一种含凹凸棒土复合型水合物防聚剂的制作方法

本发明涉及一种气体水合物防聚剂，特指一种含凹凸棒土的复合型气体水合物防聚剂，属于油气输送技术领域。

背景技术：

气体水合物是一种由水和一些气体小分子(例如：CH4，C2H6，C3H8)在低温和高压下形成的非化学计量性固态晶体物质。气体水合物通常以固体形态存在于液体中，因此水合物固体的形成通常会对油气公司的生产、运输等造成影响，例如水合物固体堵塞管路或运输管线、阀门、安全罐以及其他装置，造成减产、停产甚至管线破裂，致使油气泄漏污染环境。

凹凸棒矿物呈纤维状或针状形态,在水或其它强极性溶液中易于分散，形成一种杂乱的纤维格状体系的悬浮液，流变性极好。其流体特征体现了非牛顿流体的性质，粘度随凹凸棒土含量增高而增大；在高剪切力作用下，粘度增大，触变性增强；在低剪切力作用下,悬浮液发生絮凝。在离子型或非离子型溶液中能有效形成触变凝胶,在大多数有机溶液中，当用各种阳离子或非离子表面活性剂分散时,也会触变凝胶,表现出增稠和悬浮液特性。腐殖酸系属阴离子型的分散剂，主要是依靠双电层效应和吸附膜空间隔离位阻效应实现浆体的流变稳定性。

利用水合物储存气体在天然气储运、气体分离、海底封存等方面具有广阔的应用前景，但油气输送管道中水合物的生成会使管线堵塞并造成油气输送效率降低严重时甚至停产，水合物防聚剂的加入可使油水体系中形成水合物浆液并在确保不堵塞管道的前提下，借助水合物高密度储载天然气的特点，变油气水三相输送为水合物浆液的拟单相输送或气液合物浆液的拟两相输送技术,使气体流量显著减小以降低流体体积流量、提高管线输送能力。气体水合物的研究已经引起许多公司的重视，特别是一些石油天然气公司。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种凹凸棒土与腐植酸盐复配的水合物防聚剂及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

由质量百分比为10-35％凹凸棒土粉体与质量百分比为5-25％腐植酸盐，其余为去离子水，在20-30℃下混合并搅拌3-5分钟，得到所述的复合型防聚剂。

本发明采用的制备装置包括高压气瓶、可视化高压反应釜、阀门与管线、低温恒温槽、压力传感器、精密压力表、真空泵、数据采集仪、计算机、热电阻、加热/制冷盘管。以高压气瓶作为气源，经减压阀调到适当压力；可视化反应釜气体进出口外接真空泵、压力传感器、精密压力表、放空阀以及连接气瓶的管线。真空泵用于实验前抽出可视化反应釜内空气，压力传感器用于测量可视化反应釜内气体压力变化，精密压力表用于观察进气时管线压力，放空阀用于排放釜内气体。整个可视化反应釜浸入低温恒温槽内的冷媒中，由恒温槽底部的加热/冷却盘管给冷媒升温或降温进而控制可视化反应釜的釜体温度，该设备最高工作压力设计为10MPa，工作温度范围为-10-90℃。

制备步骤如下：

1)以粒径为325目的凹凸棒土为原料，利用超声波分散，将质量百分含量为10-35％凹凸棒土粉体和质量百分含量为5-25％腐植酸盐与去离子水混合，配制不同浓度的复合型防聚剂。

2)用真空泵将可视化反应釜、管路系统抽真空，抽真空时间40-50分钟。

3)为尽可能排除可视化高压反应釜和管路系统中的空气，用实验气体对其置换两次，然后再抽真空。

4)将配制好的不同浓度的复合型防聚剂注入可视化反应釜，搅拌3-5分钟。

5)打开控制阀，把高压实验气体充入可视化反应釜，通过调压阀将反应系统压力维持在实验所需的压力0-10MPa。

6)设定实验温度1℃-15℃，启动实验装置的温度控制系统。利用低温恒温槽对可视化反应釜进行冷却，直到可视化反应釜中的温度达到设定温度。

7)进行水合物生成实验。

在实验过程中，去离子水用不锈钢电热蒸馏水器自制，通过精度为0.1g的BS200S型分析天平称取；凹凸棒土、腐植酸盐用精度为0.1mg的TG328A型电光分析天平称取。通过计算机可以实时采集实验数据和图像。

