Состав очистного гелеобразного поршня для очистки трубопроводов и способ его формирования

Состав очистного гелеобразного поршня для очистки трубопроводов и способ его формирования

Реферат

Изобретение относится к составу очистных гелеобразных поршней (ОПТ), предназначенных для очистки трубопроводов переменного сечения и любого профиля, а также к способу формирования ОПТ в трубопроводах.

Изобретение может быть использовано для очистки нефтепроводов, нефтепродуктопроводов, газопроводов, водопроводов и коллекторов сточных вод от механических отложений и скоплений различной природы.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известно, что для очистки внутренней полости трубопроводов используют гелеобразные поршни, которые формируют в специальных камерах, затем запускают в трубопровод и проталкивают вдоль очищаемого трубопровода за счет перепада давлений. Одной из задач, которую необходимо при этом решить, является создание состава, позволяющего сформировать гелеобразный поршень с высокими прочностными и вязкоупругими свойствами с возможностью его последующей самоутилизации.

Другой задачей является формирование самого ОГП из исходных компонентов.

Известны композиции для получения разделителей (см. авт.св. СССР №3488156, кл. А 17 D 1/14, 1972; авт.св. СССР №602742, кл. F 17 d 1/14, 1978) на основе полиизобутиленовых каучуков или нафтенатов алюминия и пиридина.

Недостаток этих композиций состоит в том, что они содержат малораспространенные, плохо утилизируемые и, кроме того, токсичные вещества.

Известны также композиции для получения скребков разделителей (см. патент США №3209771, кл.137-1, опубл. 1965; авт.св. СССР №534070, кл. А 17 В 3/08, 1978) на основе водорастворимых полимеров путем взаимодействия полимера с реагентами. В результате реакции образуется гель с очень высокой вязкостью. Водорастворимые полимеры берут в виде слабо концентрированных растворов, где основным компонентом транспортируемой массы к местам запуска является вода.

Недостаток этих технических решений состоит в необходимости проведения реакций с реагентами, что усложняет технологию получения скребков разделителей.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является вязкоупругий состав многоцелевого назначения (см. авт.св. СССР №1694859, кл. Е 21 В 33/138, 33/13, Б.И. №44, 1991), включающий полиакриламид, бихроматы щелочных металлов, восстановитель, воду и формалин при следующих соотношениях компонентов, мас.ч.:

Полиакриламид	1
Бихроматы щелочных металлов	0,125-4,00
Восстановитель	0,25-8,00
Формалин	0,05-3,50
Вода	499-3332

Недостатком этого состава является то, что бихроматы щелочных металлов способствуют процессу коррозии, а технология изготовления композиции такова, что необходимо использовать камеры приема-запуска скребков и вручную запасовывать композицию.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью данного изобретения является предложение состава для формирования ОГП с наименьшими затратами времени и труда, улучшающего очистные свойств ОГП, позволяющего сократить длину ОГП, повысить его прочностные и вязкоупругие свойства с обеспечением возможности его самоутилизации, а также предложение простого и дешевого способа формирования ОГП в трубопроводе.

Поставленная цель достигается за счет того, что в качестве водорастворимого полимера используют флокулянт на основе полиакриламида, а в качестве сшивающего агента - смесь водного раствора формальдегида, например 20-28% раствор, и подкисленной воды, при следующем соотношении этих компонентов, мас.%:

Полиакриламид	5-15
Водный раствор формальдегида	5-15
Подкисленная вода с рН от 1,0 до 2,5	Остальное

Жидкие компоненты ОГП представляют собой готовые к применению, легко перекачиваемые насосами жидкости, которые при смешении с флокулянтом образуют вязкоупругий-вязкопластичный гель, который закачивают либо в камеру приема-запуска скребков, либо непосредственно в трубопровод и который после полимеризации полностью заполняет внутреннюю полость при переходе от одной формы проходного сечения к другой, не разрушается на поворотах, фитингах, задвижках, вмятинах, гофрах и пр. дефектах линейной части трубопроводов.

В качестве водорастворимого полимера используют известный флокулянт, изготавливаемый по ТУ 2216-001-40910172-98, DINEN ISO 9001, известный в нефтяной практике как полиакриламид и применяемый в нефтедобывающей промышленности для повышения нефтеотдачи и в качестве флокулянта для очистки сточных вод.

Воду, подкисленную до рН от 1,0 до 2,5, изготавливают путем смешивания водопроводной воды с любой из неорганических кислот.

В качестве сшивающего агента используют водный раствор формальдегида, например 20-28% раствор, широко используемый в медицине, деревообрабатывающей промышленности, химико-технологических процессах.

Формальдегид являясь сшивающим агентом, взаимодействует с функциональными группами полиакриламида и вызывает образование сшивок между полимерными макроцепями с образованием пространственной сетчатой структуры, что приводит к появлению у водного геля полиакриламида упругих свойств. Реакция взаимодействия полиакриламида с формальдегидом протекает в несколько стадий: метилирование полиакриламида формальдегидом до метилольных производных с их последующей сшивкой. В нейтральной среде данные реакции практически не идут (скорость реакций очень мала). Для увеличения скорости реакций необходимо изменение рН среды. Практически сшивание водного геля полиакриламида формальдегидом может быть осуществлено как в кислой, так и в щелочной среде. Однако в щелочной среде реакции формальдегида с полиакриламидом требуют повышенных температур (˜45-50°С), в то время как в кислой среде (рН 1-2,5) вполне приемлемые скорости реакций достигаются уже при комнатной температуре (температуре окружающей среды). Таким образом, третий компонент композиции - кислота - необходим для создания и поддержания кислой среды с необходимым значением рН.

