NO326825B1

NO326825B1 - Fremgangsmate for a transportere hydrater i en suspensjon i produksjonseffluentene

Info

Publication number: NO326825B1
Application number: NO19984457A
Authority: NO
Inventors: Anne Sinquin; Marie Velly; Gerard Hillion
Original assignee: Inst Francais Du Petrole
Priority date: 1997-09-25
Filing date: 1998-09-24
Publication date: 2009-02-23
Also published as: DK0905350T3; NO984457D0; US5958844A; NO984457L; EP0905350A1; FR2768637A1; EP0905350B1; BR9803505A; FR2768637B1; CA2245212C; CA2245212A1

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for transport av hydrater av naturgass, petroleumgass eller andre gasser som er suspendert i et fluid som omfatter vann, én av de nevnte gasser og et flytende hydrokarbon.

Mer spesielt vedrører den en fremgangsmåte som anvender et ikke-ionisk amfifilt preparat oppnådd ved omsetning av minst én vegetabilsk olje med minst en aminoalkohol.

Gasser som danner hydrater kan spesielt omfatte minst ett hydrokarbon valgt blant metan, etan, etylen, propan, propen, n-butan og isobutan, og eventuelt H2S og/eller C02.

Slike hydrater dannes når vann finnes i nærvær av gass, enten i fri tilstand eller oppløst i en flytende fase, f.eks. et flytende hydrokarbon, og når temperatu-ren som nås av blandingen, spesielt vann, gass og eventuelt flytende hydrokarbo-ner, så som olje, faller under den termodynamiske hydratdannelsestemperatur, idet denne temperatur er gitt for en kjent sammensetning av gasser ved et innstilt trykk.

Hydratdannelse fryktes spesielt i gass- og oljebrønnindustrien hvor hydratdannelsesbetingelser kan tilfredsstilles. For å redusere produksjonsomkostnin-gene med råolje og gass, både hva angår investering og eksploatering, er det en vei å gå, spesielt for produksjon til sjøs, å redusere eller til og med å avskaffe tør-kebehandlinger som utføres på råoljen eller på gassen som skal transporteres fra feltet til kysten og spesielt å la alt eller en del av vannet være i fluidet som skal transporteres. Fralandsbehandlinger blir generelt utført på en plattform beliggende på overflaten nær feltet, slik at avløpet, som innledningsvis er varmt, kan behandles før de termodynamiske hydratdannelsesbetingelser blir tilfredsstilt når sjøvann avkjøler avløpet.

I praksis, når de termodynamiske betingelser som kreves for hydratdannelse er tilfredsstilt, forårsaker imidlertid hydrat-agglomerering at transportledningene blokkeres på grunn av dannelse av tropper som forhindrer passasje av råolje eller gass.

Hydratproppdannelse kan forårsake produksjonsstopp og således resultere i vesentlige finansielle tap. Videre kan gjenoppstått av installasjonen, spesielt når fralandsproduksjon eller transport er involvert, være en lang prosess, da det er vanskelig å dekomponere hydratene som har dannet seg. Når produksjonen fra et undersjøisk naturgass- eller råolje- og gassfelt som omfatter vann når overflaten av sjøen og deretter transporteres langs sjøbunnen, kan reduksjonen i temperatu-ren i det produserte avløp bety at de termodynamiske betingelser for at hydrater kan danne seg, er tilfredsstilt, og de dannes, agglomererer og blokkerer overfø-ringsledningene. Sjøbunntemperaturen kan f.eks. være 3°C eller 4°C.

Gunstige betingelser for hydratdannelse kan også være tilfredsstilt på land når ledninger ikke er gravd ned (eller ikke er gravd dypt ned) i jorden, f.eks. når den omgivende lufttemperatur er lav.

For å overvinne disse mangler har tidligere forfattere søkt etter produkter som, når de settes til et fluid, kan virke som inhibitorer ved å redusere den termodynamiske hydratdannelsestemperatur. De er hovedsakelig alkoholer, f.eks. me-tanol, eller glykoler, f.eks. mono-, di- eller trietylenglykol. Denne løsning er svært kostbar, da mengden av inhibitorer som må tilsettes, kan være så høy som 10% til 40% av mengden av vann, og inhibitorene er vanskelige å gjenvinne fullstendig.

