專利名稱：用表面化合作用抑制水合物沉積的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及經(jīng)管線輸送流體以將水合物累積降至最低。
背景技術(shù)：
通常通過用一個(gè)或多個(gè)井穿透地層和泵送或允許油和氣流過這些井來從地下地層采收油和氣。在從深水井生產(chǎn)油和氣的過程中，海底溫度低和流體壓力高會(huì)導(dǎo)致形成氣體水合物。氣體水合物會(huì)達(dá)到使井筒和輸送氣體的地面管線發(fā)生堵塞的程度。該氣體水合物和/或其它沉淀物造成的阻塞會(huì)影響油和氣流向地面分站。美國專利申請(qǐng)公開2006/0186023公開了一種經(jīng)管線輸送產(chǎn)出流體同時(shí)限制在所需的管線內(nèi)壁位置上產(chǎn)生沉積的方法，該方法包括提供所述所需的管線內(nèi)壁位置處的內(nèi)表面粗糙度Ra小于2.5微米的管線，強(qiáng)制所述產(chǎn)出流體經(jīng)過該管線，其中所述產(chǎn)出流體在所述所需的管線內(nèi)壁位置處每平方厘米的壁剪切應(yīng)力為至少I達(dá)因。美國專利申請(qǐng)公開2006/0186023在這里全文引入作為參考。共同待審的PCT專利申請(qǐng)PCT/US2010/020420公開了一種不粘裝置，該裝置包括包含第一材料的液體儲(chǔ)存或運(yùn)輸制品；在制品的內(nèi)表面上包含第二材料的涂層；其中第二材料的臨界表面張力值小于75mN/m和以莫氏標(biāo)度(Moh’s scale)計(jì)硬度值小于5。PCT專利申請(qǐng)PCT/US2010/020420在這里全文引入作為參考。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種用于生產(chǎn)和輸送原油的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:用于生產(chǎn)原油的井；用于處理原油的處理設(shè)施；和穿過井和處理設(shè)施之間至少一部分距離的管線，其中至少一部分管線在溫度低于20°C的大氣中穿行，其中管線包括在管線內(nèi)表面上的涂層，和其中原油包含表面活性劑添加劑。


圖1顯示了海上生產(chǎn)井。圖2是液體與固體表面接觸角的示意圖。圖3是在固體表面上前進(jìn)和后退接觸角的示意圖。
具體實(shí)施例方式一方面，這里公開的實(shí)施方案涉及用表面化合作用抑制在鉆探管壁上水合物沉積的系統(tǒng)和方法。更特別地，這里公開的實(shí)施方案涉及通過將壁涂層和向產(chǎn)出物流添加表面活性劑組合起來抑制在鉆探管壁上水合物沉積物的系統(tǒng)和方法。將油和氣井鉆入地下地層以生產(chǎn)蘊(yùn)藏在這些地下地層中的天然氣。深水鉆探操作實(shí)現(xiàn)了烴的勘探和生產(chǎn)。天然氣中可能存在二氧化碳、硫化氫和多種水合物形成烴如甲烷、乙烷、丙烷和丁烷。水也可以以不同的量與這些水合物形成烴和其它石油成分一起存在。在低海底溫度和高流體壓力下，當(dāng)烴、石油成分和其它水合物形成物質(zhì)與水混合時(shí)，可形成籠狀水合物?；\狀水合物是含水晶體，它圍繞客體分子如水合物形成烴形成籠狀結(jié)構(gòu)。氣體水合物是一類籠狀水合物，和在石油工業(yè)中受到特別關(guān)注。水合物的聚集導(dǎo)致天然氣和其它石油流體的生產(chǎn)和/或輸送期間發(fā)生管線堵塞。因此，阻止或最小化這種由水合物引起的堵塞的發(fā)生是流動(dòng)保證的首要目標(biāo)。
