專利名稱：具有親水和疏油性內(nèi)表面的輸油導(dǎo)管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油產(chǎn)品，主要是重和超重油產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)念I(lǐng)域，尤其是涉及一種用于這種運(yùn)輸，具有一個(gè)能防止重和超重油產(chǎn)品粘附在導(dǎo)管流動(dòng)面上的內(nèi)表面的導(dǎo)管。
重和超重油有豐富的來源，且可適用于許多應(yīng)用領(lǐng)域。這種重和超重油通常必須被運(yùn)輸至遠(yuǎn)距離的消耗中心，然而，由于油的粘附性會(huì)產(chǎn)生許多問題。
已提出了許多運(yùn)輸重和超重油的方法，例如用稀釋劑和/或加熱降低油的粘度，假定油在水分散體和/或乳濁液中，并形成油/水體系，其中油位于由套筒式或基本上環(huán)狀流動(dòng)的水包圍著的基本上穩(wěn)定的中心。
加熱和稀釋過程是昂貴的。油/水體系也有問題，如在與管道或管壁接觸時(shí)，油會(huì)趨于粘附在它們上面，這樣，導(dǎo)致限制并最終阻塞體系的流動(dòng)，這個(gè)問題在當(dāng)流動(dòng)必須停止一段時(shí)間時(shí)變得更嚴(yán)重，使油和水相分層，并增加了油的粘性。重新使這種停止的體系流動(dòng)需要一高壓，甚至可能超過該流動(dòng)體系中某些或所有組份的壓力限定值，這樣的情況也需要洗滌流動(dòng)體系以除去粘附著的油，從而產(chǎn)生過多的費(fèi)用和流動(dòng)體系過長(zhǎng)的停留時(shí)間。
一種已知的防止油粘附在油/水體系導(dǎo)管的流動(dòng)面上的方法是，將鹽如硅酸鹽，硼酸鹽，碳酸鹽，硫酸鹽，磷酸鹽等加至體系水中。例如在美國(guó)專利No.3,977,469 to Broussard et al.中已討論過這種鹽的加入，以處理如上所述的油/水中心流動(dòng)。在體系水中加入鹽表面看來似乎是有助于降低油粘附在導(dǎo)管上，然而，加鹽的效果隨時(shí)間的推移而下降，是因鹽與油反應(yīng)，使鹽從體系中排除。而且同樣地，當(dāng)水至少有部分分層，在停止流動(dòng)時(shí)間內(nèi)，使油與導(dǎo)管的流動(dòng)面相接觸，這樣，也就發(fā)生了粘附，而且，加入的鹽為一多余的組份，這樣在油運(yùn)輸過程中增加了一個(gè)多余費(fèi)用的來源。
本發(fā)明的主要目的是提供一種具有一個(gè)基本上防止油粘附的內(nèi)流動(dòng)表面的導(dǎo)管。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供這樣一種防止重和超重油產(chǎn)品粘附的性能不隨時(shí)間下降的導(dǎo)管。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種在流動(dòng)體系中運(yùn)輸原油的方法，按本發(fā)明，所用的導(dǎo)管具有一個(gè)基本上防止油粘附的內(nèi)流動(dòng)表面，這樣運(yùn)輸原油能更有效且費(fèi)用降低。
其它目的和優(yōu)點(diǎn)在下面的描述中是顯而易見的。
由本發(fā)明可達(dá)到上述目的和其它優(yōu)點(diǎn)。
按本發(fā)明，提供一種用于運(yùn)輸油和水混合物的導(dǎo)管，該導(dǎo)管具有一個(gè)由基本為疏油和親水材料制成的內(nèi)表面，所述材料提供的吸水量大于或等于約材料重量的8％，其作為進(jìn)一步的特征為與油的接觸角大于或等于約120°。這種內(nèi)表面基本上抑制了油在導(dǎo)管上的粘附。如前所述，導(dǎo)管涂有一層混凝土或聚合物樹脂涂層，在涂有混凝土的情況下，該導(dǎo)管或者可包含一混凝土管，至少管的內(nèi)表面部分具有合適的疏油和親水性能。
