[1]Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к присадкам для транспортировки нефти и нефтепродуктов по промысловым трубопроводам, и может быть использовано для снижения гидродинамического сопротивления и регулирования реологических свойств вязких нефтей и нефтяных эмульсий.
[2]В нефтяной промышленности существует большое разнообразие добавок, основу которых составляет полимерный компонент. Наибольшее распространение среди них получили вязкостные и противотурбулентные присадки, которые нацелены либо на снижение вязкости, либо - на снижение гидравлического сопротивления. Эти присадки позволяют существенно снизить затраты на перекачку жидкостей по трубопроводу и нагрузку на перекачивающее оборудование. Однако они не способны решать обе эти задачи совместно. Поэтому актуальным направлением разработки такого рода присадок, снижающих эксплуатационные затраты на транспортировку нефти и нефтяных эмульсий, является формирование композиций, обладающих как вязкостным, так и противотурбулентным действиями.
[3]Известны полимерные присадки противотурбулентного действия на основе полисахарида (US №2007205392, С09K 5/10, 2007), полиакриламида (WO 2412395, МПК C10L 1/2383, 2008), полиолефинов (US №61722151, MПК C08L 33/26, 2001). Однако они не способны оказывать существенного влияния на изменение реологических свойств нефти и нефтяных эмульсий.
[4]Известны композиции, снижающие вязкость (например, патенты RU 1271375, RU 2285034, RU 1271375, RU 2453584, RU 2242503). Известные присадки нацелены на изменение реологических свойств нефтей и нефтепродуктов, однако они не обладают противотурбулентным действием по отношению к нефтям и нефтяным эмульсиям при их транспортировке трубопроводным транспортом. Кроме того, эти присадки теряют свою эффективность в условиях турбулентного режима течения жидкости.
[5]Полимерные присадки, обладающие как противотурбулентными, так и вязкостными свойствами, в источниках информации не были выявлены.
[6]В качестве прототипа выбрана композиционная депрессорная присадка, используемая для парафинистых и высокопарафинистых нефтей, включающая в свой состав сополимер этилена с винилацетатом, сукцинимид мочевины, триэтаноламин, неонол, сульфонат натрия (патент RU 2453584, МПК C10L 1/182, опубл. 20.06.2012).
[7]Однако данная присадка не способна снижать гидравлическое сопротивление прокачиваемой жидкости в трубопроводной системе.
[8]Задачей настоящего изобретения является создание присадки комплексного действия, предназначенной для снижения гидродинамического сопротивления и для регулирования реологических свойств вязких нефтей и нефтяных эмульсий при транспортировке трубопроводным транспортом.
[9]Поставленная задача решается тем, что присадка комплексного действия, для транспортировки нефти и нефтепродуктов, содержащая полимер, азотсодержащее соединение и поверхностно-активное вещество, согласно изобретению, дополнительно содержит наноразмерный оксид алюминия с размерами частиц 40 нм, а в качестве полимера содержит низкомолекулярный полиэтилен, в качестве азотсодержащего вещества - гидразин, в качестве поверхностно-активного вещества - неионогенное поверхностно-активное вещество Реапон-4В при следующем соотношении компонентов, мас.%:
[10]| низкомолекулярный полиэтилен | 60-65 |
| гидразин | 20-25 |
| указанный оксид алюминия | 5-10 |
| Реапон-4В | 5-10 |
[11]Техническим результатом изобретения является присадка комплексного действия, которая снижает вязкость и гидродинамическое сопротивление нефти и вязких нефтепродуктов при транспортировке трубопроводным транспортом, обладающая высокой устойчивостью к механодеструкциям.
[12]Изобретение поясняется чертежами и графиками, приведенными на фиг. 1-5.
[13]На фиг. 1 представлена микрофотография композиции, содержащей низкомолекулярный полиэтилен, гидразин и Реапон-4 В.
[14]На фиг. 2 приведена микрофотография предлагаемой присадки.
[15]На фиг. 3 приведена принципиальная схема установки для стендовых испытаний расходных характеристик гидравлических сопротивлений.
