СОСТАВ РАЗДЕЛИТЕЛЬНОГО ПОРШНЯ ДЛЯ ОЧИСТКИ ТРУБОПРОВОДА, РАЗДЕЛЕНИЯ СРЕД Российский патент 2003 года по МПК F17D1/12 C08L33/26 B08B9/53 C08K13/02 C08K13/02 C08K3/10 C08K3/24 C08K5/01 

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно, к трубопроводному транспорту нефтей и нефтепродуктов, и может быть использовано для разделения сред при последовательной перекачке и вытеснения одной среды с помощью другой, а также для очистки трубопроводов от отложений.

Известен состав для разделительного поршня (пробки), который используется как для разделения сред, так и для очистки трубопроводов. Данный состав для разделительного поршня содержит полиакриламид, песок, нефтяное масло, хромовую смесь и воду (авт. свид. 1622038, кл. В 08 В 9/04, 1991 г.).

Недостатком данного состава является низкая эффективность герметизации полости трубопровода с диаметром больше 500 мм (Д>500 мм), при использовании его как разделительного поршеня, а также в случае движения его по участкам и по трубопроводу, расположенному с подъемом.

Известен также состав для разделительного поршня, в котором в качестве структуроформирующих компонентов используют каучук или его 10-30%-ный раствор, растворитель (нефть, дизельное топливо, керосин), наполнитель (битум) и сшиватель (монохлористая сера) (патент 2112179, кл. F 17 D 3/08 1998 г.).

Недостатком данного состава является сложность технологического и аппаратурного исполнения, токсичность состава за счет использования монохлористой серы.

Наиболее близким по составу и достигаемому результату является состав для разделительного поршня на основе полиакриламида, алифартического спирта С₂-С₃, сшивателя КСr(SO₄)₂, смеси минеральных солей, например NaCl, СаСl₂, MgCl₂, остальное вода пресная.

Этот состав взят в качестве прототипа (патент RU 2115858, кл. 6 F 17 D 3/08).

Недостатком данного технического решения является низкий уровень герметизации полости трубы гелевым разделительным поршнем, изготовленным на основе этого состава, особенно для трубопровода Д>500мм. Кроме этого, данный состав имеет высокую скорость гелирования, что также затрудняет его использование на трубопроводах Д>500 мм.

Техническим результатом, на достижение которого направлено создание данного изобретения, является повышение качества герметизации полости трубопровода с Д>500 мм при очистке и разделении сред за счет создания разделительного поршня с повышенными технологическими свойствами.

Поставленный технический результат достигается тем, что состав разделительного поршня содержит следующие компоненты, вес.%:
полиакриламид - 0,5-10;
углеводородная жидкость (нефтепродукты или легкие нефти) - 0,5-10;
сшивающий агент (минеральная соль поливалентного металла) - 0,005-0,05;
соль щелочного металла, или соль щелочно-земельного металла, или их смесь - 2-10;
вода - остальное.

Для приготовления разделительного поршня предварительно готовят суспензию на основе полиакриламида и нефтепродукта (или нефти). Отдельно готовят водный раствор соли минеральной кислоты и сшивателя, после чего суспензию заливают в раствор соли минеральной кислоты и сшивателя, проводят интенсивное смешивание суспензии и солевого раствора до момента прекращения седиментационного оседания набухших частиц полиакриламида и обеспечения их равномерного распределения по всему объему приготовляемой композиции.

В качестве сшивающего агента используют соли КСr(SO₄)₂, KMgO₄, FeCl₃, AlCl₃. Поскольку действие указанных солей эквивалентно, в примерах в качестве сшивающего агента использовали соль трехвалентного хрома КСr(SO₄)₂.

Время перемешивания, после которого оседание частиц набухшего полиакриламида прекращается, определяется следующем образом.

1. По формуле Стокса рассчитывают величину вязкости раствора или минимально допустимой скорости седиментации:

где μ₁ - вязкость раствора, пуаз;
d - диаметр набухшей частицы ПАА, м;
ρ₁ и ρ₂ - соответственно плотность набухшего ПАА и солевого раствора, кг/м³;
g - ускорение свободного падения, м/с²;
V - скорость седиментации, м/с.

В рассматриваемом примере: d=0,003 м; ρ₁ = 1100 кг/м³, ρ₂ = 1050 кг/м³; V=0,0001 м/с.

2. Экспериментально определяют зависимость вязкости композиции заданного состава от времени гелирования и по полученной реограмме (чертеж) определяют время перемешивания состава, при котором вязкость его возрастает до величины μ₁, определяемой по формуле 1.

После прекращения перемешивания начинают закачку состава в полость трубы для формирования в ней гелевого разделительного поршня, причем время закачки состава ограничивается временем гелирования, соответствующим вязкости раствора μ = 10 пуаз по реограмме.

На чертеже представлена типовая реограмма кинетики роста вязкости, отвечающая составу композиции: ПАА - 6%, дизельное топливо - 6%, сшивающий агент - 0,01%, NaCl - 3%, остальное - вода.

На оси абсцисс - время гелирования, на оси ординат - вязкость состава.

Примеры использования изобретения.

Пример 1.

Трубопровод диаметром 700 мм и длиной 200 м заполнен нефтепродуктом (дизельным топливом). Для вытеснения дизельного топлива из трубопровода водой использовали гелевый разделительный поршень следующего состава, вес.%:
полиакрилямид - 0,5;
нефтепродукт (дизельное топливо) - 0,5;
сшивающий агент (соль трехвалентного хрома) - 0,05;
соль (NaCl) - 10%;
вода - остальное.

