BR112019006210B1 - Método para inibir a formação de aglomerados de hidratos gasosos em uma mistura de fluidos - Google Patents

Abstract

Trata-se de um inibidor de hidrato que compreende um derivado de sulfolano e métodos e composições associados.

Description

ANTECEDENTES

[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório n° U.S. 62/401.308, depositado em 29 de setembro de 2016, que está incorporado ao presente documento a título de referência.

ANTECEDENTES

[002] A presente revelação se refere geralmente a inibidores de hidrato antiaglomerantes. Mais especificamente, em certas modalidades, a presente revelação se refere a inibidores de hidrato antiaglomerantes que compreendem derivados de sulfolano e composições e métodos associados.

[003] Hidrocarbonetos de baixo ponto de ebulição, tais como metano, etano, propano, butano e isobutano, estão normalmente presentes em condutos usados para o transporte e processamento de gás natural e óleo bruto. Quando quantidades variáveis de água também estão presentes em tais condutos, a mistura de água/hidrocarboneto tem, sob condições de baixa temperatura e pressão elevada, capacidade de formar cristais de hidrato gasoso. Os hidratos gasosos são clatratos (compostos de inclusão) nos quais pequenas moléculas de gás são retidas em uma rede ou gaiola que consiste em moléculas de água.

[004] A estrutura dos hidratos gasosos pode depender do tipo de gás que forma a estrutura: metano e etano podem formar treliças cúbicas com que têm uma constante de treliça de 1,2 nm (normalmente chamada de estrutura I) e propano e butano podem formar treliças cúbicas com uma constante de treliça de 1,73 nm (normalmente chamada de estrutura II). Sabe-se que mesmo a presença de uma pequena quantidade de propano em uma mistura de hidrocarbonetos de baixo ponto de ebulição resultará na formação de hidratos de hidrogênio na estrutura II, predominando o hidrato encontrado durante a produção de óleo e gás.

[005] Os cristais de hidrato gasoso são conhecidos por bloquear ou mesmo danificar os condutos submarinos. De modo a lidar com esse fenômeno indesejado, foram propostos no passado algumas soluções, tais como a remoção de água livre, a manutenção de temperaturas elevadas e/ou pressões reduzidas ou a adição de produtos químicos, tais como depressores do ponto de fusão (anticongelantes). Os depressores do ponto de fusão, exemplos típicos dos mesmos são metanol e vários glicóis, necessitam frequentemente de ser adicionados em quantidades substanciais para serem eficazes. Isso é desvantajoso em relação aos custos dos materiais, suas instalações de armazenamento e sua recuperação.

[006] Outra abordagem para manter os fluidos no escoamento de condutos é adicionar nucleação e/ou inibidores do crescimento de cristais e/ou compostos com capacidade de impedir a aglomeração de cristais de hidrato nos fluidos. Em comparação com as quantidades de anticongelante necessárias, pequenas quantidades de tais compostos são normalmente eficazes na prevenção do bloqueio de um conduto por hidratos. Os princípios de interferência no crescimento de cristais e/ou aglomeração são conhecidos. Esses compostos são coletivamente conhecidos como inibidores de hidratos de baixa dosagem ou LDHIs.

[007] Os inibidores de hidrato são largamente divididos em inibidores do hidrato cinético, vulgarmente abreviados na técnica como KHIs, e antiaglomerantes, vulgarmente abreviados na técnica como AAs. Os inibidores do hidrato cinético procuram retardar a nucleação e/ou o crescimento de hidratos gasosos em uma propriedade controlada enquanto os AAs concebidos para criar uma matriz de múltiplas fases que contém partículas de hidrato relativamente pequenas. Os inibidores de hidrato antiaglomerante permitem a formação de partículas de hidrato que não aderem ou se aglomeram, em parte ou no todo, a si mesmas e/ou outras superfícies sólidas disponíveis.

