Спосіб розділення емульсії типу “масло у воді” за допомогою катіонного співполімера на основі вінілімідазолію

Реферат: Спосіб розділення емульсії типу "масло у воді", утвореної під час видобування нафти, на водну фазу і нафтову фазу, який включає в себе додавання до емульсії типу "масло у воді" 1 частини на мільйон (ч./млн.) - 10000 ч./млн. катіонного співполімеру на основі вінілімідазолію, з розрахунку на загальний об'єм емульсії типу "масло у воді", для одержання водної фази і нафтової фази, і відділення водної фази від нафтової фази. UA 113661 C2 (12) UA 113661 C2 UA 113661 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ГАЛУЗЬ ТЕХНІКИ, ДО ЯКОЇ НАЛЕЖИТЬ ВИНАХІД Даний винахід стосується способу розділення емульсії типу "масло у воді", і, конкретніше, способу розділення емульсії типу "масло у воді", утвореній під час видобування нафти. ОПИС ПОПЕРЕДНЬОГО РІВНЯ ТЕХНІКИ Хімічні добавки, що використовуються для видалення диспергованої нафти і/або твердих речовин з води, звичайно називають водоосвітлювачами, реагентами для руйнування зворотних емульсій, масловідділювачами, коагуляторами, флокулянтами і/або добавками для сприяння коалесценції. У нафтогазовій промисловості після вихідного відділення основної маси видобутих текучих середовищ (наприклад, сирої нафти) видобута вода все ще містить тонко дисперговані тверді речовини і нафту. Ці тверді частинки і нафта добре стабілізовані, і їх важко відділити тільки за допомогою фізичного осадження. Часто таку видобуту воду не можна ні використовувати повторно, ні утилізувати в тому вигляді, в якому вона є, і, отже, необхідно знайти відповідні рішення, щоб це здійснити. Законодавство по всьому світу, загалом, обмежує вміст нафти і жиру у видобутій воді до максимального в 15 частин на мільйон (ч/млн) - 50 ч/млн для скидання в довкілля (Arnold, K.; Stewart, M. Surface Production Operations; 3rd ed.,; Elsevier/Gulf: Boston, 2008, 483). Таким чином, воду обробляють для задоволення законодавчих, екологічних і експлуатаційних цілей. Відомий ряд синтетичних водорозчинних катіонних полімерів для відділення нафти/твердих частинок від видобутої води. Полі(діалілдиметиламонійхлорид), співполімери акриламіду або алкілакрилатів з різними катіонними співмономерами відомі як водоосвітлювачі. Хімічна обробка видобутої води включає додавання неорганічних солей і/або органічних полімерів на рівні декількох ч/млн для сприяння відділенню через коагуляцію і утворення пластівців. Органічні полімери (іонні або нейтральні) можуть бути ефективнішими, ніж неорганічні солі, і приводять до одержання води з мінімальними осадами нафти/твердих речовин. СУТЬ ВИНАХОДУ У даному розкритті створений спосіб розділення емульсії типу "масло у воді", утвореної під час видобування нафти, на водну фазу і нафтову фазу з використанням катіонного полімеру. У тому вигляді, як вона обговорюється в даному описі, емульсія типу "масло у воді" включає в себе краплини масла, такого, як сира нафта. Конкретно, варіанти здійснення даного винаходу включають спосіб розділення емульсії типу "масло у воді", утвореної під час видобування нафти, на водну фазу і нафтову фазу, що включає додавання до емульсії типу "масло у воді" 1 частини на мільйон (ч/млн) - 10000 ч/млн катіонного полімеру на основі вінілімідазолію, рахуючи на загальний об'єм емульсії типу "масло у воді", для одержання водної фази і нафтової фази, і відділення водної фази від нафтової фази. КОРОТКИЙ ОПИС КРЕСЛЕНЬ Фіг. 1А являє собою фотографічне зображення синтетично одержаної емульсії типу "масло у воді" для процедури пляшкового випробування 1, обробленої 