一種高壓下在線測量和控制粘度的設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于提高原油采收率的方法的設(shè)備，該方法通過注入粘度小于1000cps的水溶性聚合物和鹽水的溶液實現(xiàn)，該設(shè)備包括：能夠在線均勻混合所述溶液的混合器，優(yōu)選為靜態(tài)混合器；通過在恒定流量下測量定標管中的壓力降，在壓強為50-250巴、溫度為≤120℃且優(yōu)選為40-120℃下，在溶液注入泵的下游，能夠連續(xù)地測量均勻混合的溶液的粘度的裝置。
【專利說明】一種高壓下在線測量和控制粘度的設(shè)備
[0001]本發(fā)明的目的是一種高壓下在線測量和控制粘度的設(shè)備。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]不同的石油生產(chǎn)方法可以適當?shù)乇徊捎?。這些方法主要包括:
[0003]初級生產(chǎn)與通過儲層內(nèi)部的壓力自發(fā)的生產(chǎn)石油有關(guān)；
[0004]次級生產(chǎn)中儲層內(nèi)部的壓力通過注入水維持；以及
[0005]三級生產(chǎn)由不同的提高采收率的方法組成。
[0006]根據(jù)所需的投資(capex)和運營的成本(opex)的函數(shù)選擇合適的方法，該投資和成本本身與石油的種類、儲層的種類和原油的粘度有關(guān)。
[0007]眾多應(yīng)用于提高油田的原油采收率(enhanced oil recovery)的方法有其各自的優(yōu)點。在這些方法中，特別地列舉以下方法:
[0008]-回注生產(chǎn)的氣體；
[0009]-基于額外的固定的目的注入二氧化碳，同時又避免溫室效應(yīng)；
[0010]-注入不同的溶劑；
[0011]-蒸汽加熱重油；
[0012]-對酸性原油注入堿；
[0013]-注入表面活性劑；
[0014]-原位注氧燃燒；
[0015]-有生物表面活性劑形成的生物法；
[0016]-電場擴散方法等。
[0017]最簡單和有效的方法之一包括注入粘性的水溶液。
[0018]通過溶解水溶性的聚合物使得該溶液具有粘性，且特別地為聚丙烯酰胺、黃原膠，且更有趣地為瓜爾膠或纖維素醚類。
[0019]由于聚丙烯酰胺具有很高的抗生物降解性，其構(gòu)成優(yōu)選的添加劑，而黃原膠則需要使用大劑量的有毒殺菌劑，且優(yōu)選為甲醛。
[0020]通常，通過注入聚合物提高原油采收率的方法主要包括:
[0021]在水中或不含氧的鹽水(防止降解)中例如以5_20g/L的高濃度溶解聚丙烯酰胺，該聚丙烯酰胺以粉劑或者乳液的形式投遞；
[0022]向水或鹽水注入管道中注入上述母液，然后視情況將得到的混合物注入油井中。
[0023]特定的目的是在注入水溶性的聚合物溶液的過程中維持恒定的粘度，這樣儲層能有效的保持濕潤。
[0024]目前，如何準確地連續(xù)地在線測量母液的粘度是已知的，特別是利用布氏粘度計(Brookfield viscometres)。即使溶液具有高粘度和一定程度的不均勻性該測量也可行，特別地，一方面是由于測量扭曲氣泡(measurement-distorting gas bubbles)的存在，以及另一方面是由于相同濃度與鹽度的函數(shù)的條件下粘度的變化。
[0025]工業(yè)生產(chǎn)中固有的流量和鹽度的變化使得測量注入物的粘度顯得必要。[0026]為了防止因?qū)θ芤嚎焖俳祲憾a(chǎn)生的機械降解在API (美國石油組織)條件下通過使用樣品執(zhí)行上述過程。
[0027]然而，就 申請人:所了解的，當在提高原油采收率的過程中管道中的壓強一般在50-250巴之間變化時，目前還不存在在注入時測量粘度的裝置。
[0028]現(xiàn)有技術(shù)中的粘度計包含:
[0029]在大氣壓下運作的福特杯(FORD cup)或蔡恩杯(ZAHN cup)粘度計、稠度計、落球粘度計；
