用于分离水包油乳液的阳离子乙烯基咪唑鎓基共聚物

摘要

本公开的实施方式包括将原油生产期间形成的水包油乳液分离成水相和油相的方法，所述方法包括将基于所述水包油乳液的总体积计的1百万分之一份(ppm)至10000ppm的阳离子乙烯咪唑鎓基共聚物加入到所述水包油乳液中，从而形成水相和油相，以及使所述水相和所述油相分离。

权利要求

1.将原油生产期间形成的水包油乳液分离成水相和油相的方法，所述方法包括：将基于所述水包油乳液的总体积计的1ppm至10000ppm的阳离子乙烯基咪唑鎓基共聚物加入到所述水包油乳液中，从而形成水相和油相；以及使所述水相和所述油相分离；其中，所述阳离子乙烯基咪唑鎓基共聚物由N-乙烯基己内酰胺、N-乙烯基-2-吡咯烷酮和季铵化N-乙烯基咪唑的单体形成。

2.根据权利要求1的方法，其中，所述季铵化N-乙烯基咪唑是3-甲基-N-乙烯基咪唑鎓甲基硫酸盐。

3.根据权利要求1的方法，其中，所述阳离子乙烯基咪唑鎓基共聚物是聚[N-乙烯基己内酰胺-co-N-乙烯基-2-吡咯烷酮-co-季铵化N-乙烯基咪唑]。

4.根据权利要求3的方法，其中，所述季铵化N-乙烯基咪唑是3-甲基-N-乙烯基咪唑鎓甲基硫酸盐。

5.根据权利要求1的方法，其中，所述阳离子乙烯基咪唑鎓基共聚物作为50重量百分数(wt.％)的N-乙烯基己内酰胺、40wt.％的N-乙烯基-2-吡咯烷酮和10wt.％的季铵化N-乙烯基咪唑的反应产物形成。

6.根据权利要求5的方法，其中，所述季铵化N-乙烯基咪唑是3-甲基-N-乙烯基咪唑鎓甲基硫酸盐。

7.根据权利要求1的方法，其中，所述阳离子乙烯基咪唑鎓基共聚物的重均分子量为

10000g/mol至1000000g/mol。

说明书

用于分离水包油乳液的阳离子乙烯基咪唑鎓基共聚物

发明领域

[0001] 本发明涉及一种分离水包油乳液的方法，并且更具体地涉及一种分离原油生产期间形成的水包油乳液的方法。

背景技术

[0002] 用于从水中移除分散的油和/或固体的化学助剂通常被称为水澄清剂、反相破乳剂、脱油剂、凝聚剂、絮凝剂和/或聚结助剂。在油气工业中，在批量采出的流体(例如，原油)初步分离后，采出水仍然含有精细分散的固体和油。这些油和固体颗粒非常稳定并且难以通过单独的物理沉降分离。通常，这类采出水不能以原样再利用或丢弃，因此有必要寻找合适的解决方案处理该问题。全世界的法规通常将向环境排放的采出水中的油和油脂含量限制为最大15百万分之一份(ppm)至50ppm(Arnold，K.；Stewart，M.Surface Production Operations；第三版；Elsevier/Gurf：Boston，2008，483)。因而，为满足监管、环境和操作目标，对这种水进行处理。

[0003] 已知一系列合成的水溶性阳离子聚合物来从采出水中分离油/固体颗粒。聚(二烯丙基二甲基氯化铵)，丙烯酰胺或烷基丙烯酸酯与不同阳离子共聚单体的共聚物作为水澄清剂是已知的。采出水的化学处理包括加入几个ppm水平的无机盐和/或有机聚合物，以便通过凝聚和絮状物形成促进分离。有机聚合物(离子的或中性的)可以比无机盐更有效，并且产生具有最小油/固体残留的水。

[0004] 发明概述

[0005] 本发明提供了一种使用阳离子共聚物将原油生产期间形成的水包油乳液分离成水相和油相的方法。如本文所述，水包油乳液包括油(例如原油)的液滴。特别地，本发明的实施方式包括将原油生产期间形成的水包油乳液分离成水相和油相的方法，所述方法包括将基于所述水包油乳液的总体积计的1百万分之一份(ppm)至10000ppm的阳离子乙烯基咪唑鎓基共聚物加入到所述水包油乳液中，从而形成水相和油相，以及使所述水相和所述油相分离。

