СОСТАВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВНУТРЕННЕЙ ПОЛОСТИ И ПОВЕРХНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ И РАЗДЕЛЕНИЯ ПОТОКОВ ПЕРЕКАЧИВАЕМЫХ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 2002 года по МПК E21B33/138 B08B9/27 

Изобретение относится к области нефтяной промышленности, в частности к транспортировке жидкостей, и может быть использовано для очистки внутренней полости и поверхности трубопроводов и одновременного предотвращения перемешивания жидкостей при их последовательной перекачке.

Известно техническое решение, в котором очистку внутренней полости и поверхности трубопроводов осуществляют с помощью механического устройства - очистительного поршня [1].

Недостатки решения заключаются в том, что применение очистительных поршней требует наличия на трубопроводе камер приема-запуска, что связано с большими материальными затратами, а также в том, что использование очистительных поршней невозможно при проведении операций на трубопроводах с переменным диаметром, имеющих вмятины и большой радиус искривления.

Известен состав для разделения потоков жидкостей, включающий полиакриламид (ПАА), хромкалиевые квасцы, поверхностно-активное вещество, воду [2].

Недостаток состава состоит в том, что он обладает не высокой разделяющей способностью жидкостей, особенно в каналах сложной геометрии.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является состав для разделения потоков перекачиваемых жидкостей, включающий ПАА, моноалкиловый эфир полиэтиленгликоля, морскую соль, хромокалиевые квасцы и воду в массовом соотношении соответственно (1,46-1,56):(0,05-0,1):(18-20):(0,01 -0,15):остальное [3].

К недостаткам состава, прежде всего относятся, повышенный расход реагентов и необходимость использования специального оборудования для его изготовления и закачки в полость трубопровода без нарушения целостности. Кроме того, недостатком способа является его низкие разделяющая и очищающая способности, т.к. при значениях эффективной вязкости данного состава 240 Па•с возможны перетоки и перемешивание разделяемых перекачиваемых жидкостей. Значение величины данной эффективной вязкости недостаточно для обеспечения очистки составом внутренней полости и поверхности трубопроводов.

Задачей изобретения является повышение разделяющей и очищающей способности состава, снижение трудоемкости его приготовления и расхода реагентов.

Задача решается тем, что известный состав для очистки внутренней полости и поверхности трубопроводов и разделения потоков перекачиваемых жидкостей, включающий полиакриламид, хромокалиевые квасцы и воду, согласно изобретению, дополнительно содержит бихромат калия при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Полиакриламид - 1,1-1,4
Хромокалиевые квасцы - 0,05-0,1
Бихромат калия - 0,01-0,02
Вода - Остальное
Существенные признаки изобретения:
1. полиакриламид;
2. хромкалиевые квасцы;
3. вода;
4. бихромат калия;
5. соотношение ингредиентов в составе, мас.%:
Полиакриламид - 1,1-1,4
Хромокалиевые квасцы - 0,05-0,1
Бихромат калия - 0,01-0,02
Вода - Остальное
Признаки 1-3 являются общими с прототипом существенными признаками, признаки 4 и 5 являются существенными отличительными признаками изобретения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
При эксплуатации магистральных трубопроводов сложного профиля с переменным диаметром и значительной протяженности возникают разного рода осложнения. К ним, в первую очередь, относятся накопление во время продолжительной эксплуатации рыхлых слоев ржавчины и окалины, шлама, воды, а также случайно попавших при строительстве грунта и различных инородных предметов. Другой проблемой при эксплуатации указанных трубопроводов является обеспечение высокого уровня разделения потоков различных перекачиваемых жидкостей.

Проблемы решали с помощью известных технических решений, например, с помощью наиболее близкого к предложенному способу, с применением вязкоупругого состава, включающего полиакриламид, моноалкиловый эфир полиэтиленгликоля, морскую соль, хромокалиевые квасцы и воду при определенном массовом соотношении. Вязкоупругие составы обладают свойствами упругого восстановления и в случае движения способны течь как вязкая жидкость (вязкоупругие составы представляют собой водный раствор высокомолекулярного полимера со сшивающим агентом). Наиболее существенным показателем разделяющих свойств вязкоупругих составов, а также их очищающей способности, является эффективная вязкость. У известного состава она низкая и составляет 240 Па•с, не обеспечивает высокую разделяющую и очищающую способности состава. При таком значении эффективной вязкости состава возможны перетоки и перемешивание разделяемых перекачиваемых жидкостей, а также неполная, слабая очистка полости и поверхности трубопровода.

Состав трудоемок в приготовлении и требует повышенного расхода химических реагентов из-за большого количества ингредиентов - их пять. Кроме того, запасовка (залив в трубу) приготовленного состава невозможна без специальных устройств. В противном случае нарушается целостность состава, которая приводит к уменьшению эффективной вязкости и как следствие к резкому снижению технологической эффективности его применения.

