Комплексный ингибитор газогидратообразования и отложения карбоната кальция при разработке и эксплуатации нефтегазовых месторождений
COMPOUND INHIBITOR OF GAS HYDRATE FORMATION AND CALCIUM CARBONATE DEPOSITION DURING DEVELOPMENT AND OPERATION OF PETROLEUM AND GAS FIELDS

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к ингибитору газогидратообразования как кинетического, так и термодинамического действия, и может быть использовано для предотвращения образования твердых гидратных отложений в газовых, газоконденсатных и газонефтяных скважинах, в трубопроводных системах, а также ингибирования солеотложений при разработке и эксплуатации нефтегазовых месторождений во время буровых работ, добыче нефти и газа.
Общеизвестно, что при разработке и эксплуатации нефтегазовых месторождений образование газогидратов во время буровых работ и добычи нефти становится важной проблемой как при обеспечении потока и управления давлением в стволе скважины, так и при транспортировке углеводородного сырья. Формирование газогидратов в скважинах и в трубопроводах приводит к уменьшению их пропускной способности, что приводит к технологическим осложнениям [Barker, J.W., & Gomez, R.K. (1989). Formation of Hydrates during Deepwater Drilling Operations. Journal of Petroleum Technology, 41(3), 297-301, SPE-16130-PA. https://doi.org/10.2118/16130-PA.; Mu, L., & von Solms, N. (2020). Inhibition of natural gas hydrate in the system containing salts and crude oil. Journal of Petroleum Science Engineering, 188, 106940. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2020.106940.].
Для борьбы с газогидратами и предупреждения их образования во внутрискважинном оборудовании и наземных коммуникациях применяют химические, технологические и физические методы. В настоящее время широкое распространение получили химические методы, в основе которых лежит использование антиагломерационных, кинетических и термодинамических ингибиторов газогидратообразования, среди которых наиболее широкое применение находят водорастворимые полимеры: гомо- и сополимеры N-винилкапролактама, N-изопропилакриламида и N-винилпирролидона, а также метанол, гликоли и солевые растворы [Lal В., Nashed О. Chemical Additives for Gas Hydrates. Green Energy and Technology. Springer. 2020. 86 p.DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-30750-9.; Kelland M.A. Production Chemicals for the Oil and Gas Industry. CRC Press. 2016. 400 p.].
1
2
1
2
2
2
Известен ингибитор газогидратообразования, в качестве которого используют композицию, содержащую кинетический ингибитор, термодинамический ингибитор и синергетическую добавку, выбранную из группы, включающей четвертичные аммониевые соли, эфиры этиленгликоля общей формулы ROCHCHOR, где R - атом водорода или алкильный радикал, R - алкильный радикал, оксиэтилированные жирные спирты, оксипропилированные жирные спирты, сополимеры этиленоксида и пропиленоксида или смесь указанных веществ при следующем соотношении компонентов, мас. %: кинетический ингибитор гидратообразования 2,0-8,0; термодинамический ингибитор гидратообразования 84,0-96,0; синергетическая добавка - остальное, до 100 (патент RU 2601649, МПК Е21В 43/22, опубл. 10.11.2016 г.).
Недостатки известного ингибитора заключаются в следующем:
- большой расход композиции: описываемый состав вводят в исходное сырье в количестве 2,5-50,0% мас. от воды, содержащейся в сырье;
- применение кислот, приводящих к коррозии нефтепромыслового оборудования;
- возможность осложнений, связанных с образованием солеотложений и совместимостью композиции с пластовой водой и применяемыми нефтепромысловыми реагентами;
- недостаточная степень снижения (депрессии) температуры кристаллизации льда, что не позволяет применять данный способ для ингибирования гидратообразования при температурах ниже 0°С;
- недостаточно высокий индукционный период гидратообразования;
- невозможность применения при обводненности (40-60%) водонефтяного флюида, поскольку гидратная суспензия в этих условиях становится слишком вязкой, а эффективность ингибитора низкой;
- высокая стоимость синтетических полимерных соединений, их относительно низкая термостабильность в минерализованной воде и низкая скорость биологического разложения в природной среде.
