NO175410B

NO175410B - Process for transporting a viscous oil by preparing an oil-in-water emulsion

Info

Publication number: NO175410B
Application number: NO851450A
Authority: NO
Inventors: Ignacio Layrisse; Alan Stockwell
Original assignee: Intevep Sa; British Petroleum Co Plc
Priority date: 1984-04-12
Filing date: 1985-04-11
Publication date: 1994-07-04
Also published as: GB2169220A; CA1274089A; NO175410C; NO851450L; GB8509482D0; GB2169220B

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for transport av en viskøs olje ved fremstilling av en emulsjon av olje-i-vann. The present invention relates to a method for transporting a viscous oil when producing an oil-in-water emulsion.

Mange råoljer er viskøse, og er således vanskelig, om ikke umulig, å fremstille og transportere ved normale metoder fra deres produksjonssted til et raffineri. Slike råoljer inneholder ofte asfaltener og koprodusert vann, som ofte er saltoppløsning, dispergert som små dråper. Tilstedeværelsen av begge disse materialer virker slik at de øker råoljens viskositet, og desto høyere deres konsentrasjoner er, jo større er økningen i viskositet til oljen. Many crude oils are viscous, and are thus difficult, if not impossible, to produce and transport by normal methods from their place of production to a refinery. Such crude oils often contain asphaltenes and co-produced water, which is often salt solution, dispersed as small droplets. The presence of both of these materials acts to increase the viscosity of the crude oil, and the higher their concentrations, the greater the increase in viscosity of the oil.

Flere metoder har vært foreslått for transport av slike råoljer ved hjelp av rørledning. Disse innbefatter (1) oppvarming av råoljen og isolasjon av rørledningen (2), tilsetning av et ikke-gjenvinnbart oppløsningsmiddel, (3) tilsetning av et gjenvinnbart oppløsningsmiddel, (4) tilsetning av en lettere råolje, (5) dannelse av et ringrom av vann rundt råoljen og (6) emulger ing av råoljen i vann. Metodene (l)-(4) kan bli kostbare hva angår tilsatte kompo-nenter og kapitalforbruk, og metode (5) er teknisk vanskelig å oppnå. Several methods have been proposed for transporting such crude oils by pipeline. These include (1) heating the crude oil and insulating the pipeline (2), adding a non-recoverable solvent, (3) adding a recoverable solvent, (4) adding a lighter crude oil, (5) forming an annulus of water around the crude oil and (6) emulsification of the crude oil in water. Methods (1)-(4) can be expensive in terms of added components and capital consumption, and method (5) is technically difficult to achieve.

Mens den rent overfladisk sett er attraktiv, er metode (6) forbundet med spesielle vanskeligheter. Dispergeringen av en meget viskøs olje i et medium med meget lavere viskositeter en ugunstig prosess av hydrodynamiske grunner. While superficially attractive, method (6) is associated with particular difficulties. The dispersion of a very viscous oil in a medium with much lower viscosities is an unfavorable process for hydrodynamic reasons.

Overflateaktive midler er normalt nødvendig for metode (6), og disse er i fall de anvendes i mengder, kostbare. For å redusere omkostningene har det vært foreslått å tilsette en vandig alkalisk oppløsning til råoljen og basere seg på reaksjonen mellom det alkaliske middel og de organiske syrene som er til stede i råoljen for dannelse av overflateaktive midler in situ. Disse virker derved som emulgerings-midler for fremstilling av flytende olje-i-vann-emulsjoner, se f.eks. US patenter 4246920 og 4099537. Denne metode er forbundet med ulempen at in situ-reaksjonen er vanskelig å styre og resulterer i en emulsjon som er mer viskøs enn de som dannes med tilsatte overflateaktive midler, ved lignende olje/vann-forhold. Emulsjoner fremstilt fra slike væsker er relativt ustabile og uegnet for transport gjennom en rør-ledning, særlig når den vandige væsken, hvori alkalimateria-let er oppløst, er meget saltholdig. Surfactants are normally required for method (6), and these are expensive if they are used in quantities. In order to reduce costs, it has been proposed to add an aqueous alkaline solution to the crude oil and rely on the reaction between the alkaline agent and the organic acids present in the crude oil to form surfactants in situ. These thereby act as emulsifiers for the production of liquid oil-in-water emulsions, see e.g. US patents 4246920 and 4099537. This method is associated with the disadvantage that the in situ reaction is difficult to control and results in an emulsion that is more viscous than those formed with added surfactants, at similar oil/water ratios. Emulsions prepared from such liquids are relatively unstable and unsuitable for transport through a pipeline, especially when the aqueous liquid in which the alkali material is dissolved is very saline.

