專利名稱：輸油管道的在線熱化學(xué)脫蠟方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輸油管道的在線熱化學(xué)脫蠟方法。具體地說，本發(fā)明涉及大型輸油管道的在線熱化學(xué)脫蠟方法，這些輸油管道沒有或缺乏在脫蠟過程中排放正在生產(chǎn)的油的替代管道。本方法是在有溶劑存在的條件下借助氮?dú)獍l(fā)生系統(tǒng)(SGN，葡萄牙語為“SistemaGerador de Nitrogenio”)實(shí)現(xiàn)的，溶劑是生產(chǎn)或輸送的石油。在脫蠟過程中石油的生產(chǎn)不中斷。
根據(jù)海底管道中的輸送的石油的物理化學(xué)特性，會(huì)發(fā)生已知的石蠟沉積/結(jié)蠟現(xiàn)象，其結(jié)果是損失了負(fù)荷和提高了成本。石蠟沉積現(xiàn)象基本上包括有機(jī)物在整個(gè)管道中的逐漸和累積沉積。因此，當(dāng)受流動(dòng)條件和海底流動(dòng)方式的影響，所生產(chǎn)的油中石蠟含量高于3wt％時(shí)，具有高的石蠟沉積趨勢。
沉積與海底的低溫、油與整個(gè)海底管道之間的溫差、油和氣體的流量、剪切分散、重力分離和布朗運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)。石蠟晶體的產(chǎn)生與WAT(蠟表觀溫度)有關(guān)，WAT定義為“…在等壓條件下，油經(jīng)前述熱處理和控制冷卻速度時(shí)，在油中開始產(chǎn)生固相的最高溫度…”。
US 4755230提出使用產(chǎn)生熱和氮?dú)獾姆磻?yīng)使輸送烴的管道脫蠟，同時(shí)借助水包油乳化液和HCl作為產(chǎn)生氮?dú)夂蜔岬姆磻?yīng)的活化劑，該文獻(xiàn)在這里引入作為參考。該方法進(jìn)一步需要使用晶體改性劑以保持石蠟的濁點(diǎn)盡可能低，從而避免冷卻后在管道中再沉積。該方法的應(yīng)用還需要使管道的含蠟部分與管道的其余部分隔離。該方法的實(shí)施能產(chǎn)生這樣的位置-在管道內(nèi)石蠟沉積物被簡單地置換，而不能有效地排出。此外，處理溶液的泵送方向可能引起在管道的一端形成孔塞，以至于由于過壓發(fā)生管道故障。
本申請人的GB-B-2276218(全文并入本文作為參考)涉及借助氮?dú)獍l(fā)生系統(tǒng)/乳化液，使用乙酸作為延遲活化劑，使粗至4英寸(10.16cm)長至10km的管道脫蠟。產(chǎn)生氮?dú)夂蜔崃康柠}溶液在處理船上制備，每一種鹽溶液在單獨(dú)的容器中制備。
本申請人在1996年10月31日申請的美國專利申請?zhí)?8/742126(全文并入本文作為參考)，涉及長達(dá)50,000米內(nèi)徑達(dá)12英寸(30.48cm)的管道的脫蠟，使用了氮?dú)獍l(fā)生系統(tǒng)，其中產(chǎn)生氮?dú)夂蜔崃糠磻?yīng)的延遲活化劑為控制加氫降解(hydrodegradability)的聚己二酸酐。在USSN 08/42126所提出的方法中，氮鹽溶液是在生產(chǎn)平臺(tái)上的一個(gè)容器中制備的。加入NaOH并用有機(jī)溶劑乳化使含鹽溶液穩(wěn)定。延遲活化劑加入到流動(dòng)的氮鹽乳化液中。有機(jī)溶劑的例子有煤油。該方法要求清空或取代管道中的所有油。然后，從平臺(tái)上的鉆塔或通過輔助管道向管道中泵入處理流體；流體作用于石蠟沉積物使沉積物流化，作用時(shí)間是氮鹽之間進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)所需的時(shí)間。除去廢流體和乳化石蠟，重新開始生產(chǎn)。
因此，現(xiàn)有技術(shù)方法或者需要昂貴的船上服務(wù)，如GB-B-2276218，或者需要中斷油的生產(chǎn)，如USSN 08/42126，對(duì)過程的經(jīng)濟(jì)性來說，這是嚴(yán)重的缺點(diǎn)。進(jìn)一步說，這些方法對(duì)于缺乏在脫蠟過程中排放正在生產(chǎn)的油的替代管道的輸油管道是不適用的。
