管道内气体水合物的形成及其处理方法研究

1321 前言随着我国经济的飞速发展，工业化的进程不断加深，人们对能源的需求越来越紧张，但是环境的污染问题严重制约着我国经济的发展，影响着国民的身体健康。

天然气作为清洁能源被广泛开采和应用，不仅给人们的生产生活带来了便利，而且也进一步缓解了我国的能源危机，但是在天然气的开采过程中，由于采出来的气体含有一定的水分和固体小颗粒，生产过程中由于地表内的温度和压力影响的存在，天然气的水合物很容易在输气管线、阀门及弯头等部位凝结。

水合物形成后，严重影响着天然气管线的输送能力，甚至会堵塞管线甚至造成停产。

因此在采气阶段预防水合物的形成是保证天然气安全稳定运输的前提，本文主要对天然气水合物的成因、影响及预防进行了分析介绍，为今后天然气的生产奠定理论基础。

2 采气阶段天然气水合物的成因及条件天然气气井中含有地层水、杂质等物质，并沿内壁不光滑的油管流动，因此，具备形成水合物所必需的气体分子和液态水条件，一旦压力、温度条件满足，便会形成水合物。

影响天然气水合物形成的因素很多，概括起来可分为：（1）天然气的温度等于或低于水的露点，有游离水或液态水存在，均可形成水合物，在一定的压力和气体组成下，其温度低于对应的相平衡温度，水便容易形成亚稳态的晶格框架；通常情况下在开采过程中如果天然气内的压力降低则会造成天然气的温度下降，形成温度差，进而在采气井内的某一深度会达到水合物的形成温度；当采气系统内的温度降低，即便是在井筒内未形成水合物，但温度过低的天然气达到地面输气管线后，也给水合物的形成创造了条件，天然气内的有机气体形成水合物。

（2）水合物的形成与介质运动的方式和压力变化的条件有关，天然气的流动速度越快压力波动越大都会加快水合物的形成。

采气时，压力较高的天然气在高速流动时会把进杂质以及其他固体小颗粒带进入采气管线，一部分颗粒杂质会黏贴在井筒的内部增加采气井井筒的粗糙度，而固体小颗粒很容易成为天然气化合物晶体，加速输气管线中水合物的形成。

采气期输气管线水合物形成原因影响及预防作者：张存来源：《中国科技博览》2016年第03期[摘要]冬季自采气井中采出的气体中含有水份，当采出气体处于含水的饱和状态或有液态水存在，或压力波动大时便会在管线内壁粗糙处、阀门闸板及管线弯头处甚至井筒内形成水合物。

天然气的水合物是水和天然气的冰状结晶化合物，形成水合物的危害在于，堵塞冻结正常采气的管线或闸门，影响正常采气，严重的会使管线的横剖面全部堵塞，无法正常采气。

因此必须采取必要的方法，防止水合物的形成。

本文对气井冬季生产时水合物的成因进行了分析，结合生产实际中总结摸索出的经验，提出了预防水合物形成的方法。

[关键词]输气管线水合物成因影响及预防中图分类号：TE832 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0070-021、引言喇储气库的主要作用是调峰，即：夏季把过剩的油田伴生气经过处理后通过地面设备注入地下储存，冬季用气量大，气源不足时再将天然气从地下采出，弥补用气量的缺口。

在采气期，由于采出的气体含有一定的水份和携带的固体小颗粒，生产过程中，由于温度、压力及成核条件同时存在，采出的天然气中水合物便在管线、阀门及弯头处甚至井筒内形成。

水合物形成后，影响管线的输气能力，严重时会堵塞管线甚至造成停产。

由此可见，在采气期预防水合物形成，是完成采气任务的保证。

本文就水合物的成因、影响及预防，结合生产实际进行分析说明。

2、采气时期水合物的成因及条件2.1 采气生产过程中水合物的生成条件天然气水合物是水和天然气的冰状结晶化合物，典型的分子式是CH4（H2O）n，其中n 的典型区间为6～9。

