Способ получения композиционных гидрогелей и очистные средства в нефтепроводах

(51) 02 1/40 (2010.01) 08 6/16 (2010.01) 01 33/152 (2010.01) 61 27/52 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ способу их применения. Способ применения композиционных гидрогелевых материалов на основе полиакриламида и глинистых минералов заключается в создании композиционного гидрогелевого скребка для очистки внутренней поверхности нефтепровода от асфальто-смолопарафиновых отложений (АСПО), скоплений воды и газа, в использовании их в качестве разделительных поршней при транспортировки различных жидкостей и газов по трубопроводу. Сущность способа заключается в формировании композиционной структуры,состоящей из неорганических минералов и гидрогелевой матрицы. Гидрогелевые скребки испытаны на модельном трубопроводе,эффективность очистки трубопровода от АСПО составила 93-96.(72) Кудайбергенов Саркыт Сигитов Владимир Борисович Ибраева Жанар Ершатовна Светличный Данил Сергеевич(73) Частное учреждение Институт полимерных материалов и технологий(56) Халтурин В.Н., Дегтярев В.Н., Перунов В.П. Освобождение трубопроводов от нефти с использованием гелевых пробок. // Трубопроводный транспорт нефти. -1996.-10.-с 30-33(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ГИДРОГЕЛЕЙ И ОЧИСТНЫЕ СРЕДСТВА В НЕФТЕПРОВОДАХ(57) Изобретение относится к синтезу композиционных гидрогелевых материалов и Изобретение относится к способу очистки внутренней полости нефтепровода от асфальтеносмоло-парафиновых отложений(АСПО),механических примесей, а также удаления водных и газовоздушных скоплений из нефтепровода. В процессе транспортировки нефтепродуктов на стенках нефтепроводов откладываются,так называемые,асфальтено-смоло-парафиновые отложения (АСПО), которые, в свою очередь,уменьшают пропускную способность трубы,снижают скорость движения нефти и увеличивают давление в трубопроводе. В процессе эксплуатации нефтепровода происходит также скопление воды на пониженных участках нефтепровода и образование газовоздушных скоплений,что вызывает ручейковую коррозию и взрывоопасность трубопровода. Все эти факторы могут привести к возникновению аварийных ситуаций. Наиболее распространенным оборудованием для очистки нефтепроводов являются механические скребки, которые удаляют АСПО со стенок трубопровода при движении по нефтепроводу--.2003). Общим недостатком механических скребков является трудность очистки сложных участков нефтепровода,имеющих переходы с одного диаметра трубы на другой и повороты под большим углом. Гелевые скребки применяют в основном для одновременной транспортировки различных продуктов по нефтепроводу, используя их как разделительный поршень между двумя жидкостями. Большинство из них получены из высокомолекулярных органических соединений и гелеобразующего агента (4473408). Преимуществом гелевых скребков является то, что гелеобразование может происходить непосредственно в самой трубе, что дает возможность применения данной технологии на нефтепроводах, не оборудованных стандартными камерами приема-пуска скребка. Факторами,ограничивающими использование гелевых скребков,являются их недостаточная механическая прочность(4003393 -). Наиболее близким к предлагаемому способу очистки нефтепровода от АСПО и удаления воды и газовоздушных скоплений является использование гидрогелевого скребка на основе полиакриламидного геля и синтетических каучуков(Халтурин В.Н., Дегтярев В.Н., Перунов В.