Улучшенная кинетика поли(винилкапролактамного) ингибитора образования газовых гидратов и способ его получения

Настоящее изобретение относится к кинетическим ингибиторам газовых гидратов и может быть использовано при обработке подземного пласта при добыче газа, обработке газа, транспортировании и хранении. Кинетический ингибитор газового гидрата содержит гомополимер винилкапролактама или сополимер винилкапролактама с винилсодержащим мономером, полученный полимеризацией соединения винилкапролактама в системе полимеризационного растворителя, содержащей алкиленкарбонат и/или алкиллактат и инициатор полимеризации. Кинетический ингибитор газового гидрата содержит гомополимер N-винилкапролактама или сополимер винилкапролактама с винилсодержащим мономером, в смеси с системой полимеризационного растворителя, содержащей алкиленкарбонат и/или алкиллактат. Способ получения кинетического ингибитора газового гидрата в полимеризационной среде включает стадию полимеризации винилкапролактама в системе полимеризационного растворителя, содержащей алкиленкарбонат и/или алкиллактат и инициатор полимеризации. Способ ингибирования образования гидратов природного газа и/или жидких углеводородов в системе, включающей добавление к системе указанного выше ингибитора газового гидрата. Химические продукты тонкого органического синтеза включают указанный выше кинетический ингибитор газового гидрата. Состав кинетического ингибитора гидрата газа содержит указанный выше кинетический ингибитор газового гидрата. Технический результат – повышение эффективности ингибирования газового гидрата. 6 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил., 5 пр.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Это открытие относится к кинетическим ингибиторам гидрата, в частности, кинетическим ингибиторам газового гидрата, и к способам получения таких ингибиторов гидратов. Кинетические ингибиторы гидратов находят применение в различных областях, включая, но не ограничиваясь, ингибирование газового гидрата при бурении скважин, при вскрытии пласта, при добыче природного газа, при его обработке, транспортировке и хранении.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Образование газовых гидратов давно признано потенциальной проблемой в нефтяной и газовой промышленности. В последние годы общая тенденция в отрасли по созданию более эффективных конструкций и минимизации затрат там, где это возможно, привела к значительным усилиям по пониманию образования гидратов и методов предотвращения или ингибирования такого образования.

Газовые гидраты представляют собой твердые вещества, которые образуются из комбинации воды и одного или нескольких углеводородных или не углеводородных газов. По внешнему виду газовые гидраты напоминают слежавшийся снег или лед. В газовых гидратах молекулы газа являются «запертыми в клетке» внутри кристаллической структуры, состоящей из молекул воды. Иногда газовые гидраты называются «газовыми клатратами». Клатраты - это вещества, в которых молекулы одного соединения полностью «заперты в клетках» внутри кристаллической структуры другого. Таким образом, газовые гидраты являются одним типом клатрата.

Для преодоления или контроля образования гидратов обычно используются две широкие методики: термодинамическая и кинетическая, которые могут использоваться отдельно или в сочетании друг с другом. Для термодинамического подхода существует ряд заявленных или испытанных способов, включающих удаление воды, повышение температуры, уменьшение давления, добавление «антифриза» к флюиду и/или их комбинация. Для кинетического подхода были предприняты попытки (а) предотвратить образование агломерации меньших кристаллов гидратов углеводородов в более крупные (известные в промышленности в качестве антиагломерата) и/или (b) ингибирование, замедление и/или предотвращение кристаллизации ядра исходных гидратов углеводородов; и/или роста кристаллов (известное в промышленности как кинетический ингибитор гидратов). Кинетические усилия по контролю гидратов включали использование различных материалов в качестве ингибиторов. Например, для ингибирования закупорки трубопроводов газовым гидратом использовались ониевые соединения, имеющие, по меньшей мере, четыре углеродных заместителя. Кроме того, для контроля гидратов в жидких системах применялись добавки, такие как полимеры с лактамовыми кольцами, например:

в патенте США № 6867262 раскрывают ингибитор газового гидрата привитого полимера, в котором привитой полимер содержит основной полимер и винилкапролактам (в этиленгликоле), привитый на основной полимер;

в патенте США № 6451892 раскрывают состав, который включает в себя гомополимер винилкапролактама, растворитель для полимеризации эфира этиленгликоля, переносчик растворителя и опционально воду или метанол;

в патенте США № 6359047 раскрыт состав, содержащая сополимер на основе винилкапролактама и N,N-диэтиламиноэтилметакрилата в смеси с низкомолекулярным гликолевым эфиром в качестве ингибитора гидрата;

в патенте США № 6281274 раскрывают использование состава ингибитора гидрата, состоящего из сополимера винилкапролактама и винилпиридина, полученного в 2-бутоксиэтаноле;

в патенте США № 6242518 сообщают о составе ингибитора гидрата газа, включающего гомополимер винилкапролактама, полученного в смеси эфира этиленгликоля и воды;

в патенте США № 6194622 сообщают о способе для ингибирования образования гидратов, используя сополимер ПАВ мономера и винилкапролактама в смеси с алкоголем или гликолем;