Man har nå oppdaget at tilsetning av en organisk syre til råoljen og en vandig alkalisk oppløsning resulterer i dannelsen av emulsjoner som har viskositeter som er betydelig lavere enn de tilsvarende råoljer. It has now been discovered that the addition of an organic acid to the crude oil and an aqueous alkaline solution results in the formation of emulsions having viscosities significantly lower than the corresponding crude oils.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det således tilveiebragt en fremgangsmåte for transport av en viskøs olje ved fremstilling av en emulsjon av olje-i-vann, innbefattende tilsetning av en organisk syre inneholdende 8 karbonatomer eller f ler pr. molekyl til oljen, tilsetning av en vandig alkalisk oppløsning og emulgering av den resulterende blanding for dannelse av en olje-i-vannemulsjon, og denne fremgangsmåten er kjennetegnet ved at det som olje anvendes en råolje og at emulgeringen utføres i en statisk blander, en rørblander eller en blandeventil, og at emulsjonen pumpes gjennom en rørledning. According to the present invention, there is thus provided a method for transporting a viscous oil by producing an oil-in-water emulsion, including the addition of an organic acid containing 8 carbon atoms or more per molecule to the oil, addition of an aqueous alkaline solution and emulsification of the resulting mixture to form an oil-in-water emulsion, and this method is characterized by the fact that a crude oil is used as the oil and that the emulsification is carried out in a static mixer, a tube mixer or a mixing valve, and that the emulsion is pumped through a pipeline.

Emulgering kan utføres under enten lave eller høye skjærbetingelser. Emulsification can be carried out under either low or high shear conditions.

EP-patentsøknad 85300998 beskriver en fremgangsmåte for fremstilling av en HIPR-emulsjon av olje i vann, og denne fremgangsmåten innbefatter direkte blanding av 70-9856, fortrinnsvis 80-9056, beregnet på volum, av en viskøs olje som har en viskositet i området 200-250.000 mPa.s ved blandetemperaturen, med 30-256, fortrinnsvis 20-1056, beregnet på volum, av en vandig oppløsning av et emulgerende overflateaktivt middel, eller en alkali, idet prosentandelene er uttrykt som volumprosent av den totale blandingen; blandingen utføres under lave skjærbetingelser i området 10-1000, fortrinnsvis 50-250, resiproke sekunder, på en slik måte at det dannes en emulsjon som omfatter sterkt forvridd ol-jedråper som har midlere dråpediametere i området 2-50 jjm adskilt av tynne grenseflatefilmer. EP patent application 85300998 describes a process for the preparation of a HIPR emulsion of oil in water, and this process involves direct mixing of 70-9856, preferably 80-9056, calculated by volume, of a viscous oil having a viscosity in the range of 200 -250,000 mPa.s at the mixing temperature, with 30-256, preferably 20-1056, calculated by volume, of an aqueous solution of an emulsifying surfactant, or an alkali, the percentages being expressed as volume percent of the total mixture; the mixing is carried out under low shear conditions in the range of 10-1000, preferably 50-250, reciprocal seconds, in such a way that an emulsion is formed comprising highly distorted oil droplets having mean droplet diameters in the range of 2-50 jjm separated by thin interface films.

Det antas at syren reagerer med det alkaliske materiale for dannelse av et overflateaktivt middel in situ. It is believed that the acid reacts with the alkaline material to form a surfactant in situ.

Egnede syrer kan representeres ved følgende formler: Suitable acids can be represented by the following formulas:

hvor R representerer en lineær eller forgrenet alkylgruppe inneholdende 8-30 karbonatomer, fortrinnsvis 12-20; Ar representerer en fenyl-, tolyl-, xylyl- eller etylfenyl-gruppe; n er et tall i området 5-20, fortrinnsvis i området 10-15; og m er et tall i området 0-20, fortrinnsvis i området 0-10. where R represents a linear or branched alkyl group containing 8-30 carbon atoms, preferably 12-20; Ar represents a phenyl, tolyl, xylyl or ethylphenyl group; n is a number in the range 5-20, preferably in the range 10-15; and m is a number in the range 0-20, preferably in the range 0-10.

Syrene kan anvendes som relativt rene forbindelser. The acids can be used as relatively pure compounds.