因此，在管道脫蠟領(lǐng)域中，需要一種使用氮?dú)獍l(fā)生系統(tǒng)的熱化學(xué)方法對(duì)大型輸油管道進(jìn)行脫蠟，其中能產(chǎn)生氮?dú)夂蜔崃康柠}溶液可以與生產(chǎn)油混合。這樣能避免中斷油的生產(chǎn)，不需石油餾分作為溶劑，是非常經(jīng)濟(jì)的。本發(fā)明方法滿足了這種需要。
從廣義上講，本發(fā)明涉及使用氮?dú)獍l(fā)生系統(tǒng)以在線方式從烴輸送管道中排出石蠟或蠟沉積物的方法，其中熱化學(xué)作用使石蠟沉積物與用作溶劑的石油以及由氮反應(yīng)試劑化學(xué)產(chǎn)生的熱量和氮?dú)獬浞纸佑|。
借助氮?dú)獍l(fā)生系統(tǒng)使輸油管道脫蠟熱化學(xué)方法包括以下步驟a)對(duì)在管道中流動(dòng)的油取樣，確定油的WAT(蠟表現(xiàn)溫度)，測定油在管道中沉積石蠟的趨勢，確定管道中石蠟物質(zhì)的位置；b)通過確定流化管道中存在的石蠟物質(zhì)所需的油量確定脫蠟工藝的范圍；c)經(jīng)管道連續(xù)泵入含有能產(chǎn)生熱量和氮?dú)獾柠}溶液、油和延遲活化劑的處理流體，其量足以在生產(chǎn)油時(shí)使管道脫蠟。
在步驟c)之前，通常進(jìn)行中試驗(yàn)以確定脫蠟所需的鹽溶液和活化劑的量。
在泵入結(jié)束后，在輸出端收集處理所產(chǎn)生的廢流體、富含石蠟的油和流體形式的廢水溶液。
在本發(fā)明中—本發(fā)明方法是使用氮?dú)獍l(fā)生系統(tǒng)SGN，使大型輸油管道脫蠟的熱化學(xué)方法—能產(chǎn)生氮?dú)夂蜔崃康柠}被混合，同時(shí)生產(chǎn)油，不必中斷生產(chǎn)。因此，本發(fā)明方法是一種在線脫蠟方法，這種應(yīng)用稱之為“SGN/在線”方法。氮鹽之間反應(yīng)的活化作用可以通過加入乙酸或先前乳化的乙酸來獲得的。
因此，本發(fā)明提供了一種使用氮?dú)獍l(fā)生系統(tǒng)對(duì)輸油管道進(jìn)行脫蠟的在線熱化學(xué)方法，其中，沉積在管道中石蠟的溶劑是正在生產(chǎn)或輸送的石油。
本發(fā)明還提供了一種大型輸油管道的在線熱化學(xué)脫蠟方法，進(jìn)行該方法時(shí)不需中斷石油的生產(chǎn)，也不需要加入石油餾分作為石蠟溶劑，大量節(jié)約了成本。附圖簡述

圖1繪出了溶劑/石蠟混合物的相圖，其中，石蠟溶劑可以是現(xiàn)有技術(shù)中的活化煤油，也可以是本發(fā)明的石油摻混物。我們之所以稱之為石油混合物，是因?yàn)樵诒景l(fā)明中用作石蠟溶劑的油是一種來自不同油井中的石油摻混物或物理混合物，例如來自三個(gè)或更多油井的石油摻混物。圖1表明，與使用煤油作為石蠟溶劑的情況相比，盡管石蠟在混合物中的熔點(diǎn)略低，石油摻混物作為石蠟溶劑的效率稍低，但是，使用所生產(chǎn)的石油作為溶劑仍然具有巨大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。本發(fā)明的公開在本發(fā)明的說明書和權(quán)利要求書中，脫蠟流體或處理流體是由氮鹽溶液獲得的流體，氮鹽溶液能產(chǎn)生氮?dú)夂蜔崃?，如亞硝酸鈉和氯化銨，或硫酸鈉和氯化銨，產(chǎn)生氮?dú)夂蜔崃康姆磻?yīng)是借助如乙酸的延遲活化劑激發(fā)的。
按照本發(fā)明的借助氮?dú)獍l(fā)生系統(tǒng)的熱化學(xué)方法結(jié)合了溶解、攪拌和熱量的作用，有效地流化沉積在輸油管道中的石蠟。正如前面所描述，本發(fā)明方法特別涉及在處理過程中不能影響生產(chǎn)的輸油管道。
本發(fā)明方法涉及大型地上、地下或海底輸油管道的脫蠟，這些管道經(jīng)常在降低的溫度下輸送石油或其餾分，如在低于10℃的溫度下。用于本發(fā)明的氮?dú)夂蜔崃渴窃谟醒舆t活化劑存在的條件下由氮鹽之間反應(yīng)產(chǎn)生的。例如，由亞硝酸鹽與銨離子之間的反應(yīng)產(chǎn)生氮?dú)夂蜔崃浚瑏喯跛猁}和銨離子存在于這些鹽的水溶液中。用于處理流體的溶劑是正在生產(chǎn)或輸送的石油本身。
產(chǎn)生氮?dú)夂蜔崃康乃芤喊╝)含有至少一個(gè)連接有至少一個(gè)氫原子上的氮原子的化合物，該化合物在酸溶液中能快速放熱氧化，從而產(chǎn)生熱量和氮?dú)猓约笆且后w的或能溶解的、對(duì)管道來說基本是惰性的副產(chǎn)物；b)能氧化化合物a)的至少一種氧化劑；和c)能將溶液pH維持在7.0-7.5的緩沖系統(tǒng)。
