CC BY
3УДК 55
РАЗРАБОТКА РЕАГЕНТОВ КОМПЛЕКСНОГО ДЕЙСТВИЯ — ИНГИБИТОРОВ ГИДРАТООБРАЗОВАНИЯ И КОРРОЗИИ — НА ОСНОВЕ СОПОЛИМЕРОВ ИЗОПРОПИЛАКРИЛАМИДА И МАЛЕИНОВОГО АНГИДРИДА
И Казакова П. Ю., Гнездилов Д. О., Павельев Р. С., Варфоломеев М. А.
Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань, Россия
E-mail: [email protected]
Изучено влияние сополимеров на основе малеинового ангидрида и изопропилакриламида, полученных при разных соотношениях мономерных звеньев, на процесс образования гидрата метан-пропановой смеси. Полученные полималеаты превзошли коммерческие ингибиторы Luvicap EG и PNIPAM. Наилучшие результаты по переохлаждению показали образцы с повышенным содержанием фрагмента изопропилакриламида, лидер среди них также проявил хороший антикоррозионный эффект по отношению к кислотной и углекислотной коррозиям.
Ключевые слова: газовые гидраты, природный газ, кинетические ингибиторы гидрато-образования, ингибиторы коррозии, полималеаты.
DEVELOPMENT OF COMPLEX REAGENTS — HYDRATE FORMATION AND CORROSION INHIBITORS — BASED ON COPOLYMERS OF ISOPROPYLACRYLAMIDE AND MALEIC ANHYDRIDE
И Kazakova P. Y., Gnezdilov D. O., Paveliev R. S., Varfolomeev M. A.
Kazan (Volga Region) Federal University (KFU), Kazan, Russia
The effect of copolymers based on maleic anhydride and isopropylacrylamide, obtained at different monomer link ratios, on the hydrate formation process of methane-propane mixture was studied. The polymaleates obtained outperformed the commercial inhibitors Luvicap EG and PNIPAM. The best results on supercooling were shown by the samples with increased content of isopropylacrylamide fragment, the leader among them also showed good anticorrosion effect against acid and carbon dioxide corrosion.
Key words: gas hydrates, natural gas, kinetic inhibitors of hydrate formation, corrosion inhibitors, polymaleates.
Введение. В современной энергетике особенно остро стоит проблема истощения традиционных источников энергии, таких как нефть и газ. Поэтому приходится разрабатывать труднодоступные залежи углеводородов, в том числе в суровых природно-климатических условиях арктической зоны. При работе в условиях низкой температуры, высокого давления газа и наличия воды в потоке на стенках трубопровода могут образовываться льдоподобные отложения — газовые гидраты (ГГ). Они могут стать причиной аварийной ситуации — частичного или полного закупоривания трубопровода — и, как следствие, повлечь за собой снижение
добычи. Для предупреждения и ликвидации ГГ в различных газопромысловых системах применяются следующие методы: термическое воздействие, понижение давления, обезвоживание и введение химических ингибиторов процесса гидратообразования (ИГ). Наиболее эффективное и распространенное решение на данный момент — это введение химических ИГ термодинамического либо кинетического действия (прежде всего за рубежом). Первый тип отличается относительно низкой стоимостью и хорошей антигидратной активностью, но загрязняет окружающую среду и проявляет коррозионное воздействие на технологическое оборудование [3]. Если говорить о кинетических ингибиторах, то они влияют на процесс образования гидратов, замедляя его, а также воздействуют на начальные стадии роста кристаллов гидрата [4]. Они не только снижают затраты на процесс предупреждения образования ГГ, но и делают процесс более экологичным. Однако их применение в России до сих пор не распространено. В последние годы в области нефтепромысловой химии наблюдается явная тенденция к разработке универсальных реагентов, способных одновременно предотвращать образование гидратов, выпадение солей и снижать коррозию трубопроводов.
Цель. Основной задачей исследования являлись синтез, разработка и исследование ряда полимеров, которые смогли бы продемонстрировать комплексную ингибирующую эффективность.
