专利名称：降低原油粘度的方法
技术领域：
本发明涉及石油基流体。更具体地说，涉及一种用于石油基流体降低粘度和促进流动的方法。
背景技术：
石油基流体例如原油，具有液体悬浮液或乳液的粘度特性，这在本领域中是公知的。因此，原油的三种基本类型-石蜡基、沥青基和混合基(石蜡基和沥青基混合)-都显示出随着流体温度降低粘度提高的特征。在石蜡基原油中，当流体温度降低时，特别是当温度刚刚下降到蜡开始沉淀的温度时(称作析蜡点)，流体中的石蜡结晶成许多纳米颗粒，该纳米颗粒悬浮在溶剂中并提高流体的表观粘度。在沥青基原油中，当温度降低时，流体中的沥青固化成数量增多的沥青质颗粒，导致表观粘度连续提高。同样地混合基原油证实了反相粘度(inverse viscosity)/温度关系与石蜡基和沥青基原油的特征相似。反相粘度/温度关系在当粘度增大淤塞输送原油的管线时是特别成问题的。
除在较低的温度下粘度增大之外，原油在较低的温度下沉淀蜡或沥青质颗粒，由于其对经由管线的原油运输所造成的不利影响，这是特别成问题的。由于原油蜡或沥青质沉淀，管线必须频繁地关闭并除去管线中形成的蜡或沥青质，以防止阻碍原油流动。
随着世界石油供给需求增大，低温气候，例如海上油井、北极和亚北极区，其中油在这些地方开采或经过这些地方输送，因此开发原油在较低温度下在管线中提高流动的方法越来越重要。
因为上述原因，需要用于石油基流体例如原油的降低粘度和促进流体流动的方法。
发明内容
根据本发明的方法，提供一种降低石油基流体的粘度的方法。该方法包括向流体施加足够强度和足够时间的电场以降低流体的粘度，以及施加足够时间的电场以促进流体的改善流动。选择合适强度的电场和施加该电场的合适时间是产生石油基流体所期望的粘度减少和改善其流动所必需的。本发明对需要改善流体流动的通过管线的原油运输特别有用，更具体地说，其中冷却流体温度引起流体的粘度增大，升高流体温度以降低粘度难以实现。
发明详述本发明提供一种通过向流体施加足够强度的电场和足够的时间以降低所述流体的粘度和改善石油基流体流动的方法。
本方法涉及石油基流体，例如原油，但是不限于特定的石油基流体。因此该方法适用于原油，例如，包含但不限于石蜡基原油、沥青基原油、混合基原油(石蜡基和沥青基两者的结合)，以及它们的混合物。更具体地说本发明涉及流体，其中所述流体至少部分地由于温度的原因，是非常粘稠的以至于不能容易地从一个地点输送或用管道来输送到另一个地点。
已经发现通过向流体施加电场，可以降低流体的粘度促进流体的流动和/或防止固体的沉淀，所述沉淀可能引起阻塞或降低通过流体必须经过的管道或容器的流动。为了获得期望的粘度降低，施加的电场必须具有至少约10V/mm的强度以产生流体粘度的降低。例如，场强可以适当地在约10V/mm至约2000V/mm的范围内，例如在约400V/mm至约1500V/mm的范围内。在该范围内特定值的选择可以根据流体组合物、粘度减少的期望程度、流体的温度和场施加的时间预计得到。不言而喻的是如果场强过低或施加时间太短，结果将会是粘度没有显著的变化。反之如果电场的强度太高或施加的时间太长，流体的粘度可以实际地增大。
如上所指出，流体在电场的暴露时间对降低粘度同样重要。暴露时间适当地在约1秒至约300秒的范围内，例如，约1秒至约100秒。
当流体在延长的时间继续其流动时，在施加如上所述的电场之后的粘度将趋于缓慢增加至其初始值。因此，为了维持期望的粘度范围，有必要在施加初始电场位置的下游的一个位置或多个位置周期性地再施加电场。例如，当流体沿着其传输的路径前进时，需要以间隔范围例如从约15分钟至约60分钟再施加电场，以保证粘度总是在预定的水平以下。因此在原油应用中，需要在从起始点到终点的一系列下游位置设置电场。因为原油在管线中每小时流动好几英里，在间隔每两英里施加电场可以使粘度维持在预定值以下。通过抵消原油流过不暴露于电场的管线区域而出现的回弹，粘度被连续地控制在较低的数值。
