水合物形成与防止课件

水合物形成与防止,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,天然气水合物的形成及防止,概述天然气中水汽的含量水合物的形成条件形成气体水合物温度或压力的确定出现水合物处理措施,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,一、概述,定义气体水合物：是水与轻烃、CO2及H2S等小分子气体形成的非化学计量型笼形晶体化合物(clathratehydrates),或称笼型水合物。天然气水合物：是一种由水分子和碳氢气体分子组成的结晶状固态简单化合物（MnH2O）,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,一、概述,水分子笼,天然气分子,水分子,天然气水合物模型,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,一、概述,从井筒清出的水合物,形成地点,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,一、概述,现场取样的水合物,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,一、概述,闸板阀门内堵塞着大量的水合物,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,一、概述,闸板阀门内堵塞着大量的水合物,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,一、概述,外形：如冰雪状，通常呈白色。结晶体以紧凑的格子构架排列，与冰的结构非常相似。,表1甲烷天然气水合物和冰的性质（引自Sloan和Makagon，1997）,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,一、概述,水合物的危害水合物在管道中形成，会造成堵塞管道、减少天然气的输量、增大管线的压差、损坏管件等危害，导致严重管道事故；水合物是在井筒中形成，可能造成堵塞井筒、减少油气产量、损坏井筒内部的部件，甚至造成油气井停产；水合物是在地层多孔介质中形成，会造成堵塞油气井、减低油气藏的孔隙度和相对渗透率、改变油气藏的油气分布改变地层流体流向井筒渗流规律，这些危害使油气井的产量降低。,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,二、天然气中水汽的含量,水汽含量的表示方法绝对湿度：每一立方米天然气中所含的水汽量（克数），用w表示饱和含水汽量：饱和状态时一立方米体积内的水汽含量用ws表示。wws；w=ws相对湿度：=w/ws露点：一定条件压力下，与ws对应的温度值,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,二、天然气中水汽的含量,水汽含量的影响因素（饱和状态下）压力不变，温度愈高，水汽含量就愈多温度不变，压力升高，水汽含量减少分子量愈高，单位体积内的水汽含量就愈少含有氮气，水汽含量会减少含水量有二氧化碳和硫化氢，水汽含量增多,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,三、天然气水合物的生成条件,1、天然气水合物的分类天然气水合物有两种分类方法。,石油天然气工业中的天然气水合物结构一般为型和型。,按产出环境,按结构类型,海底天然气水合物基地天然气水合物,型型型,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,三、天然气水合物的生成条件,2、天然气水合物的结构,图1天然气水合物的晶体结构及气体种类与水合物结构类型,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,三、天然气水合物的生成条件,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,三、天然气水合物的生成条件,4、水合物生成的动力学机理,初始条件：压力和温度均当满足生成水合物的区值范围，但没有气体分子溶于水。,图5水合物生成的动力学机理示图,不稳定簇团：一旦气体进入水中，立即形成不稳定簇团。,聚结:不稳定簇团通过面接触聚结，从而增加无序性。,初始成核及生长：当聚结体的大小达到某临界值时，晶体开始生长。,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,三、天然气水合物的生成条件,初始条件：压力和温度均当满足生成水合物的区值范围，但没有气体分子溶于水。,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,三、天然气水合物的生成条件,不稳定簇团：一旦气体进入水中，立即形成不稳定簇团。,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,三、水化物形成过程：,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,三、天然气水合物的生成条件,形成水化物,气流速度和方向改变的地方，即气流的停滞区,在节流阀、阀门关闭不严处,液态水,低温,高压,水合物形成的条件,低温,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,三、天然气水合物的生成条件,概括起来讲，水合物的主要生成条件有：1)有自由水存在，天然气的温度必须等于或低于天然气中水的露点；2)低温，体系温度必须达到水合物的生成温度；3)高压。另外，高流速、压力波动、气体扰动、H2S和CO2等酸性气体的存在和微小水合物晶核的诱导等因素也可生成或加速天然气水合物的生成。在同一温度下，当气体蒸汽压升高时，形成水合物的先后次序分别是硫化氢异丁烷丙烷乙烷二氧化碳甲烷氮气。,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,三、天然气水合物的生成条件,表天然气组分形成水合物的临界温度,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,四、形成水合物的温度和压力确定,(1)密度曲线法图解法,1）每条曲线的左区是水合物生成区，右区是非生成区。