в патенте США № 6180699 раскрывают использование гомополимера винилкапролактама, полученного в эфире этиленгликоля, и полиоксиалкилдиамина или полиоксиарилдиамина в качестве состава, ингибирующего гидрат;

в патенте США № 6096815 раскрывают композицию для предотвращения формирования газовых гидратов, содержащую гомополимер винилкапролактама и алкоголя, содержащего 3 до 5 атомов углерода;

в патенте США № 5880319 сообщают о способе для использования N-винил лактамного полимера и алкоголя для уменьшения тенденции агломерации клатрата;

в патенте США № 5874660 раскрыт способ ингибирования образования гидратов с использованием кинетического ингибитора гидрата, включающий полимер, образованный из N-метил-N-винилацетамида и винилкапролактама в воде, рассоле или низкомолекулярных спиртах; а также

а патенте США № 5432292 раскрыт способ управления гидратами клатрата в жидких системах с использованием тройного сополимера, содержащего N-винилкапролактам.

Несмотря на состояние технологии, целью настоящего изобретения является обеспечение способа получения улучшенного поли(винилкапролактамного) полимера и использование такого полимера в качестве кинетического ингибитора гидратов при транспортировке природного газа и/или жидких углеводородов через трубопровод или в качестве компонента в составе для личной гигиены.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее открытие представляет собой кинетический ингибитор гидратов, содержащий полимер поли(винилкапролактама), который был изготовлен и используется в системе полимеризационного растворителя, содержащей алкиленкарбонат и/или алкиллактат. В одном варианте способа осуществления полимер поли(виниллактама) представляет собой гомополимер поли(N-винилкапролактама).

В другом варианте способа осуществления предлагается способ получения кинетического ингибитора гидратов по настоящему изобретению в полимеризационной среде, причем в полимеризационной среде, содержащей соединение винилкапролактама, систему полимеризационного растворителя и инициатор полимеризации.

В еще одном варианте способа осуществления предусматривается использование кинетического ингибитора гидратов по настоящему изобретению в способах ингибирования образования гидратов природного газа и/или жидких углеводородов в системе путем добавления в систему кинетического ингибитора гидратов. В общем, система может быть флюидом и/или трубопроводом.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

На фиг. 1 изображен % конверсии гидрата в 0,5 вес. % водных растворах в присутствии газа из «Зеленого Каньона» при температуре 2°(переохлаждение на 12°).

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

При появлении в настоящем документе термин "содержащий" и его производные не предназначены для исключения присутствия какого-либо дополнительного компонента, стадии или процедуры, вне зависимости от того раскрывается это или нет в настоящем документе. Для того чтобы избежать каких-либо сомнений, все составы, заявляемые в настоящем документе, посредством использования термина "содержащий", могут включать любые дополнительные добавки, присадки или соединения, если не указано иное. В отличие от этого, термин "состоящий преимущественно из", при его упоминании в настоящем документе, исключает из объема любого последующего описания любой другой компонент, стадию или процедуру, за исключением тех, которые не являются существенными для работоспособности, а термин "состоящий из", если он используется, исключает любой компонент, стадию или процедуру, конкретно не очерченную или не перечисленную. Термин "или", если не указано иное, относится к перечисленным членам индивидуально, а также в любой комбинации.

Артикли "а" и "an" используются в настоящем документе для обозначения одного или более чем одного (то есть, по крайней мере, одного) грамматического объекта, к которому относится артикль. В качестве примера, «алкиленкарбонат» означает один алкиленкарбонат или более одного алкиленкарбоната. Фразы «в одном варианте способа осуществления настоящего изобретения", "в соответствии с одним вариантом способа осуществления настоящего изобретения" и тому подобное, как правило, означает, что конкретный признак, структура или характеристика, после фразы, включены, по меньшей мере, в один из вариантов способа осуществления настоящего изобретения, и могут быть включены в более чем один из вариантов способа осуществления настоящего изобретения. Важно отметить, что такие фазы не обязательно относятся к тому же варианту способа осуществления настоящего изобретения. Если спецификация описывает, что компонент или особенность "может", "мог", "мог бы" или "могла бы" быть включена или иметь характеристику, то это значит, что конкретный компонент или особенность не обязательно должен быть включен или иметь характеристику.

Термин «мономер» относится к повторяющимся звеньям, которые содержит полимер. Мономер представляет собой соединение, которое химически связывается с другими молекулами, включая другие мономеры, с образованием полимера.

Термин «полимер» относится к молекуле, содержащей несколько мономерных звеньев, связанных ковалентными химическими связями. По этому определению полимер включает молекулы, в которых количество мономерных звеньев колеблется от очень немногих, которые чаще всего можно назвать олигомерами, до очень многих. Неограничивающие примеры полимеров включают гомополимеры, которые содержат мономерные звенья, сополимеры, которые содержат два непохожих мономерных звена и которые могут располагаться в случайном, заблокированном или чередующемся порядке, и терполимеры, которые содержат три непохожих мономерных звена и которые могут располагаться в случайном, заблокированном или чередующемся порядке.