附图说明

[0006] 图1A是瓶试法(bottle test procedure)1的使用0ppm实施例1和比较例A-D的阳离子聚合物处理合成产生的(synthetic produced)水包油乳液的照片影像(pH约为7.6)。

[0007] 图1B是瓶试法1的使用50ppm实施例1和比较例A-D的阳离子聚合物处理合成产生的水包油乳液的照片影像(pH约为7.6)。

[0008] 图1C是瓶试法1的使用100ppm实施例1和比较例A-D的阳离子聚合物处理合成产生的水包油乳液的照片影像(pH约为7.6)。

[0009] 图2A是瓶试法2的使用0ppm实施例1和比较例A-D的阳离子聚合物处理合成产生的水包油乳液的照片影像(pH约为8.7)。

[0010] 图2B是瓶试法2的使用50ppm实施例1和比较例A-D的阳离子聚合物处理合成产生的水包油乳液的照片影像(pH约为8.7)。

[0011] 发明详述

[0012] 本发明提供了一种使用阳离子共聚物分离水包油乳液的方法，所述水包油乳液在油田工业中通常称之为反相乳液，其中阳离子共聚物有助于使乳液破坏形成水相和油相。本发明的方法特别适用于原油生产以及包括炼油厂水处理以及甚至石化工厂的加工系统。

[0013] 如本文所述，水包油乳液可以包括油的液滴，例如原油的液滴。除了油滴之外，水包油乳液还可以包括固体颗粒，例如粘土、淤泥、沙子、腐蚀副产物和结垢，此外还含有可存在于乳液中的其它固体颗粒。如本文所述，分离水包油乳液是指其中乳液破坏成其水相和油相成分的方法。如本文所用，水包油乳液和/或水相的“水”可以包括，例如，盐水、原生水、地表水、蒸汽冷凝液、碳酸水、海水及其组合。为了简便起见，在本文中使用词语“水”，其中应理解，当需要时，“盐水”、“原生水”、“地表水”、“蒸汽冷凝液”、“碳酸水”和/或“海水”可以互换使用。

[0014] 水包油乳液可以在提取原油(在地球表面下的地质地层中发现的天然产生的可燃液体，其由不同分子量的烃类的复杂混合物组成)中产生。水包油乳液可以在原油生产和加工的几乎每一阶段形成。如本文所用，“水包油乳液”可以包括水包油(例如反相乳液)以及多种或复杂的乳液，如已知的那样，其中油形成分散相而水形成连续相。水包油乳液的液滴或颗粒的尺寸可以，但不需要，从1微米到1000微米变化。小于1微米和/或大于1000微米的液滴或颗粒也是可能的。如本文所用，解析、分离或反向破乳化表示水包油乳液破裂成油相和水相。

[0015] 本公开的阳离子共聚物是阳离子乙烯基咪唑鎓基共聚物。对于多个实施方式，阳离子乙烯基咪唑鎓基共聚物由N-乙烯基己内酰胺、N-乙烯基-2-吡咯烷酮和季铵化N-乙烯基咪唑的单体形成。季铵化N-乙烯基咪唑可以包括3-甲基-N-乙烯基咪唑鎓甲基硫酸盐。对于多个实施方式，阳离子乙烯基咪唑鎓基共聚物可以补充低水平的添加剂而不损害分离性能。添加剂可以包括，但不限于，杀生防腐剂，并且可以以相对于阳离子共聚物/添加剂混合物的总重量最高1重量百分比(wt.％)的水平包括在内。在一个实施方式中，阳离子乙烯基咪唑鎓基共聚物是N-乙烯基己内酰胺(50wt.％)、N-乙烯基-2-吡咯烷酮(40wt.％)和3-甲基-N-乙烯基咪唑鎓甲基硫酸盐(10wt.％)的共聚物。这类阳离子乙烯基咪唑鎓基共聚物中的一种可以从BASF公司以商品名“ HOLD”得到。

[0016] 本公开的阳离子共聚物可以通过溶液、乳液或分散聚合技术制备。阳离子乙烯基咪唑鎓基共聚物的重均分子量的范围可以从5000克/摩尔(g/mol)至5000000g/mol以及优选范围从10000g/mol至1000000g/mol。在一个实施方式中，本公开的阳离子乙烯基咪唑鎓基共聚物的重均分子量约为700000g/mol。重均分子量可以通过凝胶渗透色谱或小角度动态光散射测定。

