專利名稱：來源于蘆薈的污垢抑制劑的制作方法
背景技術(shù)：
污垢是一種影響原油生產(chǎn)、運輸、和精練工業(yè)各個方面的工況。一個具體受影響的領(lǐng)域是主要由無機化學(xué)品構(gòu)成的次級油庫，該次級油庫存在于一個至少半人造的系統(tǒng)中。物質(zhì)的原生流體和/或這些流體得以存在和形成的熱力學(xué)、動力學(xué)、和水力學(xué)條件的任何變化均會導(dǎo)致形成污垢化合物。
當(dāng)污垢沉積在結(jié)構(gòu)件的孔隙上時，尤其當(dāng)該現(xiàn)象發(fā)生于油井附近時，污垢會降低該結(jié)構(gòu)件的孔隙率和滲透率。當(dāng)穿孔被堵塞或當(dāng)生產(chǎn)管道壁上形成一個厚的污垢層時，污垢會阻擋正常的流動。污垢還會覆蓋并損壞成套設(shè)備，例如安全閥和機械采集油氣系統(tǒng)的心軸。。
當(dāng)以這樣的方式擾亂自然流動條件，即超出流體的一種或多種組分的溶解極限時，污垢就開始形成。最初形成的通常是浸透(sodden)的流體(通過形成不穩(wěn)定原子團而形成，均相成核)或流體流動界面(異相成核)。
CaCO3是一種常見的污垢。根據(jù)下列反應(yīng)方程式，其沉淀與系統(tǒng)中CO2濃度、鹽水的組成、和CO2與油庫生成水之間化學(xué)平衡中溫度和壓力的控制有關(guān)
在水含量相當(dāng)大的情況，或使用注入水來回收次級油的情況下，污垢問題會很嚴重，并隨時間延長而加重。如果污垢用機械方式脫除，則脫除污垢的頻率必需逐步增大。因此，通常需要避免污垢的形成。這可以作為機械脫除污垢的補充處理方式。
現(xiàn)有的污垢抑制劑具有非常特定的性能，未找到一種適用于所有類型污垢的通用抑制劑。以前，抑制劑的功效是通過反復(fù)試驗來評價的?，F(xiàn)在，由于對化合物晶體生長的熱動力學(xué)機理有了更好的理解，因此能更好地評價抑制劑功效。
在使用中，將抑制劑連續(xù)或間歇地注入要處理的區(qū)域。根據(jù)被注入的相，抑制劑可分成可溶于有機相的抑制劑，或可溶于水相的抑制劑。
被注入的相很重要，因為它會影響抑制劑的功效。在高水餾份的系統(tǒng)中，優(yōu)選使用可溶于水的抑制劑，因為該相是引發(fā)水垢的起因，而且是與內(nèi)管道表面接觸較多的相。因此，該相是將抑制劑傳輸至金屬表面的更好的相。
大多數(shù)用于防止污垢的抑制劑可溶于水相，因為該相是形成沉淀的主要起因。業(yè)已有多個研究者致力于弄清楚形成污垢的晶體生長機理，以便根據(jù)抑制劑-晶體的相互作用開發(fā)出更好的抑制劑。
已知污垢抑制劑有兩種作用方式。第一種機理是吸附作用，此時抑制劑分子占據(jù)對污垢晶體而言是較好的成核部位。由此，污垢晶體失去能結(jié)合到表面上的活性部位，從而防止晶核形成。
另一種抑制劑機理基于吸附模型，即在抑制劑存在下形態(tài)變化能夠防止形成污垢晶體。根據(jù)抑制劑特性和基材的性質(zhì)，可將抑制劑吸附到晶體網(wǎng)絡(luò)上，形成難以保留活性部位或在活性部分生長晶體的復(fù)合表面或晶體網(wǎng)絡(luò)。
污垢抑制劑通?？煞殖捎袡C和無機抑制劑。無機型抑制劑包括縮合的磷酸鹽，例如聚偏磷酸鹽或二金屬磷酸鹽。
無機磷酸鹽通過臨界效應(yīng)影響污垢的形成。通過該機理，不必對溶液中的所有離子進行絡(luò)合，當(dāng)碳酸鹽和硫化鈣晶體開始成形并沉淀時，此刻磷酸鹽離子會覆蓋小的成核晶體，阻礙晶體生長。由于磷酸鹽離子吸附到晶體表面上，因此形成一個覆層。