Термин «химические продукты тонкого органического синтеза» относится к составам, не относящимся к средствам личной гигиены, которые служат для широкого спектра применений, и включают в себя неограничивающие составы, такие как клеи, сельскохозяйственные материалы, биоциды, покрытия, электронику, хозяйственные-промышленные-институциональные материалы (HI&I), чернила, мембраны, металлические флюиды, бумага, краски, пластмассы, печатные материалы, штукатурки и составы для ухода за древесиной.

Термин составы «для личной гигиены» относится к таким иллюстративным неограничивающим составам, как предохраняющие составы для кожи, от солнца, содержащие масло, для волос, для косметики и в том числе для изменения цвета и внешнего вида кожи. Потенциальные составы для личной гигиены включают, но не ограничиваются ими, полимеры для большей гибкости в укладке волос, долговечной укладки и повышенной влажности для волос, кожи, и декоративную косметику, для защиты от солнца, для водонепроницаемости/стойкости, износостойкости и для термозащитных/улучшающих составов.

Термин «флюид» означает технологический флюид, который, в свою очередь, включает, но не ограничивается, пластовый флюид, сырую нефть, сырой природный газ и другие флюиды, возникающие при производстве нефти и газа.

Настоящее изобретение относится к полимеру поли(винилкапролактама), полученному полимеризацией соединения винилкапролактама в системе полимеризационного растворителя, содержащей алкиленкарбонат и/или алкиллактат, и инициатор полимеризации. Настоящее открытие также обеспечивает кинетический ингибитор гидрата, содержащий полимер поли(винилкапролактама) в смеси с полимеризационной системой растворителей. Заявители неожиданно обнаружили, что полимеры поли(винилкапролактама) могут быть получены с одинаковой численной и весовой молекулярной массой в качестве современных полимеров поли(винилкапролалактама), которые были получены в современных растворителях, таких как 2-бутоксиэтанол или других спиртах или гликолях, при этом современные растворители замещаются алкиленкарбонатом и/или алкиллактатом. Настоящий способ, таким образом, представляет собой улучшение в отношении современных полимеров и способов, поскольку предлагаемая в изобретении система полимеризационных растворителей имеет низкую токсичность и состояние, освобожденное от VOC. Кроме того, полученная в результате смесь поли(винилкапролактама)/полимерного растворителя проявляет превосходные характеристики ингибитора гидрата по сравнению с современными полимерами поли(винилкапролактама)/растворяющими смесями.

Согласно одному варианту способа осуществления полимер поли(винилкапролактама) представляет собой гомополимер поли(винилкапролактама). Гомополимер поли(винилкапролактама) может быть получен из соединения винилкапролактама, такого как N-винилкапролактам, N-винил-7-метил-2-капролактам и N-винил-7-этил-2-капролактам. В одном варианте способа осуществления полимер поли(винилкапролактама) представляет собой гомополимер поли(N-винилкапролактама). В некоторых вариантах способа осуществления гомополимер поли(винилкапролактама) может иметь средневесовую молекулярную массу примерно от 400 примерно до 4000, особенно примерно от 500 примерно до 2500, как определено GPC с использованием полиэтиленгликоля в качестве стандарта.

Согласно другому варианту способа осуществления полимер поли(винилкапролактама) представляет собой сополимер, полученный из соединения винилкапролактама и еще одного соединения виниллактама, такого как N-винилпирролидон, N-винил-5-метил-2-пирролидон, N-винил-5-этил-2-пирролидон, N-винил-2-пиперидон, N-винил-6-метил-2-пиперидон и N-винил-6-этил-2-пиперидон. В некоторых вариантах способа осуществления сополимер поли(винилкапролактама) может иметь средневесовую молекулярную массу примерно от 400 примерно до 4000, особенно примерно от 500 примерно до 2500, как определено GPC с использованием полиэтиленгликоля в качестве стандарта.

В еще одном варианте способа осуществления полимер поли(винилкапролактама) представляет собой сополимер или тройной сополимер, полученный из соединения винилкапролактама и по меньшей мере одного другого соединения виниллактама и/или другого мономера, такого как линейный акриловый N-виниламидный мономер (например, N-винилформамид, N-винилацетамид или N-винил-N-метилацетамид), акриламид, N-алкилакриламид (например, N, N-диметиламиноакриламид, N-[1-(2-пирролидонилэтил)] акриламид, N,N-диалкиламиноалкилметакриламид, (например, N,N-диметиламинопропилметакриламид), N,N-диалкиламиноалкил(мет)акрилат (например, N,N-диметиламиноэтил(мет)акрилат) и их четвертичные соли (которые могут включать N-алкилбромиды, тетрагидрофурфурилметакрилат и тому подобное). В некоторых вариантах способа осуществления сополимер или тройной полимер поли(винилкапролактама) может иметь средневесовую молекулярную массу примерно от 400 примерно до 4000, особенно примерно от 500 примерно до 2500, как определено GPC с использованием полиэтиленгликоля в качестве стандарта.

