Композиция для удаления гипсосодержащих отложений с включениями сульфида и оксида железа
Владельцы патента RU 2385339:
Общество с ограниченной ответственностью "Пермский научно-исследовательский и проектный институт нефти" (ООО "ПермНИПИнефть") (RU)
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к композициям для удаления гипсосодержащих отложений с включениями сульфида и оксида железа. Композиция содержит динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, гидроксид натрия, этиленгликоль и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты 9-15; гидроксид натрия 2-6; этиленгликоль 20-40 и вода остальное. Композиция обладает повышенной растворяющей способностью в отношении неорганических отложений сложного состава с включениями в них в широком диапазоне сульфида и оксида железа. При этом одновременно происходит увеличение емкости растворения, обеспечение высокой смазывающей способности и придание свойства удерживать ионы железа в растворенном состоянии. 3 табл.
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к композициям для удаления гипсосодержащих отложений с включениями сульфида и оксида железа, может быть использовано при добыче и транспорте нефти.
Из уровня техники известны составы для удаления неорганических отложений. Так, например, известен состав для удаления отложений гипса (авт. свид. СССР №628293, Е21В 43/00, 1977 г.), содержащий динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (Трилон Б), гидроксид натрия и воду.
Однако указанный известный состав не обладает достаточной растворяющей способностью сложных неорганических отложений, включающих соединения железа, и имеет высокую температуру застывания. Кроме того, он не обладает смазочными свойствами, благодаря которым исключается возможность прихвата погружного оборудования в эксплуатационной колонне при проведения спуско-подъемных операций.
Также известен реагент для удаления отложений с поверхности радиационного оборудования (патент РФ №2097853, G21F 9/28, 1995 г.), в качестве которого используют водный раствор, содержащий спирт, выбранный из группы многоатомных спиртов, в т.ч. этиленгликоль, диэтиленгликоль, глицерин и этилендиаминтетраацетат натрия, при этом реагент дополнительно подвергают облучению. При этом обеспечивается предотвращение вторичного осадкообразования.
К недостаткам известного реагента можно отнести его узкий спектр воздействия: растворение только оксидов железа и предотвращение их повторного осаждения. При этом реагент необходимо подвергнуть дополнительно облучению, что усложняет технологию его применения.
Известен состав для удаления минеральных и органических отложений из нефтяных скважин, содержащий гидроксид натрия, полиакриламид, воду, блок-сополимер окисей этилена и пропилена на основе тетракиса-проксиламин HP-71 (авт. свид. СССР №700525, С09К 3/00, 1978 г.).
Состав достаточно эффективно растворяет простые минеральные и органические соединения, однако в присутствии в отложениях сульфида и оксида железа растворяющая способность резко снижается. А учитывая, что подавляющее большинство отложений в скважинах имеет сложный химический состав, то эффективность удаления таких отложений известным составом будет недостаточна.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности признаков является состав для удаления отложений гипса в скважине и промысловом оборудовании (а.с. СССР №912744, С09К 3/00, 1979 г.), содержащий, мас.%: динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (Трилон Б) 6,3-21,6; гидроксид натрия 0,6-8,5; спиртовую добавку - метанол - 8,3-31,0 и воду - остальное. Указанный известный состав обеспечивает удаление отложений гипса в условиях образования газовых гидратов и работает в условиях низких температур.
Однако этот известный состав не обладает достаточными растворяющими свойствами в отношении неорганических отложений сложного состава и не способен переводить в водорастворимое состояние соединения трехвалентного железа. Также этот состав характеризуется недостаточными смазывающими свойствами. Кроме того, один из компонентов состава - метанол, обладает высокой токсичностью и летуч, что ограничивает круг как его использования, так и составов, его содержащих.
Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в повышении растворяющей способности предлагаемой композиции в отношении неорганических отложений сложного состава с включениями в них в широком диапазоне сульфида и оксида железа, при одновременном увеличении емкости растворения, обеспечении высокой смазывающей способности и придании свойства удерживать ионы железа в растворенном состоянии.
