NO337744B1

NO337744B1 - Polymernanoemulsjon som motstandsreduksjon for flerfasestrømning

Info

Publication number: NO337744B1
Application number: NO20063631A
Authority: NO
Inventors: Steven Jeremy Weghorn; Jiang Yang
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2016-06-13
Also published as: US7468402B2; CA2556919C; EA200601614A1; AU2005224608A1; WO2005090851A1; EA010466B1; EP1730436A1; NO20063631L; US20050209368A1; CA2556919A1; EP1730436B1

Description

Teknisk område

Oppfinnelsen angår midler for tilsetning til fluider som strømmer gjennom en rørledning, for å redusere strømnings-motstanden, og angår helst i en ikke-begrensende utførelses-form strømningsmotstandsreduserende polymermidler (DRA'er) for væsker slik som blandinger og emulsjoner av vann og hydrokarboner hvor midlene er nanoemulsjoner.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Bruken av polyalfa-olefiner eller kopolymerer av slike for å redusere strømningsmotstanden for et hydrokarbon som strømmer gjennom en rørledning, og dermed energibehovene for slik flytende hydrokarbontransport, er velkjente. Disse strømningsreduserende midlene eller DRA'ene har kommet i forskjellige former, innbefattende oppslemminger av malte polymerpartikler og geler. Et problem som vanligvis erfares med enkel maling av polyalfa-olefinene (PAO'ene) er at partiklene vil "kaldflyte" eller klebe seg sammen etter forholdsvis kort tid og dermed gjøre det umulig å anbringe PAO'en i hydrokarbonet i en form som vil oppløse seg eller på annen måte blande seg med hydrokarbonet på en effektiv måte. Oppmalingsprosessen forringer videre på irreversibel måte polymeren og reduserer dermed den strømningsmotstands-reduserende effektiviteten til polymeren.

En vanlig løsning for å hindre kaldflyt er å belegge de oppmalte polymerpartiklene med et anti-agglomereringsmiddel. Kryogenisk oppmaling av polymerene for å frembringe partiklene før eller samtidig med belegning med et anti-agglomereringsmiddel er også blitt brukt. Visse pulverformede eller partikkel formede DRA-oppslemminger krever imidlertid spesielt utstyr for fremstilling, lagring og injeksjon i en rørledning for å sikre at DRA blir fullstendig oppløst i hydrokarbonstrømmen.

DRA-geler eller oppløsninger er også blitt forsøkt tidligere. Disse strømningsmotstandsreduserende gelene krever imidlertid også spesialisert injeksjonsutstyr så vel som trykksatte leveringssystemer. De er også begrenset til omkring 10% polymer som en maksimal konsentrasjon i et bærefluid på grunn av den høye løsningsviskositeten til disse DRA'ene. Transportkostnadene for DRA'en er derfor betraktelige siden opptil omkring 90% av volumet som transporteres og håndteres, er inert materiale.

Som nevnt er videre noen DRA-polymerer beheftet med det problem at den høye molekylvekten til polymermolekylene på irreversibel måte kan forringe (redusert i størrelse og dermed effektivitet) når de utsettes for tilstander med høy skjærkraft, slik som når de passerer gjennom en pumpe. Noen DRA-polymerer kan videre forårsake uønskede endringer i emul-sjons- eller fluidkvaliteten, eller forårsake skumdannelses-problemer når de brukes til å redusere strømningsmotstanden i flerfasevæsker.

Overflateaktive midler slik som kationiske, overflateaktive kvartærammoniumsalter, er kjente strømningsmotstands-reduserende midler i vandige (ikke-hydrokarbon) systemer og har den fordelen i forhold til DRA-polymerer at de ikke forringes på irreversibel måte når de blir utsatt for skjær-krefter. Strømningsinduserte strukturer i overflateaktive løsninger er imidlertid reversible. Bruken av betydelige mengder med et overflateaktivt middel for å redusere strømningsmotstanden til blandede strømningsfluider slik som blandingen av hydrokarboner og vann, kan imidlertid ha den uønskede bieffekten at det skapes en lett emulsjon under strømning, som må oppløses nedstrøms. Andre strømnings-motstandsreduserende midler har tendenser til å danne øde-leggende emulsjoner eller bevare allerede dannede emulsjoner.

Vannløselige polymerer er videre blitt brukt til å øke vanngjennomstrømningen i enfaseprosesser slik som vannspyling for forbedret oljeutvinning. I motsetning til slike enfase-systemer inneholder imidlertid de fleste olje- og gassproduksjonssystemer flere faser (for eksempel vann/olje, vann/olje/gass). Disse flerfasesystemene er ofte begrenset i sin produksjonskapasitet på grunn av friksjonsrelaterte eller strømningsregimerelaterte tap. I undersjøiske flerfaserør-ledninger er levering av aktive materialer som kan øke produksjonen, gjort vanskelig ved de strenge kravene som må oppfylles av det kjemikaliet som skal tilsettes. Det vil si at produkter ikke må være for viskøse til å bli pumpet eller være utsatt for fysisk separasjon som kan føre til blokkeringer i samlerørledninger som brukes til å levere kjemikalier. Det er kjent at konvensjonelle, vannløselige polymeremulsjoner har viskositeter som er for høy for samlerørinjeksjon, og de har en tendens til faseseparasjon under lagring.

