CC BY
24
12 ИНГИБИТОРЫ
2/Н (14) апрель 2011 г. ЭКСПОЗИЦИЯ НЕФТЬ ГАЗ
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АНТИГИДРАТНЫХ ИНГИБИТОРОВ
THE ANTIHYDRATE INHIBITORS EFFICIENCY RESEARCH УДК 622.323
Ю.А. БЕЛЯЕВ ст. н.с. «Научного центра нелинейной волновой механики и Москва
технологии РАН», канд. техн. наук belyaev-y@yandex.ru
YU. A. BELYAEV SR «Scientific Center of Nonlinear Wave Mechanics Moscow
and Technology» RAS, Ph.D.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: Антигидратные ингибиторы, аммиак, уксусная кислота, температурная депрессия, температура начала гидратообразования
KEYWORDS: Antihydrate inhibitors, ammonia, Acetic acid, temperature depression, hydrate formation
Изучен ряд высокоэффективных антигидратных ингибиторов на основе аммиака. Показано, что добавление уксусной кислоты в систему ведёт к еще большей температурной депрессии.
Researched a number of highly effective ammonia-based antihydrate ingibitors. It is shown that the addition of acetic acid in the system leads to even greater temperature depression.
Основной характеристикой любого ан-тигидратного ингибитора служит величина снижения температуры начала фазового перехода по сравнению с температурой начала гидратообразования в системе газ-вода.
Технологически предпочтительны ингибиторы с высокой упругостью паров, что позволяет защищать гидратоопасный интервал большей протяженности. Наиболее эффективным антигидратным ингибитором (АИ) является аммиак. Поэтому в
лабораторных условиях были экспериментально изучены антигидратные характеристики водных растворов аммиака и других композиций различной концентрации. Исследование процесса образования па-рафиногидратов и ингибиторов гидратоо-бразования и коррозии изучали на лабораторной установке высокого давления, представленной на рис. 1. Основой установки является термостатированная камера исследования гидратов высокого давления (до 200 ати) с мешалкой. В камеру через мани-
фольд В10 - В12 и В6 из ёмкости нагнетали исследуемую жидкость, после чего из контейнера или от скважины через манифольд В5 заполняли камеру исследуемым газом. Кроме того, через манифольд Б6 предусмотрена с помощью ручного пресса подача в камеру фиксированного количества дополнительных исследуемых жидких реагентов. Момент образования гидратов, динамику их образования и структуру можно было воочию наблюдать через полированное толстостенное оптическое стекло. ►
Рис. 1 Технологическая схема исследования процессов гидратообразования. Назначение оборудования: Манифольды В10, В12 и В6 служат для заполнения установки исследуемой жидкостью. Манифольд В5 - для заполнения установки исследуемым газом, а также для контроля давления, ручной пресс служит для подачи в камеру дополнительных исследуемых жидкостей. Температура поддерживалась с помощью холодильного агрегата. Поджимка служит для поддержания заданного давления.
ЭКСПОЗИЦИЯ НЕФТЬ ГАЗ 2/Н (14) апрель 2011 г.
ИНГИБИТОРЫ 13
Система вода-метан + NH3,% мас 0 Давление, ати
50 55 60 65 70 80 90
5,8 РаЕ 6,7 новесная темпе 7,5 ратура начала ги 8,3 дратообразовани 8,9 я, 0С 10,2 11,3
3 3,4 4,2 5,0 5,6 6,3 7,5 8,3
5 1,8 2,6 3,2 3,8 4,4 5,4 6,3
7 9 0,6 -0,8 1,3 -0,4 1,7 -0,1 2,3 0,3 2,6 0,7 3,6 1,4 4,1 1,9
Таб. 1 Равновесная температура начала гидратообразовани системы вода-метан и вода - метан - аммиак.
