Состав для удаления асфальтеносмолопарафиновых отложений
Владельцы патента RU 2755835:
Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина (RU)
Государственное образовательное учреждение высшего образования "Альметьевский государственный нефтяной институт" (RU)
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к составам для удаления асфальтеносмолопарафиновых отложений АСПО. Технический результат - высокая растворяющая и диспергирующая способность по отношению к твердым отложениям, эффективное удаление тугоплавких АСПО с поверхности нефтепромыслового оборудования и в скважинах с одновременным предотвращением коррозионных процессов на поверхности нефтепромыслового оборудования. Состав для удаления асфальтеносмолопарафиновых отложений содержит промышленный растворитель, являющийся бензолсодержащей фракцией, произведенной в процессе каталитического риформинга, с содержанием ароматической фракции 20%, толуол, поверхностно-активное вещество - продукт «Амдор-ИК-АФ», состоящий на 100% из 2-алкилимидазолина, при следующем соотношении компонентов, об.%: промышленный растворитель 80-90; толуол 9-19,9; продукт «Амдор-ИК-АФ» 0,1-1,0. 3 табл.
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к области нефтедобычи, в частности к составам для удаления асфальтеносмолопарафиновых отложений (АСПО), и может быть использовано в промысловых условиях для удаления тугоплавких отложений асфальтеносмолопарафиновых веществ с поверхности нефтепромыслового оборудования и в скважинах.
Для удаления АСПО с поверхности нефтепромыслового оборудования известно большое количество композиций, чаще всего состоящих из таких компонентов, как алифатические, ароматические углеводороды и поверхностно-активные вещества (ПАВ) (ионогенные или неионогенные).
Известен состав для растворения АСПО, содержащий алифатические углеводороды (гексановую фракцию, широкую фракцию легких углеводородов, смесь отработанных углеводородов, газовый конденсат или их смесь между собой) - 36-78%, ароматические углеводороды (бензол, толуол, этилбензол, или их фракции, или смола пиролизная гидрированная, или сольвент нефтяной, или их смеси) - 20-60%, полярный неэлектролит (алифатические спирты фракции C1-C6, эфирная фракция, метил-трет-бутиловый эфир, ацетон и др.) - 0,5-4%, поверхностно-активное вещество-деэмульгатор (водорастворимые коллоидные ПАВ, совместимые с минерализованными водами и обладающие гидрофилизирующими свойствами и вмещающие адсорбционно-активные к металлической поверхности группы) - 0,01-10%, регулятор рН (соляная кислота, уксусная кислота, гидроксид натрия, аммиак и др.) - остальное (патент РФ №2129583, кл. С09К 3/00, опубл.27.04.1999 г.).
В результате применения способа происходит повышение растворяющей способности состава в отношении АСПО любого состава при одновременном увеличении емкости растворения АСПО и обеспечении предотвращения их последующего осаждения.
Недостатком известного состава является наличие водного раствора соляной кислоты (5-20% концентрации) в регуляторе рН, что может интенсифицировать процесс коррозии нефтепромыслового и внутрискважинного оборудования. Кроме того, известный состав характеризуется недостаточно высокой эффективностью растворения АСПО
Известен состав для удаления АСПО, содержащий в масс. %: растворитель (жидкий продукт пиролиза марки Е-1, Е-3, Е-5 или углеводородную фракцию 30-180°С, полученную ректификацией указанного жидкого продукта пиролиза, или их смесь в произвольном сочетании друг с другом) - 67-98,9, полярный неэлектролит (кубовые остатки производства бутиловых спиртов) - 1-30, поверхностно-активное вещество - 0,1-3,0 (Патент РФ №2276252, кл. Е21В 37/06, опубл. 12.11.2004 г.).
В результате применения способа, в первую очередь, химическому воздействию подвергаются смолы и асфальтены, расположенные на поверхности отложений. Разрушение каркасообразующих элементов происходит за счет действия ароматических углеводородов.
Недостатком данного состава является недостаточная эффективность удаления парафина в составе АСПО, т.к. в состав углеводородной части растворителя преимущественно входят алифатические углеводороды, количественное содержание которых в АСПО может достигать 40% и более.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности является ингибитор комплексного действия для предотвращения асфальтеносмолистых и парафиновых отложений и коррозии, содержащий в масс. %: присадку (четвертичная аммониевая соль алкилимидазолина растительного масла и бензилхлорида) - 1,0-30,0 и растворитель (смесь спиртовых и углеводородных соединений в равных долях) - 70,0-99,0 (Патент РФ, №2481371, кл. С09К 3/00, опубл. 10.05.2013 г.).
