Нейтрализатор агрессивных газов в средах нефтяных месторождений

 

Изобретение относится к области нейтрализации агрессивных компонентов в жидких средах и может быть использовано в нефтяной промышленности в процессах добычи и транспорта нефти, в том числе и для нейтрализации агрессивных газов в средах нефтяных месторождений. Предлагаемый нейтрализатор содержит смесь аминов и в качестве щелочного агента содержит щелочной сток производства капролактама при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: смесь аминов 0,5-10,0; щелочной сток производства капролактама - остальное. Для обеспечения возможности использования композиции при низких температурах она может дополнительно содержать 5,0-10,0 мас.%. полигликолей. Предлагаемым изобретением решается задача расширения функциональных и технологических возможностей нейтрализующих композиций за счет обеспечения нейтрализации не только сероводорода, но и диоксида углерода и комплексной защиты от коррозии нефтепромыслового оборудования. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к области нейтрализации агрессивных компонентов в жидких средах и может быть использовано в нефтяной промышленности в процессах добычи и транспорта нефти.

Известны композиция для нейтрализации сероводорода в скважине, содержащая водный раствор аммиака и ингибитор солеотложений (патент РФ №2175712, МПК Е 21 В 37/06), нейтрализующая жидкость для нефтяной скважины, представляющая собой смесь продуктов взаимодействия моноэтаноламина с раствором формальдегида (патент РФ №2187627, МПК Е 21 В 43/22), а также использование для нейтрализации сероводорода при транспортировании нефти органического амина или аммиака и альдегида (патент РФ №2099631, МПК F 17 D 1/16). Указанные композиции малоэффективны при использовании их для нейтрализации сероводорода в пластовых водах и водонефтяных средах нефтяных месторождений, и, кроме того, они не подавляют агрессивное действие диоксида углерода.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является нейтрализатор сероводорода в водно-нефтяных средах, содержащий смесь аминов, смесь производных формальдегида и водорастворимый спирт, или воду, или их смесь (патент РФ №2196114, МПК C 02 F 1/66). Однако данная композиция также не обеспечивает нейтрализацию диоксида углерода и комплексную защиту нефтепромыслового оборудования от коррозии. При этом в ее состав входит раствор формальдегида, который является ядовитым и экологически опасным веществом.

Как известно, пластовые волы нефтяных месторождений, представляющие собой более или менее концентрированные растворы солей, являются основной агрессивной средой, благоприятствующей развитию интенсивной электрохимической коррозии оборудования скважин и трубопроводов. При этом агрессивность нефтепромысловых сред значительно возрастает при наличии в них растворенных газов, в частности сероводорода и диоксида углерода. Повышение скорости коррозии в среде с углекислым газом усиливается реакцией углекислого газа и угольной кислоты на реакцию восстановления водородных ионов. Коррозионная реакция на поверхности стали идет на расходование водородных ионов при участии углекислого газа или угольной кислоты. Как показывает практика эксплуатации стального оборудования нефтяных месторождений, одним из основных факторов аварий (до 30%) и преждевременного выхода из строя является коррозия наружных и внутренних стенок труб, происходящая при контакте поверхности стали со смесью жидких углеводородов и водных растворов солей и кислот, которые особенно интенсифицируются при насыщении указанной среды сероводородом и углекислым газом.

Задачей заявляемого изобретения является расширение функциональных и технологических возможностей композиции за счет обеспечения нейтрализации не только сероводорода, но и диоксида углерода и комплексной зашиты от коррозии нефтепромыслового оборудования в различных коррозионных средах нефтяных месторождений.

Поставленная задача решается путем того, что нейтрализатор агрессивных газов, содержащий смесь аминов, в отличие от прототипа содержит в качестве щелочного агента щелочной сток производства капролактама (ЩСПК) при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: смесь аминов 0,5-10,0, ЩСПК остальное. Для обеспечения возможности использования указанной композиции при низких температурах она может дополнительно содержать 5,0-10,0% полигликолей.

Технический результат, получаемый при осуществлении данного изобретения, заключается в следующем. Одним из наиболее перспективных и важных направлений в борьбе с коррозией оборудования является разработка методик, основанных на понижении содержания в агрессивной среде веществ, вызывающих или ускоряющих коррозию. Как известно, щелочные агенты оказывают нейтрализующее действие на сероводород, содержащийся в пластовых водах и в добываемой продукции нефтяных месторождений. При этом щелочные агенты, в частности ЩСПК, как показали проведенные экспериментальные исследования, препятствуют растворению в соприкасающейся с металлом воде углекислого газа и тем самым уменьшают концентрацию ионов водорода, увеличивают рН среды, что в итоге ведет к снижению скорости коррозии металла. Водные растворы аминов также имеют щелочную реакцию, увеличивают рН среды и способствуют образованию адсорбционной пленки на поверхности металла, тем самым уменьшая скорость растворения металла. Таким образом, предложенная композиция оказывает комплексное воздействие на агрессивную среду, нейтрализуя как сероводород, так и углекислый газ, одновременно оказывая пассивирующее воздействие на сталь нефтепромыслового оборудования и трубопроводов. Кроме того, экспериментальные исследования подтвердили, что предложенный нейтрализатор значительно снижает рост сульфатвосстанавливающих бактерий, что способствует повышению нефтеотдачи эксплуатационных скважин и увеличению приемистости нагнетательных скважин. Вместе с тем введение данного нейтрализатора в поток нефтяной эмульсии значительно улучшает качество добываемой продукции за счет нейтрализации в ней сероводорода и сернистых соединений. При этом композиция не обладает вспенивающими свойствами, и поэтому ее введение не осложняет в дальнейшем процесс разделения водно-нефтяной эмульсии. Дополнительное расширение технологических возможностей использования композиции может быть также достигнуто путем снижения температуры ее застывания за счет введения в ее состав полигликолей.