Соответственно, такие сополимеры и тройные полимеры поли(винилкапролактама) должны содержать, по меньшей мере, около 40 мас.% винилкапролактама и, особенно, по меньшей мере, около 50 мас.% винилкапролактама в расчете на общую массу сополимера или тройного полимера.

В некоторых вариантах способа осуществления количество винилового капролактама в полимеризационной среде может составлять до 60 мас.% в расчете на общую массу полимеризационной среды. В других вариантах способа осуществления количество соединения винилкапролактама в полимеризационной среде может составлять примерно от 10 мас.% примерно до 50 мас.% в расчете на общую массу полимеризационной среды.

В другом варианте способа осуществления система полимеризационного растворителя включает алкиленкарбонат. Алкиленкарбонат представляет собой соединение, представленное структурой:

где R₁, R₂, R₃ и R₄ каждый независимо представляет собой водород, гидроксиметил или линейную или разветвленную C₁ -C₁₀ алкильную группу. Алкиленкарбонат может быть получен несколькими известными способами, включая реакцию гликоля с фосгеном, переэтерификацию гликоля с диэтилкарбонатом или реакцией соответствующего 1,2-эпоксида с диоксидом углерода в присутствии катализатора, поскольку такие способы известны в данной области техники.

Примеры алкиленовых карбонатов включают, но не ограничиваются ими, этиленкарбонат, пропиленкарбонат, триметиленкарбонат, 1,2-бутиленкарбонат, 2,3-бутиленкарбонат, изобутиленкарбонат, глицеринкарбонат и их смеси. Таким образом, в одном варианте способа осуществления алкиленкарбонат выбран из этиленкарбоната, пропиленкарбоната, 1,2-бутиленкарбоната и их смеси. В другом варианте способа осуществления алкиленкарбонат представляет собой пропиленкарбонат.

В соответствии с другим вариантом способа осуществления система полимеризационного растворителя включает алкиллактат. В одном варианте осуществления алкиллактат представляет собой алифатический линейный или разветвленный C₁ - C₁₀ алкиллактат. В другом варианте способа осуществления алкиллактат представляет собой линейный или разветвленный алифатический C₁ - C₄ алкил лактат. Алкиллактаты могут присутствовать в виде D - и L-лактатов, с частными вариантами способа осуществления, предпочитающими L-лактаты.

Примеры алкилактатов включают метиллактат, этиллактат, н-пропиллактат, изопропиллактат, н-бутилактат, изобутиллактат, циклогексиллактат, 2-этилгексиллактат, 2- метилциклогексиллактат, гептиллактат, октиллактат и их смеси. В одном варианте способа осуществления алкиллактат выбирают из метиллактата, этиллактата, н-пропиллактата, изопропиллактата, н-бутилактата, изобутиллактата и их смеси. В следующем варианте способа осуществления алкилактат выбирают из этиллактата, н-пропиллактата, н-бутиллактата и их смеси. В еще одном варианте способа осуществления алкилактат представляет собой н-бутиллактат.

В некоторых вариантах способа осуществления полимеризационная среда может содержать примерно до 75 мас.% системы полимеризационного растворителя в расчете на общую массу полимеризационной среды. В других вариантах способа осуществления полимеризационная среда может содержать примерно от 5 примерно до 60 мас.% системы полимеризационного растворителя в расчете на общую массу полимеризационной среды. В других вариантах способа осуществления полимеризационная среда может содержать примерно от 10 примерно до 50 мас.% в расчете на общую массу полимеризационной среды.

В другом варианте способа осуществления полимеризационная среда содержит инициатор полимеризации. В качестве инициаторов полимеризации можно использовать пероксидные соединения, в том числе ди-трет-бутилпероксид, ди-трет-амилпероксид, дикумилпероксид, 2,5-диметил-2,5-бис-(трет-бутилперокси)-гексан, 2,2-бис(трет-бутилперокси)-бутан, 1,1-бис-(трет-бутилперокси)-3,3,5-триметилциклогексан или 4,4-ди-(трет-бутилперокси -бутил валерат, 2,5-диметил-2,5-ди-(т-бутилпероксил)гексан и их смеси.

В некоторых вариантах способа осуществления инициатор полимеризации обычно можно использовать в количестве примерно 0,01-10 мас.% в расчете на общую массу полимеризационной среды. В других вариантах способа осуществления инициатор полимеризации может быть использован в количестве примерно 0,02-5 мас.% в расчете на общую массу полимеризационной среды.

Полимеризацию можно проводить посредством периодического процесса или (полу)непрерывного процесса подачи. В некоторых вариантах способа осуществления полимеризация может иметь место при температуре в диапазоне примерно от 40°С примерно до 200°С, в других вариантах способа осуществления примерно от 60°С примерно до 170°С, тогда как в других вариантах способа осуществления примерно от 85°С примерно до 150°С. Полимеризацию обычно проводят под атмосферным давлением, но она может также протекать при пониженном или повышенном давлении, например, от 1 до 10 бар. Полимеризацию можно также проводить в атмосфере инертного газа, например азота.

