термохимический состав для удаления асфальтеносмолопарафиновых отложений

Формула изобретения

Термохимический состав для удаления асфальтеносмолопарафиновых отложений из нефтепромыслового оборудования, трубопроводов и резервуаров, включающий водный раствор сульфаминовой кислоты и технического водного аммиака, а также водный раствор неорганического реагента окислителя, отличающийся тем, что в качестве неорганического реагента окислителя используют гипохлорит натрия, а водные растворы имеют следующее соотношение компонентов, мас. %:

Сульфаминовая кислота - 3-30

Технический водный аммиак - 18-70

Вода - Остальное

и

Гипохлорит натрия - 7-20

Вода - Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для удаления асфальтеносмолопарафиновых отложений (АСПО) из нефтепромыслового оборудования, трубопроводов и резервуаров.

При добыче, транспорте и хранении нефти на внутренней поверхности нефтепромыслового оборудования накапливаются нефтяные АСПО, уменьшающие рабочее сечение трубопроводов и полезную емкость резервуаров. АСПО, состоящие из асфальтенов, смол, парафинов, воды и механических примесей, мало растворимы в растворителях нефтяной природы. Удаление АСПО интенсифицируется при температурах, близких к температуре их плавления (50-80^oС).

Известен ряд составов для удаления твердых АСПО с помощью термохимических методов, близких к предлагаемому по технической сути.

Для удаления АСПО используются реакции кислых растворов солей аммония (хлорида, сульфата, нитрата) и водного раствора нитрита натрия, которые приводят к образованию солей натрия, воды и азота и сопровождаются выделением большого количества тепла, например:

NH₄Cl (р-р)+NaNO₂ (р-р)--> NaCl (р-р)+2Н₂О+N₂ (газ);

Н^o=-309 кДж/моль

Повышение температуры реакционной среды приводит к плавлению и отрыву АСПО со стенок нефтепромыслового оборудования. В качестве инициаторов реакции окисления использовались соляная кислота (патент US 4755230, C 23 G 005/036, C 23 G 005/024), уксусная кислота (патент RU 2106211, В 08 В 9/08; US 5891262, В 08 В 007/04, В 08 В 009/02; US 5183581, E 21 B 043/25, E 21 B 043/28) и сополиангидрид адипиновой кислоты и линейных алифатических дикарбоновых кислот (патент US 6003528, В 08 В 009/00). Недостатком составов является их недостаточная эффективность в отношении удаления высокоплавких АСПО.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности и достигаемому эффекту является состав, состоящий из двух водных растворов: А - сульфаминовой кислоты (9-30 мас.%), технического водного аммиака (6-22 мас.%), остальное вода и Б - нитрита натрия (15-100 мас.%), остальное вода (патент RU 2186948 Cl, E 21 B 37/06, 10.08.2002). Сульфаминовая кислота содержит окисляемый амидный азот и кислотную функцию. Амидная группа сульфаминовой кислоты окисляется нитритом натрия с образованием гидросульфата натрия, воды и газообразного азота.

NH₂SО₃H (р-р)+NaNO₂ (р-р)-->NaHSO₄(р-р)+Н₂О+N₂ (газ);

Н^o=-40020 кДж/моль.

Реакция окисления протекает только в кислой среде и сульфаминовая кислота одновременно выступает в качестве реагента термохимической композиции и инициатора процесса. Недостатком состава являются невысокий тепловой эффект взаимодействия, из-за чего плохо удаляются высокоплавкие АСПО, а также наличие кислоты, что способствует коррозии оборудования.

Решаемая предлагаемым изобретением задача - разработка состава для удаления АСПО в щелочных средах и повышение эффективности удаления АСПО за счет более высокой экзотермичности химического взаимодействия заявляемых в составе реагентов, сопровождающегося приростом количества тепла, приходящегося на единицу объема реакционной смеси.

Технический результат достигается тем, что используется термохимический состав для удаления асфальтеносмолопарафиновых отложений из нефтепромыслового оборудования, трубопроводов и резервуаров, включающий водный раствор сульфаминовой кислоты и технического водного аммиака, а также водный раствор неорганического реагента окислителя, отличающийся тем, что в качестве неорганического реагента окислителя используют гипохлорит натрия, а водные растворы имеют следующее соотношение компонентов, мас.%:

Сульфаминовая кислота - 3-30

Технический водный аммиак - 18-70

Вода - Остальное

и

Гипохлорит натрия - 7-20

Вода - Остальное

Сульфаминовая кислота (NН₂SО₃Н), производимая по ТУ 6-03-381-75. широко используется в нефтяной промышленности, в частности для кислотной обработки призабойной зоны пласта. На ее применение есть разрешение НПО "Союзнефтепромхим" от 28.12.1988 г.

