Ингибитор гидратообразования кинетического действия

Ингибитор гидратообразования кинетического действия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для обработки скважин и трубопроводов с целью предотвращения образования гидратов в них.

Известно, что для предотвращения гидратообразования в скважинах и трубопроводах используют чистый метанол (см. ВРД 39-1.13-051-2001. Инструкция по нормированию расхода и расчету выбросов метанола для объектов ОАО «Газпром»).

Однако такая обработка требует больших объемов являющегося ядом метанола, особенно для сильнообводненных скважин.

Наиболее близким к заявленному ингибитору и принятым за прототип является состав для ингибирования образования и роста газовых гидратов, содержащий, по меньшей мере, один кинетический ингибитор гидратообразований малой концентрации и, по меньшей мере, один термодинамический ингибитор гидратообразований. Кинетический ингибитор гидратообразований включает аминированные полиалкилены гликоли, представленные формулой R₁R₂N [(A)a-(B)b-(A)c-(CH₂)d-CH(R)-NR₁]nR₂ (I), в которой:

- каждый А независимо отобран из -СН₂СН(СН₃)O- или -СН(СН₃)СН₂О-;

- В есть -CH₂CH₂O-;

- а+b+с от 1 до приблизительно 100;

- R есть -Н или -СН₃;

- каждый R₁ и R₂ независимо отобраны из группы, состоящей из -Н, -СН₃, -H₂CH₂OH и -СН(СН₃)CH₂O;

- d от 1 до приблизительно 6;

- n от 1 до приблизительно 4 (см. патент СА №2506925, МПК Е21В 43/12, Е21В 43/22, опубл. 05.10.2006).

Недостатками этого состава являются сложность его синтеза, неустойчивость кинетических параметров для разных партий, что требует дополнительных лабораторных исследований, относительно малая максимальная температура переохлаждения и высокая необходимая концентрация. В качестве термодинамического ингибитора используется ядовитый метанол.

Задачей изобретения является создание ингибитора гидратообразования кинетического действия (далее - ИГКД), обладающего повышенной ингибирующей способностью в отношении гидратообразований при его небольшом расходе.

Поставленная задача в ИГКД, включающем низкомолекулярный полимер и растворитель, решается тем, что он дополнительно содержит гидролизованный полиакриламид (ПАА), в качестве низкомолекулярного полимера используют смесь поливинилпирролидона (ПВП) и поливинилкапролактама (ПВКап) разных марок с молекулярной массой 6000-8000 г/моль при их молярном соотношении 1:(1±0,1), в качестве растворителя используют этанолсодержащий раствор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- смесь ПВП и ПВКап разных марок с молекулярной массой 6000-8000 г/моль при их молярном соотношении 1:(1±0,1)	- 10-20;
- гидролизованный ПАА	- 0,1-1,0;
- этанолсодержащий раствор	- остальное

С целью реализации назначения заявленного ингибитора в качестве этанолсодержащего раствора используют головную фракцию колонны ректификации этанола (эфироальдегидная фракция).

Смесь ПВП и ПВКап разных марок с молекулярной массой 6000-8000 г/моль при их молярном соотношении 1:(1±0,1) обеспечивает увеличение индукционного периода гидратообразования до необходимого времени, составляющего 10-15 мин.

Гидролизованный ПАА обеспечивает увеличение температуры переохлаждения до величины 10-12°С, поскольку является полиэлектролитом, то есть полимером, в состав молекул которого входят группы, способные к ионизации в растворе. Полиэлектролиты применяются в технике в качестве коагулянтов для очистки сточных вод, в качестве диспергаторов для снижения вязкости высококонцентрированных дисперсных систем на водной основе (суспензии и пасты в производстве керамики). Эффективность полиэлектролитов в этих приложениях объясняется адсорбцией полиионов на поверхность частиц с формированием двойного электрического слоя, эффективно снижающего трение между частицами (см., например, А.Р.Хохлов. Восприимчивые гели. - Соросовский образовательный журнал, 1998, №11, с.138-142).

Этанолсодержащий раствор обеспечивает стабильность работы ингибитора при низких температурах окружающей среды и его доставку в точку образования гидратов.