使用多磷酸鹽的一個問題是，在溶液中，多磷酸鹽會水解或返原為氫化的正磷酸鹽。氫化的正磷酸鹽與鈣反應(yīng)，形成不溶的磷酸鈣。溫度、pH、濃度、溶液質(zhì)量、不同類型的磷酸鹽和一些酶的存在都會影響這些抑制劑的返原速率。
已知有四類有機化合物基團(多磷酸根、多膦酸根、聚羧酸和聚楝酸根(polymeliates))對通常形成污垢的離子具有螯合效果，這些化合物基團被用于制備污垢抑制劑。通常如下使用這些基團的組合(i)帶堿性的膦酸鹽化合物，例如多磷酸鹽和多膦酸鹽，和(ii)弱酸，例如聚羧酸和聚楝酸鹽(polymeliates)。
有機磷酸鹽化合物受溫度限制，因為它們遇到高溫會返原。此外，磷酸鹽在具有高含量鈣離子的水中無效，需要以大劑量使用。
由羧酸獲得的聚合物(即聚丙烯酸酯)同樣可以用作污垢抑制劑。這些化合物會扭曲所形成無機物的晶體結(jié)構(gòu)，防止它們吸附到其它晶體和/或金屬表面上。這些化合物的使用溫度比磷酸鹽和膦酸鹽更穩(wěn)定，但是，一些聚合物對鈣具有有限的承受度，通常最大濃度約為2000ppm，盡管有部分聚合物在高達5000ppm的濃度下仍有效。
為了使用這些化合物進行有效抑制，需要注入高聚合物濃度?？紤]到這些化合物在高溫下的有效性(其它產(chǎn)品失效的高溫)，在一些場合中，該處理被認為成本合算。
最近，使用螯合劑，例如乙二胺四乙酸(EDTA)，或其鈉鹽來軟化水和/或用作污垢抑制劑。EDTA與鎂、鈣、鍶、鋇和其它二價金屬形成可溶的和穩(wěn)定的配合物，防止污垢形成。該類抑制劑不會返原，而且在高溫下穩(wěn)定。但是，這些抑制劑比其它產(chǎn)品昂貴。
由此，常規(guī)的污垢抑制劑可以總結(jié)如下

基于已知的市售污垢抑制劑，需求開發(fā)一種新產(chǎn)品，它能降低現(xiàn)有產(chǎn)品的局限性，并能夠靈活地應(yīng)用。
本發(fā)明的主要目的是提供滿足該需求的溶液。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點在下文中有記載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明可達到上述的目的和優(yōu)點。
本發(fā)明提供一種抑制形成污垢的方法，該方法包括如下步驟提供液態(tài)烴體系；提供來源于蘆薈的污垢抑制劑；以足以抑制污垢形成的量將來源于蘆薈的污垢抑制劑與液態(tài)烴體系相混合。
本發(fā)明還提供一種污垢抑制劑組合物，它包含以約5-50％重量/重量的濃度溶解于水中的蘆薈凝膠。該蘆薈凝膠包含多糖，能溶解于約60℃-約90℃的水中，并具有這樣的烴鏈結(jié)構(gòu)它帶有與二價離子(例如Ca++、Mg++等)相互作用的羧基和醇官能團。
與基于上述原理的化學(xué)合成抑制劑不同，本發(fā)明的污垢抑制劑有利地基于蘆薈植物凝膠中的活性成分，尤其羊角掌(Aloe Vera)。這樣的污垢抑制劑能夠在低和高鈣濃度下應(yīng)用，并且沒有組合物因水解而沉淀的局限性。事實上，使用本發(fā)明的組合物，水解有利于與溶液中離子的相互作用，由此提高污垢抑制劑的功效。
本發(fā)明的污垢抑制劑在高達至少約125℃的溫度下是熱穩(wěn)定的。由此，所述腐蝕抑制劑可以施用于生產(chǎn)經(jīng)營的地面裝置中，施用于其它在低溫下工作的生產(chǎn)設(shè)備中，和施用于沒有達到這種溫度的相對淺的油井中。
