穩定的水性水澄清劑組合物及使用方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及防凍的水性水澄清劑組合物以及使用所述水性水澄清劑組合物來反 乳化并澄清源自石油生產和精煉操作的油-水乳液和分散體的方法。
【背景技術】
[0002] 分散體為其中一種相分散在另一種不同組合物或相的連續相中的混合物。乳液為 包含兩種不混溶液體的分散體，一種以液滴（內相）分散在另一種（連續或外相）中。因 此，所有乳液均為分散體，但并非所有分散體均為乳液。穩定的乳液為在沒有某種形式的機 械或化學處理的情況下就不能使其自身溶解在它們的構成相中的那些分散體。
[0003] 在石油工業中，包括但不限于烴類（包括但不限于原油、氣體和它們的衍生物產 品）的探測、生產、精煉和化學加工的各種操作通常產生油和水的混合物和分散體。這種混 合物通常還含有其它化合物，包括但不限于蠟、瀝青質、各種鹽、懸浮材料、來自土地的生物 表面活性材料、加入的表面活性防銹/防垢劑等，它們可以隨部位的不同而變化。此外，在 原位產生或在強化采油技術中加入的合成和天然的表面活性劑，例如堿性表面活性劑（AS) 和堿性表面活性劑聚合物（ASP)的溢流可引起相分離的問題。當存在這些其他化合物時， 高剪切和混合力會引起這些油和水的混合物形成分散體和相對穩定的乳液。一些這種乳液 為油包水乳液，通常在石油工業中被稱為"常規"乳液，其中油為連續相。其他的為水包油 乳液，通常在石油工業中被稱為"反相"乳液，其中水為連續相。
[0004] "破壞"油水乳液是指油相與水相的分離。術語"破壞"意指圍繞在水或油的液滴 周圍的乳化膜被"破壞"，使得可發生聚結以及導致油相和水相隨時間例如通過重力沉降的 分離。例如，反乳化劑描述的是將乳液（無論是常規或是反相）破壞或分離成其構成相的 制劑。澄清劑描述的是施加以破壞乳液并將油相與水相分離從而使水"更澄清"的化合物。 已知的是在有效反乳化的化合物與澄清的化合物類型之間存在一些重疊，也就是說，一些 化合物既可用于反乳化也可用于澄清油-水乳液和分散體。
[0005] 在油井的生產階段，大量的水通過一個或多個注水井被向下泵入土地從而將地下 地層中的油推向生產井并離開土地。隨著井老化，地層水與油一起從井中生產出來。此外， 在如蒸汽驅油、從焦油/油砂中提取油、蒸汽輔助重力泄油（SAGD)的許多二級和三級采油 技術中，使用大量的水來采收油。在這種情況下，油通常作為乳液而從土地中出來。為了 破壞這種乳液，即，將水從油相分離，通常使用反乳化劑如聚亞烷基二醇（PAG)、聚環氧乙烷 (PEO)與聚環氧丙烷（PPO)的嵌段共聚物、和烷基酚樹脂烷氧化物。在一些情況下，也將水 澄清劑加入到粗乳液蒸汽中。
[0006] -旦乳液被分離成油級分和水級分，產生的水級分（即，"生成水"（produced water))可含有約百萬分之（ppm) 1000份的水相中攜帶的油。換言之，形成了 "反相"即水 包油乳液。這種乳液以從棕色到黑色的任何顏色呈現，其取決于存在的雜質量。這樣的生 成水可以大量生成（即，高達每天數百萬加侖），并且或者被重新注入地層或者被丟棄進海 洋。政府規定，例如美國的US Clean Water Act和US EPA Code of Federal Regulations， 要求排放生成水之前要將油含量降低至非常低的水平。盡管按照這種規定排放水中允許的 油量隨管轄區而變化，但是標準通常是非常低的，即，通常遠低于lOOppm油/水。另外，隨 著成本增加和對淡水使用的規定，對于水的再利用需要低水平的油。將水中的油從天然存 在量降低至50ppm以下的實踐通常被稱為"澄清"，并且僅僅是反相乳液的破壞。對這種反 乳化油田水的澄清通常包括使用丙烯酸酯聚合物、陽離子型聚合物、陽離子型聚電解質和 水溶性兩親聚合物對懸浮的油質和微粒材料進行絮凝，從而獲得澄清（更澄清）的水。