Isolering av transportledningene er også blitt anbefalt, for å forhindre tem-peraturen i det transporterte fluid fra å nå hydratdannelsestemperaturen under driftsbetingelsene. Imidlertid er denne teknikk også svært kostbar.

Videre er et utvalg av ikke-ioniske eller anioniske overflateaktive forbindelser blitt testet med hensyn til retarderende effekt på hydratdannelse i et fluid som omfatter en gass, spesielt et hydrokarbon, og vann. Et eksempel kan finnes i ar-tikkelen av Kuliev et al.: «Surfactants Studied as Hydrate Formation Inhibitors». Gazovoe Delo n° 10,1972,17-19, rapportert i Chemical Abstracts 80,1974, 98122r.

Anvendelse av additiver som kan modifisere hydratdannelsesmekanismen er også beskrevet, hvor det, istedenfor at de hurtig agglomereres sammen for å danne propper, de dannede hydrater dispergerer i fluidet uten å agglomerere og uten å tilstoppe ledningene. Eksempler i denne forbindelse er vår europeiske pa-tentsøknad EP-A-0 323 774 som beskriver anvendelse av ikke-ioniske amfifile forbindelser valgt blant estere av polyoler og karboksylsyrer, som eventuelt kan være substituert, og forbindelser som inneholder en imidfunksjon; vår europeiske patentsøknad EP-A-0 323 775 som beskriver anvendelse av forbindelser av fami-lien bestående av fettsyredietanolamider eller fettsyrederivater; US-A-4 856 593 som beskriver anvendelse av overflateaktive midler så som organiske fosfonater, fosfatestere, fosfonsyrer, deres salter og deres estere, uorganiske polyfosfater og deres estere, samt polyakrylamider og polyakrylater; og EP-A-0 457 375 som beskriver anvendelse av anioniske overflateaktive midler, så som alkylarylsulfonsyrer og deres alkalimetallsalter.

Amfifile forbindelser oppnådd ved omsetning av minst ett ravsyrederivat valgt fra gruppen som utgjøres av polyalkylenravsyreanhydrider og syrer med minst én polyetylenglykolmonoeter er også blitt foreslått for å redusere tendensen hos hydrater av naturgass, petroleumgass eller andre gasser til å agglomerere EP-A-0 582 507.

Vi har nå oppdaget at for å transportere hydrater som er suspendert i et fluid som omfatter vann, en gass og et flytende hydrokarbon, er det spesielt fordelaktig å anvende ett eller flere ikke-ioniske amfifile preparater som er oppnådd ved omsetning av minst én vegetabilsk olje med minst én aminoalkohol som additiv.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer således en fremgangsmåte for transport av hydrater som er suspendert i et fluid som omfatter minst vann, en gass og et flytende hydrokarbon under betingelser ved hvilke hydrater kan danne seg av vannet og gassen, hvor et additiv som omfatter minst ett ikke-ionisk amfifilt preparat oppnådd ved omsetning av minst én vegetabilsk olje med minst én aminoalkohol, blir inkorporert i fluidet, hvori den vegetabilske oljen er en polymerisert umettet vegetabilsk olje.

Slike preparater og deres fremstilling er beskrevet i den franske patentsøk-nad som ble innlevert av oss på samme dag, med det nasjonale registrerings-nummer 97/12049. Innholdet i nevnte søknad inkluderes herved i foreliggende beskrivelse ved referanse.

Viskositeten til de polymeriserte umettede vegetabilske oljer som anvendes for å fremstille preparatene som anvendes ved fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse, er vanligvis viskositet i området 5-60 Pa.s. Disse polymeriserte umettede vegetabilske oljer er bredt beskrevet i litteraturen og oppnås f.eks. ved varmebehandling av høyt umettede oljer, f.eks. linfrøolje eller saflorolje, druefrøolje, treolje eller solsikkeolje.