[16]На фиг. 4 - схема рабочего блока установки для стендовых испытаний расходных характеристик гидравлических сопротивлений.
[17]На фиг. 5 представлен график зависимости изменения расхода перекачиваемой среды от числа циркуляционных циклов в системе при температуре перекачки 23-25°С и турбулентном режиме течения, где кривая 1 - дизельное топливо (ДТ), кривая 2 - ДТ+присадка M-FLOWTREAT, кривая 3 - ДТ+предлагаемая присадка.
[18]Сущность изобретения заключается в следующем.
[19]В присадках противотурбулентного действия, как правило, используются высокомолекулярные полимеры, а в вязкостных - низкомолекулярные. В предлагаемой присадке используют низкомолекулярный полиэтилен (НМПЭ), благодаря которому присадка обладает вязкостными свойствами, и наноразмерный оксид алюминия. Роль оксида алюминия по данным физико-химических исследований, заключается в образовании линейных структур за счет ассоциативных связей между частицами оксида алюминия и молекулами НМПЭ. В результате образуются структуры с более длинными цепочками, за счет чего присадка обладает противотурбулентным эффектом. Образование таких структур подтверждается микрофотографиями, полученных с помощью растворного электронного микроскопа JSM-6490LV (фиг. 2). Сравнение фотографий на фиг. 1-2 явно показывает образование линейных агломератов, размеры которых варьируются в диапазоне от 75 до 225 нм, образующихся за счет наличия в составе предлагаемой присадки наноразмерного оксида алюминия.
[20]Кроме того, при прохождении нефти с предлагаемой присадкой по трубопроводу через систему местных сопротивлений (насосы, задвижки) линейные структуры присадки, образованные наночастицами оксида алюминия и молекулами НМПЭ, распадаются и далее, в потоке, вновь восстанавливаются, что позволяет присадке сохранять «живучесть» при длительной прокачке. Другими словами, предлагаемая присадка обладает высокой устойчивостью к различным механическим деструкциям, т.е. сохраняет противотурбулентную эффективность. Тогда как противотурбулентные присадки на основе высокомолекулярных полимеров имеют низкую устойчивость к механическим воздействиям вследствие разрушения молекул полимера в потоке и при прохождении через систему местных сопротивлений. В результате эффективность противотурбулентного действия таких присадок снижается, особенно при транспортировке на большие расстояния.
[21]Характеристика компонентов присадки.
[22]Полиэтилен низкомолекулярный (ТУ 2211-091-05766563-2012, (производство ООО «ТрансХим») - мазе- или воскообразное вещество от светло-серого до коричневого цвета. Динамическая вязкость расплава 20-400 мПа⋅с.
[23]В качестве источника наноразмерных частиц оксида алюминия использовали дисперсию оксида алюминия в водном носителе NANOBYK - 3600. Содержание наночастиц составляет 50%. Размер частиц - 40 нм.
[24]Для улучшения текучести в заявленной присадке используют гидразин (ГОСТ 19503-88) - бесцветную прозрачную жидкость, растворимую в воде и в спирте в любых соотношениях.
[25]Реапон-4В (ТУ 2226-005-10488057) представляет собой прозрачную жидкость без механических примесей от светло-желтого до светло-коричневого цвета. Реапон-4В способствует образованию высокодисперсной системы при растворении присадки. Это позволяет предлагаемой композиции более эффективно распределиться в потоке перекачиваемой среды.
[26]Присадку готовят последовательным смешением компонентов при температуре 60-80°С в течение 2-3 часов.
[27]Примеры конкретного выполнения
[29]В колбу загружают 6,5 г НМПЭ и расплавляют при 70°С. Далее добавляют последовательно 1 г водной дисперсии частиц оксида алюминия, 2 г гидразина и 1 г Реапон-4В. При температуре 70-80°С систему перемешивают 1,5-2 часа. Далее полученную смесь сушат на воздухе. В результате получают присадку, содержащую в масс. %: НМПЭ - 65, гидразин - 20, наноразмерные частицы оксида алюминия - 5, Реапон-4В - 10. Присадка представляет собой порошок светло-серого цвета, хорошо растворимый в различных органических соединениях.
