Многофункциональный продукт, способный удалять примеси сероводорода и ингибировать гидратообразование
Изобретение относится к химическим добавкам, применимым в качестве ингибиторов и поглотителей. В данном изобретении раскрыты удаляющие примеси и ингибирующие гидрат многофункциональные композиции, используемые в областях применения, относящихся к добыче, транспортировке, хранению и разделению сырой нефти и природного газа. Способ удаления примеси сероводорода и предотвращения образования гидратов в среде включает добавление многофункциональной композиции к среде. Многофункциональная композиция содержит поглотитель, ингибитор гидратообразования и, необязательно, кислоту. Изобретение обеспечивает эффективную очистку углеводородной продукции от сероводорода при одновременном предотвращении гидратообразования, уменьшении коррозии технологического оборудования, повышении экологической безопасности и снижении энергозатрат. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 2 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное раскрытие относится в целом к химическим добавкам, применимым в качестве ингибиторов и поглотителей. Более конкретно, данное раскрытие относится к смесям ингибиторов гидратообразования и поглотителей серосодержащих соединений, например, сероводорода и/или меркаптанов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Удаление серосодержащих соединений из жидких или газообразных углеводородных потоков является проблемой, которая долгое время требует решения во многих отраслях. Сероводород представляет собой огромную проблему в нефтяной промышленности, в частности, при бурении, добыче, транспортировке, хранении и переработке сырой нефти, а также сточных вод, сопряженных с сырой нефтью. Такие же проблемы существуют в газовой промышленности.
Присутствие серосодержащих соединений, например, сероводорода, может привести к отложению серосодержащих солей, что может вызвать закупоривание и коррозию перекачивающих труб, клапанов, регуляторов и другого технологического оборудования. Даже сжигаемый природный газ необходимо обрабатывать, чтобы избежать образования кислотных дождей из-за образования SOx. Кроме того, в производственной газовой промышленности или в коксохимической промышленности выбросы угольного газа, содержащие неприемлемые уровни сероводорода, обычно производятся от сухой перегонки битуминозного угля.
Поскольку сероводород имеет неприятный запах, а природный газ, содержащий его, называется «кислым» газом, способы обработки для снижения уровня сероводорода называются «подслащивающими» процессами. Когда конкретное соединение используется для удаления или снижения уровня H2S, его обычно называют поглотителем.
Кроме того, газовые гидраты могут легко образовываться в процессе транспортировки нефти и газа по трубопроводам при наличии соответствующих условий. Для образования газовых гидратов обычно необходимы: содержание воды, низкая температура и повышенное давление. Образование газовых гидратов часто приводит к потерям при добыче нефти, повреждению трубопровода и угрозе безопасности выездных работников. Современные нефтегазовые технологии, как правило, работают в суровых условиях в процессе извлечения и добычи нефти, таких как: высокая скорости откачки, высокое давление в трубопроводах, протяженная длина трубопроводов и низкая температура нефти и газа, протекающих по трубопроводам. Эти условия особенно благоприятны для образования газовых гидратов, которые могут быть особенно опасны при нефтедобыче на шельфе или в местах с холодным климатом.
Газовые гидраты представляют собой льдоподобные твердые частицы, образованные из небольших неполярных молекул и воды при пониженных температурах и при повышенных давлениях. В этих условиях молекулы воды могут образовывать каркасоподобные структуры вокруг этих небольших неполярных молекул (как правило, это растворенные газы, например, диоксид углерода, сероводород, метан, этан, пропан, бутан и изобутан), создавая взаимодействие типа матрица-примесь, также известное как клатрат или клатратный гидрат. Конкретное строение этой структуры клетки может быть одним из нескольких типов (называемых тип 1, тип 2, тип H), в зависимости от характерных признаков примесных молекул. Однако после образования, эти кристаллические каркасные структуры имеют тенденцию к осаждению из раствора и накапливанию до больших твердых масс, которые могут перемещаться по трубопроводам транспортировки нефти и газа и потенциально закупоривать или повреждать трубопроводы и/или соответствующее оборудование. Повреждение, вызванное закупориванием, может быть очень дорогостоящим с точки зрения ремонта оборудования, а также потерь при добыче, и, наконец, с точки зрения итогового воздействия на окружающую среду.
В промышленности используется множество способов для предотвращения этих препятствующих закупориваний, например, термодинамические ингибиторы гидратообразования (ТИГ), антиагломерантные ингибиторы гидратообразования (АА), и кинетические ингибиторы гидратообразования (КИГ). Количество химикатов, необходимых для предотвращения закупориваний, широко варьируется в зависимости от типа применяемого ингибитора. Термодинамические ингибиторы гидратообразования являются веществами, которые могут снизить температуру, при которой образуются гидраты при заданном давлении и содержании воды, и, как правило, используются в очень высоких концентрациях (периодически прибавляются до 50% в расчете на содержание воды - часто используется гликоль в количествах, достигающих 100% от массы произведенной воды). Поэтому имеются значительные издержки, связанные с транспортировкой и хранением больших количеств этих растворителей. Более рентабельной альтернативой является использование слабодозированных ингибиторов гидратообразования (LDHI), поскольку, как правило, их требуется менее 2% при добавлении для ингибирования зарождения или роста газовых гидратов. Существует два основных вида LDHI: кинетические ингибиторы гидратообразования и антиагломеранты, из которых и те, и другие, как правило, используются в гораздо более низких концентрациях. КИГ (кинетические ингибиторы гидратообразования) работают посредством замедления роста кристаллов газового гидрата. Они также действуют как антиинициаторы кристаллизации. В противоположность этому, антиагломеранты позволяют образовывать гидраты, но они предотвращают их агломерацию и последующее накапливание в больших массах, способных привести к пробкам. Функция антиагломеранта состоит в том, чтобы сохранять частицы гидрата, диспергированные в виде жидкой суспензии, в углеводородной фазе.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном аспекте, данное раскрытие относится к способу удаления примеси сероводорода и к способу предотвращения образования гидратов в среде. Указанный способ включает в себя стадию добавления в среду эффективного количества многофункциональной композиции. Указанная многофункциональная композиция содержит поглотитель, ингибитор гидратообразования и, необязательно, кислоту, основание и/или растворитель. Указанный поглотитель содержит ацетальную группу, гемиацетальную группу, диальдегид, циклическое соединение или любую комбинацию вышеуказанных. Указанный ингибитор гидратообразования содержит капролактам или пирролидон.
В дополнительном аспекте, согласно данному раскрытию предложена многофункциональная композиция, содержащая ингибитор гидратообразования, содержащий в себе капролактам или пирролидон, поглотитель, содержащий ацетальную группу, гемиацетальную группу, диальдегид, циклическое соединение или любую комбинацию вышеуказанных, и, необязательно, элемент композиции, выбранный из группы, состоящей из: кислоты, основания, растворителя и любой комбинации вышеуказанных.
Согласно данному раскрытию также предложено использование многофункциональной композиции для удаления примеси сероводорода и предотвращения образования гидратов в среде, причем многофункциональная композиция содержит поглотитель, ингибитор гидратообразования, и, необязательно, кислоту, основание и/или растворитель. Указанный поглотитель содержит элемент композиции, выбранный из группы, состоящей из: ацетальной группы, гемиацетальной группы, диальдегида, циклического соединения и любой комбинации вышеуказанных, а указанный ингибитор гидратообразования содержит капролактам или пирролидон.
Выше достаточно широко описаны особенности и технические преимущества данного раскрытия для того, чтобы подробное описание, которое следует ниже, было более понятным. Дополнительные особенности и преимущества по данному раскрытию, которые образуют предмет формулы изобретения данной заявки, будут описаны ниже. Как это будет очевидно для специалистов в данной области техники, концепция и раскрытые конкретные варианты осуществления изобретения могут быть легко использованы в качестве основы для модификации или разработки других вариантов осуществления изобретения для выполнения таких же целей, как у данного раскрытия. Специалисты в данной области техники также должны понимать, что такие эквивалентные варианты осуществления изобретения не отходят от сущности и объема раскрытия, как указано в прилагаемой формуле изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
На Фиг. 1 проиллюстрирован график аспектов удаления примесей H2S раскрытой в данном документе многофункциональной композиции и товарного продукта.
На Фиг. 2 проиллюстрированы аспекты ингибирования гидратообразования для конкретных вариантов осуществления изобретения раскрытых в данном документе многофункциональных композиций.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже описаны различные варианты осуществления изобретения. Взаимосвязь и функционирование различных элементов вариантов осуществления изобретения могут быть лучше поняты со ссылкой на следующее подробное описание. Однако, варианты осуществления изобретения не ограничиваются теми, которые предельно ясно раскрыты в подробном описании.