天然气的水合物外观类似松散的冰或致密的雪，为白色结晶体。

下图为喇储气库气井采气过程中实际生成的水合物照片。

采气生产过程中水合物形成过程类似于盐类的结晶过程，通常包括成核阶段和生长阶段，主要由过冷度或过饱和度引起亚稳态结晶。

水合物成核是指形成具有临界尺寸的、稳定的水合物晶核的过程；水合物生长是指稳定核生长到固态水合物晶体的过程。

天然气管道中水合物影响因素及防控研究天然气一直是人类的重要能源之一，其在工业、民用、交通等方面都有广泛的应用。

而天然气的运输方式也有多种，其中管道运输成为最主要的一种方式。

然而，天然气管道中混入的水合物却给管道的安全运行带来了诸多挑战。

本文将就天然气管道中水合物的形成原因、影响因素以及目前的防控研究展开论述。

一、水合物的形成原因水合物是指天然气分子和水分子在一定条件下结合而成的晶体物质，形如冰块。

在天然气管道中，当管道内部压力下降或温度下降时，管道中的水气混合物就会产生水合物，水合物越积聚，压力就会逐渐增大，最终可能引发管道事故，给人们带来极大的安全隐患。

因此，了解水合物的形成原因就显得尤为重要。

水合物的形成原因主要有以下两个：1、压力下降在天然气管道中，若气体压力下降，水分子就会跟随着气体分子减少而产生凝聚，逐渐形成水合物。

例如在管道发生泄露时，管道内部气体压力会快速下降，导致水分子和天然气分子结合形成水合物。

2、温度下降在天然气管道中，若气体温度下降，管道内的水气混合物会逐渐形成水合物，尤其是在温度低于0℃时，水合物的生成速度更快。

因此，对天然气管道的温度控制尤为重要。

二、影响因素除了上述两个因素以外，还有其他因素也会影响水合物的形成。

下面将就一些重要的影响因素进行介绍。

1、水分子浓度在气体中水分子的浓度越高，则气体形成水合物的速度也越快。

2、压力当管道中气体压力越大，水和天然气分子的混合度也就越难以形成水合物，而压力降低则反之。

3、温度当管道温度越低，水合物的生成速度则越快。

因此，对天然气管道的温度进行严格控制，可以减缓水合物的生成速度。

4、天然气成分在不同类型的天然气中，其成分组成也不一致，这就会导致水合物的生成速度也可能会不同。

比如说，液态天然气中甲烷和乙烷等组成比例不同，则生成水合物的速度也会有所差异。

三、水合物的防控研究尽管天然气管道中的水合物形成具有一定的规律以及因素，但其形成规律是个极其复杂的过程，许多科学家正在进行水合物的防控研究。

DOI ：10.3969/j.issn.1001-2206.2023.06.010油气输送管道天然气水合物生成特点及规律研究钟小侠1，侯辰光1，郭金1，江欣2，吴磊1，林洞峰11.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津3004502.海洋石油工程股份有限公司，天津300452摘要：天然气水合物堵塞问题对海底油气输送管道流动安全构成了严重的威胁。

为掌握海底油气输送管道水合物防控技术，进行了反应釜体系内的水合物生成实验研究，观察水合物生成和分布位置、水合物生成形态及水合物形态演化过程，并藉此分析管道中水合物生成特点，尤其是温度、压力、含水率、流体扰动等不同实验条件对水合物形成的影响。

