管道内天然气水合物形成的判断方法
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天然气水合物形成条件
天然气水合物形成条件在天然气输送过程中，经常会出现水合物堵塞管道的情况，请大家讨论一下，天然气水合物形成的主要条件及如何预防水合物的形成。
1 天然气水合物的危害天然气水合物是石油、天然气开采、加工和运输过程中在一定温度和压力下天然气与液态水形成的冰雪状复合物。
严重时，这些水合物能堵塞井筒、管线、阀门和设备，从而影响天然气的开采、集输和加工的正常运转。
只要条件满足，天然气水合物可以在管道、井筒以及地层多孔介质孔隙中形成，这对油气生产及储运危害很大。
2 天然气水合物的性质和形成:2.1 水合物的性质及结构天然气水合物为白色结晶固体，是在一定温度、压力条件下，天然气中的烃分子与其中的游离水结合而形成的，其中水分子靠氢键形成一种带有大、小孔穴的结晶晶格体，这些孔穴被小的气体分子所充填。
形成水合物的首要条件是天然气中含水，且处于过饱和状态，甚至有液态游离水存在;其次是有一定条件的压力和低于水合物形成的温度。
在上述两种条件下的生产运行过程中，如遇压力波动、温度下降、节流或气流流向突变很快就可能形成水合物堵塞。
2.2 水合物的生成条件天然气水合物生成除了与天然气组分、组成和游离水含量有关外，还需要一定的压力和温度。
下式即为水合物自发生成的条件：M+nH2O（固、液）=[M·H2O]（水合物）也就是说，只有当系统中气体压力大于它的水合物分解压力时，才有可能由被水蒸气饱和的气体M自发地生成水合物。
由热力学观点看，水合物的自发生成绝不是必须使气体M被水蒸气饱和，只要系统中水的蒸汽压大于水合物晶格表面水的蒸汽压就足够了。
此外，形成水合物的辅助条件是：气流的停滞区。
2.3 长庆气田天然气水合物形成的基本参数及防治工艺根据长庆气田天然气组分，采用节点分析软件分析，计算压力在6～20 MPa时其水合物形成温度为14.5～22.3℃。
一般开井初期井口压力在20MPa 以上，采气管线按25MPa压力设计。
根据下游用户交接点的压力情况，反算得出集气支、干线设计压力为6.4MPa。
判断天然气水合物存在的主要指标
判断天然气水合物存在的主要指标
陈雅楠
目录
天然气水合物的概述 判断天然气水合物存在的标志 中国天然气水合物研究的进展
目录
天然气水天然气水合物？
M·xH2O
天然气水合物是一种在地球上自然产 出的，由甲烷为主的烃类气体与水分子组 成的白色冰雪状晶体化合物，因可以燃烧， 俗称可燃冰。它是一种属于笼状包合物的 特殊化合物，由水分子组成的多面体晶腔 包笼着气体分子。天然气水合物的气体主 要是甲烷（90%—99% ），因此有时又 称甲烷水合物。天然气水合物名字中的天 然又两重意义，其一是指它是天然生成的 水合物，其二是指组成它的气体是以甲烷 为主的烃类气体，成分接近天然气。水合 物中的甲烷主要是生物成因的，较少时热 解生成的。
天然气水合物的地球化学标志
由于天然气水合物随着温度压力的变化而分解，海底浅部沉积物常常出现地球化学异常，这些可以指 示天然气水合物可能的存在位置。另外，还可以利用其烃类组分的比值及碳同位素成分等指标判断天 然气的成因。
气体异常法
甲烷异常、硫化氢异常、 海底海水中二氧化碳的喷溢及大气中二氧化碳含量异常
天然气水合物的分类
自然界产出环境分类
海洋型天然气水合物 天然气水合物中90%以上属海洋型天然气水合物。 生成和存在大洋海床下的的沉积层中。 主要是甲烷水合物，其水合物气体中甲烷的含量常常大于99%，甲烷够成的 水合物属于Ⅰ型水合物。少部分水合物的气体成分有乙烷、丙烷、二氧化 碳等，是Ⅱ型水合物。 无论作为未来的能源资源，还是作为全球碳循环的一环，都具有重要意义。
Ⅱ型水合物 菱形晶体结构 除包容甲烷、乙烷等小分子外，较大的笼子还可容纳丙烷及异丁烷等烃类 Ⅱ型水合物比Ⅰ型水合物更稳定
H型水合物 大的笼子还可容纳异戊烷等直径大小的分子 H型水合物比Ⅰ型水合物更稳定 只发现于墨西哥湾海底尤其田范围内的水合物储层中，成因与石油天然气 有关
陈雅楠
目录
天然气水合物的概述 判断天然气水合物存在的标志 中国天然气水合物研究的进展
目录
天然气水天然气水合物？
M·xH2O
天然气水合物是一种在地球上自然产 出的，由甲烷为主的烃类气体与水分子组 成的白色冰雪状晶体化合物，因可以燃烧， 俗称可燃冰。它是一种属于笼状包合物的 特殊化合物，由水分子组成的多面体晶腔 包笼着气体分子。天然气水合物的气体主 要是甲烷（90%—99% ），因此有时又 称甲烷水合物。天然气水合物名字中的天 然又两重意义，其一是指它是天然生成的 水合物，其二是指组成它的气体是以甲烷 为主的烃类气体，成分接近天然气。水合 物中的甲烷主要是生物成因的，较少时热 解生成的。
天然气水合物的地球化学标志
由于天然气水合物随着温度压力的变化而分解，海底浅部沉积物常常出现地球化学异常，这些可以指 示天然气水合物可能的存在位置。另外，还可以利用其烃类组分的比值及碳同位素成分等指标判断天 然气的成因。
气体异常法
甲烷异常、硫化氢异常、 海底海水中二氧化碳的喷溢及大气中二氧化碳含量异常
天然气水合物的分类
自然界产出环境分类
海洋型天然气水合物 天然气水合物中90%以上属海洋型天然气水合物。 生成和存在大洋海床下的的沉积层中。 主要是甲烷水合物，其水合物气体中甲烷的含量常常大于99%，甲烷够成的 水合物属于Ⅰ型水合物。少部分水合物的气体成分有乙烷、丙烷、二氧化 碳等，是Ⅱ型水合物。 无论作为未来的能源资源，还是作为全球碳循环的一环，都具有重要意义。
Ⅱ型水合物 菱形晶体结构 除包容甲烷、乙烷等小分子外，较大的笼子还可容纳丙烷及异丁烷等烃类 Ⅱ型水合物比Ⅰ型水合物更稳定
H型水合物 大的笼子还可容纳异戊烷等直径大小的分子 H型水合物比Ⅰ型水合物更稳定 只发现于墨西哥湾海底尤其田范围内的水合物储层中，成因与石油天然气 有关
天然气管道输送过程中的水合物形成机制分析
天然气管道输送过程中的水合物形成机制分析天然气是一种在现代社会中广泛使用的清洁能源，其在国家的工业、民生生产中扮演着至关重要的角色。
为了满足日益增长的能源需求，我们需要建设更加完善的天然气输送系统。
然而，在天然气运输过程中，常常会遇到水合物的形成问题。
本文将讨论天然气管道输送过程中的水合物形成机制，并探讨其防治措施。
一、水合物形成的原因1、低温低压环境下天然气和水分子结合而形成水合物。
当天然气的温度和压力在水的存在下降到临界点以下时，天然气中的甲烷、乙烷等气体分子会被水分子“包裹”起来形成水合物。
2、管道内的杂质和微生物会促进水合物的形成。
管道内存在的异物如污垢、灰尘、油脂等均可作为水合物形成的催化剂。