圖1:參照?qǐng)D1，包括井10的系統(tǒng)100連接到海上鉆井平臺(tái)11。在升高的壓力下在包含天然氣、油或它們的組合的地下地層12中完成了井10。井10由具有通向地下地層12的孔14的套管13加套。生產(chǎn)管15懸吊在套管13中，它具有與地下地層12和生產(chǎn)管15流體連通的環(huán)隙16。生產(chǎn)管15從井10經(jīng)上升管17向上延伸到平臺(tái)11。封隔器密封元件18將油井的上部與地下地層12的生產(chǎn)區(qū)隔開。氣體和其它石油流體經(jīng)環(huán)隙16從地下地層12進(jìn)入生產(chǎn)管15，流向平臺(tái)11。從地下地層流出過程中，氣、油或它們的組合溫度降低。這可能是由于井自身溫度低或由于流到地表時(shí)氣體中的壓力降低大。該溫度降低會(huì)導(dǎo)致形成不希望的水合物和/或可能形成其它固體。沉積物的持續(xù)需要沉積物與壁的粘合力足以將沉積物保持在壁上。本公開的實(shí)施方案提供了阻止堵塞發(fā)生或?qū)⒍氯l(fā)生頻率最小化的新方法。這里公開的實(shí)施方案比傳統(tǒng)方法使用的化學(xué)品少，因此更加環(huán)境友好。這里公開的實(shí)施方案涉及抑制在生產(chǎn)和/或輸送裝置的內(nèi)表面上形成水合物和發(fā)生沉積的系統(tǒng)和方法，該方法包括:(a)沉積涂層和(b)向產(chǎn)出物流添加表面活性劑以I)減少沉淀的固體或沉淀固體的材料與生產(chǎn)和/或輸送裝置內(nèi)表面的接觸，和2)減小水合物沉積物與生產(chǎn)和/或輸送裝置內(nèi)表面的粘合作用。可通過將表面涂層與添加表面活性劑組合起來以增大產(chǎn)出流體物流的接觸角(Θ )來實(shí)現(xiàn)減少沉淀的固體或沉淀固體的材料與生產(chǎn)和/或輸送裝置內(nèi)表面的接觸。接觸角(Θ)是液體在固體上鋪展或者固體被液體潤濕的定量量度。因此，如果水滴在平坦固體表面上的接觸角小于90°，則固體表面被稱為“水潤濕”，而如果水滴在平坦固體表面上的接觸角大于90°，則不能水潤濕?？墒褂媒佑|角測量法間接測量固體的表面能。圖2:大體上，參照?qǐng)D2，作為接觸角通常意義上的解釋，將液滴21置于固體表面20上。幾何學(xué)上，將接觸角定義為在液體21、蒸氣22和固體20接觸的三相邊界處由液體形成的角。接觸角與固體20、液體21和蒸氣22三相間界面能之間的關(guān)系由楊氏方程定義:Cos Θ = ( Ysv-ySL)/yLV其中和分別代表固體/蒸氣、固體/液體和液體/蒸氣界面處的界面張力。表面能通過如下關(guān)系式涉及到Y(jié)sv:Y Sv= Y s- 31 e其中^是固體的真實(shí)表面能，\是平衡鋪展壓力，它是通過蒸氣22吸附到固體20表面上釋放出的能量的量度。當(dāng)固體的表面能高和液體的表面張力低時(shí)，只有平衡鋪展壓力是重要的。可以靜態(tài)或動(dòng)態(tài)測量接觸角。靜態(tài)接觸角由Θ stati。表示，它反映了處于平衡的系統(tǒng)。通常使用測角術(shù)測量estati。。液體的固著或自由液滴21在固體表面20上的接觸角由固體20與液體液滴21在表面上的切線之間形成的角來確定。動(dòng)態(tài)接觸角反映了固體/液體/蒸氣相處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的系統(tǒng)。動(dòng)態(tài)接觸角可以是前進(jìn)的即Qadv，和后退的即θ_。參照?qǐng)D3a，當(dāng)使用毛細(xì)吸管32添加液體時(shí)測量前進(jìn)的接觸角eadv。當(dāng)添加液滴時(shí)，液滴31的彎液面移向未潤濕的固體表面30。參照?qǐng)D3b，當(dāng)使用毛細(xì)吸管32移除液體時(shí)測量后退的接觸角θ_。當(dāng)移除液體時(shí)，液滴31的彎液面從已經(jīng)潤濕的固體表面30退回。Qadv提供了關(guān)于固體表面的疏水或低表面能性質(zhì)的信息，而反映了固體表面的親水或高表面能性質(zhì)。滯后θΛ是前進(jìn)的和后退的接觸角之間的差值