В результате применения состава предотвращается образование асфальтеносмолопарафиновых отложений и коррозия в нефтепромысловом оборудовании при добыче, сборе и транспорте нефти.
Недостатками данного ингибитора комплексного действия для предотвращения асфальтеносмолистых и парафиновых отложений и коррозии является его низкая эффективность в минерализованной водной среде в условиях высоких температур, а также невысокая химическая стабильность из-за присутствия в составе спиртовых соединений. Помимо этого, при использованик данного ингибитора происходит только предотвращение образования АСПО, а не их удаление, что приводит к значительному удорожанию технологии вследствие необходимости ее частого применения.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение растворяющей и диспергирующей способности состава по отношению к твердым отложениям, результатом чего является повышение эффективности очистки нефтепромыслового оборудования и скважин от асфальтеносмолопарафиновых отложений.
Достижение указанного технического результата обеспечивается благодаря выявлению наиболее эффективной композиции состава для удаления АСПО с высокой растворяющей и диспергирующей способностью.
Заявленный состав для удаления асфальтено-смолопарафиновых отложений - АСПО содержит алифатические, ароматические углеводороды и поверхностно-активное вещество - ПАВ.
Новым является то, что состав содержит промышленный растворитель, являющийся бензолсодержащей фракцией, произведенной в процессе каталитического риформинга, с содержанием ароматической фракции 20%, и толуол, а в качестве поверхностно-активного вещества - продукт «Амдор-ИК-АФ», состоящий на 100% го 2-алкилимидазолина, в следующем соотношении, об.%:
- промышленный растворитель - 80-90;
- толуол-9-19,9;
- продукт «Амдор-ИК-АФ» - 0,1-1,0.
Из патентной и научно-технической литературы известны составы для удаления АСПО, однако их химический состав отличается от заявленного, что позволяет сделать вывод о новизне заявляемого решения. Состав для удаления АСПО иллюстрируется следующими таблицами, где:
- в табл. 1 приведены сведения по эффективности состава для удаления АСПО по прототиу;
- в табл. 2 приведены сведения по эффективности заявленного состава для удаления АСПО в статических и динамических условиях;
- в табл. 3 приведены физико-химические показатели заявленного состава для удаления АСПО.
В качестве состава для удаления АСПО была изучена композиция, состоящая из промышленного растворителя и толуола, с использованием ПАВ «Амдор-ИК-АФ» при определенных значениях их соотношения.
Промышленный растворитель состоит из бензолсодержащей фракции, произведенной в процессе каталитического риформинга, обладающей высокой растворяющей способностью по отношению к парафинам.
Толуол обладает высокой растворяющей способностью по отношению к асфальтеносмолистым веществам в составе АСПО.
Для экспериментального подтверждения эффективности заявленного состава приведены результаты испытаний известных и предлагаемого состава.
Для повышения эффективности состава для удаления АСПО в качестве присадок, усиливающих растворяющую и сольватирующую функцию растворителя, были изучены следующие поверхностно-активные вещества: Неонол, Лапрол, азотсодержащее катионоактивное ПАВ - «Амдор-ИК-АФ».
ПАВ являются диспергаторами, эмульгаторами и понизителями твердости. ПАВ могут оказывать экранирующий эффект: вокруг частицы образуется оболочка, препятствующая образованию агрегатов.
Пример конкретного выполнения
При проведении лабораторных испытаний исследовали эффективность состава для удаления АСПО.
При исследовании в первую очередь определяют массу пластинки с образцом АСПО. Затем пластинку с наплавленными отложениями подвешивают на нижний крюк весов, опускают в герметичный термостатируемый сосуд с составом для удаления образца АСПО объемом 100 см3. В зависимости от интервала отбора пробы АСПО из скважины определяют режим проведения исследования: статический или динамический.
Температура состава для удаления АСПО поддерживается с точностью ±0,1°С, градиент температуры по объему сосуда составляет не более ±0,1°С.
Продолжительность опыта составляет 30 минут, после чего пластинку с образцом АСПО сушат до постоянства массы при взвешивании в течение 4-6 часов.
