Определение основных параметров гидратообразования

Определение основных параметров гидратообразования природных газов можно осуществлять по графическим зависимостям, представленным на рисунках 4 – 6 с учётом относительной плотности газа.

Методика определения условий гидратообразования по равновесным кривым сводится к следующему. По известному составу природного газа (данного в молярных или объемных долях) по формуле (6) и данным, взятым из таблицы 2, первоначально вычисляют среднюю молекулярную массу смеси М_см.

Молекулярная масса газа М_см при известном молекулярном составе газа (%) может быть определена по уравнению

, (6)

где у₁, у₂,…,у_n – молекулярные (объёмные) доли компонентов, %;

М₁, М₂,…,М_n – молекулярные массы компонентов (см. таблицу 2).

Рисунок 4. Равновесные кривые образования гидратов природных газов в зависимости от температуры и давления:

1 – относительная плотность газа = 0,6;

2 – относительная плотность газа = 0,7;

3 – относительная плотность газа = 0,8;

4 – относительная плотность газа = 0,9;

5 – относительная плотность газа = 1,0

Рисунок 5. Кривые гидратообразования отдельных компонентов природного газа:

1 – азот; 2 – метан; 3 – двуокись углерода; 4 – пропан;

5 – этан; 6 – i-бутан; 7 – сероводород

Рисунок 6. Номограмма определение температуры гидратообразования сероводородсодержащих газов:

1 – содержание сероводорода 0 %; 2 – содержание сероводорода 2 %; 3 – содержание сероводорода 5 %; 4 – содержание сероводорода 10 %; 5 – содержание сероводорода 20 %; 6 – содержание сероводорода 30 %; 7 – содержание сероводорода 40 %; 8 – содержание сероводорода 50 %

Таблица.2 Молекулярная масса индивидуальных компонентов

Показатель	СН4	С2Н6	С3Н8	iС4Н10	nС4H10	iC5H12	nC5H12	CO2	H2S
Молекуляр-ная масса	16,043	30,700	44,097	58,124	58,124	72,151	72,151	44,011	34,082
Молекуляр-ный объём, 10-3 м3	22,36	22,16	21,81	21,50	21,75	20,87	20,87	22,41	22,14

Затем вычисляют плотность смеси газа r_см по формуле

. (7)

Для определения равновесных параметров гидратообразования графическим методом необходимо определить значения относительной плотности газа по формуле

, (8)

где r_см и r_в – плотности смеси газов и воздуха при стандартных условиях, кг/м³.

Если заданы значения давления и температуры, то по известной плотности смеси r_см вычисляют значения плотности r для заданных условий:

, (9)

Все остальные параметры вычисляются аналогично вышеизложенному.

В соответствии с вычисленной относительной плотностью газа, заданными значениями давления по графикам определяют температуру гидратообразования. Область гидратообразования на рисунках 4 и 6 находится выше и левее кривых.

Для газов в составе, которых находится до 50 % H₂S и до 10 % объемных С₃Н₈ в диапазоне давлений 0,3£ Р £ 30МПа, температуру гидратообразования определяют по номограмме, представленной на рисунок 7 с точностью определения в 1,7 ⁰С.

Рисунок 7. Номограмма для определения поправки на наличие пропана в газе при расчёте температуры гидратообразования:

1 – содержание пропана 0,00%; 2 – содержание пропана 0,25%; 3 – содержание пропана 0,50%; 4 – содержание пропана 0,75%; 5 – содержание пропана 0,90%; 6 – содержание пропана 1,00%; 7 – содержание пропана 2,00%; 8 – содержание пропана 3,00%; 9 – содержание пропана 4,00%; 10 – содержание пропана 6,00%; 11 – содержание пропана 8,00%; 12 – содержание пропана 10,00%

Определение равновесной температуры гидратообразования аналитическим (расчётным) методом осуществляют по уравнению Баррера - Стюарта:

Т_р = а · (1+lgР) ± b, (10)

где коэффициенты а и b определяются по результатам экспериментальных исследований для каждого месторождения и зависят от состава природного газа.

Для давлений до 10 МПа температуру гидратообразования приближенно оценивают по формулам:

- в области положительных температур:

Т_р=18,47(1+lgР) – В; (11)

- в области отрицательных температур:

Т_р= - 58,5(1+lgР) – В₁, (12)

где В и В₁ – коэффициенты, определяемые по зависимости, приведенной на рисунке 8 с учётом отношения, характеризующего плотность гидратообразующих компонентов рассматриваемого газа.

Рисунок 8. Зависимость коэффициентов В и В₁ от плотности смеси (e):

1 – коэффициент В₁; 2 – коэффициент В.

Азот, аргон и гелийне относятся к гидратообразующим компонентам:

, (13)

где – сумма парциальных плотностей исследуемого газа;

åу_i – сумма концентраций газов, обладающих гидратообразующими свойствам.

Рисунок.9. Зависимость коэффициентов ²a² и ²b² от коэффициента ²с²:

1 – коэффициент b; 2 – коэффициент а.

Если в составе природного газа присутствуют сероводород и углекислый газ, то температуру гидратообразования определяют по уравнению:

, (14)

где Т_н – нормальная температура, равная 273,15 К;

а и b – коэффициенты, определяемые графически по зависимости, приведенной на рисунке 9.

, (15)

где Z = +- суммарное содержание H₂S и СО₂ в объемных процентах в исследуемом составе природного газа.

Последовательность определения температуры гидратообразования сводится к следующему. По известному составу, в котором содержится азот, углекислый газ, сероводород и остальные компоненты, присущие природному газу (CH₄, C₂H₆, C₃H₈, i-C₄H₁₀, n-C₄H₁₀, i-C₅H₁₂ и n-C₅H₁₂), при заданном давлении рассчитывают относительную плотность газа. Затем по рис. 14.6 находят точку пересечения линий, соответствующих заданному давлению и содержанию сероводорода. От точки их пересечения перпендикулярно изобаре с заданным давлением проводят прямую линию до пересечения с линией определенной относительной плотности в нижней части графика. Точка их пересечения является началом условной линии, которую необходимо провести параллельно наклонным кривым, представленным в нижней части графика. Точка пересечения этой условной наклонной линии с осью абсцисс соответствует температуре гидратообразования газа данного состава.

Поправку влияния С₃Н₈ определяют путем отыскания на рисунке7 линии изоконцентрат, соответствующих заданным значениям H₂S и С₃Н₈. Затем от линии их пересечения опускают перпендикуляр на линии изоконцентрат Н₂S по направлению вниз до пересечения уровня, соответствующего линии заданного давления, а затем от точки их пересечения проводят горизонтальную линию влево до пересечения с осью ординат. Значение температурной поправки от присутствия в газе пропана следует вычесть из значения температуры гидратообразования. В случае определения поправки по пропану по правой части рисунке 7, её следует прибавить к температуре гидратообразования.