Предупреждение возникновения процесса гидратообразования

 

Существует множество методов предупреждения образования гидратов, но, к сожалению, не многие из них возможно применять непосредственно на кустовых газовых скважинах. В рассмотренных ранее возможных местах возникновения процесса гидратообразования можно сделать вывод о том, что, например, при образовании гидратов при штуцировании методы предупреждения образования сужаются до одного единственного – ввод ингибиторов.

Вкратце рассмотрим основные методы предупреждения образования гидратов и почему их невозможно применить на участке «скважина – УКПГ» газового промысла.

1. Метод подогрева газа. Данный метод предупреждения образования гидратов заключается в том, что при сохранении давления в газопроводе температура газа поддерживается выше равновесной температуры образования гидратов. Не вдаваясь в подробности можно оценить данный метод эффективным, исключающим процесс гидратообразования на всей протяженности участка, при правильном подборе температуры подогрева на начальном отрезке газопровода. С другой стороны для подогрева газа необходимы станции подогрева при помощи электрообогрева трубопровода либо теплоносителей в теплообменниках различных конструкций. Большинство разрабатываемых газовых промыслов расположены в северных районах страны, что в большинстве случаев сопровождается многолетнемерзлыми грунтами, а значит, строительство в таких районах обходится весьма недешево. Для станции подогрева в любом случае будет необходим энергетический источник, который в целом обойдется недорого. Взяв в расчёт то, что на кустовых площадках имеется электроэнергия можно допустить применение подогрева газа, которое будет необходимо для каждого шлейфа-газопровода. Такой вариант предупреждения образования гидратов применять экономически нецелесообразно, не включая в расчёт то, что предупредить образование гидратов при штуцировании вовсе невозможно при помощи данного метода.

Данный метод в целом требует больших эксплуатационных и капитальных расходов, но его применение может быть применено на магистральных газопроводах небольшой протяженности.

2. Метод снижения давления. Метод основывается на зависимости температуры и давления. Для исходной температуры газового потока существует определенное равновесное давление, ниже которого при данной температуре гидраты образоваться не могут. Данный метод применяется в основном для ликвидации образовавшейся гидратной пробки путём резкого снижения давления, что приводит к разложению гидратов. Ликвидация гидратных пробок методом снижения давление может производиться следующим образом. Перекрывается запорно-регулирующая арматура с одной стороны и газ, находящийся между запорно-регулирующей арматурой и гидратной пробкой стравливается через продувочные свечи. После начала стравливания газа происходит резкое падение давления необходимое для разложения гидратов, которое может происходить неопределенный период времени в зависимости от характера образованной гидратной пробки.

Основным недостатком применения данного метода является непригодность его использования при отрицательных температурах грунта, так как при разложении гидратов вода переходит в лед и возникает ледяная пробка. В этом случае возможно применение данного метода предупреждения образования гидратов в комбинации с вводом ингибиторов, которые переводят воду из гидрата в раствор с низкой температурой замерзания и тем самым позволяют ликвидировать гидратные пробки даже при отрицательных температурах.

Для предотвращения гидратообразования необходимо обеспечить снижение давления против равновесного на всём протяжении газопровода. В данном случае пропускная способность газового промысла будет мало, поэтому для повышения пропускной способности газопровода возможно сооружение компрессорных станций или за счёт прокладки дополнительных газопроводов. В связи с этим данный метод считается экономически нецелесообразным и практически не применяется.

Метод снижения давления на практике применим исключительно для аварийных ситуаций для разложения гидратов в газопроводе путём кратковременного снижения давления ниже давления разложения гидратов.

3. Ввод ингибиторов. Метод ввода ингибиторов применим как для предупреждения образования гидратов, так и для ликвидации образовавшихся гидратов. В качестве вводимых ингибиторов могут применяться: метиловый спирт (метанол), хлористый кальций, растворы этиленгликоля (ЭГ), диэтиленгликоля (ДЭГ), триэтиленгликоля (ТЭГ) и другие.

На рисунке 1.6 представлены кривые зависимости понижения температуры гидратообразования от концентрации ингибитора.

