一種防止水合物在油氣輸送管道內(nèi)堵塞管道的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種防止水合物在油氣輸送管道內(nèi)堵塞管道的方法，屬于油氣管道流體流動(dòng)安全保障技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在油氣輸送管道中，由于天然氣中含有一定量的水蒸氣，這些水蒸氣在溫度較低時(shí)會(huì)冷凝成水。在一定溫度和壓力條件下，氣與水會(huì)形成固態(tài)的氣體水合物，會(huì)凍堵天然氣井筒、井口、管線、閥門、流量計(jì)等天然氣流道。使天然氣采氣、集輸、儲(chǔ)運(yùn)等過程無法正常進(jìn)行。嚴(yán)重可引發(fā)安全事故。
[0003]2010年的墨西哥灣漏油事件發(fā)生后，在進(jìn)行鉆井底部設(shè)置水泥封口操作時(shí)，海底形成的甲烷水合物晶體突破數(shù)重安全屏障，沖出海面。形成的甲烷氣體在海面發(fā)生爆炸，從而導(dǎo)致一系列的爆炸產(chǎn)生，最終使得“深水地平線”沉沒。為此，BP公司因墨西哥灣漏油事件補(bǔ)罰200多億美元。
[0004]傳統(tǒng)解決水合物堵塞問題的方法主要有加熱法、加醇法、保濕法，但均有不同的缺陷。
[0005]加熱法:是指通過加熱升高天然氣流或氣液混合流體的溫度，解決天然氣流道凍堵問題。該法缺陷在于:要用加熱的方法提高流體溫度，需要消耗大量能源和天然氣，大幅增加天然氣生產(chǎn)的能耗、成本、固定投資、管理工作量，使天然氣生產(chǎn)工藝復(fù)雜化。
[0006]加醇法:是指向天然氣流道中加入凝固點(diǎn)很低的醇類物質(zhì)，利用醇類物質(zhì)防止水合物在流道內(nèi)生成和堵塞。其缺陷主要在于:要想防止水合物生成，加入的醇類物質(zhì)的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)達(dá)到百分之幾十以上，當(dāng)壓力為20MPa，溫度為0~25°C時(shí)，甲醇在水相中的濃度必須超過29wt%才能有效抑制天然氣水合物生成。高濃度的醇類物質(zhì)的加入雖然能抑制水合物的生成，但是一方面增加了投入醇類的成本。據(jù)估計(jì)，全世界每年注入甲醇用于預(yù)防水合物的費(fèi)用大約在5X 10s美元，在海上用于水下管道預(yù)防水合物生成的絕緣材料的費(fèi)用就高達(dá)62X 104美元/Km。另一方面也增加了后期回收的成本和造成對(duì)環(huán)境的污染等問題。
[0007]保溫法:利用保濕材料對(duì)井口、地面集輸、儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的管線、閥門、流量計(jì)等進(jìn)行保溫，減少氣液體混合流的熱損失。其缺陷在于:當(dāng)環(huán)境氣溫很低時(shí)，就算采取保溫措施也無法保證管道內(nèi)不生成水合物；另一方面對(duì)于整個(gè)集輸管線的某些特殊部位無法做到百分之百保溫，如海底集輸管線。
[0008]本發(fā)明的目的是提供一種操作方便、成本低廉的涂層方法，通過改變水合物顆粒與管道內(nèi)壁面之間的粘附作用，可有效防止因水合物顆粒在管道內(nèi)壁面因粘附聚集而產(chǎn)生管道堵塞行為。從而保證油氣的開采、集輸通暢。通過目前關(guān)于防水合物生成的部分研究現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，當(dāng)基底表面達(dá)到一定的疏水效果時(shí)，此表面同時(shí)也能減少水合物顆粒與此表面的粘附力。依著此思想，本發(fā)明的方法是通過一定的手段方法，在基底材料表面形成一層疏水合物表面結(jié)構(gòu)，以降低水合物顆粒與其表面的粘附力，從而即使在有水合物顆粒生成時(shí)也可減小顆粒與管道壁面的粘附力，減少水合物顆粒在內(nèi)壁面上的聚集，最終達(dá)到防止水合物堵塞的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種防止水合物在油氣輸送管道內(nèi)堵塞管道的方法，通過改變水合物顆粒與管道內(nèi)壁面之間的粘附作用，可有效防止因水合物顆粒在管道內(nèi)壁面因粘附聚集而產(chǎn)生管道堵塞行為