(θ Δ = θ adv_ θ rec)。對(duì)于本公開來說，有幾個(gè)接觸角需要關(guān)注。特別地，在產(chǎn)出的流體物流的連續(xù)流體中，存在鹽水在導(dǎo)管上的接觸角ab和沉淀的水合物在導(dǎo)管上的接觸角ah。如上面所解釋的，沉淀水合物的鹽水在導(dǎo)管上的表面能可以稱為β，而沉淀的水合物的粘合作用可以稱為Y。減少沉淀固體與導(dǎo)管接觸的一種途徑是選擇涂覆-添加表面活性劑組合的導(dǎo)管表面，該組合增大產(chǎn)出的流體物流的連續(xù)流體中產(chǎn)出的流體物流沉淀的水合物在導(dǎo)管表面上的接觸角a h或者沉淀水合物的鹽水在導(dǎo)管表面上的接觸角ab。所形成的接觸角越大，與壁的接觸就越少，因此會(huì)更少發(fā)生堵塞。實(shí)現(xiàn)該結(jié)果的第二種途徑是選擇涂覆的導(dǎo)管表面-添加的表面活性劑組合，該組合減少在連續(xù)流體中鹽水在導(dǎo)管表面上的表面能β。如果實(shí)現(xiàn)了該方法，則與具有表面能β的未經(jīng)處理的導(dǎo)管相比，與導(dǎo)管表面接觸的鹽水更可能在形成水合物沉積物之前即被去除。本發(fā)明的實(shí)施方案不是具有減小的接觸力，而是替代地爭取減小水合物沉積物在壁上的粘合作用。實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的一種方法是選擇壁涂層-化學(xué)品(抗聚結(jié)化學(xué)品)組合，該組合減小連續(xù)流體中沉淀的固體在導(dǎo)管上的粘合力Y。粘合力越低，沉積物就越不可能附著在導(dǎo)管表面。因此，本公開的實(shí)施方案涉及一種組合的系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用具有增大接觸角的化學(xué)添加劑的涂覆導(dǎo)管，或使用了降低粘合作用的化學(xué)添加劑的涂覆導(dǎo)管，或者它們的組合。根據(jù)本公開，涂層可包括非金屬涂層(如硅涂層、陶瓷涂層)和由硅氧烷、氟硅氧烷和含氟聚合物制備的最小粘合聚合物涂層，這是因?yàn)樗鼈兊谋砻婺艿?，這會(huì)減小極性和與周圍水分子的氫鍵相互作用，因此減小粘合能量。在本公開的另一個(gè)實(shí)施方案中，涂層可以包括金屬涂層。根據(jù)本公開，涂層可以包括可使用這里公開的那些技術(shù)施用的任何涂層。例如，在本公開的一個(gè)實(shí)施方案中，可通過使生產(chǎn)和/或輸送裝置的內(nèi)表面親水化并隨后接枝低表面能聚合物鏈來施加涂層，由此使接觸角較高。在本公開的另一個(gè)實(shí)施方案中，可通過施用交聯(lián)聚合材料如硅氧烷、氟硅氧烷和含氟聚合物來形成涂層。在本公開的又一個(gè)實(shí)施方案中，可通過自組裝來形成涂層。根據(jù)本公開，涂層可以包括可以是“基本均勻的涂層”的任何涂層。這里使用的“基本均勻的涂層”是指可以被所需厚度的涂層完全覆蓋的生產(chǎn)和/或輸送裝置的內(nèi)表面。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，根據(jù)涂層類型和施用方法，涂層厚度可以是至少約0.5 μ m。在另一個(gè)實(shí)施方案中，根據(jù)涂層類型和施用方法，涂層厚度可以是約Iym或更多。在又一個(gè)實(shí)施方案中，根據(jù)涂層類型和施用方法，涂層厚度可以是約IOym或更多。
如上所述，可通過將表面涂層與向產(chǎn)出的物流中添加表面活性劑組合起來以實(shí)現(xiàn)減少沉淀的固體或沉淀固體的材料與生產(chǎn)和/或輸送裝置內(nèi)表面的接觸。這里使用的表面活性劑是指通常對(duì)于在可滲透材料如地下儲(chǔ)層內(nèi)置換油有效和對(duì)于改變基體巖石潤濕性有效的表面活性劑?？