Известен ингибитор образования гидратов углеводородов в виде водной композиции полимера (патент RU 2504642, МПК Е21В 37/06, опубл. 20.01.2014 г.). Указанная композиция содержит водный раствор полимера из группы, включающей: сополимер пирролидона или капролактама, терполимер на основе N-винил-2-пирролидона, диметиламиноэтилметакрилат, гидроксиэтилцеллюлозу, поливинипирролидон, поливинилкарбоксилат, полиакрилат, поливинилкапролактам, акриламидометилпропансульфонат, полиакриламид, гипан, полиоксипропиленполиол, простой эфир марки Лапрол в масле полимера из группы, включающей: полиакриламид, карбоксиметилцеллюлозу, эфир оксиэтилцеллюлозы, полиметакрилат, поливинилацетат или поливиниловый спирт или их сополимеры, и дополнительно - карбамидоформальдегидный концентрат и гидрофобизирующую добавку при следующем соотношении компонентов, мас. %: указанные водный раствор или эмульсия 0,05-5,0, КФК 0,1-5,0, гидрофобизирующая добавка 0,1-5,0, вода остальное.
Недостатки указанного ингибитора заключаются в следующем:
- необходимость проведения оторочки карбамидоформальдегидным концентратом и осуществление выдержки в течении 3-5 ч. перед закачкой композиции;
- применение кислот, приводящих к коррозии нефтепромыслового оборудования;
- возможность осложнений, связанных с образованием солеотложений и совместимостью композиции с пластовой водой и применяемыми нефтепромысловыми реагентами;
- недостаточная степень снижения (депрессии) температуры кристаллизации льда, что не позволяет применять данный способ для ингибирования гидратообразования при температурах ниже 0°С;
- большой расход композиции;
- недостаточно высокий индукционный период гидратообразования;
- низкая биоразлагаемость компонентов ингибирующей композиции;
- применение ингибиторов газогидратообразования ограничено низкой температурой переохлаждения и обводненностью (40-60%) водонефтяного флюида, поскольку гидратная суспензия в этих условиях становится слишком вязкой, а эффективность ингибитора низкой [Carpenter, С.(2019) Benefits of Low-Dosage Hydrate Inhibitors. Journal of Petroleum Technology, 71(9), 94-95. https://doi.org/10.2118/0919-0094-JPT.];
- высокая стоимость синтетических полимерных компонентов ингибитора, их относительно низкая термостабильность в минерализованной воде и низкая скорость биологического разложения в природной среде.
Задача изобретения заключается в создании высокоэффективного экологически безопасного ингибитора газогидратообразования и солеотложения для повышения эффективности разработки и эксплуатации нефтегазовых месторождений во время буровых работ, добычи нефти и газа.
Технический результат от применения изобретения - повышение ингибирующей способности в отношении газогидратообразования и солеотложения карбоната кальция при небольшом расходе ингибитора.
n
2n+1
n
2n
2
Поставленная задача решается, а технический результат достигается комплексным ингибитором газогидратообразования и отложения карбоната кальция при разработке и эксплуатации нефтегазовых месторождений, представляющим собой композицию, включающую полисахарид арабиногалактан, одноатомный алифатический спирт или смесь спиртов общей формулы CHOH, где n=1-3, гликоль или смесь гликолей общей формулы CH(ОН), где n=2, 3, а также воду, причем в качестве одноатомного алифатического спирта используют метанол или этанол, или изопропиловый спирт, а в качестве гликоля - моно- или диэтиленгликоль, или пропиленгликоль, при этом компоненты содержатся в композиции при следующем соотношении, мас.%:
арабиногалактан
1-20
одноатомный алифатический спирт или смесь спиртов
1-40
гликоль или смесь гликолей
10-25
вода
остальное
Технический результат достигается указанной совокупностью признаков при заявленном качественном и количественном составе ингредиентов.