[0030]布氏旋轉(zhuǎn)式粘度計，該粘度計可以在線應(yīng)用，但是考慮到當壓強高于一定值時，該粘度計就會存在機械變形現(xiàn)象而扭曲測量。該粘度計可用于高達50巴的壓強，而且例外地，用于高達70巴的壓強；
[0031]考慮到非牛頓性溶液的剪切應(yīng)力常提供紊亂的結(jié)果，振動式粘度計上升至稍微偏高的壓強下時，不能與實驗室內(nèi)用布氏粘度計測量的結(jié)果相符；
[0032]擺動活塞式粘度計，具有與振動式粘度計相同的特性；
[0033]毛細管粘度計，是一種測量低速率因而低剪切應(yīng)力的不連續(xù)裝置。僅有布式粘度計允許外推法得到相似的粘度盡管具有較高的剪切應(yīng)力。
[0034]文件US2009/0090504和US4821564描述了一種通過測量注入溶液的壓力降測定粘度的設(shè)備。然而，由于該設(shè)備是測量注入泵的上游的粘度，因此這些設(shè)備并不是設(shè)計在注入壓強下應(yīng)用而是用于遠小于50巴的壓強下。
[0035]本發(fā)明要解決的問題是改善在50-250巴的高壓強條件下用于在線測量小于lOOOcps的粘度的設(shè)備，該測量結(jié)果能夠與在實驗室用布氏粘度計測量的結(jié)果相符，所測得的粘度就是公知的“屈服粘度(Yield Viscosity)”。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0036] 申請人:開發(fā)了一種設(shè)備或者一套器材，只要滿足以下兩個條件，該設(shè)備或器材可以被用于在注入泵的下游連續(xù)地測量注入溶液的粘度:
[0037]聚合物溶液有合適的均勻性。確實，要將I重量份的高粘性的母液與9重量份的鹽水在流量為4-100m3/h、流速為2-5m/s的注入管中混合是相當難的。對于現(xiàn)有技術(shù)中提及的大多數(shù)溶液，在經(jīng)過數(shù)千米的管道和數(shù)千米的注入管后，均勻性只是部分地在注入物的表面獲得；
[0038]該提供粘度的裝置能外推出屈服粘度，該裝置具有低的剪切應(yīng)力和允許在極其高的壓強下進行測量，也就是說壓強高達250巴下，該裝置由能夠在注入溫度下(40-120°C)耐腐蝕的材料組成。
[0039]更特別地是，本發(fā)明提供了一種用于提高原油采收率的方法的設(shè)備，該方法通過注入粘度小于lOOOcps的水溶性聚合物和鹽水的溶液實現(xiàn),該設(shè)備包括:
[0040]能夠在線均勻混合所述溶液的混合器，優(yōu)選為靜態(tài)混合器；
[0041]通過在恒定流量下測量定標管中的壓力降，在壓強為50-250巴、溫度≤120°C且優(yōu)選為40-120°C下，在溶液注入泵的下游，能夠連續(xù)地測量均勻混合的溶液的粘度的裝置。
[0042]在本發(fā)明的設(shè)備中，在混合母液和鹽水后，結(jié)合上述混合和測量的裝置，可以在高壓下(實踐中為50-250巴)得到符合要求的、可靠的測量粘度。[0043]所述靜態(tài)混合器是在注入壓強下、測量粘度前專門用于均勻化聚合物溶液。
[0044]混合器
[0045]通過混合均勻化溶液需要一種專門設(shè)計的混合器，該混合器在混合溶液的同時，可以減弱聚合物的機械降解，該混合器為極其剪切敏感性的。
[0046]所述混合器優(yōu)選安置在注入泵的下游，但是顯然安置于所述儀器的上游能夠測量注入溶液的粘度。
[0047]例如可以應(yīng)用含有具有低剪切應(yīng)力的轉(zhuǎn)子的動態(tài)混合器，由此母液就能混于鹽水中。經(jīng)驗表明，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速在大多數(shù)情況下不允許超過6m/s，這可以通過低流速和高流量的離心泵實現(xiàn)。然而，由于滯留時間短，導致需要使用多個泵串聯(lián)或者多室泵。雖然技術(shù)上是可能的，但是對于在高流量或高壓下的花費是經(jīng)濟上不可行的。