用于本發(fā)明的優(yōu)選a)和b)混合物包括氯化銨和亞硝酸鈉(“C+N溶液”)，以及硫酸銨和亞硝酸鈉(“C+S溶液”)。在一優(yōu)選實(shí)施例中，向鹽溶液中加入有機(jī)溶劑-在本發(fā)明方法中是正在生產(chǎn)的油。所使用的氮鹽水溶液中每一種鹽的摩爾濃度高到達(dá)4.5摩爾。
按照本發(fā)明，處理輸油管道的概念是基于石蠟沉積物的不可逆流化，流化是由于提高流體的溫度，流動(dòng)過程中內(nèi)部紊動(dòng)，以及石蠟沉積物進(jìn)入用作本方法溶劑的石油中同時(shí)作用的結(jié)果。
在本發(fā)明中，“流送管道”或“生產(chǎn)管道”是指將油從油井輸送到平臺(tái)的管道，而“輸油管道”是指將已在平臺(tái)分離中生產(chǎn)、處理、分離的油輸送到終端或儲(chǔ)罐的管道。輸油管道的直徑通常大于生產(chǎn)管道的直徑，例如輸油管道的直徑為8英寸(20.32cm)，而生產(chǎn)管道的直徑為4英寸(10.16cm)。
在本說明書中，用作溶劑的石油通常是從幾口油井—例如三口油井—中收集的石油的摻混物。摻混物在平臺(tái)分離器中分離出氣體和生成的水后通過輸油管道輸送。
此外，在本說明書中，“乳化在所產(chǎn)油中的氮鹽溶液”并不意味著有加入到氮鹽溶液中的乳化劑。實(shí)際上，氮?dú)猱a(chǎn)生了紊動(dòng)，自然乳化了石油中的能產(chǎn)生氮?dú)夂蜔崃康柠}溶液(不穩(wěn)定乳化液)。
用于本發(fā)明的熱化學(xué)方法中的處理流體主要含有氮鹽溶液，該鹽是氯化銨和亞硝酸鹽或硫酸銨和亞硝酸鈉，乳化在所產(chǎn)油的物流中，所產(chǎn)油從平臺(tái)的油氣分離器出口溫度被加熱。正如在GB-B-2276218和USSN 08/742126中所提到的，乳化在所產(chǎn)油物流中的氮鹽溶液濃度能優(yōu)化地產(chǎn)生脫蠟所需的氮?dú)夂蜔崃?，這些文獻(xiàn)在這里引入作為參考。對(duì)每種氮鹽，溶液通常具有高達(dá)4.5摩爾濃度。使用同一容器制備氮鹽溶液。這了保持溶液的穩(wěn)定，控制加入NaOH溶液，將pH保持在7.0-7.5。
進(jìn)一步說，本發(fā)明使用了延遲活化的概念，是基于氮鹽本身不能反應(yīng)產(chǎn)生所需量的氮?dú)夂蜔崃?，需要活化劑。然而，需要指出這種活化不是立即或瞬時(shí)的，因?yàn)橄鄳?yīng)于泵送所需量的處理流體的期間，要求在鹽之間有一段不反應(yīng)的期間。按照所需延遲的長度，延遲活化劑可以是濃乙酸(100％)，或已乳化的濃乙酸，例如，用乙酸、水和脂肪烴以及乳化劑或表面活性劑制備的油包水乳化液，脂肪烴的例子有戊烷、己烷或石油餾分，如柴油。
用于產(chǎn)生熱量和氮?dú)獾难舆t活化劑可以是USSN 08/742126中所提出的，即控制加氫降解(hydrodegradability)的聚己二酸酐，它以溶液的形式使用?？梢允褂贸Ｒ?guī)乙酸，正如GB-B-2276218中所述。也可以使用乳化的乙酸，正如US5,183,581中所述。
在本發(fā)明的一個(gè)方案中，以處理流體的總體積為基準(zhǔn)，反應(yīng)可以用濃度為0.15-0.50體積％的乙酸來活化。
在另一方案中，以處理流體的總體積為基準(zhǔn)，可以使用由乙酸/水/脂肪烴制備的油包水乳化液，其量為0.75-1.25體積％。
按照這一方案，活化劑是濃乙酸(100％)在水中的溶液，其中存在脂肪烴，形成了油包水的乳化液，其中存在表面活性劑。脂肪烴通常是C5-C7的直鏈烴，如正戊烷、正己烷或正庚烷，或石油餾分，如柴油?；罨瘎┑幕钚越M分是乙酸。乳化液的內(nèi)部相或水相由體積比為1∶1的水和乙酸組成。外部相或油相可以是如柴油。內(nèi)部相和外部相的相對(duì)量可以在很寬的范圍內(nèi)變動(dòng)，只要能保持外部相的必要穩(wěn)定即可。因此，外部相的下限是25體積份，剩余的75體積份是37.5份的水和37.5份的濃乙酸。外部相的上限是75體積份，剩余的25體積份是12.5份的水和12.5份的濃乙酸。作為活化劑，以體積為基準(zhǔn)，優(yōu)選量為20份水/20乙酸/60柴油，再加上表面活性劑。