n
2n+1
n
2n
2
Для ингибирования образования гидратов углеводородов и солеотложений применяется полисахарид арабиногалактан, который в композиции с одноатомным алифатическим спиртом общей формулы CHOH (где n=1-3) или смесью спиртов, гликолем общей формулы CH(ОН) (где n=2, 3) и диэтиленгиколем или их смесью проявляет синергетический эффект за счет снижения температуры и давления газогидратообразования (термодинамический эффект) и кооперативного действия компонентов композиции вследствие снижения скорости газогидратообразования (кинетический эффект), а также за счет ингибирования образования карбоната кальция, что приводит к уменьшению расхода ингибитора газогидратообразования и более высокой ингибирующей способности. Заявляемый ингибитор газогидратообразования является ингибитором как кинетического, так и термодинамического действия. Так как с ростом концентрации увеличивается перепад давления газогидратообразования (таблица 1) и снижается скорость образования газогидратов (таблица 2), предлагаемый ингибитор является ингибитором как кинетического, так и термодинамического действия. А также является как ингибитором газогидратообразования, так и ингибитором солеотложения, совместимым с пластовыми водами.
Арабиногалактан является природным полисахаридом, который промышленно производится по экологически безопасной «зеленой» технологии. Арабиногалактан не проявляет острой токсичности в дозе 5 г/кг и хронической токсичности - в дозе 500 мг/кг в сутки и физико-химические свойства его практически не изменяются до 130°С.
Авторами изобретения были проведены исследования с использованием модельной смеси газов и получены экспериментальные данные, показывающие действие как отдельных компонентов ингибитора, так и заявляемого состава, на процессы ингибирования газогидратообразования и солеотложения.
Исследование заявляемой композиции на гидратообразование модельной смеси газов продемонстрировало синергетический эффект и высокую ингибирующую активность, которая возрастала с повышением концентрации компонентов. Без заявляемого ингибитора процесс газогидратообразования модельной смеси газов при 24.5°С в присутствии дистиллированной воды начинался при 143 ат, тогда как при применении заявляемой композиции образование гидратов наблюдалось при более высоких давлениях: перепад давления возрастал более чем в два раза по сравнению с перепадом давления при применении компонентов композиции, взятых в индивидуальном виде в той же концентрации.
Описываемый состав получают следующим образом.
Ингибитор готовят смешением расчетных количеств компонентов, при температуре 20-30°С. Полученный ингибитор газогидратообразования вводят в газонефтяную среду, содержащую воду, способами, обеспечивающими его равномерное распределение в среде: либо в скважину, либо в участок трубопровода.
Изобретение иллюстрируется нижеприведенными примерами, не ограничивающими его использование.
В таблице 1 приведены примеры составов заявляемого ингибитора, а также отдельных компонентов ингибитора и влияние их концентрации на перепад давления начала газогидратообразования в модельной смеси газов.
Исследование влияния арабиногалактана и предлагаемой композиции на его основе на процесс кристаллизации карбоната кальция показало их перспективность не только в качестве экологически безопасного ингибитора газогидратообразования, но и экологически безопасного ингибитора солеотложений карбоната кальция. Результаты исследований показали, что арабиногалактан и предлагаемая композиция при концентрации 20 мг/л практически полностью ингибируют процесс солеотложения СаСОз и их эффективность составляет 90-98%.
Физико-химические характеристики заявляемого ингибитора приведены в таблице 3.
3
3
Были проведены опытно-промысловые испытания (ОПИ) заявляемого ингибитора на скважинах различных месторождений с хлоркальциевом и гидрокарбонатно-натриевом типом пластовых вод (таблица 4). В таблице 4 показаны физико-химические свойства, ионный состав воды месторождений, участвовавших в ОПИ. Критерии эффективности граммы ОПИ достигнуты в полном объеме при дозировках 1000 г/м и 500 г/м: в течение всего срока ОПИ (5 месяцев) образование гидратных пробок в затрубном пространстве зафиксированы не были.
Использование заявляемого состава позволяет повысить достоинства компонентов ингибитора, как следствие:
- повысить эффективность ингибирования;
- значительно снизить расход полисахарида и термодинамических ингибиторов газогидратообразования (метанола, этиленгликоля и т.д.);
- значительно понизить температуру застывания ингибитора, что позволит применять его в низкотемпературных условиях регионов добычи углеводородов;
- за счет синергетического эффекта используемых компонентов повысить ингибирующую способность и снизить их активную концентрацию, а, следовательно, уменьшить расход ингибитора.