另外，管道中的微生物也是水合物形成的重要催化剂。
二、水合物的危害水合物的形成会导致管道内径变小，阻力增大，甚至堵塞管道。
此外，水合物的形成也会引起管道的腐蚀和破裂，严重危害天然气输送系统的安全性。
三、水合物防治措施1、控制温度和压力。
通过控制天然气输送管道内部的温度和压力，可以减缓水合物的形成速度。
一般情况下，提高管道内的温度和压力可以抑制水合物的形成。
2、清洗管道。
经常对管道进行清洗和维护，可有效减少管道中的异物，从而减少水合物形成的催化剂。
3、使用添加剂。
可添加一定量的防水合物剂，如甲醇、乙醇等混合物，以减少水合物的形成。
4、提高管道的质量。
在天然气输送管道的铺设和设计上，应严格按照标准施工，尽可能减少管道内径变小、弯曲或坡度变化的情况，从而降低水合物形成的风险。
总之，天然气管道输送过程中的水合物形成机制是一个既有理论支撑又有实践指导的工程问题。
合理运用各种技术手段和防治措施，能有效降低水合物对天然气输送系统的危害，提高系统的可靠性和安全性。
天然气水合物生成条件预测研究进展
天然气水合物生成条件预测研究进展郭平;冉文博;刘煌【摘要】天然气水合物的生成会引起油气生产过程中运输管道设备堵塞.为了能准确地预测天然气水合物生成的具体位置,对不含抑制剂体系(不含盐和醇类)天然气水合物的生成条件做了详尽的描述.对于烃类天然气水合物生成条件的预测,主要有热力学模型、关联公式以及经验图解法.而对于酸性天然气水合物生成条件的预测,主要有热力学模型、支持向量机和神经网络算法.在不同的环境条件下使用合适的预测方法,可以准确地预测天然气水合物的生成.同时,对今后的研究工作提出了展望,旨在为中国天然气水合物相关研究提供借鉴与参考.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)029【总页数】7页(P133-139)【关键词】天然气水合物;热力学模型;关联公式;模型预测【作者】郭平;冉文博;刘煌【作者单位】西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都610500;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都610500;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都610500【正文语种】中文【中图分类】TE122.111水分子和天然气分子在一定温度和压力下可以生成冰雪状的固体水合物，称为天然气水合物(natural gas hydrate，NGH)，其密度为0.8～1.2 g/cm3。
目前，已发现的水合物结构有三种：结构Ⅰ型、结构Ⅱ型和结构H型。
天然气在高压气井、油气处理设备和天然气集输管道中，满足一定的压力与温度且有自由水存在就会生成天然气水合物。
天然气水合物的形成会减少气井的产量和集输管线的输气量，严重时将会堵塞管线。
要对水合物形成的具体位置做出相对准确的科学判断，就必须要知道准确的天然气水合物生成条件，从而才能为天然气水合物的预防提供一定的理论依据和技术支持。
近年来，随着水合物研究的深入，预测水合物生成的方法逐步增多，针对复杂天然气体系水合物的预测越来越准确。
管道中天然气水合物的形成与防治技术
管道中天然气水合物的形成与防治技术作者：尹鹏飞来源：《中国科技博览》2014年第05期摘要：在输送天然气过程中，易出现天然气水合物堵塞管道的情况，给天然气输送带来安全隐患。
本文从天然气水合物的结构出发，研究天然气水合物的形成机理，并给出管道输送过程中天然气水合物的防治方法，保障天然气管道输送的安全。
关键词：天然气水合物；管道；形成；防止【分类号】：TV541.2天然气水合物一词最早出现在1811年Davy所著的书中。
19世纪30年代初，由于天然气水合物引起的输气管道堵塞问题给天然气工业带来了诸多麻烦，输气管道中的天然气水合物逐渐引起人们的关注。
1934年，Hammerschmidt发表了天然气水合物造成输气管线堵塞的相关数据，人们开始更加详细地研究天然气水合物的性质[1][2]。
1.天然气水合物的结构在水的冰点以上和一定压力条件下，天然气中的气体组分（如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及CO2、N2、H2S等可形成单种或多种天然气水合物）和液态水形成的水合物，称之为天然气水合物（Natural Gas Hydrate）。
天然气水合物是白色结晶固体，外观类似松散的冰或致密的雪，相对密度为0.96～0.98[3]。
天然气水合物可用M·nH2O表示，M代表水合物中的气体分子，n为水合指数（也就是水分子数）。
天然气水合物是一种非化学记量型笼形品体化合物，即水分子（主体分子）借氢键形成具有笼形空腔（孔穴）的品格，而尺寸较小且几何形状合适的气体分子（客体分子）则在范德华力作用下被包围在品格的笼形空腔内，几个笼形品格连成一体成为品胞或晶格单元[4][5]，如图1所示。
以往研究结果表明，天然气水合物的结构主要有两种。
相对分子质量较小的气体（如CH4、C2H6、H2S、CO2）水合物是稳定性较好的体心立方晶体结构（结构Ⅰ），相对分子质量较大的气体（如C3H8、iC4H10）水合物是稳定性较差的金刚石型结构（结构Ⅱ），如图2所示。
长输管道天然气水合物形成与防治
水合物一旦形成后，就会减少管道的流通面积，产生节流，加速水 合物的进一步形成。
水合物不仅可能导致管道堵塞，也可造成分离设备和仪表的堵塞， 因此天然气输送过程中水合物的产生与预防是很重要的问题。
天然气长输管线水合物生成的预防
输气设备中由于天然气形成水合物而产生的危害是普遍的现 象，因此对其防治非常重要。
天然气水合物(Natural Gas Hydrates)也称水化物或简称水合物， 是在一定压力和温度条件下，天然气中某些气体组分与水形成的一种 复杂的但又不稳定的白色结晶固体，是一种类似于冰或雪的物质。密 度为0.88~0.90 g/cm3。其中可形成水合物的典型物质包括：CH4、 C3H6、C2H4、C2H6、CO2 和H2S 等。一般用M⋅nH2O 表示，M 为水 合物中的气体分子，n 为水分子数，如CH4⋅6H2O，CH4⋅7H2O， C2H6⋅7H2O 等。也有多种气体混合的水合物。