[0007] 成功選擇并使用有效的聚合物化合物來反乳化和澄清在石油工業操作過程中形 成的油-水乳液是非常復雜的，這是因為特定的聚合物是否起作用將取決于很多因素，這 些因素包括但不限于：地下含油地層的地質情況和位置、水源、懸浮固體的性質、油的類型、 使用的其他試劑的性質等。因此，不存在用于實施對油田乳液的反乳化和澄清實踐的一種 方案。取決于涉及的各個油田和條件，不同的聚合物將在不同的位置提供最佳的性能。
[0008] 現有技術中包括許多與由石油工業操作產生的油-水分散體和乳液的反乳化和 澄清有關的專利和普通文獻。
[0009] 例如，美國專利申請公布US 2007/0244248公開了使用含有芳香族和親脂性基團 的聚合物來反乳化油-水乳液。USP 5, 100, 582公開了含有丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯 酸甲酯和丙烯酸丁酯的無規組合的四聚物的非常特定的組合物用于原油包水的反乳化劑。
[0010] 此外，USP 6, 025, 426和USP 5, 330, 650均教導使用具有高分子量的丙烯酰胺的 親水性陽離子型共聚物作為水澄清助劑。USP 4, 582, 628公開了使用源自親水性和疏水性 乙烯基單體的乙烯基型聚合物用于油和水的石油工業乳液的反乳化。
[0011] USP 5, 643, 460中公開了二甲基氨基乙基丙烯酸酯甲基氯化物與芐基氯化季鹽的 低分子量、水溶性、陽離子型聚合物用于破壞來自油田操作的水包油乳液。USP 5, 472, 617 提供了一種用于反乳化原油和水的乳液的方法，其涉及添加由與親水性單體共聚合的烷氧 化物的（甲基）丙烯酸酯制得的反乳化劑。
[0012] 中國專利申請公布CN1883740公開了使用聚合物來反乳化原油和水的乳液，所述 聚合物源自疏水性（甲基）丙烯酸酯單體和親水性（甲基）丙烯酸單體并且具有5, 000至 100,000g/mol 的分子量。
[0013] 美國專利公布US 2011 0031163公開了將疏水性改性的、表面活性劑改性的并且 輕度交聯的陰離子型丙烯酸酯共聚物用于分離因油田操作而產生的油和水的分散體或乳 液。
[0014] 然而，上述專利和公布中沒有一篇公開了用于破壞源自位于極冷環境例如北極地 區中和/或在這樣的環境中操作的油田和油精煉操作的油-水乳液的穩定化的聚合物。改 善的低溫穩定性（有時被稱為防凍性）不僅對于使用重要，對于儲存和運輸同樣重要。這 包括將聚合物化合物裝在桶中運送并通過管道泵送到寒冷環境中的石油工業操作二者。如 果將聚合物的水性溶液儲存在環境溫度降至〇°c以下的位置，則該溶液可凍結、分離或者形 成沉積物，因此抑制向所需流體泵送足夠的聚合物溶液的能力。需要一種可用于反乳化油 和水的石油工業乳液的、證明具有改善的低溫穩定性的低溫水性水澄清劑組合物。
【發明內容】
[0015] 本發明提供這樣一種穩定化的水性水澄清劑組合物及使用該組合物來分離源自 石油工業操作的油-水分散體或乳液的油和水相的方法，其中所述水性水澄清劑組合物 在-40°C至60°C之間以及在-40°C至60°C之間循環是穩定的。以產生反乳化效果的量向 油-水乳液提供所述水性澄清劑組合物。所述水性澄清劑組合物包含：i)陰離子型聚合 物的乳膠分散體，優選的量為20至80重量％，其中所述陰離子型聚合物包含：A)至少一 種(： 3_(：8 a，烯鍵式不飽和羧酸單體，優選甲基丙烯酸、丙烯酸或其混合物，優選的量為 15-80wt% ;B)