合適的混凝土涂層包括二氧化硅，其量至少約50％(重量)，更好是至少約60％(重量)，且其更顯著的特征為，平均孔徑為約0.10μm—約1.5μm，孔隙度約15％—約25％，該合適的孔隙度可通過使用二氧化硅和合適級(jí)別的砂礫而獲得。
合適的聚合物組合物包括聚合物樹脂，更好為環(huán)氧樹脂，其量約為聚合物組合物重量的70％—90％，和聚乙烯醇，其量約為聚合物組合物重量的30％—10％。這種組合物提供的吸水量至少約為聚合物組合物重量的14％，且與油的接觸角至少約160°，聚乙烯醇具有的水解度最好至少約為40％。
具有上述內(nèi)表面或涂層的流動(dòng)導(dǎo)體，管，和其它運(yùn)輸體系元件基本上防止了重和超重原油的不希望的粘附。
下面將參考附圖對(duì)較佳實(shí)例作更詳細(xì)的描述，其中附圖為

圖1為在中心環(huán)狀流動(dòng)實(shí)驗(yàn)中，使用常規(guī)的鹽添加劑所圖示的pH與流動(dòng)距離的關(guān)系圖；圖2a和2b為在常規(guī)的碳鋼管(圖2a)和本發(fā)明的水泥線型管(圖2b)中，將雷諾數(shù)(Re)和摩擦系數(shù)(f)相比較。
本發(fā)明涉及油產(chǎn)品的運(yùn)輸，主要是重和超重油產(chǎn)品的運(yùn)輸，尤其是涉及一種導(dǎo)管，該導(dǎo)管具有一個(gè)由疏油并親水材料制成的內(nèi)表面，它能抑制重和超重油粘附在導(dǎo)管上，由此改進(jìn)了流動(dòng)，避免了由于由這種粘附引起的阻塞和部分阻塞所發(fā)生的斷路和/或壓力損失。
按本發(fā)明，所提供的一導(dǎo)管具有一個(gè)由基本為疏油并親水材料制成的內(nèi)表面，當(dāng)按本發(fā)明將重和超重油以油/水體系在導(dǎo)管內(nèi)運(yùn)輸時(shí)，水趨于分散開，并涂覆在或潤(rùn)濕內(nèi)表面，油與內(nèi)表面材料有一大的接觸角，因而很容易地就被水代替，由此防止了不希望的粘附。例如在美國(guó)專利No.3,977,469中描述了油在油/水體系和中心流動(dòng)體系的運(yùn)輸。
常規(guī)的管狀或管式導(dǎo)管，尤其是商品鋼管，對(duì)重和超重油的粘附具有親合性，在中心流動(dòng)體系中流動(dòng)著的水的動(dòng)力通常不能有效地克服油在這種常規(guī)管上的粘附力，這樣，油在常規(guī)體系中發(fā)生粘附并增長(zhǎng)到阻礙流動(dòng)的程度。本發(fā)明的內(nèi)表面材料或涂層通過增加油與內(nèi)表面或流動(dòng)表面的接觸角而減少了油的粘附力，由此使這種粘附的油更易被代替并被在導(dǎo)管里流動(dòng)著的水或其它流動(dòng)著的液體的流動(dòng)動(dòng)力帶走，這樣，本發(fā)明通過使粘附著的油容易地被流動(dòng)著的液體代替，從而抑制了由油的粘附引起的阻塞。
按本發(fā)明，導(dǎo)管內(nèi)表面材料的特征在于，其吸水量大于或等于約8％(重量)，且與重或超重油的接觸角至少約120°。
值得注意的是此處所用的“接觸角”是按通常在石油工業(yè)中眾所周知的“停滴法”測(cè)量的。而且，為了獲得更能代表流動(dòng)線性狀態(tài)的結(jié)果，接觸角的測(cè)量是測(cè)量所謂“前進(jìn)的水”的接觸角，其中油滴在該處與上述的表面接觸，例如，通過細(xì)小的毛細(xì)管，通過改變毛細(xì)管末端油滴的尺寸獲得前進(jìn)的水和后退的水的值。