关键词：油气输送管道；水合物；生成；反应釜Study on characteristics and law of gas hydrate formation in oil and gas transmission pipelineZHONG Xiaoxia 1,HOU Chenguang 1,GUO Jin 1,JIANG Xin 2,WU Lei 1,LIN Dongfeng OOC China Limited,Tianjin Branch,Tianjin 300450,China 2.Offshore Oil Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300452,ChinaAbstract：Gas hydrate blockage poses a serious threat to the flow safety of subsea oil and gas pipelines.In order to master the technology of hydrate prevention and control in subsea oil and gas transmission pipeline,the experimental study of hydrate formation in the reaction kettle was carried out to observe the formation and distribution position of hydrate,the formation form of hydrate and the evolution process of hydrate form,and to analyze the characteristics of hydrate formation in the pipeline,especially the influence of different experimental conditions such as temperature,pressure,water content and fluid disturbance on the formation of hydrate.Keywords：oil and gas pipeline;hydrate;generate;reaction kettle随着海洋油气资源的开发不断向深水和超深水领域发展，天然气水合物堵塞问题已逐渐成为海底油气混输管道流动安全保障领域的研究热点。

天然气长输管道含水化合物的形成及对策随着我国经济水平的日益提高，国家对于天然气的勘查力度逐渐加重。

由于近年来广大人民群众的生活水平有了很大的提高，在物质和环保方面的需要也日益提高，天然气长输管道也就迎来了它的飞速发展。

随着天然气管道的不断发展和延伸，管道企业需要担负的一系列责任——包括社会责任、经济责任和政治责任，也就越来越大。

为此，企业人员需要尽可能的预防和处理一切有关天然气长输管道的问题。

众所周知，天然气长输管道含水化合物就是一种普遍的现象。

接下来我们就来讨论一下含水化合物的问题。

首先我们需要对天然气长输管道含水化合物有一定的了解天然气水化合物是一种白色的结晶物质，是一种固体。

在一定的压力和温度条件下，天然气中的烃分子和其中的游离水接触，结合形成一种类似冰结晶的化合物，在形成过程中水分子是依靠氢键来形成一种带有大孔穴和小孔穴的结晶晶格体，其中这些孔穴会被小的气体分子填充。

由于其经常在天然气或凝析油管道中形成从而造成阀门、管道以及一些处理设备的堵塞，因而天然气水化合物的防治对于石油天然气工业的发展具有重要的意义凡事有果必有因，水化合物的出现必然是有原因的，形成天然气水化合物首先的重要条件就是在天然气中需要含有一定量的水分，并且水要处于一种过度饱和的状态，更有甚者还有可能出现液态状的游离水；其次还需要有一定的压力和适宜的温度。

也就是说水化合物的形成除了和天然气的组成及组分和液态游离水的含量有关系以外，还与温度和压力有很大的关联。

只有在系统中气压高于水化合物的分解压力的情况下，才有可能产生经水蒸气饱和了的气体自发形成水化合物的情况。

从热力学的角度来分析也就是，天然气水化合物的自发形成并不是说水蒸气必须要把气体饱和，只要管道系统中的蒸汽压能够高于在水化合物晶格表面上的水蒸汽压就会产生水化合物的自发生成。

除此之外，水化合物的生成还有一个辅助条件就是气流的留滞区。

在上面所说的两个条件下的生产和运作的过程中，如果遇上有很快的节流或气流方向突变极快、温度降级、压力出现波动等情况就有可能水化合物出现堵塞问题水化合物堵塞是有极大危害的，假如情况严重时，这些水化合物可能会把管线、阀门、井筒和设备堵塞住，进而会对天然气的一系列的正常运作即开采、集输和加工方面产生极大的影响。

浅谈输气管线中水合物的抑制及防止措施摘要随着天然气工业的不断发展,天然气管线也日益增多,但天然气开采及输送过程中,水合物的生成及堆积会导致事故。

因此,如何在工业生产中抑制水合物生成就成了石油和天然气工业亟待解决的问题,这里主要讨论了抑制和防止水合物生成的措施。

关键词城市燃气配气;节流;天然气水合物;预测;预防1输气管线中的水合物1.1天然气水合物天然气水合物(Natural Gas Hydrates)是指由水和烃类气体分子及天然气中含有的非烃类气体分子在一定的温度和压力条件下所形成的白色结晶固体,外观类似致密湿雪,密度约0.88～0.90g/cm3[1]。