Patentet US 5027843A omhandler bruk av vannløseslig friksjonsreduserende polymer i et vann/olje/gass-system.

Det vil derfor være ønskelig om det kunne utvikles et strømningsmotstandsreduserende middel som oppløses hurtig i den strømmende hydrokarbonblandingen eller emulsjonen, som kan minimalisere eller eliminere behovet for spesialutstyr til fremstilling og innføring av midlet i hydrokarbonblandingen eller emulsjonen, og som kan unngå skjærkraftforringelse under sin produksjon og injeksjon. Det vil også være ønskelig å finne et vannløselig strømningsmotstandsreduserende middel som har forholdsvis lav viskositet og som lett kan pumpes, og som er stabilt under lagring.

Oppsummering av oppfinnelsen

Et formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe et additiv som gir en reduksjon i trykkfall og/eller en økning i strømning i vannholdige gass- og oljeflerfaseproduksjons-ledninger og overføringsledninger, så vel som i vannoverfør-ingsledninger.

Andre formål med oppfinnelsen innbefatter å tilveiebringe et DRA som lett kan fremstilles og som ikke krever spesialutstyr for plassering i en rørledning som transporterer hydrokarbon- og vann-blandinger/emulsjoner eller andre fluider.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe et DRA som er lagringsstabilt og har forholdsvis lav viskositet som muliggjør lett pumping.

Ved utførelse av disse og andre formål med oppfinnelsen, er det tilveiebrakt, i en form, en fremgangsmåte for å redusere strømningsmotstand i et fluid, som innebærer å tilveiebringe fluidet som kan være vann; blandinger av hydrokarboner og vann; blandinger av hydrokarboner, vann og gass; blandinger av hydrokarboner, vann og faststoffer; blandinger av hydrokarboner, vann, gass og faststoffer; blandinger av vann, gass og faststoffer; og blandinger av vann og faststoffer. Et polymerisk, strømningsmotstandsreduserende nanoemulsjonsmiddel blir tilsatt fluidet i en mengde som er effektiv når det gjelder å redusere strømningsmotstanden. Den strømnings-motstandsreduserende nanoemulsjonspolymeren kan innbefatte en ekstern hydrokarbonfase, dråper av vannløselige polymerer oppløst i en vandig, intern fase, og minst ett overflateaktivt middel av en type og i en mengde som er effektiv for å danne en stabil nanoemulsjon av de vannløselige polymerdråpene i den eksterne hydrokarbonfasen. Dråpene har en gjennomsnittlig partikkelstørrelse under 200 nm.

I en annen ikke-begrensende form er det også tilveiebrakt et strømningsmotstandsreduserende middel for et fluid som kan være vann; blandinger av hydrokarboner og vann; blandinger av hydrokarboner, vann og gass; blandinger av hydrokarboner, vann og faststoffer; blandinger av hydrokarboner, vann, gass og faststoffer; blandinger av vann, gass og faststoffer; og blandinger av vann og faststoffer. Tilstede i fluidet er en strømningsmotstandsreduserende polymernanoemulsjon i en mengde som er effektiv for å redusere strømningsmotstanden til fluidet. Den strømningsmotstandsreduserende polymernanoemulsjonen innbefatter igjen en ytre hydrokarbonfase, dråper av vannløselig polymer oppløst i en vandig indre fase, og minst ett overflateaktivt middel av en type og i en mengde som er effektiv for å danne en stabil nanoemulsjon av de vannløselige polymerdråpene i den ytre hydrokarbonfasen. Dråpene i den vandige fasen som inneholder den vannløselige polymeren, har en gjennomsnittlig partikkel-størrelse under 200 nm.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Som kjent er det kjent at konvensjonelle vannløselige emulsjonspolymerer har viskositeter som er for høye for navlestrenginjeksjon og ytterligere har tendens til faseseparasjon under lagring. Vannløselige nanoemulsifiterte polymerer har imidlertid blitt oppdaget for å tilfredsstille de strenge kravene til navlestrenginjeksjon og er lagrings-stabile og har lav viskositet. Denne klassen med produkter har spesielt en viskositet mindre enn 200 centipoise (200 mPa-s) over et område med feltrelevante temperaturer (omkring 40 til omkring 140°F; omkring 4 til omkring 60°C) og oppviser langsiktig statisk lagringsstabilitet i det samme temperaturområdet. Denne klassen med nanoemulsjonspolymerer har videre vist seg å være effektiv når det gjelder å redusere differen-sialtrykket og øke strømningshastigheten i vann/hydrokarbon-flerfasestrømninger.