[008] As Patentes n° U.S. 8.814.473, 8.878.052, 7.696.393, 5.076.364, 5.879.561, 5.460.728, 5.648.575 e 6.905.605, cujas totalidade são incorporadas ao presente documento a título de referência, descrevem tipos diferentes de inibidores de hidrato antiaglomerantes.

[009] Seria vantajoso desenvolver uma nova classe de inibidores de hidratos antiaglomerantes

SUMÁRIO

[010] A presente revelação se refere geralmente a inibidores de hidrato antiaglomerantes. Mais especificamente, em certas modalidades, a presente revelação se refere a inibidores de hidrato antiaglomerantes que compreendem derivados de sulfolano e composições e métodos associados.

[011] Em uma modalidade, a presente revelação fornece um inibidor de hidrato que compreende um derivado de sulfolano.

[012] Em outra modalidade, a presente revelação fornece uma composição inibidora de hidrato que compreende um inibidor de hidrato que compreende um derivado de sulfolano e fluido transportador.

[013] Em outra modalidade, a presente revelação fornece um método que compreende: fornecer uma composição inibidora de hidrato que compreende um inibidor de hidrato que compreende um derivado de sulfolano e injetar a composição inibidora de hidrato em um poço ou tubulação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[014] A descrição a seguir inclui aparelhos, métodos, técnicas e/ou sequências de instrução exemplificativos que incorporam as técnicas da matéria inventiva. No entanto, entende-se que as modalidades descritas podem ser praticadas sem esses detalhes específicos.

[015] A presente revelação se refere geralmente a inibidores de hidrato antiaglomerantes. Mais especificamente, em certas modalidades, a presente revelação se refere a inibidores de hidrato antiaglomerantes que compreendem derivados de sulfolano e composições e métodos associados.

[016] Em certas modalidades, a presente revelação fornece um inibidor de hidrato que compreende um derivado de sulfolano. Como usado no presente documento, o termo derivado de sulfolano se refere a um composto com a seguinte estrutura:

[017] em que R é selecionado a partir do grupo que consiste em uma cadeia de alquila, uma cadeia de alquenila, uma cadeia de arila, uma cadeia de arilalquila, uma cadeia de arilalquenila, uma cadeia de alquilarila, uma cadeia de alquenilarila, uma amina, uma amida, uma sulfonamida, uma amida fosforilada, uma acila, uma imida, uma cadeia etoxilada, uma cadeia propoxilada, um grupo alquilamino e um grupo glicol.

[018] Em certas modalidades, R pode compreender 1 a 20 átomos de carbono. Em certas modalidades, R pode compreender uma cadeia normal, cíclica, insaturada ou ramificada. Em certas modalidades, R pode compreender uma cadeia que compreende átomos de não carbono. Por exemplo, em certas modalidades, R pode compreender átomos de enxofre, nitrogênio e/ou oxigênio.

[019] Em certas modalidades, R pode compreender um grupo alquilamino que compreende de 1 a 20 átomos de carbono. Em certas modalidades, R pode compreender um grupo alquilamino que compreende de 5 a 15 átomos de carbono. Em certas modalidades, R pode compreender um grupo decilamino.

[020] Em certas modalidades, o derivado de sulfolano pode compreender um derivado de sulfolano com a seguinte estrutura:

[021] Em certas modalidades, o derivado de sulfolano pode compreender 3-(decilamino)tiolano-1,1-diona.

[022] Em certas modalidades, a presente revelação fornece uma composição inibidora de hidrato que compreende um inibidor de hidrato que compreende um derivado de sulfolano e um fluido transportador.

[023] Em certas modalidades, o derivado de sulfolano pode compreender qualquer derivado de sulfolano discutido acima. Em certas modalidades, o derivado de sulfolano pode estar presente na composição inibidora de hidrato em uma quantidade na faixa de 20% em peso a 90% em peso. Em outras modalidades, o derivado de sulfolano pode estar presente na composição inibidora de hidrato em uma quantidade na faixa de 50% em peso a 70% em peso.