Способ формирования очистного гелеобразного поршня заключается в том, что в емкость с пресной водой добавляют любую неорганическую кислоту при непрерывном их перемешивании до создания раствора с рН от 1,0 до 2,5, затем в полученную смесь добавляют водный раствор формальдегида, например 20-28% раствор, в количестве 5-15 мас.% конечного состава и тщательно перемешивают, затем при непрерывном перемешивании миксером засыпают полиакриламид в количестве 5-15 мас.% конечного состава, полученную смесь закачивают через штуцер непосредственно в трубопровод, где в зависимости от температуры окружающей среды происходит сшивка.

Применение указанных компонентов, имеющих перед изготовлением ОГП жидкую консистенцию, упрощает технологию изготовления ОГП в полевых условиях - жидкий полуфабрикат просто закачивают в любое место трубопровода и сшивают до вязкоупругого-вязкопластичного состояния непосредственно внутри трубопровода. Таким образом, создание ОГП осуществляют с наименьшими затратами времени, затратами ручного труда и, соответственно, с минимальными финансовыми затратами.

Также оказывается решен вопрос утилизации ОГП в результате его саморазрушения в подтоварном слое воды в приемном резервуаре, а при необходимости и в самом трубопроводе.

ПРИМЕР КОНКРЕТНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ

В качестве возможного варианта состав ОГП может быть приготовлен в следующей последовательности.

В емкость с пресной водой при непрерывном перемешивании добавляют любую неорганическую кислоту до создания раствора с рН, примерно равным 2. Кислотность контролируют лакмусовой бумагой. После этого в подкисленную воду добавляют 25% водный раствор формальдегида в количестве 9 мас.% конечного состава, раствор тщательно перемешивают. После этого в полученную смесь формалина при непрерывном перемешивании миксером засыпают высокомолекулярный полимер, например полиакриламид, в количестве 9 мас.% конечного состава.

Полученную смесь закачивают шестеренчатым насосом через штуцер либо непосредственно в трубопровод, либо в камеру приема-запуска скребков (при ее наличии). Далее, как показано в табл.1, в зависимости от температуры окружающей среды, т.е. от температуры воздуха, при закачке в камеру приема-запуска, или от температуры перекачиваемого продукта, при закачке непосредственно в трубопровод, происходит сшивка смеси в трубопроводе, после чего образовавшийся ОГП вытесняют перекачиваемым продуктом, в процессе чего и происходит очистка внутренней полости трубопровода от механических и углеводных отложений, скоплений воды и газа.

Длину ОПТ выбирают из расчета 1 м длины на 10 км очищаемого трубопровода.

Экспериментальные исследования проводили на промышленных нефтепродуктопроводах и газопроводах диаметром от 700 мм до 50 мм. По мере движения ОГП изменение диаметра трубопроводов достигало 50%. Во всех проведенных экспериментах наблюдался приход ОГП в пункт назначения (резервуарный парк, расположенный в конце очищаемого перегона, или камера приема скребков) с вытеснением твердых отложений и водяных скоплений (до 100 тонн), что явилось подтверждением высоких прочностных и вязкоупругих характеристик ОГП. Во всех проведенных экспериментах после проведенной с помощью вышеуказанного ОГП очистки трубопроводов наблюдалось уменьшение энергозатрат на перекачку вследствие уменьшения гидравлического сопротивления очищенного трубопровода.

Данные о процентном содержании компонентов и результатах испытаний ОГП сведены в табл.2.

Таблица 1Условия формирования ОГП в полости трубопровода
Температура окружающей среды, °С	0...5	5...10	10...15	15 и выше
Продолжительность формирования ОГП, ч	24	16	8	6

Таблица 2Процентное содержание компонентов (результаты испытаний)
Состав	Содержание компонентов, мас.%	Протяженность трубопровода, км	Диаметр, мм	Снижение энергозатрат после очистки, %	Масса вытесненных отложений, тонн	Характеристика ОГП
Полиакриламид	Водный раствор формальдегида	Подкисленная вода с рН около 2
1	5	5	90	87	327	2	6,7	Не разрушился
2	10	10	80	102	500	3,7	32,0	Не разрушился
3	9	9	82	174	500	4,7	89,0	Не разрушился

1. Состав очистного гелеобразного поршня для очистки трубопроводов, содержащий полиакриламид и водный раствор формальдегида, отличающийся тем, что содержит воду подкисленную до рН от 1,0 до 2,5 за счет добавления неорганической кислоты при следующих соотношениях вышеперечисленных компонентов в составе, мас.%:

Полиакриламид	5-15
Водный раствор формальдегида	5-15
Подкисленная вода с рН от 1 до 2,5	Остальное

2. Способ формирования очистного гелеобразного поршня, заключающийся в том, что любую неорганическую кислоту добавляют в емкость с пресной водой при непрерывном их перемешивании до создания раствора с рН от 1,0 до 2,5, затем в полученную смесь добавляют водный раствор формальдегида в количестве 5-15 мас.% конечного состава и тщательно перемешивают, затем при непрерывном перемешивании миксером засыпают полиакриламид в количестве 5-15 мас.%. конечного состава, полученную смесь закачивают через штуцер непосредственно в трубопровод, где происходит сшивка.