Інгібітор відкладення мінеральних солей з високими бактерицидними властивостями

Реферат: Інгібітор відкладення мінеральних солей з високими бактерицидними властивостями містить водний розчин динатрієвої або дикалієвої солі оксіетилідендифосфонату цинку. У розчин динатрієвої або дикалієвої солі оксіетилідендифосфонату цинку вводять оксіетилідендифосфонову та нітрилотриметилфосфонову кислоти і алкілбензилдиметиламонію хлорид. UA 120431 U (12) UA 120431 U UA 120431 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до інгібіторів відкладення мінеральних солей з високими бактерицидними властивостями і може бути використана у нафтогазовидобувній, нафтогазопереробній та інших галузях промисловості. При бурінні свердловин, видобутку і підготовці нафти дуже негативним фактором, що суттєво ускладнює, як буріння так і видобуток, є утворення мінеральних солей присутність бактерій різного метаболізму. Найбільше утворення і відкладення солей, так само як і бактерій, спостерігається в обводнених свердловинах. Переважно, у відкладеннях мінеральних солей виділяються дві групи відкладень: карбонатні і сульфатні. Найпоширенішим видом відкладень неорганічних солей є осади, що в основному містять 60-80 % сульфату кальцію (CaSO4) і 5-16 % карбонатів кальцію і магнію (СаСО3 і MgCO3). При певних умовах, кожна молекула сульфату кальцію зв'язує дві молекули води, в результаті чого утворюються кристали гіпсу (CaSO4×2Н2О). залежно від катіонно-аніонного складу води, у відкладеннях можуть бути присутніми сульфати магнію (MgSO4) та барію (BaSO4). Мінеральні солі, що вказані вище, не розчиняються у воді і утворюють тверді і дуже міцні відкладення, як у привибійній зоні пластів, так і на поверхнях нафтовидобувного обладнання свердловин і наземних комунікацій систем збору та транспортування нафти, чим суттєво ускладнюють процеси видобутку нафти, призводять до виходу з ладу дорого устаткування, проведення трудомістких ремонтних робіт, а в підсумку - до значного недобору і втрат нафти. Основні ускладнення: - передчасний вихід з ладу глибинних та центробіжних насосів, газліфтних клапанів, теплообмінного обладнання і т.д.; - закупорювання і пориви промислових комунікацій; - різке зниження продуктивності нафтовидобувних і прийомистості нагнітальних свердловин у результаті утворення мінеральних відкладень і продуктів життєдіяльності бактерій, присутніх у системі. Незважаючи на різноманітність методів боротьби з відкладеннями мінеральних солей, що використовуються при видобутку нафти і газу, найбільш перспективним і економічно вигідним є метод застосування спеціальних хімічних реагентів - інгібіторів відкладення мінеральних солей. Сучасні інгібітори відкладення мінеральних солей, що застосовуються промислово, в основному, представлені сполуками фосфору. Широко відомим інгібітором відкладення мінеральних солей, що взятий за аналог, є оксіетилідендифосфонова кислота (ОЕДФК), яку застосовують як інгібітор відкладення мінеральних солей в системах гарячого водопостачання з відкритим водозабором, у водооборотних системах охолодження промислових підприємств і теплових електростанцій, а також у замкнутих системах теплопостачання (ТУ 2439-363-05763441-2002 "Оксиэтилидендифосфоновая кислота"). До недоліків ОЕДФК слід віднести: - невисоку інгібітуючу дію відносно карбонатних та сульфатних відкладень в системах видобутку нафти і газового конденсату; - корозійну агресивність відносно металевого нафтовидобувного обладнання свердловин, наземних комунікацій та систем збору і транспорту нафти; - сильну подразнюючу дію на слизові оболонки і шкіру людини, а також тератогенну і ембріотоксичну дію; - відсутність бактерицидних властивостей. Найбільш близьким до корисної моделі, що заявляється, є інгібітор відкладення мінеральних солей, що отримують по способу, описаному в патенті РФ № 2305102 від 06.03.2006. Інгібітор являє собою 15-23 %-й водний розчин динатрієвої або дикалієвої солі оксіетилідендифосфонату цинку, процес отримання якого здійснюють шляхом взаємодії 2060 %-го розчину ОЕДФК з розчином цинкату натрію (калію) при температурі 60-80 °C. Недоліками прототипу є: - низька інгібітуюча дію відносно мінеральних відкладень при дозах, менших 50 ррm; - відсутність бактерицидних властивостей; - обмежена можливість застосування як інгібітору відкладень мінеральних солей