NO180783B - Fremgangsmåte ved forhindring av hydratdannelse - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte ved forhindring eller retardasjon av dannelsen av hydrater eller ved reduksjon av hydratenes tendens til å agglomerere under transporten av et fluid omfattende vann og hydrokarbon gjennom en rørledning.

Det er vel kjent i teknologien at dannelsen av hydrater i et rør, f.eks. en rørledning, under transport av olje og gass kan være et alvorlig problem, spesielt i områder med lave temperaturer i vintersesongen, eller i havet. Generelt vil temperaturene være så lave at hydratdannelsen, på grunn av den uunngåelige tilstede-værelse av samprodusert vann i brønnene, vil finne sted dersom ingen spesielle forholdsregler blir tatt. Det er mulig å isolere en rørledning når fluidets temperatur synker i rørledningen under transporten fra brønnen. Isolasjonen reduserer sjansen for hydrat-dannelse, men den er på den annen side dyr. Dersom feltet er relativt lite og langt fra produksjonsplattformen, kan kostnadene for isolasjonen være for høye til å gjøre feltøkonomien til-trekkende .

Det er også kjent å kontrollere hydratdannelsen ved tilsetning av kjemiske forbindelser i fluidet som transporteres, f.eks. ved anvendelse av glykoler, f.eks. etylenglykol eller dietylenglykol. En ulempe med dette er at det trenges store mengder glykol (av størrelsesorden 3 0 vektprosent beregnet på vannmengden).

I Sovjetunionens oppfinnersertifikat 697696 er det beskrevet en blanding som egner seg til å forhindre hydratdannelsen, hvilken blanding omfatter dietylenglykol med en mindre mengde alkylarylsulfonat (i en mengde på 0,3-0,5% basert på vekten av dietylenglykol) .

Overraskende er det blitt funnet at alkylarylsulfonsyrer eller alkalimetall- eller ammoniumsalter derav kan anvendes uten glykoler, til å kontrollere hydratdannelsen.

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte til å forhindre eller retardere dannelsen av hydrater eller til å redusere hydratenes tendens til å agglomerere i en fluidstrøm omfattende vann og hydrokarbon under transport av fluidet gjennom en rørledning, idet fremgangsmåten omfatter tilsetning til fluidet av en alkylaryl-sulf onsyre eller et alkalimetall- eller ammoniumsalt derav, i fravær av glykol som strømmer i fluidet. Hydrokarbonet kan være en væske eller en gass, men er fortrinnsvis en gass såsom metan, etan, propan, isopropan, butan eller isobutan. Fluidet kan være produsert fra oljebrønner såvel som fra gassbrønner. Fluidet kan også omfatte naturgass.

Avhengig av trykket kan hydratene dannes ved temperaturer godt over vannets frysepunkt. Etanhydrater dannes f.eks. ved trykk mellom 10 og 30 bar (1 og 3 MPa) og temperaturer mellom 4°C og 14°C. Dannelse og agglomerering av hydratkrystaller vil således lett forekomme i rørledninger omgitt av en kald atmosfære.

Problemet med dannelse og agglomerering av gasshydrater er ikke begrenset til gassbrønner, men forekommer også i oljebrønner dersom vann og gass er tilstede i fluidet.

Alkylarylsulfonsyrene eller deres salter har fortrinnsvis en arylgruppe avledet fra benzen, toluen, orto-, meta- eller paraxylen. Alkylgruppen er fortrinnsvis en langkjedet alkylgruppe, som kan være forgrenet eller uforgrenet. Alkylgruppen kan være f.eks. en C8-C22-alkylgruppe.

Foretrukne forbindelser er de med den kjemiske formel

hvori X er H, Na eller K og R er en C8-C22-alkylgruppe.

Mer foretrukne forbindelser er de hvori R er en C13- og/ eller Cu-alkyl- eller en C18-alkylgruppe, såsom de som er kjent under varemerket Dobanax-320, Dobanax-313 og Dobanax-205.

Andre grupper av foretrukne forbindelser er dialkylbenzen-sulfonater med den kjemiske struktur

hvori X er et alkalimetall og R1og R2er de samme eller for-skjellige C2-<C>20-alkylgrupper, fortrinnsvis C6-Cu-alkylgrupper.

Alkylarylsulfonatene blir tilsatt i mengder fra 0,1% til 3 vektprosent, beregnet på vekten av det vann som er tilstede i fluidet. Et foretrukket område er fra 0,2 til 1%, mer foretrukket i området på fra 0,3 til 0,6%.

For å studere innvirkningen av små mengder alkylaryl-sulfonater på kjernedannelsestemperaturen, kinetikken for krystall-veksten og krystallenes morfologi, ble det bygget en høytrykks visuell celle med mantel. Cellen ble laget av rustfritt stål og hadde en avkjølingsmantel for å tillate god og lett temperatur-kontroll av cellen. To safirvinduer tillot visuell observasjon av celleinnholdet. Cellen var utstyrt med to ventiler, én for innføring av væske og én for gass. I bunnen av cellen sørget en rørstav for god blanding av celleinnholdet. Cellens indre volum var 66,4 ml, og dødvolumet var redusert til et minimum. Cellen ble dessuten testet sammen med sitt påfyllingssystem ved et trykk på 100 bar i løpet av en periode på 8 0 timer uten at det ble observert noe trykkfall. Cellen arbeidet vanligvis ved et trykk på under 30 bar. Cellen ble plassert i et plexiglassbur.

Et data-akvisisjonssystem basert på en personlig datamaskin tillot måling av temperatur og trykk inne i cellen én gang pr. minutt. Settpunktet for et termostatert bad, forbundet med avkjølingsmantelen, kunne settes automatisk av datamaskinen.