1.2输气管线中的水合物天然气开采及输送过程中,水合物的生成及堆积会导致阀门堵塞、设备分离、气井停产、管道停输等严重事故。

因此,如何在工业生产中抑制水合物生成就成了石油和天然气工业亟待解决的问题。

2 天然气水合物的防止措施为了防止天然气生成水合物,一般有四种途径:⑴提高天然气的流动温度;⑵降低压力至给定温度时水合物的生成压力以下;⑶脱除天然气中的水分;⑷向气流中加入抑制剂(阻化剂)。

其中最积极的方法是保持管线和设备不含液态水,而最常用的办法是向气流中加入各种抑制剂。

2.1提高天然气流动温度加热提高天然气流动温度是防止生成水合物和排除已生成的水合物的方法之一。

这就是在维持原来的压力状态下使输气管道中天然气的温度高于生成水合物的温度,如图1所示。

但这一方法不适用于干线输气管道中,因为消耗能力大,而且如前所述,冷却气体是增加输气管道流量的一个有效方法,特别是对于压缩机站数较多的干线输气管道。

加热方法通常在配气站采用,因为那里经常需要较大幅度地降低天然气的压力,由于节流效应会使温度降得很低,从而使节流阀、孔板等发生冻结。

2.2降压降低压力防止生成水合物的方法就是在维持原来的温度状态下使输气管道中的天然气压力降低,如图2中曲线2,从而使生成水合物温度曲线下降,如图2中曲线5。

天然气管道水合物形成与防控技术研究第一章概述天然气是一种重要的能源，其在中小型城市和近海区域的供应越来越多地依赖于管道输送。

然而，天然气输送过程中会发生水合物的形成，严重损害管道的安全运行，这对于天然气市场的发展产生了严重的影响。

因此，天然气管道水合物防控技术逐渐成为研究的热点和难点。

第二章天然气水合物的形成机理水合物是指气体分子和水分子按一定比例结合成的固体物质。

天然气管道中，由于气体分子和水分子的物理和化学作用，易于形成水合物，特别是在低温低压的条件下更加容易。

天然气水合物的形成机理主要有三个方面：天然气成分、温度和压力。

第三章天然气管道水合物的危害及防控技术管道输送天然气的过程中，水合物会堵塞管道，同时还会造成管道的损坏和事故，给管道的安全运行带来威胁。

因此，对于天然气管道的水合物防控技术研究非常重要。

激活剂是目前常用的水合物防控技术，可通过添加一定的碱性金属盐将管道内的水分子离子化，使成为传导电子的自由离子，进而破坏水合物晶体结构，溶解、解除管道的水合物堵塞。

此外，还可以采取自然气热稳定剂、物理隔离、降低压力、提高温度、增加流速、增加流量等防控措施。

第四章天然气管道水合物形成与防控技术研究进展随着防控技术的不断研究，各种复杂的水合物防控技术和新型激活剂相继发展。

新型激活剂如离子液体、自申肯酸盐、有机羧酸盐、草酸盐等进一步提高了水合物防控的效果。

同时，充分了解管道本身的性质和周围气候环境信息，有效预测管道内水合物的风险，也将在防控方面发挥重要作用。

第五章结论天然气管道水合物的形成会造成严重的安全隐患，对于管道的安全运行和天然气市场的发展都产生了不利影响。

为了提高天然气的输送、存储和布局的安全性和可行性，需要借助科学严谨的研究，积极探索高效、安全的管道输送技术和水合物防控技术，为国家节能减排、推动绿色发展做出更大的贡献。

4　对软件产业发展的认识计算机软件产业的发展，一定程度上促进了化学化工学科与计算机技术的深度融合与发展。

当前，我国计算机技术软件产业的开发相较于其他发达国家来说，还具有一定的差距。

在具体的研发过程中，我国首先需要促进现有的科技、设计、生产的结合，加强相关软件的开发，如在开发过程中可以联合高校和科研单位，成立软件开发小组，通过开发先进的软件，满足化学化工学科与计算机技术的结合与发展，加强虚拟实验室的组建速度，聘请专业的数据库专家，做好数据的收集、整理工作。