Mange olje- og gassproduksjons- og strømningsrørledninger inneholder betydelige nivåer med vann i væskefase. Som tidligere nevnt beskriver teknikken stand bruk av vannløselige polymerer som strømningsmotstandsreduserende midler i vandige enkeltfasesystemer slik som i vannspylingsanvendelser i olje-og gassproduksjonssystemer, og olje/vann-flerfasesystemer. Konvensjonell polyakrylamidemulsjoner har imidlertid altfor høy viskositet, og de er utsatt for faseseparasjon under lagring. Derved er de uegnet for navlestreng- og kapillar-anvendelser som krever lav viskositet og høy stabilitet i temperaturområdet fra omkring 40 til omkring 140°F (omkring 4 til omkring 60°C) .

Vi har oppdaget en klasse med nanoemulsifisert vannløse-lige polymerer som oppviser den nødvendige lave viskositet og lagringsstabilitet for bruk i navlestrenganvendelser for un-dersjøiske rørledninger. Konvensjonelle vannløselige emulsjonspolymerer har viskositeter større enn 1000 centipoise (1000 mPa-s), har partikkeldimensjoner større enn 1 mikrometer og er bare kinetisk stabile (dvs. at det vil separeres over tid). Nanoemulsjonene som brukes som her beskrevet, har partikkelstørrelser under 200 nm, er termodynamisk stabile, og vil dermed ikke separeres over tid. Nanoemulsjonene er visuelt klare og har viskositeter mindre enn 200 centipoise (200 mPa-s), godt innenfor det akseptable området for navle-strengsanvendelser. I en annen ikke-begrensende utførelsesform har nanoemulsjonen viskositeter mindre enn 100 centipoise (100 mPa-s).

Nanoemulsjonene av vannløselige polymerprodukter som brukes her, har følgende sammensetning: a) en ytre hydrokarbonfase; b) en vandig, indre fase med dråper av nanometerstørrelse som er oppløst i den vannløselige polymeren; og

c) minst ett overflateaktivt middel.

Den ytre hydrokarbonfasen kan være mineralolje, mineralsprit, eller andre kombinasjoner av rette, avgrenede, alisykliske eller aromatiske hydrokarboner. I en ikke-begren sende utførelsesform av oppfinnelsen har hydrokarbonene i den ytre fasen fra omkring 7 til omkring 18 karbonatomer. Mineraloljer er her definert som lette hydrokarbonoljer som er petroleumdestillater. Mengden med hydrokarboner kan være fra omkring 20 vekt-% til omkring 70 vekt-%, og i et annet ikke-begrensende utførelseseksempel av nanoemulsjonen i området fra omkring 20 vekt-% til omkring 50 vekt-%.

Polymeren er tilstede i nanoemulsjonen i området fra omkring 15 vekt-% til omkring 70 vekt-%, og i en alternativ, ikke-begrensende utførelsesform fra omkring 15 vekt-% til omkring 50 vekt-%. Den gjennomsnittlige størrelsen av polymerdråpene er under omkring 300 nm, alternativt under omkring 200 nm, og i en annen ikke-begrensende utførelsesform under omkring 150 nm. Polymeren kan være et polyakrylamid, polyakrylsyre og kopolymerer av polyakrylsyre, polyetylenoksid, guar, hydroksyetylcellulose, polyvinylalkohol og lignende. Polymerryggraden kan være ikke-ionisk, kationisk modifisert eller anionisk modifisert. Molekylvekten er større enn omkring 1 million masseenheter i en ikke-begrensende utførelsesform av oppfinnelsen, og er alternativt større enn omkring 2 million masseenheter.

Prosentandelen av vann i den indre, vandige fasen kan være fra omkring 10% til omkring 60%, og i en alternativ, ikke-begrensende utførelsesform av oppfinnelsen fra omkring 10% til omkring 40%.

Overflateaktive midler blir brukt til å stabilisere de nanoemulsjonene som brukes i foreliggende nanoemulsjon. Mengden med overflateaktive midler kan variere fra omkring 2% til 30%, og i en ikke-begrensende utførelsesform fra omkring 3% til 20%. Generelt kan typen overflateaktive midler være anioniske, kationiske, amfoteriske eller ikke-ioniske, eller en kombinasjon av disse. Overflateatkive midler bør generelt ha lave HLB-verdier (hydrofile og lipofile balanseverdier) som favoriserer vann i oljeemulsjoner, for eksempel mindre enn omkring 8, og i en annen ikke-begrensende utførelsesform har en HLB mindre enn omkring 7 . I en ikke-begrensende utførelsesform av oppfinnelsen er den nedre terskelen for HLB-området fra omkring 3. Disse nivåene av overflateaktive midler er ikke så høye som ventet når det gjelder å forårsake stabile emulsjoner i vann/hydrokarbon-fluidene som behandles med

strømningsreduserende midler.