Согласно другому варианту способа осуществления кинетический ингибитор гидрата по настоящему открытию включает полимер поли(винилкапролактама), например, гомополимер поли(N-винилкапролактама), в смеси с системой полимеризационного растворителя. В некоторых вариантах способа осуществления полимер поли(винилкапролактама), например, гомополимер поли(N-винилкапролактама) и система полимеризационного растворителя, во время полимеризации или после полимеризации могут быть разбавлены водой или метанолом с образованием гомогенного водного раствора с желаемой концентрацией. Вода может добавляться постоянно, периодически или вся сразу. Таким образом, в некоторых вариантах способов воплощения полученный таким образом полимер поли(винилкапролактама), например, гомополимер поли(N-винилкапролактама) и полимеризационный растворитель, могут быть дополнительно разбавлены разбавляющей жидкостью, такой как вода или метанол, или их смесью, при необходимости, с образованием разбавленного состава. Соотношения смесей полимера поли(винилкапролактама) /системы полимеризационного растворителя к разбавляющей жидкости могут составлять от 0,5:1 до 5:1, например, около 1:1.

Как правило, количество полимера поли(винилкапролактама), которое может находиться в смеси с системой полимеризационного растворителя в кинетическом ингибиторе гидратов, может составлять примерно от 20 примерно до 80 мас.%, например, примерно от 25 примерно до 55 мас.%, в расчете на общую массу поливинилкапролактама и системы полимеризационного растворителя. В других вариантах способа осуществления соотношение по массе системы полимеризационного растворителя к полимеру поли(винилкапролактама) составляет от 90:10 до 10:90, в других вариантах способа осуществления от 75:25 до 25:75, и еще в других вариантах осуществления от 60:40 до 40:60. Согласно одному варианту способа осуществления, кинетический ингибитор гидратов по настоящему открытию может быть использован в способах для ингибирования образования в системе гидратов природного газа и жидких углеводородов, способ, включающий добавление в систему кинетического ингибитора гидратов по настоящему открытию.

С другой стороны, настоящее изобретение относится к применению кинетического ингибитора гидратов, как описано здесь, в качестве кинетического ингибитора гидратов газа для ингибирования образования гидратов в системе, такой как система для бурения на углеводороды, добычи, хранения и/или транспортировка, включая добычу, бурение, вскрытие пласта, гидравлический разрыв пласта, интенсификация добычи и операции по закачиванию и по повторной закачке. Как правило, упомянутая здесь «система» представляет собой флюид и/или трубопровод. Таким образом, в одном варианте осуществления предлагается способ ингибирования образования гидратов во флюиде, который включает стадию добавления кинетического ингибитора гидратов газа к флюиду.

Добавление кинетического ингибитора гидратов газа к системе может быть достигнуто с помощью любого известного способа и в количествах, типичных в данной области техники. Однако из-за неожиданной эффективности кинетического ингибитора гидратов газа по настоящему изобретению могут потребоваться меньшие количества, чем в обычных составах ингибитора гидрата. В одном варианте способа осуществления типичные концентрации кинетического ингибитора гидратов газа, рассчитанные как 100% активного вещества, могут составлять примерно от 0,005 примерно до 8 мас.%, например, примерно от 0,0075 примерно до 5 мас.%, особенно примерно от 0,01 до 3 мас.% и даже примерно от 0,02 примерно до 1 мас.% (100 -10 000 частей на миллион) в расчете на общее количество воды в системе. Настоящее раскрытие полезно для ингибирования образования гидратов для многих углеводородов и смесей углеводородов, например, таких, которые включают метан, этан, пропан, н-бутан, изобутан, изопентан и их смеси. Другие примеры включают различные смеси природного газа, которые присутствуют во многих газовых и/или нефтяных пластах месторождения и в жидком газовом конденсате (NGL). Углеводороды могут также содержать другие соединения, включая, но не ограничиваясь ими, CO₂, сероводород и другие соединения, обычно встречающиеся в газовых/нефтяных пластах месторождения или на перерабатывающих заводах, встречающиеся либо в природе, либо используемые для извлечения/переработки углеводородов из пласта или их обоих и их смесей.

Способы и применения настоящего изобретения включают контакт системы с кинетическим ингибитором гидратов газа, как описано в настоящем документе. Когда используется эффективное количество такого кинетического ингибитора гидрата газа, гидратация в трубопроводе замедляется. Контакт может быть осуществлен с помощью стандартного оборудования, такого как нагнетающие насосы или тому подобное, что приводит к быстрому и равномерному распределению ингибитора в водной фазе, которая имеет тенденцию образовывать гидраты.

Контакт может осуществляться как в потоке, так и в автономном режиме или в обоих режимах. Если необходимо или желательно, кинетический ингибитор гидратов газа или некоторые его компоненты могут быть опционально удалены или разделены механически, химически или другими способами, известными специалисту в данной области техники, или комбинацией этих способов после того как исчезают условия образования гидрата.