в нафтовій промисловості внаслідок поганої сумісності з високомінералізованими пластовими водами і рідинами для глушіння. У основу корисної моделі поставлена задача розробити хімічний реагент - інгібітор відкладення мінеральних солей з високими бактерицидними властивостями, який буде ефективно захищати технологічне обладнання нафтогазової та інших галузей промисловості від 1 UA 120431 U 5 10 15 20 25 30 35 40 утворення в ньому відкладень мінеральних солей і проявляти високу бактерицидну дію відносно бактерій різного метаболізму. Поставлена задача вирішується тим, що як інгібітор відкладення мінеральних солей з високими бактерицидними властивостями, що містить водний розчин динатрієвої або дикалієвої солі оксіетилідендифосфонату цинку, згідно з корисною моделлю досягнення ефективного захисту технологічного обладнання нафтогазової та інших галузей промисловості від утворення в ньому відкладень мінеральних солей та високої бактерицидної дії відносно бактерій різного метаболізму, у розчин динатрієвої або дикалієвої солі оксіетилідендифосфонату цинку вводять оксіетилідендифосфонову та нітрилотриметилфосфонову кислоти і алкілбензилдиметиламонію хлорид, у співвідношенні (% мас.): динатрієва або дикалієва сіль оксіетилідендифосфонату цинку 1-2 оксіетилідендифосфонова кислота 20-23 нітрилотриметилфосфонова кислота 20-23 алкілбензилдиметиламонію хлорид 2-6 вода решта. Динатрієву або дикалієву сіль оксіетилідендифосфонату цинку, отримують взаємодією водних розчинів ОЕДФК та цинкату натрію (калію) при температурі 60-80 °C. Оксіетилідендифосфонова та нітрилотриметилфосфонова кислоти, а також алкілбензилдиметиламонію хлорид є великотоннажними товарними продуктами нафтохімії, що виробляються і реалізуються підприємствами основного органічного та нафтохімічного синтезу. Приклади конкретного виконання Інгібітор по прототипу. У хімічний реактор, оснащений механічною мішалкою і зворотнім холодильником, завантажують їдкий натр (калій) з концентрацією 40-45 %, після чого додають воду і доводять концентрацію лугу до 5-20 %. Температуру у реакторі піднімають до 50-75 °C і невеликими порціями, при перемішуванні завантажують розрахункову кількість оксиду цинку, дотримуючись мольного співвідношення NaOH (KОН): ZnO=2:1. Масу перемішують до повного розчинення оксиду цинку. В окремій склянці готують 20-60 % водний розчин ОЕДФК, який поступово додають до розчину цинкату натрію (калію) в реакторі, підтримуючи при цьому температуру не вище 60-80 °C. Реакційну масу перемішують протягом 2 годин, після чого охолоджують до кімнатної температури. Отриманий водний розчин динатрієвої або дикалієвої солі оксіетилідендифосфонату цинку використовували при проведенні випробувань інгібітуючої дії по відношенню до карбонатних та сульфатних відкладень у якості прототипу, а також при приготуванні зразків інгібітору відкладення мінеральних солей з високими бактерицидними властивостями. Зразок № 1. Зразок № 1 інгібітору відкладення мінеральних солей з високими бактерицидними властивостями, що заявляється, отримували поступовим добавлянням у водний розчин динатрієвої або дикалієвої солі оксіетилідендифосфонату цинку при перемішуванні водних розчинів оскиетиліденфосфонової та нітрилотриметилфосфонової кислот, а також алкілбензилдиметиламонію хлориду таким чином, щоб співвідношення компонентів у зразку інгібітору № 1 складало (мас. %): динатрієва або дикалієва сіль оксіетилідендифосфонату цинку 2 оксіетиліденфосфонова кислота 20 нітрилотриметилфосфонова кислота 23 алкілбензилдиметиламонію хлорид 4 вода решта. Зразок № 2. Зразок № 2 інгібітору відкладення мінеральних солей з високими бактерицидними властивостями, що заявляється, отримували аналогічно отриманню зразка інгібітору № 1 з наступним співвідношенням компонентів: (мас. %): динатрієва або дикалієва сіль оксіетилідендифосфонату цинку 1 оксіетиліденфосфонова кислота 23 нітрилотриметилфосфонова кислота 20 алкілбензилдиметиламонію хлорид 6 вода решта. Зразок № 3. Зразок № 3 інгібітору відкладення мінеральних солей з високими бактерицидними властивостями, що заявляється, отримували аналогічно отриманню зразка інгібітору № 1 з наступним співвідношенням компонентів: (мас. %): динатрієва або дикалієва сіль 1,5 2 UA 120431 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 оксіетилідендифосфонату цинку