Egnede ikke-ioniske overflateaktive midler innbefatter spesielt, men er ikke nødvendigvis begrenset til, alkoksylerte alkoholer eller etere; alkyletoksylater, alkylamido-etoksylater; alkylglukosider; alkoksylerte karboksylsyrer; sorbitanderivater hvor alkylkjedelengden varierer fra 8 til 24, osv., for eksempel ikke-ylfenoletoksylat-3; alkyletoksylat-3; oleylkarboksyldietylamider; og lignende, samt blandinger av disse. De egnede overflateaktive midlene og blandinger av disse innbefatter kationiske overflateaktive midler slik som, men ikke nødvendigvis begrenset til, monoalkylkvartæraminer, slik som kokotrimoniumklorid; cetyltrimoniumklorid; stearyltrimoniumklorid; soyatrimonium-klorid; behentrimoniumklorid og lignende, samt blandinger av disse. Andre kationisk overflateaktive midler som kan brukes, kan innbefatte, men er ikke nødvendigvis begrenset til, dialkylkvartæraminer slik som dicetyldimetylammoniumklorid, dikokodimetylammoniumklorid, distearyldimetylammoniumklorid, og lignende, samt blandinger av disse. Egnede overflateaktive midler og blandinger av slike innbefatter anioniske overflateaktive midler slik som, men ikke nødvendigvis begrenset til, fettkarboksylater, alkylsarkosinater, alkylfosfater, alkylsulfonat, alkylsulfater og lignende, samt blandinger av disse. De amfoteriske/zwitterioniske overflateaktive midlene som vil være brukbare, innbefatter, men er ikke nødvendigvis begrenset til, alkylbetainer, alkylamidopropylbetainer, alkylamfoacetater, alkylamfopropionater, alkylamidopropylhydroksylsultaner og lignende, og blandinger av disse. Fett-alkoholer med kjedelengde fra C8 til C24 kan også brukes som overflateaktive midler. Overflateaktive polymerer kan også brukes, slik som de som er fremstilt av Uniqema i den overflateaktive Hypermer®-serien, som ikke-begrensende eksempler.

Den her beskrevne nanoemulsjonspolymeren for bruk som strømningsmotstandsreduserende midler blir hovedsakelig fremstilt ved å kombinere komponentdelene med omrøring og/eller blanding tilstrekkelig til å danne vannløselige polymer/vann-dråper med tilstrekkelig liten størrelse. Høye skjærforhold kan også brukes. Generelt blir også mer overflateaktivt middel brukt for nanoemulsjoner sammenlignet med de konvensjonelle emulsjonene som har meget større dråper eller partikler. Det riktige forhold mellom overflateaktivt middel og vann og hydrokarboner eller olje bør brukes, og i et ikke-begrensende utførelseseksempel kan det være de som tidligere er angitt. Det er vanskelig å gi nøyaktige forhold siden de optimale forholdene for de beste strømningsmotstandsreduserende midlene i form av nanoemulsjonspolymerer ifølge oppfinnelsen vil være avhengig av beskaffenheten av det strømningsmotstandsreduserende polymermidlet, beskaffenheten av det overflateaktive midlet, beskaffenheten av hydrokarbonene og typen og hastigheten til blandings- eller omrøringsprosessen.

En ikke-begrensende måte for å praktisere denne oppfinnelsen på, er ved kontinuerlig injeksjon av nanoemulsjons-polymerproduktet gjennom undersjøiske samlerørledninger eller navlestrenger inn i flerfasestrømningsledningen for å oppnå økt produksjon og/eller reduksjon av trykkfallet gjennom det behandlede systemet. Reduksjonen i trykkfall i en flerfaset strømningsledning blir oppnådd ved å modifisere strømnings-regimet i vann/hydrokarbon-systemet og/eller minimalisere turbulens, og derved friksjon, i den vandige fasen. Det er vanskelig å forutsi hva en effektiv brukskonsentrasjon bør være fordi en slik konsentrasjon er avhengig av mange beslektede variable i systemet som behandles, innbefattende, men ikke nødvendigvis begrenset til, temperatur, vannkutt, fluidhastighet, beskaffenheten av hydrokarbonet, beskaffenheten av den strømningsmotstandsreduserende nanoemulsjonspolymeren, osv. For å gi en viss følelse av typiske konsentrasjoner som kan brukes, er likevel et ikke-begrensende, effektivt brukskonsentrasjonsområde fra 1 til 1000 ppm som produkt av vannløselig polymer til fluidet. I en annen ikke-begrensende utførelsesform av oppfinnelsen er den laveste terskelen for konsentrasjonsområdet ved omkring 30 ppm, hvor den øvre terskelen for konsentrasjonsområdet kan være opptil omkring 300 ppm, alternativt opptil 100 ppm av nanoemulsjons-produktet basert på det totale fluidet som behandles.