勺⑷氲叵碌貙踊蛄鲃?dòng)管線的表面活性劑的例子可包括:水性陰離子表面活性劑，如芳香醚聚磺酸酯和烷氧基醇硫酸酯的混合物；有機(jī)磺酸酯表面活性劑，如可以以商品名如“ Bryton Chemical F467”、“Witco Chemical TRS-10”和 “American CynamidAerosol 0T”廣泛商購的那些；非離子表面活性劑，如聚乙氧基化烷基酚、聚乙氧基化脂肪醇、羧酸酯、羧酸酰胺和聚氧乙烯脂肪酸酰胺；陰離子和非離子表面活性劑的組合；和其它許多。根據(jù)本公開，可通過將表面活性劑溶液注入注入井和/或生產(chǎn)井來添加用于處理的表面活性劑。根據(jù)本公開，可添加抗聚集劑以大體上阻止較小的水合物聚集成較大的水合物晶體，由此較小的水合物可泵送通過生產(chǎn)和/或輸送裝置內(nèi)表面。可涂覆到生產(chǎn)和/或輸送裝置內(nèi)表面的抗聚集劑分子的例子可包括溴化三丁基十六烷基鍵溴化三丁基十六烷基銨和其它烷基化的銨、鎮(zhèn)或锍化合物、兩性離子化合物如R (CH3) 2N+- (CH2) 4-S0331。有利地，本公開的實(shí)施方案可以最小化或甚至消除可形成于生產(chǎn)和/或輸送系統(tǒng)內(nèi)表面的水合物形成。此外，本公開的實(shí)施方案還可以使增加用來最小化或消除氣體水合物形成的化學(xué)品劑量的需要減少。示例性實(shí)施方案:在一個(gè)實(shí)施方案中，公開了一種用于生產(chǎn)和輸送原油的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:用于生產(chǎn)原油的井；用于處理原油的處理設(shè)施；和穿過井和處理設(shè)施之間至少一部分距離的管線，其中至少一部分管線在溫度低于20°C的大氣中穿行，其中管線包括在管線內(nèi)表面上的涂層，和其中原油包含表面活性劑添加劑。在一些實(shí)施方案中，大氣溫度低于15°C。在一些實(shí)施方案中，大氣溫度低于10°C。在一些實(shí)施方案中，涂層包含聚合物。在一些實(shí)施方案中，涂層包含硅氧烷和/或PTFE (聚四氟乙烯)。在一些實(shí)施方案中，表面活性劑包括陰離子表面活性劑。在一個(gè)實(shí)施方案中，公開了一種生產(chǎn)和輸送原油的方法,該方法包括:從井中提取原油；將原油置于管線中以輸送原油離井；用非金屬表面涂覆管線的至少一部分內(nèi)表面；在將原油置于管線中之前向原油中添加表面活性劑；其中至少一部分管線在環(huán)境溫度低于20°C的大氣中穿行。在一些實(shí)施方案中，大氣溫度低于15°C。在一些實(shí)施方案中，大氣溫度低于10°C。在一些實(shí)施方案中,涂層包含選自特氟隆和娃氧燒的材料。在一些實(shí)施方案中，管線包括第一材料，其中涂層包含第二材料，和其中第二材料的電導(dǎo)率比第一材料低。在一些實(shí)施方案中，具有涂層的管線中原油的粘合作用比沒有涂層的管線中原油的粘合作用低至少25%。在一些實(shí)施方案中，具有涂層和表面活性劑的管線中原油的接觸角比沒有涂層和沒有表面活性劑的管線中原油的接觸角大至少25%。在一個(gè)實(shí)施方案中，公開了一種不粘裝置，該裝置包括:包含第一材料的液體儲(chǔ)存或運(yùn)輸制品；在制品的內(nèi)表面上包含第二材料的涂層；制品內(nèi)包含表面活性劑添加劑的液體。在一些實(shí)施方案中，第一材料選自鋼、不銹鋼、鑄鐵、銅和塑料。在一些實(shí)施方案中，第二材料包括非金屬聚合漆或涂料。在一些實(shí)施方案中，制品包括管。在一些實(shí)施方案中，制品包括槽。在一些實(shí)施方案中，表面活性劑添加劑包含親水頭和疏水尾。本發(fā)明已就有限數(shù)量的實(shí)施方案進(jìn)行了描述，但得益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，可以設(shè)計(jì)不背離這里公開的本發(fā)明范圍的其它實(shí)施方案。