Данное раскрытие относится к смешанным соединениям, которые способны удалять примеси сероводорода и/или меркаптана в дополнение к предотвращению образования гидратов в газе, нефте и воде. Также раскрыты способы использования таких смесей. Везде в данном раскрытии, соединения и композиции, способные функционировать как ингибиторы гидратообразования и поглотители сероводорода, могут упоминаться как «многофункциональные композиции». Указанные многофункциональные композиции, в частности, применимы для контроля сероводородных и/или меркаптановых выбросов от продуктов и процессов на основе нефти, на основе природного газа и на основе угля. Указанные многофункциональные композиции применимы как к предшествующим, так и к последующим технологическим процессам. Указанные многофункциональные композиции, необязательно, смешанные с неводными растворителями, применимы в широком диапазоне климатических условий и в широком диапазоне условий процесса.
Кроме того, как отмечалось ранее, указанные многофункциональные композиции функционируют как слабодозированные ингибиторы гидратообразования, которые могут ингибировать образование гидратов. Указанные многофункциональные композиции могут применяться для ингибирования, замедления, смягчения, снижения, контроля и/или замедления скорости образования гидратов углеводородов, агломератов гидратов и/или пробок. В одном из вариантов осуществления изобретения, многофункциональные композиции могут применяться для предотвращения, уменьшения и/или минимизации закупорки трубопроводов, труб, линий передачи, клапанов и других мест или оборудования, где могут образовываться твердые вещества углеводородного гидрата.
Раскрытые в данном документе многофункциональные композиции имеют множество преимуществ по сравнению с предшествующими композициями. Например, указанная многофункциональная композиция обеспечивает гибкость для пользователя и позволяет осуществлять введение в многочисленных местах, например, в нефтяную или газовую скважину через, например, газ-лифт или капиллярный/комбинированный реагентопроводный трубопровод. К тому же, использование многофункциональной композиции позволит пользователю значительно снизить количество термодинамических ингибиторов гидратообразования (этанола), обычно используемых в количестве около 75%-90%. Также, посредством объединения ингибитора гидратообразования с поглотителем сероводорода в одной многофункциональной композиции, может быть использована одна точка ввода для введения многофункциональной композиции в скважину. Посредством использования единой, многофункциональной композиции, может быть уменьшена стоимость перевозки и можно уменьшить количество химикатов, которые необходимо хранить на месте работ.
В конкретных вариантах осуществления изобретения, многофункциональные композиции могут быть в безводной форме, что позволяет их использовать в тех процессах, где желательно минимизировать содержание воды (например, в процессе добычи нефти). Производство многофункциональных композиций в безводной форме дополнительно снижает расходы на перевозку и транспортные расходы. Безводные многофункциональные композиции, необязательно, могут быть смешаны с гидрофильными растворителями (например, спиртами, гликолями, полиолами) для безводных областей применения. В некоторых вариантах осуществления изобретения, многофункциональные композиции могут значительно снизить содержание воды в промывочной воде, чтобы исключить загрязнение азотом каталитических слоев нефтепереработки. В некоторых вариантах осуществления изобретения, многофункциональные композиции исключают азотсодержащие соединения. Раскрытые в данном документе многофункциональные композиции являются термостабильными до около 50°C в течение около 7 дней.
Многофункциональные композиции по данному раскрытию могут содержать любое количество компонентов и/или любое количество соединений. В некоторых вариантах осуществления изобретения, многофункциональная композиция содержит по меньшей мере два компонента. Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения, многофункциональная композиция может содержать соединение-поглотитель сероводорода и соединение-ингибитор гидратообразования. В конкретных вариантах осуществления изобретения, многофункциональная композиция содержит по меньшей мере три компонента. Например, многофункциональная композиция может содержать соединение-ингибитор гидратообразования, соединение-поглотитель сероводорода и соединение для регулирования уровня pH, например, кислоту или основание. В других вариантах осуществления изобретения, многофункциональная композиция может содержать соединение-ингибитор гидратообразования, соединение-поглотитель сероводорода, соединение для регулирования уровня pH и растворитель. Указанное многофункциональное соединение также может содержать более чем один из перечисленных компонентов. Например, многофункциональная композиция может содержать более чем один поглотитель сероводорода, более чем один ингибитор гидратообразования, более чем один растворитель и/или более чем одно соединение для регулирования уровня pH.
Количество поглотителя сероводорода в многофункциональной композиции не имеет особых ограничений. В некоторых вариантах осуществления изобретения, многофункциональная композиция может содержать от около 10% до около 97%, по массе, поглотителя сероводорода. Например, многофункциональная композиция может содержать от около 50% до около 90%, по массе, или от около 85% до около 97%, по массе, поглотителя сероводорода.
Количество соединения-ингибитора гидратообразования в многофункциональной композиции не имеет особых ограничений. В некоторых вариантах осуществления изобретения, многофункциональная композиция может содержать от около 1% до около 70%, по массе, соединения-ингибитора гидратообразования. Например, многофункциональная композиция может содержать от около 2% до около 20%, по массе, или от около 2% до около 8%, по массе, соединения-ингибитора гидратообразования.
В некоторых вариантах осуществления изобретения, многофункциональная композиция содержит от около 50% до около 97%, по массе, поглотителя сероводорода и от около 50% до около 3%, по массе, соединения-ингибитора гидратообразования.
Количество растворителя в многофункциональной композиции не имеет особых ограничений. В некоторых вариантах осуществления изобретения, многофункциональная композиция может не содержать растворителя. В конкретных вариантах осуществления изобретения, многофункциональная композиция может содержать от около 0% до около 70%, по массе, растворителя. Например, многофункциональная композиция может содержать от около 0% до около 20%, по массе, или от около 5% до около 10%, по массе, растворителя.
Количество соединения для регулирования уровня pH в многофункциональной композиции не имеет особых ограничений. В некоторых вариантах осуществления изобретения, многофункциональная композиция может не содержать соединения для регулирования уровня pH. В конкретных вариантах осуществления изобретения, многофункциональная композиция может содержать от около 0% до около 5%, по массе, соединения для регулирования уровня pH или от около 0% до около 1%, по массе, соединения для регулирования уровня pH.
Соединение-поглотитель сероводорода может содержать ацеталь и/или гемиацеталь. Ацеталь или гемиацеталь может быть циклическим, где два атома кислорода включены в кольцевую структуру. Иллюстративные, не ограничивающие примеры включают в себя этиленгликольформаль и глицеринформаль. Типовыми химическими структурами являются следующие:
где R1 содержит водород (H) или углеводородную группу с 1-5 атомами углерода, R2 содержит H или углеводородную группу с 1-5 атомами углерода, R3 может быть выбран из углеводородной группы с 1-5 атомами углерода, и R4 содержит H или углеводородную группу с 1-5 атомами углерода.
В некоторых вариантах осуществления изобретения, поглотитель сероводорода не содержит азота. В некоторых вариантах осуществления изобретения, поглотитель сероводорода не разветвлен. В других вариантах осуществления изобретения, поглотитель сероводорода разветвлен. В конкретных вариантах осуществления изобретения, поглотитель сероводорода является алифатическим.
В некоторых вариантах осуществления изобретения, соединение-поглотитель сероводорода содержит диальдегид. В конкретных вариантах осуществления изобретения, диальдегид содержит следующую общую структуру:
где R1 содержит водород (H), R2 содержит H, и n равен 1 или числу больше 1. Соединение-поглотитель сероводорода может содержать олигомеры вышеуказанных диальдегидов, например олигомеры гидратированных веществ, например,
В некоторых вариантах осуществления изобретения, поглотитель сероводорода может содержать циклическую структуру. Указанная циклическая структура может содержать один или большее количество гетероатомов, включая, но не ограничиваясь, азот. Гетероатомом может быть, например, алкилзамещенный алкиламин. В некоторых вариантах осуществления изобретения, циклическая структура может содержать следующую общую формулу:
где R1 может быть выбран из водорода (H), углеводородной группы с 1-5 атомами углерода или спиртовой группы, содержащей 1 или 2 атома углерода; R2 может быть выбран из водорода (H), углеводородной группы с 1-5 атомами углерода или спиртовой группы, содержащей 1 или 2 атома углерода, и; R3 может быть выбран из водорода (H), углеводородной группы с 1-5 атомами углерода или спиртовой группы, содержащей 1 или 2 атома углерода.
