具有亲水和疏油性内表面的导管,其制造方法和运输油和水混合物的方法

本发明涉及油产品，主要是重和超重油产品运输的领域，尤其 是涉及一种用于这种运输，具有一个能防止重和超重油产品粘附在 导管流动面上的内表面的导管。

重和超重油有丰富的来源，且可适用于许多应用领域。这种重 和超重油通常必须被运输至远距离的消耗中心，然而，由于油的粘 附性会产生许多问题。

已提出了许多运输重和超重油的方法，例如用稀释剂和/或加 热降低油的粘度，假定油在水分散体和/或乳浊液中，并形成油/水 体系，其中油位于由套筒式或基本上环状流动的水包围着的基本上 稳定的中心。

加热和稀释过程是昂贵的。油/水体系也有问题，如在与管道或 管壁接触时，油会趋于粘附在它们上面，这样，导致限制并最终阻 塞体系的流动，这个问题在当流动必须停止一段时间时变得更严重， 使油和水相分层，并增加了油的粘性。重新使这种停止的体系流动 需要一高压，甚至可能超过该流动体系中某些或所有组份的压力限 定值，这样的情况也需要洗涤流动体系以除去粘附着的油，从而产 生过多的费用和流动体系过长的停留时间。

一种已知的防止油粘附在油/水体系导管的流动面上的方法是， 将盐如硅酸盐，硼酸盐，碳酸盐，硫酸盐，磷酸盐等加至体系水 中。例如在Broussard等人的3,977,469号美国专利中已讨论过这种 盐的加入，以处理如上所述的油/水中心流动。在体系水中加入盐表 面看来似乎是有助于降低油粘附在导管上，然而，加盐的效果随时 间的推移而下降，是因盐与油反应，使盐从体系中排除。而且同样 地，当水至少有部分分层，在停止流动时间内，使油与导管的流动 面相接触，这样，也就发生了粘附，而且，加入的盐为一多余的组 份，这样在油运输过程中增加了一个多余费用的来源。

本发明的主要目的是提供一种具有一个基本上防止油粘附的 内流动表面的导管。

本发明的又一个目的是提供这样一种防止重和超重油产品粘 附的性能不随时间下降的导管。

本发明的再一个目的是提供一种在流动体系中运输原油的方 法，按本发明，所用的导管具有一个基本上防止油粘附的内流动表 面，这样运输原油能更有效且费用降低。

其它目的和优点在下面的描述中是显而易见的。

由本发明可达到上述目的和其它优点。

按本发明，提供一种用于运输油和水混合物的导管，该导管具 有一个由基本为疏油和亲水材料制成的内表面，所述材料提供的吸 水量大于或等于约材料重量的8％，其作为进一步的特征为与油的 接触角大于或等于约120°。这种内表面基本上抑制了油在导管上 的粘附。如前所述，导管涂有一层混凝土或聚合物树脂涂层，在涂 有混凝土的情况下，该导管或者可包含一混凝土管，至少管的内表 面部分具有合适的疏油和亲水性能。

合适的混凝土涂层包括二氧化硅，其量至少约50％(重量)，更 好是至少约60％(重量)，且其更显著的特征为，平均孔径为约 0.10μm-约1.5μm，孔隙度约15％-约25％，该合适的孔隙度可通过 使用二氧化硅和合适级别的砂砾而获得。

合适的聚合物组合物包括聚合物树脂，更好为环氧树脂，其量 约为聚合物组合物重量的70％-90％，和聚乙烯醇，其量约为聚合物 组合物重量的30％-10％。这种组合物提供的吸水量至少约为聚合物 组合物重量的14％，且与油的接触角至少约160°，聚乙烯醇具有的 水解度最好至少约为40％。

具有上述内表面或涂层的流动导体，管，和其它运输体系元件 基本上防止了重和超重原油的不希望的粘附。

下面将参考附图对较佳实例作更详细的描述，其中附图为：

图1为在中心环状流动实验中，使用常规的盐添加剂所图示 的pH与流动距离的关系图；

图2a和2b为在常规的碳钢管(图2a)和本发明的水泥线型管 (图2b)中，将雷诺数(Re)和摩擦系数(f)相比较。

本发明涉及油产品的运输，主要是重和超重油产品的运输，尤 其是涉及一种导管，该导管具有一个由疏油并亲水材料制成的内表 面，它能抑制重和超重油粘附在导管上，由此改进了流动，避免了 由于由这种粘附引起的阻塞和部分阻塞所发生的断路和/或压力损 失。

按本发明，所提供的一导管具有一个由基本为疏油并亲水材 料制成的内表面，当按本发明将重和超重油以油/水体系在导管内 运输时，水趋于分散开，并涂覆在或润湿内表面，油与内表面材料 有一大的接触角，因而很容易地就被水代替，由此防止了不希望的 粘附。例如在美国专利No.3,977,469中描述了油在油/水体系和中心 流动体系的运输。

