CN105179939B - 一种含鼠李糖脂复配型水合物防聚剂的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含鼠李糖脂复配型水合物防聚剂的应用，其中，将含鼠李糖脂复配型水合物防聚剂用于油水混输体系中水的体积不超过油水总体积的60％。克服了传统热力学抑制剂用量大、环境污染严重、对管材要求高等缺点，以及动力学抑制剂承受过冷度低等缺点，具有生物降解性好、经济环保、用量低、适用范围广、防聚性能稳定等特点。
Description
技术领域
本发明涉及油气输送技术领域，尤其涉及一种含鼠李糖脂复配型水合物防聚剂的应用。
背景技术
在油-气-水多相混输过程中，在低温高压条件下，某些低沸点气体分子(CH4、C2H6、CO2及H2S等)极易与水分子形成一种非化学计量性晶体笼状物质，俗称可燃冰。在流动过程中，这些固体晶体物质易在阀门、弯头、连接件等部位发生沉积，天然气的流通面积减少，从而形成局部堵塞，其上游的压力增大，流量减少，下游的压力降低，因而影响管道输配气的正常运行。同时，水合物若在节流孔板处形成，还会影响天然气流量计量的准确性。若不能及时清除水合物，轻则堵塞管线，重则管线会发生严重堵塞，导致憋压、爆破等，造成设备损坏和人员伤害事故。
关于水合物风险防控技术主要包括添加传统热力学抑制剂和低剂量水合物抑制剂的方法。添加水合物热力学抑制剂，如甲醇、乙二醇等，改变体系水合物形成的热力学平衡条件，使其生成压力高于管线输送压力或生成温度低于管线输送温度，进而避免管道内水合物的形成。但该法抑制剂用量较大，通常为体系水量的30％-50％，成本较高，且易对环境造成污染等。低剂量水合物抑制剂主要包括动力学抑制剂和水合物防聚剂两类。动力学抑制剂一般为一些水溶性的高分子聚合物，它不改变体系水合物的热力学平衡条件，而是吸附于水合物颗粒表面，从而防止或延缓水合物晶粒的进一步生长，保证在输送过程中不发生堵塞，但其抑制性能常受体系过冷度影响，在高于冷度条件下应用受限。水合物防聚剂通常为一些聚合物和表面活性剂，它同样不改变水合物的生成条件，允许体系内水合物的形成，但可控制水合物颗粒尺寸，阻止其聚积，使其最终呈稳定浆液输送。从水合物抑制剂实际应用领域(油气水多相混输体系)及可承受的最大过冷度角度来说，气体水合物防聚剂应具有更佳的应用前景。
在气体水合物防聚剂开发方面，现有技术中存在一种水合物防聚剂，由聚氧乙烯二羧酸脂类双子非离子表面活性剂与多元醇型非离子表面活性剂复配后得到，缺点为该类防聚剂添加量较大、生物降解性差，且在较高含水率条件下形成的水合物浆液较为粘稠，管输压阻大。
还有一种方式是：由聚乙烯咪唑与电解质或可溶性醇类混合后可得到水合物抑制剂，可起到抑制水合物堵塞的目的，但该类抑制剂仅能起动力学抑制效果，可承受的过冷度较小，当体系内形成水合物时，即丧失防聚效果。另外，该类抑制剂主要用于纯水体系，在油-气-水多相混输体系的应用过程中受限。也存在合成一类具有水合物防聚性能的双子季铵盐，但缺点为该类防聚剂为有机合成产物，经济环保性不高，生物可降解性差，且添加量较大，并在高含水率体系内应用受限
综上所述，现有技术有待于更进一步的改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种含鼠李糖脂复配型水合物防聚剂的应用，以提高其防聚性，降低其用量。
为解决上述技术问题，本发明方案包括：
一种含鼠李糖脂复配型水合物防聚剂的应用，其中，将含鼠李糖脂复配型水合物防聚剂用于油水混输体系中水的体积不超过油水总体积的60％。
所述的应用，其中，将含鼠李糖脂复配型水合物防聚剂用于油水混输体系中水的体积不超过油水总体积的50％。
所述的应用，其中，上述油水混输体系的温度为253K-323K，压力为0.1MPa-50.0MPa。
所述的应用，其中，上述含鼠李糖脂复配型水合物防聚剂包括鼠李糖脂生物表面活性剂和电解质，鼠李糖脂生物表面活性剂电解质的质量比为0.01-100：1；或者包括鼠李糖脂生物表面活性剂和可溶性醇，鼠李糖脂生物表面活性剂与可溶性醇的质量比为0.01-100：1。