В некоторых вариантах осуществления изобретения, соединение-ингибитор гидратообразования содержит одно или большее количество соединений, выбранных из группы, состоящей из: N-винил-2-капролактама, терполимера N-винил-2-капролактама, 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты, N-винил-2-пирролидона и любой комбинации вышеуказанных. Ингибитор гидратообразования может содержать разветвленные или линейные полимеры, содержащие ациклические и/или циклические азотные и кетоновые функциональные группы, например, поли-N-винил-2-капролактам, и циклические или ациклические N-виниламиды, например, N-винил лактамы.
Типовые химические структуры для ингибитора гидратообразования содержат, но не ограничиваются только этим:
где R независимо выбран из группы, состоящей из: водорода, функционализированных и нефункционализированных алкильных, циклоалкильных и арильных групп, при этом любая из вышеупомянутых групп может присутствовать с или без одного или большего количества гетероатомов. Под символом «m» подразумевается число от около 1 до около 60, например, от около 1 до около 36 или от около 1 до около 18, «n» может быть числом от около 1 до около 60, например, от около 1 до около 36 или от около 1 до около 18, «o» может быть числом от около 1 до около 60, например, от около 1 до около 36 или от около 1 до около 18 и «M» может быть выбран, например, из H, Na, K, Li, Ca, Ba, Mg2+, Al3+, и NH4+.
Ингибитор гидратообразования также может содержать следующую химическую структуру:
где «y» может быть равен 1 или 2.
В некоторых вариантах осуществления изобретения, соединение-ингибитор гидратообразования не содержит азота. В некоторых вариантах осуществления изобретения, соединение-ингибитор гидратообразования не разветвлен. В конкретных вариантах осуществления изобретения, соединение-ингибитор гидратообразования является алифатическим.
Вместе с многофункциональной композицией может быть использован любой растворитель. В некоторых вариантах осуществления изобретения, растворитель не содержит воды. В конкретных вариантах осуществления изобретения, растворитель является полярным растворителем, например, спиртом. Например, растворитель может содержать метанол, этанол, гликоль или любой другой спирт или комбинацию спиртовых растворителей. Другие подходящие растворители включают в себя, но не ограничиваются только ими: углеводородные растворители, например, нафту, ксилол или толуол, кислородсодержащие растворители и воду.
Соединение для регулирования уровня pH содержит любое соединение, которое может регулировать уровень pH многофункциональной композиции. Например, соединение для регулирования уровня pH может содержать любую кислоту или любое основание. Иллюстративные, не ограничивающие примеры оснований включают в себя гидроксид калия и гидроксид натрия. Иллюстративные, не ограничивающие примеры кислот включают в себя органические кислоты, например, уксусную кислоту. Кислоты или основания могут быть использованы для регулирования уровня pH многофункциональной композиции до любого желаемого уровня pH. Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения, соединение для регулирования уровня pH может быть добавлено к многофункциональной композиции для получения уровня pH многофункциональной композиции в интервале между около 5,5 и около 8. В других вариантах осуществления изобретения, уровень pH многофункциональной композиции может находиться в интервале между около 4,5 и около 9.
При том, что многофункциональные композиции, как правило, могут содержать любой из компонентов, перечисленных в данном документе, в любой из пропорций, перечисленных в данном документе, ниже приведены некоторые неограничивающие иллюстративные примеры. В одном из вариантов осуществления изобретения, многофункциональная композиция содержит, по массе, около 85%-90% 1,2-этандиилбис(окси)бисметанола, около 2%-8% 1-этенилазепан-2-он-1-этенилпирролидин-2-она (отношение пирролидинона к этенилазепану составляет 1:1), около 5%-10% этанола и около 0%-1% уксусной кислоты. В другом варианте осуществления изобретения, многофункциональная композиция содержит, по массе, около 89% 1,2-этандиилбис(окси)бисметанола, около 8% этанола, около.2% уксусной кислоты и около 3% 1-этенилазепан-2-он-1-этенилпирролидин-2-она (1:1). В дополнительном варианте осуществления изобретения, многофункциональная композиция содержит, по массе, около 86% 1,2-этандиилбис(окси)бисметанола, около 8% этанола, около.2% уксусной кислоты и около 6% 1-этенилазепан-2-он-1-этенилпирролидин-2-она (1:1). В дополнительном варианте осуществления изобретения, многофункциональная композиция содержит, по массе, около 85% 1,2-этандиилбис(окси)бисметанола, около 8% этанола, около.2% уксусной кислоты и около 7% 1-этенилазепан-2-он-1-этенилпирролидин-2-она (1:1).
Как дополнительно описано в примерах данной заявки, авторы данного изобретения неожиданно обнаружили, что раскрытая в данном документе многофункциональная композиция обладает превосходными способностями ингибировать гидратообразование по сравнению с отдельным использованием соединения-ингибитора гидратообразования. Таким образом, авторы изобретения обнаружили неожиданный синергизм между соединением-ингибитором гидратообразования и другими компонентами многофункциональной композиции. В некоторых вариантах осуществления изобретения было обнаружено, что поглотители сероводорода имели положительное, синергетическое воздействие на ингибиторы гидратообразования. Не привязываясь к теории, в некоторых вариантах осуществления изобретения, возможно, что ацетальная и гемицетальная группы поглотителей отвечают за синергию.
Многофункциональные композиции по данному раскрытию могут, необязательно, содержать одну или большее количество добавок. Подходящие добавки включают в себя, но не ограничиваются только ими: ингибиторы асфальтенов, ингибиторы парафинообразования, ингибиторы коррозии, ингибиторы осадкообразования, эмульгаторы, водоосветлители, диспергаторы, деэмульгаторы, дополнительные поглотители сероводорода, биоциды, дополнительные модификаторы уровня pH, поверхностно-активные вещества, дополнительные растворители, дополнительные ингибиторы, например, термодинамические ингибиторы гидратообразования, кинетические ингибиторы гидратообразования и/или газовые ингибиторы гидратообразования, антиагломеранты и любую комбинацию вышеуказанных.
Подходящие ингибиторы асфальтенов включают в себя, но не ограничиваются только ими: алифатические сульфоновые кислоты; алкиларилсульфоновые кислоты; арилсульфонаты; лигносульфонаты; алкилфенольные/альдегидные смолы и аналогичные сульфированные смолы; полиолефиновые эфиры; полиолефиновые имиды; полиолефиновые эфиры с алкильными, алкиленфенильными или алкиленпиридильными функциональными группами; полиолефиновые амиды; полиолефиновые амиды с алкильными, алкиленфенильными или алкиленпиридильными функциональными группами; полиолефиновые имиды с алкильными, алкиленфенильными или алкиленпиридильными функциональными группами; сополимеры алкенил/винилпирролидона; привитые полимеры полиолефинов с малеиновым ангидридом или винилимидазолом; гиперразветвленные полиэфирамиды; полиалкоксилированные асфальтены, амфотерные жирные кислоты, соли алкилсукцинатов, моноолеат сорбитана, полиизобутилен-янтарный ангидрид и комбинации вышеуказанных.
Подходящие ингибиторы парафинообразования включают в себя, но не ограничиваются только ими: модификаторы парафиновых кристаллов и комбинации модификаторов диспергаторов/кристаллов. Подходящие модификаторы парафиновых кристаллов включают в себя, но не ограничиваются только ими: алкилакрилатные coполимеры, алкилакрилат винилпирилидиновые сополимеры, этилен винил ацетатные сополимеры, сополимеры сложного эфира малеинового ангидрида, разветвленные полиэтилены, нафталин, антрацен, микрокристаллический воск и/или асфальтены и комбинации вышеуказанных.
Подходящие ингибиторы коррозии включают в себя, но не ограничиваются только ими: амидоамины, четвертичные амины, амиды, сложные эфиры фосфатов и комбинации вышеуказанных.
Подходящие ингибиторы осадкообразования включают в себя, но не ограничиваются только ими: фосфаты, сложные эфиры фосфорной кислоты, фосфорные кислоты, фосфонаты, фосфоновые кислоты, полиакриламиды, соли сополимера акриламидометилпропансульфоната/акриловой кислоты (AMPS/AA), фосфинированный малеиновый сополимер (PHOS/MA), соли полималеиновой кислоты/акриловой кислоты акриламидо-метилпропансульфонат-терполимера (PMA/AMPS) и комбинации вышеуказанных.
