Файл: Макогон, Ю. Ф. Гидраты природных газов.pdf

ветвлеиыых «корявых» кристаллов. Интенсивность роста опреде­ ляется скоростью диффузии молекул воды на поверхность роста. Молекулам воды при этом приходится преодолевать двойное сопро­ тивление.— слой сжиженного газа на поверхности жидкой воды и слой сжиженного газа, который обычно обволакивает поверхность растущего кристалла. Растущие кристаллы «просыхают» только после исчезновения пленки сжиженного газа на поверхности жид­ кой воды, т. е. после полного перехода избыточного сжиженного

Рис. 62. Игольчатые микрокристаллы гидратов природных газов

газа в гндратное состояние. Гидрат при этом становится жестким, на поверхности его четко видны отдельные «узловые» образования

(сиг. рис. 58).

Кристаллогидраты, образованные смесыо газов, обычно содер­ жат элементы форм гидратов отдельных компонентов. Для опреде­ ления морфологии гидратов газов был использован газ следующего состава:

При этом было установлено, что колонии вискеров, образуются как в газовой среде, так и в объеме воды. Наряду со строго прямолинейными лучами растут н витые или разветвленные кри­ сталлы.

91

у основания от 1,2 до 2 мм. У основания строго прямолинейных игольчатых кристаллов интенсивно развиты завитые «волосяные»

с основанием в точке сочленения гидратнои пленки на контакте газ — вода и стенки камеры. Для структуры данного гидрата харак­ терным является постоянство углов между отдельными растущими нитями, составляющими примерно 120°. Толщина нитей дости­ гает 0,2—0,4 мм, длина отдельных нитей между узлами разветвле­ ний 7—10 мм. Повышение температуры разложения данного гидрата

и снижением упругости паров воды над гидратом данной структуры. Например, для гидрата, структура которого приведена на рис. 63, упругость паров воды над гидратом при температуре образования, равной +1° С, составила 4,3 мм рт. ст., а над игольчатым гидратом,

92

приведенным на рис. 62, в тех же условиях равна 3,5 мм рт. ст. Разложение гидрата происходит тогда, когда упругость паров воды над гидратом будет равна упругости паров воды над жидкой водой, т. е. чем выше депрессия упругости паров воды над гидратом и жид­ кой водой, тем выше температура разложения гидрата при одном и том же давлении.

Эксперименты, выполненные нами в МИНХиГП по определению условий образования гидратов в объеме жидкой воды и в газовой среде, дают возможность сделать следующие выводы.

1. Начало образования гидратов газа происходит в определен­ ных условиях давления и температуры на поверхности контакта газ — вода. Контакт г§за — воды может наблюдаться: на границе раздела жидкой воды и газа; на границе раздела газового пузырька, выделившегося в объеме жидкой воды при изменении давления пли температуры; тта поверхности раздела конденсатной воды, выпада­ ющей из газа при изменении давления и температуры и оседающей на стейках сосуда, содержащего газ. В определенных условиях насыщения центры кристаллизации могут образоваться непосред­

на поверхности контакта газ — вода в объеме жидкой воды и в га­ зовой среде.

3. Скорость роста гидрата определяется депрессией темпера­ туры образования гидрата, скоростью отвода тепла и типом образо­ вания (поверхиостио-пленочпым или объемно-диффузионным), а так­ же скоростью образования свободной поверхности контакта газ — вода, т. е. турбулентностью газоводяыого потока. Кроме того, в опре­ деленных условиях скорость образования гидратной пробки опре­ деляется капиллярной пропиткой гидрата жидкой водой.

4. Форма кристаллов гидратов газа характеризуется различными упругостью паров воды над гидратом и температурой их разложения при одинаковом давлении.

5. Форма кристаллов гидратов газа весьма разнообразна и опре­ деляется составом газа и термодинамическими условиями роста. В условиях интенсивного перемешивания газа и воды при условиях гидратообразовапия образуется «аморфная» масса гидрата. При ста­ тических условиях наиболее распространены монокристаллы или колонии игольчатых кристаллов и нитевидных кристаллов-вискеров.

6. При изменении условий могут происходить диссоциация

вобъеме жидкой воды, обычно начинается у их основания.