Эффективность ИГКД оценивали по времени индукционного периода повышения давления на лабораторной установке образования гидрата пропана. Данные этой оценки сведены в таблицу и подтверждаются фиг.1 и 2.

Таблица
Результаты лабораторных исследований заявляемого состава и прототипа по ингибирующей способности
Раствор	Концентрация в воде, %	Максимальное переохлаждение, °С	Среднее время индукционного периода, мин
1	0,05	10	10-15
2	0,1	10,5	10-15
3	0,2	11	15-17
4	0,5	7,5	10-12
5	0,5	6	10-15
Прототип	1	6	5-15
Аналог	15	10*	Не замерзает
* Понижение температуры замерзания

Зависимость температуры образования гидратов при различных содержаниях гидролизованного ПАА (полиэлектролита) приведена на фиг.1. Как видно из графика на фиг.1, уже при концентрации 0,1% полиэлектролит снижает температуру гидратообразования на 10°С. При этом его концентрацию выше 1% создавать не следует из-за отсутствия значимого изменения температуры.

На фиг.2 показана зависимость индукционного периода от концентрации раствора. Как видно из указанной зависимости, ингибитор эффективен при концентрациях от 0,01 до 5% по воде.

ИГКД готовят путем простого смешивания расчетных количеств компонентов в отдельной емкости. Сначала смешивают растворы ПВП и ПВКап с молекулярной массой 6000-8000 г/моль при их молярном соотношении 1:(1±0,1), далее добавляют гидролизованный ПАА и доводят этанолсодержащим раствором до необходимой массы. Все тщательно перемешивают в течение 15 мин.

Пример 1. К 10 мас.% этанолсодержащего раствора добавляют 10 мас.% N-винил-2-пирролидона, 9,9 мас.% N-винил-2-капролактама (М.м.=6000), 1 мас.% гидролизованного ПАА (М.м.=6000), доводят этанолсодержащим раствором до 100 мас.%. Все тщательно перемешивают в течение 15 мин.

Пример 2. К 5 мас.% этанолсодержащего раствора добавляют 5 мас.% N-винил-2-пирролидона (М.м.=8000), 5,05 мас.% N-винил-2-капролактама (М.м.=8000), 0,1 мас.% гидролизованного ПАА, доводят этанолсодержащим раствором до 100 мас.%. Все тщательно перемешивают в течение 15 мин.

Пример 3. К 8 мас.% этанолсодержащего раствора добавляют 7 мас.% N-винил-2-пирролидона (М.м.=6000), 7 мас.% N-винил-2-капролактама (М.м.=6000), 0,5 мас.% гидролизованного ПАА, доводят этанолсодержащим раствором до 100 мас.%. Все тщательно перемешивают в течение 15 мин.

Пример 4. К 8 мас.% этанолсодержащего раствора добавляют 7 мас.% N-винил-2-пирролидона (М.м.=2000), 7 мас.% N-винил-2-капролактама (М.м.=2000), 0,5 мас.% гидролизованного ПАА доводят этанолсодержащим раствором до 100 мас.%. Все тщательно перемешивают в течение 15 мин.

Пример 5. К 8 мас.% этанолсодержащего раствора добавляют 7 мас.% N-винил-2-пирролидона (М.м.=10000), 7 мас.% N-винил-2-капролактама (М.м.=10000), 0,5 мас.% гидролизованного ПАА, доводят этанолсодержащим раствором до 100 мас.%. Все тщательно перемешивают в течение 15 мин.

Результаты лабораторных исследований показали, что заявленный ИГКД по сравнению с прототипом обладает лучшей ингибирующей способностью и эффективно работает при более низких содержаниях.

Ингибитор гидратообразования кинетического действия, включающий низкомолекулярный полимер и растворитель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гидролизованный полиакриламид - ПАА, в качестве низкомолекулярного полимера используют смесь поливинилпирролидона - ПВП и поливинилкапролактама - ПВКап разных марок с молекулярной массой 6000-8000 г/моль при их молярном соотношении 1:(1±0,1), в качестве растворителя используют этанолсодержащий раствор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

смесь ПВП и ПВКап разных марок с
молекулярной массой 6000-8000 г/моль
при их молярном соотношении 1:(1±0,1)	10-20
гидролизованный ПАА	0,1-1,0
этанолсодержащий раствор	остальное