本發(fā)明有利地提供解決污垢問題的溶液，該溶液基于由植物配成的組分，由于該組分并非化學(xué)合成的組合物，因此能夠以降低的成本制備。本發(fā)明組分還可以降低對環(huán)境的不利影響，因為它是生物可降解和的，并且還可以扶植當(dāng)?shù)氐钠渌?jīng)濟部門的發(fā)展，例如農(nóng)業(yè)。
附圖的簡要說明下面參照附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，其中

圖1示出了羊角掌植物、和作為本發(fā)明原料的該植物部位；圖2圖解示出了蛋箱模型，該模型顯示了本發(fā)明組合物的一個作用機理；圖3圖解示出了實施例1組合物的形成步驟；圖4圖解示出了實施例2組合物的形成步驟；和圖5圖解示出了可以采用本發(fā)明組合物和方法的各種工業(yè)和民用方法。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及在各種工業(yè)和民用系統(tǒng)中抑制污垢的組合物和方法，其一個例子是水驅(qū)動的次級采油井。各種影響因素都會引起在設(shè)備的表面上形成污垢，該污垢會嚴重阻礙設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。本發(fā)明提供一種組合物，它用于抑制污垢形成，而且該組合物克服了已知組合物的上述各種缺點。
本發(fā)明污垢抑制劑組分有利地來源于蘆薈植物，優(yōu)選來自于羊角掌，以該方式得到的組分不會不利地受水解影響，并適用于高達至少約125℃的溫度，而且可以由農(nóng)業(yè)方式輕松地獲得。
羊角掌握是源自于熱帶或亞熱帶的旱生植物。該植物的特征在于結(jié)實而豎立的矛狀葉子，具有齒狀邊緣和鋒利的尖。參看圖1，葉片的上皮具有厚表皮或外殼10。在上皮下面，是葉肉，由clorenchimas細胞和薄細胞壁區(qū)別開來，稱為軟組織20。細胞軟組織圍繞凝膠狀的透明和粘性的物質(zhì)，稱為凝膠30。另外，植物的脈管包皮具有內(nèi)細胞包皮，它含有黃色體液或蘆薈，該蘆薈存在于兩個主細胞之間。
根據(jù)本發(fā)明，羊角掌凝膠用來提供污垢抑制劑。該凝膠含有各種化學(xué)化合物，包括氨基酸、配糖物、無機物和維生素。具體樣品的具體組成不是恒定的，因為該組成隨土壤、季節(jié)、植物年齡、和氣候而變化。但是，肯定的是該蘆薈凝膠一定由具有羧基和醇官能團的烴鏈結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
這些官能團與引起污垢的二價離子(例如Ca++、Mg++等)相互作用或絡(luò)合。
一旦除去表皮后，凝膠代表葉片的多汁部分。當(dāng)高溫從土壤中蒸發(fā)水份時，蘆薈和其它早生植物會儲存水。由此，當(dāng)環(huán)境溫度升高時，葉片中凝膠的數(shù)量也會增高。
本發(fā)明來源于蘆薈的凝膠可以用來制備這樣的污垢抑制劑，它能與鈣反應(yīng)形成凝膠，包裹住鈣。據(jù)認為，這種反應(yīng)依照蛋箱模型進行(圖2)，該模型假定鈣離子用作橋，在屬于兩個不同的緊密接觸鏈的兩個羧基之間形成離子連接。根據(jù)該多糖模型，鏈與Ca++相互作用，形成結(jié)構(gòu)配位的包裹。圖2顯示了凝膠鏈如何與Ca++相互作用，聚集在一起。當(dāng)系統(tǒng)力或其它條件試圖使凝膠返原至其起始狀態(tài)時，這種包裹可產(chǎn)生穩(wěn)定性。
多糖內(nèi)鈣與其它氧原子之間的作用強度意味著鈣空軌道所采用的配位連接。由氫橋組合起來的羥基氧原子、環(huán)氧原子、和糖氧原子通過自由電子參與該連接過程中。鈣優(yōu)先與多糖配合，原因在于鈣的離子半徑(0.1nm)足夠大，足以與隔開的凝膠氧原子配合，原因還在于配位連接點所表現(xiàn)出的靈活性。