Методы. Исследование гидратообразования проводилось на установке качающихся ячеек RC5 (Rocking Cell 5). Данная установка позволяет отслеживать процесс гидратообразования в реальном времени. Принцип действия основывается на постоянном угловом перемещении охлажденных ячеек, находящихся под давлением. В них моделируются условия реального трубопровода. Установка представляет собой пять ячеек для эксперимента со следующими параметрами, достигаемыми в них: давление 20 МПа; температура от -10 до +60 °С; угловой диапазон ±45° с частотой качания до 20 мин-1 [2]. Определение защитных свойств по отношению к кислотной и углекислотной коррозии проводили в соответствии с ГОСТ 9.506-87.
Результаты. В ходе исследований был синтезирован ряд кинетических ИГ на основе сополимеров изопропилакриламида и малеинового ангидрида, цикл которого в дальнейшем раскрывался дибутиламином, диэтаноламином и дибутиламинопропиламином. В присутствии данных соединений температура переохлаждения системы находилась в диапазоне от 7 до 16 ° (в концентрации 0,5%). По своей эффективности некоторые из синтезированных полимеров превзошли коммерческие ингибиторы Luvicap EG (12,7 °С) и PNIPAM (12,4 °С). Лидерный образец исследовался на возможность ингибирования кислотной и углекислотной коррозии. В первом случае защитный эффект достиг 96% при рабочей концентрации ингибитора 0,5%. Если же говорить о стойкости к углекислотной коррозии, то скорость разрушения в присутствии ингибитора уменьшилась в 2 раза в случае комнатной температуры и в 1,5 раза при температуре 60 °.
Выводы. Полученные низкодозируемые ИГ превзошли коммерческие образцы по температуре переохлаждения и показали хорошую антикоррозионную активность, из чего можно сделать вывод об их потенциальной эффективности при применении на линиях добычи нефти и
газа с целью предотвращения образования ГГ. Будущие исследования заключаются в синтезе и изучении новых соединений, которые будут проявлять тройной эффект, то есть, помимо прочего, смогут ингибировать и солеотложение за счет наличия неамидированных карбоксильных групп в составе полимера [1].
Работа выполнена за счет средств субсидии, выделенной Казанскому федеральному университету для выполнения государственного задания в сфере научной деятельности, проект № FZSM-2023-0014.
Список литературы
1. Волошин А. И., Гусаков В. Н., Фахреева А. В., Докичев В. А. Ингибиторы для предотвращения со-леотложения в нефтедобыче // Нефтепромысловое дело. 2018. Т. 11. С. 60-72.
2. Гнездилов Д. О., Павельев Р. С., Садыков К. Г., СемёновМ. Е., Варфоломеев М. А. Синтез ингибиторов гидратообразования на основе водорастворимого полиуретана в реакторах периодического и проточного действия // Химия и технология топлив и масел. 2023. Т. 59, № 4. С. 673-678.
3. Казакова П. Ю., Гнездилов Д. О., Павельев Р. С., Варфоломеев М. А. Ингибиторы гидратообразо-вания низкой дозировки на основе сополимеров малеинового ангидрида с изопропилакриламидом // Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа. 2023. С. 249-250.
4. Шахмаев Р. Н., Сунагатуллина А. Ш., Зорин В. В. Биодеградируемые кинетические ингибиторы гидратообразования // Нефтегазовое дело. 2016. Т. 14, № 2. С. 147-153.
References
1. Voloshin A. I., Gusakov V. N., Fakhreeva A. V., Dokichev V. A. Inhibitors to prevent salt deposition in oil production // Oilfield Business. 2018. Vol. 11. P. 60-72.
2. Gnezdilov D. O., Paveliev R. S., Sadykov K. G., Semyonov M. E., Varfolomeev M. A. Synthesis of hydrate formation inhibitors based on water-soluble polyurethane in batch and flow reactors // Chemistry and Technology of Fuels and Oils. 2023. Vol. 59, N 4. P. 673-678.
3. Kazakova P. Yu., Gnezdilov D. O., Paveliev R. S., Varfolomeyev M. A. Inhibitors of low dosage hydroatobrasing on the basis of maleine anhydride sopolymers with izopropylacrylamide // Production, preparation, transport of oil and gas. 2023. P. 249-250.
4. Shakhmaev R. N., Sunagatullina A. Sh., Zorin V. V. Biodegradable kinetic inhibitors of hydrate formation // Oil and Gas Business. 2016. Vol. 14, N 2. P. 147-153.
