ГЕРМЕТИЗИРУЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 1995 года по МПК C09K3/10 E21B33/12 

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к трубопроводному транспорту нефтепродуктов, и может быть использовано при опорожнении трубопровода, например, перед выполнением на нем ремонтных работ или при замене одного перекачиваемого продукта другим. В этих случаях используют различные разделители, размещенные в трубе. Они выполняют роль поршней, надежно перекрывающих сечение трубопровода и выталкивающих среду из трубопровода.

Известны конструкции механических, жестких и эластичных разделителей. Жесткие разделители представляют собой вал с насаженными на него эластичными, например резиновыми, манжетами определенного размера. Эластичные разделители представляют собой резиновые пары, внутренность которых заполняется водой [1]
Однако эти разделители не обладают достаточной герметичностью (в связи с эллипсностью трубы), они быстро выходят из строя из-за истирания их о стенки трубы. Кроме того, их использование ограничено наличием на трассе трубопроводов изгибов, разного рода местных сопротивлений в виде задвижек, тройников, поворотов и т.п.

Более эффективны разделители, представляющие собой герметизирующие композиции на базе полимеров, например композиция, в состав которой входит полиизобутилен, магнетит, оксиэтилированный алкилфенол, нефть и полиизобутилен [2]
Однако этот состав наиболее эффективен для разделения потоков разносортных нефтей при транспорте их по одному трубопроводу. Наличие же в нем нефти препятствует полному опорожнению от нее трубопровода.

Известен также состав, содержащий полиакриламид, уротропин, соляную кислоту и воду [3]
Недостатками этого вязкоупругого состава являются его низкие прочностные и изолирующие характеристики, так как он представляет собой подвижный гель, растекающийся под силой тяжести собственного веса.

Создана герметизирующая композиция, по совокупности признаков наиболее близкая к предлагаемой. Она состоит из полиакриламида, алифатического С₂-С₃ одно- или двухосновного спирта, минеральной соли поливалентного металла, хлорида натрия и воды [4]
Однако вязкостные и прочностные свойства этой композиции все-таки не позволяет сформировать в трубе поршень, способный достаточно полно вытеснить нефть из трубопровода и очистить его стенки от нефти, парафина и механических примесей.

Как показали исследования и практика, герметизирующие композиции на базе полимеров, являющиеся вязкоупругими системами с нормальным напряжением сдвига, наиболее перспективны. Это связано с тем, что при течении их по трубе проявляется одно из их свойств, а именно: возникает расклинивающее усилие. Принимая форму поршня переменной формы и диаметра, полимерная композиция занимает все сечение трубы любой конфигурации и диаметра и проходит даже через местные сопротивления.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача создания полимерной композиции, позволяющей осуществить наиболее полное опорожнение трубопровода с необходимым качеством очистки его стенок.

Для этого герметизирующая композиция включает, мас. Полиакриламид 3,0-9,09 Спирт С₁-С₃ или этиленгликоль 3,0-9,09 Соль хрома, мар- ганца, железа или алюминия 0,005-0,020 Песок или ракушеч- ник фракции 0,5-2,0 мм 10,0-20,0 Вода До 100.

Как показали исследования, кроме очевидных абразивных свойств, позволяющих очистить внутреннюю поверхность трубопровода, из этой композиции формируется прочный и эластичный поршень за счет возросших вязкостно-прочностных характеристик. Это обеспечивает сплошность поршня при движении его по трубопроводу. Увеличение размеров частиц наполнителя выше указанных нежелательно. Как показали опыты, для больших частиц наполнителя не хватает удерживающей способности геля, от этого ухудшаются такие обязательные свойства композиции, как сплошность и однородность.

П р и м е р 1. Берут порошкообразный полиакриламид и тщательно перемешивают с ракушечником (фракция 1,0-2,0 мм), затем добавляют в смесь изопропиловый спирт. Приготовленная таким образом суспензия смешивается с водным раствором хромкалиевых квасцов. При этом выдерживается следующее соотношение компонентов в композиции, мас. Полиакриламид 9,09 Ракушечник 10,0 Изопропиловый спирт 9,09 Хромкалиевые квасцы 0,02 Вода Остальное до 100.

Полученную смесь перемешивают 2 мин для равномерного распределения полиакриламида и ракушечника в объеме композиции и недопущения их осаждения. Затем композицию с частично полимеризованным полиакриламидом перекачивают или передавливают в трубопровод, где завершается полимеризация полиакриламида и формируется поршень-разделитель. Время гелеобразования составляет 15 мин. По истечении этого времени можно начинать подачу в трубопровод выталкивающей среды (жидкой или газообразной).

У полученной композиции определяли адгезионную прочность по отношению к металлической поверхности с естественной шероховатостью путем отрыва композиции от металлической поверхности после 30-минутного контакта и реологические параметры (начальное напряжение сдвига τ_н и эффективную динамическую вязкость μ при градиенте скорости 0,33 с^-1 на ротационном вискозиметре "Реотест-2"). Результаты исследований приведенной в примере 1 композиции, а также результаты исследований других композиций с различным соотношением компонентов приведены в табл. 1. В табл. 2 приведены наименование спиртов и отвердителей, входящих в композицию.

В примерах использовался полиакриламид марки DK SOR PF-40NT и ACCOTR OL S 622 производства Японии.

Были проведены также исследования композиции по прототипу, содержащей, мас. полиакриламид 10, изопропиловый спирт 10, хлористый натрий 3, хромкалиевые квасцы 0,02, вода 76,98. Адгезионная прочность составляет τ_c4,3 г/см², начальное напряжение сдвига τ_н8,8 г/см², эффективная вязкость μ16,2 тыс. пуаз.

Использование: при опорожнении трубопровода или при замене одного перекачиваемого продукта другим. Сущность изобретения: герметизирующая композиция содержит, мас. полиакриламид 3,0 9,09, одноатомный алифатический спирт C₁-C₃ или этиленгликоль 3,0 9,09, соль хрома, марганца, железа или алюминия 0,005 0,02, песок или ракушечник фракции 0,5 2,0 мм 10,0 20,0, вода до 100. 2 табл. 1 з. п. ф-лы.

1. ГЕРМЕТИЗИРУЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ, включающая полиакриламид, алифатический спирт, соль поливалентного металла и воду, отличающаяся тем, что в качестве алифатического спирта она содержит одноатомный алифатический спирт C₁ - C₃ или этиленгликоль, в качестве соли поливалентного металла соль хрома, марганца, железа или алюминия и дополнительно песок или ракушечник фракции 0,5 2,0 мм при следующем соотношении компонентов, мас.

Полиакриламид 3,0 9,09
Одноатомный алифатический спирт C₁ C₃ или этиленгликоль 3,0 9,09
Соль хрома, марганца, железа или алюминия 0,005 0,02
Песок или ракушечник фракции 0,5 2,0 мм 10,0 20,0
Вода До 100
2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве соли поливалентного металла она содержит хлористый хром, хромкалиевые квасцы, ацетат хрома, перманганат калия, хлористое железо или алюминиевые квасцы.