Возможность и причины образования гидратов

Природные газы при определенной температуре и давлении образуют с водой твердые соединения – гидраты. Эти снегоподобные вещества, отлагаясь на стенах трубопроводов и аппаратов, затрудняют движение газа, а иногда и полностью его приостанавливают. Поиски гидратных пробок и их ликвидация отнимают много средств и времени, нанося ущерб газовой промышленности.

Гидраты газов представляет собой твердые соединения, в которых молекулы газа при определенных давлениях и температурах заполняют структурные пустоты кристаллической решетки, образованной молекулами воды с помощью водородной связи.

Гидраты образуют также и компоненты природного газа, такие как: CO₂, N₂, H₂S. Химические формулы гидратов следующие: CH₄ ^. 6H₂O; C₂H₆ ^. 8H₂O; C₃H8 ^. 17H₂O; iC₄H₁₀ ^. 17H₂O; H₂S ^. 6H₂O; N₂ ^. 6H₂O; CO₂ ^. 6H₂O.

Основные факторы, определяющие условия образования и стабильного существования газогидратов, это:

а) наличие газов и их состав;

б) фазовое состояние и состав воды;

в) температура;

г) давление.

Температура, при которой в газовой смеси может происходить образование капель воды, называется точкой росы.

Если по условиям транспорта температура газа не снижается ниже точки росы, то в таком газопроводе не выпадает капельная влага и, следовательно, нет условий образования гидратов.

Если температура газа ниже точки росы, то будет происходить конденсация воды, и возможно образование гидратов.

Давление, при котором образуются гидраты, будет зависеть от состава газа.

На рисунке 2.2 приведены равновесные кривые гидратообразования для природных газов разной плотности. Видим, что гидраты могут образовываться при достаточно высоких температурах. Но имеется критическая температура, выше которой гидрат не существует. Например, для метана она равна 22 ^oС.

Присутствие различных компонентов в природном газе изменяет условия гидратообразования. Сероводород значительно увеличивает температуру гидратообразования, а азот, наоборот, несколько снижает ее.

Рисунок 2.2 — Условия образования гидратов для газов различной относительной плотности

Плотность гидратов несколько меньше плотности воды – 980 кг/м³. Образование их сопровождается выделением тепла, разложение – поглощением.

Из графика следует:

а) возможность образования гидратов увеличивается с повышением давления и понижением температуры газа.

б) чем тяжелее газ, тем меньше давление и выше температура, при которых образуются гидраты.

Гидраты, откладываясь внутри трубопроводов, в запорной и ре­гулирующей аппаратуре и т. д. уменьшают проходные сечения вплоть до полной закупорки, что приводит к нарушению режима работы скважины и транспорта газа, а нередко к выходу из эксплуа­тации скважин и отдельных участков газосборной системы.

Следовательно, можно сделать следующие выводы:

а) при снижении забойного давления температура жидкости на устье уменьшается за счёт выделения газа;

б) снижение забойного давления до значения меньшего, чем давление насыщения, приводит к некоторому увеличению температуры на устье за счёт большого нагрева газа в ПЗП.

в) увеличение обводненности ведет к росту устьевой температуры, что объясняется большей теплоемкостью воды, чем нефти;

г) повышение забойного давления повышает вероятность гидратообразования;

д) повышение обводненности снижает вероятность гидратообразования;

е) снижение забойного давления ниже давления насыщения ведет к сокращению зоны возможного гидратообразования.