Det er alternativt mulig å isolere fraksjoner av den produserte råoljen og å tilfeste funksjonelle grupper ved kjemiske reaksjoner. På denne måten er det mulig å danne f.eks. petroleumsulfonsyrer. Slike syrer er like godt egnet for bruk i foreliggende oppfinnelse. Alternatively, it is possible to isolate fractions of the produced crude oil and to attach functional groups by chemical reactions. In this way, it is possible to form e.g. petroleum sulphonic acids. Such acids are equally suitable for use in the present invention.

Syren tilsettes hensiktsmessig i en mengde på 100-15.000 ppm, fortrinnsvis 100-5.000 ppm, basert på oljen. The acid is suitably added in an amount of 100-15,000 ppm, preferably 100-5,000 ppm, based on the oil.

Syren kan tilsettes til råoljen enten ned gjennom borehullet og ned i reservoaret eller ved brønnhodet, fortrinnsvis forut for tilsetningen av oppløsningen av alkalimateriale. Den kan tilsettes som en oppløsning i råolje, eller som en oppløsning i et hydrokarbon med lav molekylvekt slik som heptan. The acid can be added to the crude oil either down through the borehole and into the reservoir or at the wellhead, preferably prior to the addition of the solution of alkali material. It can be added as a solution in crude oil, or as a solution in a low molecular weight hydrocarbon such as heptane.

Egnede alkaliske midler innbefatter alkalimetallhydroksyder, karbonater, fosfater og silikater; ammoniumhydroksyd; og jordalkalimetallhydroksyder. Suitable alkaline agents include alkali metal hydroxides, carbonates, phosphates and silicates; ammonium hydroxide; and alkaline earth metal hydroxides.

Disse materialer anvendes fortrinnsvis oppløst i vann i en slik konsentrasjon at den vandige oppløsning har en pH > 9. These materials are preferably used dissolved in water in such a concentration that the aqueous solution has a pH > 9.

Vannet benyttet som den vandige komponent i den alkaliske oppløsningen, kan være ferskvann eller inneholde oppløste faste stoffer. Medført vann forbundet med råoljereservoaret kan benyttes. Den benyttede mengde bør være tilstrekkelig til å gi en emulsjon som inneholder 30-80 volum-56 vann, uttrykt som volum-# av den totale emulsjon. The water used as the aqueous component in the alkaline solution can be fresh water or contain dissolved solids. Entrained water connected to the crude oil reservoir can be used. The amount used should be sufficient to give an emulsion containing 30-80 vol-56 of water, expressed as vol-# of the total emulsion.

Råoljen og alkalisk oppløsning kan blandes under betingelser som er kjent for å være egnet for blanding av viskøse, fluider, se H. F. Irving og R. L. Saxton, Mixing Theory and Practice (Eds. V.W. Uhl og J. B. Gray), Vol. 1, kapittel 8, Academic Press 1966. Statiske blandere er også egnet. The crude oil and alkaline solution may be mixed under conditions known to be suitable for mixing viscous fluids, see H.F. Irving and R.L. Saxton, Mixing Theory and Practice (Eds. V.W. Uhl and J.B. Gray), Vol. 1, Chapter 8, Academic Press 1966. Static mixers are also suitable.

Den temperatur hvorved emulsjonen dannes, bør ikke være høyere enn 150°C. The temperature at which the emulsion is formed should not be higher than 150°C.

Emulsjoner av ønsket stabilitet har i alminnelighet dråpe-størrelser mindre enn 50 pm. Emulsions of the desired stability generally have droplet sizes smaller than 50 µm.

Egnede viskøse, tunge og/eller asfalteniske råoljer for "behandling finnes i Canada, USA og Venezuela, f.eks. Lake Marguerite-råolje fra Alberta, Hewitt-råolje fra Oklahoma og Cerro Negro-råolje fra Orinoco-oljebeltet. Suitable viscous, heavy and/or asphaltenic crude oils for processing are found in Canada, the United States and Venezuela, eg Lake Marguerite crude from Alberta, Hewitt crude from Oklahoma and Cerro Negro crude from the Orinoco oil belt.

Generelt er API-egenvekten i området 5-15°C, skjønt fremgangsmåten kan anvendes på råoljer utenfor dette området. F.eks. kan fremgangsmåten også anvendes på ikke-asfalteniske råoljer slik som Beatrice fra den britiske sektor i Nord-sjøen. Denne råoljen (30°API) er viskøs p.g.a. dens høye voksinnhold, og den etterfølgende gelstruktur som utvikles ved intermolekylær forbindelse mellom vokskomponenter. In general, the API specific gravity is in the range 5-15°C, although the method can be applied to crude oils outside this range. E.g. the method can also be applied to non-asphaltenic crude oils such as Beatrice from the British sector of the North Sea. This crude oil (30°API) is viscous due to its high wax content, and the subsequent gel structure that develops by intermolecular connection between wax components.