Olje- og gassflerfaserørledninger (for eksempel olje/vann, olje/vann/gass, olje/vann/faststoffer) slik som de som bruke for olje- eller gassproduksjon og -innsamling, og gassinnsamlings- og overføringsledninger (for eksempel gass/kondensat/vann og olje/vann/gass/faststoffer) for hydrotransport av oljer og/eller tungoljeoppslemminger, eller fjerning av oljespillslam fra dammer og groper er systemer som kan trekke fordel av å bruke de strømningsmotstandsreduserende nanoemulsjonspolymerer ifølge oppfinnelsen. Det har vist seg i en ikke-begrensende utførelsesform at polyakrylamidene som

inneholder anionisitet i polymerryggraden nyter den distinkte fordelen ved å oppvise betydelig lavere

emulsjonsfrembringelsestendens sammenlignet med deres kationiske eller nøytralt modifiserte motstykker.

Som nevnt er bruken av polyakrylamider som strømnings-motstandsreduserende midler i vandige enkeltfasesystemer kjent i tidligere fremgangsmåter, slik som i vannspylingsanvendelser i olje- og gassproduksjon. Bruken av polyakrylamider for å forbedre fluidstrømningsegenskaper i flerfasesystemer (for eksempel vann/olje, vann/olje/gass) har imidlertid mottatt forholdsvis liten eller ingen oppmerksomhet, og har helt sikkert ikke oppnådd et nivå som er tilstrekkelig for kommersielle anvendelser for noen bruk.

Foreliggende oppfinnelse angår i tillegg fremgangsmåter og sammensetninger for å redusere strømningsmotstand og forbedre strømning i turbulente, flerfasehydrokarbonsysterner med liten eller ingen særlig endring i massefluidviskositeten til flerfasesystemet. Hydrokarbonsystemer innbefatter, men er ikke nødvendigvis begrenset til, enhver strømning som minst inneholder 0,5% hydrokarbonkomponent. Hydrokarbonsystemer innbefatter, men er ikke nødvendigvis begrenset til, flerfase strømningsledninger (for eksempel olje/vann, olje/vann/gass) i olje- og gassproduksjonssystemer. Det skal bemerkes at ved uttrykket "hydrokarbonfluid", er det ventet at oksygenerte eller nitrogenerte hydrokarboner slik som de laveste alkoho-lene, glykolene, aminene, eterne og lignende kan være innbefattet innenfor definisjonen. Uttrykket "hydrokarbonfluid" betyr også ethvert fluid som inneholder hydrokarboner, slik som definert her, til også å innbefatte oksygenerte hydrokarboner. Dette hydrokarbonholdige flerfasesystemet (for eksempel olje/vann, olje/vann/gass), slik som strømnings-ledninger i forbindelse med olje- og gassproduksjon, blir primært anvendt for denne teknologien. Konvensjonelle polymerbaserte strømningsmotstandsreduserende midler (for eksempel poly(alfa-olefiner)) er vanligvis ikke egnet for disse anvendelsene, enten på grunn av deres høye intrinsiske viskositet og/eller fluidinkompabilitet en til systemet.

Flerfasede oljerørledninger (for eksempel olje/vann, olje/vann/gass) og gassinnsamlings- og overføringsledninger (for eksempel gass/kondensat/vann, gass/olje/vann) er systemer som kan trekke fordel av å bruke egnede polymerer som inneholder en anionisk ladning i polymerryggraden og/eller nanoemulsjonspolymeren i det strømningsmotstandsreduserende midlet ifølge oppfinnelsen. I et ikke-begrensende utførelseseksempel av oppfinnelsen innbefatter egnede polymerer, men er ikke nødvendigvis begrenset til, anioniske polymerer av akryl- eller metakryl-alkylenestere eller amider av trialkyl eller alkylarylammoniumsalter; vinyl- eller allyl-trialkyl eller alkylaryl, eller diallyldialkyl eller alkylarylammoniumsalter; og kopolymerer av disse med ikke-ioniske akryl- eller metakryl-estere, amider eller nitriler; eller vinylakoholer, estere og amider; og kombinasjoner av disse. Fremgangsmåtene for fremstilling av hydrofile polymerer er velkjent og innbefatter, men er ikke nødvendigvis begrenset til, å inkorporere i polymeren ved dens begynnelse eller senere, minst noen monomerer som dissosieres ved systemets pH-verdi, i det minste i en viss grad, til en inkorporert monomeranion og en ikke-inkorporert, labil oppløst kation. Anionmonomerene kan være innbefattet i blandingen av monomerer som polymeriseres, eller de kan være laget ved reaksjon med opprinnelig ikke-ioniske eller endog kationiske monomerer etter polymerisering. Det anioniske akrylmonomernatriumakrylatet kan for eksempel homopolymeri-seres eller blandes med det ikke-ioniske akrylmonomerakryl-amidet og kopolymerisert, tilfeldig eller i blokker, via inn-føring med og forflytning av frie radikaler i vandig eller saltholdig løsning; eller akrylamidet alene kan være homo-polymerisert på nevnte måte og så brakt til å bli reagert med natriumhydroksid for å frembringe en homopolymer av natriumakrylat eller en kopolymer av natriumakrylat og akrylamid. Typiske frie radikale polymeriseringsstartere innbefatter termisk homolytiske peroksider og azoforbindelser og redoks-par. Polymeriseringen kan utføres i fri væske eller i små- dråper dispergert i olje. Etter polymerisering kan det vandige løsemidlet etterlates for å danne en viskøs, fortynnet løsning, en dispersjon i saltvann eller en emulsjon i olje; eller fjernes for å danne et pulver eller en dispersjon i ol j e.