Подходящие эмульгаторы включают в себя, но не ограничиваются только ими: соли карбоновых кислот, продукты реакций ацилирования между карбоновыми кислотами или карбоновыми ангидридами и аминами, алкильные, ацильные и амидные производные сахаридов (алкилсахаридные эмульгаторы) и комбинации вышеуказанных.
Подходящие водоосветлители включают в себя, но не ограничиваются только ими: неорганические соли металлов, например, квасцы, хлорид алюминия и хлоргидрат алюминия, или органические полимеры, например, полимеры на основе акриловой кислоты, полимеры на основе акриламида, полимеризованные амины, алканоламины, тиокарбаматы, катионные полимеры, например, диаллилдиметиламмоний хлорид (DADMAC) и комбинации вышеуказанных.
Подходящие диспергаторы включают в себя, но не ограничиваются только ими: алифатические фосфоновые кислоты с 2-50 атомами углерода, например, гидроксиэтилдифосфоновая кислота, и аминоалкилфосфоновые кислоты, например, полиаминометиленфосфонаты с 2-10 атомами N, например, каждый из которых содержит по меньшей мере одну группу метиленфосфоновой кислоты; примерами последних являются этилендиаминтетра(метиленфосфонат), диэтилентриаминпента(метиленфосфонат) и триамин- и тетраминполиметиленфосфонаты с 2-4 метиленовыми группами между каждым атомом N, по меньшей мере, 2 из чисел метиленовых групп в каждом фосфонате являются разными. Другие подходящие диспергаторы включают в себя лигнин или производные лигнина, например, лигносульфонат и нафталинсульфоновую кислоту и производные и комбинации вышеуказанных. Подходящие диспергаторы также включают в себя додецилбензолсульфонат, оксиалкилированные алкилфенолы, оксиалкилированные алкилфеноловые смолы и комбинации вышеуказанных.
Подходящие деэмульгаторы включают в себя, но не ограничиваются только ими: додецилбензилсульфоновую кислоту (DDBSA), натриевую соль ксилолсульфоновой кислоты (NAXSA), эпоксилированные и пропоксилированные соединения, анионные катионные и неионные поверхностно-активные вещества, смолы, например, фенольные и эпоксидные смолы, и комбинации вышеуказанных.
Подходящие дополнительные поглотители сероводорода включают в себя, но не ограничиваются только ими: окислители (например, неорганические пероксиды, например пероксид натрия, или диоксид хлора), альдегиды (например, из 1-10 атомов углерода, например, формальдегид или глутаральдегид или (мет)акролеин), триазины (например, моноэтаноламин триазин, монометиламин триазин и триазины из множества аминов или их смесей), глиоксаль и комбинации вышеуказанных.
Подходящие дополнительные ингибиторы гидратообразования включают в себя, но не ограничиваются только ими: термодинамические ингибиторы гидратообразования (ТИГ), кинетические ингибиторы гидратообразования (КИГ), антиагломеранты (АА) и комбинации вышеуказанных. Подходящие термодинамические ингибиторы гидратообразования включают в себя, но не ограничиваются только ими: соль NaCl, соль KCl, соль CaCl2, соль MgCl2, соль NaBr2, формиатные солевые растворы (например, формиат калия), полиолы (например, глюкоза, сахароза, фруктоза, мальтоза, лактоза, глюконат, моноэтиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, монопропиленгликоль, дипропиленгликоль, трипропиленгликоли, тетрапропиленгликоль, монобутиленгликоль, дибутиленгликоль, трибутиленгликоль, глицерин, диглицерин, триглицерин и сахарные спирты (например, сорбит, маннит)), метанол, пропанол, этанол, гликолевые эфиры (например, монометиловый эфир диэтиленгликоля, монобутиловый эфир этиленгликоля), алкильные или циклические сложные эфиры спиртов (например, этиллактат, бутилактат, метилэтилбензоат) и комбинации вышеуказанных. Подходящие кинетические ингибиторы гидратообразования и антиагломеранты включают в себя, но не ограничиваются только ими: полимеры и сополимеры, полисахариды (например, гидроксиэтилцеллюлоза (HEC), карбоксиметилцеллюлоза (CMC), крахмал, производные крахмала и ксантан), лактамы (например, поливинилкапролактам, поливиниллактам), пирролидоны (например, поливинилпирролидон различных молекулярных масс), поверхностно-активные вещества (например, соли жирных кислот, этоксилированные спирты, пропоксилированные спирты, сложные эфиры сорбитана, сложные эфиры этоксилированного сорбитана, сложные эфиры полиглицеринов жирных кислот, алкилглюкозиды, алкилполиглюкозиды, алкилсульфаты, алкилсульфонаты, алкилэфирные сульфонаты, алкилароматические сульфонаты, алкилбетаин, алкиламидобеатины), диспергаторы на углеводородной основе (например, лигносульфонаты, иминодисукцинаты, полиаспартаты), аминокислоты, белки и комбинации вышеуказанных.
Подходящие биоциды включают в себя, но не ограничиваются только ими: окисляющие и неокисляющие биоциды. Подходящие неокисляющие биоциды включают в себя, например, альдегиды (например, формальдегид, глутаральдегид и акролеин), соединения аминового типа (например, соединения четвертичного амина и кокодиамина), галоидированные соединения (например, бронопол и 2-2-дибром-3-нитрилопропионамид (DBNPA)), соединения серы (например, изотиазолон, карбаматы и метронидазол), соли четвертичного фосфония (например, тетракис(гидроксиметил)фосфонийсульфат (THPS)) и комбинации вышеуказанных. Подходящие окисляющие биоциды включают в себя, например, гипохлорит натрия, трихлоризоциануровые кислоты, дихлоризоциануровую кислоту, гипохлорит кальция, гипохлорит лития, хлорированные гидантоины, стабилизированный гипобромит натрия, активированный бромид натрия, бромированные гидантоины, диоксид хлора, озон, перекиси и комбинации вышеуказанных.
Подходящие дополнительные модификаторы уровня pH включают в себя, но не ограничиваются только ими: гидроксиды щелочных металлов, карбонаты щелочных металлов, бикарбонаты щелочных металлов, гидроксиды щелочноземельных металлов, карбонаты щелочноземельных металлов, бикарбонаты щелочноземельных металлов и смеси или комбинации вышеуказанных. Типовые модификаторы уровня pH включают в себя NaOH, KOH, Ca(OH)2, CaO, Na2CO3, KHCO3, K2CO3, NaHCO3, MgO и Mg(OH)2.
Подходящие поверхностно-активные вещества включают в себя, но не ограничиваются только ими: анионные поверхностно-активные вещества, катионные поверхностно-активные вещества, неионные поверхностно-активные вещества и комбинации вышеуказанных. Анионные поверхностно-активные вещества включают в себя алкилариловые сульфонаты, олефиновые сульфонаты, парафиновые сульфонаты, спиртовые сульфаты, спиртовые эфирные сульфаты, алкилкарбоксилаты и алкилэфиркарбоксилаты, а также алкильные и этоксилированные алкилфосфатные эфиры, а также моно- и диалкилсульфосукцинаты и сульфосукцинаматы и комбинации вышеуказанных. Катионные поверхностно-активные вещества включают в себя соли алкил триметил четвертичного аммония, соли алкил диметил бензил четвертичного аммония, соли диалкил диметил четвертичного аммония, соли имидазолиния и комбинации вышеуказанных. Неионные поверхностно-активные вещества включают в себя спиртовые алкоксилаты, алкилфенол алкоксилаты, блок- сополимеры этилена, пропилена и оксидов бутилена, алкил диметил оксид амины, алкил-бис(2-гидроксиэтил) оксид амины, алкил амидопропил диметил оксид амины, алкиламидопропил-бис(2-гидроксиэтил) оксид амины, алкил полиглюкозиды, полиалкоксилированные глицериды, сорбитановые сложные эфиры и полиалкоксилированные эфиры сорбитана и сложные эфиры и диэфиры алкоилэтиленгликоля и комбинации вышеуказанных. Также содержатся бетаины и султаны, амфотерные поверхностно-активные вещества, например, алкил амфоацетаты и амфодиацетаты, алкил амфопроприпионаты и амфодипропионаты, алкилиминодипроприонаты и комбинации вышеуказанных.
