浅析天然气水合物的预防和处理-大庆油田有限责任公司试油试采分公司-张伟

浅析天然气水合物的预防和处理张伟（大庆油田有限责任公司试油试采分公司）摘要：未经处理的天然气中都含有一定的水蒸气，它在一定的条件下会生成冷凝水、冰塞和水合物。水合物是一种笼形晶格包络物，即水分子藉氢键结合成笼形晶格，而气体分子则在范德华力作用下，被包围在晶格的笼形孔中，在一定的温度和压力条件下，由天然气中某些气体组分和液态水形成的白色结晶固体，极易产生堵塞。因些，针对施工中遇到的问题，相应采取了对水合物形成压力的预测，使作业时的起下电子压力计尽可能选择在形成水合物前下入和求产结束后提出。通过在管柱内注入甲醇和乙二醇进行预防和解堵。地面采用水蒸气加热炉进行加热的方法。关键词：气井水合物预防措施乙二醇注入泵加热炉水合物是一种晶状固体物质，极易形成在井内离地面一定距离的试采管柱里，造成在施工过程中掉压力计等事故；及在地面的阀门、分离器、流程的弯头等处产生堵塞，使试采工作中断，影响施工进度和资料的准确录取。1水合物的形成条件水合物的形成是在一定的温度和压力条件下，由天然气中某些气体组分和液态水形成的白色结晶固体。外观类似松散的冰或致密的雪，密度为0.88~0.90g/cm3。1.1必要条件有二个：1.1.1、气体处于水汽的饱和或过饱各状态并存在游离水。1.1.2、有足够的压力和足够低的温度。1.2辅助条件有三个：1.2.1、压力的波动以及气体的高速流动。1.2.2、流向突变产生的搅动。1.2.3、水合物晶体的存在及晶种停留的特定物理位置（如弯头、油嘴、孔板、阀门、粗造的管壁）。高于水合物形成的临界温度，不论压力多高，也不会形成水合物。气体形成水合物的临界温度参见表1表1气体形成水合物的临界温度名称CH4C2H6C3H4IC4H10nC4H10CO2H2S形成水合物的临界温度℃21.514.55.52.51.010.029.02防止水合物形成的解决措施2.1、首先预测水合物形成的压力在已知天然气相对密度e的情况下，根据图1查天然气在一定压力和温度条件下形成水合物的最高温度或最低压力，当所测天然气的相对密度在图内所示曲线之间时，采用插值法求出该井形成水合物的压力或温度。通常采用下式计算：P=P1-(P1-P2)×(e-e1)(e2-e1)式中e为实测天然气相对密度；e1为第一条低于且接近于e的曲线的天然气相对密度；e2为第二条高于且接近于e的曲线的天然气相对密度；P1为e1线形成水合物的绝对压力KPa；P2为e2曲线形成水合物的绝对压力KPa；P为e曲线形成水合物的绝对压力KPa。图1预测水合物形成的温度、压力曲线2.2、井下管柱水合物形成及解决措施未经处理的天然气中都含有一定的水蒸气，它在一定的温度和压力条件下，由天然气中某些气体组分和液态水形成的白色结晶固体，极易产生堵塞。例如：徐深9-平2由于井口压力高，井内的天然气中含有一定量的水蒸气，在进行测气的过程中使用小号油嘴产生节流迫使大量的天然气携带一定量的水蒸气流经井口时温度降低，在温度和压力条件都满足的情况下天然气中的某些气体组分和液态水在井口形成了白色结晶固体的水合物，所以在井口产生了堵塞。经过实例分析有如下的解次方法：2.2.1、在井口压力高，气产量大，压力变化不大应控制压降不宜使用小号油嘴2.2.2、发生井口堵塞时可以使用井口注入甲醇，由于甲醇它本身带毒性，一般情况下不建议使用。2.2.3、通常使用注入热水法解堵，建议使用即安全又环保。2.2.4、井下分流工具是地面计量队最新研发的工具，望公司加以批准有效充分地使用，更好地为公司创造效益2.3、地面流程水合物的形成及解决措施水合物是一种晶状固体物质，在地面的阀门、分离器、流程的弯头等处产生堵塞，使试采工作中断，影响施工进度和资料的准确录取。水合物晶体的存在及晶种停留的特定物理位置（如弯头、油嘴、孔板、阀门、粗造的管壁）。最易产生堵塞形成水合物位于油嘴管汇更换油嘴部位，因为使用小毫米油嘴测气时易产生节流使天然气流体温度变低，所以提高天然气节流前后的温度，或使气体流动温度保持在天然气的水露点以上，是防止水合物形成的有效方法。（见图2）图2地面流程示意图在油嘴管汇前使用乙二醇注入机（图3）和油嘴管汇后接入加热炉（图3）使温度保持在水露点以上，这样有效的防止水合物的形成使测气工作顺利地进行。图3乙二醇注入机图4加热炉2.4、地面，井内注抑制剂的方法防止天然气水合物形成的抑制剂分为有机抑制剂和无机抑制剂，目前在大庆天然气井处理水合物主要采用有机抑制剂。2.4.1常用有机抑制剂的物理化学性质见表2表2常用有机抑制剂的物理化学性质对比名称甲醇乙二醇二甘醇分子式CH3OHC2H6O2C4H10O3相对分子量32.0462.1106.1沸点（760mmHg）64.7197.3244.8蒸汽压20℃，mmHg25℃，mmHg920.120.01密度20℃，g/cm325℃，g/cm30.79281.1101.113冰点℃-97.8-13-8粘度20℃,Pa.s25℃，Pa.s0.00059450.01650.0282表面张力15℃,10-3N/m25℃，10-3N/m22.994744折光系数20℃25℃2.5121.431.446比热容20℃，J(g.℃)25℃，J（g.℃）2.5122.4282.303闪点（开杯法）℃15.6116138汽化热J/g1101.1845.7540.1与水溶解20℃完全溶解完全溶解完全溶解2.4.2现场应用情况近年来，在徐家围子气田区块测气为了克服冬天工作难容易冻堵曾在徐深1-平1井采用了热水锅炉保温方法取得显著的成绩突破了日产气80多万方气，徐深6井、徐深8井也是采用此技术并获得巨大的成绩。2010年7月份在徐家围子区块又发现大气田并含有大量二氧化碳的徐深8-平1井，由于天然气中含大量的二氧化碳易产生水化物，为了克服种种的困难采取了锅炉保温和乙二淳注入法最终实测日产气达到100多万方大气。3结论及建议3.1现场通过预测和控制压降而采用分级降压和流程加温的办法来避免水合物的形成，取得了很好的效果。该方法经济、安全、实用。3.2在用有机抑制剂甲醇时。由于甲醇它本毒对人中毒的剂量为5-10ml，致死剂量为30ml；当空气中其含量达到39-65mg/m3的浓度时，人在30-60分内就会出现中毒现象，在现场使用时必须采取相应的安全措施，因此尽量避免使用该有机抑制在井口可使用热水注入法循环和地面流程使用乙二醇注入法。3.3在试采过程中，为防止井内油管及井口形成水合物，造成卡堵井下工具，以及影响试采资料的求取，建议除适时加入少量的水合物有机抑制剂外；根据预测水合物形成的压力，起下电子压力计尽可能选择在形成水合物前下入和求产结束后提出。3.4井下分流工具是地面计量队最新研发的工具，望公司加以批准有效充分地使用，更好地为公司创造效益。参考文献1林存瑛主编.天然气开采工程丛书（四）.北京：石油工业出版社.1997作者简介张伟男1982年试油试采分公司试油大队地面计量队助工电子邮箱[e-mail].