[发明专利]改进的水溶性聚合物分散器具

说明书

聚丙烯酰胺已经发展了超过60年，尤其是用于凝絮操作。然而自1973年的石油危机之后，聚丙烯酰胺一直被认为具有非常可观的增稠能力，从而使得它们能够单独地或与表面活性剂和碱组合地用于原油强化回收。

还应注意的是，聚丙烯酰胺具有降低水中或水溶液中摩擦的能力，这种特征意味着通过加入少量（30到500ppm）的聚合物能够以相同的设备泵送更大量的水，或者在泵送相同的量时可以减少动力消耗。

B.A.Toms在1946年发现了摩擦降低作用（“汤姆斯效应”）并且在传输水或水性悬浮液（水-油混合物）、在碎裂操作、并且在涉及高功率消耗的各种接触水的过程（水雷、消防、喷水切割等）的领域中它已经得到了开发。

溶解聚丙烯酰胺

虽然有可能在用于降低摩擦的操作中使用粉末形式的聚丙烯酰胺，但是溶解它们是较困难的。对于具有低于1mm粒径分布的标准粉末，在5克每升的浓度下，溶解时间是约一小时。因此对于重要的用途将必须具有可用的大型设备，并同时要求：

-大量的投资，

-长的交付时间，

-与移动该设备相矛盾的土地面积。

具有实际上即时的溶液（例如少于2分钟）的这种需要已经造成用户转换到使用乳液形式的聚丙烯酰胺，这种聚丙烯酰胺在适当的条件下能够在2分钟以下溶解（见专利申请FR 0955555）。然而，环境要求、尤其是水力碎裂操作，造成含有烃类和表面活性剂的乳液被不含此类组分的、处于粉末形式的聚合物取代。

本申请人的文件PCT/EP2009/063961描述了一种水力碎裂方法，它采用了一个被称为“PSU”的、用于快速溶解水溶性粉末聚合物的设备，本发明人还在文件WO 2008/107492中描述了该设备。

通过在一台此类的PSU中研磨聚丙烯酰胺，在10与20克每升之间的浓度下，有可能将溶解时间缩短至约15分钟。此外，这种设备紧凑的性质允许它用在移动式转向架构架中。

PSU（聚合物切削单元）

在专利申请WO 2008/107492中描述的PSU是一种在低的工业速度下（每分钟3000到4500转）转动的工业设备，由此特别在采油和碎裂操作中提供了可观的寿命。

设备可靠性是一个重点。例如在碎裂操作中停止引入聚合物可能由于所用的砂子的沉降而导致产气井的堵塞。

PSU基本上包括：

-一个用于润湿粉末聚合物的锥体，该锥体连接到一个初级进水回路上，

-一个用于研磨所分散的聚合物的腔室，该腔室包括一个转子，该转子与一个定子相关联，

-在该腔室的外围上的一个环，该环由一个次级水回路供应，该次级水回路喷射加压的水并且打开定子的叶片。

定子包括定制设计的、通过在一个外围环上的间隔件组装的碳化钨板或叶片。

专利文件US 6,000,840、US 5,156,344和FR 2777804 A1披露了一种包括多个开口的定子环。US 5,156,344的定子环是由一个限制器包围的，该限制器包括与主定子环相同数量的开口。可以调整这个限制器的位置，以便完全打开或关闭该定子环的开口。这些文件都没有提及这些开口的宽度。

转子包括用螺栓或钎焊固定的碳化钨板，以便降低这些操作过程中的磨损和撕裂。

虽然这个系统在机械上是有效的，但它有两个限制：

-难以使定子的这些板距离彼此小于500微米，因为非常狭窄的间隔件不具有所要求的机械强度，

-粘合材料（钴或镍）不具有足够的抗腐蚀性，尤其是在所泵送的盐水含有非常大量的盐（高达200000ppm）和硫化氢的采油工业中。

因此，本发明尝试解决的问题是改进PSU的结构，由此允许：

-更精细的研磨，同时实际上即时地使用如同通过乳液所获得的聚合物溶液，

-更大的耐腐蚀性，

-同时保持定子和转子的保存寿命，

-将该设备用于多种聚合物，如聚丙烯酰胺、高分子量聚氧化乙烯、黄原胶或硬葡聚糖、瓜尔胶等。

本申请人已经注意到，通过使用不锈钢、并且具体是经过表面硬化（真空氮化、科尔斯特林技术（kolsterisation））的并具有高机械强度和强大的耐腐蚀性的所谓“超双相”奥氏体铁素体（austeno-ferritic）钢或奥氏体钢来制造生产定子和转子并且在定子中使用并非定制设计的叶片而是直接在环上产生的狭缝，实现了这4个目的。

换言之，本发明的目的是一种用于以低于1mm的标准粒径分布来分散水溶性聚合物的装置，该装置包括：