所述的应用，其中，上述鼠李糖脂生物表面活性剂的用量为油水混输体系中水量的1％-5％；电解质的用量均为油水混输体系中水量的1％-20％；可融性醇的用量为油水混输体系中水量的1％-50％。
所述的应用，其中，上述鼠李糖脂生物表面活性剂由假单胞菌或伯克氏菌产生的生物表面活性剂，包括RH1、RH2、RH3与RH4四种鼠李糖脂：
RH1为：
RH2为：
本发明提供的一种含鼠李糖脂复配型水合物防聚剂的应用，克服了传统热力学抑制剂用量大、环境污染严重、对管材要求高等缺点，以及动力学抑制剂承受过冷度低等缺点，具有生物降解性好、经济环保、用量低、适用范围广、防聚性能稳定等特点。
附图说明
图1为高压蓝宝石反应釜的结构示意图；
图2为带有测定探头之高压蓝宝石反应釜的结构示意图；
其中，1-高压蓝宝石反应釜体；2-恒温空气浴；3-温度传感器；4-压力传感器；5-手推泵；6-搅拌系统及数据自动采集系统；7-活塞；8-搅拌子；9-PVM探头；10-FBRM探头；11-高压釜；12-温度数据采集系统；13-压力数据采集系统。
具体实施方式
本发明提供了一种含鼠李糖脂复配型水合物防聚剂的应用，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种含鼠李糖脂复配型水合物防聚剂的应用，将含鼠李糖脂复配型水合物防聚剂用于油水混输体系中水的体积不超过油水总体积的60％。
更进一步的，将含鼠李糖脂复配型水合物防聚剂用于油水混输体系中水的体积不超过油水总体积的50％。并且上述油水混输体系的温度为253K-323K，压力为0.1MPa-50.0MPa。
在本发明的另一较佳实施例中，上述含鼠李糖脂复配型水合物防聚剂包括鼠李糖脂生物表面活性剂和电解质，鼠李糖脂生物表面活性剂电解质的质量比为0.01-100：1；或者包括鼠李糖脂生物表面活性剂和可溶性醇，鼠李糖脂生物表面活性剂与可溶性醇的质量比为0.01-100：1。
而且上述鼠李糖脂生物表面活性剂的用量为油水混输体系中水量的1％-5％；电解质的用量均为油水混输体系中水量的1％-20％；可融性醇的用量为油水混输体系中水量的1％-50％。
在本发明的另一较佳实施例中，上述鼠李糖脂生物表面活性剂由假单胞菌或伯克氏菌产生的生物表面活性剂，包括RH1、RH2、RH3与RH4四种鼠李糖脂：
RH1为：
RH2为：
为了进一步描述本发明，以下列举更为详尽的实施例进行说明。
实施例1
本实施例采用含鼠李糖脂复配型水合物防聚剂，并将其应用到含水率为10％(以水和油的体积之和为基准计算)的油水体系，并对本实施例的水合物防聚剂的防聚效果进行评价。
本实施例采用高压蓝宝石反应釜进行系统评价，如图1所示，主要包括高压蓝宝石反应釜体1、恒温空气浴2、温度传感器3和压力传感器4、手推泵5、搅拌系统及数据自动采集系统6。高压蓝宝石反应釜1的最大工作体积为49cm3，最高工作压力为50MPa，工作温度范围为183K-423K。反应釜内带有一个密闭的活塞7，可将增压流体(石油醚)与实验体系分开，反应釜内压力可通过手推泵5进行调节。另外，此蓝宝石反应釜外配置有LGY150A型冷光源。
采用上述高压蓝宝石反应釜进行评价实验的具体步骤如下：
(1)对整个实验系统清洗后，配置含本实施例水合物防聚剂的油水乳液(其中油水乳液15mL)，置于蓝宝石反应釜体1中，设定系统温度为276.2K，即实验温度；
(2)当高压蓝宝石反应釜体内温度达到预设值并稳定持续4小时后，对系统抽真空，并通入实验气体置换3次，实验所用模拟天然气的组成如表1所示，继续通入一定量的实验气体使之达到溶解平衡(冲入的气体量使平衡时的气体压力小于此温度下对应的水合物平衡压力即可)；
(3)通入实验气体至系统压力为8.0MPa即实验压力，关闭进气阀，打开搅拌器，整个实验过程搅拌速度恒定不变；随着实验进行，气体不断消耗，为保持系统初始压力，推动手推泵5改变反应系统体积使其保持恒压，并记录手推泵5度数以计算气体消耗体积，同时观察体系中气体水合物的宏观形态变化，系统温度、压力及反应时间均采用计算机数据自动采集系统6记录；
(4)当系统压力恒定不变且保持4h以后，认为气体水合物反应终止，取上层气体进行色谱分析，根据气体组成从而计算实际过冷度，过冷度为相同实验压力下，气体水合物的平衡温度(平衡温度用Chen-Guo模型计算)与实验温度之差；