按本發(fā)明，導(dǎo)管的內(nèi)表面材料較好地包含一二氧化硅含量至少約50％(重量)，更好是至少約60％(重量)的混凝土物質(zhì)或組合物。亦已發(fā)現(xiàn)這種二氧化硅含量使內(nèi)表面具有所希望的疏油和親水性能及與油的接觸角。所提供的二氧化硅最好是很細(xì)的粉末，它能進(jìn)一步改善混凝土的吸水量。本發(fā)明的混凝土材料較好地具有一約0.10μm～約1.5μm的平均孔經(jīng)，且孔隙度為約15％—約25％?？椎某叽缡欠浅Ｖ匾?，這是因?yàn)樘〉目壮叽鐣?huì)阻礙水的吸收(這樣就阻礙濕潤(rùn)內(nèi)表面)，太大的孔尺寸將會(huì)使水和油都吸收，在這種情況下，從孔隙中除去油是非常困難的。這樣，應(yīng)選擇這樣的孔尺寸，使水基本上都吸收，而不吸收油。
本發(fā)明的混凝土材料通過任何常規(guī)的方法可適用于運(yùn)輸體系等等。例如，管的內(nèi)表面可涂有一層具有上述性能的混凝土涂層。這種涂層可適用于由鋼或任何其它所希望材料制成的常規(guī)管中。同樣值得注意的是這種混凝土物質(zhì)或組合物也適用于混凝土管，其中至少管的內(nèi)表面部分包含具有如上性能的混凝土物質(zhì)。在一管上涂覆混凝土或其它涂層的方法在工藝上是常規(guī)和眾所周知的，且任何常規(guī)的方法都可根據(jù)本發(fā)明用于涂覆導(dǎo)管，用于涂覆的有效方法不構(gòu)成本發(fā)明的部分。
按本發(fā)明的另一實(shí)例，導(dǎo)管的內(nèi)表面可涂有一層可用于任何希望的流動(dòng)導(dǎo)體或其它油粘附可能成為問題的設(shè)備上的聚合物樹脂涂層。按本發(fā)明，聚合物涂層材料較好地包括環(huán)氧樹脂和聚乙烯醇(PVA)，其中環(huán)氧樹脂的存在量為環(huán)氧樹脂和PVA重量的約70％—約90％，PVA的存在量為環(huán)氧樹脂和PVA重量的約30％～約10％。
合適的環(huán)氧樹脂的例子包括，但不局限于，3M公司的ScotchKote 206N，和O′Brian Co.的NAPGAR，盡管許多其它的環(huán)氧樹脂也可使用，同樣也是適用的。聚乙烯醇具有的水解百分?jǐn)?shù)較好地至少約40％至高達(dá)100％。亦已發(fā)現(xiàn)PVA的水解有助于獲得不溶于水的聚合物涂層。按本發(fā)明，聚合物涂層較好地具有如下特征，涂層材料的吸水量至少約為14％(重量)，與油的接觸角至少約160°。
應(yīng)值得注意的是，本發(fā)明的導(dǎo)管當(dāng)然可用于許多應(yīng)用領(lǐng)域，但亦已發(fā)現(xiàn)在防止API比重低于約16，較好地低于約13的重和超重原油的粘附，特別是使用前述中心流動(dòng)的方法來運(yùn)輸這類油，用本發(fā)明的導(dǎo)管是理想的。
由本發(fā)明大大地方便了以中心流動(dòng)體系來運(yùn)輸重和超重油，至于油在導(dǎo)管的內(nèi)表面上的粘附也可被抑制，由下述實(shí)施例來進(jìn)一步證實(shí)這些優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)施例1本實(shí)施例證實(shí)了在防止油粘附過程中，常規(guī)鹽添加劑有效性的降低。
通過直徑為6英寸的55Km生產(chǎn)線，以中心流動(dòng)來運(yùn)輸API比重為9.8的原油。在中心流動(dòng)的水中加入硅酸鈉鹽添加劑，在長(zhǎng)距離流動(dòng)過程中監(jiān)測(cè)體系的pH值，圖1顯示了在長(zhǎng)距離流動(dòng)過程中水的pH值的下降，當(dāng)然這也表示了鹽濃度的下降，因此，也表示了在防止油粘附過程中，鹽添加劑有效性的降低。這種鹽濃度的降低是由于在管中鹽與粗油發(fā)生反應(yīng)，和/或產(chǎn)生鹽的化學(xué)結(jié)合體。