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種防止水合物在油氣輸送管道內(nèi)堵塞管道的方法，通過對(duì)油氣輸送管道內(nèi)壁進(jìn)行涂層處理，使內(nèi)壁表面形成一層疏水合物涂層，包括步驟:
第一步:以油氣輸送管道內(nèi)壁表面為基底，在此基底上利用表面微加工技術(shù)或微創(chuàng)法制作具有微創(chuàng)結(jié)構(gòu)的基底；
第二步:在具有微創(chuàng)結(jié)構(gòu)的基底表面上涂覆疏水合物涂層；
第三步:將涂覆有疏水合物涂層的微創(chuàng)基底進(jìn)行烘烤或風(fēng)干處理后，得到干燥潔凈的疏水合物表面。
[0010]進(jìn)一步地，所述油氣輸送管道內(nèi)壁表面包括易于形成水合物的油氣管道內(nèi)壁、與油氣接觸到油氣相的表面、油氣管道的閥門、轉(zhuǎn)接頭以及節(jié)流器內(nèi)表面。
[0011]進(jìn)一步地，所述表面微加工技術(shù)或微創(chuàng)法是通過其特征是通過酸洗液或堿洗液對(duì)基底表面進(jìn)行微加工的方法，即用不同配方和配比的酸洗液和堿洗液在一定溫度條件下對(duì)基底表面進(jìn)行預(yù)處理，使基底表面形成一層微創(chuàng)結(jié)構(gòu)，以有利于疏水合物涂層的涂覆。
[0012]進(jìn)一步地，所述的涂覆的方式包括刷涂、噴涂、浸涂。
[0013]進(jìn)一步地，所述的烘烤處理具體步驟具體包括:先將涂覆好的基底在室溫條件下干燥5min-10min，再轉(zhuǎn)移到50°C的烘箱內(nèi)干燥30_60min。
[0014]進(jìn)一步地，所述的疏水合物涂層主要由填料、固化劑、交聯(lián)劑、溶劑和催化劑以一定量的比例配比組成，具體為先將交聯(lián)劑與溶劑以一定比例混合攪拌，形成混合液，再在此混合液中加入一定量的填料、固化劑以及催化劑，再混合一定時(shí)間即可得到所需要疏水合物涂料。
[0015]進(jìn)一步地，所述的填料、固化劑、交聯(lián)劑、溶劑和催化劑的質(zhì)量比為:1~10:0.1-10:0.1-10:10:0.002，當(dāng)然，也可以為其他能形成穩(wěn)定的表面涂層結(jié)構(gòu)，并能夠達(dá)到超疏水和疏水合物的比例。
[0016]進(jìn)一步地，所述的填料為具有一定尺寸大小的納米級(jí)的碳酸|丐固體粉末；所述的固化劑為一定分子量的甲基硅油；所述交聯(lián)劑為能夠使多個(gè)線性分子相互鍵合交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物質(zhì)的甲基三丁酮肟基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷；所述溶劑為石油醚、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、正庚烷、正已烷、正戊烷中的一種或幾種以不同比例復(fù)配而成；所述的催化劑為DY系列催化劑，包括DY-12 (二月桂酸二丁基錫)、DY-5508 (聚氨酯催化劑)中的一種或幾種。
[0017]進(jìn)一步地，所述的甲基硅油為PDMS (聚二甲基硅氧烷)，或則其他能形成穩(wěn)定的固化結(jié)構(gòu)的相同類型的物質(zhì)。
[0018]所述方法是利用疏水合物涂層降低水合物顆粒與管道內(nèi)壁間粘附力，避免水合物顆粒在管道內(nèi)壁附著，從而防止水合物顆粒因聚集而堵塞管道。所述疏水合物涂層結(jié)構(gòu)為一層膜結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是一層疏水合物表面，該表面可增大水合物顆粒與管道內(nèi)壁面之間的接觸角，從而增大了水合物顆粒粘附在管道內(nèi)壁面時(shí)所需要的阻力，從而減小水合物顆粒與壁面之間的粘附力，進(jìn)一步減小了水合物顆粒之間的粘附力，最終可防止水合物顆粒因粘附而造成的管道堵塞。
[0019]相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的方法具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):