生物聚合物、可溶基質(zhì)內(nèi)的親水性分子和存在于水溶液中的其它組分會控制CaCO3晶體的形成。
本發(fā)明凝膠中存在的酸基團(例如可溶性蛋白質(zhì)分子內(nèi)的羧酸(-COOH))與鈣離子(Ca+2)相互作用，控制結(jié)晶。酸基團在大分子內(nèi)的位置和距離可以合作來集攏將鈣離子。
另一方面，吸附到CaCO3特定面內(nèi)的生物聚合物是控制結(jié)晶過程的關(guān)鍵因素。
生物大分子能夠誘導(dǎo)CaCO3晶體多形態(tài)。用生物聚合物的結(jié)晶誘導(dǎo)方解石晶體相轉(zhuǎn)變?yōu)槲氖?br> 本發(fā)明提供一種作為污垢抑制劑的制劑，用于制備和應(yīng)用基于蘆薈植物，尤其是羊角掌，的制品。
本發(fā)明組合物在NACE TM 0374標(biāo)準(zhǔn)的試驗條件下，表現(xiàn)出高達80％的效率，而在同樣試驗條件下市售抑制劑的效率僅為約15％-38％。
本發(fā)明組分具有針對碳酸鈣晶體成核變化的抑制機理。該組分還能夠用于高或低鈣濃度下。本發(fā)明的組分不會由于水解而沉淀，在高達125℃的溫度下都是穩(wěn)定的。由于該組分不是化學(xué)合成的，應(yīng)用本發(fā)明組分可降低成本。最后，該組分及其制備和使用方法都是對環(huán)境友好的技術(shù)，并通過促進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)而促進國家經(jīng)濟的發(fā)展。
本發(fā)明組分能夠由脫水羊角掌凝膠形式的原材料制成，優(yōu)選具有下表1所示的特性表1.羊角掌凝膠特性

在溶液中，羊角掌凝膠具有下表2所示的性能表2.羊角掌凝膠水溶液特性

上述組分是用于制備本發(fā)明組合物的原料(表1)的代表性組分，是所形成凝膠溶液(表2)的優(yōu)選實施方式。當(dāng)然，在本發(fā)明的范圍內(nèi)也可以使用其它的原材料。
本發(fā)明的污垢抑制劑組合物是蘆薈凝膠的水溶液，優(yōu)選濃度為約5-50％重量/重量，更優(yōu)選約10-25％重量/重量，最優(yōu)選15％重量/重量。
采用兩種方法來配制本發(fā)明的污垢抑制劑。所形成的產(chǎn)品在本文中稱為生物-抑制劑1和生物-抑制劑2。如下所示，這些產(chǎn)品中每一個都具有清晰的污垢抑制劑特性。
實施例1 生物-抑制劑1的制備開發(fā)羊角掌植物的作物，采用已知技術(shù)(例如US 2003/0211182A1所揭示的技術(shù))分離和純化羊角掌凝膠。加工羊角掌凝膠使之滅菌和穩(wěn)定。接著，將經(jīng)滅菌和穩(wěn)定的羊角掌凝膠溶解于H2O，在約60-90℃溫度下連續(xù)攪拌，防止會引起有機物降解的酶反應(yīng)和/或細菌作用。
配制凝膠水溶液，濃度約為5-50％重量/重量。觀察到溶液的導(dǎo)電性和粘度有突變，尤其在濃度約15％重量/重量處。由此，該濃度是所要求的，并應(yīng)用到系統(tǒng)中抑制污垢。圖3圖解示出了該配制過程。
