Evaluation of the effectiveness of hydrate-formation inhibitors by the isothermal method

УДК 622.276.1/.4

А.М. Кунакова, Ф.Г. Усманова 
Научно-Технический Центр «Газпром нефти» (ООО «Газпромнефть НТЦ») 
Ю.С. Ворожцова 
Университет ИТМО 
А.Д. Гоголева 
Уфимский гос. нефтяной технический университет

Электронные адреса: Usmanova.FG@gazpromneft-ntc.ru 

Ключевые слова: газовые гидраты, ингибиторы гидратообразования, метанол, изотермический метод, автоклав, восточный участок Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения (НГКМ) 

A.M. Kunakova, F.G. Usmanova
Gazpromneft NTC LLC, RF, Saint-Petersburg,
Yu.S. Vorozhtsova
ITMO University, Saint Petersburg
A.D. Gogoleva
Ufa State Petroleum Technological University, Ufa 

This paper is devoted to the research of inhibitors of gas hydrate formation by the isothermal method in the laboratory in order to evaluate their effectiveness and select the most effective ones for conducting field tests under the conditions of the Eastern section of the Orenburg oil and gas condensate field (ESOOGCF). Within the research, 12 reagents from differ- ent manufacturers were tested. Evaluation of the effectiveness of inhibitors was carried out by the isothermal method under conditions that simulating production. As a result of testing, the most effective inhibitors and their dosages that min- imize the temperature of the onset of hydrate formation were determined. Recommendations were given to field tests of inhibitors at the ESOOGCF. According to the results of field testing of reagent №3, it was found that the use of the test reagent as an inhibitor of gas hydrate formation is economically advantageous in the case of equal technical indicators of the base (methanol) and test inhibitors.

Keywords: gas hydrates, inhibitors of gas hydrate formation, methanol, the isothermal method, autoclave, the East- ern section of the Orenburg oil and gas condensate field

DOI: 10.24887/2587-7399-2019-1-18-21

ВВЕДЕНИЕ

Образование гидратов является одной из проблем, возникающих в процессах добычи и транспортировки углеводородов. В составе гидратов присутствуют гидратообразующие газы (газообразные алканы, сероводород, углекислый газ). В условиях сочетания низких температур и высоких давлений, а также при наличии воды в жидкой или парообразной форме эти газы могут образовывать кристаллы гидратов.

Агломераты кристаллов способны закупоривать трубопроводы в промысловых системах добычи и транспортировки углеводородов. В процессе эксплуатации восточного участка Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения (НГКМ) создаются благоприятные условия для образования гидратов. При проведении оценки на восточном участке Оренбургского НГКМ выявлены высокие риски осложнения гидратными образованиями НКТ, запорно-регулирующих устройств фонтанных арматур, сборных коллекторов и систем подачи газлифтного газа в ходе эксплуатации газлифтных скважин [1].

Химические методы борьбы с гидратными образованиями основаны на использовании ингибиторов, действие которых направлено на изменение структурных параметров воды и равновесных условий гидратообразования. Примером могут служить термодинамические ингибиторы, повы-

шающие температуру начала образования гидратов и сужающие области их существования. В настоящее время на Оренбургском НГКМ широко применяется термодинамический ингибитор – метанол, который непрерывно подается в донорные, добывающие газлифтные скважины и на установки подготовки газа. Кроме того, в настоящее время оптимальные дозировки ингибиторов гидратообразования определяются в ходе опытно-промышленных испытаний, что также обусловливает высокие экономические затраты и технологические риски. Для каждого отдельного объекта требуется индивидуальный подбор ингибиторов, наиболее эффективных в конкретных условиях. В данной работе предлагается оценка эффективности ингибиторов термодинамического действия в лабораторных и промысловых условиях для предупреждения образования газогидратов в промысловых системах Оренбургского НГКМ. 

ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИНГИБИТОРОВ ТЕРМОДИНАМИчЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

Исследование проводилось для 12 ингибиторов гидратообразования различных производителей (АО «Опытный завод Нефтехим», ООО «МАСТЕР КЕМИКАЛЗ», ООО «Ко-галымский завод химреагентов», АО «Неохимпродукт», ООО «НПО АКВАТЕК», ООО «НПП СПЕЦАВИА», ЗАО «Петрохим», ОАО «Котласский химический завод», ООО «НОВАХИМ»). Реагенты были зашифрованы под номерами 1 – 12. Оценка эффективности этих реагентов была проведена изотермическим методом, заключающемся в наблюдении за изменениями в системе и началом образования гидратов при постоянной температуре в присутствии ингибитора определенной концентрации в попутно добываемой воде. С помощью данного метода определялась дозировка реагента, при которой в заданных условиях образование газогидратов предотвращалось не позднее, чем через 12 ч. Исследование проводилось на автоклавной установке с моделированием условий, близких к промысловым. Минимальная температура газового потока в линии активного газа в соответствии с промысловыми данными составляла 5 °С, примерное время нахождения газа в нефтепромысловой системе – не более 12 ч, давление варьировалось от 4,9 до 8,6 МПа. Ранее авторами была построена кривая гидратообразования для исследуемого объекта в термостатируемом автоклаве с моделированием среды вода/газ с учетом составов воды и газа восточного участка Оренбургского месторождения [2]. Кроме того, для этого объекта ранее были проведены оценка и подбор оптимальных дозировок реагентов кинетического действия [3], обеспечивающих высокую эффективность. Однако данные реагенты характеризуются высокой ценой и имеют некоторые особенности, ограничивающие их применение в определенных условиях, например, при сильном охлаждении (перепад температур более 8-10 °С), так как не растворяют уже образовавшиеся гидраты. В связи с этим поиск альтернативных универсальных доступных ингибиторов гидратообразования является актуальной задачей для условий восточного участка Оренбургского НГКМ.

