkekonstruktioner for at belyse virkningen af overfladearealet på opløsningens forløb. Testresultaterne viste, at overfladearealet ik-25 ke fuldstændig kontrollerede opløsningens forløb. Mens et større overfladeareal muliggør bedre chance for opløsning, spiller andre faktorer ind, som bestemmer den totale effektivitet. Som det fremgår af tabellerne neden for gav åbne rørmundstykker med generering af et 30 større overfladeareal ikke en større procentvis strømmodstandsreduktion, men gav faktisk en lavere procentvis strømmodstandsreduktion i det første afsnit. Overfladearealets genereringshastighed var baseret på en indsprøjt- 3 ningshastighed af 23,4 cm /minut. Resultaterne fremgår 35 af tabel 1.

7

DK 165066B

Tabel 1

Genereringsha- % strømmodstands-

Afprø- Befug- Åbent stighed reduktion vet tet om- strøm- for over- 5 mund- kreds, areal, fladeareal, 1. 5.

stykke cm cin cm /sek. afsnit afsnit 12 3,43 0,9355 1,42 18,2 43,0 14 1,45 0,1639 3,42 10,3 42,9 13 1,45 0,1639 3,42 14,5 44,4 10 1 3,99 0,3161 4,90 35,8 54,3 2 3,99 0,1581 9,87 39,5/ 55,4/ 39,9 56,2 3 5,99 0,2374 9,87 40,9 55,2 4 9,47 0,3761 9,87 39,7 54,2 15 15 6,07 0,3658 6,45 44,1 60,3 7 13,34 0,3999 13,03 40,7/ 55,8/ 40,3 54,4 9 13,34 0,3999 13,03 34,5/ 49,7/ 32,1 49,9 20 16 2,44 0,0852 11,16 30,3 55,2 17 2,18 0,1194 7,16 17,3 47,6 18 2,39 0,1123 8,32 36,5 54,1 19 2,41 0,1303 7,23 32,3 51,4 25 Resultaterne i tabel 1 viser klart, at for åbne rørmundstykker gav en højere genereringshastighed af overfladeareal ikke altid en højere procentvis strømmodstandsreduktion, hvilket ses ved sammenligning af mundstykkerne 1-12 og 1-14. For de mundstykker, som in-30 deholdt matricer, opnåedes de bedste ydeevner i mundstykker, som gav en mellemstor generering af overfladeareal, hvilket kan ses ved sammenligning af forsøgsresultaterne opnået for mundstykkerne 1-13, 1-1, 1-2, 1-3, 1-4 og 1-7. For indsprøjtningsmundstykker med samme ge-35 nerering af overfladeareal forekom der en væsentlig forskel i den procentvise strømmodstandsreduktion som følge af andre virkninger, hvilket kan ses ved sammenlig-

DK 165066 B

8 ning af mundstykkerne 1-7 og 1-9.

Eksempel 2 5 Der udførtes forsøg for at påvise den relative vigtighed af placeringen af matricen. Virkningen af matricens placering på den procentvise strømmodstandsreduktion fremgår af tabel 2.

10 Tabel 2

Genereringsha- % strømmod-

Afprø- Befug- Åbent stighed standsreduktion vet tet om- strøm- for overmund- kreds, areal, fladeareal, 1. 5.

stykke cm cnF cin /sek. afsnit afsnit 15 - 12 3,43 0,9355 1,42 18,2 43,0 5 3,43 0,9355 1,42 25,7 44,3 6 3,43 0,9355 1,42 13,6 45,2 8 3,43 0,9355 1,42 13,2 44,0 20 10 3,43 0,9355 1,42 23,5 43,0 11 3,43 0,9355 1,42 19,2 43,2 1 3,99 0,3161 4,90 35,8 54,3 2 3,99 0,1581 9,87 39,5/ 55,4/ 39,9 56,2 25 3 5,99 0,2374 9,87 40,9 55,2 4 9,47 0,3761 9,87 39,7 54,2 7 13,34 0,3999 13,03 40,7/ 55,8/ 40,3 54,4 15 6,07 0,3658 6,45 44,1 60,3 30

Forsøgsresultaterne ifølge tabel 2 viser, at matricer anbragt mange cm før indsprøjtningsenden af mundstykket ikke gav en væsentlig fordel i strømmodstandsreduktionens ydeevne i forhold til fuldt åbne mundstyk-ker. Resultaterne viser ligeledes, at en matrice med flere huller ved indsprøjtningsenden af mundstykket gav en væsentlig fordel, hvilket fremgår af eksemplerne 1-1, 1-2, 1-3, 1-4 og 1-7. Det er således klart, at det er 9

DK 165066B

vigtigt at udøve matricevirkningerne på det strømmod-standsreducerende additiv umiddelbart før indførsel i strømmen. Udøvelse af matricevirkningerne i en vis afstand før indsprøjtningsenden af mundstykket muliggør, 5 at det strømmodstandsreducerende additiv rekombineres og løsnes fra matricens virkninger, hvorved strømmodstandsreduktionens effektivitet sænkes.