оксіетиліденфосфонова кислота 22 нітрилотриметилфосфонова кислота 22 алкілбензилдиметиламонію хлорид 2 вода решта. З метою підтвердження ефективності інгібітуючої дії прототипу та зразків інгібітору відкладення мінеральних солей з високими бактерицидними властивостями, що заявляється, по відношенню до карбонатних та сульфатних відкладень а також їх бактерицидних властивостей по відношенню до сульфатредукуючих бактерій (СРБ) типу Desulfovibrio desulfurikans, були проведені наступні випробування. Визначення ефективності інгібітуючої дії прототипу та зразків інгібітору відкладення мінеральних солей з високими бактерицидними властивостями, що заявляються Визначення ефективності інгібітуючої дії прототипу та зразків інгібітору відкладення мінеральних солей з високими бактерицидними властивостями, що заявляється, по відношенню до карбонатних та сульфатних відкладень проводили в розчинах солей, що імітують (моделюють) пластову воду: - хлоридно-кальцієвого типу (модель № 1); - сульфат-кальцієвого типу (модель № 2). 2+ 3 1. Розчин солей, що моделює карбонатні відкладення (модель № 1): Са = 1100 мг/дм , 2+ 3 + 3 3 3 Mg = 380 мг/дм , Na = 7500 мг/дм , НСО3 = 976 мг/дм , Сl = 14023 мг/дм . Для отримання даного розчину заздалегідь готують два розчини: розчин А і розчин Б. 3 3 Розчин А містить 6009 мг/дм хлориду кальцію шестиводного і 3177 мг/дм хлориду магнію 3 3 шестиводного. Розчин Б - 18084 мг/дм хлориду натрію і 1344 мг/дм гідрокарбонату натрію. 2+ 3 2+ 2. Розчин солей, що моделює сульфатні відкладення (модель № 2): Са = 491 мг/дм , Mg 3 + 3 23 3 = 148 мг/дм , Na = 11623 мг/дм , SO4 = 8792 мг/дм , Сl = 20291 мг/дм . Для отримання даного розчину також готують заздалегідь два розчини А і Б. Розчин А 3 3 містить 2668 мг/дм хлориду кальцію шестиводного. Розчин Б - 18800 мг/дм хлориду натрію, 3 3 1240 мг/дм хлориду магнію (шестиводного) і 13000 мг/дм сульфату натрію. Методика експерименту Ефективність інгібіторів відкладення мінеральних солей визначали при концентраціях 10, 30 3 3 і 50 ррт. У колби ємністю 250 см вносили 50 см розчину А, після чого додавали розчини інгібіторів у дозах, визначених вище. Колби закривали кришками і термостатували при температурі 75 С впродовж 5 годин. Після чого проби охолоджували і фільтрували через 2+ фільтр "синя стрічка". Для визначення вмісту іонів кальцію (Са ), в конічні колби відбирали по 3 3 3 10 см фільтрату, додавали 40 см дистильованої води, 2,5 см 20 %-го розчину гідроксиду натрію і 10-15 мг суміші мурексиду і хлориду натрію. Проби титрували розчином трилону Б. 2+ Вміст йонів кальцію (Са ) розраховували по формулі: V  N  20.04  1000 , X Т Т 10 3 де: VТ - об'єм трилону Б, що пішов на титрування, см ; 3 NТ - молярна концентрація еквіваленту розчину трилону Б, моль/дм ; 10 - об'єм проби, що взятий для титрування; 2+ 20,04 - молярна маса еквіваленту Са , г/моль. Для порівняння паралельно проводили досліди без введення інгібіторів відкладення мінеральних солей у розчини солей (модель № 1 або № 2). Ефективність інгібітуючої дії (Е, %) прототипу та зразків інгібітору відкладення мінеральних солей з високими бактерицидними властивостями, що заявляються визначали по формулі: Е=С1:С0×100 %, 2+ 3 де: С0 - концентрація іонів Са в розчинах солей до експозиції (для моделі № 1-1100 мг/дм , 3 а для моделі № 2-491 мг/дм ); 2+ С1 - концентрація іонів Са в розчині солей (модель № 1 або № 2) після експозиції з інгібітором. Результати визначень інгібітуючої дії прототипу та зразків інгібітору відкладення мінеральних солей з високими бактерицидними властивостями, що заявляється, по відношенню до карбонатних та сульфатних відкладень наведені в таблиці 1. Інгібітуюча дія зразків інгібітору відкладення мінеральних солей, що заявляється, та прототипу 3 UA 120431 U Таблиця 1 2+ № пп. 1 2 Інгібітор Без інгібіторів до експозиції Прототип 3 4 10 15 20 25 30 Зразок № 2, що заявляється 5 5 Зразок № 1, що заявляється Зразок № 3, що заявляється Вміст іонів Са (мг/дм) Інгібітуюча дія (%) Доза у моделі води відносно відкладень інгібітору ррm №1 №2 карбонатних сульфатних 1100 491 10 30 50 10 30 50 10 30 50 10 30 50 121 176 242 814 1001 1089 814 1023 1100 803 1001 1100 9,8 19,6 34,4 328 432 461 328 441 466 328 446 466 11 16 22 74 91 99 74 93 100 73 91 100 2 4 7 67 88 94 67 90 95 67 91 95 Як видно із результатів, наведених в табл. 