Det vil generelt finnes at viskositeten til råoljene kan reduseres med en faktor på 1000-10.000 ganger etter emulgering. It will generally be found that the viscosity of the crude oils can be reduced by a factor of 1000-10,000 times after emulsification.

Emulsjonene er egnet for transport gjennom en rørledning og representerer en elegant løsning på problemet med transport av viskøse råoljer. The emulsions are suitable for transport through a pipeline and represent an elegant solution to the problem of transporting viscous crude oils.

Etter transport gjennom rørledningen kan oljen og vannet separeres ved nedbryting av emulsjonen og dehydratisering av råoljen. After transport through the pipeline, the oil and water can be separated by breaking down the emulsion and dehydrating the crude oil.

Et system for fremstilling og transport av en emulsjon av råolje i vann ved en fremgangsmåte innbefattende tilsetning av en organisk syre inneholdende 8 karbonatomer eller mer pr. molekyl til råoljen, tilsetning av en vandig alkalisk oppløsning og emulgering av den resulterende blanding for dannelse av en olje-i-vann-emulsjon, kan hensiktsmessig innbefatte: A system for the production and transport of an emulsion of crude oil in water by a method including the addition of an organic acid containing 8 carbon atoms or more per molecule to the crude oil, adding an aqueous alkaline solution and emulsifying the resulting mixture to form an oil-in-water emulsion may conveniently include:

(a) en lagringstank for den organiske syren, (a) a storage tank for the organic acid;

(b) en lagringstank for den vandige alkaliske oppløsning, (c) en ledning som leder direkte eller indirekte fra (a) til en ledning (e) som definert i det etterfølgende, (d) en ledning som leder direkte eller indirekte fra (b) til ledningen (e), (e) en ledning for transport av emulsjonen av råolje i vann, og (f) anordninger for emulgering av blandingen av organisk syre, vandig alkalisk oppløsning og råolje for dannelse av emulsj onen. (b) a storage tank for the aqueous alkaline solution, (c) a conduit leading directly or indirectly from (a) to a conduit (e) as defined hereinafter, (d) a conduit leading directly or indirectly from (b ) to the line (e), (e) a line for transporting the emulsion of crude oil in water, and (f) devices for emulsifying the mixture of organic acid, aqueous alkaline solution and crude oil to form the emulsion.

Når begge ledningene (c) og (d) eller ledning (d) alene leder direkte til ledning (e), kan anordningen for emulgering av blandingen være en statisk blander eller en blandeventil. When both lines (c) and (d) or line (d) alone lead directly to line (e), the device for emulsifying the mixture may be a static mixer or a mixing valve.

Dersom begge ledninger (c) og (d) eller ledning (c) alene leder indirekte til ledning (e), kan ledningene (c) og (d) eller ledning (c) lede til injeksjonsbrønner til råoljereservoaret, og på denne måte kan man injisere syre og alkalisk oppløsning eller syre alene inn i råoljen før produksjon. I det første tilfelle er reservoaret selv anordningen for emulgering av blandingen. If both lines (c) and (d) or line (c) alone lead indirectly to line (e), lines (c) and (d) or line (c) can lead to injection wells to the crude oil reservoir, and in this way one can inject acid and alkaline solution or acid alone into the crude oil prior to production. In the first case, the reservoir itself is the device for emulsifying the mixture.

Alternativt kan ledning (c) lede til et ytre ringrom i en produksjonsbrønn, derved kan man injisere syre inn i råoljen ved produksjonspunktet. Alternatively, line (c) can lead to an outer annulus in a production well, whereby acid can be injected into the crude oil at the production point.

Oppfinnelsen illustreres under henvisning til medfølgende tegning som er et skjematisk riss av et system for fremstilling og transport av en emulsjon av en tung råolje i vann, og til følgende eksempel. The invention is illustrated with reference to the accompanying drawing which is a schematic diagram of a system for the production and transport of an emulsion of a heavy crude oil in water, and to the following example.

Organisk syre holdes i en lagringstank 1 hvori den oppløses i et egnet oppløsningsmiddel som kan være selve råoljen eller en fraksjon av denne. Den alkaliske oppløsningen holdes i en lagringstank 2. Organic acid is kept in a storage tank 1 in which it is dissolved in a suitable solvent which can be the crude oil itself or a fraction thereof. The alkaline solution is kept in a storage tank 2.