В конкретных вариантах осуществления изобретения, поверхностно-активное вещество может быть соединением четвертичного аммония, оксидом амина, ионным или неионным поверхностно-активным веществом или любой комбинацией вышеуказанных. Подходящие соединения четвертичного амина включают в себя, но не ограничиваются только ими: алкилбензиламмоний хлорид, бензил кокоалкил(C12-C18)диметиламмоний хлорид, дикокоалкил(C12-C18)диметиламмоний хлорид, диталловый диметиламмоний хлорид, ди(гидрированный талловый алкил)диметил четвертичного аммония метил хлорид, метил бис(2-гидроксиэтил кокоалкил(C12-C18) четвертичного аммония хлорид, диметил(2-этил) талловый аммоний метил сульфат, н-додецилбензилдиметиламмоний хлорид, н-октадецилбензилдиметил аммоний хлорид, н-додецилтриметиламмоний сульфат, соевый алкилтриметиламмоний хлорид и гидрированный талловый алкил (2-этилгексил) диметил четвертичного аммония метилсульфат.
Многофункциональные композиции по данному раскрытию могут быть использованы для подслащивания газа или жидкости, например, кислого газа или кислой жидкости. Композиции могут быть использованы для удаления примесей сероводорода и/или меркаптана из потока газа или жидкости, в дополнение к ингибированию образования гидратов, посредством обработки указанного потока эффективным количеством композиции. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эффективное количество композиции, добавленной к среде, может составлять от около 0,5% до около 90%, например, от около 1% до около 10% или от около 3% до около 7% многофункциональной композиции в пересчете на воду, например, попутную воду.
Композиции по данному раскрытию могут использоваться в любой отрасли, где желательно улавливать сероводород и/или меркаптаны из потока газа или жидкости, в дополнение к ингибированию образования гидратов. В конкретных вариантах осуществления изобретения, композиции могут быть использованы в системах водоснабжения, системах конденсата /нефти /газа или в любой комбинации вышеуказанных. В конкретных вариантах осуществления изобретения, композиции могут применяться к газу или жидкости, добытой или используемой при добыче, при транспортировке, хранении и/или отделении сырой нефти или природного газа. В конкретных вариантах осуществления изобретения, композиции могут применяться к потоку газа, используемому или производимому в процессе сжигания угля, например, на угольной электростанции. В конкретных вариантах осуществления изобретения, композиции могут применяться к газу или жидкости, производимых или используемых в процессе очистки сточных вод, на ферме, на бойне, на свалке, на мусороперерабатывающем заводе, в процессе коксования угля или в биотопливном процессе.
Многофункциональные композиции могут быть добавлены к любому флюиду или газу, содержащему сероводород, меркаптаны или соединения, способные образовывать гидраты, или указанные композиции могут быть добавлены к флюиду или газу, которые могут быть подвержены воздействию сероводорода и/или меркаптанов. Флюидом, в который могут быть введены композиции, может быть водная среда. Указанная водная среда может содержать воду, газ и, необязательно, жидкий углеводород. Флюидом, в который могут быть введены композиции, может быть жидкий углеводород. Указанный жидкий углеводород может быть любым видом жидкого углеводорода, включая, но не ограничиваясь только ими: сырую нефть, тяжелое масло, обработанное остаточное масло, битуминозное масло, масла коксования, газойли коксования, сырье для флюид-каталитического крекинга, газойль, нафту, суспензию для флюид-каталитического крекинга, дизельное топливо, мазут, реактивное топливо, бензин и керосин. В конкретных вариантах осуществления указанный газ может представлять собой высокосернистый нефтяной газ. В конкретных вариантах осуществления изобретения, указанный флюид или газ может представлять собой очищенный углеводородный продукт.
Флюид или газ, обработанный композицией по данному раскрытию, может иметь любую выбранную температуру, например, температуру окружающей среды или повышенную температуру. В конкретных вариантах осуществления изобретения, флюид (например, жидкий углеводород) или газ может иметь температуру, составляющую от около 40°C до около 250°C. В конкретных вариантах осуществления изобретения, флюид или газ может иметь температуру, составляющую от -50°C до 300°C, от 0°C до 200°C, от 10°C до 100°C или от 20°C до 90°C. В конкретных вариантах осуществления изобретения, флюид или газ может иметь температуру, составляющую 22°C, 23°C, 24°C, 25°C, 26°C, 27°C, 28°C, 29°C, 30°C, 31°C, 32°C, 33°C, 34°C, 35°C, 36°C, 37°C, 38°C, 39°C или 40°C. В конкретных вариантах осуществления изобретения, флюид или газ может иметь температуру, составляющую 85°C, 86°C, 87°C, 88°C, 89°C, 90°C, 91°C, 92°C, 93°C, 94°C, 95°C, 96°C, 97°C, 98°C, 99°C или 100°C.
Композиции по данному изобретению могут быть добавлены в флюид при различных уровнях обводненности. Например, обводненность может составлять от 0% до 100% объема/объем (об./об.), от 1% до 80% об./об. или от 1% до 60% об./об. Флюид может находиться в водной среде, которая имеет различные уровни солесодержания. В одном из вариантов осуществления изобретения, флюид может иметь солесодержание от 0% до 75%, от около 1% до 50% или от около 10% до 25% массы/массу (мас./мас.) общего количества растворенных твердых веществ (TDS).
Флюид или газ, в который вводят композиции по данному раскрытию, может содержаться в и/или подвергаться воздействию во многих устройствах различных типов. Например, флюид или газ может содержаться в устройстве, которое перемещает флюид или газ из одной точки в другую, например, в нефтяном и/или в газовом трубопроводе. В конкретных вариантах осуществления изобретения, указанное устройство может быть частью нефте- и/или газоперерабатывающего завода, например, трубопроводом, сепаратором, блоком осушки или газопроводом. Флюид может содержаться в и/или подвергаться воздействию устройства, используемого при извлечении и/или добыче нефти, например, в оборудовании устья скважины. Указанное устройство может быть частью угольной электростанции. Указанное устройство может быть скруббером (например, десульфуризатором влажного дымового газа, абсорбером сухого распыления, инжектором сухого сорбента, распылительной колонной, контактной или пузырьковой колонной или т.п.). Указанное устройство может быть грузовой емкостью, емкостью для хранения, сборным резервуаром или трубопроводом, соединяющим резервуары, емкости или технологические установки. В конкретных вариантах осуществления изобретения, флюид или газ может содержаться в системах водоснабжения, в конденсатных системах /нефтяных системах /газовых системах или в любой комбинации вышеуказанных.
Композиции могут быть введены в флюид или газ любым подходящим способом, обеспечивающим рассеивание поглотителя в флюиде или газе. Композиции могут быть введены с использованием машинного оборудования, например, инжекторных насосов для химикатов, тройников трубопроводов, инжекторных фиттингов, атомизаторов, форсунок и т.п. Композиции могут быть введены с или без одного или большего количества дополнительных полярных или неполярных растворителей, в зависимости от области применения и требований. В конкретных вариантах осуществления изобретения, композиции могут быть закачаны в нефте- и/или газопровод с использованием наземной линии. В конкретных вариантах осуществления изобретения, для доставки композиций в выбранный флюид могут быть использованы капиллярные системы впрыска. В некоторых вариантах осуществления изобретения, композиции могут быть введены в жидкость и смешаны или композиции могут быть введены в поток газа в виде водного или неводного раствора, смеси или суспензии. В конкретных вариантах осуществления изобретения, флюид или газ может проходить через абсорбционную колонну, содержащую композицию по данному раскрытию.
Многофункциональные композиции могут применяться к флюиду или газу для получения концентрации поглотителя, составляющей от около 1 миллионной доли (м.д.) до около 1000000 м.д., от около 1 миллионной доли (м.д.) до около 100000 м.д., от около 10 м.д. до около 75000 м.д., от около 100 м.д. до около 45000 м.д., от около 500 м.д. до около 40000 м.д., от около 1000 м.д. до около 35000 м.д., от около 3000 м.д. до около 30000 м.д., от около 4000 м.д. до около 25000 м.д., от около 5000 м.д. до около 20000 м.д., от около 6000 м.д. до около 15000 м.д. или от около 7000 м.д. до около 10000 м.д. Композиции могут быть применимы к флюиду при концентрации, составляющей от около 100 м.д. до около 2000 м.д., от около 200 м.д. до около 1500 м.д. или от около 500 м.д. до около 1000 м.д. Каждая система может иметь свои собственные требования, и более кислый газ (например, содержащий больше сероводорода) может потребовать более высокой интенсивности прибавления композиции по данному раскрытию.
В конкретных вариантах осуществления изобретения, композиции могут быть применимы к флюиду или газу в эквимолярном количестве или в большем количестве по отношению к сероводороду и/или меркаптанам, присутствующим в флюиде или в газе. В конкретных вариантах осуществления изобретения, композиции могут быть применимы к флюиду или газу в виде чистой (т.е. без растворителя) композиции (например, композиции могут использоваться в чистом виде в контактной колонне).