[31]Присадки готовят аналогично примеру 1, варьируя содержание компонентов.
[33]Присадка приготовлена аналогично примеру 1 без наноразмерного оксида алюминия, при этом массовое соотношение остальных компонентов не изменялось.
[34]Для корректного сравнения результатов была синтезирована присадка-прототип по способу, описанному в патенте RU 2453584. В результате получили 10 г присадки, содержащей 20 масс. % компонента А, 10 масс. % компонента Б и 70 масс. % растворителя.
[35]Составы полученных присадок представлены в таблице 1.
[36]
[37]Эффективность действия присадок оценивали по снижению вязкости и гидродинамического сопротивления нефти, нефтяных эмульсий и дизельного топлива. Для этого присадку растворяли в небольшой порции нефти или эмульсии при нагревании и перемешивании до получения стабильной однородной системы. Полученную смесь вводили в исследуемую среду из расчета 50 ppm присадки для исследования вязкостных свойств и 100 ppm - для исследования противотурбулентных.
[38]Испытания присадки проводили на нефти Ромашкинского месторождения со следующими характеристиками:
[39]| Плотность, кг/м3 | 893,2 |
| Кинематическая вязкость при 20°С, сСт | 39,3 |
| Кинематическая вязкость при 50°С, сСт | 10,57 |
| Содержание серы, % вес. | 2,28 |
| Содержание асфальтенов, % вес. | 4,19 |
| Содержание парафинов, % вес. | 2,89 |
| Содержание смол, % вес. | 20,57 |
[40]Вязкостные свойства присадок оценивали по изменению динамической вязкости нефти и нефтяных эмульсий на ротационном вискозиметре DV-II+Pro и ротационном реометре HaakeRheostressRS 6000 (Германия) при скоростях сдвига в диапазоне от 0,014 с-1 до 30 с-1 и температурном интервале от -10°С до 20°С. По полученным данным рассчитывали эффективность вязкостных свойств присадки Ев (%) по формуле:
[41]
,
[42]где μи.с - коэффициент динамической вязкости исследуемой среды, Па⋅с, μи.с+присадка - коэффициент динамической вязкости исследуемой среды с присадкой, Па⋅с.
[43]Противотурбулентные свойства присадок оценивали по снижению гидравлического сопротивления (эффект Томса) перекачиваемой среды при 23-25°С на специально разработанной установке для стендовых испытаний расходных характеристик гидравлических сопротивлений в условиях, близких к реальным (патент на полезную модель RU 166259, G01F 25/00, 21.11.2016).
[44]Установка включает расходный бак 1 с устройством термостатирования, состоящим из расположенного внутри бака змеевика 2 и внешней рубашки охлаждения 3, рабочую магистраль 4, на которой последовательно расположены задвижка 5, насос 6, измеритель давления 7, расходомер 8, рабочий блок 9 и измеритель давления 10, переливную магистраль 11 с задвижкой 12 и возвратную магистраль 13 с измерителем температуры 14 (фиг. 3). Рабочий блок 9 включает три параллельные рабочие ветки 15, 16, 17 (фиг. 4). Каждая рабочая ветка имеет последовательно расположенные задвижки 18, 19, 20 и змеевики 21, 22, 23. Змеевики 21, 22, 23 имеют разные диаметры, при этом два змеевика 21 и 22 меньших диаметров снабжены внешней рубашкой охлаждения 24. На рабочей магистрали между расходным баком 1 и задвижкой 5 установлена задвижка для слива 25.
[45]По полученным результатам рассчитывали эффективность действия противотурбулентных свойств присадки Еп(%) по формуле:
[46]
,
[47]где ϑи.с - объемный расход исследуемой среды, м3/ч, ϑи.с+присадка - объемный расход исследуемой среды с присадкой, м3/ч.
[48]Также для анализа противотурбулентных свойств была проведена сравнительная оценка эффективности предлагаемой присадки с промышленной противотурбулентной присадкой M-FLOWTREAT производства Миррико Холдинг Лимитед (VG), основу которой составляют высокомолекулярные полимеры высших α-олефинов.