[0048]在一個優(yōu)選的實施方式中，所述混合器為靜態(tài)混合器，該靜態(tài)混合器的型號與以下公司市售的相同，公司為蘇爾壽化工技術(shù)25有限公司-蘇爾壽大街48號-CH8404溫特圖爾-歐洲瑞士(Sulzer Chemtech25Ltd-Sulzer-Allee48-CH8404ffinterthur-Switzerlandfor Europe)以及凱尼斯公司(Kenics),凱米尼爾公司(Chemineer Inc.)的125旗艦驅(qū)動(125Flagship Drive)位于北安德沃(North Andover)MA01845 美國(MA01845USA)。所述靜態(tài)混合器優(yōu)選為與文件EP1437173中專門描述的型號相同，即由蘇爾壽公司旗下出售的名為SMX和SMV系列。有關(guān)靜態(tài)混合器在提高原油采收率的方法中的應(yīng)用在文件FR2922256中有專門的描述。
[0049]優(yōu)選地，所述靜態(tài)混合器包括至少一個具有網(wǎng)狀的工作結(jié)構(gòu)的單一的混合組件。每個具有特殊的網(wǎng)狀的工作結(jié)構(gòu)的混合組件包括能夠在外部包圍著混合組件自身的圓柱體。該混合組件的直徑是多樣的，而且可以與其產(chǎn)生的壓力降的函數(shù)相適應(yīng)。在優(yōu)選情況下，該靜態(tài)混合器產(chǎn)生的壓力降為1-5巴，更優(yōu)選為2-3巴。
[0050]所述靜態(tài)混合器優(yōu)選地包括10-50個混合組件，更優(yōu)選地包括20-30個混合組件，該混合組件的直徑優(yōu)選約為10mm。
[0051 ] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式中，所述靜態(tài)混合器中的所述水溶性聚合物的注入溶液的流速為l-5m/s,而且優(yōu)選為3m/s。
[0052]能夠測量粘度的裝置
[0053]所述能夠測量粘度的裝置包括:
[0054]泵，該泵的流量通過變速器或調(diào)節(jié)閥控制；
[0055]產(chǎn)生壓力降的定標管；
[0056]精度科里奧利效應(yīng)質(zhì)量流量計，該流量計具有橢圓齒輪或低電磁精度；
[0057]高精度的壓差測量計，該測量計的測量范圍為0-10巴，而且耐腐蝕和管線壓力；
[0058]選擇性地包含具有例如10微米的網(wǎng)孔的復式過濾器，由此就可以除去可能阻塞泵或橢圓齒輪流量計的懸浮物；
[0059]選擇性地包括主管線的脈沖采集器。
[0060]優(yōu)選地，所述能夠測量粘度的裝置被設(shè)置于注入溶液流經(jīng)的主管道的支路。樣品是直接在高壓下從主管道中采取，再在高壓下重新注入上述管道。
[0061]優(yōu)選地，所述泵為容積泵，如此便可連接精度流量計和變速器。但是當壓強較低(小于100巴)時所述泵也可以是離心泵，由此便可連接流量計和調(diào)節(jié)閥。優(yōu)選情況下，所述泵設(shè)置于所述管道的上游，實踐中，該泵的流量例如為20L/h。
[0062]所述泵、定標管、流量計、壓差測量儀、變速器、調(diào)節(jié)閥和任何脈沖采集器能夠抗250巴的壓力。而且優(yōu)選由選自以下組中的材料制成:
[0063]奧氏體-鐵素體鋼材，而且該奧氏體-鐵素體鋼材優(yōu)選含有24-26重量％的鉻和6-8重量％的鎳；
[0064]超合金(如哈氏合金(Hastelloy))，該超合金主要含有鎳以及多種金屬，如鉻、鎂、鐵和鈦。
[0065]這些材料使得該設(shè)備可以應(yīng)用于本領(lǐng)域中所有鹽水組合物。
[0066]實踐中，所述定標管至少部分地為線圈的形狀。
