[发明专利]使用水溶性聚合物进行三次采油的设备及其实施方法

说明书

本发明涉及使用水溶性聚合物进行三次采油的设备。本发明还 涉及使用所述设备实施三次采油的方法。

丙烯酰胺和/或甲基丙烯酰胺的聚合物(共聚物)占用于多种应 用的石油工业中的水溶性聚合物的很大份额。这类聚合物尤其在 通过注入溶液中而提高三次采油率方面非常有利。该方法包括： 用其中溶有聚合物以使其变粘的或多或少咸的注入水(也称为“盐 水”)灌满或掠过油田，从而迫使油离开岩石的孔隙。在此应用中， 聚合物的用量可以非常大，超过50000吨/年，这是非常不寻常的。

更确切的说，这种技术的有效性很大程度上依赖于油和盐水 之间存在的粘度差。为了使其减小，有必要通过添加水溶性聚合 物(其很多时候为分子量非常高的丙烯酰胺和/或甲基丙烯酰胺的 聚合物或共聚物)来增稠注入水。这是三次采油(EOR，Enhanced Oil Recovery)的方法之一。

但是，这些聚合物相对容易降解。在这些降解形式中，三种 类型最明显：水解反应、机械降解和自由基降解反应。第一种使 聚合物的化学组成发生变化，而另外两种使链长度减少。

因此，非常重要的是阻止聚合物链降解，从而在聚合物使用 过程中保留聚合物的所有增粘特性。

在本发明中，“降解”是指任何使大分子链断裂的过程。这种 类型的降解意味着形成进攻大分子链的自由基，然后进行增长反 应。这些作为降解引发剂的自由基尤其可以通过氧化部分(尤其是 氧)和还原部分(氧抑制剂、硫化氢、Fe²⁺)之间的氧化还原反应形 成。

在实践中，丙烯酰胺聚合物(共聚物)通常是以粉末或乳液形式 市售的。它们通常以稀水溶液用于工业应用中。由于其分子量高， 因此所得溶液的粘度高。如果期望部分消除分散装置中聚集体的 形成，则结果是限制了溶液中聚合物的浓度。对于分子量约为 15000000的聚合物，该浓度一般不超过5g/l。高于此浓度，则观 察到“鱼眼”的形成，这对应于聚合物粉末的实际聚集。然后有必 要应用粗滤(100～200微米)和精滤(10～20微米)以在两个连续步 骤中移除“鱼眼”。另外，在分散装置中的停留时间相对短，聚合 物没有时间溶解，因此不可泵送或不可直接使用，必需进行后续 的熟化或溶解步骤。

溶解之后，通过用于油田的盐水来稀释聚合物，以获得所需 的浓度(通常为500～3000ppm)和粘度(通常为5～50厘泊)。

在实践中，采用下列方式之一进行分散：

●通过锥形物进料的喷水器，所述锥形物本身被润湿以防止粘 附，

●空气输送粉末，然后用溶解罐上面的喷水嘴润湿，

●任何其他方法，其中粉末与水在搅拌下接触。

关于溶解，其在溶解罐中在氧饱和度为4～7ppm的敞开气氛 中进行，这即使在减氧剂(oxygen reducer)(亚硫酸氢铵)存在下也 通过形成自由基使注入聚合物化学降解。显然，目标是能够注入 具有精确浓度的溶液，从而得到所需的粘度。例如，在注入浓度 为1000～2000ppm且流量为每小时500m³～2000m³时，必须溶 解500～4000kg/h的聚合物，这比例如在污泥处理操作过程中絮 凝时的常规用量大得多。

本发明要解决的问题是开发直接将注入水/聚合物混合物注入 井中而不经过在罐中的预先溶解步骤且不需要随后的过滤的设 备。

为此，申请人开发了湿磨装置，其用于使分散体中的高分子 量聚合物的浓度为0.5～3重量％，由于分散聚合物在注入管线中 的停留时间获得实际溶解。

实际上，在EOR中，悬浮体或分散体通过管线输送相当长的 距离(100～10000米)，然后注入至少400米的深度，泵送速率为2 米/秒。对于1000米的管线或注入管，行程时间为8分钟，足以 使聚合物完全溶解。

更确切地，本发明的主题是三次采油设备，依次包括：

-具有标准粒径分布的水溶性聚合物的储料斗，

-用于分散所述聚合物的研磨装置，所述研磨装置包括：

-润湿锥，其中通常用计量螺杆计量聚合物，所述锥与一次水 入口线路连接；

-在锥的底端：

○用于研磨和排出经分散的聚合物的室，所述室包括：

■转子，其通过发动机驱动并且装配有相对于转子半径 任选倾斜的刀，