En stålbrønn gikk dypt ned i cellen, hvori det var plassert et platina motstandstermometer. På cellen var det montert en trykk-transduser, med svært lav temperaturhysterese og høy presisjon.

Før det ble utført en kjøring, ble cellen skylt med avmineralisert vann, skylt med etanol og vakuumtørket, alt uten å demontere cellen.

For å utføre eksperimentet ble avmineralisert vann og dekan innført som væske i cellen. Vannet inneholdt 0,5 vektprosent alkylarylsulfonsyre eller et salt derav, om ønsket. Etan ble innført som gass i cellen. Kjøringen startet ved 20°C, og temperaturen i cellen ble senket via mantelen forbundet med termostatbadet ved å senke dets temperatur. Mengden av vann, dekan og etan var henholdsvis 25, 5,8 og 4,7 g. Trykket var 25 bar ved 20°C, og ingen etanhydrater ble dannet.

Termometeret sendte et digitalt signal, trykkmåleren et analogt signal til datamaskinen. Datamaskinen kunne også sende en settpunktkommando til det termostaterte bad. Under hvert eksperi-ment ble cellens temperatur og trykk registrert, sammen med tiden, hvert minutt. Med en gitt sammensetning, omfattende vann, dekan og etan og om ønsket alkylarylsulfonsyren eller saltet derav, kunne det lages en temperatur-tid- og en trykk-tid-kurve.

Ved senkning av temperaturen, som ble etterfulgt av et trykktap, til under likevektstemperaturpunktet, hvorved hydrater og væske var i likevekt, ble det dannet etanhydrater. Den ganske plutselige hydratdannelsen ble avlest av temperatur- og trykk-tid-kurven. Det foregikk en relativt sterk stigning i temperaturen (ca. 0,5°C) og et trykktap (ca. 1-5 bar).

På samme tid kunne dannelsen av hydrater sees gjennom et safirvindu. Dannelsen av hydratkrystaller forbruker de frie etanmolekyler. Det økende fall i celletrykket som forekommer etter at kjernedannelsen har startet, er en god indikasjon på den hydratmengde som dannes som funksjon av tiden.

Det ble dessuten observert at under hydratdannelsen ville krystallene agglomerere, i det tilfelle at alkylarylsulfonat ikke ble tilsatt. 1 fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ville imidlertid tilsetning av et alkylarylsulfonat forhindre dannelsen av hydrat-agglomerater.

Eksempel 1

2 5 g vann, 5,8 g dekan, 4,7 g etan og 0,5 vektprosent, basert på vannet, av dilineært C8-C10-alkylbenzensulfonat (natriumsalt), ble anvendt som beskrevet ovenfor i cellen. Eksperimentet startet ved 20°C, og etter senkning av temperaturen til 8,4°C foregikk krystallisasjonen, mens trykket i cellen samtidig sank fra 22 bar til 13 bar. Ingen agglomerering av hydratet ble observert.

Eksempel 2

2 5 g vann, 5,8 g dekan, 4,7 g etan og 0,5 vektprosent, basert på vannet, av sulfonert "SOMIL<®>SH" ble anvendt som beskrevet ovenfor i cellen. Eksperimentet startet ved 20°C og etter senkning av temperaturen til 8,4°C foregikk krystallisasjonen, mens trykket i cellen samtidig sank fra 22 bar til 16 bar. Ingen agglomerering av hydratet ble observert.

Eksempel 3

25 g vann, 5,8 g dekan, 4,7 g etan og 0,5 vektprosent, basert på vannet, av C18-alkylbenzensulfonsyre ble anvendt som beskrevet ovenfor i cellen. Eksperimentet startet ved 20°C, og etter senkning av temperaturen til 8,4°C foregikk krystallisasjonen, mens trykket i cellen samtidig sank fra 22 bar til 16 bar. Ingen agglomerering av hydratet ble observert.

Sammenlikningseksempel A

25 g vann, 5,8 g dekan og 4,7 etan ble anvendt som beskrevet ovenfor i cellen. Også i dette tilfellet startet eksperimentet ved 20°C, og etter senkning av temperaturen til 9,4"C foregikk krystallisasjonen og ble etterfulgt av agglomerering av krystallene.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte ved forhindring eller retardasjon av dannelsen av hydrater eller ved reduksjon av tendensen hos hydratene til å agglomerere i en strøm av fluid omfattende vann og hydrokarbon under transport av fluidet gjennom en rørledning, karakterisert ved tilsetning til fluidet av en alkylarylsulfonsyre eller et alkalimetall- eller ammoniumsalt derav, i fravær av glykol som strømmer i fluidet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at fluidet som anvendes omfatter ett eller flere hydrokarboner bestående av gruppen; metan, etan, propan, isopropan, butan og isobutan.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at fluidet som anvendes omfatter naturgass.

4. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 1-3, karakterisert ved at det tilsettes til fluidet en C8 -C22 -alkylarylsulfonsyre eller et alkalimetall- eller ammoniumsalt derav.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at det anvendes en forbindelse med den kjemiske struktur

hvori X er H, Na eller K, og R er en C8 -C22 -alkylgruppe.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes en forbindelse med den kjemiske struktur

hvori X er et alkalimetall og R1 og R2 er de samme eller for-skjellige C2 -C20 -alkylgrupper, fortrinnsvis C6 -Cu-alkylgrupper.

7. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 1-6, karakterisert ved at mengden av alkylarylsulfonat som anvendes ligger i området fra 0,1% til 3 vektprosent, beregnet på vekten av vannet som er tilstede i fluidet.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at mengden av alkylarylsulfonat som anvendes ligger i området på fra 0,2 til 1%.