П. Освобождение трубопроводов от нефти с использованием гелевых пробок. //Трубопроводный транспорт нефти. -1996. -10. - с. 30-33). Использование каучуков позволяет существенно улучшить модуль упругости скребка, но он не способен сорбировать воду, и, подвергаясь истиранию за счет сил трения со стенками трубопровода, не в состоянии эффективно удалять газовые пробки из трубопровода. Техническим результатом является устранение этих недостатков. Техническим результатом является создание композиционных гидрогелевых скребков,способных сорбировать воду по мере продвижения по нефтепроводу, тем самым очищая внутреннюю поверхность трубопроводов от механических загрязнений, воды и газовых скоплений. Композиционные гидрогелевые скребки,состоящие из гидрогелевой матрицы и неорганических минералов, таких как каолинит и монтмориллонит, по механическим свойствам намного превосходят имеющиеся аналоги и имеют ряд преимуществ. Одним из преимуществ композиционных гидрогелевых скребков по сравнению с механическими и гелевыми является их способность сорбировать воду по мере продвижения по нефтепроводу, создавая тем самым уплотнение между скребком и стенками, ведущему к улучшению очистки нефтепровода от АСПО. Композиционный гидрогелевый скребок способен не только очищать внутреннюю поверхность трубопроводов от механических загрязнений, воды и газовых скоплений,но и нанести антикоррозионные покрытия на внутреннюю полость трубы,и служить в качестве разделительного поршня при последовательной перекачке жидкостей и газов. Другим преимуществом композиционных гидрогелевых скребков является их способность к регенерации. После удаления отработавшего гидрогелевого скребка, для его восстановления необходимо поместить его в дистиллированную воду для отмывки солей. При наличии механических дефектов, таких как трещины,разломы на поверхности скребка или значительного изменения диаметра, следует поместить гидрогель в первоначальную форму, в которой он был приготовлен, залить раствором содержащим мономер и сшивающий агент. При этом на поверхности отработавшего гидрогеля образуется новый слой, который за счет диффузии мономеров и сшивающего агента в гидрогелевую матрицу образует, так называемую, сетку в сетке.,.,.. . . . 2005, .30,. 1-9. Несмотря на то, что формирование композитной структуры с использованием монтмориллонита, М. ,.,.С. , ,. .(.43.42 (2006) 1634-1642 широко описано в научной литературе, их применение ограничивается использованием в медицине для создания линз и доставки лекарственных средств в организм, в мембранных технологиях для извлечения и разделения металлов. Использование же их в качестве гидрогелевых скребков для очистки внутренней поверхности нефтепровода в научной и патентной литературе отсутствует. В рамках предлагаемого способа, определены основные требования к композиционным гидрогелевым скребкам повышенная механическая прочность, модуль упругости не менее 1,возможность регенерации или восстановления после продолжительного использования, прохождение сложных участков,включающих переходы,стыковки, изменение диаметра, а также способность набухать в водно-солевой смеси. Указанным требованиям - отвечают композиционные гидрогели на основе подиакриламида и монтмориллонита и полиакриламида и каолинита. Указанные минералы котносятся к глинистым и обладают способностью к набуханию, например, у монтмориллонита она составляет 100-150 мг-экв/100 г, а у каолинита - порядка 7-10 мг-экв/100 г. Характерной особенностью данных глин является их высокая степень дисперсности,у монтмориллонита до 80 частиц меньше 0,001 мм,из которых 40-45 меньше 0,25 микрона, а у каолинита 20-20 частиц меньше 0,001 мм из них 510 меньше 0,25 микрона. Установлено, что с увеличением концентрации минерала в гидрогеле,возрастает механическая прочность и оптимальная концентрация монтмориллонита в гидрогеле составляет 5, а каолинита - 15. Технической задачей изобретения является получение композиционных гидрогелей путем внедрения неорганического наполнителя в полиакриламидную сетку и применения данных образцов для очистки внутренней поверхности нефтепровода от асфальтено-смоло-парафиновых отложений (АСПО), механических примесей,водных и газовоздушных скоплений. Структурная формула гидрогеля композитного состава представлена на фиг.1, гдеотносится к минералу, х может принимать значения от 2 до 4, у 5, 9,10,может