В процессе работ использовался автоклав GHA350 с термостатируемой установкой для фиксации температуры и манометром для измерения давления. Стенки рабочей зоны автоклава выполнены из прозрачного сапфирового стекла, благодаря чему можно было наблюдать за изменением фазового состава жидкости внутри ячейки с помощью встроенной видеокамеры и фиксировать изменения в определенные промежутки времени. В ходе испытания в рабочую зону автоклава заливали 30 мл модельной воды и раствора ингибитора, далее начинали их перемешивание с частотой 600 мин-1. С помощью криостата устанавливали температуру и осуществляли термостатирование. Модельный газ подавали в рабочую зону и устанавливали требуемое давление с помощью газовой панели. Эксперимент длился 12 ч. Испытания проводили в среде вода/газ при температуре в автоклаве 2 °C и начальном давлении 8,0 МПа при концентрациях ингибиторов 15 и 20 . Эффективность реагентов оценивалась визуально по способности предотвращать образование гидратов в течение заданного времени, а также по перепаду давления в системе.

Результаты испытаний ингибиторов гидратообразования термодинамического действия при концентрациях 20 и 15   (200 и 150 мл/л), приведены в табл. 1. Лабораторные исследования ингибиторов позволили выделить наиболее эффективные реагенты, максимально снижающие температуру начала образования гидратов. Определены оптимальные дозировки реагентов и даны рекомендации по опытно-промысловым испытаниям (ОПИ) ингибиторов на восточном участке Оренбургского НГКМ. Для образцов № 1, 3, 8, 9, 11 и 12 начальная объемная концентрация реагента в попутно добываемой воде составляет 15 ; для образцов № 2, 4, 5, 6, 7, 10 – 20 .

ОПЫТНО-ПРОМЫСЛОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ИНГИБИТОРОВ ТЕРМОДИНАМИчЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

Всем производителям, чьи реагенты успешно прошли лабораторные испытания, было предложено участие в ОПИ. Одними из первых откликнулись производители реагента № 3, после чего была составлена и согласована программа ОПИ, в соответствии с которой в ходе испытаний необходимо было установить оптимальные удельные нормы расхода испытываемого реагента и оптимальный технологический режим, обеспечивающий необходимый технологический эффект. Кроме того, в результате ОПИ предполагались подтверждение принципиальной возможности применения растворителя гидратообразований и оценка его эффективности по сравнению с базовым реагентом метанолом. В качестве объекта, осложненного образованием газогидратов, для проведения ОПИ была выбрана газовая скважина-донор, в которой для борьбы с гидрогидратами в настоящее время применяется постоянная закачка метанола на линию активного газа. ОПИ выполнялись в период с 15 марта по 13 апреля 2018 г. Минимальная температура, зафиксированная при проведении ОПИ, составила -16,6 °С. Рабочее линейное давление, затрубное давление, внутрисменный простой (ВСП), обусловленный гидратообразованием, были определены в качестве параметров для оценки эффективности испытываемого растворителя гидратообразований. До начала ОПИ определили ВСП: резкое увеличение давления вследствие образования гидратов без закачки метанола произошло через 13 ч. Испытания начинали с базовой дозировки реагента 500 л/сут, равной дозировке метанола, и при сохранении положительного эффекта в течение 2-3 сут снижали ее на 20   относительно предыдущего значения с положительным результатом до подбора оптимальной дозировки. В процессе эксперимента достигли снижения дозировки до 131 л/сут. Однако при этом значении произошло резкое увеличение давления из-за образования гидратов. В связи с этим было принято решение о возврате на предыдущую дозировку, равную 164 л/сут. Таким образом, была определена минимальная эффективная дозировка реагента – 164 л/сут. Фактические данные по расходу реагента на основании полученных результатов во время ОПИ представлены в табл. 2.

Проведенная экспертиза установила, что исследуемый реагент по техническим показателям не уступает метанолу, а по экономическим показателям согласно предварительным расчетам превосходит его. Однако при тиражировании реагента необходимо проводить расчет его расхода и оценивать экономическую целесообразность применения на каждом конкретном объекте. Результаты ОПИ признаны успешными, реагент рекомендован к промышленному использованию. 

ЗАКЛЮчЕНИЕ

 В результате выполненной работы лабораторным методом был определен ряд эффективных реагентов – ингибиторов гидратообразования для условий восточного участка Оренбургского НГКМ, что позволит минимизировать технологические риски при проведении ОПИ реагентов. В процессе ОПИ реагента № 3 удалось не только подобрать оптимальную дозировку, но и установить, что при равных технических показателях с базовым реагентом метанолом, применение исследуемого реагента в качестве ингибитора гидратообразования экономически выгодно. В настоящее время ОПИ проходят другие рекомендованные реагенты. 

Список литературы 

Reference 

1. Rzametov K.S., Usmanova F.G., Vliyanie sostava plastovoy vody na obrazovanie gazogidratov (Effect of formation water composition on the formation of gas hydrates), Collected papers “Prakticheskie aspekty neftepromyslovoy khimii” (Practical aspects of oilfield chemistry), Proceedings of VII International scientific conference, Ufa, Publ. of BashNIPIneft', 2017, pp. 153-156.
2.  Kaybyshev R.R., Rzametov K.S., Usmanova F.G., Anikushin B.M., Gushchina Yu.F., Semenov A.P., Evaluation of effectiveness of hydrate formation inhibitors by polythermal method (In Russ.), Khimiya i tekhnologiya topliv i masel = Chemistry and Technology of Fuels and Oils, 2017, no. 6, pp. 49-52.