大量研究结果表明，水合物是由氢键连接的水分子结构形成笼形 结构，气体分子则在范德华力作用下，被包围在晶格中。至今，在 自然界已经发现了3 种水合物晶格结构：结构Ⅰ型、结构Ⅱ型、结 构H 型，晶格中含有无数大小不等的孔穴。在稳定的水合物中，一 些孔穴被气态化合物占据，称之为客体分子。只有分子尺寸和几何 形状适宜的气体才能进入孔穴。孔穴中可能仅含有一种气态化合物， 也可能含有不同化学种类的气体分子。在一稳定水合物中无需所有 孔穴均被填满，在Ⅰ型结构的晶格空穴中只能填充CH4、C2H6 小分 子烃类以及H2S等非烃分子；Ⅱ型结构中还可以容纳C3H8、C4H8等 较大的烃类气体分子；而H 型结构除了能容纳上述各种分子外，还 能容纳一般的原油分子i-C5。
降压控制
与管线加热技术原理相似，通过降低体系压力来控制水合物的生成。 有3 种极限情况：等温降压，压力十分缓慢地降低；等焓降压，压力迅 速降低，不发生热传递；等熵降压，压力通过理想膨胀机降低，不发生 热传递。实际的降压过程通常介于等温和绝热之间。
水合物不仅可能导致管道堵塞，也可造成分离设备和仪表的堵塞， 因此天然气输送过程中水合物的产生与预防是很重要的问题。
天然气长输管线水合物生成的预防
输气设备中由于天然气形成水合物而产生的危害是普遍的现 象，因此对其防治非常重要。
天然气水合物(Natural Gas Hydrates)也称水化物或简称水合物， 是在一定压力和温度条件下，天然气中某些气体组分与水形成的一种 复杂的但又不稳定的白色结晶固体，是一种类似于冰或雪的物质。密 度为0.88~0.90 g/cm3。其中可形成水合物的典型物质包括：CH4、 C3H6、C2H4、C2H6、CO2 和H2S 等。一般用M⋅nH2O 表示，M 为水 合物中的气体分子，n 为水分子数，如CH4⋅6H2O，CH4⋅7H2O， C2H6⋅7H2O 等。也有多种气体混合的水合物。
大量研究结果表明，水合物是由氢键连接的水分子结构形成笼形 结构，气体分子则在范德华力作用下，被包围在晶格中。至今，在 自然界已经发现了3 种水合物晶格结构：结构Ⅰ型、结构Ⅱ型、结 构H 型，晶格中含有无数大小不等的孔穴。在稳定的水合物中，一 些孔穴被气态化合物占据，称之为客体分子。只有分子尺寸和几何 形状适宜的气体才能进入孔穴。孔穴中可能仅含有一种气态化合物， 也可能含有不同化学种类的气体分子。在一稳定水合物中无需所有 孔穴均被填满，在Ⅰ型结构的晶格空穴中只能填充CH4、C2H6 小分 子烃类以及H2S等非烃分子；Ⅱ型结构中还可以容纳C3H8、C4H8等 较大的烃类气体分子；而H 型结构除了能容纳上述各种分子外，还 能容纳一般的原油分子i-C5。
降压控制
与管线加热技术原理相似，通过降低体系压力来控制水合物的生成。 有3 种极限情况：等温降压，压力十分缓慢地降低；等焓降压，压力迅 速降低，不发生热传递；等熵降压，压力通过理想膨胀机降低，不发生 热传递。实际的降压过程通常介于等温和绝热之间。
天然气水合物的形成及处理
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天然气水合物容易堵塞的部位
• 如果是冰堵, 它应当处在低洼处最低点 下游距最低点较近的地方; 如果是水合物堵 塞, 应处在比冰堵远一点的地方, 但不会太 远。大的方位可通过听声音和看地形方式, 找出地势较为低洼容易积水的地方,以确定 管道发生水合物堵塞或冰堵的具体位置。
水合物解堵措施
• 1. 注入防冻剂法：一般可从支管、压力表短节、放空管等处注入防冻 剂, 降低水合物形成的平衡曲线。若管线或井筒内发生水合物堵塞, 可 注入甲醇、乙二醇、二甘醇等水合物抑制剂来解除堵塞。具体方法是 将水合物抑制剂加入井筒内, 溶解油管内的水合物, 并随产出气体流动, 解除管线内水合物的堵塞。 • 2. 加热法将天然气的流动温度升至水合物形成的平衡温度以上, 使已 形成的水合物分解。对于地面敷设的集气管线, 可采取在管外用热水 或蒸汽加热管线的方法, 但一般情况下应避免使用明火加热。实验研 究证明, 水合物与金属接触面的温度升至30℃~40℃就足以使生成的 水合物迅速分解 • 3. 降压解堵法卸压解堵的方法在现场应用较广泛。在井场,集气站或 集气管线已形成水合物堵塞时, 可将部分气体经放空管线放空, 使压力 在短时间内下降。当水合物的温度刚一低于管壁温度, 生成的水合物 立即分解并自管壁脱落被气体带出。
天然气水合物的危害
• 水合物在输气干线或输气站某些管段( 弯头) 阀 门、节流装置等处形成后, 天然气的流通面积减少, 从而形成局部堵塞, 其上游的压力增大, 流量减少, 下游的压力降低, 因而影响管道输配气的正常运行。 同时, 水合物若在节流孔板处形成, 还会影响天然 气流量计量的准确性。若不能及时清除水合物, 管 道会发生严重拥堵, 由此导致上游天然气压力急剧 上升, 造成设备损坏和人员伤害事故。 给天然气 的开采、集输和加工带来危害,造成流量下降同时 增加了能量的损耗，严重会使气流断面切断，处 理时很困难又费时。
天然气水合物的形成条件及成因分析
图1天然气水合物晶体结构模型Figure 1Crystal structure model of natural gas hydrate天然气水合物是以CH 4为主，含少量CO 2、H 2S 的气态烃类物质充填或被束缚在笼状水分子结构中形成的冰晶化合物。
在一个烃类气体分子的周围包围着多个水分子，水分子通过氢键紧密缔合成三维网状，将烃类气体分子纳入网状，体中形成水合甲烷，其晶体结构模型如图1。
这些水合甲烷象淡灰色的冰球，可以象酒精块或蜡烛一样燃烧，故称为“可燃冰”,其密度为0.905～0.91g/cm 3，化学式为CH 4·n H 2O ，只要把结构中的“水”去掉，就是一种理想的燃料。
从能源的角度看，天然气水合物可视为高度压缩的天然气。
理论上讲，1m 3的天然气水合物在标准大气压下（0.101MPa ）可以释放出164m 3的天然气和0.8m 3的水，其能量密度是煤和黑色页岩的10倍左右，且燃烧几乎不产生有害污染物，是一种新型的清洁环保能源，是公认的地球上尚未开发的、巨大的能源宝库。
世界天然气水合物储量约为2×1016m 3，相当于地球上所有开采石油、天然气和煤的总量的2倍，约为剩余天然气储量（156×1012m 3）的128倍。
海底作者简介：蒋向明（1964—），男，教授级高级工程师，1986年毕业于湘潭矿业学院，中国矿业大学工程硕士。
责任编辑：樊小舟天然气水合物的形成条件及成因分析蒋向明（中国煤炭地质总局水文地质局，河北邯郸056004）摘要：从天然气水合物的晶体结构模型出发，说明了其组成成分及结构特征。
通过对温度—压力平衡条件的差异性分析，揭示了天然气水合物形成的基本条件，对其赋存类型及成因进行了分类，对我国及全球天然气水合物分布情况进行了说明，并以青海木里煤田为例，对天然气水合物的形成条件和成因进行了详细的论述，认为：变质作用及煤化作用使煤田内丰富的煤炭资源不断产生煤层气,当煤层气沿断层破碎带及裂隙运移至含水岩层或含水裂隙时,在温度和压力的作用下遇水形成天然气水合物。