0 ч/млн катіонного полімеру з прикладу 1 і порівняльних прикладів A-D (значення pH - приблизно 7,6). Фіг. 1В являє собою фотографічне зображення синтетично одержаної емульсії типу "масло у воді" для процедури пляшкового випробування 1, обробленої 50 ч/млн катіонного полімеру з прикладу 1 і порівняльних прикладів A-D (значення pH - приблизно 7,6). Фіг. 1С являє собою фотографічне зображення синтетично одержаної емульсії типу "масло у воді" для процедури пляшкового випробування 1, обробленої 100 ч/млн катіонного полімеру з прикладу 1 і порівняльних прикладів A-D (значення pH - приблизно 7,6). Фіг. 2А являє собою фотографічне зображення синтетично одержаної емульсії типу "масло у воді" для процедури пляшкового випробування 2, обробленої 0 ч/млн катіонного полімеру з прикладу 1 і порівняльних прикладів A-D (значення pH - приблизно 8,7). Фіг. 2В являє собою фотографічне зображення синтетично одержаної емульсії типу "масло у воді" для процедури пляшкового випробування 2, обробленої 50 ч/млн катіонного полімеру з прикладу 1 і порівняльних прикладів A-D (значення pH - приблизно 8,7). ДОКЛАДНИЙ ОПИС ВАРІАНТІВ ЗДІЙСНЕННЯ ВИНАХОДУ У даному розкритті створений спосіб розділення емульсії типу "масло у воді", яка звичайно називається в нафтопромисловій промисловості зворотною емульсією, з використанням катіонного співполімеру, де катіонний співполімер допомагає зруйнувати емульсію на водну фазу і нафтову фазу. Спосіб за даним розкриттям є особливо придатним в системах для видобування і переробки сирої нафти, включаючи обробку стічної води і навіть нафтохімічні установки. У тому вигляді, як вона обговорюється в даному описі, емульсія типу "масло у воді" може включати краплини масла, такого, як сира нафта. Крім краплин масла, емульсія типу "масло у воді" може також включати тверді частинки, такі, як глини або пісок, побічні продукти корозії і 1 UA 113661 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 відкладення, середовища інших твердих частинок, які можуть бути присутніми в емульсії. У тому вигляді, як це обговорюється в даному описі, розділення емульсії типу "масло у воді" являє собою процес, в якому емульсію руйнують на її складові, водну фазу і нафтову фазу. У тому вигляді, як вона використовується в даному описі, "вода" в емульсії типу "масло у воді" і/або водна фаза може включати, наприклад, соляний розчин, поховану воду, наземну воду, паровий конденсат, карбонізовану воду, морську воду і комбінацію таких. Скорочено, слово "вода" використовується в даному описі, де зрозуміло, що "соляний розчин", "поховану воду", "паровий конденсат", "карбонізовану воду" і/або морську воду можна використовувати за необхідності взаємозамінним чином. Емульсію типу "масло у воді" можна одержати у витягуванні сирої нафти (займистої рідини, яка зустрічається в природі, що зустрічається в геологічних родовищах під поверхнею Землі, яка складається зі складної суміші вуглеводнів з різною молекулярною масою). Емульсію типу "масло у воді" можна утворити практично в будь-якій фазі видобування і обробки сирої нафти. У тому вигляді, як вони використовуються в даному описі, емульсії типу "масло у воді" можуть включати масло у воді (тобто зворотну емульсію) і множинні або складні емульсії, де, як відомо, масло утворює дисперсну фазу, а вода утворює безперервну фазу. Краплини або частинки в емульсії типу "масло у воді" можуть (але не обов'язково) варіюватися в розмірах від 1 мікрометра до 1000 мікрометрів. Можливі також краплини або частинки менше 1 мікрометра і/або більше 1000 мікрометрів. У тому вигляді, як вони використовуються в