天然氣水合物抑制劑的選擇

在一定溫度和壓力下，氣田集氣系統(tǒng)不可避免地會(huì)在系統(tǒng)的不同連接或部位形成水合物。集氣系統(tǒng)形成水合物的環(huán)節(jié),一是在井場和集氣站對(duì)天然氣進(jìn)行節(jié)流降壓,氣體膨脹產(chǎn)生急劇溫降時(shí)形成水合物;二是在采氣管線和集氣管線因氣體輸送產(chǎn)生壓降和溫降的過程中,管線內(nèi)形成水合物。預(yù)防天然氣水合物形成的方法有很多,在井口設(shè)小型加熱爐,輸送前將天然氣加熱;注抑制劑,降低天然氣水合物形成溫度;管線保溫;脫水。其中,在氣井中注入適量水合物抑制劑的方法較為普遍。水合物抑制劑的作用原理是:利用其吸水性以降低天然氣中水蒸氣的濃度,從而降低水合物形成的冰點(diǎn)。天然氣水合物抑制劑包括:甲醇、乙二醇、二甘醇等。延長氣田大部分氣井采用高壓集氣工藝,即井口不加熱、不節(jié)流,氣井天然氣通過高壓采氣管線輸往集氣站集中加熱、節(jié)流、計(jì)量、處理,在集氣站內(nèi)建注醇泵房,集中向單井注入水合物抑制劑。1富液濃度校核水合物形成溫度降計(jì)算:式中:(Δt)——水合物形成溫度降,℃;t1——膨脹后的溫度條件下,不形成水合物的膨脹前溫度,℃;t——天然氣井口溫度,℃。抑制劑最低富液濃度計(jì)算:式中:X——抑制劑最低富液濃度,質(zhì)量百分?jǐn)?shù);M——抑制劑的分子量,g/mol;Kc——抑制劑常數(shù),取值:甲醇1297,乙二醇和二甘醇2220。抑制劑最低富液濃度校核。在節(jié)流后的操作溫度條件下,富液濃度應(yīng)處于非結(jié)晶區(qū),否則須提高富液濃度。富液濃度過高將增大抑制劑的注入量,故其操作溫度應(yīng)處于非結(jié)晶區(qū),但不宜提得過高。抑制劑注入量計(jì)算:采用甘醇時(shí)注入量按下式計(jì)算:式中:Ge——新鮮或再生甘醇注入量,kg/d;qv——天然氣流量,m3/d;G——新鮮或再生甘醇注入率,kg/kg;W1、W2——天然氣在膨脹前后溫度和壓力條件下的飽和含水量,mg/m3;Wf——天然氣中的游離水,mg/m3。當(dāng)采用甲醇時(shí),注入量按下式計(jì)算:式中:Gm——甲醇注入量,kg/d;Gs——液相中甲醇量,mg/m3;Gg——甲醇?xì)庀嗾舭l(fā)損失,mg/m3;α——甲醇在每立方天然氣中的克數(shù)與在水中質(zhì)量濃度的比值;W——天然氣飽和含水量,mg/m3;W0——天然氣理想含水量,mg/m3;CRD——相對(duì)密度校正系數(shù);CS——含鹽量校正系數(shù)。2天然氣水合物抑制劑的選擇及用量篩選以延長某一氣井為例,氣井產(chǎn)量為10×104m3/d,井口壓力為22MPa,井口溫度為25℃,集氣站出口壓力為5MPa。抑制劑注入濃度:甲醇注入濃度為100%,甘醇(乙二醇、二甘醇)注入濃度為80%。天然氣相對(duì)密度為0.569,天然氣組成為:CH4(96.048%)、C2H6(0.833%)、C3H8(0.247%)、N2(2.743%)、空氣(0.228%)。通過計(jì)算可知井口壓力條件下的天然氣水合物形成溫度:20.20℃。為避免天然氣水合物的形成堵塞管道或設(shè)備,對(duì)天然氣水合物抑制劑注入量進(jìn)行精確計(jì)算,同時(shí)對(duì)不同種類水合物抑制劑(甲醇和乙二醇)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對(duì)比,從而確定最合適的水合物抑制劑。從表1可看出,天然氣水合物生成溫度降相同時(shí),甲醇注入量明顯要高于乙二醇的注入量,甲醇投資是乙二醇的2.6倍,乙二醇投資明顯少一些。