元坝集输系统酸性天然气水合物形成规律探究

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1、元坝集输系统酸性天然气水合物形成规律探究　　摘要：含硫天然气在集输过程中较不含硫天然气更易出现水合物，水合物的出现将严重影响天然气正常集输，因此水合物形成条件是集输系统方案设计及工艺参数确定的基础信息。本文针对元坝酸性气藏气样组份，通过室内模拟实验，开展了不同气质组分下的水合物形成条件实验，定量化的确定了元坝的水合物形成温度和压力，测定了不同甲醇加量下水合物形成条件变化情况，掌握了元坝酸性天然气水合物形成规律，将为元坝气田酸性集输管网的建设提供基础数据支撑。关键词：含硫天然气元坝气田天然气水合物中图分类号：TE8文献标识码：A文章编号：1672-3791（2013）04（

2、c）-0084-02根据“十二五”规划，元坝气田一期工程天然气建设产能规模将达17×1086m3/a，主要气源产于长兴组气藏，其天然气中甲烷含量75.54%～87.12%，H2S含量3.34%～7.18%，CO2含量6.22%～15.51%，还有少量N2等气体，为高含硫化氢、中-高含二氧化碳天然气。由于气田地层压力较高（60～80MPa），按照开发规划，进净化厂压力只有6MPa左右。因此，在开发过程中必须进行多次的节流降压。在节流降压过程中，由于焦耳--汤姆逊效应的影响，天然气温度将有很大降低，若不有针对性的开展防治措施，天然气水合物的生成将不可避免。由于天然气水合物具有

3、极强的聚集性，通常倾向于在管道中压力急剧变化的位置处生长，将可能造成管线压降增大、严重时甚至造成堵塞而影响气田的稳定生产，因此研究掌握元坝含硫天然气水合物形成规律将为防治措施的制定提供基础保障。1水合物形成条件水合物的形成主要分为热力学形成条件和动力学形成条件。1.1热力学条件从热力学观点来看，水合物的自发形成不是必须使气体（M）被饱和，只要系统中水的蒸汽压大于水合物晶格表面的水蒸气压力就够了。天然气水合物的生成主要需要以下三个条件。（1）满足一定的压力条件，只有当系统中气体的压力大于它的水合物分解压力时，饱和水蒸汽的气体才能自发生成水合物。（2）满足一定的温度条件，天然

4、气形成水合物有一个临界温度，只有当系统中的温度小于这个临界温度时才有可能形成水合物。（3）天然气中含有足够的水分，以形成空穴结构。6水合物的生成除与天然气组分、组成和游离水含量有关外，还需要一定的热力学条件，即一定的温度和压力。前苏联学者罗泽鲍姆等人认为：只有当系统中气体组分的压力大于它的水合物分解压力时，含饱和水蒸汽的气体才可能自发生成水合物，可用逸度表示如下。总之，水合物形成的主要生成条件有：有自由水的存在，天然气的温度必须等于或低于天然气中水的露点；低温高压。辅助条件有：高流速、压力波动、H2S和CO2等酸性气体的存在、微小水合物晶核的诱导等。在给定压力下，对于任何

5、组分的天然气都存在水合物形成温度，低于这个温度将形成水合物，若高于这个温度则不形成水合物或已形成的水合物将发生分解。反过来，若给定温度，天然气水合物存在极限压力，高于这个压力则形成水合物，低于这个压力则无法形成水合物。1.2动力学条件（1）过冷度与诱导时间。从动力学方面讲，天然气水合物的形成依次包括晶体（微晶）形成和生长聚集两个过程。在形成水合物过程中，当压力不变时温度必须经过过冷到理论平衡线以下若干摄氏度，并经过一定时间（诱导期）才能形成水合物晶核。实验证明：过冷度超过7.49℃时，才有可能形成水合物；而过冷度超过11.1℃时，在256min以内（甚至瞬间）就会形成水合

6、物。（2）节流效应。天然气在管道中经过突然缩小的断面（如管道的变径管、针形阀、孔板、过滤器等），产生强烈的涡流，使压力下降这种现象称为节流。节流时压力降低会使温度下降，则气体中的水蒸气会凝析出并使气体与水的混合物达到水合形成的必要条件。（3）输送流速。国外研究表明：对容易形成水合物的天然气在输送时应采用较高的流速，一般应高于3m/s。因为高流速可以维持高的输气温度，也可加强气体扰动以抑制水合物的形成和聚集。2水合物形成模拟实验2.1实验方案6天然气水合物生成条件的测定，从本质上说是确定气水相平衡的平衡点。目前，测定水合物相平衡点的方法主要有两种：观察法和图解法。观察法主要

7、用于气体水合物的相平衡实验中，图解法主要用于测量油气系统水合物相平衡点。因此在此选择观察法进行实验研究，观察法测相平衡的判断标准：首先在一定温度、压力条件下，使一定量的水合物在反应釜中形成，保持一个参数不变，然后通过降低压力或升高温度使水合物分解。当研究体系中仅有少量水合物晶体存在时，保持反应釜中的参数（压力、温度）不变，如果反应釜中水合物能存在3～4个小时，则保持反应釜中温度不变，使压力降低0.05MPa；如果反应釜中水合物完全溶解，则这时反应釜中压力和温度可看作该体系的相平衡数据。实验采用蓝宝石水合物生成装置，通过观察法进