Заявляемый нейтрализатор может быть приготовлен путем смешивания входящих в его состав компонентов в заданных пропорциях. При этом содержание аминов в композиции менее 0,5% технологически неэффективно и не обеспечивает нейтрализацию сероводорода и диоксида углерода. Содержание аминов более 10% делает смесь вязкой, нетехнологичной и экономически нецелесообразно. Содержание в смеси полигликолей менее 5% меняет температуру ее застывания незначительно, а повышение концентрации в нейтрализаторе полигликолей более 10% ухудшает нейтрализацию сероводорода и диоксида углерода и резко повышает скорость коррозии нефтепромыслового оборудования.

В качестве смеси аминов могут быть использованы, например, полиамины по ТУ 2413-357-00203447-99. ЩСПК является крупнотоннажным отходом производства капролактама и представляет собой жидкость темно-коричневого цвета, в которой массовая доля солей моно- и дикарбоновых кислот в пересчете на адипинат натрия составляет не менее 9,0%, массовая доля циклогексанола - не более 1,0%, массовая доля циклогексанона - не более 0,3%, массовая доля смолы - не более 13,0% (ТУ 113-03-488-84, ТУ 113-03-616-87, ТУ 2432-001-421297-94, ТУ 2433-637-0020-90, ТУ 113-03-498-86). В качестве полигликолей могут быть использованы отходы производства гликолей и целлозолевых ЗАО “Химсорбент” по ТУ 6-01-1352-88.

Для приготовления нейтрализатора в емкость с мешалкой загружают расчетное количество смеси алифатических или гетероциклических и ароматических аминов и при постоянном перемешивании при температуре +30-45°C добавляют ЩСПК. Смесь перемешивают в течение 3-4 ч. Полученная смесь представляет собой жидкость от коричневого до темно-коричневого цвета с плотностью при 20°С 1,1-1,23 г/см³. Водородный показатель композиции колеблется от 10 до 13, температура застывания -30°С. При добавлении к смеси до 10% полигликолей температура застывания нейтрализатора снижается до -45°С.

Испытания полученной композиции на эффективность нейтрализации агрессивных компонентов проводились согласно РД 39-0147276-018-94. В колбу с притертой пробкой при комнатной температуре было налито 100 г агрессивной среды. Затем произвели дозировку нейтрализатора. Обработка среды производилась перемешиванием содержимого колбы с помощью магнитной мешалки при 500 об/мин. Когда в качестве агрессивной среды использовалась нефть, перед дозированием нейтрализатора и периодически после дозирования определяли содержание сероводорода в газовой фазе хроматографическим методом. После того как содержание сероводорода в газовой фазе приблизилось к нулевому значению, произвели анализ пробы нефти на остаточное содержание сероводорода. Экстрагирование сероводорода из пробы, отобранной из верхнего слоя нефти, производилось 5%-ным раствором Na₂CО₃. Далее осуществлялось осаждение и дальнейшее иодометрическое определение содержания ионов S²- в образовавшемся осадке и перерасчет на содержание сероводорода. Содержание сероводорода и диоксида углерода в водной и водно-нефтяной фазе до обработки и после обработки нейтрализатором определялись титрометрическими методами. Определение коррозионной активности сред проводилось гравиметрическим и электрохимическим методами. Гравиметрические исследования по оценке коррозионной активности проводились в V-образной ячейке по ОСТ 39-099-79. Температура испытуемой среды поддерживалась в интервале +20-25°С, продолжительность испытаний составила 6 ч. Электрохимические исследования проводились с помощью прибора-индикатора скорости коррозии Моникор-2, функционирование которого основано на принципе Штерна-Гири.

В табл. 1 и 3 представлены:

табл. 1 - варианты исследованных составов предложенного нейтрализатора;

табл. 2 - составы коррозионных сред;

табл. 3 - результаты испытаний предложенного нейтрализатора в различных коррозионных средах.

Как видно из приведенных данных, заявляемая композиция обеспечивает синергетический эффект, позволяет значительно снизить скорость коррозии оборудования эксплуатационных, нагнетательных скважин, систем поддержания пластового давления, а также позволяет повысить нефтеотдачу, увеличить приемистость нагнетательных скважин, улучшить качество добываемой нефти.

Предлагаемый нейтрализатор может быть использован путем закачки его в эксплуатационные, нагнетательные скважины, введением в поток перекачиваемой по трубопроводам среды

Формула изобретения

1. Нейтрализатор агрессивных газов в средах нефтяных месторождений, содержащий смесь аминов, отличающийся тем, что он содержит в качестве щелочного агента щелочной сток производства капролактама при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Смесь аминов 0,5-10,0

Щелочной сток производства капролактама Остальное

2. Нейтрализатор по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит полигликоли в количестве 5,0-10,0 мас.%.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3