通过在上述强度和时间范围内施加电场，靠近的石蜡颗粒或沥青质颗粒被强制聚集成限于微米尺寸的较大颗粒，同时不允许足够的时间或强度让这些颗粒形成肉眼可见的团。当平均粒度增加时，粘度降低。一旦移去电场，由于聚合颗粒逐渐地分解，粘度随着时间返回其初始值的速度降低。可能费时约8-10小时之久以使粘度返回到其初始值。
使用的电场可以是直流(DC)或交流(AC)电场。当施加AC电场时，施加电场的频率在约1Hz至约3000Hz的范围之内，例如从约25Hz至约1500Hz。电场可以在平行于流体流动的方向施加或可以在不同于流体流动的方向施加。
流体接受的电场的强度和持续时间取决于原油的类型例如石蜡基原油、沥青基原油、混合基原油或它们的混合物。已经确定在经受电场处理以前流体的最初粘度越高，在经受电场处理之后粘度的降低越大。
在一个实施方案中，使用电容器施加电场，其中原油流过电容器，当恒定电压施加到电容器上时，原油受到短脉冲电场。电容器的类型可以是如下所示的，包括连接到大套管(tube)的至少两个金属网，其中原油通过该网。
显而易见地本领域技术人员还能使用其它类型的电容器。在这个实施方案中，电场在平行于流体流动的方向施加。这类电容器可以用来生成脉冲电场，所述脉冲电场可以施加给管线中的原油。
在另一个实施方案中，电场通过电容器生成，其中通过所述电容器以不同于流体流动的方向施加电场。可以理解在几乎任何穿过流体的可行方向施加电场，并且仍然获得粘度的降低。
以下是说明本发明的实施例和曲线图具体实施方式
实施例1向石蜡基原油样品施加600V/mm的DC电场60秒，所述样品在10℃的最初粘度为44.02cp。在暴露于电场之后，粘度减少到35.21cp，或减少其初始值的约20％。在移去电场之后，如下面的曲线图所示，粘度逐渐增大。在约30分钟之后，粘度增加到41cp，仍然低于初始粘度7％。在最初30分钟时间之后粘度增加率显著降低。
实施例2将10℃的最初粘度为33.05cp的石蜡基原油样品油样暴露于50-Hz、600v/mm的AC电场30秒。流体的粘度减少到约为26.81cp，或减少初始值的19％。在30分钟之后，粘度增加到仅为约30cp，仍然低于初始值约10％，如下面的曲线图所示。
实施例1和2所示的结果表明了DC电场和低频的AC场都能有效降低被试验的原油样品的表观粘度。实验也表明，对于通过施加电场已经降低的粘度，返回到其初始值需要花费大约10小时。
实施例3测定向样品施加电场的持续时间以获得电场的最佳持续时间。对于被试验的石蜡基原油样品，施加强度600V/mm的DC电场的最佳持续时间是15秒。在立即施加电场之后最低粘度是19.44cp，从在施加电场之前的初始粘度值23.45cp下降17.1％，如下面所示的曲线图。
实施例4对于在施加电场以前，在10℃时粘度为约44.02cp的原油样品，使用600V/mm的电场的最佳持续时间是约60秒。如下面曲线图的说明，对于这个时间，样品的粘度减少到约35.21cp，或20％。结果表明当原油的粘度越高，电场效果越强。
实施例5如下所示的曲线图是实施例2中的样品在其最佳持续时间的结果的图。原油最初粘度为23.45cp。在施加600v/mm的DC场15秒之后，粘度减少到19.44cp，下降4.01cp，降低17.10％。另一方面，如实施例1所示，粘度下降8.81cp，降低20％。