實(shí)施例2本實(shí)施例證實(shí)了用本發(fā)明的混凝土流動(dòng)表面時(shí)，接觸角與重和超重油粘附性的關(guān)系。
提供二個(gè)混凝土樣品。樣品1的二氧化硅含量為49％(重量)，并含有50％砂礫8/12和50％砂礫12/16(Int—4)。樣品2的二氧化硅含量為64.8％(重量)，并含有50％砂礫8/12，50％砂礫12/16(INT—4C)。將該兩個(gè)樣品浸沒在水中以達(dá)到最大吸水量，然后使之與API比重為9.8的油接觸，然后測(cè)量每個(gè)樣品的停滴前進(jìn)水的接觸角，結(jié)果總結(jié)于下述表1中。
表1樣品接觸角吸水量觀察結(jié)果(度) ％(重量)#1(INT—4)110 8.8 超過60％的油趨于分散或粘附在表面上#2(INT—4C) 145 8.4 不到5％的油趨于分散或粘附在表面上實(shí)施例3本實(shí)施例證實(shí)了用混凝土表面時(shí)，吸水量和油粘附性的關(guān)系。
提供二個(gè)混凝土樣品。樣品1的二氧化硅含量為64.8％(重量)，并含有50％砂礫8/12和50％砂礫12/16(INT—4C)。樣品2的二氧化硅含量為62.4％(重量)，并含有50％砂礫8/12和50％砂礫12/16(Int—2C)。將該兩個(gè)樣品浸沒在水中以達(dá)到最大吸水量，然后使之與API比重為9.8的油接觸，使用停滴法測(cè)量?jī)蓚€(gè)樣品的前進(jìn)水的接觸角，結(jié)果列于下述表2中。
表2樣品接觸角吸水量觀察結(jié)果(度)％(重量)#1(INT—4C)145 8.4 不到5％的油趨于分散或粘附在表面上#2(Int—2C)128 7.45 超過50％的油趨于分散或粘附在表面上實(shí)施例4本實(shí)施例將使用本發(fā)明涂有混凝土的管的效果與常規(guī)的碳鋼管作比較。
使用直徑為2英寸并含兩個(gè)管段的運(yùn)輸環(huán)路來進(jìn)行動(dòng)力實(shí)驗(yàn)，段#1為由碳鋼制成的3.2m段，段2為涂有二氧化硅含量為65.2％(重量)，孔隙度為19％的混凝土的3.48m段，在60°F時(shí)，使API比重為11.6的油在水中形成中心流動(dòng)，并通過環(huán)路循環(huán)，取得壓力和流動(dòng)數(shù)據(jù)。圖2a和2b圖示了在實(shí)驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)，由所得結(jié)果描繪摩擦系數(shù)(f)與雷諾數(shù)(Re)(基于各種流動(dòng)速率)的函數(shù)關(guān)系。由于油粘在表面上，摩擦系數(shù)為一壓力損失的度量，碳鋼管的摩擦系數(shù)會(huì)發(fā)生更大的增加。
實(shí)施例5本實(shí)施例證實(shí)了使用聚合物樹脂涂層時(shí)，接觸角和吸水量的效果。
使用各種重量濃度的環(huán)氧樹脂(Scotch Kote 206N，3M)和聚乙烯醇(PVA)，具有各種水解百分?jǐn)?shù)的聚乙烯醇如表3所列，來制備5個(gè)樣品(VS1—VS5)。將樣品浸沒在水中，與API比重為9.8的油接觸，測(cè)量停滴前進(jìn)水的接觸角，結(jié)果也列于表3中。
表3樣品 PVA/環(huán)氧樹脂PVA的水解度接觸角吸水量觀察結(jié)果重量％/重量％ ％ (度)％(重量)VS1 0 -126 1.2 油粘附VS2 20/80 72.5 169 29.0 無粘附VS3 20/80 48.5 168 14.3 無粘附VS4 20/80 72.5 165 17.4 無粘附VS5 10/90 88.0 165— 有一些斑點(diǎn)無涂層的VS1發(fā)生油粘附，VS2—VS5，特別是VS2—VS4提供優(yōu)異的防油粘附性能。