Hydrofilisiteten kan være tilstede i monomeren forut for polymerisering som i akrylamid, eller kan være frembrakt etter polymerisering, som når lipofile vinylacetater blir polymerisert (eller kopolymerisert) , og så reagert med natriumhydroksid til hydrofile (men ikke-ioniske) poly(vinyl-alkoholer) og et acetatanion.

Den høye molekylvekten (MW) til de vannløselige polymerene kan være et resultat av en opprinnelig polymerisering eller av en sekundær kryssbinding via innbyrdes reaktive og/eller svevende grupper eller mellomprodukter eller polymerer med lavere molekylvekt eller oligomerer.

I en ikke-begrensende utførelsesform av oppfinnelsen er molekylvekten til polymeren i området fra omkring 1 MD til omkring 30 MD gjennomsnitt molekylvekt. I en annen alternativ utførelsesform av oppfinnelsen er molekylvekten til polymeren i området fra omkring 5 MD til omkring 2 0 MD.

Mange olje- og gassproduksjonssystemer (for eksempel de som transporterer og produserer gass og olje fra dype vann-reservoarer i Mexico-golfen og andre steder) er begrenset i sin produksjon på grunn av trykkfall i strømningsledningene under "turbulent" eller intermitterende strømningsregime. De strømningsreduserende metodene ifølge oppfinnelsen omfatter å tilsette additiver til systemet ved kontinuerlig behandling ved høye nok konsentrasjoner til å frembringe den ønskede reduksjon i strømningsmotstand og/eller økning i strømningen for den samme mengde med drivenergi. Sammensetningene som inneholder additiver blir brukt effektivt ved å opprettholde effektiviteten av strømningsmotstandsreduksjonen over en lang tidsperiode.

I en annen ikke-begrensende utførelsesform av oppfinnelsen blir de strømningsmotstandsreduserende additivene anvendt i fravær av noe annet strømningsmotstandsreduserende additiv, dvs. et som ikke faller innenfor definisjonen ifølge foreliggende oppfinnelse. Derimot kan det være situasjoner eller omgivelser hvor det er fordelaktig å anvende andre strømnings-motstandsreduserende additiver sammen med disse ifølge foreliggende oppfinnelse for å bevirke blandinger, slik som blandinger innenfor grensene for denne oppfinnelsen. Slike blandinger kan for eksempel være nyttige når det gjelder å spre de strømningsmotstandsreduserende virkningene av additivene ytterligere over tid og/eller avstand.

Andre egnede additiver som også kan være innbefattet med de strømningsmotstandsreduserende midlene i form av nano-emuls jonspolymerer ifølge foreliggende oppfinnelse, omfatter aminbaserte og ikke-aminbaserte korrosjonsinhibitorer, slik som imidazoliner, amider, fettsyrebaserte inhibitorer, fosfatestere, osv.; ikke-aminbaserte biocider, slik som akrolein; ikke-aminbaserte gasshydratinhibitorer, slik som ikke-ionisk anti-agglomeranter og kinetiske inhibitorer; skallinhibitorer og lignende.

For ytterligere å illustrere oppfinnelsen vil fremgangs-måten bli nærmere beskrevet ved hjelp av de følgende ikke-begrensende eksemplene, som bare er ment å vise ytterligere spesifiserte utførelsesformer av oppfinnelsen.

Eksempler 1- 4

Viskositeten til en konvensjonell polyakrylamidemulsjon 1, emulsjon 2 og polyakrylamid-nanoemulsjon 3 og 4, er som vist i følgende tabell 1 ved 25°C.

Viskositeter ble målt med parallell plate på et dynamisk reo-meter av typen Rheometric SR 5000. Bemerk: Disse parameterne har de samme verdiene uttrykt i SI-enhetene for mPa-s.

Det kan sees fra tabell I at et fluid med betydelig lavere viskositet ble oppnådd med polyakrylamidnanoemulsjonene 3 og 4 ifølge oppfinnelsen, spesielt ved lave skjærverdier. Dette er viktigst i forhold til injeksjonspumpestart for navlestreng- og kapillar-anvendelser.

