[发明专利]增强水合物抑制效果的组合物及抑制水合物形成的方法

说明书

发明领域

本发明涉及抑制低沸点烃和水的混合物生成水合物的方法，具体是涉及一种可增强水合物抑制效果的组合物以及利用该组合物实现抑制水合物形成的方法，从而更利于油气的输送。本发明属于油气输送技术领域。

背景技术

气体水合物是由气体和水在一定条件下生成的非化学计量性笼形晶体，外形与冰相似，小分子烃类和He、H₂S、CO₂、N₂等在一定条件下都可与水形成水合物，水分子通过氢键作用形成具有特定结构的笼状晶格主体，气体分子则被包容在笼状空穴中，因此水合物又称笼形水合物。由于不同系统压力下形成气体水合物的最低温度不同，所以水合物与冰有明显的区别。气体水合物的结构类型与形成水合物的气体种类有关，目前已发现的水合物结构有三种：结构I型，结构II型和结构H型。有关气体水合物的研究，是天然气和原油输送技术的一个重要方面。这是因为用于输送和加工天然气和原油的管道中通常存在低沸点的烃如甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷和异丁烷等，当管道中存在一定量的水时，这些低沸点气体和水的混合物在低温和高压的条件下就会生成气体水合物。

在天然气和石油的生产和输送条件下，生产设备中易于形成气体水合物并堵塞井筒和管道，例如3.85MPa的甲烷和纯水体系当温度低于4.0℃时能够形成甲烷水合物，而10.60MPa的甲烷和纯水体系当温度低于14.0℃时就可形成水合物。输送天然气和原油的管道中的操作温度和操作压力不能随意改变，但是，较高的压力或较低的温度都能够形成水合物，后果是影响了油气的正常输送。

气体水合物在管道中的形成和聚集将导致管道堵塞，使生产无法进行，严重的将损坏生产设备和发生其他事故，最终造成生产停工和巨大经济损失。管道的疏通尤其是海上油气生产和输送设备的疏通，是非常困难的作业，并且疏通管道和开工也将耗费大量时间、能量和材料。因此，采取有效措施避免在管道中形成水合物，是本领域非常关注的课题。

采用专门操作脱除输送管道中的水分对于实际生产存在很大难度，所以，通过加入适当的添加剂来抑制水合物的形成和聚集就成为研究的重点。按照抑制水合物形成的作用机理不同，已经普遍公认和使用的方法主要包括水合物热力抑制方法和动力学抑制方法。

常用的热力学抑制剂如甲醇、乙二醇等，其作用原理通过抑制剂分子与水分子的竞争力，改变水和气体分子间的热力学平衡条件，即，改变气体水合物的生成条件，使得水合物的形成温度升高，从而避免水合物在管道中形成；或者，抑制剂分子直接与水合物接触，破坏水合物的稳定性，从而使水合物分解而被清除。注入热力学抑制剂的方法已在石油工业中广泛应用，尤其是以甲醇使用最多，然而，为达到抑制水合物生成的目的，这类热力学抑制剂的使用量一般会比较大(约为管道中含水量的50wt％，一般要求占到水相的10％-60％)，因为研究表明，热力学抑制剂必须应用在高浓度下，低浓度(尤其是低于5％)的热力学抑制剂非但不能发挥抑制效果，而且事实上会促进水合物的形成和生长。在常用的热力学抑制剂中，甲醇可用于任何操作温度，乙二醇则不适宜温度过低的环境(尤其是当操作温度低于-10℃时，一般不用甲醇)。热力学抑制剂的使用不仅增加了实际生产中的费用，而且，使用最多的甲醇蒸发损失大，具有中等毒性，大量使用在一定程度上危害环境和操作人员的健康。

水合物动力学抑制的确切作用机理尚在研究中，但目前被认可和使用的主要是一些高分子均聚物或共聚物，通过高分子侧链基团与水合物笼形空腔的结合，从空间上阻止气体分子进入水合物空腔，从而减缓水合物的成核速率和生长速率，或防止水合物颗粒的聚集。相比于热力学抑制法，由于作用机理的不同，动力学抑制剂一般用量较少，尤其是近期被公认和开始使用的一类低剂量水合物抑制剂(LDHI)，即使用低含量(一般不超过5％)的此类抑制剂即可抑制水合物的生成，在油气输送过程中形成的水合物量很少而不能附着在管道壁和堵塞管道，从而保证管道的安全。低剂量水合物抑制剂是非热力学抑制剂，包括水合物生长抑制剂和阻聚剂(AA)，其中动力学抑制剂(KI)属于水合物生长抑制剂范畴，也是目前研究和应用比较多的，作用机理是减缓水合物的成核速率和生长速率，阻聚剂(AA)的作用机理是阻止水合物颗粒聚集，使水合物以小颗粒形式悬浮在液相中，主要针对石油输送和加工中的管道，但是阻聚剂一般需要油相的存在才能起作用。