CN113214811B - 一种高效天然气水合物低剂量复配抑制剂及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效天然气水合物低剂量复配抑制剂及应用。所述抑制剂包括抑制剂主剂、抑制剂助剂和抑制剂溶剂；各原料组分之间的质量比为：抑制剂主剂:抑制剂助剂:抑制剂溶剂＝(1～45％):(0.5～30％):(30～98％)。所述的水合物抑制剂的使用条件为：压力为0.1～30MPa，温度为‑35～25℃。该抑制剂具有优异的水合物抑制效果，可有效的抑制水合物的成核，延缓水合物的生长，防止水合物的聚集，并且该抑制剂具有低毒性、不挥发、易降解、对管线具有缓蚀性和环境友好等优点，有很好的应用前景。

Description

一种高效天然气水合物低剂量复配抑制剂及应用
技术领域
本发明涉及天然气水合物技术领域，具体涉及一种高效天然气水合物低剂量复配抑制剂。
背景技术
在天然气输送管线中，各种小分子气态烃类等，如甲烷、乙烷、丙烷和硫化氢等，容易在低温高压的环境中，与管道中的水生成一类笼型结构的冰雪状化合物，这些固态的水合物易在管线中粘附、聚集、沉积，严重时则会造成管道的堵塞和设备的损坏，而管道中一旦发生水合物沉积堵塞，由于压力急剧上升会导致管道损坏，直接影响油气的生产和海上运输，并且人员安全会受到严重威胁，生产设备会受到损坏，并随之带来巨大的经济损失。而随着油气勘探有逐渐扩展到深水区域的趋势，其低温高压的环境是更有利于水合物形成的条件，管道中水合物堵塞的风险明显增加。如何防止天然气管线中水合物的生成，一直是工业上倍受关注的重点问题。
常规的水合物防治手法，主要是通过脱水、加热、减压和加入水合物热力学抑制剂使管线环境中不具备水合物生成的热力学条件，或是几种方法联合使用来抑制水合物生成。目前在现场使用的热力学抑制剂因其使用量巨大(一般为溶液的40～60wt％)会造成严重的环境负荷，所以目前，国内外研究人员都将抑制剂研发的焦点集中在使用量极低的动力学抑制剂上。动力学抑制剂不会影响水合物生成的热力学条件，而是通过抑制水合物的成核生长的动力学过程来延迟水合物的生成。但目前的动力学抑制剂存在性能瓶颈，使用的最高过冷度只有10℃左右，在过冷度超过10℃条件下下，动力学抑制剂会完全失效，随机发生灾难性的水合物生长现象。此外，尽管动力学抑制剂的添加量很低，但目前其成本对于工业应用仍然较高，并且人工合成的动力学抑制剂多为聚合物，在自然环境难以降解，易造成环境污染。
通过往抑制剂主剂中引入增效剂是提高抑制剂性能的常规方法，使其可以在高于10℃的过冷度下发挥良好抑制作用。但目前增益性能较好的增效剂通常为季铵盐类，该类物质具有很强的毒性，并且会对管道造成严重的腐蚀，所以在现场中不能得到广泛应用。
鉴于以上原因，本发明充分考虑各种天然气水合物抑制剂的优点和不足，提出了一种高效天然气水合物低剂量复配抑制剂及其制备方法，通过以高效动力学抑制剂为主剂，高效、成本低廉、可生物降解的纤维素衍生物为助剂，低毒、成本低廉并具有热力学抑制能力的醇醚类为溶剂组成复合型水合物抑制剂，通过各组分之间的协同增效，能够达到非常优异的抑制效果，并且高效经济环保。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种高效天然气水合物低剂量复配抑制剂，该抑制剂具有优异的抑制效果，可有效的抑制水合物的成核，延缓水合物的生长，防止水合物的聚集，并且该抑制剂具有低毒性、不挥发、易降解、对管线具有缓蚀性和环境友好等优点。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种高效天然气水合物低剂量复配抑制剂，包括抑制剂主剂、抑制剂助剂和抑制剂溶剂；各原料组分之间的质量比为：抑制剂主剂:抑制剂助剂:抑制剂溶剂＝(1～45％):(0.5～30％):(30～98％)。
进一步地，抑制剂主剂与抑制剂助剂质量配比为1:45～15:1。