所用活化劑乳化液的量是活性組分—即乳化液中的乙酸—量的函數(shù)。例如，如果活化乳化液含有較少量的乙酸，為了實(shí)現(xiàn)給定的活化必須使用較大體積量的乳化液。因此，相對(duì)于處理流體總體積，如使用1體積％的20份水/20乙酸/60柴油乳化液，相當(dāng)于0.2％的活性物質(zhì)，延遲氮鹽之間的反應(yīng)18分鐘(參看下表4)。
如果活化乳化液中活性物質(zhì)的量較少，必須向處理流體中加入較大體積量的活化劑，通過提高乳化液的穩(wěn)定性得到了較長的延遲時(shí)間(參看下表4中的04)。
可以向烴包乙酸水溶液的油包水乳化液中加入親油性表面活性劑。在可用于本發(fā)明的親油性表面活性劑中，可以使用以脂肪酸為基礎(chǔ)的表面活性劑，如容易購得的脫水山梨醇酯。
以活化劑乳化液總體積為基礎(chǔ)，用作延遲活化劑乳化液中乳化劑的表面活性劑的體積量為0.5-1.5％。
所用處理流體的量通常是以第一次數(shù)值模擬為基礎(chǔ)確定的，第一次數(shù)值模擬考慮了要除去石蠟的含量和特性。這一模擬產(chǎn)生了油在管道中流量的熱對(duì)數(shù)(thermal log of the flow)。熱對(duì)數(shù)評(píng)估了結(jié)蠟現(xiàn)象的嚴(yán)重性。
第二次數(shù)值模擬考慮了脫蠟過程中流體的熱動(dòng)力行為。
導(dǎo)致了本發(fā)明的研究的第一步是確定組成氮?dú)獍l(fā)生系統(tǒng)(SGN)的反應(yīng)物的飽和溶液的熱和動(dòng)力學(xué)化學(xué)行為，例如，有先加熱到接近平臺(tái)油氣分離器出口溫度的油存在的條件下，氯化銨和亞硝酸鈉溶液(C+N溶液)。這一方案導(dǎo)致了氮鹽之間反應(yīng)的較長延遲，所用的延遲活化劑是乳化在水/柴油中的乙酸，其中存在親油性表面活性劑。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)用硫酸銨氯化銨是有利的，對(duì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)沒有害處，硫酸鹽容易購得。
一般說來，本發(fā)明的大型輸油管道在線脫蠟方法包括以下步驟-對(duì)正在生產(chǎn)的油取樣，借助DSC(示差掃描量熱法)確定WAT(蠟表現(xiàn)溫度)，然后進(jìn)行數(shù)值模擬，以確定結(jié)蠟現(xiàn)象和其在管道中的位置；-測定所生產(chǎn)石油作為石蠟溶劑的能力，以確定流化石蠟所需的油/蠟最佳比率；-借助數(shù)值模擬，，以在結(jié)蠟現(xiàn)象中的流體熱動(dòng)力學(xué)行為為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)脫蠟處理；-根據(jù)能產(chǎn)生熱量和氮?dú)獾柠}溶液在平臺(tái)實(shí)驗(yàn)室中測定反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；-從平臺(tái)上按前面確定的量泵送a)由如C+N或S+N組成的處理流體，b)來自分離器的油，和c)延遲活化劑；將富蠟油和廢流體接受到終點(diǎn)站或儲(chǔ)罐中。
殘余的氮?dú)忉尫诺酱髿庵?，同時(shí)來自水溶液的水也排放掉。
根據(jù)WAT(蠟表觀溫度)與石蠟沉積現(xiàn)象之間的關(guān)系，本研究中需要確定WAT，因?yàn)樵谶@一溫度以下將發(fā)生石蠟沉積現(xiàn)象。舉例說，來自不同油井中的油以及這些油的摻混物—在平臺(tái)分離器中分離掉氣體后被輸出到終點(diǎn)站—的WAT以運(yùn)動(dòng)粘度為依據(jù)來確定。下表1列出了這些數(shù)據(jù)。
表1
表中還說明了管道中油的溫度升高，油的運(yùn)動(dòng)粘度下降。
考慮到不同油井中結(jié)蠟趨勢，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，因?yàn)閺挠途?到平臺(tái)的輸油管道不是很長，在盡管WAT低，但沒有結(jié)蠟。但是，從油井2和3輸送油的輸油管道從第2千米在軟管上具有強(qiáng)的結(jié)蠟趨。這些井的海底流動(dòng)方式意味著油將被冷卻到低于其相應(yīng)WAT。油在第一分離器中處理后，所得到的摻混物的WAT稍微升高(15.1℃)，用直徑為8英寸(20.3cm)長為21千米的管道輸送到整體浮標(biāo)時(shí)，負(fù)荷逐漸損失，其流量由2400立方米/天，下降到2000立方米/天。為原始設(shè)計(jì)能力的80％，或者說損失了20％。
