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結蠟不算病 Solvay送你一劑對癥猛藥

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對于解決結蠟問題,最常見的化學解決方案之一是在產出液中添加結蠟抑制劑或降凝劑(PPD)。

來自 | E&P
編譯 | 影子

現場使用的大部分PPD都是有機溶劑型。為了在較低的溫度下能夠自由流動,且保持穩定,這些PPD需要大量稀釋至2~5%濃度。所選擇的溶劑通常是大量的有毒有機溶劑,例如芳香族溶劑(例如二甲苯,甲苯或甲醇)。如果沒有選擇合適的溶劑或試劑配制的有效成分太高,PPD會結成凝膠,失效并難以處理。大量有機溶劑的使用成本較高,且對環境,儲存設施和操作人員的安全構成威脅。

合格PPD的使用

為了應對這一挑戰,Solvay公司開發了一種以聚合技術為核心的水基PPD分散體系。該體系的主要成分是一種專門設計的兩親聚合物,由親水性聚合物頭部基團和疏水尾部合成。通過控制分子結構和粒度,形成獨特設計的分子量,從而形成獨特而穩定的分散體。這種合成基產品可以保持較高的有效成分(15~30%甚至更高)。在聚合物配方中適當添加互溶劑和潤濕性或分散性較好的表面活性劑后,即使在-40℃(-40℉)下也可正常泵送。一般來說,室溫條件下PPD在40%有效成分時粘度為200~250cp,呈乳白色。

有四種通用的標準來檢測PPD的使用。

首先是產品熱穩定性。Solvay公司的水基PPD使用Chandler 5550高溫高壓粘度計在500psi(磅/平方英寸)的條件下測試粘度,在200℃(392℉)以下溫度可以保持穩定。

其次,該材料須是環境友好型。PPD分散在水或與水互溶的溶劑中,取代了有毒溶劑的使用。

第三個標準是測試在-40℃下的粘度。Solvay公司的PPD的傾點為-30℃(-22°F),有效成分為40%,可在-40℃下配制為可泵送的體系。

最后,材料的閃點必須以配方產品的濃縮液為標準。由于PPD分散在水或高閃點溶劑中,因此在這方面無危險。

PPD檢測

滿足四個標準后,然后檢測沉積控制性和降凝性。檢測人員取西德克薩斯州的不同種原油評估了Solvay公司的第一代水基PPD分散體系的性能。第一代PPD與常用溶劑型PPD比較的結果表明,Solvay公司 PPD能夠顯著降低近70%的原油蠟質沉積,并將原油傾點降低了18℃(64.4℉);使用標準冷凝管評估了沉積控制性,并且使用PSL Systemtechnik GmbH傾點測試儀(圖1)測試了降凝性。

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圖1.在西德克薩斯州原油的冷凝測試中,使用Solvay的水基PPD比對照樣品及其他PPD產品顯示出更好的蠟沉積控制性能。

眾所周知,PPD的性能是與特定原油性質有關。為了進行準確的比較,按照已知配方混合成模擬原油。模擬原油包含有分散溶解在低分子量烴例如癸烷,十二烷和十四烷中的石蠟(來自Sigma Aldrich)等混合物。低分子量烴用作蠟的溶劑,并且如果需要的話,可以通過氣相色譜幫助分離餾分。

在溶劑中添加5%的石蠟混合物,將水基聚合物分散體系和市售結蠟抑制劑/PPD聚合物加入到含5%石蠟的脂肪烴樣本中,通過對比其表現出的性能進行篩選。聚合物添加濃度為500ppm(作為有效成分)。將樣品充分混合并在85℃(185℉)(高于結蠟溫度)下儲存1~2小時以消除溫度差異影響,然后在冰箱中(0~5℃)儲存一整夜。

將樣品從冰箱中取出后記錄其外觀表現,并使用帶相機的偏光顯微鏡進行評估。

將顯微鏡放大100倍(圖2),觀測到的紋理用交叉偏光鏡或正交偏光鏡和云母過濾器(1/4λ測試板)進行觀察,并使用數碼相機拍攝紋理圖像,通過圖像捕捉軟件進行處理(圖2)。模擬原油凝膠化后形成大量的斜方或針狀(刺狀)晶體(10~30μm)。與之對比的PPD雖然也抑制了大蠟晶體的形成,但蠟晶體(約10μm)的尺寸遠大于水基PPD分散體系中的尺寸(約1~5μm)。此外,與Solvay公司的水基PPD相比,模擬原油具有更高的粘度(流動性也不好),表明Solvay公司的水基PPD性能更加優越。

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圖2.本實驗測試了模擬原油中水基PPD的結蠟抑制性能,并通過顯微鏡觀察與其他商業PPD產品進行了對比。與競爭產品相比,添加水基PPD的模擬原油保持較好的流動性,且只形成少量蠟晶體。

而且,與傳統的有機PPD相比,Solvay公司的水基PPD在低溫應用方面也有優勢。Solvay的水基PPD分散體系體現其優勢的一個例子就是在極寒氣候中的使用。為了能夠在寒冷的環境中成功應用特定的PPD,PPD必須大量稀釋至約2~5%的有效含量,使用二甲苯保持其低粘度以便將其加入到井中。實際使用的聚合物的有效含量非常有限,并且添加的大部分溶劑僅僅作為載體被浪費。 但是,Solvay公司的水基PPD分散體系在20%的有效含量下仍可以正常泵送,這比傳統的PPD具有更高的有效含量,從而提高了效率。

PPD和結蠟抑制劑的性能與原油密切相關,因為它取決于原油的許多特定參數,包括API比重、輕餾分、瀝青質含量和碳鏈分布等等。Solvay正在開發一系列這些水基聚合物PPD分散體系,以適用許多不同的原油種類,幫助油氣行業解決這一重要挑戰。

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