Давление, при котором кинетический ингибитор гидрата газа контактирует с жидкостью, обычно равен или превышает атмосферное давление (например, около 101 кПа), например, более чем приблизительно 1 МПа, и даже больше, чем приблизительно 5 МПа. Давление в некоторых пластах месторождения или перерабатывающих заводах или установках может быть гораздо выше, например больше, чем около 20 МПа. Не существует конкретного предела высокого давления. Настоящий кинетический ингибитор гидратов газа может использоваться при любом давлении, которое позволяет образование газовых гидратов.

Поскольку кинетический ингибитор гидратов газа в основном замедляет или предотвращает образование газовых гидратов, добавление ингибитора должно в идеале происходить до образования гидратов, то есть выше равновесной температуры образования гидратов. Температура контакта обычно ниже, она такая же или не намного выше температуры окружающей среды или комнатной температуры. Более низкие температуры, как правило, благоприятствуют образованию гидратов, что требует обработки кинетическим ингибитором гидрата газа по настоящему изобретению. Однако при гораздо более высоких температурах гидраты углеводородов не могут образовываться, что устраняет необходимость проведения любых обработок.

В способах и применениях настоящего изобретения описанный здесь кинетический ингибитор гидрата газа может быть добавлен в систему на любой стадии или в месте, подходящем для ингибирования образования гидратов. Трубами, в которые может быть добавлен кинетический ингибитор гидратации газа, обычно являются углеводородные трубопроводы, простирающиеся, по меньшей мере, на часть длины от участка в углеводородной скважине, на котором углеводород поступает в ствол скважины к нефтепромысловому объекту, удаленному от скважины, на котором обрабатываются углеводородные составы. Как правило, кинетический ингибитор гидрата газа добавляют к технологическому потоку, содержащему углеводороды и воду путем закачивания через один порт или несколько портов. В одном аспекте кинетический ингибитор гидрата газа может быть введен в резервуарную матрицу, окружающую скважину для добычи углеводородов. В следующем аспекте кинетический ингибитор гидрата газа может быть закачан в технологическую скважину для добычи углеводородов. В другом аспекте кинетический ингибитор гидрата газа закачивают в устье скважины.

Кинетический ингибитор гидрата газа по настоящему изобретению может использоваться отдельно или в сочетании с дополнительными компонентами, включая, но не ограничиваясь, соли, добавки-утяжелители, инертные вещества, регулирующие реагенты утечки жидкости, эмульгаторы, дисперсионные добавки, ингибиторы коррозии, эмульсионные разбавители, эмульсионные загустители, увеличители вязкости, гелеобразующий реагент, высокого давления, высокой температуры регулирующий реагент эмульгирования-фильтрации, ПАВ, аэрозоли, расклинивающие реагенты, гравийные частицы, материал для ликвидации поглощений, вспенивающие реагенты, газы, добавки для контроля рН, разжижители геля, биоциды, сшиватели, стабилизаторы, хелатирующие реагенты, ингибиторы солеотложений, термодинамические ингибиторы гидратов, вторые кинетические ингибиторы гидратов, взаимные растворители, окислители, восстановители, понизители трения, реагенты стабилизации глины или любая их комбинация.

Описанные полимеры поли(винилкапролактама) могут обеспечить преимущества за пределами нефтяной и газовой промышленности. Эти преимущества могут включать реологический контроль, деэмульгирование, биоцидную активность, ингибирование набухания сланцев, ингибирование отложений, солюбилизацию, ингибирование воска и осаждение активных веществ (таких как биоциды или ароматизаторы). Следовательно, полимеры поли(винилкапролактама), как ожидается, будут полезны в других химических продуктах тонкого органического синтеза и в составах для личной гигиены. Например, полимеры поли(винилкапролактама) могут быть объединены с компонентами, типичными для адгезивов, сельского хозяйства, биоцидов, очистки, нанесения покрытий, инкапсулирования или использования мембран для формирования химических продуктов тонкого органического синтеза.

ПРИМЕРЫ

Сравнительный пример 1

В 200 мл химический стакан, содержащий 120,0 г расплавленного N-винилового капролактама (40-60°C) было добавлено 2,4 г ди-трет-бутилпероксида, и смесь была перемешана в течение 10 минут. В одну четырехгорлую круглодонную колбу, снабженную механической мешалкой, обратным холодильником и температурным зондом, добавляли 80,0 г бутилцеллозольва (2-бутоксиэтанола, Dow). Вышеупомянутую смесь, содержащую N-винилкапролактам, переносили в 300-миллилитровую капельную воронку для выравнивания давления, которая затем была установлена на реакционной установке. Перед переносом капельную воронку оборачивали нагревательной лентой, которая была отрегулирована таким образом, чтобы поддерживать содержимое в расплавленном состоянии во время добавления (40-60°C). Растворитель бутилцеллозольва, присутствующий в реакционной колбе, нагревали до 150°С при перемешивании, одновременно продувая сборку азотом. После стабилизации растворителя при 150°С и продувания сборки азотом в течение, по меньшей мере, 30 минут, вышеупомянутую смесь, содержащую N-винилкапролактам, загружали по каплям в колбу в течение 1 часа, поддерживая температуру реакции 150°С. После завершения добавления, содержимое колбы дополнительно выдерживали при 150°С в течение 1,5 часов. Полученный продукт охлаждали и выпускали при температуре ниже 60°С. Полученный продукт представлял собой светло-желтую жидкость. GPC (растворитель THF, 1,0 мас.% трет-бутил-амина, PPG стандарты): M_n=517, М_w=663.