De aminoalkoholer som anvendes for å fremstille preparatene som anvendes ved fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse, er f.eks. valgt blant:

aminerte monoalkoholer f.eks.

• monoetanolamin: OH-(CH2)2-NH2; • monopropanolamin: OH-( CH2)3-NH2; • monoisopropanolamin CH3-(CH(OH)-CH2-NH2; • 2-amino-1-butanol: CH3-CH2-CH(NH2)-CH2-OH; • 1-amino-2-butanol: CH3-CH2-CH(OH)-CH2-NH2; • N-metyl-etanolamin: CH2-NH-(CH2)2-OH; • N-butyletanolamin: CH2-(CH22)3-NH(CH2)2-OH; • pentanolamin, heksanolamin, cykloheksanolamin eller polyalkanola-miner; • eller polyalkoksglykolaminer med følgende formel:

OH-(CH2-CH20)n-CH2-CH2-NH2

hvor n representerer polymerisasjonsgraden for polyalkoksyglokolen;

og aminerte polyoler f.eks.

dietanolamin: (OH-CH2-CH2)2-NH;

diisopropanolamin: (CH2-CH(OH)-CH2-)2-NH2 eller trihydroksymetylaminometan: ((HO)H2C-)3C-NH2.

De preparater som anvendes ved fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse kan bli syntetisert ved å omsette et overskudd av aminoalkohol, fortrinnsvis dietanolamin, med en polymerisert umettet vegetabilsk olje, fortrinnsvis oppnådd fra linfrøolje.

Reaksjonen blir generelt utført i fravær av løsningsmiddel ved en temperatur som er i området f.eks. 100-200°C.

Ved slutten av reaksjonen tilsettes et løsningsmiddel for oppnåelse av en pumpbar blanding. Et visst antall løsningsmidler kan anvendes, spesielt aromatis-ke kutt; imidlertid foretrekkes ethvert løsningsmiddel som stammer fra animalske eller vegetabilske oljer eller fett, slik at det oppnås en bionedbrytbar løsning av additiver som ikke forurenser miljøet. Fordelaktig anvendes esteret av C1-C4-monoalkoholer og C6-C22-fettsyrer som stammer fra vegetabilske oljer eller fett, valgt f.eks. fra kopraolje, babassuolje, palmenøttolje, tukumaolje, murumuru, pal-meolje, bassiaolje, olivenolje, jordnøttolje, kapokolje, bitter daddelolje, papavaolje, kolosyntolje, krotonolje, tigernøttolje, vortemelkolje, hampolje, bøkenøttolje, gum-boolje, pulghereolje, camelinaolje, safflorolje, nigerolje, solsikkeolje, oljesolsikkeol-je, gummifrøolje, kakaoolje, purga, valnøttolje, maisolje, soyaolje, bomullsfrøolje, sorghumolje, druefrøolje, linfrøolje, tobakkolje, vanlig furutjæreolje, afzeliaolje, kål-rotolje, sennepsfrøolje, brunsennepfrøolje, treolje, olje av frøene fra aleurites mo-luccana, tungolje, amooraolje, gran, crambeolje, perilla, eruka-rapsfrøolje, ny rapsfrøolje, oljerapsfrøolje, sesamfrøolje, kakaosmør, tallolje, hvetekimolje og risinusolje; animalske oljer, f.eks. fiskeoljer, som de er eller delvis hydrogenen; og animalske fett, f.eks. smult, talg og smeltet smør. Foretrukne estere er metyl- eller etylesterne.

Mengden av løsningsmiddel i den endelige blanding kan være i området 20-80 vekt-%, fortrinnsvis i området 30-70 vekt-%.

Ved anvendelse som additiver for å redusere tendensen hos hydrater til å agglomerere tilsettes disse preparater til fluidet som skal behandles, i konsentra-sjoner som generelt er i området 0,1-5 vekt-%, fortrinnsvis 0,2-2 vekt-%, med hensyn til vannet.