[024] Em certas modalidades, o fluido transportador pode compreender água, metanol, tolueno, nafta, um terpeno ou qualquer combinação dos mesmos. Em certas modalidades, o fluido transportador pode estar presente na composição inibidora de hidrato em uma quantidade na faixa de 10% em peso a 80% em peso. Em certas modalidades, o fluido transportador pode estar presente na composição inibidora de hidrato em uma quantidade na faixa de 30% em peso a 50% em peso.

[025] Em certas modalidades, a composição inibidora de hidrato pode compreender qualquer aditivo descrito nas Patentes n° U.S. 8.814.473, 8.878.052, 7.696.393, 5.076.364, 5.879.561, 5.460.728, 5.648.575 e 6.905.605, cujas totalidades são incorporadas ao presente documento a título de referência. Exemplos de tais aditivos incluem inibidores de corrosão, inibidores de cera, inibidores de asfalteno, inibidores de hidrato convencionais e solventes.

[026] Em certas modalidades, a composição inibidora de hidrato pode ter um pH na faixa de 5 a 8. Em certas modalidades, a composição inibidora de hidrato pode ter um pH natural ou um pH quase neutro.

[027] Em certas modalidades, a presente invenção fornece um método que compreende: fornecer uma composição de inibidor de hidrato que compreende um inibidor de hidrato que compreende um derivado de sulfolano e injetar a composição de inibidor de hidrato em um poço ou tubulação.

[028] Em certas modalidades, a composição inibidora de hidrato pode compreender qualquer composição inibidora de hidrato discutida acima.

[029] Em certas modalidades, o poço ou tubulação pode ser um poço ou tubulação submarina. Em certas modalidades, o poço ou a tubulação podem conter uma mistura fluida de fluido com capacidade de formar hidratos gasosos quando exposta a certas condições de fluxo. Exemplos de condições de fluxo incluem pressões na faixa de 3,45 MPa a 68,95 MPa (500 psig a 10.000 psig) e temperaturas na faixa de 0 °C a 1,67 °C (32 °F a 35 °F). Em certas modalidades, a mistura fluente pode ter uma condição de fluxo com uma pressão na faixa de 0,68 MPa a 137,9 MPa (100 psig a 20.000 psig) e uma temperatura na faixa de -3,89 °C a 4,44 °C (25 °F a 40 °F).

[030] Em certas modalidades, a mistura fluida pode compreender água, hidrocarboneto líquido e gás. Em certas modalidades, a água pode estar presente na mistura fluida a uma concentração na faixa de 1% em volume a 95% em volume.

[031] Em certas modalidades, a água pode compreender uma salmoura.

[032] Em certas modalidades, o hidrocarboneto líquido pode compreender qualquer tipo de óleo bruto ou condensado de gás.

[033] Em certas modalidades, o gás pode compreender qualquer gás selecionado a partir do grupo que consiste em: metano, etano, etileno, acetileno, propano, propileno, metil acetileno, n-butano, isobutano, 1-buteno, trans-2- buteno, cis- 2-buteno, isobuteno, misturas de butano, isopentano, pentenos, gás natural, dióxido de carbono, sulfureto de hidrogênio, nitrogênio, hidrogênio, oxigênio, argônio, criptônio, xenon e qualquer combinação dos mesmos.

[034] Em certas modalidades, as misturas fluíveis podem compreender hidratos gasosos.

[035] Em certas modalidades, a injeção da composição inibidora de hidrato no poço ou tubulação pode incluir a injeção da composição inibidora de hidrato no poço ou tubulação por qualquer meio convencional. Em certas modalidades, a composição de inibidor de hidrato pode ser injetada no poço ou tubulação submarina quando o poço ou a tubulação submarina estiver em uma condição fechada. Em outras modalidades, a composição de inibidor de hidrato pode ser injetada no poço ou tubulação submarina enquanto o poço submarino ou a tubulação está em uma condição de escoamento.