Рисунок 1.6. Снижение температуры гидратообразования гидратов при вводе в газовый поток водных растворов ингибиторов

1 – хлористый кальций, 2 – метанол, 3 – ТЭГ, 4 – ДЭГ, 5 – ЭГ

 

Ввод ингибитора может производиться в любой необходимой точке газопровода, а также имеет широкое применение установкой подачи ингибитора непосредственно перед штуцированием на фонтанной арматуре.

Необходимое количество ингибитора зависит от количества циркулирующего раствора в единицу времени и потерь ингибиторов, которые необходимо постоянно восполнять.

Процесс взаимодействия ингибиторов с газовым потоком может быть описан следующим образом. Введенные ингибиторы в насыщенный водяными парами газовый поток частично поглощают водяные пары и переводят их вместе со свободной водой в раствор, который совсем не образует гидратов или образует их при температурах более низких, чем температура гидратообразования в случае наличия чистой воды.

Наиболее широко применяемым и налаженным методом ввода ингибитора является применение метилового спирта СН₃ОН (метанол). Экономически выгодно применение метанола при небольших расходах газа, что в основном можно отнести к магистральным трубопроводам и участкам газопромысловых коллекторов после головных сооружений (УКПГ), при условии нецелесообразного применения иных методов предупреждения образования гидратов, что должно быть обусловлено высокими капиталовложениями.

Широкое применение метанола на газовых месторождениях может быть обусловлено следующими основными причинами.

1. В совокупности эффективности и экономической составляющей стоимость метанола занимает лидирующую позицию. Широкая производственная база способствует поддержанию приемлемой стоимости метанола. Более того, при резкой необходимости в метаноле может быть организовано его производство из природного газа методом его неполного окисления кислородом воздуха, так и через синтез газа.

2. Актуальность применения данного химического реагента в условиях северных газовых месторождений, что обусловлено развитой технологией процесса ввода и распределения метанола в требуемые участки технологической цепочки.

3. Метанол обладает наибольшей антигидратной активностью, другими словами метанол наиболее эффективный ингибитор газового гидрата. Эффективность была определена на основании экспериментальных исследований, которые показали то, что применение различных ингибиторов газового гидрата в одинаковых массовых концентрациях дают различное снижение температуры гидратообразования, где метанол обеспечивает наиболее низкую температуру гидратообразования.

4. Наиболее низкая температура замерзания водного раствора метанола в совокупности с маленьким значением вязкости при температурах до минус 50 ^оС.

5. Смешиваемость со слабоминерализованной пластовой водой без выпадения твердого осадка, в то же время в довольно редких случаях высокоминерализованных пластовых водонапорных систем можно использовать не концентрированный метанол, а его водные раствора, подбирая концентрацию исходя из условия не выпадения твердой фазы, - здесь благоприятным фактором является то обстоятельство, что сильно минерализованная вода и сама по себе выступает как ингибитор гидратов.

6. В сравнении с растворами неэлектролитов в роли ингибитора газовых гидратов, метанол обладает свойством некоррозионности.

7. Наличие достаточно простых технологических схем регенерации отработанных растворов метанола.

8. В качестве экологического фактора можно выделить наибольшую технологическую проработанность способов утилизации и захоронения промстоков, содержащих метанол.

9. Помимо высокой эффективности метанола в роли ингибитора предупреждения гидратообразования он также может быть эффективно применен в роли ликвидатора не сплошных гидратных пробок в промысловых газопроводах

Необходимое количество расходуемого метанола можно разграничить следующим образом: на растворение в жидкой воде (рисунок 1.7) и на насыщение газа (рисунок 1.8).  

Рисунок 1.7. График определения количества метанола, необходимого для растворения в воде

 

Рисунок 1.8 – Зависимость отношения содержания метанола в газе к весовому проценту его в воде от давления и температуры в точке образования гидратов

 

В целом применение метода ввода ингибитора, в роли которого применяется метанол, весьма универсальный метод и его применение возможно в любых условиях, а эффективность может быть обусловлена лишь точностью расчётов.

Стоит учитывать то, что на УКПГ успешно практикуется отделение метанола от транспортируемого газового потока, тем можно предположить то, что фактический расход метанола может быть весьма мал.