Многофункциональные реагенты

На нефтепромыслах в систему сбора и транспорта про­дукции скважин помимо деэмульгатора в поток вводят реагенты с другими функциональными свойствами - это ингибиторы парафиноотложения и коррозии.

В процессе эксплуатации нефтедобывающих скважин при понижении температуры и давления резко уменьшается рас­творимость парафинов и асфальто-смолистых веществ в нефти. Осаждение асфальто-смоло-парафинрвых отложений (АСПО) на поверхности нефтепромыслового оборудования снижает эффективность работы скважин и транспортировку нефти. Процесс образования и накопления АСПО идет за счет возникновения и роста кристаллов парафина непосредственно на поверхности оборудования или в результате сцепления с поверхностью гото­вых частиц, образовавшихся в потоке.

В связи с этим, наряду с мероприятиями по разделению образовавшихся нефтяных эмульсий, большое внимание прихо­дится уделять предотвращению асфальто-смоло-парафиновых отложений и защите нефтепромыслового оборудования от кор­розии.

Подача ПАВ-деэмульгатора в систему сбора продукции скважин способствует путевой деэмульсации нефти, что приво­дит к расслаиванию движущегося потока на нефтяную и водную фазы. Однако агрессивная водная среда приводит к усилению коррозии трубопроводной системы. Некоторые деэмульгаторы, обладая хорошими моющими свойствами, смывают с внутрен­них стенок не только пленку нефти, но и защитную пленку ад­сорбированного на них ингибитора коррозии. Некоторые инги­биторы коррозии и парафиноотложений являются эмульгатора­ми, и подача их в систему сбора и транспорта продукции сква­жин ухудшает процесс отделения воды от нефти. В связи с этим проблема совместимости применяемых реагентов весьма акту­альна.

Для решения этой задачи создаются комплексно-действующие реагенты, обладающие несколькими функцио­нальными свойствами.

Создание таких комплексно-действующих ПАВ ведется в двух направлениях:

1) синтез индивидуальных соединений с различными функциональными группами, сочетающие в себе свойства деэмульгаторов и ингибиторов;

2) создание композиций, содержащих деэмульгаторы и ин­гибиторы, индивидуальные свойства которых не ухуд­шаются или смесь проявляет синергизм действия. Универсальных реагентов для широкого круга нефтяных эмульсий не создано из-за разнообразного состава не только нефти, но и пластовой воды. Поэтому проводят комплексные испытания реагентов на проявления каждого функционального действия на конкретных нефтяных эмульсиях.

Предлагается ряд реагентов бифункционального дейст­вия: деэмульгатор-ингибитор коррозии, деэмульгатор-ингибитор АСПО. В последние годы созданы композиции с тремя и более функциональными свойствами. Такие реагенты выпускают фирмы «НИИнефтепромхим», «Напор». В настоящее время работы в этом направлении проводятся достаточно эф­фективно.

9 Экспериментальная часть

9.1 Синтез неионогенных ПАВ

Современные реагенты-деэмульгаторы являются неионоген-ными поверхностно-активными веществами. Гидрофобной частью ПАВ могут быть жирные спирты и кислоты, алкилфенолы, алкилфенолформальдегидные смолы, жирные амины и амиды, т.е. вещества с подвижным атомом водорода. В составе блоксополи-меров–НПАВ, гидрофобная часть состоит из полипропилен-гликолевых цепей полученных последовательным присоединением оксида пропилена. При синтезе блоксополимеров используют различные стартовые вещества с подвижным атомом водорода – низкомолекулярные гликоли (этиленгликоль, пропиленгликоль), этилендиамин, глицерин, к которым последовательно присоединяют оксиды алкиленов. Гидрофильной составляющей всех неионогенных ПАВ являются полиэтиленгликолевые цепи, полученные посредством последовательного присоединения оксида этилена к гидрофобной составляющей по месту подвижного атома водорода:

RYH + C₂H₄O ® RY(CH₂CH₂O)_nH,

где Y – функциональная группа с подвижным атомом водорода;

R – гидрофобная составляющая ПАВ.

Процесс протекает при температуре 150-170⁰С в присутствии щелочи (0,5-1% масс. на сырье) в реакторах с интенсивным перемешиванием.

Методика оксиэтилирования. В предварительно взвешенную трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, холодильником и барботером для ввода оксида этилена, помещают навеску (5-10 г) исходного сырья и добавляют 1% мас. от веса навески щелочного катализатора (NaOH, KOH). Щелочь используется в виде 40% водного раствора. В качестве сырья используют соединения с подвижным атомом водорода. Вся установка собирается герметично во избежание потерь оксида этилена. Предварительно из баллона с оксидом этилена отливают небольшое его количество (10-15 мл) в охлажденный стальной стакан. Это осуществляется на складе, где хранится баллон. Это осуществляется на складе, где хранится баллон. Патрон завинчивают крышкой с помощью гаечных ключей. Краник на крышке патрона должен быть закрыт. В лаборатории к крышке патрона присоединяют резиновый шланг, второй конец которого соединяют с барботером (стеклянная трубочка с зауженным концом), вставленным в трехгорлую колбу (рисунок). На отдельном штативе закрепляют патрон с оксидом этилена.