[49]В связи с тем, что в источниках информации не было обнаружено описания присадок комплексного вязкостно-противотурбулентного действия дополнительно была приготовлена модельная присадка, представляющая собой композицию из вязкостной и противотурбулентной присадок. Для этого использовали в качестве противотурбулентного реагента присадку M-FLOWTREAT, а в качестве вязкостного реагента - присадку-прототип. Присадку готовили путем смешения расплавов этих присадок при массовом соотношении присадка-прототип: промышленная присадка равном 1:3 (при таком соотношении модельная присадка проявляет наибольшую эффективность).
[50]Результаты исследований вязкостных и противотурбулентных свойств присадок представлены в таблицах 2 и 3.
[51]
[52]Как видно из табличных данных (табл. 2), предлагаемая присадка комплексного действия оказывает значительный эффект на снижение вязкости нефтяных эмульсий. Эффективность ее действия на 25% при 20°С и на 36% при 0°С больше, чем эффективность действия прототипа. Вязкостное действие предлагаемой присадки особенно эффективно при отрицательных температурах. При температуре минус 5°С эффективность ее действия может достигать 80% (пример 1), что существенно выше, чем у прототипа. Это позволяет использовать предлагаемую присадку при транспортировке нефти и нефтепродуктов в осенне-зимний период.
[53]Роль наноразмерного оксида алюминия наглядно показана в примере 4. Присадка, не имеющая в своем составе указанный оксид алюминия, проявляет вязкостные свойства, но эффективность ее на ~50% ниже, чем у предлагаемой присадки.
[54]Промышленно используемая противотурбулентная присадка M-FLOWTREAT не способствует снижению вязкости углеводородных систем. Модельная присадка так же не способна эффективно снижать вязкость углеводородной системы.
[55]Аналогичные результаты были получены при исследовании эффективности действия присадок по снижению вязкости нефти (табл. 3).
[56]В таблице 3 так же приведены результаты исследования противотурбулентного действия присадок в зависимости от количества циркуляционных циклов.
[57]Анализ табличных данных показывает, что заявляемая присадка комплексного действия оказывает противотурбулентное действие, сравнимое по эффективности с промышленной противотурбулентной присадкой M-FLOWTREAT. Но при этом эффективность предлагаемой присадки сохраняется в течение длительного времени прокачивания нефти (до 80 циклов), что говорит о ее высокой устойчивости к механическим деструкциям при транспортировке. В то время как эффективность противотурбулентной присадки M-FLOWTREAT резко снижается (почти в 2 раза) через 40 циркуляционных циклов, а через 80 циркуляционных циклов эффективность противотурбулентного действия равна нулю, что свидетельствует о низкой устойчивости присадки к механическим деструкциям.
[58]
[59]Присадка, не имеющая в своем составе наноразмерный оксид алюминия (пример 4), практически не обладает противотурбулентным эффектом при транспортировке нефти.
[60]Модельная присадка, состоящая из вязкостной присадки (прототип) и противотурбулентной присадки (M-FLOWTREAT), не работает ни как вязкостная, ни как противотурбулентная.
[61]Также были проведены исследования влияния предлагаемой присадки на снижение гидродинамического сопротивления при прокачке дизельного топлива в сравнении с противотурбулентной присадкой M-FLOWTREAT (Фиг. 3).
[62]По данным фиг. 3 явно следует, что предлагаемая присадка (кривая 3), способна так же эффективно снижать гидравлическое сопротивление трубопровода, как и присадка M-FLOWTREAT (кривая 2). Однако предлагаемая присадка эффективно прокачивает жидкость до 100 циклов (100 раз проходит через шестеренчатый насос), а присадка M-FLOWTREAT эффективно работает до 60-70 циркуляционных циклов прокачки по трубопроводной системе. Следовательно, предлагаемая присадка обладает более высокой устойчивостью к механическим деструкциям и способна снижать гидравлическое сопротивление трубопроводной системы в течение длительного времени.
[63]Таким образом, предлагаемая присадка комплексного действия для транспортировки нефти и нефтепродуктов обладает вязкостными и противотурбулентными свойствами и, кроме того, обладает высокой устойчивостью к различным механическим деструкциям.