1, інгібітор за прототипом в умовах випробувань проявляє слабку інгібітуючу дію відносно карбонатних відкладень і практично не уповільнює утворення сульфатних відкладень. У той же час, всі зразки інгібітору відкладення мінеральних солей з високими бактерицидними властивостями, що заявляється, проявляють високі інгібітуючі властивості по відношенню, як до карбонатних, та і до сульфатних відкладень і по усіх показниках суттєво переважають прототип. Мікробіологічні дослідження Мікробіологічні дослідження прототипу зразків інгібітору відкладення мінеральних солей з високими бактерицидними властивостями, що заявляється, проводили в герметично 3 закупорених ємностях об'ємом 100 см при кімнатній температурі в живильному середовищі 3 3 Postgate В складу: натрій хлорид - 7,5 г/дм , натрій сульфат - 2,0 г/дм , натрій карбонат - 1,0 3 3 3 3 г/дм , натрій дигідрофосфат - 0,5 г/дм , магній сульфат - 1,0 г/дм , кальцій лактат - 2,0 г/дм , інокульованого сульфатредукуючими бактеріями (СРБ) Desulfovibrio desulfurikans. Термін експозиції - 168 год. Спостереження за життєдіяльністю СРБ проводили шляхом обліку кількості мікроорганізмів нефтелометричним методом. Латентна фаза розвитку СРБ після інокуляції складала 48 год., після чого у ємність з бактеріями мікропіпеткою додавали 1 %-ві розчини прототипу та інгібіторів відкладення мінеральних солей з високими бактерицидними властивостями суспензію у дистильованій воді з таким розрахунком, щоб доза інгібіторів складала 50 ррm. Максимальна кількість СРБ, зафіксованих в момент прототипу зразків інгібітору відкладення мінеральних солей з високими бактерицидними властивостями, що 6 -1 заявляється, в систему, складала 24•10 мл . Коефіцієнт подавления числа кліток СРБ (N, %) випробуваними зразками інгібіторів відкладення мінеральних солей (тобто - їх бактерицидну дію) визначали по формулі: N=(n0-n1)/n0×100, де: n0 - число бактерій без подачі інгібіторів, n1 - число бактерій при подачі інгібіторів. Результати визначень бактерицидної дії прототипу та зразків інгібітору відкладення мінеральних солей з високими бактерицидними властивостями, що заявляється, наведені в табл. 2. Бактерицидна дія прототипу та зразків інгібітору відкладення мінеральних солей з високими бактерицидними властивостями, що заявляється 4 UA 120431 U Таблиця 2 -1 № пп. 1 2 3 4 5 10 Інгібітор Прототип Зразок № 1, що заявляється Зразок № 2, що заявляється Зразок № 3, що заявляється Число СРБ (мл ) після подачі інгібіторів Через 24 год. через 168 год. 6 6 27×10 84×10 6 3×10 Бактерицидна дія, % Через 24 год. через 168 год. Стимулює ріст СВБ 0 87 100 6 0 90 100 6 0,2×10 85 >99 2,4×10 6 3,6×10 На основі проведених мікробіологічних досліджень можна зробити висновок, що випробувані та зразків інгібітору відкладення мінеральних солей з високими бактерицидними властивостями, що заявляється, при концентрації 50 ррm, через 168 год. експозиції практично повністю подавляють ріст СРБ типу Desulfovibrio. У той же час, інгібітор по прототипу стимулює їх розвиток в системі. Таким чином, проведені дослідження і випробування, результати яких наведені вище, дозволяють віднести інгібітор відкладення мінеральних солей з високими бактерицидними властивостями, що заявляється, до хімічних реагентів сучасного світового рівня, який може знайти широке застосування на підприємствах нафтогазовидобувної, нафтогазопереробної та інших галузях промисловості. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Інгібітор відкладення мінеральних солей з високими бактерицидними властивостями, що містить водний розчин динатрієвої або дикалієвої солі оксіетилідендифосфонату цинку, який відрізняється тим, що з метою досягнення ефективного захисту технологічного обладнання нафтогазової та інших галузей промисловості від утворення в ньому відкладень мінеральних солей та високої бактерицидної дії відносно бактерій різного метаболізму, у розчин динатрієвої або дикалієвої солі оксіетилідендифосфонату цинку вводять оксіетилідендифосфонову та нітрилотриметилфосфонову кислоти і алкілбензилдиметиламонію хлорид у співвідношенні (% мас.): динатрієва або дикалієва сіль оксіетилідендифосфонату цинку 1-2 оксіетилідендифосфонова кислота 20-23 нітрилотриметилфосфонова кислота 20-23 алкілбензилдиметиламонію хлорид 2-6 вода решта. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5