Рисунок. Установка оксиэтилирования:

1 – реакционная колба; 2 – глицериновый затвор; 3 – холодильник;
4 – термометр; 5 – барботер; 6 – патрон с оксидом этилена; 7 – электромотор; 8 – отводная трубка; 9 – стакан с водой

После сбора установки включают электромотор и начинают перемешивать содержимое колбы. Далее включают колбонагреватель и при температуре более 100⁰С начинается испаряться вода, внесенная в колбу раствором щелочи. После испарения влаги температуру повышают до 150-170⁰С и начинают подавать газообразный оксид этилена. Для этого осторожно открывают краник на крышке патрона. Подачу оксида делают небольшой, регулируя краником и наблюдая ее расход через работу барботера. Процесс оксиэтилирования длится несколько часов. Количество присоединившегося оксида этилена определяют по привесу реакционной массы (в % мас.). Обычно при оксиэтилировании можно получить продукты, содержащие 30, 40, 50, 60 и 70% мас. полиэтиленгликолевых остатков. Получив один заданный образец оксиэтилированного продукта из реакционной колбы отбирают пробу и процесс оксиэтилирования продолжают до получения следующего образца ПАВ. Во всех случаях необходимо строго контролировать навеску в реакционной колбе и количество присоединенного оксида этилена.

Примечание. В связи с тем, что работа с оксидом этилена является пожаро- и взрывоопасной, перед началом работы необходимо ознакомиться с инструкцией по охране труда и технике безопасности при работе с оксидом этилена (инструкция № 1195).

9.2 Исследование реагентов на деэмульгирующую способность

Метод основан на сравнении динамики отстоя воды от нефти в присутствии реагентов-деэмульгаторов и без них (кон­трольный опыт).

Выбор реагента для каждой эмульсии проводят эмпири­чески, зависящий от устойчивости эмульсии, которая определяет­ся составом нефти.

Для исследования используют естественную или искус­ственно приготовленную (модельную) эмульсию с известным содержанием воды в ней (ГОСТ 2477). Для приготовления ис­кусственной эмульсии нельзя использовать товарную нефть, так как в ней содержится реагент, который был использован в процессе подготовки нефти. Для этой цели можно использовать нефть со скважин, с узлов замера продукции скважин до ввода в поток реагента-деэмульгатора на путевую деэмульсацию. Проба есте­ственной эмульсии также не должна содержать реагент.

Модельную эмульсию готовят путем эффективного пе­ремешивания образца нефти и воды в требуемом соотношении. Для этого используют пластовую или приготовленную минера­лизованную воду с соответствующим содержанием в ней ассор­тимента солей.

Пробы эмульсий визуально проверяют на стабильность в течение нескольких часов (12-48 часов). В случае отделения свободной воды, ее удаляют и работу проводят на эмульсии. Перед обработкой реагентом пробу нефтяной эмульсии переме­шивают для равномерного распределения воды в объеме нефти.

В градуированные отстойники (медные цилиндры) по­мещают по 50 или 100 мл эмульсии и дозируют заданное коли­чество реагента. Если реагент вводится в товарной форме, то используют микрошприц. Можно использовать 1-10% растворы реагентов в воде, изопропиловом спирте, толуоле, ксилоле, или смешанном растворителе спирт: толуол в соотношении 1:3.

После введения реагента эмульсию перемешивают либо в аппарате для встряхивания проб, либо ручным эффективным встряхиванием в течение 2-3 минут. Затем отстойники помеща­ют в термостат с заданной температурой. Выбор температуры зависит от задачи исследования (путевая деэмульсация, глубокое обезвоживание). В соответствии с этим температурный ре­жим может быть 5-8⁰С; 20-25⁰С; 45-60⁰С. Параллельно с опытами по обезвоживанию проводят контрольный опыт без реагента.

Через определенные промежутки времени (10, 20, 30 ми­нут) определяют количество отделившейся воды, оценивают чистоту дренажной воды, наличие промежуточного слоя. После окончания опыта при необходимости определяют количество остаточной воды в нефти по ГОСТ 2477 во всех отстойниках или выборочно. По экспериментальным данным рассчитывают степень обезвоживания нефти (Д). Это процентное отношение объема выделившейся воды (V) к общему объему содержания воды в эмульсии (Vэ):

.

В ходе эксперимента ставят серию опытов с различным количеством реагента или испытывают определенный ассорти­мент реагентов при равном расходе. Обычно в каждом опыте используют и стандартные образцы реагентов (эталонные).

Этот метод является критерием качества новых реагентов.

Данные эксперимента заносят в таблицу.

Таблица – Результаты эксперимента по деэмульгированию