實(shí)施例6本實(shí)施例進(jìn)一步證實(shí)了聚合物樹脂涂層在防止油粘附中的效果。
將聚合物樹脂涂層施于直徑為3英寸，長(zhǎng)為1英尺的圓柱體筒。該涂層含80％(重量)的環(huán)氧樹脂和20％(重量)水解百分?jǐn)?shù)為77.5％的PVA。將油-水重量比為80/20的API比重為9.8的油和水的混合物置于圓柱體筒內(nèi)，使用滾筒式氣缸實(shí)驗(yàn)設(shè)備旋轉(zhuǎn)上述圓柱體24小時(shí)，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，圓柱體筒的涂層表面無油沉積。
本發(fā)明揭示的是一種用于運(yùn)輸體系，特別是用于在水中的重和超重油體系的改進(jìn)的涂層表面，該表面抑制了這種油粘附在涂層表面上，因而提供了一種更有效的油的運(yùn)輸方法。而且，這種改進(jìn)能一直保持基本穩(wěn)定。不會(huì)發(fā)生如常規(guī)處理，如上述常規(guī)地在油/水體系的水中加入鹽，那樣的降低效果。
本發(fā)明在不偏離其精神或主要特征下，可以其它形式體現(xiàn)或以其它方式進(jìn)行。因此，本發(fā)明的實(shí)例被認(rèn)為是在各個(gè)方面都能說明但不限制，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求指出，并規(guī)定在等效目的和范圍內(nèi)進(jìn)行的所有改變都包含于其中。
權(quán)利要求
1.一種用于運(yùn)輸油和水混合物的導(dǎo)管，該導(dǎo)管具有一個(gè)內(nèi)表面，所述內(nèi)表面由親水和疏油材料制成，所述親水和疏油材料的特征為，吸水量大于或等于約所述親水和疏油材料重量的8％，與油的接觸角大于或等于約120°，由此基本上抑制了油粘附在所述內(nèi)表面上。
2.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)管，其特征在于，內(nèi)表面包含一混凝土涂層，該涂層的二氧化硅含量大于或等于約50％重量，其進(jìn)一步作為特征的為，平均孔徑約0.10μm—約1.5μm，孔隙度約1 5％～約25％。
3.如權(quán)利要求2所述的導(dǎo)管，其特征在于，混凝土組合物的二氧化硅含量大于或等于約60％重量。
4.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)管，其特征在于，導(dǎo)管包含一鋼管，其內(nèi)表面包含一混凝土涂層，該涂層的二氧化硅含量大于或等于約50％重量，且其進(jìn)一步作為特征的為，平均孔徑約0.10μm—約1.5μm，孔隙度約15％—約25％。
5.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)管，其特征在于，導(dǎo)管包含一混凝土管，其內(nèi)表面至少包含一混凝土組合物，該組合物的二氧化硅含量大于或等于約50％重量，其特征為，平均孔徑約0.10μm～約1.5μm，孔隙度約15％～約25％。
6.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)管，其特征在于，內(nèi)表面包含一聚合物涂層，該涂層的吸水量大于或等于約所述聚合物涂層重量的14％，該涂層與油的接觸角大于或等于約160°。
7.如權(quán)利要求6所述的導(dǎo)管，其特征在于，聚合物涂層包含一聚合物樹脂組合物。
8.如權(quán)利要求7所述的導(dǎo)管，其特征在于，聚合物樹脂組合物包括環(huán)氧樹脂和聚乙烯醇，其中環(huán)氧樹脂的存在量為環(huán)氧樹脂和聚乙烯醇重量的約70％—約90％，聚乙烯醇的存在量為環(huán)氧樹脂和聚乙烯醇重量的約30％—約10％。