进一步地，所述的抑制剂主剂选自聚N-乙烯基己内酰胺、聚N-乙烯基吡咯烷酮、聚甲基丙烯酰胺、聚N-异丙基丙烯酰胺和共聚物类抑制剂中的一种以上；所述的抑制剂主剂的重均分子量为1000～500000g/mol。
进一步地，所述的共聚物类抑制剂是由N-乙烯基己内酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺和乙烯基咪唑中至少两种单体反应生成的共聚物。
进一步地，所述的抑制剂助剂选自下述种类中的至少一种：甲基纤维素、羧甲基纤维素类、羟乙基纤维素类、羟丙基纤维素类或羟丁基纤维素类，其典型结构如下式所示：
Figure BDA0003014103210000031
其中，R＝-H，-CH3，-CH2CH3，-(CH2)nCOONa，-(CH2)nCH2OH，-(CH2)nCH(OH)CH3或-(CH2)nCH(OH)(CH2)nCH3，n＝1,2,3或4。
进一步地，R基的取代率为2.0～40.0％，粘度规格为10～500000mPa.s，分子量范围为5000～2000000g/mol。
进一步地，所述的抑制剂溶剂选自甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇、二乙二醇、二乙二醇单丁醚、二乙二醇二丁醚或乙醇胺中的一种以上。
本发明所述的高效天然气水合物低剂量复配抑制剂应用于天然气开采与集输过程中，其步骤为：称取所述抑制剂主剂、所述抑制剂助剂和所述抑制剂溶剂，先将抑制剂溶剂加入到配样器中，而后将抑制剂主剂加入搅拌均匀，再将抑制剂助剂加入搅拌均匀，即得高效的天然气水合物抑制剂，将高效的天然气水合物抑制剂与水混合，配置成所需浓度的抑制剂水溶液，再将抑制剂水溶液注入管线。
上述应用中，所述高效天然气水合物低剂量复配抑制剂在绝对压力为0.1～30MPa，温度为-35～25℃的条件下应用。
上述应用中，所述抑制剂与水的质量比为1:100～1:10。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果为：
(1)高性能：该高效的天然水合物抑制剂具有很高的抑制活性，能够在过冷度大于18℃的苛刻环境条件下很好的抑制水合物生成，并且在水合物开始生成后，能够极大的降低水合物的生长速率，具有很好的抑制活性。
(2)污染低：该高效的天然水合物抑制剂采用能够生物降解的纤维素类化学品替代部分抑制剂聚合物主剂，使抑制剂整体的污染大大降低。
(3)成本低：该高效的天然水合物抑制剂采用成本较低的纤维素类替代部分抑制剂聚合物主剂，采用成本低廉的醇醚类作为抑制剂溶剂，使抑制剂整体的成本大大降低。
(4)缓蚀性：该高效的天然水合物抑制剂溶液相较于纯水，对钢片的腐蚀速率大大降低，对于管线有着极低腐蚀速率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
采用夹套循环式高压反应釜测定本发明所述水合物抑制剂的耐用过冷度和低量水合物存在下的水合物晶体生长速率。
其中，所述质量配比的高效天然气水合物低剂量复配抑制剂在使用时，分别配置成质量分数为2.0wt％、4.0wt％、6.0wt％的抑制剂水溶液后进行相关实验。
实施例1
在反应釜中加入各组分的质量配比为聚N-乙烯基吡咯烷酮:甲基纤维素:二乙二醇二丁醚＝28.57％:23.81％:47.62％的抑制剂水溶液250g(气液比1:4)，在25℃的温度下，向反应釜冲入11.5MPa的甲烷气，保证温度压力在水合物相平衡区域之外。待釜内温度压力稳定后，开启搅拌(650rpm)，以2℃/h的降温速率将体系降温至-5℃。在此期间，根据体系内气体压力的突然降低和温度的突然升高判断水合物的生成，并记录此刻的温压数据，记此刻压力点对应的相平衡温度与此刻温度点的差值为该浓度配比的抑制剂的耐用过冷度。待水合物生成后，给系统逐步加热，直至体系中只残留小部分的水合物(通常是小于0.5wt％的水转化成水合物)；再以1℃/h的恒定降温速率给体系降温，于水合物生成后计算水合物晶体生长速率(以单位时间内生成水合物的水占总水量的百分比来表示)；重复冷却生成和解热分解过程两至三次，以保证实验结果的可靠性。