同時(shí)，還損失了分離器的熱效率，以至于油的出口溫度由75℃下降到55℃。其結(jié)果是，油變得更粘，油的流動(dòng)性能進(jìn)一步下降，例如，降低到1700立方米/天，即原始日流量的70％。因此，作為出口溫度和油流量的下降的結(jié)果，可以預(yù)見相應(yīng)于WAT的溫度。因此，可以預(yù)見管道中的結(jié)蠟會(huì)增加，主要在靠近平臺(tái)的部分。
在研究中，油井1、2和3中的油的化學(xué)特性已表明，石蠟含量為3-5重量％，瀝青質(zhì)含量為0.6-2.1重量％，當(dāng)經(jīng)受該流動(dòng)條件和海底流動(dòng)方式特征時(shí)，具有高的有機(jī)物沉積趨勢。
表2列出了油井1、2和3中的油的物理化學(xué)特征。
表2
然后，需要確定通過管道輸送的石油摻混物或物理混合物是否可以用作本發(fā)明方法—SGN/在線—的石蠟溶劑?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)石蠟與油摻混物混合時(shí)，熔點(diǎn)下降，其方式與石蠟與煤油—如活化煤油—混合時(shí)所觀察到的方式相同。這一點(diǎn)說明在下表3中。表3中的結(jié)果示于圖1中。
在該表中，當(dāng)石蠟與作為溶劑的石油摻混物或煤油混合時(shí)，測定了石蠟(通常是C21H44)的熔點(diǎn)。當(dāng)溶劑/石蠟比率為零時(shí)，熔點(diǎn)是純石蠟熔點(diǎn)。為了測定溶劑存在時(shí)的石蠟熔點(diǎn)，石蠟被熔化并在適當(dāng)?shù)娜軇?石蠟重量比下混合。然后冷卻混合物，直到石蠟固化。然后，通過緩慢加熱直到石蠟熔化來測定石蠟的熔點(diǎn)。在各種溶劑/石蠟重量比率下進(jìn)行測定。當(dāng)石油摻混物用作溶劑時(shí)，如果海下深水中的正常溫度(10-15℃)高于石蠟熔點(diǎn)，為流化石蠟需要至少3∶1的溶劑/石蠟比率。當(dāng)溶劑相對(duì)較少時(shí)，正常的海底溫度不能有效地熔化石蠟。當(dāng)使用煤油作為溶劑時(shí)，為使石蠟熔點(diǎn)低于正常的海溫度，所需的溶劑/石蠟比率至少為3∶2。然而，為使用煤油作為溶劑，需要離線操作。使用正在通過管道輸送的石油作為石蠟溶劑，確保了本發(fā)明的脫蠟方法在線進(jìn)行。不需要中斷油的流動(dòng)，是有利的。
這還意味著石油—某油田的不同生產(chǎn)油井中的石油摻混物—能容易地用作本發(fā)明中熱化學(xué)方法的有機(jī)溶劑。進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是油以接近75℃的溫度離開管道，表明在本方法中使用了附加的熱能。。
表3
下表4說明了分散在本發(fā)明方法中作為石蠟溶劑的石油摻混物中的氮?dú)獍l(fā)生系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，如果混合物保持在近似絕熱條件下，并用0.2％乙酸活化，C+N溶液的量從10體積％提高到30體積％，促使了最大溫度從79℃升高到100℃。
表4
1濃乙酸(100％)2乙酸/水/柴油20/20/60乳化液3S+N溶液(4.5摩爾)表4的數(shù)據(jù)說明，使用20體積％的C+N溶液與石油摻混物的混合物，在13分鐘的期間內(nèi)獲得了不超過91℃的溫度，其反應(yīng)產(chǎn)率在90％以內(nèi)，這一數(shù)值對(duì)于油田操作是完全能接受的。
另外，制備由親油表面活性劑穩(wěn)定的柴油包乙酸乳化液，并用作有效的延遲活化劑。這一乳化液引起稍微較長延遲(與乙酸活化劑相比)以激發(fā)產(chǎn)生熱量和氮?dú)獾姆磻?yīng)，這對(duì)滿足管道的流量和壓力要求是有用的。例如，濃度為0.75體積％的乙酸乳化液時(shí)，提供開始反應(yīng)的延遲是25分鐘，濃度為1.0體積％時(shí)，延遲為18分鐘，N2產(chǎn)率為88摩爾％。所以使用乙酸作為延遲活化劑，不管是稀釋的還是乳化的，都能滿足本發(fā)明的要求。
