Разработка и исследование нового поколения ингибиторов образования гидратов природного газа для обеспечения эффективной добычи и транспортировки углеводородов в условиях Арктики (заключительный)

Одной из главных проблем при добыче и транспортировке углеводородов в климатических условиях Арктики является образование газовых гидратов, которые могут вызвать частичную или полную блокировку потока в трубопроводе. Кроме того, наличие в транспортируемом флюиде таких агрессивных компонентов как диоксид углерода вызывает коррозию трубопровода и других контактных стальных элементов. Актуальной задачей для обеспечения стабильной и безопасной добычи и транспортировки нефти и газа в Арктическом регионе является разработка новых комплексных экологичных ингибиторов, которые могут одновременно предотвращать процессы гидратообразования и коррозии. Были получены следующие образцы ингибиторов: водорастворимые полиуретаны; фосфорилированный и сульфированный поливиниловый спирт, ряда производных природных соединений (на основе глюкозы, сахарозы, касторового масла, целлюлозы и хитозана); гликоли, модифицированные уксусной и масляной кислотами. Показано, что некоторые из синтезированных образцов проявляют поверхностно-активные свойства. Также по данным калориметрии растворения и спектроскопии комбинационного рассеивания они с одной стороны способны взаимодействовать с молекулами воды, а с другой нарушать ее структуру за счет разрыва водородных связей. Эти данные являются важными предпосылками для успешного применения полученных веществ в качестве ингибиторов гидратообразования. Эффективность ингибирования процессов образования и роста частиц гидратов при добавлении в водную фазу синтезированных соединений была протестирована для метана и модели природного газа при различной минерализации воды, а также для моделей водонефтяных эмульсий. Эксперименты проводились в статическом (пластовые условия) и динамическом режимах (трубопроводный транспорт) с использованием различных методов: реакторы высокого давления с перемешиванием и качающимися ячейками, дифференциально-сканирующая калориметрия и диэлектрическая спектроскопия. Эксперименты показали, что большая часть полученных веществ увеличивает время начала образования гидратов в изотермических условиях и снижает конверсию газа в гидратную форму. Реагенты хорошо работают как для чистого метана, так и для модели попутного газа, в дистиллированной и минерализованной воде различного состава. Наибольшей эффективностью обладают вещества, которые приводят к большему нарушению сетки водородных связей в воде. Результаты экспериментов в динамических условиях в реакторе высокого давления демонстрируют, что водорастворимые полиуретаны, а также производные сахарозы и глюкозы обладают анти-агломерационными свойствами. Величина переохлаждения, полученная с помощью реактора с качающимися ячейками, позволяет сделать вывод, что наиболее эффективными кинетическими ингибиторами из синтезированных образцов являются фосфорилированный полиуретан на основе подсолнечного масла, и сульфированный хитозан. Кроме того, обнаружено, что небольшая добавка сульфированной глюкозы и сахарозы, а так же сложных эфиров гликолей к растворам наиболее эффективных коммерческих ингибиторов гидратообразования позволяет существенно повысить их эффективность за счет синергетического эффекта. Эксперименты по образованию гидратов в статических условиях с использованием ДСК и диэлектрической спектроскопии показывают, что при добавлении большинства из синтезированных реагентов снижается температура образования гидратов (переохлаждение), а в случае реагентов на основе полиуретана, хитозана и поливинилового спирта также происходит уменьшение количества образующегося гидрата. Для части синтезированных реагентов были проведены тесты по ингибированию коррозии с использованием гравиметрических и электрохимических методов, а также микроскопии и профилометрии. Показано, что фосфорилированный полиуретан на основе подсолнечного масла и сульфированный хитозан являются хорошими ингибиторами коррозии. Они образуют защитную пленку на поверхности металла за счет адсорбции и защищают от воздействия агрессивных сред. Таким образом, были разработаны новые эффективные ингибиторы комплексного действия, которые увеличивают время образования гидратов и переохлаждение, снижают конверсию газа в гидратную форму, а также снижают скорость коррозии. Полученные реагенты-лидеры являются биодеградируемыми веществами и не оказывают негативного влияния на окружающую среду. Таким образом, использование разработанных ингибиторов позволит обеспечить безопасную для окружающей среды стабильную добычу и транспортировку углеводородного сырья на месторождениях Арктики, где существуют риски образования гидратов и коррозии трубопроводов.