Указанный технический результат достигается предлагаемой композицией для удаления гипсосодержащих отложений с включениями сульфида и оксида железа, включающей динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, гидроксид натрия, спиртовую добавку и воду, при этом новым является то, что в качестве спиртовой добавки композиция содержит этиленгликоль при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты | 9-15 |
| гидроксид натрия | 2-6 |
| этиленгликоль | 17,5-40 |
| вода | остальное |
Достижение указанного технического результата обеспечивается, по-видимому, использованием эффективных, хорошо сочетающихся друг с другом компонентов, взятых в предложенном количественном соотношении. Использование в композиции гидроксида натрия способствует созданию щелочной среды ориентировочно до рН 12-13. В этих условиях вероятно депротонирование одной из гидроксильных групп этиленгликоля с образованием аниона. Благодаря введению в композицию совместно динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты и этиленгликоля в заявленном соотношении в щелочной среде происходят реакции комплексообразования с катионами металлов, входящих в состав неорганических отложений, а также - образование адсорбционных слоев на поверхности отложений и металла. В результате этих физико-химических процессов обеспечивается увеличение емкости растворения отложений, содержащих кальций и трехвалентное железо, а также повышение смазочных свойств композиции.
Для получения заявляемой композиции были использованы следующие вещества:
- соль динатриевая этилендиамин-N,N,N,N-тетрауксусной кислоты, 2-водная - далее Трилон Б (ГОСТ 10652-73);
- гидроксид натрия (ГОСТ 4328-77);
- этиленгликоль (ГОСТ 10164-75);
- вода техническая с жесткостью не более 5 мг-экв/л.
Возможность осуществления заявляемого изобретения подтверждается следующим примером.
Пример. Для получения предлагаемой композиции в лабораторных условиях брали 60,0 мл воды, смешивали ее с 40,0 мл этиленгликоля (плотность 1155 кг/м3), вводили в полученную смесь при перемешивании 18,0 г Трилона Б и 6,84 г гидроксида натрия. В результате получили композицию следующего состава, мас.%: Трилон Б - 13,7; гидроксид натрия - 5,2; этиленгликоль - 35,3; вода - 45,8.
Композиции с другим содержанием компонентов готовили аналогичным образом.
В ходе лабораторных испытаний определяли следующие свойства предлагаемой композиции:
- растворяющую способность по отношению к неорганическим отложениям сложного состава, включающим как минимум гипс и соединения железа;
- емкость растворения;
- температуру застывания;
- эффективность смазывающего действия.
Растворяющая способность композиции оценивалась следующим способом: к 2,00 г порошкообразного гипса (CaSO4) или твердых отложений из подземного оборудования скважин приливалась аликвота состава объемом 20 мл с дальнейшим выдерживанием в статических условиях при 23°С в течение 24 ч. Степень растворения рассчитывалась как 100% × [2,00 - mост(г)]/2,00, где mост - масса высушенного не растворившегося остатка в граммах.
Также определялась емкость композиции по отношению к твердым отложениям из подземного оборудования скважин. Для этого в корзинку из металлической сетки с площадью ячейки 2-4 мм2 помещали 2,00 г отложений. Затем корзинку опускали в мерный цилиндр на 100 мл, в который заливали 20 мл композиции и оставляли на 12 ч при 23°С, после чего корзинку доставали из цилиндра и осматривали. Если осмотр показывал наличие не растворившегося остатка, корзинка снова на 12 ч помещалась в цилиндр, в который добавлялось 2 мл состава. Эксперимент продолжался до полного растворения отложений. Емкость состава определяли как объем состава, необходимый для полного растворения 1 кг отложений: V (мл)/2,00/1000 л/м3, где V - объем полного растворения.