Eksempler 5- 8

Stabiliteten av konvensjonelle polyakrylamidemulsjoner 1 og 2, såvel som polyakrylamidnanoemulsjoner 3 og 4, er som vist i tabell II som prosentandel av separasjon etter 6 måneder.

TABELL II

Sammenligning av stabiliteter for konvensjonelle og nye emulsjoner ifølge oppfinnelsen

Det er viktig at ingen separasjon ble sett i polyamid-nanoemulsjonene 3 eller 4 i henhold til oppfinnelsen, mens de to konvensjonelle emulsjonene (1 og 2) viser betydelige grader av separasjon.

Eksempel 9

Den strømningsmotstandsreduserende virkningen ble evaluert via et dreiemomenttestingsapparat. Evalueringene ble utført i en 100 ml glasscelle. Inne i glass-sylinderen som inneholder fluidet, roteres en aluminiumssylinder med konstant hastighet. Det effektive fluidlaget er 2 mm tykt. Sylinderen er festet til en torsjonsmomentmåler som sender en analog spenning gjennom et frekvensfilter hvor signalet blir omformet til et digitalt signal som logges inn i datamaskinen. I testen ble polyakrylamid-nanoemulsjonen tilsatt ved å bruke en mikrosprøyte. Alle tester ble utført i vann ved 22°C.

Prosentvis strømningsmotstandsreduksjon for et spesielt DRA/vann-system i dreiemomenttesten ble beregnet ved å bruke formelen:

hvor dreiemomentiuft, dreiemomentsoiog dreiemomentDRAer dreie-momentverdiene i henholdsvis luft, løsning uten DRA og løsning med DRA.

Strømningsmotstandsreduksjonsresultater for polyakrylamid-nanoemulsjonen 3 ifølge oppfinnelsen fra 9 ppm til 3 6 ppm i vann, oppnådd i dreiemomenttesten er vist i tabell III nedenfor.

Det kan sees fra resultatene i tabell III at polyakrylamid-nanoemulsjonen ifølge oppfinnelsen var et effektivt strømningsmotstandsreduserende middel.

Eksempel 10

Et enkelt gjennomstrømningsapparat ble brukt til å studere multifasestrømning. En isoparafinolje, Isopar M fra ExxonMobil, ble brukt som modelloljefasen. En olje- og vann-blanding i forskjellige andeler i området fra 60/40 til 0/100 ble innført i et 2 liters Parr-karreservoar og blandet ved 1000 rpm i 3 minutter. En polyakrylamid-nanoemulsjon ifølge oppfinnelsen ved konsentrasjon 60 ppm (aktiv 15 ppm) ble brukt (nanoemulsjon 3). 01je/vann-blandingen ble ført til testseksjonen ved å bruke nitrogentrykk ved (70 psi) 0,48 MPa. Testseksjonen var 102 cm lang og 0,44 cm i diameter. En differensialtrykktransduser ble brukt til å måle trykkfallet over testseksjonen. Totalt 1400 ml fluid ble brukt i hver test. Forut for oppsamling av fluidet, ble sløyfen spylt med testfluidet i 0,5 sekunder i hver test. Massegjennom-strømningen av fluid ble målt ved å føre ut fluidet i 3 sekunder. Resultatene er listet opp i tabell IV nedenfor.

Det kan sees fra resultatene som er angitt i tabell IV at gjennomstrømningen av flerfasefluidet økte, mens en reduksjon i differensialtrykk samtidig ble realisert.

Claims

1. Fremgangsmåte for å redusere strømningsmotstand for et fluid, omfattende følgende trinn: å tilveiebringe fluidet valgt fra den gruppe som består av: vann; blandinger av hydrokarboner og vann; blandinger av hydrokarboner, vann og gass; blandinger av hydrokarboner, vann og faststoffer; blandinger av hydrokarboner, vann, gass og faststoffer; blandinger av vann, gass og faststoffer; og blandinger av vann og faststoffer; og å tilsette en strømningsmotstandsreduserende polymernanoemulsjon til fluidet i en mengde som er effektiv for å redusere strømningsmotstanden, der konsentrasjonen av nanoemulsjonen i fluidet ligger i området fra 1 til 1000 ppm,karakterisert vedat den strømningsmot-standsreduserende polymernanoemulsjonen omfatter: en ytre hydrokarbonfase, dråper av en vandig indre fase med vannløselig polymer oppløst i denne, hvor dråpene har en gjennomsnittlig partikkelstørrelse under 300 nm, og minst ett overflateaktivt middel i en mengde på fra 2 til 30 wt% for å danne en stabil nanoemulsjon av dråpene i den ytre hydrokarbonfasen, hvor det overflateaktive middelet er valgt fra gruppen bestående av: ikke-ioniske overflateaktive midler valgt fra gruppen bestående av: alkoksylerte etere, alkyletoksylater, alkylamido-etoksylater, alkylglukosider, alkoksylerte karboksylsyrer, sorbitanderivater hvor alkylkjedelengden varierer fra 8 til 24; oleylkarboksyldietylamider, samt blandinger av disse; kationiske overflateaktive midler valgt fra gruppen bestående av: monoalkyl- kvartæraminer og dialkylkvartæraminer samt blandinger av disse; anioniske overflateaktive midler valgt fra gruppen bestående av: fettkarboksylater, alkylsarkosinater, alkylfosfater, alkylsulfonat, alkylsulfater samt blandinger av disse; amphoteriske/zwitterioniske overflateaktive midler valg fra gruppen bestående av: alkylbetainer, alkylamidopropylbetainer, alkylamfoacetater, alkylamfopropionater, alkylamidopropylhydroksylsultaner og blandinger av disse; og blandinger av disse. den strømningsmotstandsreduserende polymernanoemulsjonen har en viskositet lik eller mindre enn 200 centipoise over området fra 4 til 60°C.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor den ytre hydro-karbonfasen er valgt fra den gruppe som består av: rette, avgrenede, alicyklisk eller aromatiske hydrokarboner, mineraloljer, mineralsprit, og blandinger av disse.

3. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, hvor det minst ene overflateaktive midlet eller kombinasjonen av overflateaktive midler har en lav hydrofil og lipofil balanseverdi (HLB) lavere enn 8.

4. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, hvor nanoemulsjonen omfatter: fra 20 til 70 vekt% ytre hydrokarbonfase; fra 15 til 70 vekt% vannløselig polymer; og fra 10 til 60 vekt% vann.

5. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, hvor den strømningsmotstandsreduserende polymernanoemulsjonen blir kontinuerlig injisert inn i fluidet.

6. Fluid med redusert strømningsmotstand, omfattende: et fluid valgt fra den gruppe som består av: vann; blandinger av hydrokarboner og vann; blandinger av hydrokarboner, vann og gass; blandinger av hydrokarboner, vann og faststoffer; blandinger av hydrokarboner, vann, gass og faststoffer; blandinger av vann, gass og faststoffer; og blandinger av vann og faststoffer; og en strømningsmotstandsreduserende polymernanoemulsjon i en mengde som er effektiv for å redusere strømningsmotstanden til fluidet, der konsentrasjonen av nanoemulsjonen i fluidet ligger i området fra 1 til 1000 ppm,karakterisert vedat den strømningsmotstandsreduserende polymernanoemulsjonen omfatter: en ytre hydrokarbonfase, dråper av en vandig indre fase med vannløselig polymer oppløst i denne, hvordråpene har en gjennomsnittlig partikkelstørrelse under 300 nm, og minst ett overflateaktivt middel av en type og en mengde som er effektiv for å danne en stabil nanoemulsjon av dråpene i den ytre hydrokarbonfasen, der den minst ene overflateaktive er valgt fra: ikke-ioniske overflateaktive midler valgt fra: alkoksylerte alkoholer eller etere; alkyletoksylater, alkylamido-etoksylater; alkylglukosider, alkoksylerte karboksylsyrer; sorbitanderivater hvor alkylkjedelengden varierer fra 8 til 24, ikke-ylfenoletoksylat-3; alkyletoksylat-3, oleylkarboksyldietylamider, samt blandinger av disse; kationiske overflateaktive midler valgt fra: monoalkyl-kvartæraminer og dialkylkvatræraminer samt blandinger av disse; fettkarboksylater, alkylsarkosinater, alkylfosfater, alkylsulfonat, alkylsulfater samt blandinger av disse; amfoteriske/zwitterioniske overflateaktive midler valgt fra: alkylbetainer, alkylamidopropylbetainer, alkylamfoacetater, alkylamfopropionater, alkylamidopropylhydroksylsultaner og blandinger av disse; der mengden med overflateaktive midler kan variere fra omkring 2 vekt% til 30 vekt%, og den strømningsmotstandsreduserende polymernanoemulsjonen haren viskositet lik eller mindre enn 200 centipoise over området fra 4 til 60°C.

7. Fluid ifølge krav 6, hvor den ytre hydrokarbonfasen er valgt fra den gruppe som består av: rette, avgrenede, alicykliske eller aromatiske hydrokarboner, mineraloljer, mineralsprit, og blandinger av disse.

8. Fluid ifølge krav 6 eller 7, hvor det minst ene overflateaktive midlet eller kombinasjonen av overflateaktive midler har en lav hydrofil og lipofil balanseverdi (HLB) mindre enn 8.

9. Fluid ifølge et av kravene 6-8, hvor nanoemulsjonen omfatter: fra 20 til 70 vekt% ytre hydrokarbonfase; fra 15 til 70 vekt% vannløselig polymer; fra 10 til 60 vekt% vann; og fra 2 til 30 vekt% overflateaktivt middel.