При этом осуществляется непрерывный замер изменения массы отложений при статическом и динамическом режимах проведения исследований, контролируется сохранение структуры отложений, что предопределяет более точное определение и оценку растворимости отложений.
Для каждого образца проведено не менее трех параллельных измерений.
Общую эффективность состава для удаления АСПО рассчитывали по формуле:
где:
m0 - первоначальная масса образца АСПО, г;
m1 - масса образца АСПО после воздействия состава для удаления АСПО и последующего высушивания, г.
За результат анализа Эср принято среднее арифметическое значение результатов двух параллельных определений Э1 и Э2. Абсолютное значение разности результатов двух параллельных определений не превышало предела повторяемости г.
Диспергирующую эффективность состава для удаления АСПО определяли в двух случаях.
Проба АСПО может быть отнесена к асфальтеновому типу.
Наличие осадка после отстаивания остатка состава для удаления АСПО в течение 24 часов. В каждом из случаев объем состава для удаления АСПО отфильтровали через 2 слоя предварительно взвешенной фильтровальной бумаги. Фильтр с нерастворенным осадком просушен до постоянства массы в течение 4-6 часов и взвешен. Диспергирующую эффективность состава для удаления определяли по формуле:
где:
M1 - масса фильтра с остатком, г.;
М2- масса фильтра, г.;
М0- первоначальная масса образца АСПО, г;
Эд - диспергирующая эффективность состава для удаления АСПО, %.
Аналогично проводены опыты с другими исследуемыми составами при различном соотношении составляющих.
Проведено испытание 6 составов для удаления АСПО с различным композиционным составом, об.:
- промышленный растворитель - 90%, толуол - 10%;
- промышленный растворитель - 90%, толуол - 9,9%, Неонол - 0,1%;
- промышленный растворитель - 90%, толуол - 9,9%, Лапрол - 0,1%;
- промышленный растворитель - 90%, толуол - 9,9%, азотсодержащее катионоактивное ПАВ - «Амдор-ИК-АФ»-0,1%;
- промышленный растворитель - 90%, толуол - 9%, азотсодержащее катионоактивное ПАВ - «Амдор-ИК-АФ» -1%;
- промышленный растворитель - 80%, толуол - 19,9%, азотсодержащее катионоактивное ПАВ - «Амдор-ИК-АФ»-0,1%.
Результаты определения эффективности состава для удаления АСПО с добавлением ПАВ представлены в таблице 1.
Проведенные исследования показали, что ПАВ позволяют увеличить эффективность композиционного состава «промышленный растворитель + толуол». Механизм действия некоторых ПАВ основан на разрушении двойного электрического слоя, окружающего дисперсные частицы. Когда защитный слой разрушен, другие компоненты состава получают доступ к асфальтенопарафиновым отложениям.
Введение присадки Неонол, состоящей из смеси изомеров оксиэтилированных алкилфенолов на основе тримеров пропилена, снижает эффективность действия состава для удаления (62,19% и 81,25% для образцов АСПО-1 и АСПО-2 соответственно), за счет адсорбции данного ПАВ на поверхности АСПО, в результате чего образуется полимолекулярный слой, который препятствует проникновению молекул состава для удаления к АСПО.
Введение поверхностно-активного вещества Лапрол, содержащего блоксополимеры оксида этилена и пропилена, также характеризуется снижением эффективности состава для удаления АСПО (92,72% и 76,65% для образцов АСПО-1 и АСПО-2 соответственно) по сравнению с присадкой Амдор-ИК-АФ.
Согласно экспериментальным данным, применение состава для удаления по отношению к образцу АСПО-3 отличается низкой эффективностью, не превышающей 59,3%, что связано с неоднородными твердыми включениями неорганического состава, характерными для данного образца АСПО.
Увеличение соотношения «промышленный растворитель + толуол» (80:19,9) приводит к повышению эффективности действия состава для удаления АСПО. Усиление эффективности происходит за счет того, что увеличение содержания толуола повышает растворимость асфальтенов.
Как видно из таблицы 1 максимальная эффективность 98,85% и 92,95%, для образцов АСПО-1 и АСПО-2 соответственно, наблюдается при добавлении азотсодержащего катионоактивного поверхностно-активного вещества «Амдор-ИК-АФ» в количестве 1% об.
