ЛЕКЦИЯ № 11. Гидратообразование в скважинах. Методы предотвращения их образования

Нефтяные газы способны при определенных термодинамических условиях вступать во взаимодействие с водой и образовывать трердые воединения, получившие название гидратов.

Гидратами углеводородных газов называются кристаллические вещества, образованные ассоциированными молекулами углеводородов и воды; они имеют различную кристаллическую структуру.

Как указывалось, природный газ газовых месторождений в пластовых условиях насыщен парами воды. При отборе газа из пласта, сопровождающемся понижением его температуры и давления, пары воды конденсируются и скапливаются в скважинах и газопроводах.. Каждая молекула компонентов природного газа (метан, этан, пропан, бутаны) способна связать 6—7 молекул воды, например, СН₄·6Н₂О; С₂Н₆·7Н₂О.

Углеводородные и некоторые другие газы, контактирующие с водой в определенных условиях давления и температуры, также могут образовывать кристаллогидраты. Кристаллогидраты природных газов внешне похожи на мокрый спрессованный снег, переходящий в лед. Они относятся к неустойчивым соединениям и при некоторых условиях (нагревание, понижение давления) быстро разлагаются на газ и воду.

Образование гидратов происходит при повышенных давлениях, низкой температуре и тесном контакте гидратообразующих компонентов газа с водой.

В условиях высокого давления гидраты не могут существовать при температуре выше критической:

Таблица 4- Значения критической температуры

Газ	СН4	C2H6	C3H8	C4H10	C4H10
tкрит, °C	21,5	14,5	5,5	2,5	1,0

Образовавшиеся гидраты могут закупорить.скважины, газопроводы, сепараторы, нарушить работу измерительных и регулирующих приборов. Часто вследствие образования гидратов выходят из строя штуцера и регуляторы давления, дросселирование газа в которых сопровождается резким понижением температуры. Это нарушает нормальную работу газопромыслового оборудования, особенно при низких температурах окружающей среды. Борьба с гидратами ведется в двух направлениях:

· предупреждение образования гидратов;

· ликвидация образовавшихся гидратов.

Для предотвращения образования гидратов в газовых скважинах применяют следующие методы:

oустанавливают соответствующий технологический режим эксплуатации скважины;

oнепрерывно или периодически подают на забой скважины антигидратные ингибиторы;

oприменяют футерованные насосно-компрессорные (подъемные) трубы;

oсистематически удаляют с забоя скапливающуюся жидкость;

oустраняют причины, вызывающие пульсацию газа в скважине.

Ствол скважины очищают от гидратных отложений:

ü продувкой в атмосферу с необходимой предварительной выдержкой скважины в закрытом состоянии с целью частичного разложения гидратов под влиянием тепла окружающих пород;

ü закачкой большого объема антигидратного ингибитора непосредственно на гидратную пробку с выдержкой для разложения гидратной пробки и с последующей продувкой в атмосферу.

Предупреждают образование гидратов в фонтанной арматуре и в обвязке скважин, а также на различных участках, в узлах и звеньях системы сбора и транспортирования газа (в зависимости от конкретных условий) следующими методами, применяемыми как самостоятельно, так и комплексно:

ü обогревом отдельных узлов и участков;

ü вводом в поток газа антигидратных ингибиторов (метанола, раствора хлористого кальция, диэтиленгликоля и др.);

ü устранением резких перепадов давления, которые вызывают снижение температуры газа, ведущее к конденсации парообразной влаги и образованию гидрата;

ü систематическим удалением жидкости, скапливающейся в пониженных местах системы сбора и внутрипромыслового транспортирования газа, при помощи конденсатосборников или дренажных патрубков;

ü регулярной продувкой газопроводов от окалины, грязи и т. п., в местах скопления которых образуются кристаллы гидратов.

В настоящее время разработаны химические и тепловые способы предупреждения гидратообразования. Химические методы включают технологию подачи в скважину ингибиторов различного типа. Действие их направлено на изменение структурных параметров воды и равновесных условий гидратообразования. Ингибиторы уменьшают растворимость газа в воде. Именно эту задачу выполняют водные растворы спиртов, электролитов и их смеси.

Рис 17- Схема оборудования скважины при разрушении гидратной пробки закачкой теплоносителя. 1- вертлюг; 2- ППУ; 3- превентор; 4- арматура фонтанная; 5- колонная головка; 6- промывочные трубы; 7- промывочная головка; 8- пробка гидратная; 9- НКТ; 10- обсадная колонна; 11- пакер.