其次，在虚拟实验室的具体建设过程中，其还需要结合我国化学化工学科发展的实际情况和发展方向，建设一些富有特色的虚拟室。

如中医学是我国传统的医学，其也是近些年来人们关注的一个焦点话题，在建立虚拟实验室时，科学家就可以从中草药的化学结构出发，借助分子设计的方法，研究出新的，具有自主知识产权的新药物。

这样不仅有助于我国医药事业的发展，还能更好的满足居民的需要，使化学化工学科成为一门能够为他人造福的学科，推动该学科的发展。

再比如化工在能源方面的应用也是人们较为关心的一件事情，我国是一个能源大国，由于人口众多，能源消耗速度比较快，而近些年来，传统能源在不断的减少，同时其对于环境的污染也比较大，不利于经济和环境的可持续发展，为了更好的满足国家经济的发展，满足人们的日常生活需要，我国在新能源开发领域也投入了大量的资金。

基于这样的原因，笔者认为在实现化学化工学科与计算机技术结合发展的过程中，也可以借助计算机软件，加强对新能源的研究和开发工作，比如说，可以加强重渣油、煤焦油、页岩油和油砂等物质的分子结构研究，进而生产出优质汽油，在研究取得一定成效之后，将其投入到生产中，解决我国当前能源紧张的问题。

总之，随着时代的不断发展变化，计算机技术在人们的日常生活中应用越来越广泛，其在应用过程中与化学化工学科高度融合是时代发展的必然趋势，但是在融合过程中，也需要结合实际的情况，不断的进行创新，将新技术和新方法融入到其中，实现科学的高速前进，这样才能更好的促进化学化工学科的发展。

97某海底天然气管道水合物的生成与防治高雅楠 中国海洋石油(中国)有限公司天津分公司【摘　要】海上油气生产平台之间海底天然气管道长期处于低温高压状态，游离水与天然气极易形成水合物。

清除游离水最好的方法是进行海底管道通球。

但是，一般情况下海上生产平台间海管通球存在较多风险，因此需要寻找更为有效而简便的解决措施。

本文通过对于水合物生成条件的研究，摸索出适合海上油气平台清除海底天然气管道内游离水的简单有效方法：降低海管输送压力，减少海管天然气中的游离水含量，防止水合物生成。

同时，低压高速的天然气将游离水携带出海管，从而削弱水合物生成的条件，达到预防水合物生成的目的。

【关键词】海上油气生产；水合物；降低输送压力；甲醇；海管输送效率海上油气生产平台间海底天然气管道通常处于低温高压状态，游离水与天然气极易形成水合物。

清除游离水最好的方法是进行海底管道通球，但受到海洋环境、场地狭小等因素影响，海底管道通球作业风险高且较为复杂。

一、渤海某海底天然气管道的水合物生成情况1.海管温度下生成水合物压力计算图1 不同比重天然气生成水合物条件某产气平台A天然气比重S=0.7207,海管温度为2.2℃，结合上图可以得出：此时水化物生成的最低压力为：海管条件下S1=0.700 P1=800(KPa)S2=0.800 P2=680(KPa)用内插法即可求出2.2℃下时水化物生成的最低压力P=775.16kPa即此海管生成水合物最低压力为775.16KPa。

2.海管温度下生成水合物压力计算结果分析接收天然气平台B使用高压气时，海管压力一般为3000kPa以上，此时压力已经远远超出生成水合物的最低压力。

因此，需要采取相应措施预防水合物生成。

海上平台可采用海管通球的方法脱除海管内的游离水，但是由于此管道距离长，操作压力高，燃气危险性较大等因素，使得通球作业风险较高，因此需要寻找更为有效而简便的解决措施。

如果将海管压力降低至775.16kPa以下，即把高压气输送转换为低压气输送，可以有效避免海管内游离水与天然气形成水合物滞留在海管中。