天然气水合物
天然气的露点是指在一定的压力条件下， 天然气中开始出现第一滴水珠时的温度。天然 气的露点降是在压力不变的情况下，天然气温 度降至露点温度时产生的温降值。 通常，要求埋地输气管道所输送的天然气 的露点温度比输气管道埋深处的土壤温度低 5℃左右。
12
二、天然气含水量的确定方法
1.天然气含水量测定方法
CRD W / W0.6
19
另 外 ， 如 果 水 中 溶 解 有 盐 类 （ NaCl 、 MgCl2 等），则溶液上面水汽的分压将下降， 这样，天然气中水汽含量也就降低。此时， 就必须引入含盐度的修正系数Cs （见图 2-3 左上角的小图）。
Cs Ws / W
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相对密度为的天然气含水量 CRD 相对密度为0.6时天然气含水量 水中含盐时天然气的含水量 Cs 水中不含盐时天然气的含水量
8
1．绝对湿度或绝对含水量e
给定条件下每立方米天然气所含水汽的质 量数，称为天然气的绝对湿度或绝对含水量。
G e V
式中： e——天然气的绝对湿度，g/m3； G——天然气中的水汽含量，g； V——天然气的体积，m3。
9
2．饱和湿度或饱和含水量
一定状态下天然气与液相水达到相平衡 时，天然气中的含水量称为饱和含水量。 用 es 表示在饱和状态时一立方米体积内的 水汽含量。如果 e<es ，天然气是不饱和的。 而e=es时，天然气则是饱和的。
1
一、水化物形成的主要条件 1．天然气的含水量处于饱和状态
Hale Waihona Puke 天然气中的含水汽量处于饱和状态时，常有 液相水的存在，或易于产生液相水。液相水 的存在是产生水合物的必要条件。
2
2．压力和温度
天然气水合物的形成与防治
CRD =W /W 6 0.
16
•
另 外 ， 如 果 水 中 溶 解 有 盐 类 （ NaCl 、 则溶液上面水汽的分压将下降， MgCl2 等 ） ， 则溶液上面水汽的分压将下降 ， 这样， 天然气中水汽含量也就降低。 此时， 这样 ， 天然气中水汽含量也就降低 。 此时 ， 就必须引入含盐度的修正系数C 见图2 就必须引入含盐度的修正系数 Cs （ 见图 2-1 左上角的小图） 左上角的小图）。
5
3．流动条件突变 ．
• 在具备上述条件时，水合物的形成， 在具备上述条件时 ， 水合物的形成 ， 还要求有一些辅助条件， 还要求有一些辅助条件 ， 如天然气压力 的波动， 的波动 ， 气体因流向的突变而产生的搅 以及晶种的存在等。 动，以及晶种的存在等。
6
防止水化物形成的方法有： 防止水化物形成的方法有
• 1、加热，保证气流温度总是高于形成水 、加热， 化物温度； 化物温度； • 2、用化学抑制剂或给气体脱水。 、用化学抑制剂或给气体脱水。
7
•
在选择水化物抑制剂或脱水方法之 整个操作系统应该是最优化的， 前，整个操作系统应该是最优化的，以 使必须的处理过程减至最少。 使必须的处理过程减至最少。人们认为 有以下的一般方法可供考虑： 有以下的一般方法可供考虑： • 1、减少管线长度和阻力部件来减小压力 降； • 2、检验在寒冷地区应用绝热管道的经济 性。
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2．饱和湿度或饱和含水量 ．
• 一定状态下天然气与液相水达到相平衡 天然气中的含水量称为饱和含水量。 时 ， 天然气中的含水量称为饱和含水量 。 用 es 表示在饱和状态时一立方米体积内 的水汽含量。 如果e<e 的水汽含量 。 如果 e<es ， 天然气则是不 饱和的。 天然气则是饱和的。 饱和的 。 而 e=es 时 ， 天然气则是饱和的 。
天然气水合物的形成条件与分布规律
一、天然气水合物的形成条件天然气水合物是一种在极低温和高压下形成的天然气和水的复合物。
它主要形成于海底或极寒地区的冰层下方，具体的形成条件主要包括以下几个方面：1.温度条件：天然气水合物的形成需要极低的温度，在摄氏零下10度至零下20度左右的温度范围内，水分子能够与天然气分子形成结晶结构，形成水合物。
2.压力条件：高压也是天然气水合物形成的重要条件。
海底深层的巨大压力能够促进水合物的形成，使得天然气分子和水分子更容易结合。
3.适宜的气体组成：天然气水合物的形成需要适宜的气体成分，一般为甲烷等轻烃类气体。
不同的气体组成会影响水合物的形成过程和稳定性。
二、天然气水合物的分布规律天然气水合物主要分布在全球的冷海域和极寒地区，其分布规律主要受以下几个因素影响：1.海底地质构造：海底地质构造是影响天然气水合物分布的重要因素之一。
裂陷盆地、深海扇、海底隆起等不同地质构造对水合物的分布和储量都有一定影响。
2.沉积环境：海底沉积环境的不同也会对水合物的分布产生影响。
例如富营养的海域、富有机质的沉积环境更有利于水合物的形成。
3.气候环境：气候环境对水合物的分布同样有一定影响，寒冷气候和丰富降水的地区更容易形成水合物。
4.地球动力学作用：地球内部的构造和地质运动也会对水合物的形成和分布产生一定影响。
三、结语天然气水合物的形成条件和分布规律是一个复杂而又有待深入研究的课题。
随着人们对海底资源的深入挖掘，天然气水合物的开发利用将成为未来的重要方向。
对于天然气水合物的形成条件和分布规律的深入研究，不仅能够为天然气水合物资源的有效勘探和开发提供理论依据和技术支持，同时也对于保护海洋环境、促进海洋科学研究和应对气候变化等方面具有重要意义。
希望在未来能够有更多科研人员投入到天然气水合物的研究中，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
四、天然气水合物的形成机制天然气水合物的形成机制涉及到天然气和水在特殊条件下的化学反应过程。
在海底或极寒地区的极低温和高压环境下，天然气分子和水分子发生相互作用，从而形成天然气水合物。
管道中天然气水合物的预测
的应 用。
大新 能 源 。天然 气 的运输 方式 主要 是管 道运 输 ，
而 管道 中 的 高 压 低 温 环境 会 使 少 部 分 天 然 气形 成 天然 气 水 合 物 附 着 在 管 道 的 连 接 口或 聚集 在 管道 底 部 ，这会 导致 天然 气运 输管 道 的 内径 缩小 ，减少 天然气 的流通 量 ，更 有甚 会堵 塞天 然气 的流 通 ，造 成 管道 爆 炸 ，带来 不可 估量 的经 济损 失 与重 大 的安 全 事故 。国内外科 研 工作 者为 了能够 及早 的 发现并 较 为 准确 的找 到管 道 中水合 物 的生成 区域 ，做 了大
一
