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

с температурой минус 7—9° G, насыщается парами воды до точки росы около минус 20° G. При снижении температуры газа при его дросселировании на редукционных клапанах наблюдается образова­ ние II накопление гидратов после второй ступени редуцирования — при температуре минус 20—25° G. Гидрат при этом получается вы­ сокой плотности и исключительной белизны (кристаллогидрат, по­ ложенный на чистый якутский снег, выглядит белым па снежно-го­ лубом фопе). Образование гидрата в этих условиях лимитировалось влагосодержанпем газа.

В результате дальнейшего понижения температуры газа в город­ ских газораздаточных сетях до минус 50° G происходит образование гидратов в стояках, подводящих газ к коммунальным потребителям при давлении до 300 мм вод. ст. и при снижении температуры от минус 7—9° (температура грунта на уровне прокладки газопровод­ ных сетей) до минус 50° G (температура окружающей среды у стоя­ ков). Образование гидратов в стояках начинается при достижении температуры, равной точке росы паров воды после образования гидратов на редукционных клапанах, т. е. равной минус 25° G.

Врезультате исследования работы газопровода Усть-Внлюй — Якутск впервые в мировой практике показаны условия образования гидратов из паров воды при t < 0° С, а также определены конкрет­ ные факты их образования.

Ввесенний период, когда температура газового потока в над­ земной части газопровода выше температуры разложения гидрата, образовавшегося в зимний период, идет разложение гидрата и насы­ щение предварительно осушенного иа установках НТС газа влагой. При поступлении такого газа в наземный и заглубленный участки газопровода, где температура снижается до 0— (—7)° С, идет интен­ сивное гидратообразовапие на участках перехода.

Весенний период эксплуатации наиболее опасен из-за возмож­ ности быстрой и полной закупорки газопровода гидратами. В этот

период необходимо наряду с глубокой осушкой газа принимать меры по предупреждению образования гидратов вводом в газовый поток активных ингибиторов гидратообразования.

В летний период, когда температура газа в надземной части газо­ провода достигает 30—35° С, наблюдается большая депрессия между влагоемкостыо и влагосодержанпем: в газопроводе идет интенсивное испарение жидкой воды, оставшейся после разложения гидратов, образовавшихся в зимний период эксплуатации. Однако, как пока­ зывают результаты эксплуатации, точка росы по воде в этот период остается ниже минимальной рабочей температуры, что в свою оче­ редь, исключает возможность гидратообразования.

Таким образом, с точки зрения закупорки газопровода гидратами наиболее опасным является весенний период, когда иа участке пере­ хода из надземного газопровода в подземный образуются гидраты из влаги, поступающей в надземный газопровод.

Анализ работы газопровода Усть-Вилюй — Якутск позволяет сделать один из' важных выводов о целесообразности прокладки

36

газопроводов в районах с суперконтинеытальньш климатом заглуб­ ленными в грунт или иаземно с созданием теплоизоляции путем присыпки или путем нанесения пористых покрытий. Заглубление газопроводов псклюнает необходимость глубокой осушки газа с до­ стижением крайне низких точек росы, обеспечивает оптимальную величину сезонных колебаний температурного режима газопроводов и возможность использования установок подготовки газа к дальнему транспорту с узким диапазоном регулирования режима их работы. При этом точку росы паров воды достаточно понижать до минус 15— 20° С, для чего могут быть использованы наиболее рентабельные абсорбционные установки, допускающие полную их автоматизацию.

Способ определения состояния воды при t < 0 ° С при наличии газа с р /> рр

При вскрытии сепарациоиных емкостей и редукционных клапа­ нов на газопроводе Усть-Вилюй — Якутск были обнаружены плот­

ные белого цвета с матовой поверхностью скопления твердой воды. Можно было предположить, что

и воды и соотношение отдельных компонентов газа в гидрате, а сле­ довательно, и структурные соотношения кристаллогидрата.

Возможность процесса гидратообразования при і <; 0° G выте­ кает из анализа энергетических характеристик процесса образова­ ния гидратов и образования эквивалентного количества льда.

На рис. 22 приведены зависимости теплот образования льда в количестве, эквивалентном содержанию воды в моле гидрата. Здесь же нанесены кривые теплот образования моля гидрата.

Как видно из сопоставления приведенных кривых на рис. 22, при t < 0° С энергетически более целесообразен процесс гидратообразоваиия.

37

Энергетически выгоден переход структуры льда в структуру гидрата при t < 0 ° С , однако при этом должно соблюдаться еще одно условие — упругость паров воды надо льдом должна быть выше, чем над гидратом, при заданных термодинамических условиях.

В заключение отметим, что в результате лабораторных исследо­

давлениях пары воды переходят в гидрат, а не в лед. Вероятно, процесс образования гидрата идет непосредственно из паровой влаги — молекулы воды сорбируются решеткой гидрата с последу­ ющим образованием все новых слоев гидрата.

В этих условиях гидратообразование происходит при упругости паров воды над гидратом ниже упругости паров льда (и ниже упру­ гости паров воды).

Накопление гидрата в системе при t < 0° С невелико и опре­ деляется низким содержанием влаги в газе.

Процесс гидратообразования при t < 0 ° С может быть исключен только при условии уменьшения точки росы паров воды до значения ниже рабочей температуры. Это условие определяет необходимость заглубления в грунт или падежной термоизоляции транспортных систем в районах, характеризующихся низкими температурами.

§ 8. Определение основных термодинамических параметров газового потока в скважине

Основными термодинамическими параметрами газового потока при определении условий образования гидратов являются давление и температура. Факторами, определяющими скорость накопления гидратов п размеры зоны гидратообразования, являются турбулент­ ность газожидкостного потока, скорость и характер теплопровода от зоны накопления гидрата, упругость паров воды над гидратом и скорость их диффузии в газовом потоке, величина и характер минерализации водного раствора, из которого образуется гидрат.

Кратко рассмотрим определение некоторых параметров, характе­ ризующих процесс гидратообразования.

Определение давления в скважине 1

При определении интервалов глубин возмояшого образования гидратов необходимо знать зависимость изменения давления и тем­ пературы с глубиной. Для скважины, заполненной жидкостью и на­ ходящейся в консервации, изменение давления ph с глубиной Н

38

где Ру — избыточное (манометрическое) давление на устье сква­ жин, кгс/см2; Н — глубина, на которой определяется давление, м; рж — плотность жидкости в скважине, г/см3.

Распределение давления в простаивающей скважине, заполнен­ ной газом, определяется по формуле

в скважине в рабочих условиях, г/л; h — глубина, на которой опре­

Я — безразмерный коэффициент сопротивления трения; Q — дебит газа, тыс. м3/сут (при t = 20° С и р = 760 мм рт. ст.); dDH— внут­ ренний диаметр фонтанных трубок, см; ТСр — средняя температура газа в стволе скважины, °К;

Ту и Th — соответственно температуры на устье и на глубине, °К; Zcp — средний коэффициент сверхсжимаемости газа, соответствую­ щий значению

Определив рср кр и Тср> кр, находят приведенные давления и тем­ пературы для скважины:

а по величине рпр и Тпр определяется коэффициент сверхсжимае­ мости газа z.

39