[036] Em certas modalidades, a quantidade de composição inibidora de hidrato injetada no poço ou tubulação pode depender da composição da mistura fluida. Por exemplo, em certas modalidades, a quantidade de composição inibidora de hidrato injetada no poço ou tubulação pode ser uma quantidade suficiente para formar uma mistura fluida no poço ou tubulação que compreende água, hidrocarboneto líquido, gás e derivado de sulfolano com uma concentração de derivado de sulfolano na faixa de 0,1% em peso a 5% em peso com base no teor de água da mistura fluida.

[037] Em certas modalidades, a quantidade de composição inibidora de hidrato injetada no poço ou tubulação é uma quantidade suficiente para evitar a formação de aglomerações de hidratos. Em certas modalidades, a quantidade de composição inibidora de hidrato injetada no poço ou tubulação é uma quantidade suficiente para impedir o crescimento do cristal hidratado. Em certas modalidades, a quantidade de composição inibidora de hidrato injetada no poço ou tubulação é uma quantidade suficiente para dispersar um depósito de hidrato.

[038] Em certas modalidades, o método pode ainda compreender permitir que o derivado de sulfolano impeça a formação de uma aglomeração de cristais de hidrato. Em certas modalidades, o método pode ainda compreender permitir que o derivado de sulfolano impeça a formação de cristais de hidrato. Em certas modalidades, o método pode ainda compreender permitir que o derivado de sulfolano disperse um depósito de hidrato.

[039] Em certas modalidades, o método pode ainda compreender a recuperação do derivado de sulfolano.

[040] Sem limitação à teoria, acredita-se que os inibidores de hidrato descritos no presente documento funcionam criando-se partículas de hidrato gasoso hidrofóbicas finas (de milímetro a mícron) que não aderem umas às outras ou às superfícies expostas dos condutos. Acredita-se também que os inibidores de hidrato descritos no presente documento têm capacidade de se posicionar a ou em estreita proximidade com a interface de hidrocarboneto-água, dificultando, assim, o crescimento dos cristais hidrato. Acredita-se também que os inibidores de hidrato descritos no presente documento evitam o crescimento de cristais hidratados impedindo o acesso de moléculas de água ao cristal hidratado, tornando a superfície do cristal hidratado mais hidrofóbica e menos hidrofílica. Acredita-se também que os inibidores de hidrato descritos no presente documento impactam o crescimento de cristais hidratados pela imposição de fraqueza estrutural no cristal de hidrato. Também se acredita que os inibidores de hidrato descritos no presente documento podem preferencialmente concentrar-se ou dividir-se na fase de hidrocarboneto de maneira a reduzir a quantidade da molécula-alvo dentro de uma fase aquosa.

[041] Para facilitar um melhor entendimento da presente invenção, são fornecidos os exemplos a seguir de determinados aspectos de algumas modalidades. De modo algum os exemplos a seguir devem ser lidos de modo a limitar ou definir o escopo da invenção.

EXEMPLOS

[042] A capacidade de um inibidor de hidrato que compreende um derivado de sulfolano para evitar a formação de hidrato foi testada usando-se um “aparelho de esfera de rolamento”.

[043] Um recipiente cilíndrico de metal e safira que continha uma esfera de aço inoxidável, que pode girar livremente para frente e para trás sobre todo o comprimento (axial) da célula quando a célula é inclinada, era equipado com um transdutor de pressão para permitir a leitura da pressão do gás na célula e alguma tubulação auxiliar para facilitar a limpeza e o preenchimento da célula.

[044] O recipiente foi preenchido com 5,6 ml de um hidrocarboneto líquido, uma mistura gasosa que compreende 1,970% em mol de dióxido de carbono, 86,281% em mol de metano, 6,000% em mol de etano, 3,920% em mol de propano, 0,851% em mol de i-butano e 0,978% em mol de n-butano, mistura de dióxido de carbono, metano, etano, propano, iso-butano e n-butano, e 1,4 ml de uma solução salina que compreende 3,5% em peso (p/v) de NaCl e 5% em peso (p/v) de 3-(decilamino)tiolano-1,1-diona.