Ингибиторная система Конц. ингибитора, % масс. Плотность, кг/м3 Вид уравнения
Метан-вода - - 1 = 21,60 1дР - 30,9125
Метан-вода-аммиак 3 0,981 1 = 19,9827 1дР - 30,5616
- // - 5 0,978 1 = 17,1236 1д Р - 27,2058
- // - 7 0,969 1 = 14,9664 1д Р - 24,7685
- // - 9 0,960 1 = 11,2864 1д - 20,1185
Таб. 2 Характеристика ингибиторного состава и уравнения теоретического расчёта равновесной температуры начала гидратообразования системы вода - метан и вода - метан - аммиак
Добавка ингибиторной композиции, % мас Давление, ати
60 70 80 90
РаЕ новесная т емпература , оС
2,5 3,5 5,0 2,4 1,4 3,7 2,5 4,8 3,3 5,6 4,0
№ п/п Концентрация АИ % мас Вид уравнения
1 2,5 1 = 17,1518 1д Р - 26,1865
2 3,5 1 = 16,2735 1д Р - 26,1713
3 5,0 1 = 14,2754 1д Р - 23,7820
Таб. 3 Изменение равновесной ТНГО в системе С1-МН30Н-СН3С00Н-Н20 в зависимости от давления.
Таб. 4 Уравнения для теоретического расчёта кривых начала гидратообразования для системы С1-МН40Н-СН3С00Н-Н20.
В таблице 1 представлены экспериментальные данные равновесной температуры начала гидратообразования системы: метан - вода и вода - метан - аммиак с содержанием последнего 3, 5, 7 и 9% масс. Из анализа табличных данных видно, что добавление в антигидратную систему (АГС) аммиака равновесная температура начала гидратообразования (ТНГО) значительно понижается. Наибольшее её снижение наблюдается при концентрации выше 5% масс. При концентрации аммиака 9% масс. ТНГО понижается в 6 и более раз.
Автором выведены уравнения для теоретического расчёта кривых равновесной температуры начала гидратообразо-вания, представленные в таблице 2.
Коэффициент аппроксимации (сходимости точек с экспериментом) составляет 99%. Водный раствор аммиака более чем в два раза эффективнее водного раствора метанола и хлористого кальция, но при наличии в пластовой продукции углекислоты она (углекислота) реагирует с аммиаком и в результате образуется трудно растворимый осадок карбонат аммония. Во избежание осложнения был создан и изучен состав в виде смеси аммиака с уксусной кислотой, добавляемой в сте-хиометрическом количестве. Результаты представлены в таблице 3.
Как видно из таблицы, предложенная система обладает ещё более сильными ан-тигидратными свойствами. Так, например,
при добавки её 5% масс, температура начала гидратообразования для системы аммиак - уксусная кислота на 3,6 °С ниже, чем для ИС метан - аммиак. Исходя из приведённых данных видно, что равновесная ТНГО понижается с увеличением количества и состава. Выведенные автором уравнения для теоретического расчёта кривых начала гидратообразования для системы метан-раствор аммиака-уксусная кислота-вода представлены в таблице 4.
Расчёт удельного необходимого количества ингибитора гидратообразования на основе аммиака при промышленном его применении вычисляется по формуле
■(225.81 Р^'Ч*-"7)
Y - расход водоаммиачного раствора , кг на 1 т. добытой нефти. W - обводнённость нефти, кг/т нефти. С1 - весовая концентрация свежего р-ра, % С2 - весовая концентрация отработанного р-ра, %.
Р и Т - давление и температура на устье скважины соответственно. G - газовый фактор, тысяч куб. м/т.
С учётом уксусной кислоты, - к расчётному расходу водоаммиачого раствора прибавляется стехиометрическое количество СН3СООН, тогда общий расход антигидратной
композиции составит: Q, = Y + стехиоме-
трическое количество СН3СООН.
Выводы.
1. Изучен ряд высокоэффективных анти-гидратных ингибиторных составов на основе аммиака и уксусной кислоты;
2. Экспериментально показано, что введение в состав антиингибиторной композиции аммиака зачительно понижает равновесную температуру начала гидратообразовния, но является не надёжным, если в продукции скважины присутствует диоксид углерода.
3. Экспериментально показано, что добавление в АГ композицию уксусной кислоты в стехиометричеком количестве по отношению к аммиаку, ведёт ещё к большему понижению равновесной температуры начала гидратообразования.
4. Представлена формула расчёта необходимого количества антигидратной композиции на основе аммиака при промышленном её использовании. ■
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ
ЛИТЕРАТУРА:
1. В.А. Хорошилов, Х.И. Ибрагимова, Н.Я. Зайцев, А.Г. Бурмистров «Гидратоо-бразование в системе конденсат-вода (Оренбуржское месторождение)», Журнал «Газовая промышленность», № 4, 1972 г. с. 11-13.
2. Ю.Ф.Макагон «Гидраты природных газов», М. Издательство «Недра», с. 33, (208с.)