實施例2 生物-抑制劑2的制備開發(fā)羊角掌植物的作物，采用已知技術(shù)分離和純化羊角掌凝膠。將羊角掌凝膠滅菌和穩(wěn)定化。將20g羊角掌凝膠樣品與100ml甲醇混合，將該混合物連續(xù)攪拌10分鐘，然后傾析30分鐘。過濾形成的產(chǎn)物，收集不溶的部分。該部分稱為MPS(固體可沉淀的甲醇、不溶于醇的多糖和鹽配合物，和有機酸)。該MPS在30-50℃的加熱器中干燥2小時，制成滅菌和穩(wěn)定的MPS。接著，將該經(jīng)滅菌和穩(wěn)定的MPS溶解于H2O中，在約60-90℃溫度下連續(xù)攪拌，防止引起有機物降解的酶反應(yīng)和/或細菌作用。
配制濃度約5-50％重量/重量的溶液。觀察到溶液導(dǎo)電性和粘度的突變，尤其在濃度約15％重量/重量處。由此，該濃度是所要求的，并應(yīng)用到系統(tǒng)中抑制污垢。圖4圖解示出了該配制過程。
配制生物-抑制劑1和生物-抑制劑2產(chǎn)品以解決油氣產(chǎn)業(yè)中存在的污垢問題，并在該應(yīng)用中表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。但是，還應(yīng)當(dāng)注意到，它們也可以應(yīng)用于涉水處理的加工中，所述涉水處理涉及硬水引起的無機化合物沉淀，例如熱交換器設(shè)備和其它設(shè)備等。因此，圖5圖解示出了可以有利地應(yīng)用本發(fā)明組合物的各種油氣產(chǎn)業(yè)的加工段。這些加工段的例子包括生產(chǎn)烴的井、收集和加壓體系、注射井、水和油分離裝置、脫硫裝置、脫水裝置、工業(yè)生產(chǎn)消費站、民用消費站、LGN裝置和運輸設(shè)備應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明提供一種配制、制備和應(yīng)用污垢抑制劑的方法，該污垢抑制劑基于在來源于蘆薈的植物凝膠中確定的活性要素，尤其是羊角掌。本發(fā)明優(yōu)于現(xiàn)有的市售產(chǎn)品，因為它能夠用于低和高鈣濃度的應(yīng)用，而且不會由于水解而沉淀。事實上，就本發(fā)明化合物而言，水解有利于組分與溶液中離子的相互作用，由此提高作為污垢抑制劑的效率。另外，本發(fā)明組分在至少約125℃的溫度下是熱穩(wěn)定的。由此，該組分能夠應(yīng)用到生產(chǎn)經(jīng)營的地面裝置上、在可接受溫度下運行的工業(yè)設(shè)備上、和沒有達到該溫度的淺至中深度的油井內(nèi)。
要明白，本發(fā)明不局限于本文所述和所示的具體示例，這些具體例子僅可以視為實施本發(fā)明的最佳方式的例子，很容易在形式、尺寸、部件排置和運行的細節(jié)方面進行變化。本發(fā)明旨于包括處于本發(fā)明權(quán)利要求書所定義的所有上述變化。
權(quán)利要求
1.一種在液態(tài)烴體系中抑制污垢的方法，包括以下步驟提供一種液態(tài)烴體系；提供來源于蘆薈的污垢抑制劑；和以足以抑制污垢形成的量混合所述來源于蘆薈的污垢抑制劑與所述液態(tài)烴體系。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述來源于蘆薈的污垢抑制劑包含這樣的烴鏈結(jié)構(gòu)，即它具有與二價離子相互作用的羧基和醇官能團。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的烴鏈結(jié)構(gòu)包含多糖。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的來源于蘆薈的污垢抑制劑在高達至少約為125℃的溫度下都是熱穩(wěn)定的。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的來源于蘆薈的污垢抑制劑具有約15-50KDa的平均分子量。