Технический водный аммиак и водный раствор гипохлорита натрия (NaOCl), используемые в составе, производятся в соответствии с ГОСТ 9-92 и ГОСТ 11086-76 либо ТУ 6-01-1287-81 соответственно.

Известно применение гипохлорита натрия в термохимических пенообразующих составах для вызова притока скважины (US 4178993, Е 21 В 043/25) и составах для гидроразрыва пласта (US 4846277, Е 21 В 043/262). Наряду с компонентами термоокислительной системы (азотсодержащим соединением и окислителем) в составах присутствуют пенообразователи и полимеры для загущения водных растворов. Термодинамические расчеты по энтальпиям образования веществ /Карапетьянц М.Х., Карапетьянц М.Л. Основные термодинамические константы неорганических и органических веществ. -М.: Химия, 1968, - 470 с./ показывают, что приведенные реакции с участием гипохлорита натрия не сопровождаются значительным тепловыделением. Так тепловые эффекты реакций

2NH₄Cl+3NaOCl+2NaOH=N₂+5H₂O+5NaCl;

CO(NH₂)2+3NaOCl+2NaOH=Na+3Н₂О+3NaCl+Na₂CO₃

составляют соответственно 242 и 249 кДж/моль.

В заявляемом составе используется избыток аммиака, что позволяет полностью нейтрализовать сульфаминовую кислоту и перевести рН раствора из кислой в щелочную среду. Гипохлорит натрия взаимодействует с сульфаминовой кислотой, нейтрализованной аммиаком, а также с избытком аммиака, что сопровождается выделением большого количества тепла:

NH₂SO₃H+NH₄OH=NH₂SO₃NH₄+Н₂О

NH₂SO₃NH₄+3NaOCl+2NH₂OH=N₂+4Н₂O+3NaCl+(NH₄)₂SO₄;

Н^o=-(1700200) кДж/моль

Тепловой эффект реакции определяли по стандартной методике /Физическая химия. Теоретическое и практическое руководство / Под ред. Б.П. Никольского. - 2 изд., перераб. и доп.- Л.: Химия, 1987, - с. 361-364/.

Согласно уравнениям реакций на 1 моль сульфаминовой кислоты расходуется 3 моль раствора аммиака и 3 моль гипохлорита натрия. В случае избытка последних реагентов также возможна следующая реакция:

2NH₄OH+3NaOCl=3NaCl+N₂+5Н₂O.

Для определения эффективности заявляемого состава на стальную пластину массой 1,5 г равномерным слоем наносили АСПО, определяли вес нанесенного АСПО и помещали пластину в цилиндрический сосуд, содержащий раствор А. Затем к нему в течение 20-30 секунд приливали раствор Б. Реакционная смесь не перемешивалась. Интенсивная реакция продолжалась 2-3 мин. За это время происходила очистка стальной пластины от АСПО. Температура разогрева реакционной смеси составляла 65-90^oС в зависимости от концентрации реагентов. После окончания реакции взвешивали сухую пластину для определения веса не отмытого АСПО и рассчитывали эффективность удаления. Использовали АСПО с температурами плавления 63-73^oС. Опыты проводили при температуре 20^oС.

Примеры составов и результаты удаления АСПО с различными температурами плавления приведены в табл. 1 (в скобках указаны концентрации взаимодействующих веществ в мас.%), из которой видно, что заявляемый состав эффективно удаляет высокоплавкие АСПО.

В сравнимых условиях был испытан состав прототипа. Результаты удаления АСПО приведены в табл. 2 (в скобках указаны концентрации взаимодействующих растворов в мас.%), из которой видно, что составы по прототипу менее эффективно удаляют высокоплавкие АСПО при большем количестве реагентов.

Таким образом, заявляемый состав имеет следующие преимущества по сравнению с известным по прототипу составом:

эффективно удаляет высокоплавкие АСПО в щелочных средах;

выделяет большее количество тепла, расплавляя высокоплавкие АСПО;

не образует в ходе химического превращения труднорастворимых химических соединений;

образующиеся в ходе химического превращения продукты реакции экологически безопасны;

участвующие реагенты и образующиеся в ходе химического превращения продукты реакции не вызывают коррозии оборудования.