[0067]在一種優(yōu)選的實施方式中，所述定標管的測量長度為20米，內(nèi)徑為10mm，外壁厚度為4mm。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以改變定標管的尺寸規(guī)格，只要該尺寸規(guī)格使得壓差測量計能夠測量足夠的壓力降即可。
[0068]通常，在減弱聚合物的剪切應(yīng)力時該能夠測量粘度的裝置可以被用于測量壓力降。
[0069]本發(fā)明的設(shè)備可以測定的粘度為l-1000cps,優(yōu)選為5-100cps。
[0070]當所述靜態(tài)(注入)壓強< 250巴時，所述壓差測量計可以被用于在低于2巴的定標管中測量壓力降。通常，由所述定標管產(chǎn)生的壓力降為0.01-2巴。正如已經(jīng)描述的，本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道怎樣根據(jù)壓力降來調(diào)整所述定標管的尺寸規(guī)格。
[0071]根據(jù)本發(fā)明，在高壓下測量定標管中的所述壓力降可以外推出相應(yīng)的水溶性聚合物溶液的粘度，該粘度是用布氏粘度計在大氣壓下于相同的濃度和鹽度條件下測量得到的。就如之前提到的，該溶液的粘度在低的剪切應(yīng)力下能夠被外推為屈服粘度。
[0072]為了得到正確的相關(guān)性，所述定標管具有低的剪切速率尤為重要，并且，該剪切速率要與廣泛應(yīng)用于水溶性聚合物產(chǎn)業(yè)和提高原油采收率設(shè)備的申請中的布氏粘度計檢測的一致。
[0073]更具體地，所述定標管的剪切速率優(yōu)選為ΙΟ-δΟΟ?-1，更優(yōu)選為50-2008'
[0074]所述定標管中的剪切速率被認為較低，這也是由于在高壓下所述定標管中的液體流速低導致的。
[0075]文件US3548638公開了一種能夠在高壓高溫下測量液體的粘度的裝置，該裝置特別是針對具有通常不低于I百萬cps的高粘度的液體而引進的。所測量的壓力降接近150巴，并且所測量的液體將通過小直徑的截面。這導致非常高的剪切速率(遠高于lOOOOs—1)，從而使得這種類型的裝置的應(yīng)用與提高原油采收率的設(shè)備完全不相容，該提高原油采收率的設(shè)備可連續(xù)地測量粘度。其實，在提高原油采收率技術(shù)中常用的丙烯酰胺聚合物將在這樣的剪切應(yīng)力下被嚴重碎裂，致使所有粘度的測量完全錯誤。
[0076]所述脈沖收集器優(yōu)選位于所述設(shè)備的泵的下游。所述泵的上游是所述復式過濾器。所述泵和復式過濾器優(yōu)選安置于所述主管道的支路。
[0077]所述設(shè)備可以通過兩個閥門與主管道隔開。
[0078]本發(fā)明還涉及了一種在注入泵的下游采用在高壓下連續(xù)地測量水溶性聚合物的水溶液的粘度的方法提高原油采收率的方法，該高壓為50-250巴。優(yōu)選應(yīng)用于測量對應(yīng)于定標管中的壓力降的壓力降。該壓力降與用布氏粘度計在大氣壓強下于相同的濃度和鹽度條件下測量的溶液的相應(yīng)粘度相關(guān)。該方法中應(yīng)用如上文所描述的設(shè)備。
[0079]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的提供的附圖和實施方式中詳細描述，但只說明本發(fā)明而不能限制本發(fā)明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0080]圖1是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，特別地包括支路，該支路設(shè)置于管道上用于向提高原油采收率的設(shè)備中添加水溶性聚合物。
[0081]圖2是關(guān)于測得的水溶性聚合物的溶液的壓力降和粘度的函數(shù)。
【具體實施方式】
[0082]本發(fā)明的設(shè)備是特別構(gòu)造的，因此可以在高井壓下使用，該設(shè)備具有較低的測量速度以被外推為布氏粘度(屈服粘度)，其所用材料可以在注入條件下耐腐蝕。
