[发明专利]一种复合型水合物抑制剂及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合型水合物抑制剂及其应用。

背景技术

天然气水合物是由水分子通过氢键连接形成笼形结构，气体小分子通过范德华力作用被包围在笼形结构内，形成的冰状化合物。在石油、天然气的开采和运输过程，由于其特殊的高压和低温环境，各种低沸点的烃类如甲烷、乙烷、丙烷和二氧化碳、硫化氢很容易和石油流体中的水形成天然气水合物，它在一定条件下聚集在一起，形成块状，严重时会堵塞管道、井筒、阀门和仪表等设备，给石油和天然气的开采、运输、加工带来很大困难。自1934年Hammersdhmidt发现水合物堵塞天然气管道以来，如何在油气生产和输运过程中抑制水合物的形成，成为石油、天然气工业急需解决的问题。

水合物的生成有3个条件，2个主要条件是：天然气中含有液态水或者过饱和水汽，以形成空穴结构；具有一定的温度与压力条件，如高压和低温。一个辅助条件是：气体处于脉动紊流等激烈扰动中或有晶核存在。例如酸性气体的存在能提供微小晶核，弯头、孔板、阀门、粗糙的管壁等为水合物微小晶体停留提供场所从而有利于微小晶体的引导、成核、快速生成。

水合物的防治就是要破坏水合物生成条件，防治方法主要分为：除水法、加热法、降压控制法、添加化学抑制剂法。除水法的成本较高，而且水合物的晶核或自由水会吸附于粗糙壁面等地方，尽管液烃相中的水浓度很低，水合物也可以很容易地从液烃相中生长，所以除水法应用有很大的局限性。加热法容易造成管线破裂和水合物喷发的危险，而且分解产生的水难以除去，此外加热法不适用于长距离海底输气。降压控制法对压力控制要求过高，对整个输送系统的要求高、负荷重，应用难度较大。添加化学抑制剂具有简单、经济、效果好等优点，是防止水合物生成使用最广泛的方法。

为了抑制水合物的形成，通常是向管线中注入一定量的化学添加剂，改变水合物形成的热力学条件、结晶速率或聚集形态，来达到保持流体流动的目的，提高水合物生成压力，或者降低生成温度，以此来抑制水合物的生成。水合物抑制剂类型主要分为热力学抑制剂、动力学抑制剂、防聚剂。甲醇、乙二醇等醇类或电解质等传统热力学抑制剂可以改变水合物平衡条件，但采用热力学抑制剂，加入量大，一般高达40％，有的甚至达到60％的质量比，防止水合物生成的费用高，同时毒性强对环境危害大。防聚剂可以使生成的气体水合物难以聚结成块，能在封闭管线或者过冷度较大的情况工作。

鉴于水合物的严重危害和其他水合物防治方法的种种局限、不足，开发出高效的水合物抑制剂具有重要的意义。从90年代起，国内外开始研究低剂量的动力学抑制剂来取代热力学抑制剂的使用。动力学抑制剂是通过抑制或延缓水合物的生长时间，从而抑制水合物生成，它不影响水合物生成的热力学条件，但是可以在水合物形成的热力学环境下延迟水合物的成核和晶体生长时间，而不出现水合物堵塞现象。自从1993年Duncum等首次在其专利中阐述了酪氨酸及其衍生物作为水合物动力学抑制剂以来，科学家筛选设计了一系列含有不同官能结构的环状化合物的聚合物作为天然气水合物抑制剂，合成这些聚合物的单体中具有代表性的有：N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基己内酰胺、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基己内酰胺、乙烯基噁唑啉。