容 易生 成水 合物 …。但 是 由于受 到环境 变 化和地 理 因素 的影 响 ，以及 实验数 据有 限 ，所 以经 验 图解 法 的精确 度存在 一定 的缺 陷 ， 尤其 对于 含有 Ｈ ２ Ｓ的天 然气 误 差较 大 。该检测 方 法 的优 点是 可 以最简单 的 估算 出天然气 水合 物 的大致 产生 区域 。该 方法在 近 年 来 经 过 科 研 工 作 者 的 进 一 步研 究 已经 有 了相 当 大 的进 步 ，未来 该方法 能 够有更 好 的改进 与更广 泛
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｇ ａ ｓ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｔ ｅ ｉ ｎ ｐ ｉ ｐ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ ｉ ｓ ｔ ｏ ｉ ｆ ｎ ｄ ｇ ａ ｓ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｔ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ｈ ｅ ｌ ｐ ｆ ｕ ｌ ｔ ｏ ｅ ａ ｒ ｌ ｉ ｅ ｒ ｉ ｆ ｎ ｄ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｔ ｅ ｆ ｏ ｍ ａ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｐ ｒ ｅ ｖ ｅ ｎ ｔ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｔ ｅ ｆ ｒ ｏ ｍ ｇ ａ ｔ ｈ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｂ ｌ ｏ ｃ ｋ ｐ ｉ ｐ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｗｏ ｕ ｌ ｄ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｕ ｎ ｎ ｅ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｒ ｙ
大新 能 源 。天然 气 的运输 方式 主要 是管 道运 输 ，
而 管道 中 的 高 压 低 温 环境 会 使 少 部 分 天 然 气形 成 天然 气 水 合 物 附 着 在 管 道 的 连 接 口或 聚集 在 管道 底 部 ，这会 导致 天然 气运 输管 道 的 内径 缩小 ，减少 天然气 的流通 量 ，更 有甚 会堵 塞天 然气 的流 通 ，造 成 管道 爆 炸 ，带来 不可 估量 的经 济损 失 与重 大 的安 全 事故 。国内外科 研 工作 者为 了能够 及早 的 发现并 较 为 准确 的找 到管 道 中水合 物 的生成 区域 ，做 了大
一
容 易生 成水 合物 …。但 是 由于受 到环境 变 化和地 理 因素 的影 响 ，以及 实验数 据有 限 ，所 以经 验 图解 法 的精确 度存在 一定 的缺 陷 ， 尤其 对于 含有 Ｈ ２ Ｓ的天 然气 误 差较 大 。该检测 方 法 的优 点是 可 以最简单 的 估算 出天然气 水合 物 的大致 产生 区域 。该 方法在 近 年 来 经 过 科 研 工 作 者 的 进 一 步研 究 已经 有 了相 当 大 的进 步 ，未来 该方法 能 够有更 好 的改进 与更广 泛
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｇ ａ ｓ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｔ ｅ ｉ ｎ ｐ ｉ ｐ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ ｉ ｓ ｔ ｏ ｉ ｆ ｎ ｄ ｇ ａ ｓ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｔ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ｈ ｅ ｌ ｐ ｆ ｕ ｌ ｔ ｏ ｅ ａ ｒ ｌ ｉ ｅ ｒ ｉ ｆ ｎ ｄ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｔ ｅ ｆ ｏ ｍ ａ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｐ ｒ ｅ ｖ ｅ ｎ ｔ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｔ ｅ ｆ ｒ ｏ ｍ ｇ ａ ｔ ｈ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｂ ｌ ｏ ｃ ｋ ｐ ｉ ｐ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｗｏ ｕ ｌ ｄ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｕ ｎ ｎ ｅ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｒ ｙ
天然气长输管道中水合物生成的预测
由准化 学 反 应 方 程 和 吸 附 平衡 方 程 联 立 可 以
得天然气水合物生成的热力学方程为：
＝
（ 一∑ Ｏ“ １ ｉ ） ∑ Ｇ
（） １
但这些方法 的预测值较工程实际 中数值仍存在 不
小 的误差 Ｊ 。因 此 要 想 更 加 准 确 的 预测 天 然 气 输
２ １ 年 ９月 １ 日收到 ０１ ５
对应 的水 合物生 成 的温度 外 ， 管 道 内每 一 截 面处 对 的温度 和压 力 进 行 仿 真 模 拟 计 算 是 另 一 个 至关 重
要 的环节 。
型。该模 型在计算 Ｉ 型水合物生成条件的时候 ， 不
需 要 引入 二元交 互作 用 参 数 ， 是 在 计 算 Ⅱ型 水 合 但 物 生产 条件 的 时候 ， 、 分 子 间 的 交 互 作 用 应 该 大 小 加 以考 虑 。如果考 虑 客体 分 子 间 的相 互作 用 ， 其 则 中基础 水合 物 的逸 度计 算按 下 式 ：
送管 道 中水 合物 生成 就 必 须抓 住 二 个 重点 ： 个 是 一 建立 更加 准确 的天 然气 水 合 物 预测 模 型 ， 一个 是 另 进行 更精 确 的输 气管道 的数 值仿 真模拟计 算 。