Пример 1

В 500-мл химический стакан, содержащий 75,0 г пропиленкарбоната при температуре окружающей среды, медленно добавляли 111,0 г расплавленного N-винилкапролактама (40-60°С) при перемешивании. К этому дополнительно добавляли 1,8 г ди-трет-бутилпероксида и конечную смесь перемешивали еще 10 минут. В одну четырехгорлую круглодонную колбу, снабженную механической мешалкой, обратным холодильником и температурным зондом, добавляли 262,5 г пропиленкарбоната. Вышеупомянутую смесь, содержащую N-винилкапролактам, переносили в 500-миллилитровую капельную воронку для выравнивания давления, которая затем была установлена на реакционной установке. Содержимое колбы перемешивали при одновременном нагревании до 150°С и продувке азотом. После стабилизации содержимого колбы с перемешиванием при 150°С и продувания сборки азотом в течение, по меньшей мере, 30 минут, вышеупомянутую смесь, содержащую N-винилкапролактам, загружали по каплям в колбу в течение 1 часа, поддерживая температуру реакции 150°С. После завершения добавления, содержимое колбы дополнительно выдерживали при 150°С в течение 1,5 часов. Полученный продукт охлаждали и выпускали при температуре ниже 60°С. Полученный продукт представлял собой бледно-желтую жидкость. 25 мас.% теоретического твердого вещества. GPC (растворитель THF, 1,0 мас.% трет-бутил-амина, PPG стандарты): M_n=546, M_w=717.

Пример 2

Повторяли процедуру, приведенную в примере 1, за исключением того, что 1,8 г Luperox® 101 (2,5-диметил-2,5-ди(трет-бутилперокси)гексан, Arkema) использовали в качестве инициирующего соединения вместо ди-трет-бутилпероксида. Полученный продукт был бледно-желтой жидкостью. 25 мас.% теоретического твердого вещества. GPC (растворитель THF, 1,0 мас.% трет-бутил-амина, PPG стандарты): M_n=449, M_w=656.

Пример 3

Повторяли процедуру, приведенную в примере 1, за исключением того, что (S)-н-бутиллактат использовали в качестве растворителя вместо пропиленкарбоната. В реакционную колбу добавляли 120,0 г бутиллактата, а смесь, содержащая N-винилкапролактам, состояла из 180,0 г N-винилкапролактама, 150,0 г бутиллактата и 4,0 г ди-трет-бутилпероксида. 40 мас.% теоретического твердого вещества. GPC (растворитель THF, 1,0 мас.% трет-бутил-амина, PPG стандарты): M_n=566, M_w=633.

Пример 4

Процедуру, приведенную в примере 1, повторяли, за исключением того, что в качестве растворителя вместо пропиленкарбоната использовали (S)-н-бутилаллат, а вместо ди-трет-бутилпероксида использовали Luperox® 101. В реакционную колбу добавляли 1028,9 г бутиллактата и смесь, содержащая N-винилкапролактам, состояла из 1234,0 г N-винилкапролактама, 823,1 г бутилактата и 17,1 г Luperox® 101. 40 мас.% теоретического твердого вещества. GPC (растворитель THF, 1,0 мас.% трет-бутил-амин, PPG стандарты): M_n=456, M_w=508.

Тестирование ингибирования гидрата

Эксперименты были проведены в специальных тестирующих ячейках объемом 500 мл, выдерживающих 100 бар высокого давления. Давление газа, температура, скорость перемешивания и мощность крутящего момента были под контролем и постоянно регистрировались. Перед тестированием в ячейку загружали флюид, подлежащий испытанию, и создавалось давление на уровне примерно 50 фунтов на квадратный дюйм с помощью тестового газа. Флюид был затем нагрет до 40-45°C с перемешиванием и выдерживался при этой температуре в течение шести часов, чтобы промыть ячейку. Затем жидкость сливали и ячейку загружали новым флюидом, подлежащим испытанию. Ячейка находилась под давлением с газом и охлаждалась до желаемых условий давление-температура. Иногда по завершении этого этапа была необходима небольшая корректировка давления. Затем флюид поддерживали при постоянной температуре до конверсии гидрата газа, определяемой как , где p _f и p _i являются конечным и начальным давлениями, соответственно, достигающей 10%. Скорость перемешивания 250 об/мин поддерживалась на протяжении всей процедуры. После завершения теста жидкость нагревалась до 40-45°C и выдерживалась при этой температуре шесть часов, чтобы полностью расплавить гидраты, образованные во время выполнения теста. Флюид затем охлаждали до тех же начальных условий давление-температура, которые использовались выше, и повторяющиеся испытания проводились таким же образом, как и первые.