(5)调节系统温度为303K，反应釜内气体水合物完全分解后，重新开始下组实验。
在本实施例中，反应釜中油水体系由1.5ml去离子水和13.5ml的-20#柴油组成，即含水率为10％(以水和油的体积之和为基准计算)的油水体系，本实施例的防聚剂的添加量为体系中水量的3.0％。
表1
水合物防聚剂可有效阻止气体水合物聚积结块时的实验现象为：在实验温度和压力条件下，实验过程中形成的水合物颗粒均匀分散在油相中，体系呈浆态分布，无水合物聚积结块现象，反应釜中的搅拌子可稳定自由上下搅拌。
在本实施例的整个实验过程中，气体水合物颗粒均匀分散在油相中，连续运行12h后无出现水合物聚积结块堵塞的现象，反应釜中搅拌子可自由上下运动；停止搅拌后，可以发现气体水合物逐渐沉积在反应釜底部，上层为油相，下层为水合物相，停搅拌12h后可顺利重启，水合物颗粒重新分散，仍无聚积结块的现象，从而说明本实施例提供的防聚剂具有良好的防聚性能。
实施例2
本实施例采用含鼠李糖脂复配型水合物防聚剂，由鼠李糖脂生物表面活性剂与氯化钠电解质按照质量比0.5:1混合得到。
本实施例采用实施例1所述的高压蓝宝石反应釜进行评价，具体实验过程如实施例1所述。
在本实施例中，反应釜中油水体系由1.5ml去离子水和13.5ml的-20#柴油组成，即含水率为10％(以水和油的体积之和为基准计算)的油水体系，本实施例中鼠李糖脂添加量为水量的2％，NaCl添加量为水量的5％，通入的实验气体组成见表1。
在本实施例的整个实验过程中，水合物颗粒均匀分散在油相中，连续运行12h没有出现水合物聚积结块堵塞的现象，反应釜搅拌子可自由上下运动；停止搅拌后，发现气体水合物颗粒逐渐沉积在反应釜底部，上层为油相，停搅拌12h后可顺利重启，水合物颗粒重新分散，无出现聚积结块现象，从而说明本实施例提供的防聚剂同样具有良好的防聚性能。
实施例3
本实施例采用含鼠李糖脂复配型水合物防聚剂，由鼠李糖脂生物表面活性剂与硝酸钾电解质按照质量比2:1混合得到。
本实施例采用实施例1所述的高压蓝宝石反应釜进行评价，具体实验过程如实施例1所述。
在本实施例中，反应釜中油水体系由1.5ml去离子水和13.5ml的-20#柴油组成，即含水率为10％(以水和油的体积之和为基准计算)的油水体系，本实施例中鼠李糖脂添加量为水量的2％，KNO3添加量为水量的5％，通入的实验气体组成见表1。
在本实施例的整个实验过程中，水合物颗粒均匀分散在油相中，连续运行12h没有出现水合物聚积结块堵塞的现象，反应釜搅拌子可自由上下运动；停止搅拌后，发现气体水合物颗粒逐渐沉积在反应釜底部，上层为油相，停搅拌12h后可顺利重启，水合物颗粒重新分散，无出现聚积结块现象，从而说明本实施例提供的防聚剂同样具有良好的防聚性能。
实施例4
本实施例采用含鼠李糖脂复配型水合物防聚剂，由鼠李糖脂生物表面活性剂与甲醇按照质量比2:1混合得到。
本实施例采用实施例1所述的高压蓝宝石反应釜进行评价，具体实验过程如实施例1所述。
在本实施例中，反应釜中油水体系由1.5ml去离子水和13.5ml的-20#柴油组成，即含水率为10％(以水和油的体积之和为基准计算)的油水体系，本实施例中鼠李糖脂添加量为水量的2％，CH3OH添加量为水量的5％，通入的实验气体组成见表1。
在本实施例的整个实验过程中，水合物颗粒均匀分散在油相中，连续运行12h没有出现水合物聚积结块堵塞的现象，反应釜搅拌子可自由上下运动；停止搅拌后，发现气体水合物颗粒逐渐沉积在反应釜底部，上层为油相，停搅拌12h后可顺利重启，水合物颗粒重新分散，无出现聚积结块现象，从而说明本实施例提供的防聚剂同样具有良好的防聚性能。
实施例5
本实施例采用含鼠李糖脂复配型水合物防聚剂，由鼠李糖脂生物表面活性剂与乙二醇按照质量比4:1混合得到。
本实施例采用实施例1所述的高压蓝宝石反应釜进行评价，具体实验过程如实施例1所述。
在本实施例中，反应釜中油水体系由1.5ml去离子水和13.5ml的-20#柴油组成，即含水率为10％(以水和油的体积之和为基准计算)的油水体系，本实施例中鼠李糖脂添加量为水量的2％，C2H6O2添加量为水量的5％，通入的实验气体组成见表1。