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)只由所附的權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種用于生產(chǎn)和輸送原油的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括: 用于生產(chǎn)原油的井； 用于處理原油的處理設(shè)施；和 越過所述井和所述處理設(shè)施之間至少一部分距離的管線，其中至少一部分所述管線在溫度低于20°c的大氣中穿行，其中所述管線包括所述管線內(nèi)表面上的涂層，和其中原油包含表面活性劑添加劑。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中大氣溫度低于15°C。
3.權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)的系統(tǒng),其中大氣溫度低于10°C。
4.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述涂層包含聚合物。
5.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述涂層包含硅氧烷和/或PTFE(聚四氟乙烯)。
6.權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述表面活性劑包括陰離子表面活性劑。
7.一種生產(chǎn)和輸送原油的方法，該方法包括: 從井中提取原油； 將原油置于管線中以輸送原油離井； 用非金屬表面涂覆所述管線的至少一部分內(nèi)表面； 在將原油置于所述管線中之前向原油中添加表面活性劑； 其中至少一部分管線在環(huán)境溫度低于20°C的大氣中穿行。
8.權(quán)利要求7的方法,其中大氣溫度低于15°C。
9.權(quán)利要求7-8任一項(xiàng)的方法，其中大氣溫度低于10°C。
10.權(quán)利要求7-9任一項(xiàng)的方法，其中所述涂層包含選自特氟隆和硅氧烷的材料。
11.權(quán)利要求7-10任一項(xiàng)的方法，其中所述管線包含第一材料，其中所述涂層包含第二材料，和其中第二材料的電導(dǎo)率比第一材料低。
12.權(quán)利要求7-11任一項(xiàng)的方法，其中具有涂層的管線中原油的粘合作用比沒有涂層的管線中原油的粘合作用低至少25%。
13.權(quán)利要求7-12任一項(xiàng)的方法，其中具有涂層和表面活性劑的管線中原油的接觸角比沒有涂層和沒有表面活性劑的管線中原油的接觸角大至少25%。
14.一種不粘裝置，該裝置包括: 包含第一材料的液體儲(chǔ)存或運(yùn)輸制品； 在所述制品的內(nèi)表面上包含第二材料的涂層； 所述制品內(nèi)包含表面活性劑添加劑的液體。
15.權(quán)利要求14的裝置，其中第一材料選自鋼、不銹鋼、鑄鐵、銅和塑料。
16.權(quán)利要求14-15任一項(xiàng)的裝置，其中第二材料包括非金屬聚合漆或涂料。
17.權(quán)利要求14-16任一項(xiàng)的裝置，其中所述制品包括管。
18.權(quán)利要求14-16任一項(xiàng)的裝置，其中所述制品包括槽。
19.權(quán)利要求14-18任一項(xiàng)的裝置，其中所述表面活性劑添加劑包含親水頭和疏水尾。
全文摘要
一種用于生產(chǎn)和輸送原油的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于生產(chǎn)原油的井；用于處理原油的處理設(shè)施；和穿過井和處理設(shè)施之間至少一部分距離的管線，其中至少一部分管線在溫度低于20℃的大氣中穿行，其中管線包括在管線內(nèi)表面上的涂層，和其中原油包含表面活性劑添加劑。
文檔編號(hào)E21B37/06GK103189594SQ201180051716
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月26日
發(fā)明者G·巴特那賈, D·L·克羅斯比, G·J·哈頓, 霍中心 申請(qǐng)人:國際殼牌研究有限公司