[0083]為了注入提前用注入鹽水(3)稀釋過的母液(2)，該設(shè)備在主管道(I)上特別地包括:
[0084]靜態(tài)混合器(4)(購自蘇爾壽公司旗下的名為SMX或SMV系列)，包括25個組件。
[0085]主管道(I)旁邊設(shè)有:
[0086]容積泵(5)(也可以是離心泵)，該泵具有低的流量為20L/h，由雙相鋼(SuperDuplex)或哈氏合金制造；
[0087]由雙相鋼制造的定標管(6)，該定標管能耐250巴的壓強，內(nèi)徑為10mm，外壁厚度為 4mm ,長 20m ；
[0088]由雙相鋼制造的精度的科里奧利效應(yīng)質(zhì)量流量計(7)，該流量計具有橢圓齒輪或低電磁精度；
[0089]用于根據(jù)需求流量調(diào)節(jié)速度的變速器(8)；
[0090]高精度的壓差測量計(9)，該測量計的測量范圍為0-10巴，且耐腐蝕和管線壓強；
[0091]具有例如10微米的網(wǎng)孔的復式過濾器(10)，由此就可以除去可能阻塞泵或橢圓齒輪流量計的懸浮物；以及
[0092]主管道的脈沖采集器(11)。
[0093]為了裝滿該設(shè)備，溶液的取樣是從注入管道的中部取，以便還能將取出的樣品重新注入同一根管道中。實際上這是一個不與大氣相通的連續(xù)的設(shè)備。
[0094]該設(shè)備的測量結(jié)果與布氏粘度計測量的不同聚合物溶液的不同粘度的對比曲線如圖2所示。更具體地，該結(jié)果顯示觀察到的壓力降與丙烯酰胺/丙烯酸共聚物(摩爾比70:30)的超低粘度的函數(shù)，該共聚物的剪切速率為60^，且在溫度為20°C下溶于含有5000ppm的NaCl的鹽水中。該超低粘度是由布氏粘度計(LV型6rpm)測定。
[0095]在上述條件下，測得的壓力降與粘度之間非常相關(guān)，這使得以下成為可能:
[0096]記錄注入溶液的粘度；
[0097]改善母液的流量以此來控制容積泵中的流量從而維持溶液的所需的粘度。
[0098]本發(fā)明的設(shè)備可以測定的粘度的范圍為Ι-lOOOcps，優(yōu)選為5-100cps。
[0099]本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)不同的條件或目的來調(diào)試本發(fā)明的設(shè)備。
[0100]例如可以進行如下調(diào)試:[0101]增加定標管的長度以增加測量的準確度；
[0102]增大流量以在低粘度下增加精度；
[0103]減少用于如高粘性的原油的高粘性溶液的流量；
[0104]改變泵的流量和定標管的直徑等。
【權(quán)利要求】
1.一種用于提高原油采收率的方法的設(shè)備，該方法通過注入粘度小于1000cps的水溶性聚合物和鹽水的溶液實現(xiàn)，該設(shè)備包括: 能夠在線均勻混合所述溶液的混合器，優(yōu)選為靜態(tài)混合器； 通過在恒定流量下測量定標管中的壓力降，在壓強為50-250巴、溫度< 120°C且優(yōu)選為40-120°C下，在溶液注入泵的下游，能夠連續(xù)地測量均勻混合的溶液的粘度的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，在所述定標管中的剪切速率為10-500S—1，優(yōu)選為50-200s'
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述混合器為靜態(tài)混合器，該靜態(tài)混合器包含至少一個具有網(wǎng)狀的工作結(jié)構(gòu)的單一的混合組件。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述靜態(tài)混合器包含10-50個混合組件，而且優(yōu)選為20-30個混合組件，該混合組件的直徑優(yōu)選為約10mm。`