даному описі, розкладання, розділення або зворотне деемульгування означає руйнування емульсії типу "масло у воді" на нафтову фазу і водну фазу. Катіонний співполімер за даним розкриттям являє собою катіонний співполімер на основі вінілімідазолію. Для різних варіантів здійснення катіонний співполімер на основі вінілімідазолію утворюють з мономерів N-вінілкапролактаму, N-вініл-2-піролідону і кватернізованого Nвінілімідазолу. Кватернізований N-вінілімідазол може складатися з метилсульфату N-вініл-3метил-імідазолу. Для різних варіантів здійснення катіонний співполімер на основі вінілімідазолію можна доповнити малими кількостями добавок без погіршення ефективності розділення. Добавка може складатися (але не обмежується ними) з антисептичних консервантів і може включатися в кількостях аж до 1 масового процента (мас. %) відносно загальної маси суміші катіонний співполімер/добавка. В одному варіанті здійснення катіонний полімер на основі вінілімідазолію являє собою співполімер N-вінілкапролактаму (50 мас. %), N-вініл-2-піролідону (40 мас. %) і метилсульфату N-вініл-3-метил-імідазолу (10 мас. %). Один такий катіонний полімер на основі вінілімідазолію доступний від BASF під торговим найменуванням LUVIQUAT ® HOLD. Катіонний співполімер за даним розкриттям можна одержати за допомогою способів розчинової, емульсійної або дисперсійної полімеризації. Середньомасова молекулярна маса катіонного співполімеру на основі вінілімідазолію може варіюватися від 5000 грамів/моль (г/моль) до 5000000 г/моль, і, переважно, варіюється від 10000 до 1000000 г/моль. В одному варіанті здійснення катіонний співполімер на основі вінілімідазолію має середньомасову молекулярну масу приблизно в 700000 г/моль. Середньомасову молекулярну масу можна виміряти за допомогою гель-проникної хроматографії або малокутового динамічного розсіювання світла. Використання катіонного співполімеру на основі вінілімідазолію за даним розкриттям в розділенні емульсії типу "масло у воді" на нафтову фазу і водну фазу можна провести звичайним способом. Наприклад, розділення емульсії типу "масло у воді" на нафтову фазу і водну фазу, і потім витягування нафтової фази можна провести шляхом обробки емульсії типу "масло у воді" відокремлювальною кількістю катіонного співполімеру за даним розкриттям. Приклади розділення емульсії типу "масло у воді", утвореної під час видобування сирої нафти, на нафтову фазу і водну фазу можуть включати додавання до емульсії типу "масло у воді" 1 частини на мільйон (ч/млн) - 10000 ч/млн катіонного співполімеру на основі вінілімідазолію, рахуючи на загальний об'єм емульсії типу "масло у воді", з утворенням водної фази і нафтової фази. У тому вигляді, як вона використовується в даному описі, ч/млн являє собою концентрацію, де одна ч/млн еквівалентна одній частині на 1000000 частин (наприклад, 1 мікролітр співполімеру на основі вінілімідазолію на літр емульсії типу "масло у воді"). Інші приклади розділення емульсії типу "масло у воді", утвореної під час видобування сирої нафти, на нафтову фазу і водну фазу можуть включати додавання до емульсії типу "масло у воді" 10 ч/млн - менше 10000 ч/млн, додавання 10 ч/млн - 1000 ч/млн, або додавання 10 ч/млн - 100 ч/млн співполімеру на основі вінілімідазолію, рахуючи на загальний об'єм емульсії типу "масло у воді", з утворенням водної фази і нафтової фази. При утворенні водна фаза відділяється від нафтової фази. Після відділення, будь-яку одну з 2 UA 113661 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 водної фази і/або нафтової фази можна витягнути для подальшої обробки. Може бути можливим, що