１ 天然气水合物生成 条件预测模型
１ １ 天然 气水 合物预 测模 型 ．
候等 自然条件及管道 自身条件而生成 ， 它们悬浮聚 集在一定 区域 ， 可能堵塞管路影 响正 常的输气 ， 一
送 能力 ， 从而提高输送成本 ， 严重 时更会堵塞管道甚 至发 生管道爆 裂， 成重大 的生产事故 和 巨大 的经济损 失。通 过天然 气 造 管道 内水合 物生成条件预 测模 型的建 立， 确立天然气水合 物形 成时的温压关 系， 再结合天然 气输送管道 中温度 和压力分布 的 仿真模拟 ， 就可 以预测天然气输送 管道 中水合物生成的大体位 置和水合 物 生成 的类型。这可 以为 防止 天然气输送 管道 中水 合 物生成和堵塞提供 技术依据 ， 也为管道 的设计和运行提供指导性建议 。 关键词 水 合物 管道 预测
工艺设备培训-天然气水合物的成因与特性
7.0
0.05146 0.07376 0.10020 0.14740 0.20405
由表1可知，压力越高，温度越低，天然 气中的饱和含水量就越少；压力越低， 温度越高，天然气中的饱和含水量就越 多。管道输送的天然气是经过处理的干 气，在压力为4.5MPa、温度为－13 ℃时， 天然气标准饱和含水量在0.052g/m3以下， 仅在低于－ 20 ℃时，才达到实际饱和 含水量，因而在管道运行中天然气不易 析出游离水。
• 经检查，管道不正常压差与通讯及设备 误动作无关。通过观察，发现压差继续
增大，其中红泉村、云彩岭、巨羊驼的 压力分别为2.6，3.5，3.5Mpa。表明在红 泉村至云彩岭段已发生局部水合物冰堵。
五、水合物的预防和处理
• 预防输气管道水合物 形成的措施主要由 以下几项。
• 1、减少施工试压中遗留下来 的水。 • 2、对新投运的管道，应定期加入抑制剂，
• 经分析发现，输气管道内游离水的含量 与管道所处的地形、地貌及清管次数密 切相关，如陕京输气管道1999年1月发生 的冰堵，就是由于在试压期间，大量的 游离水遗留在低洼处未被清出所致。
三、管道内水合物形成区域的预测
• 1、以查图法确定形成水合物的最低压力 • 可确定生成水合物的最低压力。具体方
• 对于运行一段时间的输气管道，可通过 实测气体水露点的方法判断水合物可能 形成的区域，对形成水合物进行预测。 以1998年10月实测的陕京天然气管道在 常压下水露点为例，分析如下：
由表2中水露点的变化可以看出，神池至应 县段水露点发生突变，从－33 ℃上升到 －5 ℃，表明管道自400公里以后，积水 较多，天然气由于吸收管道内的游离水， 含水量增加较快，满足了生成水合物的 含水条件，由此判断水合物可能形成的 区域是神池以后。
天然气水合物形成的检测
天然气水合物形成的检测张汉沛;侯学志;杨学军;邢志青【摘要】研制的静态水合物试验装置采用可视观察的方法,可以快速确定天然气水合物的形成条件.动态天然气水合物试验装置在利用直接观测来判断水合物形成点的同时,通过监测装置转轮的扭距、试验介质的温度、压力、流速变化,综合判断天然气水合物的形成,此装置可以很好地模拟现场实际的天然气管输工况,实验结果与理论值及实际值差别较小.【期刊名称】《化学分析计量》【年(卷),期】2004(013)006【总页数】3页(P42-44)【关键词】天然气水合物;形成;检测【作者】张汉沛;侯学志;杨学军;邢志青【作者单位】大庆油田建设设计研究院,大庆市,163712;大庆油田建设设计研究院,大庆市,163712;大庆油田建设设计研究院,大庆市,163712;大庆油田建设设计研究院,大庆市,163712【正文语种】中文【中图分类】TE64天然气水合物是一种固态结晶物，外观象雪或松散的冰。
在石油天然气工业中，对于天然气水合物的研究有重要的现实意义。
从气井采出的天然气经节流降压降温后，在油田集气管网和长距离输气管道中，低分子量烃类及硫化氢、二氧化碳等气体在一定的温度和压力条件下会形成水合物，从而堵塞设备及输气管道，造成停产事故。
西方一些国家早在20世纪30年代就发现了这一问题[1]。
美国、前苏联、法国等国相继进行了一系列预测和防止水合物形成的研究。
我国也曾发生过此类事故，比如1993年3月发生的海洋石油总公司锦州20-2天然气-凝析液海底管道的天然气水合物堵塞事故。
在我国一些油田，尤其是沙漠和滩海油田的天然气管道中有形成水合物的条件，天然气水合物的形成几乎不可避免。
因此，为防止天然气输送管道因形成水合物而堵塞，造成经济损失，有必要进行天然气水合物的形成条件及预防措施的研究。
目前在国内已有多家科研机构相继进行了此项研究，大庆油田建设设计研究院从1996年开始进行天然气水合物的形成条件及预防措施的研究，建立了静态及动态天然气水合物试验装置，引进了进行天然气水合物形成预测的OLGA软件，研究成果已经应用于一些油田建设工程中。
天然气输送管线中水合物形成的边界条件
矿物岩石地球化学通报・研究成果・Bulletin of Mineralogy ,Petrology and G eochemistryVol.22No.3,2003J uly 收稿日期:2003204214收到,05215改回基金项目:国家自然科学基金项目(40073023)和中国科学院知识创新重要方向项目(KZCX32SW 2219)资助第一作者简介:陈多福(1962—),男,研究员,从事地球化学研究1天然气输送管线中水合物形成的边界条件陈多福1,张跃中2,徐文新111中国科学院广州地球化学研究所,广州510640;21青海石油管理局勘探开发研究院,甘肃敦煌736202摘 要:运用水合物形成的热力学相平衡模拟计算方法及根据输气管线中的天然气组成,确定了青海和甘肃输气管线中水合物形成的边界条件,提出预防水合物堵塞的热力学方法。
在青海和甘肃输气管线工作压力约为2.5～4.11MPa 的范围内,水合物形成最低温度约为1～5℃。
在27～5℃时,在体系中加入甲醇或增加盐度可有效地控制管线中水合物的形成。
在低于27℃的条件下,盐度和甲醇的联合应用,才能有效抑制输气管线中水合物的形成。
在温度低于0℃和压力为2.5～4.11MPa 的水合物热力学稳定范围内,降低输气管线中的水含量可有效地控制水合物形成而产生的堵塞。
关 键 词:天然气水合物;形成边界条件;输气管线;西气东输中图分类号:T K123 文献标识码:A 文章编号:100722802(2003)0320197205 天然气水合物是对经济发展和社会稳定具有重要战略意义的矿产资源。
估计全球天然气水合物中的碳量为10万亿吨左右,相当于全球已探明化石能源总碳量的两倍[1]。
同时,天然气水合物对全球碳循环和全球变化有重要的影响和控制作用,有资料表明55Ma 海底天然气水合物的分解引发了全球气候突然变暖[2,3]。