9.如權(quán)利要求8所述的導(dǎo)管，其特征在于，聚乙烯醇的水解度至少約40％，由此使聚合物涂層基本不溶于水。
10.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)管，其特征在于，導(dǎo)管選自由混凝土管和鋼管組成的組，其中內(nèi)表面包含一聚合物涂層，該涂層的吸水量大于或等于約所述聚合物涂層重量的14％，該涂層與油的接觸角大于或等于約160°。
11.一種運(yùn)輸油和水混合物的方法，包含如下步驟提供一具有一個(gè)由親水和疏油材料制成的內(nèi)表面的導(dǎo)管，所述的親水和疏油材料的進(jìn)一步作為特征的是，吸水量大于或等于約所述親水和疏油材料重量的8％，與油的接觸大于或等于約120°；和隨后使油和水的混合物通過導(dǎo)管，水潤(rùn)濕內(nèi)表面，基本上防止了油粘附與其上。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，油和水混合物中的油的API比重小于約16。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，還包括下述步驟，形成一個(gè)油/水體系，它包含在基本為環(huán)形水層中的基本穩(wěn)定的油中心，隨后使該油/水體系通過導(dǎo)管。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，提供導(dǎo)管的步驟包括用混凝土涂層涂覆導(dǎo)管內(nèi)表面的步驟，所述混凝土涂層的二氧化硅含量大于或等于50％重量，其進(jìn)一步作為特征的是，平均孔徑約0.10μm—約1.5μm，孔隙度約15％—25％。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，混凝土組合物的二氧化硅含量大于或等于約60％重量。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，提供導(dǎo)管的步驟包括用聚合物涂層涂覆導(dǎo)管內(nèi)表面的步驟，所述聚合物涂層的吸水量大于或等于約所述聚合物涂層重量的14％，與油的接觸角大于或等于約160°。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，聚合物涂層包含一聚合物樹脂組合物。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，聚合物樹脂組合物包括環(huán)氧樹脂和聚乙烯醇，其中環(huán)氧樹脂的存在量為環(huán)氧樹脂和聚乙烯醇重量的約70％—約90％，聚乙烯醇的存在量為環(huán)氧樹脂和聚乙烯醇重量的約30％—約10％。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，聚乙烯醇的水解度至少約40％，使聚合物涂層基本上不溶于水。
全文摘要
一種運(yùn)輸油和水混合物的導(dǎo)管，該導(dǎo)管具有一個(gè)基本為親水和疏油的內(nèi)表面。該表面的特征為，吸水量大于或等于約8％(重量)，與油的接觸角大于或等于約120°。內(nèi)表面材料可為含二氧化硅的混凝土組合物或聚合物涂層組合物，具有這種內(nèi)表面的導(dǎo)管被水濕潤(rùn)，從而抑制了油在導(dǎo)管上的粘附。
文檔編號(hào)C04B28/02GK1123381SQ94118509
公開日1996年5月29日 申請(qǐng)日期1994年11月25日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月25日
發(fā)明者M·里夫羅, V·羅德里格斯, D·約瑟夫, E·格瓦拉, N·卡拉巴諾 申請(qǐng)人:英特衛(wèi)普有限公司