Сероводород и/или меркаптан в флюиде или газе может быть снижен посредством обработки любым количеством композиции по данному раскрытию. Фактическое количество остаточного сероводорода и/или меркаптана после обработки может варьироваться в зависимости от исходного количества. В конкретных вариантах осуществления изобретения, уровни сероводорода и/или меркаптана могут быть понижены до около 150 м.д. по объему или менее, как измерено в паровой фазе, исходя из объема жидкой среды. В конкретных вариантах осуществления изобретения, уровни сероводорода и/или меркаптана могут быть понижены до 100 м.д. по объему или менее, как измерено в паровой фазе, исходя из объема жидкой среды. В конкретных вариантах осуществления изобретения, уровни сероводорода и/или меркаптана могут быть понижены до 50 м.д. по объему или менее, как измерено в паровой фазе, исходя из объема жидкой среды. В некоторых вариантах осуществления изобретения, уровни сероводорода и/или меркаптана могут быть понижены до 20 м.д. по объему или менее, как измерено в паровой фазе, исходя из объема жидкой среды. В других вариантах осуществления изобретения, уровни сероводорода и/или меркаптана могут быть понижены до 15 м.д. по объему или менее, как измерено в паровой фазе, исходя из объема жидкой среды. В конкретных вариантах осуществления изобретения, уровни сероводорода и/или меркаптана могут быть понижены до 10 м.д. по объему или менее, как измерено в паровой фазе, исходя из объема жидкой среды. В некоторых вариантах осуществления изобретения, уровни сероводорода и/или меркаптана могут быть понижены до 5 м.д. по объему или менее, как измерено в паровой фазе, исходя из объема жидкой среды. В конкретных вариантах осуществления изобретения, уровни сероводорода и/или меркаптана могут быть понижены до 0 м.д. по объему, как измерено в паровой фазе, исходя из объема жидкой среды.
В частных вариантах осуществления изобретения, композиции (или конкретные компоненты композиций) могут быть растворимы в водной фазе, так что захваченные серосодержащие соединения будут мигрировать в водную фазу. При наличии эмульсии, захваченные серосодержащие соединения могут мигрировать в водную фазу из углеводородной фазы (например, из сырой нефти) и удаляться вместе с водной фазой. Если эмульсия отсутствует, промывочная вода может быть добавлена для притягивания захваченных серосодержащих соединений. В конкретных вариантах осуществления изобретения, композиции по данному изобретению могут быть добавлены до обработки углеводорода (например, сырой нефти) в обессоливателе, который эмульсифицирует углеводородную среду с промывочной водой для извлечения водорастворимых загрязняющих примесей и отделяет и удаляет водную фазу из углеводорода.
В конкретных вариантах осуществления изобретения, промывочная вода может быть добавлена в количестве, подходящем для образования эмульсии с углеводородом. В конкретных вариантах осуществления изобретения, промывочная вода может быть добавлена в количестве, составляющем от около 1 до около 50 процентов по объему исходя из объема эмульсии. В конкретных вариантах осуществления изобретения, промывочная вода может быть добавлена в количестве, составляющем от около 1 до около 25 процентов по объему исходя из объема эмульсии. В конкретных вариантах осуществления изобретения, углеводород может присутствовать в количестве, составляющем от около 50 до около 99 процентов по объему исходя из объема эмульсии.
Промывочная вода и углеводород могут быть эмульсифицированы любым обычным способом. В конкретных вариантах осуществления изобретения, промывочная вода и углеводород могут быть нагреты и тщательно перемешаны с получением эмульсии масло-в-воде. В конкретных вариантах осуществления изобретения, промывочная вода и углеводород могут быть нагреты при температуре в диапазоне, составляющем от около 90°C до около 150°C. Промывочная вода и углеводород могут быть смешаны любым обычным способом, например, совмещенным с трубой статическим смесителем или совмещенным с трубой клапаном для регулирования смешивания, с перепадом давления, составляющим от около 0,2 бар (0,02МПа) до около 2 бар (0,2МПа) в зависимости от плотности углеводорода. Эмульсии возможно разделить, например, отстаиванием, на водную фазу и масляную фазу. В конкретных вариантах осуществления изобретения, водная фаза может быть удалена. В другом варианте осуществления изобретения, водная фаза может быть удалена посредством слива водной фазы.
Необязательно, для облегчения отделения воды от углеводородов могут быть добавлены деэмульгаторы. В конкретных вариантах осуществления изобретения, деэмульгаторы включают в себя, но не ограничиваются только ими: оксиалкилированные органические соединения, анионные поверхностно-активные вещества, неионные поверхностно-активные вещества или смеси этих материалов. Оксиалкилированные органические соединения включают в себя, но не ограничиваются только ими: этоксилаты фенолформальдегидной смолы и алкоксилированные полиолы. Анионные поверхностно-активные вещества включают в себя алкил- или арилсульфонаты, например, додецилбензолсульфонат. Эти деэмульгаторы могут быть добавлены в контактирующих с водой количествах, от около 1 до около 1000 м.д. по массе исходя из массы углеводорода.
Соединения, композиции, способы и процессы по данному изобретению будет легче понять обратившись к следующим примерам, которые предназначены в качестве иллюстрации и не ограничивают объем данного изобретения.
Пример 1
Целью примера 1 было определить сероводородную эффективность действия определенных аспектов раскрытых в данном документе многофункциональных композиций. Эксперимент проводили с использованием динамического H2S поглотителя-анализатора. Анализатор содержал автоклавный реактор, присоединенный к газовому хроматографу, позволяющему использование многофазных смесей (газ, нефть и вода) под давлениями вплоть до 10 бар (1МПа) и температурами вплоть до 200°C с использованием газового хроматографа, причем концентрацию сероводорода определяли каждые 2 минуты.
В конкретном примере ТИГ, условия эксперимента были следующими:
Температура: около 70°C
Давление: около 150 фунтов/кв.дюйм (1,034 МПа)
Газовая композиция: около 0,2% H2S, CO2 в качестве балансового газа
Скорость потока газа: около 600 мл/мин.
Модельный раствор: около 35000 м.д. NaCl
Органическая фаза: керосин
Обводненность: около 70%
Скорость вращения: около 500 об./мин.
Продолжительность: способность к удалению примеси H2S в пределах (вплоть до) 1 часа ввода продукта
Образец: около 1000 м.д. продукта
Реактор высокого давления имел общий объем 1000 мл, но только около 700 мл жидкостей находилось внутри автоклава. Он имел крышку с отверстием, которое используется для введения рН-электрода и другие отверстия для металлического конденсатора, шприца для введения под высоким давлением и мешалки.
Жидкую фазу с объемом, составляющим около 700 мл, добавили в автоклав. Жидкость содержала керосин и солевой раствор (около 35г/л NaCl). Систему подвергали воздействию постоянного потока газовой смеси, содержащей H2S, при определенном давлении и температуре. Скорость потока газа составляла около 600 мл/мин, причем газовую смесь продували непосредственно в жидкость. Жидкую фазу непрерывно гомогенизировали посредством смесителя при около 500 об/мин, таким образом реакционную среду насыщали H2S и CO2. Концентрацию H2S в потоке непрерывно измеряли посредством газовой хроматографии с детектором по теплопроводности.
После насыщения среды газовой смесью, аликвоту тестируемого продукта ввели в автоклав. Тестируемую концентрацию стандартизировали при около 1000 м.д. продукта. Масса H2S, которую тестируемый продукт был способен уловить (или уменьшить), рассчитали по изменению концентрации H2S, полученному из графика концентрации H2S в % моль/моль в зависимости от времени. Объем израсходованного поглотителя на массу H2S (л поглотителя/кг H2S) использовали в качестве параметра для сравнения производительности различных поглотителей H2S. Этот параметр рассчитан вплоть до 60 минут реакции.
Было принято решение оценить производительность конкретных многофункциональных композиций при давлениях, составляющих около 150 фунтов/кв.дюйм (1,034 МПа) с использованием смеси из керосина и соляного раствора в качестве жидкости. На Фиг. 1 и в Таблице 1 представлены данные эксперимента с ТИГ с использованием Смеси 1 по изобретению (которая является смесью по изобретению, содержащей 1,2-этандиилбис(окси)бис метанол (около 85% по массе), 1-этенилазепан-2-он-1-этенилпирролидин-2-он (1:1) (около 7% по массе), этанол (около 8% по массе), и уксусную кислоту (около 0,2% по массе) и Поглотитель A. На Фиг. 1, «Multifunctional 70% BSW» относится к Смеси 1 по изобретению с 70% нефти /30% воды, «Multifunctional 30% BSW» относится к Смеси 1 по изобретению с 30% нефти /70% воды, и «GT-251 70% BSW» относится к Товарному продукту 1, который представляет собой поглотитель (смесь гликольформаля (около 90% по массе) и этанола (около 10% по массе).