常规的管状或管式导管，尤其是商品钢管，对重和超重油的粘 附具有亲合性，在中心流动体系中流动着的水的动力通常不能有效 地克服油在这种常规管上的粘附力，这样，油在常规体系中发生粘 附并增长到阻碍流动的程度。本发明的内表面材料或涂层通过增加 油与内表面或流动表面的接触角而减少了油的粘附力，由此使这种 粘附的油更易被代替并被在导管里流动着的水或其它流动着的液 体的流动动力带走，这样，本发明通过使粘附着的油容易地被流动 着的液体代替，从而抑制了由油的粘附引起的阻塞。

按本发明，导管内表面材料的特征在于，其吸水量大于或等于 约8％(重量)，且与重或超重油的接触角至少约120°。

值得注意的是此处所用的“接触角”是按通常在石油工业中众 所周知的“停滴法”测量的。而且，为了获得更能代表流动线性状 态的结果，接触角的测量是测量所谓“前进的水”的接触角，其中 油滴在该处与上述的表面接触，例如，通过细小的毛细管，通过改 变毛细管末端油滴的尺寸获得前进的水和后退的水的值。

按本发明，导管的内表面材料较好地包含一二氧化硅含量至 少约50％(重量)，更好是至少约60％(重量)的混凝土物质或组合物。 亦已发现这种二氧化硅含量使内表面具有所希望的疏油和亲水性 能及与油的接触角。所提供的二氧化硅最好是很细的粉末，它能进 一步改善混凝土的吸水量。本发明的混凝土材料较好地具有一约 0.10μm～约1.5μm的平均孔经，且孔隙度为约15％-约25％。 孔的尺寸是非常重要的，这是因为太小的孔尺寸会阻碍水的吸收 (这样就阻碍湿润内表面)，太大的孔尺寸将会使水和油都吸收，在这 种情况下，从孔隙中除去油是非常困难的。这样，应选择这样的孔 尺寸，使水基本上都吸收，而不吸收油。

本发明的混凝土材料通过任何常规的方法可适用于运输体系 等等。例如，管的内表面可涂有一层具有上述性能的混凝土涂层。 这种涂层可适用于由钢或任何其它所希望材料制成的常规管中。同 样值得注意的是这种混凝土物质或组合物也适用于混凝土管，其中 至少管的内表面部分包含具有如上性能的混凝土物质。在一管上涂 覆混凝土或其它涂层的方法在工艺上是常规和众所周知的，且任何 常规的方法都可根据本发明用于涂覆导管，用于涂覆的有效方法不 构成本发明的部分。

按本发明的另一实例，导管的内表面可涂有一层可用于任何 希望的流动导体或其它油粘附可能成为问题的设备上的聚合物树 脂涂层。按本发明，聚合物涂层材料较好地包括环氧树脂和聚乙烯 醇(PVA)，其中环氧树脂的存在量为环氧树脂和PVA重量的约70％- 约90％,PVA的存在量为环氧树脂和PVA重量的约30％～约 10％。

合适的环氧树脂的例子包括，但不局限于，3M公司的Scotch Kote 206N，和O′Brian Co.的NAPGAR，尽管许多其它的环氧 树脂也可使用，同样也是适用的。聚乙烯醇具有的水解百分数较好 地至少约40％至高达100％。亦已发现PVA的水解有助于获得不 溶于水的聚合物涂层。按本发明，聚合物涂层较好地具有如下特 征，涂层材料的吸水量至少约为14％(重量)，与油的接触角至少约 160°。

应值得注意的是，本发明的导管当然可用于许多应用领域，但 亦已发现在防止按“美国石油协会”标准的燃油比重度数低于约16， 较好地低于约13的重和超重原油的粘附，特别是使用前述中心流 动的方法来运输这类油，用本发明的导管是理想的。

由本发明大大地方便了以中心流动体系来运输重和超重油， 至于油在导管的内表面上的粘附也可被抑制，由下述实施例来进一 步证实这些优点。

                      实施例1

本实施例证实了在防止油粘附过程中，常规盐添加剂有效性 的降低。

通过直径为6英寸的55Km生产线，以中心流动来运输按“美 国石油协会”标准的燃油比重度数为9.8的原油。在中心流动的水 中加入硅酸钠盐添加剂，在长距离流动过程中监测体系的pH值， 图1显示了在长距离流动过程中水的pH值的下降，当然这也表示 了盐浓度的下降，因此，也表示了在防止油粘附过程中，盐添加剂 有效性的降低。这种盐浓度的降低是由于在管中盐与粗油发生反应， 和/或产生盐的化学结合体。