Также была проведена серия экспериментов по определению эффективности предлагаемого состава для удаления АСПО при концентрации «Амдор-ИК-АФ» 1% об. Опыты проводились в статических и динамических условиях с 14 различными образцами проб АСПО. Результаты исследований представлены в таблице 2.
Многокомпонентные композиции имеют большую универсальность при удалении АСПО различной природы, по сравнению с индивидуальными растворителями. Это обеспечивается сочетанием различных механизмов действия компонентов, улучшенными физико-химическими свойствами и проявлением синергетического эффекга. Таким образом, в качестве наиболее эффективного состава для удаления АСПО можно выделить композицию растворителя следующего состава, % об.: промышленный растворитель - 90 и толуол - 9 с концентрацией азотсодержащего катионоактивного поверхностно-активного вещества - 1,0.
Основные физико-химические показатели разработанного состава для удаления АСПО представлены в таблице 3.
Для получения предлагаемого состава в лабораторных условиях были использованы следующие вещества:
- Промышленный растворитель, включающий в себя: смесь линейных и изомерных алифатических углеводородов, а именно - бензолсодержащую фракцию, произведенную в процессе каталитического риформинга (ТУ 0258-007-60320171-2016), которая представляет собой смесь ароматических нафтенов и парафиновых углеводородов с содержанием ароматической фракции 20%. и представляющий собой однородную жидкость от слабо желтого до светло-коричневого цвета.
- Толуол, представляющий собой прозрачную жидкость с резким запахом (ГОСТ 147-10-78).
- Катионоактивное ПАВ «Амдор-ИК-АФ», состоящий на 100% из 2-алкилимидазолина и представляющий собой жидкость от светло-желтого до темно-коричневого цвета (ТУ 2415-010-35475596-2013).
Химическое действие состава заключается в растворении парафинистых соединений АСПО (линейные алифатические соединения с молекулярным весом до 450) и церезина (смесь главным образом алифатических разветвленных углеводородов с молекулярной массой около 700), содержащихся в АСПО, смесью линейных и разветвленных углеводородов промышленного растворителя. Асфальтены (гетероциклические конденсированные углеводороды) растворяются ароматическим толуолом. Входящий в состав растворителя продукт «Амдор-ИК-АФ» выполняет функцию ПАВ, а именно, позволяет увеличить смачиваемость поверхности АСПО разработанным составом, что позволяет диспергировать АСПО, способствуя растворению и препятствуя коагуляции асфальтеновых агрегатов, тем самым предотвращая повторное формирование АСПО за счет формирования пленки на их поверхности.
Предлагаемый состав имеет следующие преимущества по сравнению с известными составами:
- эффективно разрушает структуру асфальтеносмолопарафиновых отложений, защищает поверхность нефтепромыслового оборудования от АСПО и способствует улучшению технико-экономических показателей процесса;
- предотвращает осаждение АСПО на поверхность оборудования, что позволяет отказаться от использования дополнительных реагентов, предотвращающих отложения АСПО;
- одновременно с увеличением эффективности растворения АСПО предотвращает коррозионные процессы на поверхности нефтепромыслового оборудования, за счет проявления пленкообразования и ингибирующего действия свойств алкилимидазолин.
Список используемых источников
ТУ 0258-007-60320171-2016. Растворитель промышленный.
ГОСТ 14710-78. Толуол нефтяной. Технические условия [Текст]. - Взамен ГОСТ 14710-69, ГОСТ 5.961-71: введ. 1980-01-01. - Москва: Изд-во стандартов, 1978. -4 с.
ТУ 2415-010-35475596-2013. Активная форма ингибитора коррозии «АМДОР-ИК-АФ».
Состав для удаления асфальтеносмолопарафиновых отложений, содержащий алифатические, ароматические углеводороды и поверхностно-активное вещество - ПАВ, отличающийся тем, что содержит промышленный растворитель, являющийся бензолсодержащей фракцией, произведенной в процессе каталитического риформинга, с содержанием ароматической фракции 20%, толуол, а в качестве ПАВ - продукт «Амдор-ИК-АФ», состоящий на 100% из 2-алкилимидазолина, при следующем соотношении компонентов, об.%:
| промышленный растворитель | 80-90 |
| толуол | 9-19,9 |
| продукт «Амдор-ИК-АФ» | 0,1-1,0 |