Другое известное техническое решение, в котором очистку внутренней полости и поверхности трубопроводов осуществляется с помощью очистительного поршня, не позволяет проводить операции по очистке трубопроводов с переменным диаметром или большим радиусом искривления, а также применение метода является дорогостоящим из-за необходимости строительства камер приема-запуска.

Для устранения всех указанных недостатков предложен новый способ, который предполагает наряду с известными ингредиентами - полиакриламидом, хромокалиевыми квасцами и водой, дополнительно использовать бихромат калия, который замедляет реакцию сшивания. Это позволяет без нанесения ущерба механическим характеристикам состава на время нарушать его целостность, что неизбежно происходит при прохождении состава через поршневой насос. Затем, уже попадая в трубопровод, состав сшивается, приобретая форму сечения. Это позволяет избежать использование специальных технических средств для приготовления состава, а применять стандартное оборудование (типа ЦА-320, ЦА-400, АНЦ-320, АНЦ-500 с марками насосов 9Т, НЦ-320). Кроме того, бихромат калия способствует растворению полиакриламида в воде с целью обеспечения более равномерного его распределения в объеме и, как следствие, создание дополнительных пространственных структурных связей при сшивании. Это приводит к увеличению значений эффективной вязкости. Присутствие бихромата калия в растворе позволяет также уменьшить концентрацию полиакриламида и хромокалиевых квасцов за счет их лучшего растворения и размешивания. Соотношение ингредиентов в предложенном составе в мас.% следующее:
Полиакриламид - 1,1-1,4
Хромокалиевые квасцы - 0,05-1,0
Бихромат калия - 0,01-0,02
Вода - Остальное
Таким образом, у предложенного способа повышается разделяющая и очищающая способности, уменьшается расход химических реагентов и снижается трудоемкость его приготовления за счет вышеуказанных причин и наличия всего четырех ингредиентов против пяти по прототипу.

Техническая характеристика используемых реагентов
ПАА различных модификаций представляет собой растворимый в воде белый порошок с молекулярной массой более 10⁷.

Хромокалиевые квасцы CrK(SO₄)₂l2H₂O (сульфат калия-хрома (3+), гидрат) представляют собой синий порошок с молекулярной массой 499,43, плотностью 1,83. Растворимость в воде при 25^oС и 100^oС составляет 24,4 и 50 соответственно.

Бихромат калия K₂Cr₂O₇ (двухромовокислый калий) представляет собой ярко-красный порошок с молекулярным весом 294,22, плотностью 2,69, температурой плавления 398^oС. Растворимость в воде при 20^oС и 100^oС составляет 13 и 102 соответственно.

Концентрация водного раствора полиакриламида обусловлена тем, что при концентрациях ниже 1,1% его коагулирующая способность оказывается недостаточной для создания прочных пространственных структурных связей при сшивании с хромокалиевыми квасцами. Это приводит к уменьшению значения эффективной вязкости и необходимой для выполнения технологических задач механической прочности. При концентрациях выше 1,4% происходит образование сгустков полиакриламида, приводящих к разрушению пространственных структурных связей с хромокалиевыми квасцами.

Для замедления реакции сшивания и улучшения растворения полиакриламида в воде с целью обеспечивания более равномерного его распределения в объеме и, как следствие, создания дополнительных пространственных структурных связей при сшивании, в него добавляют бихромат калия. Это приводит к увеличению значений эффективной вязкости. Присутствие бихромата калия в растворе позволяет также уменьшить концентрацию полиакриламида и хромокалиевых квасцов за счет их лучшего растворения и перемешивания.

Предлагаемый состав готовят в лабораторных условиях следующим образом.

Для приготовления предложенного состава в качестве водного высокомолекулярного полимера используют раствор полиакриламида в воде, а в качестве сшивающего агента - раствор хромокалиевых квасцов в воде.

В воду добавляют необходимое количество бихромата калия, который хорошо растворяется в воде. Затем в раствор вводят сухой порошок полиакриламида и на лабораторной мешалке типа L-10 со скоростью 1200 об/мин перемешивают в течение 30 минут до получения однородного полимерного раствора.

Одновременно готовят водный раствор хромокалиевых квасцов.

Полученный раствор вводят в состав полимерного раствора и с помощью мешалки с той же скоростью перемешивают раствор в течение 30 минут.

Конкретная реализация способа иллюстрируется примерами.

