Определение условий гидратообразования

Условиями образования гидратов является присутствие одновременно трех факторов: низкой температуры, высокого давления и наличия влаги, что всегда имеет место при добыче нефтяного и природного газа.

Гидраты природных газов - типичные смешанные гидраты, в которых гидратообразователями являются не отдельные углеводороды, а смесь газов. Присутствие H2S в смеси природных и нефтяных газов значительно повышает температуру гидратообразования. В то же время наличие в газе H2S и СО2 понижает равновесное давление гидратообразования, причем влияние H2S значительно сильнее, чем СО2.

Условиями образования смешанных гидратов не совпадают с условиями гидратообразования отдельных компонентов и зависят от состава газа. Чем выше плотность газа, тем выше, как правило, температура гидратообразования (рисунок 13).

Рисунок 13 - График условий гидратообразования

Область существования гидратов на этом рисунке располагается левее и выше приведенных кривых. Основное условие образования гидратов - это полное насыщенность газа парами воды. Если снизить содержание паров воды в газе до такого значения, что парциальное давление водяного пара станет меньше упругости паров гидрата, то последний не сможет образовываться.

На рисунке 13 видно, что вероятность образования гидратов увеличивается с повышением давления и снижением температуры газа. Гидраты могут образовываться на всем пути движения газа от забоя скважины до пункта сбора газа, причем самая неприятная особенность гидратов заключается в том, что они способны образовываться при температурах значительно выше нуля.

Рисунок 14 - Максимальное содержание влаги в газе в зависимости от давления и температуры.

Условия образования гидратов природных газов с различной плотностью можно определить по графику (рисунок 14), на котором слева от каждой линии находится зона с гидратами, справа - зона без гидратов. Присутствие азота, сероводорода и углекислого газа повышает температуру гидратообразования.

Зону возможного гидратообразования в газопроводе находят следующим образом: определяют температуру газа, падение давления, температуру гидратообразования и точку росы. Полученные значения наносят на график (рисунок 14). Участок, на котором температура газа ниже кривой гидратообразования, представляет собой зону возможного гидратообразования. Точка росы определяется обычно путём охлаждения газа до температуры конденсации водяных паров. Гидраты, образующиеся в скважинах, шлейфах, газопроводах или аппаратах разрушаются при снижении давления в системе, увеличении температуры в аппарате или на участке газопровода, где произошло образование гидратов, а также при вводе метилового, этилового и пропилового спиртов, гликолей, аммиака и хлористого кальция, способствующих разрушению гидратов.

Аммиак применяют редко, так как он реагирует с углекислотой, которая содержится в природном газе, и образует с ней осадок углекислого аммония, забивающего запорную арматуру.[8]

Необходимое количество метанола рассчитывают следующим образом.

Определяют количество воды (в г/сут), выделившейся из газа за сутки,

в = (mtp - mtj) Q,

где mtp и mtj - влагосодержание при температуре точки росы tp и фактической температуре tj газа в газопроводе, г/м³;- расход газа, м³/сут.

Рисунок 15 - График гидратообразования для природных газов с различной относительной плотностью.

По заданным параметрам газа, давлению и относительной плотности определяют температуру образования гидратов tг(рисунок 16). Величину требуемого снижения точки росы?tp по углеводородам рассчитывают по формуле:

?tp = tг - tj.

Рисунок 16 - График изменения температуры и давления и зона образования гидратов в магистральном трубопроводе.

По графику определяют минимальное содержание метанола в жидкости (Мж) для температуры?tp. Находят отношение содержания метанола в парах к его содержанию в жидкости (Км). Рассчитывают концентрацию метанола в газе:

Км.г = Км Мж.

Определяют количество метанола (в г/сут), необходимое для насыщения жидкости:

м.ж = qМж / 100 - Мж

Определяют количество метанола (в г/сут), необходимое для насыщения газа:

м.г = Км.г Q

Находят общий расход метанола (в г/сут):

Gм = Gм.ж + Gм.г

Рисунок 17 - График понижения точки замерзания жидкости в зависимости от содержания метанола.

Рисунок 18 - График содержания метанола в паровой и жидкой фазах в зависимости от давления и температуры газа.