I henhold til den foreliggende opfindelse anvendes der en matrice med en vis udboringslængde, idet hver 10 matriceåbning i det væsentlige er forlænget til en afstand, som er tilstrækkelig til at gøre indsprøjtningspunktet mere effektivt ved en mere fuldstændig konditio-nering af det strømmodstandsreducerende additiv. Denne afstand kan bestemmes af formlen 15 _længde (L)_ hydraulisk diameter (D) hvor længden L er længden af den forlængede matrice, og den hydrauliske diameter er den ækvivalente diameter for 20 åbningen ved sammenligning med en cirkulær åbning. Den hydrauliske diameter kan defineres ved formlen 4 x tværsnitsarealet befugtet omkreds 25 For at drage nytte af fordelene ved den foreliggende opfindelse skal forholdet L/D være mindst 1. Det foretrækkes, at L/D er mindst 10, og navnlig foretrækkes det, at L/D er mellem 20 og 100.

Opløsningen kan ligeledes forøges ved at anvende 30 en matrice med en vis udboringslængde, hvor hver åbning har en forskellig afstand fra ledningsvæggen, men hvor udboringerne har samme længde. I en sådan konfiguration giver hver matriceåbning den samme konditionering af additivet. Matricen med en vis udboringslængde påvirker 35 reologien af de viskoelastiske strømmodstandsreducerende polymerer ved at ændre polymerens bearbejdningshistorie umiddelbart inden indsprøjtning i væsken. Udboringslæng- 10

DK 165066B

den synes kraftigt at sænke matricekvældning, aktivere strengstabilitet og forøge opløsningshastighed og resulterende strømmodstandsreduktion.

Fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindel-5 se modificerer således de strømmodstandsreducerende additiver mekanisk forud for indsprøjtning ved at forøge de fysiske strømegenskaber og ved efterfølgende at opnå bedre opløsning og strengdannelse af det strømmodstandsreducerende additiv. Bedre strengdannelsesegenskaber, 10 når det strømmodstandsreducerende additiv føres ind i rørledningens strøm, bevirker stabil strengdannelse, hvilket har afgørende betydning for optimal opløsning og virkning af det strømmodstandsreducerende additiv.

Det er kun nødvendigt, at matricen bearbejder det 15 strømmodstandsreducerende additiv, når det indsprøjtes.

Det foretrækkes, at matricen har flere åbninger og i det mindste indeholder 4 åbninger. Åbningerne kan have en hvilken som helst ønsket størrelse og kan fx være en sigte eller lignende.

20 Virkningen ved fremgangmåden i henhold til den foreliggende opfindelse er ikke set i den kendte teknik, eftersom de fleste masker eller sigter ved indsprøjtninger anvendes opstrøms for indsprøjtningsmundstykket og matricens indsprøjtningspumpe og først og fremmest an-25 vendes til at forhindre fremmede genstande i at passere gennem indsprøjtningspumpen og ind i rørledningen.

Der er således ikke set nogen forbedring i strømmodstandsreduktionen, før en sigte eller matrice med mange åbninger blev anbragt ved eller tæt ved indsprøjtnings-30 mundstykkets ende.

Åbningerne kan være anbragt omkring periferien af indsprøjtningsledningen, blot selve åbningerne danner det faktiske indsprøjtningspunkt. Inden for teknikken kendte matricer, såsom "fjerposer" ("quill") eller 35 "fløjter" ("flute"), hvor indsprøjtningsindgangene har mere og mere forskellig afstand fra ledningsvæggen, bevirker ikke de samme fordele som fremgangsmåden i hen-

Claims (6)

1. Fremgangsmåde til indsprøjtning af polymerer med høj molekylvægt i ledninger indeholdende strømmende væske, 10 kendetegnet ved at man indsprøjter polymererne som en opløsning indeholdende op til 50% polymer gennem mindst én matrice med flere åbninger i det væsentlige ved enden af matricen, hvorved matricen er en matrice med en vis udboringslængde, idet udboringslæng-15 den er bestemt af forholdet L/D, hvor L er længden af udboringen, D er diameteren af matriceåbningerne, og hvor L/D er mindst 1,0.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved at man indsprøjter polymererne som en opløs-20 ning indeholdende op til 50% polymer gennem mindst én matrice, som er en matrice med en vis udboringslængde, hvor udboringslængden er bestemt af forholdet L/D, hvor L er længden af udboringen, D er den hydrauliske diameter af matriceåbningerne, og L/D mindst er 10.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kende tegnet ved at L/D er ca. 20-50.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, 2 eller 3, kendetegnet ved at den indsprøjtede polymer er en i kulbrinte opløselig ikke-krystallinsk polymer med høj 30 molekylvægt, og at den strømmende væske er flydende kulbrinte.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 4, kendetegnet ved at matricefladen med åbninger er tilspidset for at tilvejebringe indsprøjtningsåbninger i vekslende 35 afstand fra ledningsvæggen.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 5, kendetegnet ved at udboringslængderne er i det væsentlige ens i den tilspidsede matrice.