Испытуемые флюиды состояли из 0,5 мас. % водных растворов материалов, полученных в соответствии с приведенными выше примерами. Каждый из них контролировался на образование гидратов в присутствии газа из «Зеленого каньона» (87,2 мол.% метана, 7,6 мол.% этана, 3,1 мол.% пропана, 0,8 мол.% н-бутана, 0,5 мол.% изобутена, 0,4 мол.% азота, 0,2 мол.% изопентана, 0,2 мол.% н-пентана) при начальном давлении примерно 550 фунтов/кв. дюйм (3,792 МПа)и температуре 2°С (переохлаждение на 12°С). Процент конверсии гидрата, рассчитанный, как подробно описано выше, был построен на графике как функция от времени в часах. (Фигура 1).

Показатели эффективности ингибитора гидрата, показанные на фигуре 1, показывают, что полимер поливинилкапролактама, полученный в примере 4, является значительно лучшим кинетическим ингибитором гидрата газа, чем тот, который получен в сравнительном примере 1.

Несмотря на создание и использование различных вариантов способа осуществления настоящего изобретения, подробно описанных выше в настоящем изобретении, следует понимать, что настоящее изобретение предусматривает множество применимых изобретательских концепций, которые могут быть воплощены в самых разнообразных конкретных ситуациях. Конкретные варианты способа осуществления настоящего изобретения, обсужденные в настоящем документе, являются лишь иллюстрацией конкретных способов осуществления и использования изобретения, и не разграничивают объема настоящего изобретения.

1. Кинетический ингибитор газового гидрата, содержащий гомополимер винилкапролактама или сополимер винилкапролактама с винилсодержащим мономером, полученный полимеризацией соединения винилкапролактама в системе полимеризационного растворителя, содержащей алкиленкарбонат и/или алкиллактат и инициатор полимеризации.

2. Кинетический ингибитор газового гидрата по п.1, где соединением винилкапролактама является N-винилкапролактам.

3. Кинетический ингибитор газового гидрата по п.1, в котором система полимеризационного растворителя состоит из алкиленкарбоната.

4. Кинетический ингибитор газового гидрата по п.1, в котором алкиленкарбонат выбирают из этиленкарбоната, пропиленкарбоната, 1,2-бутиленкарбоната и их смеси.

5. Кинетический ингибитор газового гидрата по п.1, в котором система полимеризационного растворителя состоит из алкиллактата.

6. Кинетический ингибитор газового гидрата по п.5, где алкиллактат выбран из метиллактата, этиллактата, н-пропиллактата, изопропиллактата, н-бутиллактата, изобутиллактата и их смеси.

7. Кинетический ингибитор газового гидрата по п.1, в котором инициатор полимеризации представляет собой пероксидное соединение, включающее ди-трет-бутилпероксид, ди-трет-амилпероксид, дикумилпероксид, 2,5-диметил-2,5-бис-(трет-бутилперокси)-гексан, 2,2-бис-(трет-бутилперокси)-бутан, 1,1-бис-(трет-бутилперокси)-3,3,5-триметилциклогексан или 4,4-ди-(трет-бутилперокси)-бутил валерат или их смесь.

8. Кинетический ингибитор газового гидрата, содержащий гомополимер N-винилкапролактама или сополимер винилкапролактама с винилсодержащим мономером, в смеси с системой полимеризационного растворителя, содержащей алкиленкарбонат и/или алкиллактат.

9. Кинетический ингибитор газового гидрата по п.8, в котором массовое соотношение системы полимеризационного растворителя к гомополимеру поли(N-винилкапролактама) составляет от 90:10 до 10:90, предпочтительно от 75:25 до 25:75 и более предпочтительно от 60:40 до 40:60.

10. Способ получения кинетического ингибитора газового гидрата в полимеризационной среде, включающий стадию полимеризации винилкапролактама в системе полимеризационного растворителя, содержащей алкиленкарбонат и/или алкиллактат и инициатор полимеризации.

11. Способ по п.10, в котором полимеризационная среда содержит приблизительно до 60 мас.% соединения винилкапролактама в расчете на общую массу полимеризационной среды.

12. Способ по п.10, в котором полимеризационная среда содержит примерно до 75 мас.% системы полимеризационного растворителя в расчете на общую массу полимеризационной среды.

13. Способ по п.10, в котором полимеризационная среда содержит примерно 0,01-10 мас.% инициатора полимеризации в расчете на общую массу полимеризационной среды.

14. Способ ингибирования образования гидратов природного газа и/или жидких углеводородов в системе, включающий добавление к системе кинетического ингибитора газового гидрата по п.8.

15. Способ по п.14, в котором система представляет собой флюид.

16. Химические продукты тонкого органического синтеза, включающие кинетический ингибитор газового гидрата по п.8.

17. Состав кинетического ингибитора гидрата газа, содержащий кинетический ингибитор газового гидрата по п.8.