实施例6被试验的原油样品在10℃和20℃进一步进行试验，显示了当流体的温度越低电场的效果就越强。当温度降低时，石蜡颗粒的体积分数变高；因此，表观粘度变得更高，电场对流体粘度的效果也变得更显著。在实施例6中，石蜡基原油在20℃和10℃进行试验，结果表明电场效果在10℃时比在20℃时更强。例如，在20℃时最大的粘度减少小于10％，而在10℃时显著地高于10％。
实施例7沥青基原油样品在23.5℃具有动力粘度773.8cSt，为了降低粘度，需要暴露在1000V/mm的施加电场下约8秒。在该样品中，动力粘度立即减少到669.5cSt，下降104.3cSt或大约13.5％。在约90分钟之后，动力粘度是706.8cSt，仍然低于初始值67cSt。在实验期间，温度维持在23.5℃。结果如以下的曲线图所示。
比较向沥青基原油施加磁场与施加电场的效果，确定磁场对样品的粘度具有极少的影响，然而，将电场施加到相同的样品显著地降低了沥青基原油的粘度。
本发明的另一个特征是减慢来自原油的蜡的沉淀。当纳米级的石蜡颗粒聚集为微米尺寸颗粒时，结晶的有效表面区域显著地降低。因此，来自原油的蜡的沉淀显著地减少了。
尽管本发明在这里用特定的实施方案来说明和描述，但本发明并非有意限定于所示的细节。相反地，在不脱离本发明和权利要求的等同物的范围内，可以进行各种改进。应当理解，尽管本发明关于原油进行了描述，但是本发明也可以用于其它增加的石油基流体的粘度成为问题和抑制流体的流动的应用。
权利要求
1.一种降低石油基流体的粘度的方法，其包括步骤向所述流体施加足够强度的电场和足够的时间以降低所述流体的粘度。
2.权利要求1的方法，其中所述石油基流体是原油。
3.权利要求1的方法，其中所述石油基流体是石蜡基原油或沥青基原油或混合基原油。
4.权利要求1的方法，其中在至少为10V/mm的强度下施加所述电场，所述强度足以降低所述流体的粘度和促进所述流体流动。
5.权利要求1的方法，其中以约1秒至约300秒的时间施加所述电场，所述施加时间足以降低所述流体的粘度和促进所述流体的流动。
6.权利要求1的方法，其中以至少为10V/mm的强度和约1秒至约300秒的时间施加所述电场，所述施加强度和时间足以降低所述流体的粘度和促进所述流体的流动。
7.权利要求1的方法，其中以约10V/mm至约2000V/mm的强度和约1秒至约300秒的时间施加所述电场，所述施加强度和时间足以降低所述流体的粘度和促进所述流体的流动。
8.权利要求1的方法，其中在平行于所述石油基流体流动的方向施加所述电场，或在不同于所述流体流动的方向施加所述电场。
9.权利要求8的方法，其中所述电场选自直流(DC)电场和交流电(AC)电场。
10.权利要求8的方法，其中以约10V/mm至约2000V/mm的强度施加所述电场，并且以约1秒至约300秒的时间施加所述电场。
11.权利要求1的方法，其中所述电场是频率为约1Hz至约3000Hz的AC场。
12.权利要求6的方法，其中所述电场通过电容器生成，通过所述电容器以平行于流体流动的方向施加电场。
13.权利要求12的方法，其中所述电容器包括连接到管上的至少两个金属网。
14.权利要求6的方法，其中所述电场通过电容器生成，通过所述电容器以不同于流体流动的方向施加电场。
全文摘要
本发明涉及一种用于石油基流体的降低粘度和促进流动的方法。该方法包括向石油基流体施加足够强度和足够时间的电场，以降低所述流体的粘度的步骤。
文档编号F15C1/04GK101084397SQ200580043306
公开日2007年12月5日 申请日期2005年12月13日 优先权日2004年12月15日
发明者R·陶, X·许, K·黄 申请人:坦普尔大学-高等教育联盟