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的烴體系包含有機相和水性相，所述來源于蘆薈的污垢抑制劑可溶于水性相。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述提供來源于蘆薈的污垢抑制劑的步驟包含下列步驟獲得蘆薈植物；從蘆薈植物中分離和純化蘆薈凝膠；將蘆薈凝膠滅菌和穩(wěn)定，提供經(jīng)穩(wěn)定的凝膠；和將所述經(jīng)穩(wěn)定的凝膠溶解于水中，提供污垢抑制劑的水溶液，該水溶液中所述經(jīng)穩(wěn)定的凝膠的濃度約為5-50％重量/重量。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，它還包括這樣的步驟從經(jīng)穩(wěn)定的凝膠中分離不溶于醇的部分，并將該不溶于醇的部分溶解于水中，形成來源于蘆薈的污垢抑制劑。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于實施所述的溶解步驟，以形成濃度約為10-25％重量/重量的來源于蘆薈的污垢抑制劑。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于實施所述的溶解步驟，以形成濃度約為15％重量/重量的來源于蘆薈的污垢抑制劑。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的混合步驟包括將來源于蘆薈的污垢抑制劑引入選自以下的烴體系生產(chǎn)烴的井、收集和加壓體系、注射井、水和油分離裝置、脫硫裝置、脫水裝置、工業(yè)生產(chǎn)消費站、民用消費站、LGN裝置和運輸設(shè)備。
12.一種來源于蘆薈的污垢抑制劑，它包含以約5-50％重量/重量的濃度溶解于水中的蘆薈凝膠，所述的蘆薈凝膠包含具有這樣的烴鏈結(jié)構(gòu)的多糖該烴鏈結(jié)構(gòu)具有與二價離子相互作用的羧基和醇官能團。
13.如權(quán)利要求12所述的來源于蘆薈的污垢抑制劑，其特征在于所述的來源于蘆薈的污垢抑制劑在高達至少約125℃的溫度下都是熱穩(wěn)定的。
14.如權(quán)利要求12所述的來源于蘆薈的污垢抑制劑，其特征在于所述的來源于蘆薈的污垢抑制劑具有約15-50KDa的平均分子量。
15.如權(quán)利要求12所述的來源于蘆薈的污垢抑制劑，其特征在于所述的來源于蘆薈的污垢抑制劑可溶于水。
16.如權(quán)利要求12所述的來源于蘆薈的污垢抑制劑，其特征在于所述的蘆薈凝膠包含與二價離子配合的多糖。
全文摘要
本發(fā)明提供一種抑制液態(tài)烴體系內(nèi)的污垢的方法，包括這樣的步驟提供液態(tài)烴體系；提供來源于蘆薈的污垢抑制劑；并以有效抑制污垢形成的量混合來源于蘆薈的污垢抑制劑與液態(tài)烴體系。污垢抑制劑是以約5－50％重量/重量的濃度溶解于水中的蘆薈凝膠，包括具有這樣的烴鏈結(jié)構(gòu)的多糖具有與二價離子相互作用的羧基和醇官能團。
文檔編號E21B37/00GK101082001SQ20071010981
公開日2007年12月5日 申請日期2007年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月30日
發(fā)明者A·比洛羅亞, L·卡斯蒂略, J·A·加西亞, J·比莫奇 申請人:英特衛(wèi)普有限公司