Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

21.2: Проблема гідрату

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    29157

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Гідрати природного газу - це тверді кристалічні сполуки снігового вигляду з щільністю меншою, ніж у льоду. Гідрати природного газу утворюються, коли компоненти природного газу, наприклад метан, етан, пропан, ізобутен, сірководень, діоксид вуглецю та азот, займають порожні позиції решітки у водній структурі. У цьому випадку здається, що вода застигає при температурах значно вище температури замерзання води.

    Газогідрати складають твердий розчин - газ є розчиненою речовиною, а вода - розчинником - де дві основні складові хімічно не обмежені. На малюнку 21.2 представлена типова діаграма стану суміші води зі світлим чистим вуглеводнем (HC), подібна до тієї, що представлена Маккейном (1990).

    Малюнок 21.2: Діаграма фази для системи вода/вуглеводнів (HC)

    На діаграмі на малюнку 21.2 є ряд пунктів, які заслуговують на увагу. Перш за все, утворення гідратів явно сприяє низька температура і високий тиск. Трифазна критична точка - точка С на діаграмі, яка представляє умову, коли рідкий і газовий вуглеводневий вуглеводневий зливаються в єдину вуглеводневу фазу в рівновазі з рідкою водою. Точка Q 2 - верхня четверна точка, де чотири фази (рідка вода, рідкий вуглеводень, газоподібний вуглеводень і твердий гідрат) знаходяться в рівновазі. Точка Q 1, нижня чотирикратна точка, зазвичай виникає при 32° F (температура замерзання льоду), де чотири фази (лід, гідрат, рідка вода та вуглеводневий газ) знаходяться в рівновазі. У цьому контексті фази не є чистими, оскільки вони містять деяку кількість інших речовин відповідно до їх взаємної розчинності.

    Для практичного застосування найважливішою лінією рівноваги є сегмент Q 1 Q 2. Він являє собою умови для утворення або дисоціації гідратів, критично важливу інформацію для більшості промислових застосувань, де беруть участь гідрати. Коли ми зосереджуємося на цій зоні, фазова поведінка системи вода/вуглеводнів спрощується до схем, показаних на малюнку 21.3.

    Малюнок 21.3: Фазова поведінка системи вода/вуглеводнів (сегмент Q1Q2)

    Термодинаміка фазової поведінки зазвичай використовується для прогнозування лінії утворення/дисоціації гідрату Q1Q2. Перші два методи прогнозування були запропоновані Кацом та колегами, і відомі як метод газової гравітації (Katz, 1945) та метод K i -value (Carson and Katz, 1942). Обидва методи дозволяють розраховувати криві рівноваги P-T для трьох фаз: рідкої води, гідрату і природного газу. Ці методи дають початкові оцінки для розрахунку і забезпечують якісне розуміння рівноваги; останній метод є більш точним з двох. Третій метод спирається на статистичну механіку для прогнозування рівноваги. Він визнаний найбільш точним з усіх трифазних розрахунків, оскільки є більш всеосяжним і детальним.

    Ключові обставини, які мають важливе значення для утворення гідратів, можна узагальнити як:

    1. Наявність «вільної» води. Ніяке утворення гідратів неможливе, якщо «вільної» води немає. Тут ми розуміємо важливість видалення водяної пари з природного газу, так що в разі вільного залягання води існує ймовірність утворення гідратів.
    2. Низькі температури, при або нижче температури гідратоутворення для заданого тиску і газового складу.
    3. Високий робочий тиск.
    4. Високі швидкості, або збудження, або пульсації тиску, іншими словами турбулентність можуть служити каталізатором.
    5. Наявність H 2 S і CO 2 сприяє утворенню гідратів, оскільки обидва ці кислотні гази більш розчинні у воді, ніж вуглеводні.

    Найкращим і постійним засобом для вирішення проблем утворення гідратів є зневоднення газу. Іноді цілком можливо, що гідрати будуть утворюватися на ділянці свердловини або в трубопроводі, що несе природний газ до дегідратаційної установки, внаслідок чого виникає потреба в методиках оголовка свердловини. На ділянці свердловини доречні дві методики:

    1. Нагрівання газового потоку та підтримання проточних ліній та обладнання при температурі вище точки гідрату,
    2. У випадках, коли присутня рідка вода, а потоки та обладнання не можуть підтримуватися вище температури гідрату, інгібуючи утворення гідратів шляхом впорскування добавок, які пригнічують як гідратні, так і температури замерзання.

    Найпоширенішими добавками є метанол, етиленгліколь та діетиленгліколь. Ін'єкція метанолу дуже вигідна у випадках, коли низький обсяг газу не дозволяє обробляти зневоднення. Це також надзвичайно корисно у випадках, коли проблеми з гідратом є відносно м'якими, нечастими або періодичними, у випадках, коли ін'єкція інгібітора є лише тимчасовою фазою програми розробки родовищ або де інгібування проводиться спільно з системою первинного зневоднення.

    Автори та атрибуція