                        实施例2

本实施例证实了用本发明的混凝土流动表面时，接触角与重和 超重油粘附性的关系。

提供二个混凝土样品。样品1的二氧化硅含量为49％(重量)， 并含有50％砂砾8/12和50％砂砾12/16(Int-4)。样品2的二氧化硅 含量为64.8％(重量)，并含有50％砂砾8/12,50％砂砾12/16(INT-4 C)。将该两个样品浸没在水中以达到最大吸水量，然后使之与按“美 国石油协会”标准的燃油比重度数为9.8的油接触，然后测量每个 样品的停滴前进水的接触角，结果总结于下述表1中。

                表1 样品      接触角    吸水量    观察结果

      (度)      ％(重量)  #1 (INT-4)    110        8.8     超过60％的油趋于

                          分散或粘附在表面上  #2 (INT-4C)   145        8.4     不到5％的油趋于分

                          散或粘附在表面上

                      实施例3

本实施例证实了用混凝土表面时，吸水量和油粘附性的关 系。

提供二个混凝土样品。样品1的二氧化硅含量为64.8％(重量)， 并含有50％砂砾8/12和50％砂砾12/16(INT-4C)。样品2的二氧化 硅含量为62.4％(重量)，并含有50％砂砾8/12和50％砂砾12/16(Int- 2C)。将该两个样品浸没在水中以达到最大吸水量，然后使之与按 “美国石油协会”标准的燃油比重度数为9.8的油接触，使用停滴 法测量两个样品的前进水的接触角，结果列于下述表2中。

                  表2 样品        接触角    吸水量    观察结果

         (度)     ％(重量)  #1 (INT-4C)     145       8.4     不到5％的油趋于分

                           散或粘附在表面上  #2 (Int-2C)     128       7.45    超过50％的油趋于

                           分散或粘附在表面上

                      实施例4

本实施例将使用本发明涂有混凝土的管的效果与常规的碳钢 管作比较。

使用直径为2英寸并含两个管段的运输环路来进行动力实验， 段#1为由碳钢制成的3.2m段，段2为涂有二氧化硅含量为 65.2％(重量)，孔隙度为19％的混凝土的3.48m段，在60°F时，使按 “美国石油协会”标准的燃油比重度数为11.6的油在水中形成中心 流动，并通过环路循环，取得压力和流动数据。图2a和2b图示了 在实验开始和结束时，由所得结果描绘摩擦系数(f)与雷诺数(Re)(基 于各种流动速率)的函数关系。由于油粘在表面上，摩擦系数为一压 力损失的度量，碳钢管的摩擦系数会发生更大的增加。

                      实施例5

本实施例证实了使用聚合物树脂涂层时，接触角和吸水量的 效果。

使用各种重量浓度的环氧树脂(Scotch Kote 206N,3M)和聚乙 烯醇(PVA)，具有各种水解百分数的聚乙烯醇如表3所列，来制备 5个样品(VS1-VS5)。将样品浸没在水中，与按“美国石油协 会”标准的燃油比重度数为9.8的油接触，测量停滴前进水的接触 角，结果也列于表3中。

                         表3 样品   PVA/环氧树脂   PVA的水解度   接触角   吸水量   观察结果

   重量％/重量％      ％          (度)   ％(重量) VS1          0            -           126      1.2     油粘附 VS2        20/80         72.5         169      29.0    无粘附 VS3        20/80         48.5         168      14.3    粘附 VS4        20/80         72.5         165      17.4    无粘附 VS5        10/90         88.0         165      -       有一些斑点

无涂层的VS1发生油粘附，VS2-VS5，特别是VS2-VS4 提供优异的防油粘附性能。

                      实施例6

本实施例进一步证实了聚合物树脂涂层在防止油粘附中的效 果。

将聚合物树脂涂层施于直径为3英寸，长为1英尺的圆柱体 筒。该涂层含80％(重量)的环氧树脂和20％(重量)水解百分数为 77.5％的PVA。将油-水重量比为80/20的按“美国石油协会”标 准的燃油比重度数为9.8的油和水的混合物置于圆柱体筒内，使用 滚筒式气缸实验设备旋转上述圆柱体24小时，在实验结束时，圆柱 体筒的涂层表面无油沉积。

本发明揭示的是一种用于运输体系，特别是用于在水中的重 和超重油体系的改进的涂层表面，该表面抑制了这种油粘附在涂层 表面上，因而提供了一种更有效的油的运输方法。而且，这种改进 能一直保持基本稳定。不会发生如常规处理，如上述常规地在油/ 水体系的水中加入盐，那样的降低效果。

本发明在不偏离其精神或主要特征下，可以其它形式体现或 以其它方式进行。因此，本发明的实例被认为是在各个方面都能说 明但不限制，本发明的范围由所附的权利要求指出，并规定在等效 目的和范围内进行的所有改变都包含于其中。