《水合物讲课材料》PPT课件.ppt
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1、二、水合物二、水合物1、天然气水合物的性质、天然气水合物的性质(Gashydrates,也称水化物)也称水化物)(1)(1)外观外观白色结晶固体,类似于松散的冰或致密的雪。白色结晶固体,类似于松散的冰或致密的雪。白色结晶固体,类似于松散的冰或致密的雪。白色结晶固体,类似于松散的冰或致密的雪。(2)(2)密度密度甲烷水合物比水轻(甲烷水合物比水轻(甲烷水合物比水轻(甲烷水合物比水轻(922kg/m922kg/m3 3),乙烷及其以上重轻的水合物比水重。乙烷及其以上重轻的水合物比水重。乙烷及其以上重轻的水合物比水重。乙烷及其以上重轻的水合物比水重。天然气水合物是在一定压力和温度(高于水的冰点温度)
2、的条天然气水合物是在一定压力和温度(高于水的冰点温度)的条天然气水合物是在一定压力和温度(高于水的冰点温度)的条天然气水合物是在一定压力和温度(高于水的冰点温度)的条件下,天然气中水与烃类气体构成的结晶状的复合物。件下,天然气中水与烃类气体构成的结晶状的复合物。件下,天然气中水与烃类气体构成的结晶状的复合物。件下,天然气中水与烃类气体构成的结晶状的复合物。(3)(3)水合物结构水合物结构 水合物是由氢键连接的水分子结构水合物是由氢键连接的水分子结构水合物是由氢键连接的水分子结构水合物是由氢键连接的水分子结构形成的笼形结构,气体分子则在范德华形成的笼形结构,气体分子则在范德华形成的笼形结构,气体
3、分子则在范德华形成的笼形结构,气体分子则在范德华力作用下被包围在晶格中,有力作用下被包围在晶格中,有力作用下被包围在晶格中,有力作用下被包围在晶格中,有型和型和型和型和型两种结构。型两种结构。型两种结构。型两种结构。气体水合物晶体结构气体水合物晶体结构水水合合物物结结构构数数据据二、水合物二、水合物2、水合物的生成条件、水合物的生成条件(1)(1)液态水的存在液态水的存在 液态水的存在是生成水合物的液态水的存在是生成水合物的必要条件必要条件。(2)(2)低温低温 低温是形成水合物的重要条件,天然气的温度必须等于低温是形成水合物的重要条件,天然气的温度必须等于或低于天然气中水汽的露点。或低于天然
4、气中水汽的露点。(3)(3)高压高压 组成相同的气体,水合物生成温度随压力升高(组成相同的气体,水合物生成温度随压力升高(降低降低)而升高()而升高(降低降低)(4)(4)其它条件其它条件 压力的波动,气流方向改变及微小水化晶的存在。压力的波动,气流方向改变及微小水化晶的存在。二、水合物二、水合物 天然气水合物形成有一个最高温度,即天然气水合物形成有一个最高温度,即临界温度临界温度,若超过这个,若超过这个温度,再高的压力也不会形成水合物。温度,再高的压力也不会形成水合物。正丁烷以上一般不生成水合物。正丁烷以上一般不生成水合物。天然气组分形成水合物的临界温度天然气组分形成水合物的临界温度二、水合
5、物二、水合物3、防治水合物的方法、防治水合物的方法 水水合合物物的的形形成成,堵堵塞塞井井筒筒或或采采气气管管线线,影影响响气气井井的的正正常常生生产产,常用的防治水合物的方法有:常用的防治水合物的方法有:l 干燥气体(脱水)干燥气体(脱水)l 提高气流温度(加热法)提高气流温度(加热法)l 加防冻剂加防冻剂l 降压降压等。等。二、水合物二、水合物3、防治水合物的方法、防治水合物的方法(1)(1)干燥气体(脱水)干燥气体(脱水)天然气中含有天然气中含有水分是生成水合物的内存因素水分是生成水合物的内存因素,因此,脱除天然,因此,脱除天然气的水分是杜绝水合物生成的根本途径。气的水分是杜绝水合物生成
6、的根本途径。单井脱水单井脱水集气站集中脱集气站集中脱水水二、水合物二、水合物(2)(2)提高气流温度(加热法)提高气流温度(加热法)提提高高温温度度防防止止生生成成水水合合物物的的实实质质是是把把气气流流温温度度提提高高到到生生成成水水合物的温度以上,加热方法有合物的温度以上,加热方法有蒸汽加热法蒸汽加热法和和水套炉加热法水套炉加热法。二、水合物二、水合物(3)(3)加防冻剂加防冻剂 向向天天然然气气中中加加入入各各种种能能降降低低水水合合物物生生成成温温度度的的天天然然气气水水合合物物抑抑制剂,降低天然气的露点,防止水合物的生成。制剂,降低天然气的露点,防止水合物的生成。防冻剂的种类防冻剂的