I den hensikt å teste effektiviteten av produktene som anvendes ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, ble transporten av hydratdannende fluider, f.eks. oljebrønn-avløp, simulert og hydratdannelsestester utført ved anvendelse av gass, kondensat og vann i den apparatur som er beskrevet nedenunder.

Apparaturen omfattet en 10 meters sløyfe sammensatt av rør med diameter 7,7 mm, en to-liters reaktor som omfattet et innløp og et utløp for gass, samt et inntak og et uttak for blandingen. Reaktoren gjorde mulig å trykksette sløyfen. Rør med analog diameter som for sløyfen tillot fluidet å sirkulere fra sløyfen til reaktoren og vise versa, ved hjelp av en girpumpe som var anbrakt mellom de to. En safircelle integrert i kretsen gjorde det mulig å observere den sirkulerende væske såvel som hydratene da de ble dannet.

For å bestemme effektiviteten ved additivene i henhold til oppfinnelsen ble fluidet (vann, olje, additiv) innført i reaktoren. Apparaturen ble deretter trykksatt til 7 MPa. Løsningen ble homogenisert ved sirkulering i sløyfen og reaktoren, deretter utelukkende i sløyfen. Ved å følge variasjonene i trykkfallet og strømningshas-tigheten ble det fremkalt en hurtig reduksjon i temperatur fra 17 til 4°C (under hydratdannelsestemperaturen) og så holdt på denne verdi.

Testperioden kunne være mellom noen få minutter og flere timer: et høy-ytelse-additiv kunne opprettholde sirkulasjon av hydratsuspensjonen med et stabilt trykkfall og strømningshastighet.

Hele beskrivelsen av alle søknader, patenter og publikasjoner, anført oven-for og nedenunder, og av tilsvarende fransk søknad 97/12050, innlevert 25. sep-tember 1997 er herved inkorporert ved referanse.

De følgende eksempler illustrerer oppfinnelsen, men skal ikke på noen måte anses å begrense dens omfang. Eksempel 4 er gitt som sammenligning.

EKSEMPEL 1

52 kg av polymirisert linfrøolje med viskositet 10Pa.s og 28 kg dietanolamin ble innført i en 100 liters reaktor. Den ble oppvarmet i 1 time ved 160°C. Etter av-kjøling ble reaksjonsproduktet fortynnet til 50 vekt-% i et hydrokarbonsnitt med et startkokepunkt på 181°C og et sluttpunkt på 212°C.

EKSEMPEL 2

Eksempel 1 ble gjentatt, med den unntakelse at reaksjonsproduktet ble fortynnet til 50 vekt-% i en risinusolje-metylester.

EKSEMPEL 3

Eksempel 2 ble gjentatt, idet den eneste forskjell var at reaksjonsproduktet ble fortynnet til 50 vekt-% i en rapsfrøolje-metylester.

EKSEMPEL 4 (for sammenligning)

I dette eksempel ble det anvendt et fluid sammensatt av 10 volum-% vann og 90 vekt-% kondensat.

Sammensetningen i vekt av kondensatet var:

• for molekyler inneholdende mindre enn 11 karbonatomer:

• 20% paraffiner og isoparaffiner, 48% naftener, 10% aromater; og

• for molekyler inneholdende minst 11 karbonatomer:

• 22% av en blanding av paraffiner, isoparaffiner, naftener og aromater.

Den anvendte gass inneholdt 98 volum-% metan og 2 volum-% etan. For-søket ble utført ved trykk på 7 MPa, holdt konstant ved tilsetning av gass. Under disse betingelser ble det observert dannelse av en propp i spiralen flere minutter etter at hydrater begynte å danne seg (ved en temperatur på ca. 10,8°C): hydratene dannet en blokkering, og fluidsirkulasjon ble umulig.