Таблица 1: Способность Смеси 1 по изобретению и Товарного продукта 1 удалять примеси H2S
| Способность удалять примеси в течение 60 мин. | ||
| Продукт | Объем продукта/масса H2S (л/кг) | Масса H2S/об. продукта (г/л) |
| Товарный продукт 1-70% масла /30% воды | 23,8 | 42,02 |
| Смесь 1 по изобретению-70% нефти /30% воды | 28,5 | 35,14 |
| Смесь 1 по изобретению-30% нефти /70% воды | 14,7 | 68,17 |
Результаты показывают, что присутствие ингибитора гидратообразования не оказывает негативного влияния на способность многофункциональной композиции удалять примеси сероводорода.
Пример 2
В дополнительном эксперименте были проанализированы аспекты ингибирования гидратообразования в конкретных вариантах осуществления изобретения раскрытых в данном документе многофункциональных композиций.
Газовые гидраты представляют собой льдоподобные кристаллические структуры, которые образуются в условиях высокого давления и низкой температуры. Для того, чтобы определить, способны ли многофункциональные композиции ингибировать гидратообразование, использовали процедуру ингибирования роста кристаллов в автоклавеe (DLI 10.228 «Operation of high-pressure autoclaves for hydrate inhibitor evaluation»).
Для проведения испытаний использовали газовою композицию и получили кривую равновесия гидратов для определения параметров испытаний. Процедура включает в себя систему, содержащую деионизированную воду и газ, который, как известно, образует гидраты внутри автоклава. Автоклав закрыли и повысили в нем давление вплоть до около 60 бар (6МПа) при температуре около 25°С. Давление поддерживали постоянным, а систему охладили до температуры, составляющей около 1°C, останавливаясь при разных температурах в процессе охлаждения, чтобы увидеть, находится ли система при равновесной температуре гидрата. При охлаждении происходит значительное уменьшение давления, что связано с тем, что газ попадает в кристалл из-за образования гидрата. Далее систему снова нагрели до около 25°C, а затем повторили цикл охлаждения. Эту последовательность этапов выполняли 12 раз, чтобы определить согласованность температуры, при которой образуются гидраты, при повторении той же процедуры.
Результатами, полученными с использованием процедуры ТИГ, являются равновесная температура гидратов, изохорическое давление и разность давлений при образовании гидратов. С этими параметрами можно рассчитать, используя, например, HydraFlash, скорость роста гидратов и определить, находится ли она выше границы области быстрого роста (RGR). Граница RGR дает количественный признак кинетического ингибитора гидратообразования для действия в качестве ингибитора. Порог составляет 5 мас.-%/ч, поэтому скорость роста рассчитывается при разных температурах испытаний. Пересечение порога 5 мас.-%/ч указывает на то, что RGR пересекается, что указывает на то, что ингибитор больше не эффективен для ингибирования роста кристаллов.
При просмотре данных «переохлаждение» относится к разности между равновесной температурой гидрата и тестируемой температурой. На Фиг. 2, более светлая заштрихованная часть горизонтальной полосы представляет собой область, где образуются гидраты, а более темная затененная часть горизонтальной полосы представляет собой область ниже порога. Большая разница указывает на лучшее ингибирование гидратообразования.
На Фиг. 2 проиллюстрированы результаты этого эксперимента, изображенные как переохлаждение/°C. Чем дальше система от гидратообразования, тем лучше производительность композиции. На Фиг. 2, более темная часть горизонтальной линии относится к <5 мас.-%/ч гидратов, а более светлая часть горизонтальной линии относится к > или=5 мас.-%/ч гидратов.
Аббревиатуры на Фиг. 2 формулируются следующим образом:
КИГ: 1-этенилазепан-2-он-1-этенилпирролидин-2-он;
VX11823B: смесь глицеринформаля (около 61% по массе), 1-этенилазепан-2-он-1-этенилпирролидин-2-она (1:1) (около 7% по массе), этанола (около 31% по массе) и уксусной кислоты (около 0,15% по массе);
VX11824B: смесь глицеринформаля (около 62% по массе), 1-этенилазепан-2-он-1-этенилпирролидин-2-она (1:1) (около 6% по массе), этанола (около 32% по массе) и уксусной кислоты (около 0,15% по массе);
VX11824A: смесь 1,2-этандиилбис(окси)бисметанола (около 86% по массе), 1-этенилазепан-2-он-1-этенилпирролидин-2-она (1:1) (около 6% по массе), этанола (около 8% по массе) и уксусной кислоты (около 0,2% по массе);
VX11823A: смесь 1,2-этандиилбис(окси)бисметанола (около 85% по массе), 1-этенилазепан-2-он-1-этенилпирролидин-2-она (1:1) (около 7% по массе), этанола (около 8% по массе) и уксусной кислоты (около 0,2% по массе);
VX11825B: смесь глицеринформаля (около 63% по массе), 1-этенилазепан-2-он-1-этенилпирролидин-2-она (1:1) (около 3% по массе), этанола (около 33% по массе) и уксусной кислоты (около 0,15% по массе);
VX11825A: смесь 1,2-этандиилбис(окси)бисметанола (около 89% по массе), 1-этенилазепан-2-он-1-этенилпирролидин-2-она (1:1) (около 3% по массе), этанола (около 8% по массе) и уксусной кислоты (около 0,2% по массе);
Поглотитель A: смесь гликольформаля (около 90% по массе) и этанола (около 10% по массе); и
Поглотитель B: смесь глицеринформаля (около 70% по массе) и этанола (около 30% по массе).
Как можно увидеть на Фиг. 2, между компонентами многофункциональных композиций показан синергический эффект. Например, кинетический ингибитор гидратообразования и поглотители сероводорода были испытаны отдельно (как Поглотитель B, Поглотитель A и КИГ). Все следующие строки показывают, что система была перенесена еще дальше от точки образования гидратов. Таким образом, можно сказать, что поглотитель сероводорода оказывает синергетическое воздействие на ингибитор гидратообразования. Поглотитель показал ингибирование гидрата, аналогичное тому, что было продемонстрировано КИГ, но поглотитель также показал слабую способность ингибировать образование гидратов, как видно из графика, при этом указанная способность увеличивается при использовании поглотителя и кинетического ингибитора гидратообразования вместе, как видно из последних 6 строк на Фиг. 2, что указывает на синергетический эффект.
Были проведены дополнительные эксперименты для обнаружения образования газовых гидратов, на которые указывает падение давления и часто соответствующее увеличение температуры. Снижение давления является следствием включения газа в кристаллическую структуру гидрата, которая имеет повышенную плотность по сравнению с газовым состоянием. Наблюдается повышение температуры, поскольку образование газовых гидратов является экзотермической реакцией. Испытания считались пройденными, если не было признаков образования гидратов в течение всей продолжительности испытаний, при этом провели два одинаковых испытания, в течение максимум около 89 часов. Поскольку ингибитор воздействует на кинетику системы (т.е. замедляет скорость роста гидратов), гидраты могли в конечном итоге образовываться, если система оставалась в условиях образования гидратов достаточно долго. Данные испытаний можно увидеть ниже в таблице 2, где показано время образования гидратов.
Таблица 2:
| Продукт | Поглотитель H2S | Плановое давление | Темп. запуска (°C) |
Темп. (°C) | Средний результат в автоклаве (ч) |
| Только КИГ | нет данных | 60 бар (6МПа) | 25°C | 10°C | 52,2 |
| 1:9 | Глицеринформаль | 60 бар (6МПа) | 25°C | 10°C | 71,0 |
| 1:1 | Глицеринформаль | 60 бар (6МПа) | 25°C | 10°C | >89 |
| 1:1 | Гликоль формаль | 60 бар (6МПа) | 25°C | 10°C | 63,0 |
| 9,7:0,3 | Гексагидро-1,3,5-трис(2-гидроксиэтил)-S-триазин | 60 бар (6МПа) | 25°C | 10°C | 71,4 |
| 1:1 | Глиоксаль | 60 бар (6МПа) | 25°C | 10°C | 59,0 |
| 9,7:0,3 | Глиоксаль | 60 бар (6МПа) | 25°C | 10°C | >89 |
В Таблице 2 соотношение поглотителя к ингибитору представлено в первой колонке. Поглотители перечислены во второй колонке и во всех испытаниях использовали один и тот же КИГ, т.е. 1-этенилазепан-2-он-1-этенилпирролидин-2-он. Как можно увидеть из Таблицы 2, многофункциональные композиции препятствуют или продлевают время, необходимое для образования гидратов, что свидетельствует о синергетическом эффекте при использовании комбинаций этих сероводородных поглотителей и ингибитора гидратообразования.