7、种类热力学抑制剂:热力学抑制剂:甲醇,乙二醇(甲醇,乙二醇(EGEG)、二甘醇()、二甘醇(DEGDEG)等)等。近年来,国外开发了新型水合物抑制剂(近年来,国外开发了新型水合物抑制剂(LDHILDHI):):动力学抑制剂与动力学抑制剂与防聚剂。防聚剂。二、水合物二、水合物常用水合物抑制剂的物理化学性质常用水合物抑制剂的物理化学性质二、水合物二、水合物热力学热力学抑制剂性能比较:抑制剂性能比较:l挥发性、回收:挥发性、回收:乙二醇和甘醇挥发性低,易于与所吸收的水分离,易乙二醇和甘醇挥发性低,易于与所吸收的水分离,易回收;甲醇易挥发,也可回收,但不经济。回收;甲醇易挥发,也可回收,但不经济。l乙
8、二醇乙二醇vsvs二甘醇二甘醇:普遍使用乙二醇,因为乙二醇价格便宜,性能优良,:普遍使用乙二醇,因为乙二醇价格便宜,性能优良,但乙二醇粘度高,在低温系统流动阻力大。但乙二醇粘度高,在低温系统流动阻力大。l甲醇:甲醇:易挥发、刺激性、有毒。但其沸点低,水溶液冰点低,在较低易挥发、刺激性、有毒。但其沸点低,水溶液冰点低,在较低温度时不易冻结,适用于低温场合,防冻效果好,价格便宜。温度时不易冻结,适用于低温场合,防冻效果好,价格便宜。二、水合物二、水合物防冻剂的注入量计算防冻剂的注入量计算 贫液:贫液:指未与湿气接触的新鲜甲醇(乙二醇)或再生后达到浓度要求指未与湿气接触的新鲜甲醇(乙二醇)或再生后达
9、到浓度要求的甲醇(乙二醇)。的甲醇(乙二醇)。注:甲醇贫液浓度一般选择注:甲醇贫液浓度一般选择100%,100%,乙二醇分液浓度一般使乙二醇分液浓度一般使用用60-80%60-80%。富液:富液:指吸收了湿气水分的甲醇(乙二醇)稀释液。指吸收了湿气水分的甲醇(乙二醇)稀释液。二、水合物二、水合物 计算方法:计算方法:公式法公式法和和查图法查图法两种。两种。l公式法:公式法:对于乙二醇,对于乙二醇,23352335换成换成40004000。WRWR富液浓度,富液浓度,%(重量);(重量);MM甲醇(乙二醇)分子量;甲醇(乙二醇)分子量;tt露点降,露点降,富液浓度:富液浓度:二、水合物二、水合物
10、l公式法:公式法:G Gd d甲醇(乙二醇)日注量,甲醇(乙二醇)日注量,kgkg(抑制剂)(抑制剂)/d;/d;Q Qg g日产气量,日产气量,10104 4m m3 3/d;/d;W WL L贫液浓度,贫液浓度,%(重量);(重量);q q1 1上游天然气饱和含水量,上游天然气饱和含水量,kg/10kg/104 4m m3;3;q q2 2下游天然气饱和含水量,下游天然气饱和含水量,kg/10kg/104 4m m3 3。万方气日万方气日注量:注量:二、水合物二、水合物4、气田水合物防止措施、气田水合物防止措施(1)(1)天然气水合物形成可能性天然气水合物形成可能性单井产量小、井口气流温度
11、低,井筒易形成水合物。单井产量小、井口气流温度低,井筒易形成水合物。地面环境温度低:冬季环境温度最低达地面环境温度低:冬季环境温度最低达-30-30。集气管线埋深不一,最大冻土深度集气管线埋深不一,最大冻土深度1.51.5m m,湿气输送到集气站,湿气输送到集气站,易造成水合物及冰堵的形成。易造成水合物及冰堵的形成。根据天然气组份计算及生产表明:开井初期大多数气井井筒根据天然气组份计算及生产表明:开井初期大多数气井井筒300m300m以上已满足天然气水合物形成温度条件。以上已满足天然气水合物形成温度条件。二、水合物二、水合物(2)(2)措施措施pp注甲醇防治水合物的形成注甲醇防治水合物的形成注
12、甲醇防治水合物的形成注甲醇防治水合物的形成pp井下节流防治水合物的形成井下节流防治水合物的形成井下节流防治水合物的形成井下节流防治水合物的形成二、水合物二、水合物p注甲醇防治水合物注甲醇防治水合物季节季节产气量产气量产水量产水量集气距离集气距离优化注醇量天然气性质天然气性质压力压力温度温度注醇工艺示意图注醇工艺示意图 气田主体采用气田主体采用“高压集气集中注醇高压集气集中注醇”防止水防止水合物的形成。合物的形成。对个别边远井及形成水合物时间较少的气井对个别边远井及形成水合物时间较少的气井采用采用流动注醇车井口注醇流动注醇车井口注醇的方法。的方法。二、水合物二、水合物p井下节流防止水合物(降压法
13、)井下节流防止水合物(降压法)井下节流工艺是利用井下节井下节流工艺是利用井下节流嘴实现井筒降压,通过利用地流嘴实现井筒降压,通过利用地温加热,使节流后气流温度基本温加热,使节流后气流温度基本能恢复到节流前温度。由于大大能恢复到节流前温度。由于大大降低了节流器下游系统的压力,降低了节流器下游系统的压力,从而减少了水合物形成机会。从而减少了水合物形成机会。井下节流前后井筒温度、压力剖面图井下节流前后井筒温度、压力剖面图二、水合物二、水合物5、新型水合物抑制剂(、新型水合物抑制剂(LDHI)进展)进展 包括包括阻聚剂阻聚剂和和水合物生长抑制剂水合物生长抑制剂。机理:机理:不是改变水合物的形成条件,而
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