Выбор неорганического ингибитора основан на его способности хорошо растворятся в воде и сильно диссоциировать на ионы. Наиболее активные ингибиторы – соединения бора, бериллия и алюминия. Рекомендуются в этом же качестве нитраты и хлориды, хорошо растворимые в воде NaNO₃; KNO₃ и т.д. Широкое применение из-за доступности, низкой стоимости и высокой активности получил СаСL₂. Он применяется в виде раствора 30-35% концентрации плотностью 1286-1336 кг/м³, температурой замерзания минус 55-20 ⁰С, температурой кипения 110-114 ⁰С. Недостатком СаСL₂ является его способность обогащаться кислородом воздуха и становиться коррозионно-активным.

Метанол – метиловый спирт (СН₃ОН) – бесцветная жидкость с характерным запахом этилового спирта. Смешивается в любых соотношениях с водой, этанолом, диэтиловым спиртом, ацетоном, бензолом.

Тепловые методы основаны на повышении температуры в стволе скважины (в месте начала гидратообразования) или сборном трубопроводе выше критической и поддержании ее в течение длительного времени.

Все технологии можно разделить на следующие группы: механические, тепловые и химические.

Механические способы предполагают разрушение рыхлых или плавающих пробок, образующихся в НКТ, специальными штангами. Воздействуя ударами штанги, пробку можно разрушить или протолкнуть на забой в зону повышенной температуры.

Тепловые методы включают воздействие на пробку различными теплоносителями – водой, паром, горячей нефтью. В качестве теплогенераторов используют наземные агрегаты – паропередвижные и депарафинизационные установки, а также скважинные источники тепла - электронагреватели различной конструкции. Для прогрева гидратной пробки теплоносителем необходимо образовать два канала: один для подачи теплоносителя до гидратной пробки и второй для подъема раствора теплоносителя и компонентов пробки. Операция проводится по схеме, приведенной на рис 17.

Рассмотрим некоторые способы предотвращения образования гидратов и льда.

Ввод метанола в газовый поток. Метанол применяют как профилактическое средство для предупреждения образования гидратов. Этот способ получил наибольшее распространение на газовых промыслах. В газовый поток вводят метанол, т. е. метиловый спирт (СН₃ОН), являющийся понизителем точки замерзания.

Рис.18- Установка для ввода метанола в газопровод  

Метанол вместе с парами воды, насыщающей газ, образует спиртоводные растворы, температура замерзания которых значительно ниже нуля. Так как количество водяных паров, содержащихся в газе, при этом уменьшается, точка росы понижается и, следовательно, опасность выпадения гидратов становится значительно меньше. Однако следует учитывать, что метанол растворяется в воде. Если в газопроводе имеется вода, метанол растворяется в ней целиком и становится уже менее эффективным.

Метанол вводится в газовый поток по схеме, представленной на рис. 6. Его периодически подают в бачок 1 высокого давления из емкости 3 ручным насосом 2. Из бачка метанол выпускается по трубке под собственным давлением малыми дозами (каплями) при помощи регулировочного вентиля 4. Для выравнивания давления в бачке к нему в верхней части подключена трубка 5.

Применение метанола для ликвидации и предупреждения образования гидратов имеет ряд существенных недостатков:

- метанол - сильный яд, вызывающий отравление не только при попадании внутрь организма, но и при вдыхании его паров;

- в рабочий бачок этот агент закачивается ручным насосом, на что оператор расходует много времени;

- применение метанола связано с удорожанием себестоимости газа.

Подогрев газа. Этот способ применяют для предотвращения образования гидратов, а также для их ликвидации.

Подогревать газ можно огневым способом и путем теплообмена с горячей водой, паром или дымовыми газами. Огневой подогрев нерационален, так как приводит к порче изоляции трубопроводов, арматуры и аппаратуры и опасен в пожарном отношении. Поэтому таким способом пользуются редко, а подогревают газ горячей водой или паром в теплообменниках различной конструкции.

Осушка газов. Для осушки газа применяют специальные реагенты-осушители, которые поглощают из газа часть влаги, вследствие чего уменьшается содержание влаги в нем и понижается его точка росы. На газовых скважинах этот способ не применяют; его используют обычно для осушки значительных количеств газа на головных станциях магистральных газопроводов.

Резкое снижение давления. Этот способ применяют в условиях, когда в системе сбора и транспорта газа и обвязки скважин гидратная пробка уже образовалась, а также с целью предупреждения образования гидратов. Резкое снижение давления в системе приводит к разложению гидратов, которые затем выносятся из газопроводов и аппаратуры продувкой их через отводы в атмосферу. Этот способ аварийный, так как связан с нарушением установленного режима эксплуатации скважины.

Осн.: 6[411-428]4[Doces01005.htm]

Доп.: 9[205-211]

Контрольные вопросы:

1. Что называют гидратами и как они образуются?

2. Какими методами предупреждают образование гидратов?

3. Как очищают ствол скважины от гидратных отложений?

4. Какие недостатки имеет применение метанола.

Дата добавления: 2014-01-15