Объем гелевого разделительного поршня 1 м³.

Перемешивание указанного выше состава проводили до достижения вязкости раствора порядка 0,25 пуаз. Это время составило порядка 5 минут.

Время гелирования состава, за которое вязкость его возрастает до 10 пуаз, по ранее определенной реограмме с учетом кинетики возрастания его вязкости составляет 40 минут. Фактически состав был закачан в полость трубы через 15 минут после начала перемешивания.

После вытеснения нефти установлено, что объем вытесненной нефти составил 77 м³, что практически совпадает с геометрическим объемом трубопровода. Перемешивание нефти с водой не наблюдалось. Это говорит о том, что гелевый разделительный поршень полностью и герметично перекрывал сечение трубопровода в процессе вытеснения нефти.

Пример 2.

Трубопровод диаметром 500 мм и длиной 26 км заполнен вязкой нефтью, на стенках трубопровода имеются грязепарафиновые отложения.

Для вытеснения этой нефти водой использовали гелевый разделительный поршень следующего состава, вес.%:
полиакриламид - 6;
нефтепродукт (дизельное топливо) - 6;
сшивающий агент (соль трехвалентного хрома) - 0,005;
соль (NaCl) - 3;
вода - остальное.

Объем гелевого разделительного поршня 5,2 м³.

Перемешивание компонентов гелевого разделительного поршня проводили в течение 3 минут. За этот период времени вязкость раствора достигла 0,25 пуаз. Время гелирования состава, за которое вязкость данного состава возрастает до 10 пуаз, - 25 минут. За это время состав был закачан в полость трубопровода где он находился в статических условиях еще в течение 1 часа. Вязкость гелевого разделительного поршня еще дополнительно возросла за счет дальнейшей полимеризации состава.

После вытеснения нефти и одновременной очистки трубопровода от рыхлых грязепарафиновых отложений установлено, что объем вытесненной нефти практически был равен геометрическому объему трубопровода, а выталкивающая вода не содержала нефти.

Пример 3.

Трубопровод диаметром 700 мм и длиной 20 км заполнен опрессовочной водой, в полости трубопровода предполагается наличие большого количества твердых включений. Для замещения воды нефтью использовали гелевый разделительный поршень следующего состава, вес.%:
полиакриламид - 10;
легкая нефть с плотностью ρ204

Объем поршня 3 м³.

Перемешивание компонентов состава проводилось 3 минуты, в течение которых вязкость раствора возрастала до 0,25 пуаз.

Время гелирования, за которое вязкость состава достигает 10 пуаз, согласно реограмме составляет 10 минут. Состав за 10 минут был закачан в полость трубопровода и формировался в трубопроводе в течение 1 часа.

После вытеснения воды объем ее практически был равен геометрическому объему трубы, а вода была чистой без примеси нефти.

Пример 4.

Трубопровод диаметром 350 мм и длиной 1,2 км заполнен нефтью. Для вытеснения нефти водой использован гелевый разделительный поршень следующего состава, вес.%:
полиакриламид - 6;
дизельное топливо - 6;
сшивающий агент - минеральная соль поливалентного металла - 0,01;
соль щелочноземельного металла (CaCl₂) - 3;
вода - остальное.

Гелевый разделительный поршень сформирован в объеме 0,3 м³. Время перемешивания указанных выше компонентов составило 5 мин, в течение которых вязкость раствора возрасла до величины порядка 0,25 пуаз.

Время гелеобразования состава, за которое вязкость его возрастает до 10 пуаз, по реограме составляет порядка 45 минут.

Приготовленный состав был закачан в полость трубы в течение 5 минут.

После вытекания нефти установлено, что в вытесняющей воде нефть в свободном состоянии отсутствовала, т. е. смешение нефти и воды не происходило. Гелевый разделительный поршень полностью перервал живое сечение трубопровода в течение всего процесса вытеснения нефти.

Это говорит о высокой эффективности применения гелевого разделительного поршня.

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к трубопроводному транспорту нефтей и нефтепродуктов, и может быть использовано для разделения сред при последовательной перекачке и вытеснения одной среды с помощью другой, а также для очистки трубопроводов от отложений. Описан состав разделительного поршня для очистки трубопровода, разделения сред, содержащий при определенных количественных соотношениях полиакриламид, сшивающий агент и воду, причем в него дополнительно введены нефтепродукты, или легкая нефть и соль щелочного металла или соль щелочноземельного металла, или их смесь, а в качестве сшивающего агента состав содержит минеральную соль поливалентного металла. Техническим результатом является повышение качества герметизации полости трубопровода при очистке и разделении сред за счет создания разделительного поршня с повышенными технологическими свойствами. 1 з.п.ф-лы., 1 ил.

1. Состав разделительного поршня для очистки трубопровода, разделения сред, содержащий полиакриламид, сшивающий агент и воду, отличающийся тем, что в него дополнительно введены нефтепродукты, или легкая нефть и соль щелочного металла, или соль щелочноземельного металла, или их смесь, а в качестве сшивающего агента состав содержит минеральную соль поливалентного металла при следующих соотношениях, вес.%:
Полиакриламид - 0,5 - 10
Нефтепродукт или легкая нефть - 0,5 - 10
Сшивающий агент - минеральная соль поливалентного металла - 0,005 - 0,05
Соль щелочного металла, или соль щелочноземельного металла, или их смесь - 2 - 10
Вода - Остальное
2. Состав разделительного поршня по п.1, отличающийся тем, что сшивающий агент представляет собой соль трехвалентного хрома.