表4中的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)還說明，硫酸銨的性能與氯化銨的性能非常類似，所以可用它代替氯化銨。硫酸銨是一種非常便宜的鹽。它在進(jìn)行輸油管道測試的區(qū)域生產(chǎn)。
因此，以前面測定的WAT數(shù)據(jù)、所輸送油的化學(xué)特征、石油/石蠟混合物的相圖、產(chǎn)生氮?dú)夂蜔崃康幕瘜W(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，技術(shù)人員可以對(duì)任何給定的輸油管道進(jìn)行脫蠟操作的設(shè)計(jì)，在本實(shí)驗(yàn)中，是在Campos Basin,Rio de Janeiro,Brazil的平臺(tái)上。
輸油管道的脫蠟操作設(shè)計(jì)步驟中，研究所在地的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和海底流動(dòng)方式按表5進(jìn)行估計(jì)。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，在研究區(qū)域，生產(chǎn)的嚴(yán)重下降與油井2和3的生產(chǎn)管道和輸油管道中的蠟沉積密切相關(guān)，還注意到，由于分離器出口油溫的不必要下降，加重了石蠟沉積現(xiàn)象。
表5
假設(shè)管道中油的加熱可能防止管道中石蠟的沉積。然而，考慮到延長管道的長度—21,000米—這是不可行的。另一方面，在不同起始溫度下的油流量數(shù)值模擬表明結(jié)蠟現(xiàn)象的開始。如果進(jìn)行，如加熱這樣的單一動(dòng)作可能是將原始結(jié)蠟現(xiàn)象的原始位置向整體浮子方向移動(dòng)。
涉及從平臺(tái)向整體浮子輸送油步驟的初步熱量衡算可以估計(jì)油的熱損失，相當(dāng)于一標(biāo)稱體積管道為16×106千卡。
基于管道中油體熱損失的上述數(shù)據(jù)，再加上促使存在于管道中的石蠟沉積物流化的最小剩余熱，獲得了按SGN/在線模式的假定處理流體體積。這一體積為136m3標(biāo)準(zhǔn)C+N溶液，它可以產(chǎn)生40×106千卡的熱量。所得到的熱量能引起管道內(nèi)溫度上升93℃，與油的溶解作用和氮?dú)獾臋C(jī)械流化作用一起，足以促使石蠟沉積物的不可逆流化。
在輸油和輸油管道處理中的熱量衡算如下。
A)在輸油中的熱量損失熱量=680m3×0.878kg/l×0.66 kcal/kg℃×(75-14℃)=熱量損失=24,036,000 kCALB)在管道處理中產(chǎn)生的熱量熱量-136m3*×4.5mol/L×75 Kcal/L×0.88摩爾/摩爾=產(chǎn)生熱量=40,392,000 KcalC)處理中的平均溫度**40,932,000-24,036,000=680×0.80×0.878×0.66×(Teq-75)+680×0.20×1.0(Teq-25)=93℃*考慮按SGN/在線模式處理管道的特征，確定C+N溶液的體積(136m3)?？紤]到這一體積能滿足鉆塔的操作和儲(chǔ)存能力以及要處理管道部分的熱量需求。
**其目的是簡化處理流體溫度平均值的計(jì)算以及操作的安全性，保守地假設(shè)在SGN/在線模式處理中，熱量損失大致相當(dāng)于在輸油中觀察的熱量損失。為計(jì)算進(jìn)行脫蠟處理的整個(gè)部分的實(shí)際溫度，可以進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)值模擬。
按本發(fā)明的優(yōu)選模式，在輸油管道的脫蠟處理包括，在前述的油流量下降后，制備然后向輸送油流中泵送C+N或S+N鹽水溶液。這一下降具有與SGN進(jìn)入流量相同的數(shù)量級(jí)。泵送C+N或S+N溶液可以用三缸正位移泵來進(jìn)行，其流量為每分鐘1.75桶(278.25升/分鐘)。使用增量泵來對(duì)乙酸乳化液活化劑的在線投料，優(yōu)選為油/C+N或S+N溶液混合物，為0.5-1.5加侖/分鐘(1.89-5.68升/分鐘)。按照這一模式，總泵送時(shí)間為約9.5小時(shí)。在本發(fā)明方法的脫處理操作中，不需要最終替換流體或延遲氮鹽之間的化學(xué)反應(yīng)的完成。