8.При наличии условий образования гидратов в стволе сква­ жины (или в газопроводе) -независимо от того, заполнена она жид­ костью или освоена и заполнена газом, она может быть полностью закупорена гидратной пробкой. Пробка определяется диапазоном

Глава 111

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ПРОЦЕССА ГИДРАТООБРАЗОВАНМЯ

Интенсивное развитие газодобывающей отрасли с разветвлен­ ной системой магистральных трубопроводов в значительной степени сдерживалось свойством природных газов вступать в реакцию с во­ дой н образовывать плотные скопления гидратов.

Для предупреждения гидратообразовання были привлечены боль­ шие научные силы и крупные промышленные комплексы во всех газодобывающих странах. За четыре десятилетия разработаны и широко внедрены в промышленность эффективные методы предупре­ ждения процесса гидратообразовання. Широкое применение нашли методы осушки газа от паров воды, ввод ингибиторов гидратообразоваиия, поддержание температуры выше температуры начала об­ разования гидратов.

В ряде случаев для ликвидации гидратов используется метод краткосрочного уменьшения давления ниже давления разложения. В последние годы были предприняты попытки найти вещества, резко снижающие адгезию гидратов с поверхностью металла, однако пока положительных результатов не получено.

Использование того или иного способа определяется условиями и местом образования гидратов в технологической системе добычи, транспорта и использования газа. Так, например, при образовании гидратов в наземной части системы обустройства газопромысла для борьбы с гидратами наиболее широко используется метод ввода ингибиторов гидратов в поток газа. При образовании гидратов

всистеме магистрального транспорта (осушка газа) и в призабойной зоне пласта и в стволе скважин может оказаться наиболее эффектив­ ным способ локального подогрева газа на забое скважин или же способ ввода ингибитора на забой с последующей его регенерацией

вкомбинации с осушкой газа.

Целесообразность применения того или иного метода или их комбинирование для борьбы с гидратами определяется в результате всестороннего технико-экономического анализа в каждом конкрет­ ном случае.

Борьбе с гидратами в конечном итоге посвящено большинство работ, связанных с проблемой гидратообразовання газов.

Вданной главе мы не ставим целью анализ применяемых методов

иразработку конкретных рекомендаций для конкретных условий —

94

это задача крупных проектно-исследовательских организаций. Нами рассматриваются лишь особенности наиболее распространенных мето­ дов борьбы с гидратами и новейшие достижения в этой области.

В данной главе кратко рассмотрена сущность существующих способов предупреждения процесса гидратообразования. Хотелось бы отметить, что данная глава ие является инструкцией по выбору метода борьбы с образованием гидратов для каждого конкретного случая. Однако можно полагать, что данная глава будет полезной для специалистов проектантов и технологов, занимающихся гидра­ тами газов.

§ 1. Влагосодержаиие природных газов

Одним из основных факторов, обусловливающих образование гидратов природных газов, является насыщение последних парами воды. При этом объемная скорость накопления гидратов зависит от скорости изменения влагосодержания газа с изменением давления и температуры. Поэтому для определения условий, места и скорости образования гидратов в газопроводе необходимо знать влагосодержапие газа и его изменение в зависимости от давления и темпера­ туры.

Формирование газовых и нефтяных залежей происходит вслед­ ствие вытеснения газом или нефтью воды из пористых пород-коллек­ торов. При этом связанная вода остается в порах породы. Содержа­ ние воды в пласте растет с уменьшением размера пор, с увеличением сил поверхностного^натяжения на границе раздела фаз и т. д.

Газоносные породы с порами различных размеров и неодинаковой конфигурации, с неодинаковыми условиями вытеснения первичной воды газом (в зависимости от температуры, минерализации воды, минералогического состава породы предшествующего иефтегазонасыщеиия) могут содержать различное количество остаточной пленочной воды (5—50% от свободной пористости).

В результате длительного контактирования газа с остаточной пленочной и пластовой водой происходит его насыщение в условиях пласта. Содержание водяных паров в газе зависит от температуры, давления, состава газа и степени минерализации воды.

Растворимость воды в природных газах

Для определения содержания паров воды в газах используется ряд экспериментальных и аналитических методов. К эксперименталь­ ным относятся следующие методы:

1)визуальное определение точки росы, т. е. температуры, при которой начинается процесс конденсации паров при заданном дав­ лении;

2)применение твердых сорбентов;

3)использование жидких сорбентов с последующим их титро­ ванием;

4)вымораживание;

95