Основы ингибирования процесса гидратообразования

Природных газов. Основы ингибирования процесса гидратообразования. Физико-химические свойства ингибиторов гидратообразования. Методы ликвидации гидратных пробок

Предупреждение и борьба с образованием гидратов

ЛЕКЦИЯ №26

Применяемые в промысловой практике мероприятия по предупреждению и борьбе с образованием гидратов природного газа основаны на изменении энергетических соотношений молекул газа - гидратообразователя и воды. Для предупреждения и ликвидации гидратов природного газа в промысловой практике используются следующие методы:

- осушка газового потока от влаги методами сорбции или низкотемпературной сепарации с понижением точки росы по воде ниже минимальной температуры в технологическом процессе;

- ввод в газоводяной поток ингибиторов гидратообразования – спиртов и электролитов;

- поддержание температуры газового протока выше температуры гидратообразования;

- поддержание давления в газовом потоке выше давления гидратообразования.

Применение того или иного метода, их сочетания определяется технологическими возможностями и технико-экономическими расчётами. Наименьшее распространение в промысловой практике нашёл четвертый метод, поскольку в большинстве случаев нецелесообразно поддержание давления ниже равновесного из-за резкого снижения расхода газа. В основном он применяется при удалении образовавшихся гидратов в стволе скважины – путем продувки скважины в атмосферу.

Третий метод устранения гидратов наиболее эффективен при образовании их на дроссельных устройствах, в шлейфах и т.п. Он используется также и при прокладке шлейфов в грунтах с высоким коэффициентом теплопроводности (наличие малых депрессий между равновесной и технологической температурами) – используется теплоизоляция шлейфов. Второй метод реализуется, когда в стволе скважины, в промысловых коммуникациях при больших перепадах температур образуются гидраты. В этом случае применяют ввод ингибиторов (спиртов и электролитов) по замкнутому циклу с последующей их регенерацией.

Первый метод наиболее приемлем для условий магистрального транспорта природного газа. В частности, для газов с малым конденсатным фактором рациональнее использовать сорбционные методы осушки. Для понижения точки росы до минус 15 – 25 ⁰С применяются жидкие сорбенты, а для более глубокой – твердые сорбенты. Если в газе повышенное содержание тяжелых углеводородов целесообразнее использование методов низкотемпературной сепарации с подачей ингибиторов гидратообразования и последующей их регенерацией.

Для предупреждения и борьбы с гидратами в промысловой практике широкое применение нашли растворы спиртов, электролитов и их смеси. Подача ингибитора в поток природного газа изменяет структурные параметры воды, снижая давление паров воды, и тем самым вызывает изменение равновесных условий гидратообразования.

Физическая сущность предотвращения образования гидратов путем осушки природного газа от влаги заключается в том, что удаляется один из компонентов реакции – жидкая вода. Химический потенциал молекул воды, содержащийся в газе, понижается настолько, что они не могут вступать в соединение с молекулами природного газа и образовать гидраты. При этом для ингибирования процесса гидратообразования в систему "газ – вода" вводится третий активный компонент, в результате чего изменяются условия термодинамического равновесия между молекулами воды и газа. Существует четкая зависимость между концентрацией раствора ингибитора – вода и температурой гидратообразования. Раствор природного газа в воде является раствором неполярного вещества в сильнополярном растворителе. Взаимодействие между молекулами газа и воды незначительно и обуславливается слабыми Ван-дер-Ваальсовыми силами. В пустотах, образованных структурой жидкой воды находятся молекулы газа. Введение ингибитора резко уменьшает растворимость газа в воде.

Применяемые в промысловой практике ингибиторы подразделяются на два основных класса: неорганические и органические вещества.

Неорганические вещества – это электролиты, водный раствор которых содержит не отдельные молекулы, а ионы, причем степень диссоциации, определена.

Неорганическое вещество (твердая соль или её концентрированный раствор), поступая в водный раствор газа, ионизируется, образуя при этом ионы с положительным и отрицательным зарядами, которые притягивают к себе диполи воды, окружая при этом ионы. Молекулярная структура раствора при высоких концентрациях соли, постепенно приближается к структуре кристаллогидрата соли. Взаимодействие между диполями воды и ионами ингибитора носит электростатический характер, обладая при этом более сильным взаимодействием между молекулами газа и воды. Существующая при этом квазикристаллическая структура воды нарушается, и растворимость газа падает. Данное явление называется высаливанием и проявляется, когда полярности компонентов раствора отличаются.

Органические вещества, используемые в качестве ингибиторов гидратообразования, представлены в основном метанолом и гликолями. Механизм действия органических веществ аналогичен вышеуказанному – они растворяют в себе воду, снижая её содержание в потоке газа. В результате это нарушаются благоприятные условия образования гидратов.