[0017] 在将原油生产期间形成的水包油乳液分离成油相和水相过程中使用本公开的阳离子共聚物可以采用常规方式进行。例如，将水包油乳液分离成油相和水相并且然后回收油相和水相的过程，可以通过使用分离量的本公开的阳离子共聚物处理水包油乳液进行。将原油生产期间形成的水包油乳液分离成油相和水相的实例可以包括将基于水包油乳液的总体积计的1百万分之一份(ppm)至10000ppm的阳离子乙烯基咪唑鎓基共聚物加入到水包油乳液中，以形成水相和油相。如本文所用，ppm是其中一个ppm等于每1000000份之一份的浓度(例如1微升的阳离子乙烯基咪唑鎓基共聚物/升水包油乳液)。将原油生产期间形成的水包油乳液分离成水相和油相的其它实例可以包括添加基于水包油乳液的总体积计的
10ppm至低于10000ppm，添加10ppm至1000ppm，或者添加10ppm至100ppm的阳离子乙烯基咪唑鎓基共聚物到水包油乳液中，以形成水相和油相。

[0018] 一旦形成，就将水相与油相分离。一旦分离，就可以回收水相和/或油相的任意一个以用于进一步处理。可能的是，这样生产的油相可以是本领域中已知的脱水油。对于多种实施方式，还可能的是，水相可具有最大为15ppm至50ppm的颗粒(例如油滴)。为了测定水相中的油ppm，使用标准油ppm曲线。为了制作标准油ppm曲线，制备一系列已知浓度的溶剂(例如，甲苯；1，1，1-三氯乙烷；或氟利昂)中的油(在水相中存在的相同的油)溶液，并且使用可见或IR光谱测试样品。根据测试结果制作标准ppm曲线。使用相同的溶剂从本文中所述的水相中提取油。在提取后，以相同的方式采用可见或IR光谱测试溶剂并且将结果与标准油ppm曲线比对。水相中颗粒(例如，油滴)ppm可以然后根据标准油ppm曲线内推得到。

[0019] 本公开的方法包括将阳离子乙烯基咪唑鎓基共聚物加入到水包油乳液中，基于水包油乳液的总体积计，以形成水相和油相。在油田中，对于水处理化学试剂，工艺条件和化学注入点的位置随着地点不同而变化，如Arnold，K.；Stewart，M.Surface Production Operations；3rd ed.；Elsevier/Gulf：Boston，2008年，第9章，第482-609页以及Manning，F.S.；Thompson，R.E.Oilfield Processing第2卷：：Crude Oil；Pennwell：Tulsa，1995年，第8章，第145-158页所述。水包油乳液的水相可以具有范围为5-9的pH值。本公开的阳离子乙烯基咪唑鎓基共聚物可以有助于不稳定化水包油乳液，从而促进分散相的絮凝和最终的聚结。在用本公开的阳离子乙烯基咪唑鎓基共聚物破坏乳液时，可对水包油乳液使用混合的方法。例如，可以使用充分搅拌以使得本公开的阳离子乙烯基咪唑鎓基共聚物与水包油乳液完全混合，随后在分离器内部经过一段时间的流动以促进重力分离。该方法还需要分离器中足够的保留时间以解析油和水相。该方法可还需要添加热、气体浮选、和聚结剂，以便促进分离乳液。

[0020] 应理解，本发明的阳离子共聚物(例如，阳离子乙烯基咪唑鎓基共聚物)的效力可取决于多种因素，例如原油和/或乳液的水的性质、混合器类型、以及分离装置的设计和操作条件。众所周知，通过使用瓶试法可以部分地确定对于分离而言最有效的条件。

[0021] 其它可能影响分离的因素可以包括，但不限于，温度、pH、原油类型、盐水组成、固体含量、油含量、体系停留时间，以及液滴尺寸分布。温度升高可以导致乳液稳定性减低。水包油乳液的pH也可能影响本公开的阳离子聚合物的性能。令人惊奇地，本公开的阳离子乙烯基咪唑鎓基共聚物是耐高pH的阳离子水澄清剂，其可以为那些试图解析具有高pH的水包油乳液(例如，具有PH7.5-9.0的那些)的人提供差异化的解决方案。

[0022] 此外，其它添加剂例如常规凝聚剂、常规絮凝剂、明矾、防腐剂或其组合也可以与所述乙烯基咪唑鎓基共聚物一起使用。

[0023] 提供下列实施例以描述本发明的优选实施方式以及用途，并非用来限制本发明，除非在其后附录的权利要求书中声明。实施例

[0024] 实施例1：N-乙烯基己内酰胺(50wt.％)、N-乙烯基-2-吡咯烷酮(40wt.％)和3-甲基-N-乙烯基咪唑鎓甲基硫酸盐(10wt.％)的共聚物( HOLD，BASF，20wt.％水溶液，重均分子量约为700000g/mol)。