在本实施例的整个实验过程中，水合物颗粒均匀分散在油相中，连续运行12h没有出现水合物聚积结块堵塞的现象，反应釜搅拌子可自由上下运动；停止搅拌后，发现气体水合物颗粒逐渐沉积在反应釜底部，上层为油相，停搅拌12h后可顺利重启，水合物颗粒重新分散，无出现聚积结块现象，从而说明本实施例提供的防聚剂同样具有良好的防聚性能。
实施例6
本实施例采用含鼠李糖脂复配型水合物防聚剂，由鼠李糖脂生物表面活性剂与甲醇按照质量比3:1混合得到。
本实施例采用实施例1所述的高压蓝宝石反应釜进行评价，具体实验过程如实施例1所述。
在本实施例中，反应釜中油水体系由3.0ml去离子水和12ml的-20#柴油组成，即含水率为20％(以水和油的体积之和为基准计算)的油水体系，本实施例中鼠李糖脂添加量为水量的2％，CH3OH添加量为水量的5％，通入的实验气体组成见表1。
在本实施例的整个实验过程中，水合物颗粒均匀分散在油相中，连续运行12h没有出现水合物聚积结块堵塞的现象，反应釜搅拌子可自由上下运动；停止搅拌后，发现气体水合物颗粒逐渐沉积在反应釜底部，上层为油相，停搅拌12h后可顺利重启，水合物颗粒重新分散，无出现聚积结块现象，从而说明本实施例提供的防聚剂同样具有良好的防聚性能。
实施例7
本实施例采用含鼠李糖脂复配型水合物防聚剂，由鼠李糖脂生物表面活性剂与甲醇按照质量比5:1混合得到。
本实施例采用实施例1所述的高压蓝宝石反应釜进行评价，具体实验过程如实施例1所述。
在本实施例中，反应釜中油水体系由4.5ml去离子水和10.5ml的-20#柴油组成，即含水率为30％(以水和油的体积之和为基准计算)的油水体系，本实施例中鼠李糖脂添加量为水量的2％，CH3OH添加量为水量的5％，通入的实验气体组成见表1。
在本实施例的整个实验过程中，水合物颗粒均匀分散在油相中，连续运行12h没有出现水合物聚积结块堵塞的现象，反应釜搅拌子可自由上下运动；停止搅拌后，发现气体水合物颗粒逐渐沉积在反应釜底部，上层为油相，停搅拌12h后可顺利重启，水合物颗粒重新分散，无出现聚积结块现象，从而说明本实施例提供的防聚剂同样具有良好的防聚性能。
实施例8
本实施例采用含鼠李糖脂复配型水合物防聚剂，由鼠李糖脂生物表面活性剂与甲醇按照质量比6:1混合得到。
将上述气体水合物防聚剂应用到含水率为10％(以水和油的体积之和为基准计算)的油水体系中，并测定气体水合物在形成过程中的形态变化和颗粒尺寸分布变化规律。
为了考察在本发明的复配型水合物防聚剂存在条件下，油水体系中水合物形成过程中的形态变化及颗粒尺寸分布规律，油水体系中水合物形成过程中的形态变化及颗粒尺寸分布规律，如图2所示，本实施例在安装有在线颗粒激光可视化分析仪PVM(Particlevideo microscope：粒子视频显微镜)探头9和在线聚焦光束反射测量仪FBRM(Focusedbeam reflectance measurement：聚焦光束反射测量)探头10的高压釜11中进行测试。该装置主要包括：带水浴和机械搅拌的高压釜11、PVM测量探头9/FBRM测量探头10及相关连接装置和数据采集系统。高压釜11材料为不锈钢材质，可承受最大压力32MPa，高压釜11的有效体积为534.72mL(内径51.84mm，釜高297.32mm)；恒温水浴操作温度范围为253K-323K；机械搅拌由电动机及釜内叶轮等部件组成，使高压釜11内的反应体系混合均匀。
其中PVM测量探头9由六束激光组成，通过激光光束照亮探头前方区域(1680μm×1261μm)，进而拍摄可视区域内微观形态变化。FBRM测量探头10同样通过发射激光来测量，它发射近红外波长通过光纤传输到探头末端，探头末端有一个旋转的光学透镜能使光发生偏转，实验过程中，发射的激光扫描到粒子的表面时就会发生反射，弦长由测量到反射的时间与激光的扫描速度来确定。测量过程中激光扫描速度根据实验的需求可以在2-16m/s之间进行调节。通过探头前的蓝宝石视窗在一定时间间隔内测量的液滴或粒子弦长的数量通过统计得到弦长分布。
采用上述高压反应釜进行实验的具体步骤如下：
(1)实验开始之前，高压釜11及所有的连接部件均用清洗液冲洗，用氮气吹干。擦净PVM探头9和FBRM探头10，使其达到测量要求后安装；
(2)将220mL配置好油水体系和本实施例的水合物防聚剂注入高压釜11，通过抽真空排去溶解在溶液里的空气；
