预防和解除天然气水合物堵塞的方法探讨Ξ
陈铭奇
(中国石油西南油气田分公司)
摘 要:在天然气开采过程中由于天然气中含有水、硫化氢等杂质,易形成水合物堵塞工艺管线,影响天然气生产任务的完成;有时甚至造成憋压引起管线、设备爆炸等安全事故。
如何有效地预防和及时解除天然气水合物的危害呢?
本文从生产实践中总结出一些规律和方法,希望对从事天然气生产的相关人员有一定参考价值。
关键词:预防和解除;天然气水合物;堵塞
气田每年都会发生一些大大小小的由天然气水合物形成的堵塞,也称冰堵。
无论单井、集气站、输气管线还是配气站。
预防和及时解除冰堵对于生产任务的完成,防止安全事故的发生都有重要意义。
天然气管线发生冰堵主要是由天然气水合物造成的,在一定温度、压力和有液态水存在的条件下,天然气中的某些组分能和液态水形成一种白色晶固体,外观类似于松散的冰或致密的雪,密度为0.88～0.9g c m3称为水合物。
近年来的研究表明,天然气
水合物的结构有 、 两种:分子量较小的气体如CH4、C2H6、H2S等的水合物形成体心立方晶系 型结构,可写成CH4.6H2O,C2H6.8H2O,H2S.6H2O, CO2.6H2O;分子量较大的气体如C3H8、I C4H10的水合物形成类似于金刚石的 型结构,可写成C3H8.
17H2O,I C4H1017H2O(附图1)。
戊烷和己烷以上烃类一般不形成水合物。
通过理论计算和试验研究可得出水合物生成的平衡曲线。
图1
但是生产现场的实际情况千差万别,对于每口井,每条管线其温度压力,气质情况都不同,几乎没有完全合乎理论计算的情况,只能根据现场实际,合理的选择温度、压力和防冻剂加注量在气田生产中,为防止形成水合物堵塞天然气管线,一般采用水套加热炉(提高天然气温度),分离、脱水(减少天然气中水分),加防冻剂如乙二醇、甲醇等(降低天然气露点)的措施。
如果已经形成水合物堵塞,解堵的办法就是打破平衡条件,升温、降压、加防冻剂。
原理和方法都不复杂,为什么每年仍然会有大量的冰堵发生?
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2009年第1期 内蒙古石油化工
Ξ收稿日期:2008-10-12
作者简介:陈铭奇,工程师,曾在西南油气田分公司川西北气矿、川东北气矿长期从事油气田建设、开采工作,现在中国石油西南油气田分公司龙岗试采工程建设项目部集输部从事油气集输管理工作。
操作和认识上的误区是主要原因。
冰冻三尺非一日之寒,当温度、压力、天然气组分三要素中任何一项发生变化时,我们都必须考虑采取相应的措施,但并不是说我们就可以不计成本的采取一些过激措施(比如大量的乱加防冻剂)。
虽然每条管线的压力、温度和天然气组分都不完全相同,事实上防堵解堵是有规可寻的:理论上我们可以计算出某一确定天然气组分管道形成水合物的温度和压力的关系,实际应用中可能有些偏差,但我们完全可以观察到形成水合物细微的温度压力变化情况,确定在某一温度压力下可以不加防冻剂。
关键是要注意季节、昼夜和异常的温度、压力情况下应及时采取措施。
具体的说就是在冬季、夜晚及异常低温天气时密切观察压力变化,在通过调节水套炉温度不能阻止压力变化时可以适量加防冻剂阻止水合物的形成。
在温度不变但压力和天然气中水分或硫化氢等成份增加时也应采取同样的办法。
防冻剂加注量和加注方法对于节约成本、保护环境起重要作用。
针对不同的情况选用不同的防冻剂和恰当排量的泵,一旦温度压力达到不形成水合物的数值时应立即停止加注。
防冻剂价格昂贵,排出的防冻剂对环境会造成污染。
因此,减少防冻剂用量既可以降低成本又可以减轻环境污染。
冰堵是一个动态平衡,由三要素(温度、压力、天然气中水及硫化氢等组分含量)决定,不要想一劳永逸。
现场具体操作时应注意:
①密切观察分离器液位,防止翻塔。
分温应控制在14～18℃。
太低易在站内形成冰堵,太高则易在下游管线降温凝析更多液态水形成冰堵。
②在温度或气体组分变化时观察压力、产量的变化,有SCADA系统的站场就更能直观地看到这些参数的变化,从上图中我们可以清晰看到水合物对黄龙4井输气压力产生的影响。
为了便于夜间提醒,可设置一个报警值。
应当注意的是有时由于气温低仅仅是仪表管堵塞而非管线堵塞造成压力、产量显示值变化,这时只需用热水淋一下或用气吹一下仪表管即可。
但仪器、仪表正常显示有温度、压力、产量变化时,必须及时加注防冻剂。
④站内管线已冰堵可用开水烫但不能用火烤,现场有人竟异想天开用火烤解堵,且不说漏气遇火可能造成的危险、明火烤将降低钢管强度易发生危险,必须杜绝。
⑤冰堵没有其他办法解除时才采取关井降压放空解堵的措施。
此外,通过应用高效分离器和加大输气管道的清管力度对减少冰堵发生有一定作用,但并不能防止冰堵的发生。
原因很简单,上述措施并不能消除气态水的存在,一旦温度压力变化,水露点变化同样形成水合物产生冰堵。
因此,在下游输气管线甚至城市门户配气站同样存在防止冰堵的问题。
笔者十多年前在某一城市居住时有一天夜间听到有巨大响声,第二天才知道原来是配气站一只调压阀由于节流降温(焦耳-汤姆逊效应)发生冰堵憋压引起爆炸,幸未造成人员伤亡。
显然,当班采气工没有及时发现夜间温度、压力变化并采取解堵措施是造成事故的主观原因。
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卷):35～37.
Preven tion and D isar mam en t of Gas Hydrates the M ethod of Plugg i ng
Abstract:In the course of exp lo itati on of natural gas because natural gas contains w ater,hydrogen sulph ide and o ther i m purities and easy to p lug the hydrate fo r m ati on of p i pelines,natural gas p roducti on i m pact on the comp leti on of task s; som eti m es even causing overtake w o rk p ressure from p i pelines,equi pm ent and exp lo si on etc o ther safety incidents.How to effectively p revent and ti m ely lifting of the hazards of gas hydrate is?T h is article from the p roducti on and summ ed up a num ber of law s and m ethods,andhope to engage in natural gas p roducti on of relevant personnel have a certain value.
Keywords:P reventi on and D isar m am ent;Gas H ydrates;P lug
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