Газовые гидраты и борьба с гидратообразованием

Давление снижают тремя способами:

• отключают участок газопровода, где образовалась пробка, и с двух сторон через продувочные свечи сбрасывают газ в атмосферу;
• перекрывают линейные края с одной стороны и выпускают в атмосферу газ, заключенный между пробкой и одним из перекрытых кранов;
• отключают участок газопровода с обеих сторон пробки и сбрасывают в атмосферу газ, заключенный между пробкой и одним из перекрытых кранов.

Наилучшие результаты получают в первом случае, хотя и при больших потерях газа. Во втором и третьем случаях одностороннее снижение давления может привести к срыву гидратов, удару и аварии.

После разложения гидратов скважину продувают, но при этом часто не учитываются возможности накопления жидких углеводородов на продуваемом участке и образования повторных гидрато-ледяных пробок за счет резкого снижения температуры.

При отрицательных температурах нельзя использовать метод снижения давления, так как вода, образовавшаяся в результате разложения гидратов, переходит в лед и образует ледяную пробку.

В этом случае метод снижения давления используют в комбинации с вводом в трубопровод ингибиторов. Количество ингибитора должно быть таким, чтобы при данной температуре полученный раствор не замерзал.

2.3 Ликвидация гидратных пробок в трубопроводах природных и сжиженных газов путём подогрева

При этом способе повышение температуры выше равновесной температуры образовании гидратов приводит к их разложению. На практике трубопровод подогревают открытым огнем, горячей водой или паром. Предпочтительнее использовать горячую воду или пар.

Применение открытого огня нежелательно. Например, на одном из газопроводов для ликвидации сплошных гидратных пробок использовали открытый огонь, в результате чего на трубе образовались гофры. В дальнейшем под влиянием низких наружных температур в трубах образовались трещины длиной 450 мм и глубиной 6 мм.

Лабораторные исследования показывают, что повышение температуры в точке контакта гидрата и металла до 30-40°С достаточно для: быстрого разложения гидратов.

2.4. Определение места образования гидратных пробок

Выше уже упоминалось, что место нахождения гидратной пробки можно определить по изменению давления на трассе.

Место начала образования гидратов в скважинах определяют по точке пересечения равновесной кривой образования гидратов с кривой изменения температуры газа по стволу скважин.

Повышенный перепад давления на каком-либо участке свидетельствует о наличии гидратов. Для уточнения положения пробки в трубах сверлят отверстия, устанавливают хомут с манометром и замеряют давление.

 Более быстрым и дешевым способом обнаружения накопления грязи и гидратных пробок в газопроводах является метод радиолокации. Для этого внутрь газопровода через специальный отвод - лубрикатор вводится антенна, подключаемая к стандартной передвижной радиолокационной станции. Антенны устанавливают по длине газопровода через 20-40 км. Расстояние от антенны до места образования гидратной пробки определяется с точностью до нескольких метров. Этот метод оказался весьма эффективным также при наблюдении за движением «ерша», используемого для очистки труб. С помощью радиосигнала удается заметить и скопление жидкости в газопроводе, уровень которой составляет несколько сантиметров.

 

Рис.1. График определения места образования гидратов в скважинах

Дебит (в тыс. м3/сут); 1 - 20, 2 - 30. Кривые: 3 - геотермического градиента; 4 - равновесной температуры образования гидратов

 

Хорошие результаты получают и при определении места и толщины гидрато-ледяных и жидкостных пробок в газопроводах путем просвечивания труб гамма-излучением с помощью радиоизотропного прибора РИН-6М. Радиометричесний блок перемещают по трубе. В месте нахождения гидрата наблюдается резкий спад показаний прибора. Там же определяется место накопления выпавшей в трубопроводе жидкости и высота ее слоя.

Подобный прибор разработан для определения мест отложения гидрато-ледяных и водяных пробок в трубопроводах для газового конденсата и сжиженных газов.

Место отложения гидратных пробок в трубопроводах для сжиженных газов можно определить также по формуле:

l=

Здесь G - весовой расход сжиженного газа; a, b - коэффициенты в уравнении гидратообразования сжиженного газа; py – дополнительное давление, необходимое для предупреждения вскипания сжиженного газа.

2.5 Ингибиторы для борьбы с образованием гидратов

На практике для борьбы с образованием гидратов широко применяют метанол, диэтиленглиноль и водные растворы хлористого кальция. Иногда используются жидкие углеводороды, ПАВ, пластовая вода, смесь различных ингибиторов, например метанола с растворами хлористого кальция и т. д.

B настоящее время наиболее  широко используют метанол, обладающий высокой степенью понижения температуры гидратообразования, способностью быстро разлагать уже образовавшиеся гидратные пробки и смешиваться с водой в любых соотношениях, малой вязкостью и низкой температурой замерзания. Упругость паров чистого метанола и его водных растворов определяют но номограмме.

Метанол является сильным ядом, попадание в организм даже небольшой дозы его может привести к смертельному исходу, поэтому при работе с ним требуется особая осторожность.