[0025] 比较例A：丙烯酰胺(80wt.％)和二烯丙基二甲基氯化铵(20wt.％)的共聚物(polyAAm-DADMAC，Aldrich#409081，10wt.％水溶液)。

[0026] 比较例B：N-乙烯基-2-吡咯烷酮(70wt.％)和3-甲基-N-乙烯基咪唑鎓盐酸盐(30wt.％)的共聚物( FC370，BASF，40wt.％水溶液，重均分子量约为
100000g/mol)。

[0027] 比较例C：N-乙烯基-2-吡咯烷酮(50wt.％)和3-甲基-N-乙烯基咪唑鎓盐酸盐(50wt.％)的共聚物( FC550，BASF，40wt.％水溶液，重均分子量约为
80000g/mol)。

[0028] 比较例D：N-乙烯基-2-吡咯烷酮(55wt.％)和3-甲基N-乙烯基咪唑鎓盐酸盐(45wt.％)的共聚物( HM552，BASF，20wt.％水溶液，重均分子量约为
400000g/mol)。

[0029] 阳离子聚合物的水溶液：0.1wt.％的活性溶液通过将适量的上述阳离子聚合物(实施例1和比较例A-D)溶解于100毫升(mL)的去离子(DI)水中制备。

[0030] 瓶试法

[0031] 瓶试法1-pH约为7.6的合成产生的水包油乳液

[0032] 通过将250μL的2wt.％的NaOH水溶液加入到650mL的DI水以及然后在高速转子-定子混合器中在高剪切下(12000rpm)在6.5mL中等重力的中东原油中混合约10秒钟，来制备合成产生的水包油乳液。在12000rpm的高剪切下继续搅拌合成产生的水包油乳液另外的4分钟。所得合成产生的水包油乳液的pH约为7.6。

[0033] 将合成产生的水包油乳液分装到6个试剂瓶(每个100mL)内。立即捕捉未处理的瓶子的图像(图1A)。

[0034] 向单独的瓶子中加入一定剂量(如在图1B和1C的简要说明中所述)的每种阳离子聚合物(实施例1和比较例A-D)的0.1wt.％水溶液并且包括用于对比的不含任何阳离子聚合物添加剂的“空白”瓶。剂量水平，以ppm计(以重量计)，是基于添加到每个瓶中的反相乳液的总重量的阳离子聚合物的量。在捕捉图像之前，手摇所有瓶子50次，并且使其解析一分钟以形成絮状物。得到50ppm剂量的阳离子聚合物(图1B)和100ppm剂量的阳离子聚合物(图1C)存在的图像。

[0035] 观察到所得的油絮状物分离并且浮动在水表面上。从结果明显看出，在约为7.6的pH下，50ppm和100ppm两种浓度下的来自实施例1的阳离子聚合物有利于残余油和固体颗粒从合成产生的水包油乳液中分离。

[0036] 瓶试法2-pH约为8.7的合成产生的水包油乳液

[0037] 按照瓶试法1制备合成产生的水包油乳液，不同之处在于在加入原油前，将300μL的2wt.％的NaOH水溶液加入到650mL的DI水。所得合成产生的水包油乳液的pH约为8.7。

[0038] 将合成产生的水包油乳液分装到6个试剂瓶(每个100mL)中。立即捕捉未处理的瓶子的图像(图2A)。

[0039] 向单独的瓶子中加入一定剂量(如图2B的简要说明中所述)的每种阳离子聚合物(实施例1和比较例A-D)的0.1wt.％水溶液并且包括用于对比的不含任何阳离子聚合物添加剂的“空白”瓶。剂量水平，以ppm计(以重量计)，是基于添加到每个瓶中的反相乳液的总重量的阳离子聚合物的量。在捕捉图像之前，手摇所有瓶子50次，并且使其解析一分钟以形成絮状物。得到50ppm剂量的阳离子聚合物(图2B)存在的图像。

[0040] 观察到所得的油絮状物分离并且浮动在水表面上。从结果明显看出，在约为8.7的pH下，50ppm浓度下的来自实施例1的阳离子聚合物有利于残余油和固体颗粒从合成产生的水包油乳液中分离。