由该图可知压力越高，温度越低越易形成水合物。根据该图可大致确定天然气形成水合物的温度和压力。但对含H2S的天然气误差较大，不宜使用。若相对密度在两条曲线之间，可采用内插法进行近似计算。,图8水合物的压力和温度曲线,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,五、预防水合物的方法,水化物的预防,水化物形成压力,水化物形成温度,计算方法,选择方法,计算及结论,计算及结论,生产过程中的预防方法,关井过程中的预防方法,放喷最低温度,计算方法,计算及结论,投产过程中的预防方法,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,五、预防水合物的方法,水合物若在井底、井口针形阀、场站设备或集输管线中生成，会降低气井产能，严重地影响正常生产，甚至造成停产事故。因此，如何防止水合物的生成是采气工艺中应该研究的问题。如前所述，天然气中含水分是生成水合物的内在因素。因此，脱除天然气的水分是杜绝水合物生成的根本途径。,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,五、预防水合物的方法,为了防止天然气生成水合物，一般有四种途径：1)提高天然气的流动温度；2)降低压力至给定温度时水合物的生成压力以下；3)脱除天然气中的水分；4)向气流中加入抑制剂(阻化剂)。其中最积极的方法是保持管线和设备不含液态水，而最常用的办法则是向气流中加入各种抑制剂。,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,五、预防水合物的方法,加热提高天然气流动温度是防止生成水合物和排除已生成的水合物的方法之一。这就是在维持原来的压力状态下使输气管道中的天然气的温度高于生成水合物的温度，如图9所示。但这一方法不适用于干线输气管道中，因为消耗能量大，而且如前所述，冷却气体是增加输气管道流量的一个有效方法，特别是对于压缩机站数较多的干线输气管道。,1.提高天然气流动温度,天然气加热炉,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,五、预防水合物的方法,1.天然气加热方法,蒸气加热法,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,五、预防水合物的方法,这一方法也可用来排除在输气管道中已形成的水合物，其途径就是通过放空管放空。降压后必须经过一段时间(从几秒钟到几个小时)，以分解水合物。注意：当用放空降压来分解输气管道中已形成的水合物时，必须在环境温度高于0以上的条件下进行，否则，水合物分解了，但立即又转化成为冰塞。如干线输气管道中天然气的最低温度接近于零，在此温度下，生成水合物的平衡压力约为11.5MPa，而一般的输气压力大于5MPa，因此，用降压来防止干线输气管道中天然气生成水合物并不是一种有效的方法。,2.降压天然气压力,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,五、预防水合物的方法,防止天然气在输气管道中生成水合物的根本办法就是干燥天然气，脱去其中的水分，降低其露点。脱除水分的方法：固体吸咐液体吸收低温分离,3.干燥,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,五、预防水合物的方法,向天然气中注入各种能降低水化物生成温度的天然气水合物抑制剂。常用的抑制剂有甲醇、乙二醇(EG)、二甘醇(DEG)等。甲醇、乙二醇和二甘醇等的物理化学性质如表11所示。甘醇类的醚基和羟基团形式相似于水的分子结构，与水有强的亲合力。向天然气中注入的抑制剂与冷却过程凝析的水形成冰点很低的溶液，天然气中的水汽被高浓度甘醇溶液所吸收，导致水合物生成温度明显下降。,4.天然气中注入抑制剂,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,五、预防水合物的方法,表常用水合物抑制剂的物理化学性质,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,五、预防水合物的方法,不同压力下水合物形成的温度,建议支线温度为：T生产T计算10,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,五、预防水合物的方法,不同环境温度下水化物形成的压力,在单井停产过程中，由于井口油压比较高（一般在50Mpa左右），会发生类似KL2-11水化物堵死阀门的情况：,长期关井后将井口至计量管线中的天然气进行放空，保证管线压力在计算压力以下冬季放到0.5MPa，夏季放到1MPa,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,水合物形成处理方法,（1）降低压力解堵法当发生管线冻堵情况时，可将部分气体经过放空管线放空,使压力短时间降低,即相应降低了水化物的形成温度。KL203井发生冻堵后，采用了这种解堵方法，同时利用干线的气反冲，实践证明这种方法在发生严重冻堵的井上解堵效果较好。注意事项：但是当管线温度低于0时,不宜采用降压法解除冰堵,因为水化物溶解后形成的水会结冰，引起再次冰堵,在此种情况下,应在降压解堵的同时,向管内注入防冻剂。,适合单井已经发生冻堵并造成停产的工况,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,水合物形成处理方法,（2）加热法在发生类似KL2-11井阀门开关困难时，通常采用蒸汽车加热的方法解堵，在现场运用效果比较明显。注意事项：该方法比较费时间，因此建议要定期活动现场阀门，发现开关不动要做好记录，保证在开井前联系蒸汽车处理好问题，避免影响开井工作。,适合发生冻堵的阀门，以及管线的冻堵区,渤海石油系列培训教材多媒体课件,重庆科技学院石油工程学院制作,水合物形成处理方法,（3）提高产量法通过提高产量可以达到提高流速和温度的两重效果。国外研究表明，对容易形成水合物的