甲醇和乙二醇作為一種高效的熱動(dòng)力抑制劑的應(yīng)用較為普遍,但也存在諸多不足。1)甲醇工業(yè)成本較高,有毒、易燃,處理殘留的甲醇工藝非常復(fù)雜;乙二醇易燃性稍弱,用量也較少,但可利用的乙二醇資源量較少;2)當(dāng)集氣站內(nèi)脫水采用三甘醇脫水方式時(shí),若上游采用甲醇作為水合物抑制劑,將會(huì)加重三甘醇再生的熱負(fù)荷,再生系統(tǒng)設(shè)備腐蝕也會(huì)加劇;3)乙二醇防治要求滿足固定的水醇比例,還對(duì)地層水礦化度有一定的要求,解堵時(shí)間較長,甲醇的解堵效果要優(yōu)于乙二醇;4)若采用乙二醇作為水合物抑制劑,用常規(guī)再生法回收乙二醇會(huì)帶來很多操作上的問題,使鹽在乙二醇再生塔底和貧液中累積的越來越多,真空再生法可解決,但投資較高;若采用甲醇作為水合物抑制劑,采用常規(guī)再生法雖然存在設(shè)備腐蝕問題,但鹽分僅存在于生產(chǎn)污水中,而不會(huì)在甲醇中累積,投資較乙二醇再生裝置小。從操作安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保方面看,注乙二醇優(yōu)于注甲醇。但是,水合物抑制劑的注入、回收、再生都是在密閉系統(tǒng)中進(jìn)行的,只要嚴(yán)格操作管理,使用甲醇的安全性是可以保障的。因此,延長氣田采用井口注甲醇來抑制天然氣水合物的形成。3天然氣節(jié)流劑氣井井口抑制劑注入量的大小與諸多因素有關(guān),譬如天然氣節(jié)流前后的溫度和壓力、天然氣中游離水的含量等。針對(duì)各種因素對(duì)抑制劑注入量的影響進(jìn)行分析,對(duì)延長氣田實(shí)際運(yùn)行具有一定的指導(dǎo)意義。3.1不同巖性樣品注醇量單因素試驗(yàn)在其他條件相同的情況下,井口溫度不同,天然氣水合物形成的初始位置就不同,井口注醇量也不同,見表2。從表2可看出,當(dāng)井口天然氣溫度降低時(shí),需要的水合物形成溫度降增加,相應(yīng)的最低富液濃度增加,與之對(duì)應(yīng)的最低水合物抑制劑注入量也有所增加;反之,對(duì)應(yīng)的抑制劑注入量將有所減少。3.2不同巖性礦井注醇量在其他條件相同的情況下,隨著開采時(shí)間的增加,井口天然氣壓力將逐漸降低,對(duì)應(yīng)的井口注醇量也發(fā)生了變化,見表3。從表3可看出,井口壓力降低,天然氣水合物形成溫度降減小,相應(yīng)的水合物最低富液濃度減少,與之對(duì)應(yīng)的最低水合物抑制劑注入量減少。當(dāng)節(jié)流后氣體溫度仍在水合物生成溫度以上時(shí),可不注入抑制劑。3.3抑制劑注入量的影響因素,主要有放線抑制劑注入量不天然氣中游離水的存在對(duì)水合物的形成起著至關(guān)重要的作用,也直接影響了抑制劑注入量的大小,見表4。從表4可看出,天然氣中游離水含量越高,水合物形成的可能性越大,對(duì)應(yīng)的注醇量也會(huì)增加。4水合物抑制劑的篩選1)從理論上講,天然氣形成水合物不一定需要游離水,只要?dú)庀嗷蚶淠細(xì)浠衔镏杏行纬伤衔锏慕M分存在時(shí),一旦壓力和溫度條件滿足,就會(huì)形成水合物。天然氣中含有游離水更有利于水合物的形成。2)井口注入抑制劑的篩選應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況,從操作安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性等方面綜合考慮。若采用甲醇作