Пример 1. В 100 мл воды растворяют 0,01 г бихромата калия. Затем в 98,85 мас. % этого раствора добавляют полиакриламид в количестве 1,1 мас.%. На лабораторной мешалке типа L-10 со скоростью 1200 об/мин в течение 30 мин перемешивают до получения однородного полимерного раствора. В полученный раствор вводят хромокалиевые квасцы в количестве 0,05 мас.%.

После смешивания измеряют эффективную вязкость на вискозиметре с капиллярной трубкой. При этом эффективная вязкость получилась равной 370 Па•с. Затем состав перемешивают (имитация прохождения состава через насос) и по прошествии 60 минут производят повторное измерение эффективной вязкости. Эффективная вязкость получилась равной 440 Па•с.

Пример 2. В 100 мл воды растворяют 0,015 г бихромата калия. Затем в 98,675 мас.% этого раствора добавляют полиакриламид в количестве 1,25 мас.%. На лабораторной мешалке типа L-10 со скоростью 1200 об/мин в течение 30 мин перемешивают до получения однородного полимерного раствора. В полученный раствор вводят хромокалиевые квасцы в количестве 0,075 мас.%.

После смешивания измеряют эффективную вязкость на вискозиметре с капиллярной трубкой. При этом эффективная вязкость получилась равной 390 Па•с. Затем состав перемешивают, и по прошествии 60 минут производят повторное измерение эффективной вязкости. Эффективная вязкость получилась равной 485 Па•с.

Пример 3. В 100 мл воды растворяют 0,02 г бихромата калия. Затем в 98,5 мас. % этого раствора добавляют полиакриламид в количестве 1,4 мас.%. На лабораторной мешалке типа L-10 со скоростью 1200 об/мин в течение 30 мин перемешивают до получения однородного полимерного раствора. В полученный раствор вводят хромокалиевые квасцы в количестве 0,1 мас.%.

После смешивания измеряют эффективную вязкость на вискозиметре с капиллярной трубкой. При этом эффективная вязкость получилась равной 385 Па•с. Затем состав перемешивают и по прошествии 60 минут производят повторное измерение эффективной вязкости. Эффективная вязкость получилась равной 450 Па•с.

Пример 4. Состав по прототипу. В 100 мл воды растворяют 20 г морской соли. Затем в 98,19 мас.% этого раствора добавляют полиакриламид и ОП-10 в количестве 1,56 мас. % и 0,1 мас.% соответственно. На лабораторной мешалке типа L-10 со скоростью 1200 об/мин в течение 30 мин перемешивают до получения однородного полимерного раствора. В полученный раствор вводят хромокалиевые квасцы в количестве 0,15 мас.%.

После смешивания измеряют эффективную вязкость на вискозиметре с капиллярной трубкой. При этом эффективная вязкость получилась равной 240 Па•с. Затем состав перемешивают и по прошествии 60 минут производят повторное измерение эффективной вязкости. Эффективная вязкость получилась равной 115 Па•с.

Результаты опытов сведены в таблицы 1, 2.

Как видно из анализа полученных результатов, предлагаемый состав не только повышает по сравнению с прототипом значение эффективной вязкости, но также позволяет пролонгировать во времени реакцию сшивания и тем самым использовать для его изготовления стандартные промысловые средства и отказаться от применения специального оборудования.

Таким образом, преимуществом предлагаемого состава по сравнению с прототипом является повышение разделяющей и очищающей способности при повышении значения величины эффективной вязкости до 485 Па•с, значительное снижение трудоемкости приготовления состава и его расхода за счет наличия всего четырех ингредиентов (против 5 по прототипу) и присутствия в составе бихромата калия, снижающего концентрацию ПАА и хромокалиевых квасцов.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки
1. Строительство магистральных трубопроводов. М.: Недра, 1991, с. 475.

2. Отчет о научно-исследовательской работе. "Поиск реотехнологических методов изоляции зон залежи облегченными вязкоупругими составами (Регистр. 01890052683).

3. Патент РФ N 2034130, Е 21 В 33/138 от 09.12.92 г. (прототип).

Состав относится к области нефтяной промышленности, в частности к транспортировке жидкостей по трубопроводам, и может быть использован для очистки внутренней полости и поверхности трубопроводов и одновременного предотвращения перемешивания жидкостей при их последовательной перекачке. Состав содержит полиакриламид, хромокалиевые квасцы, бихромат калия и воду. Техническим результатом является повышение разделяющей и очищающей способности состава, снижение трудоемкости его приготовления и расхода реагентов. 2 табл.

Состав для очистки внутренней полости и поверхности трубопроводов и разделения потоков перекачиваемых жидкостей, включающий полиакриламид, хромокалиевые квасцы, бихромат калия и воду при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
Полиакриламид - 1,1 -1,4
Хромокалиевые квасцы - 0,05-0,1
Бихромат калия - 0,01-0,02
Вода - Остальное