Любые диапазоны, заданные в абсолютных значениях либо в приблизительных значениях, предназначены для охвата и тех, и других, и любые определения, используемые в данном документе, предназначены для уточнения, а не для ограничения. Несмотря на то, что численные диапазоны и параметры, широко излагающие объем данного изобретения, являются приближениями, численные значения, предложенные в конкретных примерах, представлены максимально точно. Однако, любое численное значение по своей сути содержит определенные погрешности, неизбежно возникающие в результате стандартного отклонения, обнаруженного при соответствующих тестовых измерениях данного значения. Кроме того, все диапазоны, раскрытые в данном документе, следует понимать как охватывающие любые и все поддиапазоны (включая все дробные и целые значения), включенные в них.
Кроме того, данное изобретение охватывает любые и все возможные комбинации некоторых или всех описанных в данном документе различных вариантов осуществления изобретения. Любые и все патенты, патентные заявки, научные статьи и другие ссылки, приведенные в данной заявке, а также любые ссылки, цитированные в данной заявке, в полном объеме включены в данный документ посредством ссылки.
1. Способ удаления примеси сероводорода и предотвращения образования гидратов в среде, включающий в себя:
добавление эффективного количества многофункциональной композиции к среде, причем многофункциональная композиция содержит поглотитель, ингибитор гидратообразования и, необязательно, кислоту, основание и/или растворитель, при этом поглотитель содержит элемент композиции, выбранный из группы, состоящей из: ацетальной группы, гемиацетальной группы, диальдегида, циклического соединения и любой комбинации вышеуказанных, притом что ингибитор гидратообразования содержит капролактам или пирролидон.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанная среда содержит газ, нефть, воду или любую комбинацию вышеуказанных.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что нефтяная или газовая скважина содержит среду, причем многофункциональную композицию добавляют к среде через газ-лифт или комбинированный реагентопроводный трубопровод.
4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что многофункциональная композиция является безводной и, необязательно, исключает азотсодержащие соединения.
5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что многофункциональная композиция содержит от около 50% до около 97%, по массе, поглотителя, и от около 50% до около 3%, по массе, ингибитора гидратообразования.
6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что поглотитель содержит структуру, выбранную из группы, состоящей из:
,
где R1 представляет собой водород (H) или углеводородную группу с 1-5 атомами углерода, R2 представляет собой H или углеводородную группу с 1-5 атомами углерода, R3 представляет собой углеводородную группу с 1-5 атомами углерода, ацеталь, или гемицеталь, и R4 представляет собой H или углеводородную группу с 1-5 атомами углерода.
7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что поглотитель содержит этиленгликоль, формальдегид, глицеринформаль или любую комбинацию вышеуказанных.
8. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что ингибитор гидратообразования содержит соединение, выбранное из группы, состоящей из: N-винил-2-капролактама, терполимера N-винил-2-капролактама, 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты, N-винил-2-пирролидона, поли-N-винил-2-капролактама, циклических N-виниламидов, ациклических N-виниламидов и любой комбинации вышеуказанных.
9. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что ингибитор гидратообразования содержит структуру, выбранную из группы, состоящей из:
где R независимо выбран из группы, состоящей из: H, алкильной группы, циклоалкильной группы и арильной группы;
m равен числу от 1-60;
n равен числу от 1-60;
M представляет собой элемент композиции, выбранный из группы, состоящей из: H, Na, K, Li, Ca, Ba, Mg2+, Al3+ и NH4+; и
y равен 1 или 2.
10. Способ по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что уровень pH многофункциональной композиции находится в интервале между около 4,5 и около 9.
11. Способ по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что диальдегид содержит следующую общую структуру:
где R1 содержит водород (H) или углеводородную группу с 1-5 атомами углерода, R2 содержит H или углеводородную группу с 1-5 атомами углерода и n равен 1 или числу больше 1.
12. Способ по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что циклическое соединение содержит следующую общую формулу:
где R1 может быть выбран из водорода (H), углеводородной группы с 1-5 атомами углерода или спиртовой группы, содержащей 1 или 2 атома углерода; R2 может быть выбран из водорода (H), углеводородной группы с 1-5 атомами углерода или спиртовой группы, содержащей 1 или 2 атома углерода, и R3 может быть выбран из водорода (H), углеводородной группы с 1-5 атомами углерода или спиртовой группы, содержащей 1 или 2 атома углерода.
13. Многофункциональная композиция, содержащая:
ингибитор гидратообразования, содержащий капролактам или пирролидон,
поглотитель, содержащий элемент композиции, выбранный из группы, состоящей из: ацетальной группы, гемицетальной группы, диальдегида, циклического соединения и любой комбинации вышеуказанных, и
необязательно, элемент композиции, выбранный из группы, состоящей из: кислоты, основания, растворителя и любой комбинации вышеуказанных.
14. Композиция по п. 13, отличающаяся тем, что поглотитель содержит структуру, выбранную из группы, состоящей из:
где R1 представляет собой водород (H) или углеводородную группу с 1-5 атомами углерода, R2 представляет собой H или углеводородную группу с 1-5 атомами углерода, R3 представляет собой углеводородную группу с 1-5 атомами углерода, ацеталь или гемицеталь, и R4 представляет собой H или углеводородную группу с 1-5 атомами углерода.
15. Композиция по п. 13 или 14, отличающаяся тем, что поглотитель содержит этиленгликоль, формальдегид, глицеринформаль или любую комбинацию вышеуказанных.
16. Композиция по любому из пп. 13-15, отличающаяся тем, что ингибитор гидратообразования содержит структуру, выбранную из группы, состоящей из:
где R независимо выбран из группы, состоящей из: H, алкильной группы, циклоалкильной группы и арильной группы;
m равен числу от 1-60;
n равен числу от 1-60;
M представляет собой элемент композиции, выбранный из группы, состоящей из: H, Na, K, Li, Ca, Ba, Mg2+, Al3+ и NH4+; и
y равен 1 или 2.
17. Композиция по любому из пп. 13-16, отличающаяся тем, что многофункциональная композиция содержит около 70%-98%, по массе, поглотителя, причем поглотитель содержит 1,2-этандиилбис(окси)бисметанол, около 2%-8%, по массе, ингибитора гидратообразования, при этом ингибитор гидратообразования содержит 1-этенилазепан-2-он-1-этенилпирролидин-2-он, около 5%-10%, по массе, растворителя, притом что растворитель содержит этанол, и около 0%-1%, по массе, кислоты, причем кислота содержит уксусную кислоту.
18. Композиция по любому из пп. 13-17, отличающаяся тем, что диальдегид содержит следующую общую структуру:
где R1 содержит водород (H) или углеводородную группу с 1-5 атомами углерода, R2 содержит H или углеводородную группу с 1-5 атомами углерода и n равен 1 или числу больше 1.
19. Композиция по любому из пп. 13-18, отличающаяся тем, что циклическое соединение содержит следующую общую формулу:
где R1 может быть выбран из водорода (H), углеводородной группы с 1-5 атомами углерода или спиртовой группы, содержащей 1 или 2 атома углерода; R2 может быть выбран из водорода (H), углеводородной группы с 1-5 атомами углерода или спиртовой группы, содержащей 1 или 2 атома углерода, и R3 может быть выбран из водорода (H), углеводородной группы с 1-5 атомами углерода или спиртовой группы, содержащей 1 или 2 атома углерода.
20. Применение многофункциональной композиции для удаления примеси сероводорода и предотвращения образования гидратов в среде, причем указанная многофункциональная композиция содержит поглотитель, ингибитор гидратообразования и, необязательно, кислоту, основание и/или растворитель, при этом поглотитель содержит элемент композиции, выбранный из группы, состоящей из: ацетальной группы, гемиацетальной группы, диальдегида, циклического соединения и любой комбинации вышеуказанных, притом что ингибитор гидратообразования содержит капролактам или пирролидон.