本发明的有益效果：

(1)水合物防聚作用效果好

腐植酸依靠双电层效应和吸附膜空间隔离位阻效应实现水合物浆体的流动分散性，与凹凸棒土复合既能抑制水合物生成又能促进水合物颗粒分散，具有良好的防聚作用。

(2)应用广泛

可在气体水合物储运技术、气体水合物分离技术和水合物堵塞防治等领域得到广泛应用。更有利于实现水合物风险控制技术。

(3)成本低，经济好

本发明的复合型防聚剂成本低，无污染，用量少，有效地提高了水合物防治经济效益。

附图说明

图1为水合物实验装置结构示意图，其中1高压气瓶；2可视化高压反应釜、3低温恒温槽、4压力传感器、5精密压力表、6真空泵、7数据采集仪、8计算机、9减压阀、10热电阻、11加热/制冷盘管、12放空阀。

具体实施方式

下面对本发明作进一步具体描述，但本发明的实施方式并不仅限于此。

本发明采用的实验装置如图1所示，由高压气瓶1；可视化高压反应釜2、低温恒温槽3、压力传感器4、精密压力表5、真空泵6、数据采集仪7、计算机8、减压阀9、热电阻10、加热/制冷盘管11、放空阀12等组成。以高压气瓶1作为气源，经减压阀9调到适当压力。可视化高压反应釜2的气体进出口外接真空泵6、压力传感器4、精密压力表5、放空阀12以及连接高压气瓶1的管线。真空泵6用于实验前抽出可视化高压反应釜2的内空气，压力传感器4用于测量可视化高压反应釜2内气体压力变化，精密压力表5用于观察进气时管线压力，放空阀12用于排放可视化高压反应釜2的釜内气体。两个温度测量孔可插入长短不一的两个Pt-100热电阻10，分别用于测量釜内液相和气相的温度。整个可视化高压反应釜2浸入低温恒温槽3内的冷媒中，由低温恒温槽3底部的加热/冷却盘管11给冷媒升温或降温进而控制釜体温度。由数据采集系统7和计算机8采集数据并监测可视化高压反应釜2内水合物形成状况。该设备最高工作压力设计为10MPa,工作温度范围为-10-90℃，具体制备过程：

1)以粒径为325目的凹凸棒土为原料，利用超声波分散，将质量百分含量为10-35％凹凸棒土粉体和质量百分含量为5-25％腐植酸盐与去离子水混合，配制不同浓度的复合型防聚剂。

2)用真空泵将可视化高压反应釜、管路系统抽真空，抽真空时间40-50分钟。

3)为尽可能排除可视化高压反应釜和管路系统中的空气，用实验气体对其置换两次，然后再抽真空。

4)将配制好的不同浓度的复合防聚剂水溶液注入反应釜，搅拌3-5分钟。

5)通过高压气瓶将高压实验气体充入可视化高压反应釜，通过减压阀将反应系统压力维持在实验所需的压力。

6)设定实验温度，启动实验装置的温度控制系统，利用低温恒温水槽对可视化高压反应釜进行冷却，直到可视化高压反应釜中的温度达到设定温度。

7)进行水合物形成实验。

具体实施方式

实施例：

本实施例采用含凹凸棒土复合型水合物防聚剂，其组成为：质量百分含量为10-35％的凹凸棒土、质量百分含量为5-25％的腐植酸盐、其余为去离子水混合。实验步骤同上。水合物生成平衡条件为温度在1.9-5.5℃,压力为0.79-2.7MPa。

表1复合型防聚剂组分浓度

本实施例采用可视化高压反应釜进行防聚性能评价，水合物防聚剂可有效阻止气体水合物聚集结块时的实验现象为：在实验温度和压力条件下，实验过程中形成的水合物形成微颗粒状，体系呈浆态分布，并未发生聚积结块，反应釜中的搅拌装置可稳定搅拌，在生成水合物后停止搅拌，在2小时后开启搅拌，水合物没有结块，这表明生成的水合物稳定性好，在扰动较小或停止搅拌时均不会结块而导致堵塞管路，本实施例提供的复合型水合物防聚剂在气-水混输体系中时具有良好的防聚效果。

实施例1：

制备一定质量浓度的复合型防聚剂，其组分为：质量百分含量为10％的凹凸棒土和质量百分含量为5％的腐殖酸盐，其余为去离子水混合，得到所需浓度的防聚剂。取200ml该防聚剂注入可视化高压反应釜中，搅拌3-5min，设定水浴温度为4℃，预冷5min。通入甲烷气体，实验步骤与上述具体实施过程的实施步骤相同。