操作細(xì)節(jié)如下。操作模式連續(xù)，并流操作的管理 油的起始流量下降到80％泵送方向鉆塔-管道-海底整體浮子-整體浮子-儲(chǔ)罐處理流體的最終位置 升井-整體浮子(21000米)處理流體C+N溶液/油+酸乳化液活化在線，中等延遲(20-40分鐘)用于本發(fā)明方法的處理流體和酸乳化液可以用常規(guī)方法制備。必須特別小心控制鹽溶液的最終pH和活化酸乳化液的穩(wěn)定性。按照本發(fā)明，優(yōu)選在半絕熱條件下進(jìn)行中試。對(duì)于這一試驗(yàn)，所準(zhǔn)備的流體和油樣品應(yīng)當(dāng)保持在分離器出口溫度。
此外，應(yīng)當(dāng)注意，在脫蠟處理過程中得到的流體溫度應(yīng)當(dāng)在線取樣，以保證脫蠟處理在控制下進(jìn)行。當(dāng)其達(dá)到儲(chǔ)罐時(shí)廢流體的取樣也應(yīng)小心進(jìn)行。
一旦儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐中，石油摻混物的蠟含量不再成為問題，因?yàn)榭臻g足夠大。即使在船面上發(fā)現(xiàn)了石蠟沉積，也能容易地用機(jī)械方法除去。
脫蠟處理的典型特征如下。處理體積 680m3(相當(dāng)于正常體積的100％)級(jí)數(shù)* 01有機(jī)溶劑 石油摻混物(井1、2和3)溶劑百分比80體積％(544m3)鹽溶液C+N溶液，4.5摩爾(或S+N溶液)溶液百分比20體積％(136m3)有效濃度 0.9摩爾反應(yīng)活化劑 乙酸乳化液@20％活化劑量 1體積％，C+N溶液的體積為基礎(chǔ)處理流體流量 每分鐘7.50桶(1192.5升/分鐘)石油流量 每分鐘6.0桶(954升/分鐘)C+N溶液流量每分鐘1.5桶(238.5升/分鐘)活化劑流量 每分鐘0.63克泵送周期 9.5小時(shí)停車時(shí)間 零最高溫度 98℃@絕熱；93℃(@計(jì)算)最高壓力 690psi(@數(shù)值模擬)應(yīng)當(dāng)注意，泵送周期是注入到輸油管道的處理流體的函數(shù)。這一體積是管道中結(jié)蠟狀況的函數(shù)。在泵送開始時(shí)，流動(dòng)性低，然后，石蠟物質(zhì)溶入石油中更容易，所以，在平均泵送周期內(nèi)，相當(dāng)于流過管道的流體的體積。
與現(xiàn)有方法相比，作為本發(fā)明脫蠟方法的其它優(yōu)點(diǎn)，不需中斷管道中的生產(chǎn)。這是因?yàn)槊撓炏到y(tǒng)瞬時(shí)進(jìn)行-沒有脫蠟系統(tǒng)開始處理的等待期。這一性能在已有文獻(xiàn)中求未知的，是意外的。
按照本發(fā)明，處理流體的組成和制備如下。
C+N溶液(136m3)—假定Ⅰ工業(yè)水 88.5m3氯化銨 32.8噸(32800kg)亞硝酸鈉 42.2噸(42200kg)氫氧化鈉 150kg(至pH為7.0)S+N溶液(136m3)—假定Ⅱ工業(yè)水 272升100％乙酸272升柴油 816升表面活性劑 13.6升SGN/在線(680m3)C+N溶液(或S+N溶液)136m3石油 544m3乙酸乳化液136m3石油摻混物作為巴西Rio de Janeiro州Campos Basin平臺(tái)輸油管道化學(xué)脫蠟方法中溶劑的性能證明SGN/在線方法在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上是可行的。在線使用80/20(體積/體積)石油/C+N溶液的混合物所進(jìn)行的數(shù)值模擬以及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)強(qiáng)調(diào)了從21,000千米管道的前半部分完全排出有機(jī)沉積物的可能性。
應(yīng)當(dāng)指出，鹽溶液可以基于氯化銨(C+N溶液)或硫酸銨(S+N溶液)或甚至其混合物來制備，只要保證鹽之間的摩爾比即可。
因此，本發(fā)明的從輸油管道熱化學(xué)脫蠟方法能以非常經(jīng)濟(jì)的方法從這些管道中排出石蠟沉積物，因?yàn)椴槐刂袛嗌a(chǎn)。此外，從生產(chǎn)油時(shí)的熱量是本發(fā)明的一部分這一觀點(diǎn)看，大節(jié)約了能量。