одержана таким чином нафтова фаза являє собою зневоднену нафту, як це відомо в рівні техніки. Для різних варіантів здійснення також можливо, що водна фаза може містити максимум 15 ч/млн - 50 ч/млн частинок (наприклад, краплин нафти). Для визначення ч/млн нафти у водній фазі використовують стандартну криву ч/млн нафти. Для одержання стандартної кривої ч/млн нафти виготовляють ряд відомих концентрацій нафти (тієї ж самої нафти, присутньої у водній фазі) в розчиннику (наприклад, толуолі, 1,1,1-трихлорметані або фреоні) і випробовують зразки з використанням спектрофотометра у видимій або ІЧ-області. З результатів випробувань одержують стандартну криву ч/млн нафти. Використовують той же розчинник для екстракції нафти з водної фази, обговореної в даному описі. Після екстракції випробовують розчинник з використанням спектрофотометра у видимій або ІЧ-області тим же способом, і порівнюють результати зі стандартної кривої ч/млн нафти. Ч/млн частинок (наприклад, краплин нафти) у водній фазі можна потім екстраполювати зі стандартної кривої ч/млн нафти. Спосіб за даним розкриттям включає додавання катіонного співполімеру на основі вінілімідазолію до емульсії типу "масло у воді", рахуючи на загальний об'єм емульсії типу "масло у воді", з утворенням водної фази і нафтової фази. На родовищі умови способу і розташування точок закачування хімічних реагентів для хімікатів для обробки води можуть варіюватися від ділянки до ділянки, як описано в Arnold, K.; Stewart, M. Surface Production Operations; 3rd ed.; Elsevier/Gulf: Boston, 2008, Chapter 9, pp. 482-609, також як і в Manning, Thompson, R. E. Oilfield Processing Volume 2: Crude Oil; Pennwell: Tulsa, 1995, Chapter 8, pp. 145158. Водна фаза емульсії типу "масло у воді" може мати значення рН в діапазоні 5-9. Катіонний співполімер на основі вінілімідазолію за даним розкриттям може допомогти в дестабілізації емульсії типу "масло у воді" так, щоб посилити флокуляцію і можливу коалесценцію дисперсної фази. З емульсією типу "масло у воді" можна використовувати процес змішування в руйнуванні емульсії за допомогою катіонного співполімеру на основі вінілімідазолію за даним розкриттям. Наприклад, можна використовувати достатнє перемішування для забезпечення можливості катіонному співполімеру на основі вінілімідазолію за даним розкриттям ретельно змішатися з емульсією типу "масло у воді" з подальшим періодом протікання всередині сепаратора для сприяння гравітаційному розділенню. Спосіб також вимагає достатнього часу утримування в сепараторах для розкладання на нафтову і водну фази. Спосіб може також вимагати додавання тепла, газової флотації і коалесцентора для сприяння розділенню емульсії. Як признається, ефективність катіонного співполімеру (наприклад, катіонного співполімеру на основі вінілімідазолію) за даним винаходом може залежати від ряду факторів, таких, як властивості сирої нафти і/або води в емульсії, типу змішувача, і конструкції і експлуатаційних умов сепараторного обладнання. Найбільш ефективні умови для розділення можна щонайменше частково визначити, як відомо, шляхом використання процедури пляшкового випробування. Інші фактори, які можуть впливати на розділення, включають (але не обмежуютьсяними) температуру, рН, тип сирої нафти, склад соляного розчину, вміст твердих речовин, вміст нафти, час утримання в системі і розподіл розмірів краплин. Збільшення температури може привести до зниження стабільності емульсії. рН емульсії типу "масло у воді" може також впливати на ефективність катіонного співполімеру за даним розкриттям. Несподівано, катіонний співполімер на основі