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的設(shè)備，其特征在于，所述靜態(tài)混合器中的所述水溶性聚合物注入溶液的流速為l-5m/s，而且優(yōu)選為3m/s。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-4中任意一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述靜態(tài)混合器中的所述壓力降為1-5巴，而且優(yōu)選為2-3巴。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項所述的設(shè)備，其特征在于，能夠測量粘度的裝置包括: 泵，該泵的流量通過變速器或調(diào)節(jié)閥控制； 產(chǎn)生壓力降的定標管； 精度科里奧利效應(yīng)質(zhì)量流量計，該流量計具有橢圓齒輪或低電磁精度； 高精度的壓差測量計，該測量計的測量范圍為0-10巴，且耐腐蝕和管線壓力。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述能夠測量粘度的裝置還包括: 具有網(wǎng)孔的復式過濾器，該網(wǎng)孔優(yōu)選為10微米，由此能夠除去會阻塞泵或橢圓齒輪流量計的懸浮物； 主管線的脈沖采集器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任意一項所述的設(shè)備，其特征在于，該能夠測量粘度的裝置被設(shè)置于注入溶液流經(jīng)的主管道的支路。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任意一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述泵、管、流量計、壓差測量計、變速器、調(diào)節(jié)閥和任何脈沖采集器能夠抗250巴的壓力，而且優(yōu)選由選自以下組中的材料制成: 奧氏體-鐵素體鋼材，而且該奧氏體-鐵素體鋼材優(yōu)選含有24-26重量％的鉻和6-8重量％的鎳； 超合金(哈氏合金)，該超合金主要含有鎳以及多種金屬，如鉻、鎂、鐵和鈦。
11.根據(jù)權(quán)利要求6-9中任意一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述泵為容積泵，該容積泵的流量通過連接有變速器的流量計控制。
12.根據(jù)權(quán)利要求6-9中任意一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述泵為離心泵，該離心泵的流量通過連接有調(diào)節(jié)閥的流量計控制。
13.根據(jù)權(quán)利要求6-11中任意一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述定標管的測量長度為20米，內(nèi)徑為IOmm,外壁厚度為4mm。
14.根據(jù)權(quán)利要求6-12中任意一項所述的設(shè)備，其特征在于，在所述定標管中測量的壓力降能夠外推出相應(yīng)的水溶性聚合物溶液的粘度，該粘度是在大氣壓強下用布氏粘度計于相同的濃度和鹽度條件下測量的。
15.在注入泵下游采用形成權(quán)利要求1-13中的一項的主題的設(shè)備提高原油采收率的方法中，在高壓下連續(xù)地測量水溶性聚合物的水溶液的粘度的方法，該高壓為50-250巴，而且具體地，對應(yīng)于定標管中的壓力降的壓力降的測量方法，壓力降能夠與用布氏粘度計在大氣壓強下于相同的濃度和鹽度條件下測量的溶液的相應(yīng)粘度相關(guān)。
【文檔編號】G01N11/06GK103502562SQ201280015747
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月11日
【發(fā)明者】B·奎利安, E·匹馳 申請人:S.P.C.M. 公司