(1)比起傳統(tǒng)直接添加抑制劑或防聚劑到油氣流中而言，節(jié)約了試劑投入量、節(jié)約投資和后期回收費(fèi)用。通過一次性試劑混合料涂層，將所需試劑量涂層到管道內(nèi)壁，以固定方式附著在內(nèi)壁上，從而不像傳統(tǒng)添加抑制劑或防聚劑那樣，需要定期投入；同時(shí)也進(jìn)一步節(jié)約了后期回收費(fèi)用等，也大大提高了環(huán)境保護(hù)力度。
[0020](2)提高了油氣輸送設(shè)備的運(yùn)行效率。由于傳統(tǒng)加入抑制劑是水基量的百分之幾十以上，而抑制劑是和油氣一起混輸?shù)?，大大增加了油氣輸送設(shè)備的負(fù)荷；采用本發(fā)明方法后，可大大提高設(shè)備的工作效率。
【附圖說明】
[0021]圖1水在不同接觸角表面形核結(jié)晶示意圖(接觸角Θ1=30° )。
[0022]圖2水在不同接觸角表面形核結(jié)晶示意圖(接觸角Θ2=90° )。
[0023]圖3水在不同接觸角表面形核結(jié)晶示意圖(接觸角Θ3=150° )。
[0024]圖4水合物在油氣管道內(nèi)形成過程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的目的作進(jìn)一步詳細(xì)地描述，實(shí)施例不能在此一一贅述，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不因此限定于以下實(shí)施例。
[0026]一種防止水合物在油氣輸送管道內(nèi)堵塞管道的方法，通過對(duì)油氣輸送管道內(nèi)壁進(jìn)行涂層處理，使內(nèi)壁表面形成一層疏水合物涂層，包括步驟:
第一步:以油氣輸送管道內(nèi)壁表面為基底，在此基底上利用表面微加工技術(shù)或微創(chuàng)法制作具有微創(chuàng)結(jié)構(gòu)的基底；
第二步:在具有微創(chuàng)結(jié)構(gòu)的基底表面上涂覆疏水合物涂層；
第三步:將涂覆有疏水合物涂層的微創(chuàng)基底進(jìn)行烘烤或風(fēng)干處理后，得到干燥潔凈的疏水合物表面。
[0027]具體而言，所述油氣輸送管道內(nèi)壁表面包括易于形成水合物的油氣管道內(nèi)壁、與油氣接觸到油氣相的表面、油氣管道的閥門、轉(zhuǎn)接頭以及節(jié)流器內(nèi)表面。
[0028]具體而言，所述表面微加工技術(shù)或微創(chuàng)法是通過其特征是通過酸洗液或堿洗液對(duì)基底表面進(jìn)行微加工的方法，即用不同配方和配比的酸洗液和堿洗液在一定溫度條件下對(duì)基底表面進(jìn)行預(yù)處理，使基底表面形成一層微創(chuàng)結(jié)構(gòu)，以有利于疏水合物涂層的涂覆。
[0029]具體而言，所述的涂覆的方式包括刷涂、噴涂、浸涂。
[0030]具體而言，所述的烘烤處理具體步驟具體包括:先將涂覆好的基底在室溫條件下干燥5min-10min，再轉(zhuǎn)移到30_80°C的烘箱內(nèi)干燥30_180min。
[0031]具體而言，所述的疏水合物涂層主要由填料、固化劑、交聯(lián)劑、溶劑和催化劑以一定量的比例配比組成，具體為先將交聯(lián)劑與溶劑以一定比例混合攪拌，形成混合液，再在此混合液中加入一定量的填料、固化劑以及催化劑，再混合一定時(shí)間即可得到所需要疏水合物涂料。
[0032]具體而言，所述的填料、固化劑、交聯(lián)劑、溶劑和催化劑的質(zhì)量比為:1-10:0.1-10:0.1-10:10:0.002。
[0033]具體而言，所述的填料為具有一定尺寸大小的納米級(jí)的碳酸鈣固體粉末；所述的固化劑為一定分子量的甲基硅油；所述交聯(lián)劑為能夠使多個(gè)線性分子相互鍵合交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物質(zhì)的甲基三丁酮肟基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷；所述溶劑為石油醚、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、正庚烷、正已烷、正戊烷中的一種或幾種以不同比例復(fù)配而成；所述的催化劑為DY系列催化劑，包括DY-12 (二月桂酸二丁基錫)、DY-5508 (聚氨酯催化劑)中的一種或幾種。
[0034]具體而言，所述的甲基硅油為PDMS (聚二甲基硅氧烷)。
[0035]水合物在管道內(nèi)堵塞必需至少滿足以下條件:第一就是管道內(nèi)要有水合物生成，也就是要能夠形成水合物顆