[045] Após o preenchimento, a célula foi pressurizada com agitação a 7,2 MPa (72 bara) em temperatura ambiente. Uma vez estabilizada a pressão, a célula foi arrefecida linearmente a 5 °C durante um período de 20 horas. A formação de hidratos foi observada e avaliada em múltiplas junções durante o teste.

[046] Observou-se que os hidratos formados nessa experiência tinham menos de 1 mm de tamanho e não exibiam nenhuma coesão para outros cristais de hidrato na célula de teste. Além disso, os hidratos formados não foram observados para aderir a qualquer uma das superfícies interiores da célula.

[047] Após a formação do hidrato, a esfera da célula rolou através da matriz líquida com facilidade e a matriz líquida foi observada como móvel e fluida. Foi concluído que o inibidor de hidrato testado efetivamente impediu a aglomeração de hidratos.

[048] O recipiente também foi preenchido com 5,6 ml de um hidrocarboneto líquido, uma mistura gasosa que compreende 1,970% em mol de dióxido de carbono, 86,281% em mol de metano, 6,000% em mol de etano, 3,920% em mol de propano, 0,851% em mol de i-butano e 0,978% em mol de n- butano, mistura de dióxido de carbono, metano, etano, propano, isobutano e n- butano, e 1,4 ml de uma salmoura que compreende 3,5% em peso (p/v) de NaCl e nenhum derivado de sulfolano. Após o preenchimento, a célula foi pressurizada com agitação a 7,2 MPa (72 bara) em temperatura ambiente. Uma vez estabilizada a pressão, a célula foi arrefecida linearmente a 5 °C durante um período de 20 horas. A formação de hidratos foi observada e avaliada em múltiplas junções durante o teste. Após a formação do hidrato, a esfera da célula não rolou através da matriz líquida com facilidade.

[049] Vários casos podem ser fornecidos para componentes, operações ou estruturas descritas no presente documento como um caso único. Em geral, as estruturas e a funcionalidade apresentadas como componentes separados nas configurações exemplificativas podem ser implantadas como uma estrutura ou componente combinados. De método similar, as estruturas e a funcionalidade apresentadas como um componente único podem ser implantadas como componentes separados. Essas e outras variações, modificações, adições e melhoramentos podem ser abrangidos pelo escopo da matéria inventiva.

Claims (6)

1. Método para inibir a formação de aglomerados de hidratos gasosos em uma mistura de fluidos que compreende água, hidrocarboneto líquido e gás, o método CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas de: fornecer uma composição inibidora de hidrato que compreende um derivado de sulfolano que tem a seguinte estrutura: em que R é selecionado a partir do grupo que consiste em uma cadeia de alquila, uma cadeia de alquenila, uma cadeia de arila, uma cadeia arilalquila, uma cadeia de arilalquenila, uma cadeia de alquilarila, uma cadeia de alquenilarila, uma amina, uma amida, uma sulfonamida, uma amida fosforilada, uma acila, uma imida, uma cadeia etoxilada, uma cadeia propoxilada, um grupo alquilamino e um grupo glicol; e injetar a composição inibidora de hidrato em um poço ou tubulação tendo a mistura de fluidos em uma quantidade suficiente para formar uma mistura fluida que compreende a mistura de fluidos e o derivado de sulfolano com uma concentração em uma faixa de 0,1% em peso a 5% em peso com base no teor de água na mistura fluida para inibir a formação de aglomerados de hidratos gasosos na mistura de fluidos.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que R compreende 1 a 20 átomos de carbono.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o grupo R é um grupo alquilamino.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o grupo R é um grupo decilamino.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o derivado de sulfolano compreende 3-(decilamino)tiolano-1,1-diona.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a composição inibidora de hidrato compreende ainda um fluido transportador.