Эффективность смазывающего действия композиции определяли на машине трения (OFI EP/LUBRICITY TESTER фирмы OFI) путем расчета коэффициента трения Ктр при взаимодействии металлической пары «вращающееся кольцо - неподвижная призма» в среде исследуемой композиции при стандартных условиях:
где
Данные о составе неорганических отложений, используемых при проведении опытов, приведены в таблице 1.
Данные о компонентном содержании предлагаемой композиции и известного состава приведены в таблице 2.
Данные о свойствах композиции по сравнению со свойствами известных составов приведены в таблице 3.
Анализ результатов, приведенных в таблицах 2, 3, показал, что предлагаемая композиция характеризуется следующими преимуществами перед аналогами:
- повышенной в 8-9 раз растворяющей способностью по отношению к сульфату кальция (гипсу);
- повышенной на 10-45% емкостью растворения отложений сложного состава с включениями гипса и соединений железа;
- повышенной на 7-31% растворяющей способностью по отношению к неорганическим отложениям сложного состава, в т.ч. с включениями сульфида и оксида железа;
- улучшенными в 1,4-2,4 раза смазывающими свойствами.
Благодаря указанным свойствам заявляемая композиция позволяет эффективно удалять различные неорганические отложения, включающие в себя сульфат кальция (гипс), продукты кислородной и сероводородной коррозии железа, а повышение смазывающего действия дает возможность для широкого применения композиции с целью устранения прихватов подземного оборудования в условиях образования неорганических отложений в скважине.
| Таблица 1 | ||||
| Данные о составе неорганических отложений, используемых при проведении опытов (мас.%) | ||||
| №№ | Гипс (CaSO4) | Кальцит (СаСО3) | Продукты кислородной и сероводородной коррозии железа, входящие в состав отложений | |
| Fe2O3 | FeS | |||
| 1 | 100 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | 0 | 55-60 | 40-45 | 0 |
| 3 | 1-2 | 0 | 85-90 | 10-15 |
| Таблица 2 | ||||
| Данные о компонентном содержании предлагаемой композиции и известного состава | ||||
| №№ | Компоненты композиции, мас.% | |||
| Трилон Б | Гидроксид натрия | Этиленгликоль | Вода | |
| Для предлагаемой композиции | ||||
| 1 | 9,0 | 3,0 | 40,0 | 48,0 |
| 2 | 14,2 | 5,4 | 17,5 | 62,9 |
| 3 | 14,0 | 5,3 | 26,1 | 54,6 |
| 4 | 13,9 | 5,3 | 34,5 | 46,3 |
| Для известного состава по авт. свид. №912744 (прототип) | ||||
| №№ | Трилон Б | Гидроксид натрия | Метанол | Вода |
| 5 | 15,4 | 5,9 | 27,4 | 51,3 |
| Таблица 3 | |||||
| Свойства предлагаемой композиции по сравнению с известными составами | |||||
| №№ опыта из табл.2 | Свойства композиции | ||||
| Степень растворения, % (Емкость, м3/кг) в отношении отложений из табл.1 | Коэффициент трения | Температура застывания, °С | |||
| ос. №1 | ос. №2 | ос. №3 | |||
| 1 | 34 | 30 (0,062) | 11 (0,080) | 0,14 | -44 |
| 2 | 57 | 38 (0,045) | 16 (0,060) | 0,17 | -43 |
| 3 | 59 | 34 (0,050) | 15 (0,065) | 0,24 | -29 |
| 4 | 61 | 31 (0,060) | 13 (0,070) | 0,30 | -19 |
| 5 | 6,7 | 29 (0,065) | 10 (0,085) | 0,41 | -44 |
Композиция для удаления гипсосодержащих отложений с включениями сульфида и оксида железа, включающая динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, гидроксид натрия, спиртовую добавку и воду, отличающаяся тем, что в качестве спиртовой добавки композиция содержит этиленгликоль при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты | 9-15 |
| гидроксид натрия | 2-6 |
| этиленгликоль | 17,5-40 |
| вода | остальное |