Ledninger 3 og 4 leder fra tankene 1 og 2 til injeksjons-brønner 5 og 6 og inn i et råoljereservoar 7. Alkali-materialet kan tilsettes som en del av en alkalisk over-svømming. Lines 3 and 4 lead from tanks 1 and 2 to injection wells 5 and 6 and into a crude oil reservoir 7. The alkali material can be added as part of an alkaline flood.

Alternativt kan syren tilsettes gjennom en ledning 8 og ned gjennom den ytre foringen i en produksjonsbrønn 9 eller gjennom ledning 10 inn i avtaket 11 fra brønnen. I hvert tilfelle tilsettes alkalimateriale direkte gjennom ledning 12. Alternatively, the acid can be added through a line 8 and down through the outer casing in a production well 9 or through line 10 into the outlet 11 from the well. In each case, alkali material is added directly through line 12.

Emulsjonen dannes enten ved naturlig blanding i reservoaret, produksjonsbrønnen eller brønnhodet, eller ved hjelp av en innkoblet blander 13 eller blandeventil 14. The emulsion is formed either by natural mixing in the reservoir, the production well or the wellhead, or by means of a connected mixer 13 or mixing valve 14.

Injeksjonsfasiliteter kan benyttes i følgende kombinasjoner: 10 med 12; 8 med 12; 5 med 12; 5 med 6; 6 med 8 og 6 med 10. Injection facilities can be used in the following combinations: 10 with 12; 8 by 12; 5 by 12; 5 with 6; 6 by 8 and 6 by 10.

Eksempel Example

Cerro Negro-råolje ble benyttet. Dette er en tung råolje som har en API-egenvekt på 8,1°, et vanninnhold på 0$ og en viskositet på 2 x IO<5>cP ved 25°C. Det er en Newton-væske. 40 volumdeler av en vandig oppløsning inneholdende 5000 ppm natriumklorid og tilstrekkelig natriumhydroksyd til å gi en pH-verdi på 12,2 ble helt i blandekammeret i en Waring-blander. 60 volumdeler råolje inneholdende 1 vekt-# stearinsyre ble deretter tilsatt til det samme kammeret. Cerro Negro crude oil was used. This is a heavy crude oil having an API specific gravity of 8.1°, a water content of 0$ and a viscosity of 2 x IO<5>cP at 25°C. It is a Newtonian fluid. 40 volumes of an aqueous solution containing 5000 ppm sodium chloride and sufficient sodium hydroxide to give a pH of 12.2 was poured into the mixing chamber of a Waring mixer. 60 parts by volume of crude oil containing 1 wt # of stearic acid was then added to the same chamber.

Blandingen ble homogenisert ved romtemperatur i 3 min. ved full hastighet, ca. 15.000 omdr./min. The mixture was homogenized at room temperature for 3 min. at full speed, approx. 15,000 rpm.

Etter at skummet hadde fått anledning til å sette seg, ble det tatt en representativ prøve av emulsjonen, og denne ble anbragt i målekoppen til et Contraves lavskjær-30-visko-meter. Emulsjonen er en ikke-Newton-væske, og dens viskositet ble målt ved forskjellige skjærhastigheter ved 25°C. After the foam had been allowed to settle, a representative sample of the emulsion was taken and this was placed in the measuring cup of a Contraves low shear 30 viscometer. The emulsion is a non-Newtonian fluid and its viscosity was measured at different shear rates at 25°C.

Følgende resultater ble oppnådd: The following results were obtained:

Claims

1. Method for transporting a viscous oil in the preparation of an oil-in-water emulsion, including the addition of an organic acid containing 8 carbon atoms or more per molecule to the oil, addition of an aqueous alkaline solution and emulsification of the resulting mixture to form an oil-in-water emulsion, characterized in that a crude oil is used as oil and that the emulsification is carried out in a static mixer, a tube mixer or a mixing valve, and that the emulsion is pumped through a pipeline

2. Process according to claim 1, characterized in that the acid is an aliphatic carboxylic acid containing an alkyl group with 8-30 carbon atoms.

3. Method according to claim 1, characterized in that the acid is a petroleum sulphonate.

4. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the aqueous, alkaline solution contains an alkali metal hydroxide, carbonate, phosphate or silicate; ammonium hydroxide or an alkaline earth metal hydroxide.

5. Method according to any of the preceding claims, characterized in that the API specific gravity of the crude oil is in the range 5-15°.