(3)开启FBRM探头9、PVM探头10、温度数据采集系统12和压力数据采集系统13，水浴调至实验温度274.2K，开始降温，开启搅拌，转速为1000r/min，开始采集实验数据、图片；
(4)当高压釜11内的温度达到实验温度并保持4h后，停搅拌，通入气体至实验压力为8.0MPa，并观察气体水合物形成过程形态变化及颗粒尺寸分布规律；
(5)当高压釜11内水合物形成稳定后，停止搅拌2h后重启，观察停搅拌对水合物浆液的影响；
(6)调节水浴温度至303K，待水合物分解完毕后，排气排液重新开始下组实验。
在本实施例中，高压釜11中油水体系由22ml去离子水和198ml的-20#柴油组成，即含水率为10％(以水和油的体积之和为基准计算)的混输体系，本实施例中鼠李糖脂添加量为水量的2％，CH3OH添加量为水量的5％，通入的实验气体组成见表1。
在本实施例实验过程中，完全生成气体水合物时通过PVM拍摄的图片，，最终形成均匀的水合物浆液。在实验过程中，通过FBRM测定的水合物浆液颗粒弦长分布变化情况，随着水合物的形成，体系中气体水合物颗粒尺寸向大颗粒尺寸发生偏移，随着实验进行，气体水合物颗粒尺寸趋于稳定，停止搅拌后，由于水合物相与油相的密度差，发生水合物颗粒沉降现象，但搅拌重启后，水合物颗粒可重新分散均匀，无出现堵塞结块现象(在两个探头上均无出现气体水合物的粘壁)，从而说明本实施例的防聚剂具有良好的防聚性能。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。
Claims (2)
1.一种含鼠李糖脂复配型水合物防聚剂的应用，其特征在于，将含鼠李糖脂复配型水合物防聚剂用于油水混输体系中水的体积不超过油水总体积的60％；
上述油水混输体系的温度为253K-323K，压力为0.1MPa-50.0MPa；
上述含鼠李糖脂复配型水合物防聚剂包括鼠李糖脂生物表面活性剂和电解质，鼠李糖脂生物表面活性剂电解质的质量比为0.01-100：1；或者包括鼠李糖脂生物表面活性剂和可溶性醇，鼠李糖脂生物表面活性剂与可溶性醇的质量比为0.01-100：1；
上述鼠李糖脂生物表面活性剂的用量为油水混输体系中水量的1％-5％；电解质的用量为油水混输体系中水量的1％-20％；可融性醇的用量为油水混输体系中水量的1％-50％。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，上述鼠李糖脂生物表面活性剂由假单胞菌或伯克氏菌产生的生物表面活性剂，包括RH1、RH2、RH3与RH4四种鼠李糖脂：
RH1为：
RH2为：
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| CN105179939A (zh) | 2015-12-23 |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
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Inventor after: Yan Kele Inventor after: Zou Bing Inventor after: Jiang Suxia Inventor after: Zhang Hongxing Inventor after: Tan Longmei Inventor after: Xue Song Inventor before: Yan Kele Inventor before: Zhang Hongxing Inventor before: Tan Longmei Inventor before: Zou Bing Inventor before: Jiang Suxia Inventor before: Sun Changyu |
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| GR01 | Patent grant | ||
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