Гликоли (этиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль): часто используют для осушки газа и в качестве ингибитора гидратов на установках НТС (низкотемпературной сепарации). Наиболее распространен как ингибитор диэтиленгликоль, хотя применение этиленгликоля более эффективно: его водные растворы имеют более низкую температуру замерзания, меньшую вязкостъ, а также малую растворимость в углеводородных газах, что значительно снижает его потери.

Гликоли с водой смешиваются в любых соотношениях. Плотность водных растворов гликолей и температуру их замерзания можно определить по графикам. Наиболее низкие температуры замерзания этих растворов находятся в пределах концентраций 60-70%‚ которые являются оптимальными при использовании гликолей в качестве ингибиторов гидратов.

Гликоли не считаются летучими, так как упругость их паров при температуре образования гидратов небольшая. Следовательно, гликоли при вводе в трубопровод практически полностью остаются в жидкой фазе, что значительно упрощает схему их улавливания для повторного использования.

Регенерация гликолей, применяемых в качестве ингибиторов гидратов, проводится до концентрации свежего раствора.

Потери гликолей при использовании их в качестве ингибиторов гидратов складываются из потерь при регенерации (термическое разложение и унос), потерь в результате неполного отделения от газа в сепараторах, растворения гликолей в конденсате и газе, всевозможных утечек и др.

Потери от растворимости гликолей в углеводородах невелики, однако они увеличиваются при наличии в конденсате ароматических углеводородов.

При больших скоростях газа и наличии в конденсате ароматических углеводородов гликоли образуют пену и эмульсии, что отрицательно влияет на работу сепараторов и увеличивает потери.

B последнее время (особенно  при испытании разведочных скважин) наряду с метанолом и гликолями в качестве ингибиторов гидратов начали применять Бедные расворы различных солей и в первую очередь СаCl2. Однако при длительном использовании таких растворов могут возникнуть осложнения, связанные с образованием криогидратов (лед -[- СаС12 -6Н20 + водный раствор CaCl2). Последние являются твердыми веществами, которые образуются при определенной концентрации раствора и соответствующей температуре.

Растворы солей, кристаллизующиеся в виде криогидратов способны захватывать различное число молекул воды на одну молекулу соли. Чем выше температура, тем меньше воды связывает выделяющаяся соль.

B последние годы появились  работы, в которых указывается возможность применения углеводородных жидкостей в качестве антигидратных ингибиторов.

Оказалось, что при соотношении газа и нефти 1650 м³/м³ присутствие нефти почти не влияет на температуру образования гидратов. При меньших соотношениях наблюдается заметное снижение этой температуры. С повышением содержания нефти в газе температура образования гидратов снижается до определенного предела и дальнейшее увеличение содержания ее не влияет на равновесную температуру. Одновременно присутствие нефти в значительной мере препятствует прилипанию образовавшихся гидратов к поверхности труб.

Первые опытные работы по применению дизельного топлива с целью предотвращения прилипания гидратов были проведены на Уренгойском месторождении, результаты были положительные.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведено исследование методов создания термодинамической нестабильности гидратной фазы для борьбы с гидратообразованием в трубопроводах, таких как осушка газа, использование теплоизолированных труб, переход к более низким давлениям перекачки и подача в газовый поток ингибиторов. Расчетами показано, что применение теплоизоляции позволяет снизить интенсивность гидратообразования или полностью исключить это явление. Установлена эффективность использования метанола как средства борьбы с уже образовавшейся пробкой при достаточном (для условий конкретного трубопровода) количестве данного ингибитора. При подаче в газовый поток метанола с недостаточным массовым расходом разрушается лишь передняя кромка отложений газовых гидратов, а на участках трубопровода, располагающихся вниз по потоку, происходит повторное нарастание газогидратов.

Рассмотрев методы борьбы с гидратообразованием в системах добычи, подготовки и транспортировки природного газа можно сделать вывод о том, что основным методом предупреждения гидратообразования и гидратоотложения является использование ингибиторов гидратообразования, а именно метанола.

Удельные расходные показатели потребления метанола в качестве ингибитора гидратообразования непосредственно зависят от состава добываемого природного газа, а также от технологии подготовки природного газа к транспорту.

Объем потребления метанола в газовой промышленности России к 2030 г. составит более 1 млн. тонн в год.

Рассматриваемая классификация ингибиторов несколько условна. Например, некоторые неэлектролиты - ингибиторы гидратов в термодинамическом смысле  - являются катализаторами процесса гидратообразования.  Неучет этого интересного момента и до сих пор приводит к экспериментальным неточностям при определении условий гидратообразования в присутствии ингибитора.

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Коротаев Ю.П. Эксплуатация газовых месторождений. М.: Недра, 1975

2. Истомин В.А. Предупреждение  и ликвидация газовых гидратов  в системах добычи газа. – М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2004

3. Дегтярев Б.В. Борьба с гидратами при эксплуатации газовых скважин в районах Севера (практическое руководство), «Недра», 1969