天然气水合物分解能引发海底沉积层液化,产生大面积海底滑坡[4～7]。
天然气水合物
第九章天然气水合物资源和开发现状第一节天然气水合物的概述天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称NGH）因其外观象冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”或者“固体瓦斯”和“气冰”。
它是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、PH值等）下由水和天然气在中高压和低温条件下混合时组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物（碳的电负性较大，在高压下能吸引与之相近的氢原子形成氢键，构成笼状结构）。
它可用mCH4·nH2O来表示，m代表水合物中的气体分子，n为水合指数（也就是水分子数）。
组成天然气的成分如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及CO2 、N2、H2S等可形成单种或多种天然气水合物。
形成天然气水合物的主要气体为甲烷，对甲烷分子含量超过99%的天然气水合物通常称为甲烷水合物（Methane Hydrate）。
天然气水合物在自然界广泛分布在大陆永久冻土、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。
在标准状况下，一单位体积的气水合物分解最多可产生164单位体积的甲烷气体，因而其是一种重要的潜在未来资源。
天然气水合物是20世纪科学考察中发现的一种新的矿产资源。
它是水和天然气在高压和低温条件下混合时产生的一种固态物质，外貌极像冰雪或固体酒精，点火即可燃烧，有“可燃水”、“气冰”、“固体瓦斯”之称，被誉为21世纪具有商业开发前景的战略资源，天然气水合物是一种新型高效能源，其成分与人们平时所使用的天然气成分相近，但更为纯净，开采时只需将固体的“天然气水合物”升温减压就可释放出大量的甲烷气体。
天然气水合物使用方便，燃烧值高，清洁无污染。
据了解，全球天然气水合物的储量是现有天然气、石油储量的两倍，具有广阔的开发前景，美国、日本等国均已经在各自海域发现并开采出天然气水合物。
中国在南海北部成功钻获天然气水合物实物样品“可燃冰”，从而成为继美国、日本、印度之后第4个通过国家级研发计划采到水合物实物样品的国家。
浅谈天然气管道水合物的形成和抑制
科技信息
专题论述
浅谈天然 号管厘水舍物硇形成和抑制
陕西省天然气股份有限公司 寇睫敏 廖泽辉
［ 摘 要］ 天然气长输管道一般 输送压力较 高， 环境 温度较低 ， 因此管道 内极 易形成 天然气水合物。水合物可 能导致 管道 、 仪表 和分 离设备 的堵塞， 对长距 离的输送 是有害的。本文简述 了天然气水合物的形成条件及 预防、 抑制措施 。 ［ 关键词 ］ 天然气 长输管道 水合物 形成 抑制
上式表示空水合物 晶格与冰或液态水在压 力 Ｐ 、温度 Ｔ下的化学 位差。根据热力学理论， 在空水合物 晶格和水在液态或冰态 的化学位 水 之差表达式为 ：
ｘ Ｉ＝ ｗ （） ２
： 为水在 相态时的化学位， 指水的固、 液三态中的一种 气、
状态； 为 在 合 相 时 化 位 Ｉ 水 水 物 态 的 学 。 ｘ ：
为了水合物计算方便 ， 假设存在一 Ｂ态 ， 称为空水合 物晶格态 ， 空 水 合物晶格 和填充 晶格相态 的化学位差为 ：
一
、
概 述
目 ， 前 陕西省天然气股份有 限公司主要有靖边 至西 安一线和二线 、 咸 阳至宝鸡 、 中环线 （ 阳至眉 县段 ）西安至渭南 、 鸡至汉 中、 关 泾 、 宝 西安 至商 州等天然气 长输管道 ， 形成 了纵贯 陕西南北 ， 伸关 中东 西两翼 ， 延 覆盖全 省所有市 区的输气干线 网络 ， 截止 ２ １ ０ ０年底 ， 干线 管道总 长度 １９ 公里 ， ８９ 站场数量 ３ 座。 ４ 随着汉 中至安康输气管道的建成投产 ， 以及 规划 中靖边至西安三线 、 中环线 （ 阳 一Ｉ 一长安 一眉县段 ）汉安 关 泾 临潼 、 线 （ 咸宝线 ） 中贵线联络 线 、 安至安康 、 东北 至西 乡等长输 管 或 与 西 川 道， 公司干线天然气管 网将超过 ４ ０ 公 里。 由于设计之初管 线中杂质 ００ 清理不彻底 ， 气源含水量较大等主要 原因 ， 致天然气管道存 在着一定 导 的水合物问题 ， 俗称“ 冰堵” 天然气水合物（ ａ ｒ ａ Ｈ ｄａ ）又称笼 。 Ｎ ｔ ａ Ｇ ｓ ｙ ｒ ｅ， ｕｌ ｔ 型包合物 ， 是在一定条件温度 、 压力和地 质条 件下 由水和天然气组 成的 类冰的 、 非化学计量 的笼形结 晶化合物 。它可用 Ｍ・Ｈ ０来表示 ， 代 ｎ２ Ｍ 表水合物中的气体 分子 ， 为水合 指数。 ｎ
专题论述
浅谈天然 号管厘水舍物硇形成和抑制
陕西省天然气股份有限公司 寇睫敏 廖泽辉
［ 摘 要］ 天然气长输管道一般 输送压力较 高， 环境 温度较低 ， 因此管道 内极 易形成 天然气水合物。水合物可 能导致 管道 、 仪表 和分 离设备 的堵塞， 对长距 离的输送 是有害的。本文简述 了天然气水合物的形成条件及 预防、 抑制措施 。 ［ 关键词 ］ 天然气 长输管道 水合物 形成 抑制
上式表示空水合物 晶格与冰或液态水在压 力 Ｐ 、温度 Ｔ下的化学 位差。根据热力学理论， 在空水合物 晶格和水在液态或冰态 的化学位 水 之差表达式为 ：
ｘ Ｉ＝ ｗ （） ２
： 为水在 相态时的化学位， 指水的固、 液三态中的一种 气、
状态； 为 在 合 相 时 化 位 Ｉ 水 水 物 态 的 学 。 ｘ ：
为了水合物计算方便 ， 假设存在一 Ｂ态 ， 称为空水合 物晶格态 ， 空 水 合物晶格 和填充 晶格相态 的化学位差为 ：
一
、
概 述
目 ， 前 陕西省天然气股份有 限公司主要有靖边 至西 安一线和二线 、 咸 阳至宝鸡 、 中环线 （ 阳至眉 县段 ）西安至渭南 、 鸡至汉 中、 关 泾 、 宝 西安 至商 州等天然气 长输管道 ， 形成 了纵贯 陕西南北 ， 伸关 中东 西两翼 ， 延 覆盖全 省所有市 区的输气干线 网络 ， 截止 ２ １ ０ ０年底 ， 干线 管道总 长度 １９ 公里 ， ８９ 站场数量 ３ 座。 ４ 随着汉 中至安康输气管道的建成投产 ， 以及 规划 中靖边至西安三线 、 中环线 （ 阳 一Ｉ 一长安 一眉县段 ）汉安 关 泾 临潼 、 线 （ 咸宝线 ） 中贵线联络 线 、 安至安康 、 东北 至西 乡等长输 管 或 与 西 川 道， 公司干线天然气管 网将超过 ４ ０ 公 里。 由于设计之初管 线中杂质 ００ 清理不彻底 ， 气源含水量较大等主要 原因 ， 致天然气管道存 在着一定 导 的水合物问题 ， 俗称“ 冰堵” 天然气水合物（ ａ ｒ ａ Ｈ ｄａ ）又称笼 。 Ｎ ｔ ａ Ｇ ｓ ｙ ｒ ｅ， ｕｌ ｔ 型包合物 ， 是在一定条件温度 、 压力和地 质条 件下 由水和天然气组 成的 类冰的 、 非化学计量 的笼形结 晶化合物 。它可用 Ｍ・Ｈ ０来表示 ， 代 ｎ２ Ｍ 表水合物中的气体 分子 ， 为水合 指数。 ｎ