принять значения от 2 до 4,может принимать различные значения, р является полимером, представленным структурным звеньямиакриламида и,-метиленбисакриламида. Способ осуществляют следующим образом. Готовят исходную мономерную смесь (ИМС),состоящую из акриламида, минерала каолинита или монтмориллонита в воде, после чего помещают их в так называемый шаблон камеру нефтепровода,представляющей из себя цилиндрическую полость с таким же диаметром, что и в нефтепроводе. Шаблон снаружи имеет нагревательные секции и после повышения температуры до 60-70 С в результате протекания радикальной полимеризации в течение 15-60 минут образуется композиционный гидрогель. Сущность изобретения поясняется следующими примерами Пример 1. Готовят суспензию минерала каолинита в воде (из расчета 185 кг каолинита в 1 м 3 пресной воды) (или 80 кг монтмориллонита суспендированного в 1 м 3 воды), добавляют акриламид (90 кг) и перемешивают смесь в течение часа, после чего в полученной смеси растворяют сшивающий агент(5,14 кг), инициатор персульфат аммония (3,57 кг), и смесь нагревают до 60 С в течение 60 минут. После синтеза гель вынимают из шаблона и используют в качестве гидрогелевого скребка. Пример 2. Готовят суспензию минерала каолинита в воде (из расчета 185 кг каолинита в 1 м 3 пресной воды) (или 80 кг монтмориллонита суспендированного в 1 м 3 воды), добавляют акриламид (90 кг) и перемешивают смесь в течение часа, после чего в полученной смеси растворяют сшивающий агент(5,14 кг), инициатор персульфат аммония (3,57 кг),добавляют катализатор тетраметилэтилендиамин (110-2 л), после чего смесь нагревают до 60 С в течение 30 минут. После синтеза гель вынимают из шаблона и используют в качестве гидрогелевого скребка. Пример 3. Для синтеза композиционного гидрогеля используют шаблон с большим диаметром, чем очищаемый нефтепровод (в зависимости от диаметра трубы диаметр шаблона может меняться в пределах от 10 до 50 мм). После формирования гидрогеля, полученный образец вынимают из формы и подсушивают до достижения диаметра нефтепровода. Метод получения частично набухшего гидрогеля предназначен для нефтепроводов с небольшим диаметром, но с большим уровнем скоплений воды и газа. В таблице 1 приведены некоторые физикохимические и физико-механические показатели композиционных гидрогелей. Степень набухания гидрогелей, определялась по формуле(-0)/0, (гдемасса набухшего геля в воде, 0 - масса сухого геля). Плотность сухого и набухшего образца рассчитывалась по формуле (1-1)/(1-2), где 1 масса геля в воздухе, 2 масса геля в воде, 1 плотность жидкости. Кинетику набухания гидрогелей в воде определяли по формуле /, гдемасса жидкости, сорбированной за время ,масса жидкости сорбированной в равновесном состоянии,т.е при бесконечном времени характеристическая константа гидрогеля, характеристический экспонент,описывающий механизм диффузии жидкости в объем геля. Модуль Юнга был определен графически согласно приложенной нагрузке к растяжению образца. Пластично-эластические свойства определялись на сжимающем пластомере ПСМ-2 (типа Вильямса). Определение прочностных и эластических показателей осуществлялось на приборе РМИ-60. Результаты лабораторных испытаний композиционных гидрогелевых скребков представлены в таблице 2. Из данных таблицы 2 видно, что степень очистки от АСПО в зависимости от месторождения нефти достигает от 93 до 98. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Применение композиционных гидрогелей на основе полиакриламида и глинистых минералов в качестве очистных средств в нефтепроводах. 2. Применение п.1, отличается тем, что используется предварительно набухший гидрогель. 3. Способ получения гидрогелей на основе полиакриламида и глинистых минералов, путем радикальной полимеризации акриламида в присутствии каолинита и монтмориллонита, с применением катализатора тетраметилэтилендиамина (ТМЭД) для ускорения процесса полимеризации.