实施例2
按照与实施例1相同的方法测试本抑制剂产品，所不同处在于：各组分的质量配比为聚(N-乙烯己内酰胺-N乙烯基吡咯烷酮):羧甲基纤维素钠:乙醇＝14.52％:4.84％:80.64％。
实施例3
按照与实施例1相同的方法测试本抑制剂产品，所不同处在于：各组分的质量配比为聚(N-异丙基丙烯酰胺-乙烯基咪唑):羟丙基甲基纤维素:甲醇＝5.56％:1.85％:92.59％。
实施例4
按照与实施例1相同的方法测试本抑制剂产品，所不同处在于：各组分的质量配比为聚(N-乙烯基己内酰胺-N异丙基丙烯酰胺):乙基羟乙基纤维素:丙三醇＝5.61％:0.93％:93.46％。
实施例5
按照与实施例1相同的方法测试本抑制剂产品，所不同处在于：各组分的质量配比为聚N-乙烯基己内酰胺:羧甲级羟丁基纤维素:乙二醇＝40.91％:13.64％:45.45％。
实施例6
按照与实施例1相同的方法测试本抑制剂产品，所不同处在于：各组分的质量配比为聚N-异丙基丙烯酰胺:羟丁基甲基纤维素:二乙二醇＝5.17％:8.62％:86.21％。
实施例7
按照与实施例1相同的方法测试本抑制剂产品，所不同处在于：各组分的质量配比为聚(N-乙烯基己内酰胺-N-乙烯基吡咯烷酮-甲基丙烯酰胺):甲基羧甲基纤维素:二乙二醇单丁醚＝5.50％:2.75％:91.75％。
实施例8
按照与实施例1相同的方法测试本抑制剂产品，所不同处在于：各组分的质量配比为聚(N-乙烯基己内酰胺-乙烯基咪唑):羟乙基甲基纤维素:乙醇胺＝8.18％:0.91％:90.91％。
实施例9
按照与实施例1相同的方法测试本抑制剂产品，所不同处在于：各组分的质量配比为聚甲基丙烯酰胺:羟丙基羟丁基纤维素:丙二醇＝18.75％:18.75％:62.50％。
对比例1
按照与实施例1相同的方法测试本抑制剂产品，所不同处在于：不加入抑制剂。
静态失重法测定抑制剂对管线钢的腐蚀速率。
实施例10
在烧杯中加入含2g本抑制剂产品(聚N-乙烯基吡咯烷酮:甲基纤维素:二乙二醇二丁醚＝28.57％:23.81％:47.62％)的抑制剂水溶液100g，将洁净的管线钢X80置于其中，再将烧杯置于25℃恒温水浴中7天，实验结束后将管线钢试件清洗至锈尽，干燥后称重，求取实验前后的质量损失，计算腐蚀速率。
实施例11
按照与实施例10相同的方法测试本抑制剂产品，所不同处在于：各组分的质量配比为聚(N-乙烯己内酰胺-N-乙烯基吡咯烷酮):羧甲基纤维素钠:乙醇＝14.52％:4.84％:80.64％。
实施例12
按照与实施例10相同的方法测试本抑制剂产品，所不同处在于：各组分的质量配比为聚(N-异丙基丙烯酰胺-乙烯基咪唑):羟丙基甲基纤维素:甲醇＝5.56％:1.85％:92.59％。
实施例13
按照与实施例10相同的方法测试本抑制剂产品，所不同处在于：各组分的质量配比为聚(N-乙烯基己内酰胺-N异丙基丙烯酰胺):乙基羟乙基纤维素:丙三醇＝5.61％:0.93％:93.46％。
实施例14
按照与实施例10相同的方法测试本抑制剂产品，所不同处在于：各组分的质量配比为聚N-乙烯基己内酰胺:羧甲级羟丁基纤维素:乙二醇＝40.91％:13.64％:45.45％。
实施例15
按照与实施例10相同的方法测试本抑制剂产品，所不同处在于：各组分的质量配比为聚N-异丙基丙烯酰胺:羟丁基甲基纤维素:二乙二醇＝5.17％:8.62％:86.21％。
实施例16
按照与实施例10相同的方法测试本抑制剂产品，所不同处在于：各组分的质量配比为聚(N-乙烯基己内酰胺-N-乙烯基吡咯烷酮-甲基丙烯酰胺):甲基羧甲基纤维素:二乙二醇单丁醚＝5.50％:2.75％:91.75％。
实施例17
按照与实施例10相同的方法测试本抑制剂产品，所不同处在于：各组分的质量配比为聚(N-乙烯基己内酰胺-乙烯基咪唑):羟乙基甲基纤维素:乙醇胺＝8.18％:0.91％:90.91％。
实施例18
按照与实施例1相同的方法测试本抑制剂产品，所不同处在于：各组分的质量配比为聚甲基丙烯酰胺:羟丙基羟丁基纤维素:丙二醇＝18.75％:18.75％:62.50％。