Eksempel 5

Dette eksempel gjentar sammenligningseksempel 4 med det samme fluid, den samme gass og ved det samme trykk, men 1 vekt-% med hensyn til vannet i det produkt som ble produsert i eksempel 1, ble satt til det sirkulerende fluid. Under disse betingelse ble det observert en økning i trykkfallet under hydratdannelse (ved en temperatur på ca. 10°C) fulgt av dets reduksjon og stabilisering i et tids-rom av mer enn 24 timer ved en temperatur på 4°C. En reduksjon i temperatur til 0°C påvirket ikke sirkulasjon av suspensjonen, og hydratene som forblir dispergert i fluidene.

Eksempel 6

Eksempel 5 ble gjentatt, med den unntagelse at 1 vekt-% med hensyn til vannet i produktet som ble fremstilt i eksempel 2 ble anvendt. Under disse betingelser ble fluidsirkulering observert opprettholdt i mer enn 4 timer ved 4°C.

Eksempel 7

Eksempel 5 ble gjentatt, med den unntagelse at en 1 vekt-% med hensyn til vannet i produktet som ble fremstilt i eksempel 3, ble anvendt. Under disse betingelser ble fluidsirkulasjon observert opprettholdt i mer enn 24 timer ved 4°C. En reduksjon i temperatur til 0°C påvirket ikke sirkulasjon av suspensjonen, idet hydratene forblir dispergert i fluidene.

De foregående eksempler kan gjentas med lignende suksess ved å erstatte de generisk eller spesifikt beskrevne reaktanter og/eller driftsbetingelser med hensyn til oppfinnelsen istedenfor dem som er benyttet i de foregående eksempler.

Ut fra den ovenstående beskrivelse kan fagmannen på området lett se de essensielle karakteristikker ved foreliggende oppfinnelse og kan, uten å avvike fra oppfinnelsens ånd og ramme, gjøre diverse endringer og modifikasjoner av oppfinnelsen for å tilpasse den til varierende anvendelser og betingelser.

Claims

1. Fremgangsmåte for transport av hydrater som er suspendert i et fluid som omfatter minst vann, en gass og et flytende hydrokarbon under betingelser ved hvilke hydrater kan danne seg av vannet og gassen, hvor et additiv som omfatter minst ett ikke-ionisk amfifilt preparat oppnådd ved omsetning av minst én vegetabilsk olje med minst én aminoalkohol, blir inkorporert i fluidet, karakterisert ved at den vegetabilske oljen er en polymerisert umettet vegetabilsk olje.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den polymeriserte umettede vegetabilske olje er en polymerisert linfrøolje.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at viskositeten til den polymeriserte linfrøolje er i området 5-60 Pa.s. ved 20°C.

4. Fremgangsmåte som angitt hvilket som helst av kravene 1 -3, karakterisert ved at aminoalkoholen er dietanolamin.

5. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1-4, karakterisert ved at additivet inneholdes i et løsningsmiddel som består av et aromatisk kutt.

6. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1 -4, karakterisert ved at additivet inneholdes i et løsningsmiddel som stammer fra en animalsk eller vegetabilsk olje eller fett.

7. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1-6, karakterisert ved at løsningsmiddelet for addivet er en metylester av rapsfrøolje.

8. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 5-7, karakterisert ved at løsningsmidlet tilsettes slik at den endelige blanding inneholder løsningsmiddel i området 20-80 vekt-%, fortrinnsvis i området 30-70 vekt-%.

9. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1 -8, karakterisert ved at det ikke-ioniske amfifile preparat blir inkorperert i fluidet i en konsentrasjon av 0,1 til 5 vekt-% med hensyn til det tilstedeværende vann.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 9, karakterisert ved at konsentrasjonen er 0,2-2 vekt-% med hensyn til det tilstedeværende vann.

11. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1 -10, karakterisert ved at i fluidet omfatter gassen minst ett hydrokarbon valgt blant metan, etan, etylen, propan, propen, n-butan, isobutan og eventuelt H2S og/eller C02.

12. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1-11, karakterisert ved at fluidet omfatter naturgass.

13. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 1-12, karakterisert ved at fluidet omfatter petroleumgass og minst ett flytende hydrokarbon.