天然气水合物的形成机理及防治措施

天然气水合物的形成机理及防治措施

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刘　佳,苏花卫

(中原油田分公司,河南濮阳　457061)

摘　要:天然气水合物是在天然气开采加工和运输过程中,在一定温度和压力下,天然气与液态水形成的冰雪状结晶体。在天然气开采加工和运输过程中,会堵塞井筒管线阀门和设备,从而影响天然气的开采、集输和设备的正常运转。本文通过分析天然气水合物的形成条件,得出了几条具有实际意义的水合物防治措施,对天然气的安全生产具有一定的现实意义。

关键词:天然气水合物;形成条件;防治措施

中图分类号:T E868 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)13—0049—02 天然气水合物是在天然气开采加工和运输过程中,在一定温度和压力下,天然气与液态水形成的结晶体,外观形似松散的冰或致密的雪,它的相对密度为(0.8～0.9)[1];天然气水合物是一种笼形晶状包络物,即水分子借氢键结合成晶格,而气体分子则在分子力作用下被包围在晶格笼形孔室中;天然气水合物极不稳定,一旦条件破坏,即迅速分解为气和水。在天然气开采加工和运输过程中,在管道中形成的水合物能堵塞井筒管线阀门和设备,从而影响天然气的开采、集输和设备的正常运转。只要条件满足,天然气水合物可以在管道井筒以及地层多孔介质孔隙中形成,这对油气生产和输送危害很大。1　天然气水合物形成的条件1.1　水分

生成水合物的首要条件是具有充足的水分[2],即管道内气体的水蒸气分压要大于气体-水合物中的水蒸气分压。若气体中的水蒸气分压低于水合物中的水蒸气分压,则不能形成水合物,即使已经形成也会融化消失。1.2　烃类及杂物

研究表明,烃类物质并不是全部都可以形成水合物,直链烷烃中只有CH 4、C 2H 6、C 3H 8能形成水合物[3]

,支链烷烃中只有异丁烷能形成水合物。此外,天然气中的杂质组分H 2S 、CO 2、N 2和O 2等也可促使水合物的生成。通常,天然气组分中C 2以上烃类含量不高,它们主要形成I 形水合物。相对密度越高的天然气越容易形成水合物,较少含量的重质烃可使形成水合物所需的压力大幅度降低[3]。1.3　压力温度

当温度降低压力升高时有利于水合物的形成[4]

。天然气在管道中经过突然缩小的断面(如管道的变径管、针型阀、孔板和过滤器等)时产生强烈的涡流,使压力下降从而产生节流,同时会使温度急剧下降,严重时导致水合物的生成。1.4　输送流速

国外研究表明,在输送容易形成水合物的天然气时应采用较高的流速,一般应高于3[5]。因为高

流速可以维持较高的输气温度,也可增强气体扰动,

达到抑制水合物的形成和聚集的目的。当输送相同的距离时,天然气输送速度越高,起点温度和终点温度差越小,管线输送温度越高,天然气水合物形成越难。

2　天然气水合物的防治措施2.1　脱除水蒸气和杂质

将能形成水合物的组分,如水、C 2H 6、C 3H 8、H 2S 、CO 2等的含量降低到一定程度,使水合物失去形成的基础。对水的脱除而言,目前已有冷冻分离,固体干燥剂吸附,溶剂吸收以及近年来发展起来的膜分离等技术,三甘醇溶剂吸收是目前应用最广泛的方法[6]。

2.2　加热保温

通过加热保温,使流体的温度保持在水合物形成的最低温度以上。对海底管道,可通过包裹绝热层来保温,对陆地管道可通过绝热或掩埋管道,降低管道热量的损失。对天然气管道,常用蒸汽逆流式套管换热器和水套加热炉在节流前加热天然气使其流动温度保持在水露点以上。对于密度相同的天然气,压力越高,形成水合物的温度也越高。每种气体都有形成水合物的临界温度,高于临界温度,无论压力多大也不会形成水合物。所以可以通过提高温度使温度高于临界温度从而能够抑制水合物的生成[7]。2.3　降低管线压力

降低管线压力可以使输气管道中已形成的气体水合物分解,其操作方法是通过放空管线进行放空[8]。要注意的是,放空时必须在环境温度高于0℃以上的条件下进行。停产放空是解决集输管道冻堵最为常用的一种方法,利用堵塞处两边的压差将水合物顶出。如果单井井口上装有闸板阀,可以选择站内和井口两边同时放空,将干线内的水合物向两边同时推出,这样解堵效果会更好,也可引进压缩和增压工艺,使管线在运行温度为地温的条件下提高管线的运行压力,从而使天然气输送速度增加,能有效防治水合物的生成。　逐级节流

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　2012年第13期 内蒙古石油化工

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收稿日期作者简介刘佳(3),女,硕士研究生,现就职于中原油田天然气产销厂。

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