通過按說明書和本申請權(quán)利要求書中描述的操作條件使用本發(fā)明方法，可以預(yù)見，在研究條件下能提高輸油管道的流量，從每天1700立方米提高到24000立方米。這是在低成本下實(shí)現(xiàn)的，在脫蠟處理中幾乎沒有生產(chǎn)損失。
權(quán)利要求
1．一種輸油管道的在線熱化學(xué)脫蠟方法，包括a)對(duì)在管道中流動(dòng)的油取樣，確定油的WAT(蠟表觀溫度)，估計(jì)油在管道中沉積石蠟的趨勢，確定管道中石蠟物質(zhì)的位置；b)通過確定流化管道中存在的石蠟物質(zhì)所需的油量確定脫蠟工藝的范圍；c)經(jīng)管道連續(xù)泵入含有能產(chǎn)生熱量和氮?dú)獾柠}溶液、油和延遲活化劑的處理流體，其量足以在生產(chǎn)油時(shí)使管道脫蠟。
2．權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括在終點(diǎn)站收集廢處理流體和富蠟油。
3．權(quán)利要求1或2方法，其中進(jìn)行脫蠟所需鹽溶液和活化劑的量是通過中試脫蠟試驗(yàn)確定的。
4．前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其中油來自生產(chǎn)油井和來自產(chǎn)品平臺(tái)分離器。
5．前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其中步驟b)是通過確定流化石蠟物質(zhì)所需的油與石蠟物質(zhì)重量比率來進(jìn)行的。
6．權(quán)利要求1的方法，其中用于處理流體的油是在同時(shí)生產(chǎn)的石油。
7．前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其中產(chǎn)生氮?dú)夂蜔崃康娜芤汉械饶柫康牧蛩徜@和亞硝酸鈉，其濃度高達(dá)4.5摩爾。
8．權(quán)利要求1-6中任何一項(xiàng)的方法，其中產(chǎn)生氮?dú)夂蜔崃康娜芤汉械饶柫康穆然@和亞硝酸鈉，其濃度高達(dá)4.5摩爾。
9．權(quán)利要求7或8的方法，其中延遲化劑是濃乙酸，以處理流體的總體積為基準(zhǔn)，其用量為0.15-0.50體積％。
10．權(quán)利要求9的方法，其中，以處理流體的總體積為基準(zhǔn)，延遲活化劑的量為0.2體積％。
11．權(quán)利要求7或8的方法，其中延遲化劑是含有濃乙酸和水的油包水乳化液，包在脂肪烴和表面活性劑中。
12．權(quán)利要求11的方法，其中表面活性劑是親油性表面活性劑。
13．權(quán)利要求12的方法，其中親油性表面活性劑是山梨醇酯，以活化劑的總體積為基準(zhǔn)，用量為0.5-1.5體積％。
14．權(quán)利要求11-13中任何一項(xiàng)的方法，其中乳化液含有等體積的水和乙酸。
15．權(quán)利要求9-14中任何一項(xiàng)的方法，其中脂肪烴是C5-C7的烴。
16．權(quán)利要求9-14中任何一項(xiàng)的方法，其中脂肪烴是石油餾分。
17．權(quán)利要求11-14中任何一項(xiàng)的方法，其中油包水乳化液含有體積比為12.5/12.5/75至37.5/37.5/25的乙酸/水/柴油。
18．權(quán)利要求17的方法，其中油包水乳化液中乙酸/水/柴油體積比為20/20/60。
全文摘要
一種借助氮?dú)獍l(fā)生系統(tǒng)進(jìn)行輸油管道在線熱化學(xué)脫蠟的方法，其中所用的處理流體含有a)用于產(chǎn)生氮?dú)夂蜔崃康挠扇榛宜峄罨牡}溶液，b)溶劑，它是正在生產(chǎn)的石油。脫蠟?zāi)茉谏a(chǎn)石油的同時(shí)有效地進(jìn)行，大大節(jié)約了成本和能量。
文檔編號(hào)E21B37/06GK1238023SQ9719985
公開日1999年12月8日 申請日期1997年10月1日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月21日
發(fā)明者C·N·克哈利爾, L·C·弗瑞拉萊特, N·德奧利維拉羅查 申請人:巴西石油公司