对比例2
按照与实施例10相同的方法测试本抑制剂产品，所不同处在于：不加入抑制剂。
具体实施例和对比例的实验数据如表1、表2、表3、表4所示。
表1夹套循环式高压反应釜测定水合物抑制剂的耐用过冷度和晶体生长速率实验结果(2wt％)
样品名称 耐用过冷度(℃) 最大晶体生长速率(％/h)
实施例1 12.97 1.20
实施例2 11.23 3.55
实施例3 12.03 3.27
实施例4 10.41 3.27
实施例5 14.48 1.02
实施例6 14.58 0.76
实施例7 10.31 2.04
实施例8 10.22 5.15
实施例9 15.35 1.27
对比例1 2.58 25.14
表2夹套循环式高压反应釜测定水合物抑制剂的耐用过冷度和晶体生长速率实验结果(4wt％)
Figure BDA0003014103210000081
Figure BDA0003014103210000091
表3夹套循环式高压反应釜测定水合物抑制剂的耐用过冷度和晶体生长速率实验结果(6wt％)
样品名称 耐用过冷度(℃) 最大晶体生长速率(％/h)
实施例1 19.91 1.79
实施例2 13.57 2.20
实施例3 14.62 3.45
实施例4 13.22 3.02
实施例5 19.20 0.75
实施例6 18.80 0.94
实施例7 13.58 1.54
实施例8 12.34 5.89
实施例9 19.73 1.17
对比例1 2.58 25.14
表4失重法测定抑制剂对管线钢的腐蚀速率实验结果
Figure BDA0003014103210000092
Figure BDA0003014103210000101
综上所述，本发明的高效的天然气水合物抑制剂具有很高效的水合物抑制能力，其可以在很高的过冷下发挥作用，并且即便在水合物开始生成后，也能够大大降低水合物的生长速率，能够防止水合物颗粒只见附着聚集，进一步减少了管道水合物堵塞的风险。此外其复配物是生物基衍生物，降解性好，还对管线钢有很好的腐蚀保护作用。
本发明的以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，而并非是都对本发明的实施方式的限定。对于所述领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改。等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种高效天然气水合物低剂量复配抑制剂，其特征在于，抑制剂主剂、抑制剂助剂和抑制剂溶剂的比例包括如下比例中的一种：聚N-乙烯基吡咯烷酮:甲基纤维素:二乙二醇二丁醚=28.57%:23.81%:47.62%、聚N-乙烯基己内酰胺:羧甲级羟丁基纤维素:乙二醇=40.91%:13.64%:45.45%、聚N-异丙基丙烯酰胺:羟丁基甲基纤维素:二乙二醇=5.17%:8.62%:86.21%或聚甲基丙烯酰胺:羟丙基羟丁基纤维素:丙二醇=18.75%:18.75%:62.50%。
2.权利要求1所述的高效天然气水合物低剂量复配抑制剂应用于天然气开采与集输过程中，其步骤为：称取所述抑制剂主剂、所述抑制剂助剂和所述抑制剂溶剂，先将抑制剂溶剂加入到配样器中，而后将抑制剂主剂加入搅拌均匀，再将抑制剂助剂加入搅拌均匀，即得高效的天然气水合物抑制剂，将高效的天然气水合物抑制剂与水混合，配置成所需浓度的抑制剂水溶液，再将抑制剂水溶液注入管线。
3.根据权利要求2所述的高效天然气水合物低剂量复配抑制剂的应用，其特征在于，所述高效天然气水合物低剂量复配抑制剂在绝对压力为0.1~30MPa，温度为-35~25℃的条件下应用。
4.根据权利要求2所述的高效天然气水合物低剂量复配抑制剂的应用，其特征在于，所述抑制剂与水的质量比为1:100~1:10。
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