вінілімідазолію за даним розкриттям являє собою стійкий до високого рН катіонний водоосвітлювач, який може запропонувати різноманітні рішення потребуючим розкладання емульсій типу "масло у воді", що мають високий рН (тобто, що має рН 7,5-9,0). На додаток, з катіонним співполімером на основі вінілімідазолію за даним розкриттям можна використовувати інші добавки, такі, як звичайні коагулятори, звичайні флокулянти, алюмокалієві галуни, консерванти або комбінацію таких. Наступні приклади представлені для опису переважних варіантів здійснення і властивостей винаходу, і не мають на меті обмежувати винахід, якщо інше не вказане в пунктах прикладеної формули винаходу. ПРИКЛАДИ Приклад 1: співполімер N-вінілкапролактаму (50 мас. %), N-вініл-2-піролідону (40 мас. %) і метилсульфату N-вініл-3-метил-імідазолу (10 мас. %) (LUVIQUAT® HOLD, BASF, 20 мас. % водний розчин, середньомасова молекулярна маса - приблизно 700000 г/моль). Порівняльний приклад А: співполімер акриламіду (80 мас. %) і діалілдиметиламонійхлориду (20 мас. %) (polyAAm-DADMAC, Aldrich #409081, 10 мас. % водний розчин). Порівняльний приклад В: співполімер N-вініл-2-піролідону (70 мас. %) і N-вініл-3-метилімідазолійхлориду (30 мас. %) (LUVIQUAT® FC370, BASF, 40 мас. % водний розчин, 3 UA 113661 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 середньомасова молекулярна маса - приблизно 100000 г/моль). Порівняльний приклад С: співполімер N-вініл-2-піролідону (50 мас. %) і N-вініл-3-метилімідазолійхлориду (50 мас. %) (LUVIQUAT® FC550, BASF, 40 мас. % водний розчин, середньомасова молекулярна маса - приблизно 80000 г/моль). Порівняльний приклад D: співполімер N-вініл-2-піролідону (55 мас. %) і N-вініл-3-метилімідазолійхлориду (45 мас. %) (LUVIQUAT® HM 552, BASF, 20 мас. % водний розчин, середньомасова молекулярна маса - приблизно 400000 г/моль). Водний розчин катіонного полімеру: 0,1 мас. % активного розчину одержують шляхом розчинення придатних кількостей вищезгаданого катіонного полімеру (приклад 1 і порівняльні приклади A-D) в 100 мілілітрах (мл) деіонізованої (ДІ) води. Процедура пляшкового випробування Процедура пляшкового випробування 1 - синтетично одержана емульсія типу "масло у воді" з рН приблизно 7,6 Синтетично одержану емульсію типу "масло у воді" одержують шляхом додавання 250 мкл 2 мас. % водного розчину NaOH до 650 мл дистильованої (ДІ)води і потім змішування з 6,5 мл близькосхідної сирої нафти середньої густини протягом приблизно 10 секунд з високим зсувом (12000 об./хв.) у високошвидкісному роторно-статорному змішувачі. Перемішування синтетично одержаної емульсії типу "масло у воді" продовжують протягом додаткових 4 хвилин з високим зсувом в 12000 об./хв. Отримана синтетично одержана емульсія типу "масло у воді" має рН приблизно 7,6. Синтетично одержану емульсію типу "масло у воді" розподіляють по 6 реакційним пляшкам (кожна по 100 мл). Негайно роблять зображення необроблених пляшок (Фіг. 1А). Додають дозу (як указано в коротких описах Фіг. 1В і 1С) 0,1 мас. % водного розчину кожного катіонного полімеру (Приклад 1 і порівняльні приклади A-D) в окрему пляшку і додають одну "контрольну" пляшку без якої-небудь добавки катіонного полімеру для порівняння. Кількість дози в ч/млн (за масою) рахують на кількість катіонного полімеру, доданого до загальної маси зворотної емульсії в кожній пляшці. Всі пляшки струшують від руки 50 разів і дають можливість розшаруватися протягом 1 хвилини для того, що б дати можливість утворення пластівців перед тим, як зробити зображення. Одержують зображення в присутності дози катіонного полімеру в 50 ч/млн (Фіг. 