天然气水合物抑制剂实验.研究

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1、中国石油大学(华东)硕士学位论文第一章绪论天然气水合物(GasHydrate)俗称“可燃冰”，在自然界发现的天然气水合物多呈白色、淡黄色、琥珀色、暗褐色等轴状、层状、小针状结晶体或分散状【l】。是气体分子与水分子形成的非化学计量的包藏络合物，即是水分子与气体分子以物理结合体所形成的一种固体【2】。目前已经发现的天然气水合物晶体结构有三种，习惯上称之为I型、II型和H型结构。形成水合物的水分子被称为主体，形成水合物的其他组分被称为客体。主体水分子通过氢键相连形成一些多面体笼孔，尺寸合适的客体分子可填充在这些笼子中，使其具有热力学稳定性。在自然界中，天然气水合物大多

2、存在于大陆永久冻土层和深海中。．1．1本文研究的目的及意义气体水合物的研究历史最早可追溯至lJl810年。Davy偶然发现氯气可以使水在摄氏零度以上变成固体，到了20世纪50年代水合物才得以确定。天然气水合物在世界范围内受到重视是从20世纪30年代证实水合物堵塞天然气管道。在此之后，对天然气水合物的研究的主要动力就来源于常规的油气生产部门，因为天然气水合物通常存在于石油、天然气开采、加工和运输过程中【3】。严重时，这些水合物能堵塞井筒、管线、阀门和设备，从而影响天然气的开采、集输和加工的正常运转。天然气水合物的防治是一个多年来困扰生产的问题，尤其近年来，石油钻探

3、及开采已经从陆地转向海洋，并且逐渐向深水进展。海洋深水作业环境恶劣，操作条件复杂，常遇到的问题之一便是钻井液(主要是水基钻井液)中易形成天然气水合物。海水表面向下几百米内，海水温度随水深下降的很快。水深超过1000m时，海底温度一般不会高于4"C。海水温度直接影响到钻井液的温度。若水深为1500m，循环过程中泥线位置处环空中钻井液温度一般不会超过15"C；当循环停止一段时间后，环空中钻井液温度接近周围环境温度；而此位置处压力值大于或等于从泥线到泥浆出口段的静液柱压力(大于15MPa)。经计算可知，纯甲烷气体在压力为15MPa、温度约为17℃时生成水合物；其它一些

4、混合天然气组分生成温度还要高。由此可见，海洋深水钻井高压低温环境，为天然气水合物形成提供了合适的压力．温度条件。海洋钻井过程中如果遇到含气地层或者天然气水合物层，地层气或天然气水合物层的分解气窜入井筒及环空中，与钻井液中自由水在合适的条件下就可能形成天然气水合物。在井筒、钻柱、井口管线和防喷管汇内形成气体水合物，将造成堵塞，使得循环作业无法进行、钻具不能移动、防喷器不能完全打开或者关闭。给正常钻进和井控带来严重影第一章绪论响。水合物的生成会使钻井压力不稳定。侵入气体与钻井液一起循环，使钻井液密度降低，钻井压力增加；若此时有天然气水合物形成，液密度增加，钻井压力减

5、小；气体水合物随着钻井液循环，若温度．压力条件合适，生成的水合物会分解，分解释放出的大量气体(1m3(hydrate)=0．8m3(water)+164m3(gas))会影响钻井压力，压力的不稳定给深水井井控带来了一系列的困难。因此只要条件满足，天然气水合物可以在管道、井筒以及地层多孔介质孔隙中形成，这对油气生产及储运危害很大，主要表现在以下三个方面：(1)如果水合物是在管道中形成，会造成堵塞管道、减少天然气的输量、增大管线的压差、损坏管件等危害，导致严重管道事故；(2)如果水合物是在井筒中形成，可能造成堵塞井筒、减少油气产量、损坏井筒内部的部件，甚至造成油气井

6、停产：(3)如果水合物是在地层多孔介质中形成，会造成堵塞油气井、减低油气藏的孔隙度和相对渗透率、改变油气藏的油气分布、改变地层流体流向并筒渗流规律，这些危害使油气井的产量降低。因此，天然气水合物给人们带来了许多问题和挑战，也给科学技术和人类自身的发展带来了许多机遇。开展天然气水合物抑制研究具有重要的科学意义和实际应用价值。1．2国内外现状及发展趋势天然气水合物形成的主要条件是：(1)天然气的含水量处于饱和状态，液相水的存在是产生水合物的必要条件；(2)足够高的压力和足够低的温度，天然气中不同组分形成水合物的临界温度是该组分水合物存在的最高温度；(3)在具备上述条

7、件时，水合物的形成，还要求有一些辅助条件，如天然气压力的波动，气体因流向的突变而产生的搅动，以及晶种的存在等。针对水合物形成条件，抑制水合物生成的最有效的方法就是破坏其生成条件，总的来说，水合物防治措施是创造出与水合物形成相背的条件：高温、低压、除去白由水(或降低水露点)[41。根据对天然气水合物形成条件的研究水合物的防治措施主要有：脱水法、加热法、降压控制法、添加化学抑制剂法。脱水技术是通过去除引起水合物生成的水分来消除生成水合物的风险，是目前天然气输送前通常采用的预防措施。天然气脱水可以显著降低水露点，从热力学角度来说就是降低了水的分逸度或活度，使水合物的生

8、成温度显著下降，从而消除