在本实施例的整个实验过程中，水合物形成微颗粒状，体系呈浆态分布，连续运行没有出现水合物聚积结块堵塞的现象，反应釜中的搅拌装置可稳定搅拌，停止搅拌2h后可顺利重启，水合物颗粒重新分散，并未发生聚积结块，这表明生成的水合物稳定性好，在扰动较小或停止搅拌时均不会结块而导致堵塞管路，从而说明本实施例提供的复合型水合物防聚剂具有良好的防聚效果。

实施例2：

制备一定质量浓度的复合型防聚剂，其组分为：质量百分含量为15％的凹凸棒土和质量百分含量为10％的腐殖酸盐，其余为去离子水混合，得到所需浓度的防聚剂。取200ml该防聚剂注入可视化高压反应釜中，搅拌3-5min，设定水浴温度为4℃，预冷5min。通入甲烷气体，实验步骤同上。

在本实施例的整个实验过程中，水合物形成微颗粒状，体系呈浆态分布，连续运行没有出现水合物聚积结块堵塞的现象，反应釜中的搅拌装置可稳定搅拌，停止搅拌2h后可顺利重启，水合物颗粒重新分散，并未发生聚积结块，这表明生成的水合物稳定性好，在扰动较小或停止搅拌时均不会结块而导致堵塞管路，从而说明本实施例提供的复合型水合物防聚剂具有良好的防聚效果。

实施例3：

制备一定质量浓度的复合型防聚剂，其组分为：质量百分含量为20％的凹凸棒土和质量百分含量为15％的腐殖酸盐，其余为去离子水混合，得到所需浓度的防聚剂。取200ml该防聚剂注入可视化高压反应釜中，搅拌3-5min，设定水浴温度为4℃，预冷5min。通入甲烷气体，实验步骤同上。

在本实施例的整个实验过程中，水合物形成微颗粒状，体系呈浆态分布，连续运行没有出现水合物聚积结块堵塞的现象，反应釜中的搅拌装置可稳定搅拌，停止搅拌2h后可顺利重启，水合物颗粒重新分散，并未发生聚积结块，这表明生成的水合物稳定性好，在扰动较小或停止搅拌时均不会结块而导致堵塞管路，从而说明本实施例提供的复合型水合物防聚剂具有良好的防聚效果。

实施例4：

制备一定质量浓度的复合型防聚剂，其组分为：质量百分含量为25％的凹凸棒土和质量百分含量为20％的腐殖酸盐，其余为去离子水混合，得到所需浓度的防聚剂。取200ml该防聚剂注入可视化高压反应釜中，搅拌3-5min，设定水浴温度为4℃，预冷5min。通入甲烷气体，实验步骤同上。

在本实施例的整个实验过程中，水合物形成微颗粒状，体系呈浆态分布，连续运行没有出现水合物聚积结块堵塞的现象，反应釜中的搅拌装置可稳定搅拌，停止搅拌2h后可顺利重启，水合物颗粒重新分散，并未发生聚积结块，这表明生成的水合物稳定性好，在扰动较小或停止搅拌时均不会结块而导致堵塞管路，从而说明本实施例提供的复合型水合物防聚剂具有良好的防聚效果。

实施例5：

制备一定质量浓度的复合型防聚剂，其组分为：质量百分含量为35％的凹凸棒土和质量百分含量为25％的腐殖酸盐，其余为去离子水混合，得到所需浓度的防聚剂。取200ml该防聚剂注入可视化高压反应釜中，搅拌3-5min，设定水浴温度为4℃，预冷5min。通入甲烷气体，实验步骤同上。

在本实施例的整个实验过程中，水合物形成微颗粒状，体系呈浆态分布，连续运行没有出现水合物聚积结块堵塞的现象，反应釜中的搅拌装置可稳定搅拌，停止搅拌2h后可顺利重启，水合物颗粒重新分散，并未发生聚积结块，这表明生成的水合物稳定性好，在扰动较小或停止搅拌时均不会结块而导致堵塞管路，从而说明本实施例提供的复合型水合物防聚剂具有良好的防聚效果。

本发明的优点：

1)本发明提供的一种含凹凸棒土复合型水合物防聚剂的应用，克服了传统抑制剂用量大，环境污染严重等缺点，具有经济环保，制备简单，无毒无污染等优点。

2)本发明提供的一种含凹凸棒土复合型水合物防聚剂，可以有效的控制水合物生成状态，避免水合物出现聚积堵塞的现象，更有利于实现水合物风险控制技术，确保在气-水混输体系中水合物颗粒以小颗粒存在于管道中，不发生聚集结块，从而有效解决多相混输管线的流动安全保障问题。