1В) і дози катіонного полімеру в 100 ч/млн (Фіг. 1С). Спостерігалося, що нафтові пластівці, що вийшли, відділяються і плавають на поверхні води. З результатів очевидно, що катіонний полімер з прикладу 1 сприяє відділенню залишкової нафти і твердих частинок від синтетично одержаної емульсії типу "масло у воді" при концентрації і 50 ч/млн, і 100 ч/млн, при значенні рН приблизно 7,6. Процедура пляшкового випробування 2 - синтетично одержана емульсія типу "масло у воді" зі значенням рН приблизно 8,7 Синтетично одержану емульсію типу "масло у воді" одержують, як в процедурі пляшкового випробування 1, за винятком того, що додають 300 мкл 2 мас. % водного розчину NaOH до 650 мл (ДІ)води перед змішуванням з сирою нафтою. Отримана синтетично одержана емульсія типу "масло у воді" має значення рН приблизно 8,7. Синтетично одержану емульсію типу "масло у воді" розподіляють по 6 реакційних пляшках (кожна по 100 мл). Негайно роблять зображення необроблених пляшок (Фіг. 2А). Додають дозу (як указано в коротких описах Фіг. 2В) 0,1 мас. % водного розчину кожного катіонного полімеру (Приклад 1 і порівняльні приклади A-D) в окрему пляшку і додають одну "контрольну" пляшку без якої-небудь добавки катіонного полімеру для порівняння. Кількість дози в ч/млн (за масою) рахують на кількість катіонного полімеру, доданого до загальної маси зворотної емульсії в кожній пляшці. Всі пляшки струшують від руки 50 разів і дають можливість розшаруватися протягом 1 хвилини для того, щоб дати можливість утворення пластівців перед тим, як зробити зображення. Одержують зображення в присутності дози катіонного полімеру в 50 ч/млн (Фіг. 2В). Спостерігалося, що нафтові пластівці, що вийшли, відділяються і плавають на поверхні води. З результатів очевидно, що катіонний полімер з прикладу 1 сприяє відділенню залишкової нафти і твердих частинок від синтетично одержаної емульсії типу "масло у воді" при значенні рН приблизно 7,6, при концентрації 50 ч/млн. 55 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Спосіб розділення емульсії типу "масло у воді", утвореної під час видобування нафти, на водну фазу і нафтову фазу, який включає в себе: 4 UA 113661 C2 5 10 15 додавання до емульсії типу "масло у воді" 1 частини на мільйон (ч./млн.) - 10000 ч./млн. катіонного співполімеру на основі вінілімідазолію, з розрахунку на загальний об'єм емульсії типу "масло у воді", для одержання водної фази і нафтової фази, і відділення водної фази від нафтової фази. 2. Спосіб за п. 1, в якому катіонний співполімер на основі вінілімідазолію утворений мономерами N-вінілкапролактаму, N-вініл-2-піролідону і кватернізованого N-вінілімідазолу. 3. Спосіб за п. 2, в якому кватернізований N-вінілімідазол являє собою метилсульфат N-вініл-3метилімідазолу. 4. Спосіб за п. 2, в якому катіонний співполімер на основі вінілімідазолію являє собою полі[Nвінілкапролактам-спів-N-вініл-2-піролідон-співкватернізований N-вінілімідазол]. 5. Спосіб за п. 4, в якому кватернізований N-вінілімідазол являє собою метилсульфат N-вініл-3метилімідазолу. 6. Спосіб за п. 2, в якому катіонний співполімер на основі вінілімідазолію утворений як продукт реакції приблизно 50 мас. % N-вінілкапролактаму, приблизно 40 мас. % N-вініл-2-піролідону і приблизно 10 мас. % кватернізованого N-вінілімідазолу. 7. Спосіб за п. 6, в якому кватернізований N-вінілімідазол являє собою метилсульфат N-вініл-3метил-імідазолу. 8. Спосіб за п. 1, в якому катіонний співполімер на основі вінілімідазолію має середньомасову молекулярну масу приблизно 700000 г/моль. 5 UA 113661 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6