管线冻堵判识及常用解堵方法(终)
管线冻堵判识及常用解堵方法一、管线冻堵分类及常见解堵方法1、管线冻堵的分类结合生产实际情况，苏东气田集气管线冻堵主要有：水堵、冰堵、水合物冻堵。
水堵：主要是由于天然气携液能力差，低位管线积液，导致堵塞；冰堵：如果气温比较低，管线内的积液就会结冰，造成管线冰堵；水合物冻堵：主要是由于天然气中的某些成分与水在高压、低温的环境下形成的笼型冰状固体化合物，造成管线冻堵。
其中冰堵、水合物冻堵在冬季是比较常见的；水堵在夏季经常发生。
2、常见解堵方法管线发生水合物冻堵及冰堵，常用的解堵方法有：注醇解堵、放空解堵、开水浇烫、蒸汽车吹扫、电磁解堵、电伴热解堵等；管线发生水堵后常用的解堵方法有：注醇、放空解堵。
二、管线冻堵部位的确认在生产运行过程中，冬季是管线冻堵频率最高及程度最严重的季节，单井井场、站内流程等多处管线发生冻堵，严重影响生产的平稳、安全运行。
1、单井管线冻堵单井管线冻堵主要是由于高压、低温的环境促使天然气中的某些成分与水发生反应生成水合物。
判失依据：（1）若截断阀未起跳座死、井口油压升高，地面管压较低，则井口针阀至截断阀间管线冻堵。
（2）若截断阀起跳座死，则截断阀下游冻堵。
具体位臵需根据气井放空解堵及气井开井判断。
（3）气井放空后，注醇开井，如能开井成功，则截断阀至下游小闸阀水合物堵塞。
若注醇量大于下游小闸阀至井口放空阀管容量，甲醇浸泡一段时间后开井成功，则判断为小闸阀下游发生水合物堵塞轻微；冬季生产时如果浸泡时间较长，不能成功开井，则小闸阀下游管线水合物堵塞情况较为严重。
2、集气干管冻堵干管冻堵主要是由于高压低温环境下造成的，干管冻堵部位及程度可根据注醇、开井效果来判断。
干管冻堵后，堵点上游气井油压上升，堵点下游气井正常生产。
3、站内管线冻堵从集气站的生产情况来看，站内多条管线容易发生冻堵，包括：自用气管线、排污管线、放空管线以及仪表风管线等。
井口来气进入站内温度比较低，加上气温比较冷，所以在站内多处部位发生冻堵。
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表 4 北海油田凝析气组成
组 成
CH4 C2 H6 C3 H8 nC4 H10 iC4 H10 nC5 H12 iC5 H12 C6 +
N2 CO2
摩尔分数 ( %)
73. 003 8. 04 4. 28 1. 5 0. 73 0. 6 0. 54 7. 53 0. 64 3. 11
·101 ·
2 0. 174 2 3 082 18. 00 1 728
1 0. 247 4 3 410 442. 46 2 813
2 0. 084 5 3 615 851. 0 2 025
1 0. 025 0 4 568 16. 43 3 737
2 0. 029 8 4 878 87. 2 2 633
根据热力学理论 ,水在空水合物晶格和水在液 态或冰态的化学位之差表达式为 :
teeuw 提出了简单的气体吸附模型 ,计算空水合物晶
格和填充晶格相态的化学位差 :
∑ ∑ μWH - μβW = R T υiln 1 -
Y Ki
(2)
i
K
式中 : i 为水合物晶格空穴的类型 , i = 1 ,2 ; K 为混
合物的组分数目 ;υi 为 i 类空穴的数目 , 对 Ⅰ型水合
物
,υ1
883 - 5 201
808 5. 0 3. 4 39. 16
将式 (6) 、(7) 联立得到在平衡状态下 ,形成水合
物的热力关系式 :
∫ ∫ Δμ0W R T0
-
T273. 15
R T2
T0) d T +
p 0
ΔV
RT
d
p
es
∑ ∑ = ln
f
α W
f
o W
-
υiln 1 -
前面已 经 给 出 了 水 合 物 计 算 的 理 论 热 力 学 模 型 ,下面将讨论如何在计算机上使之得以实现 。对 给定的流体组成 、压力 p 和温度 T :
(1) 首先确定某种水合物结构类型 ; (2) 利用式 (4) 计算两种水合物结构中每种空穴
第 19 卷第 2 期 天 然 气 工 业 化工与综合利用
下式计算 :
合
∑ Y Ki = C Kif K/ 1 + Cjif j
(3)
j
式中 : f K 为形成水合物的组分 K 的逸度 , 可由状态
方程计算 , C Ki 是与温度有关的常数 , 它采用下式计
算:
轻烃
C Ki
=
A Ki T
e
xp
B Ki T
(4)
对每个能够进入 i 类空穴的组分 K , A Ki , B Ki必
气体水合物是由水分子的几何晶格构成 ,晶格 含有被轻烃或其他轻质气体 (如氮气 、二氧化碳) 占 据的空穴 。它是半稳态的类似于致密冰雪的固体化 合物 ,一般在 35 ℃以下就有可能形成 。气体水合物 不仅可能导致管线堵塞 ,也可造成分离设备和仪表 的堵塞 ,因此天然气输送过程中水合物的产生与防 止是很重要的问题 。为保证生产的正常进行 ,必须 判断在管路运行条件下 ,是否有水合物产生及不生 成水合物所允许的最大含水量 。
分 ,才会出现水合物是工程设计关心的问题 。
在式 (8) 中 ,纯水态的逸度计算公式为 :
f
o W
=
p0exp
V0 p RT
(10)
式中 : p0 为冰或液态水的蒸气压 M Pa ; V 0 为水的摩 尔体积 。
通过对式 (8) 的迭代计算 ,求出相平衡时的含水
量 ,即可得到在运行条件下的最大允许含水量 。
换性作出规定 。为此 ,讨论了确定天然气互换性的几种方法 ,其中包括沃贝指数法 、德尔布法 、美国天然气协会 (A· G·A) 法 ,以及国内外根据燃烧性质分类天然气的标准化情况 ,并就我国管输天然气沃贝指数的标准化问题提出了 几点看法 。
第 19 卷第 2 期 天 然 气 工 业 化工与综合利用
管道内天然气水合物形成的判断方法
李玉星 3 冯叔初
(石油大学·华东储运教研室)
李玉星等. 管道内天然气水合物形成的判断方法. 天然气工业 ,1999 ;19 (2) :99～102 摘 要 由于海底长距离天然气/ 凝析液混输管道输送压力一般较高 ,环境温度较低 ,因此管道内极易形成水
水蒸气) 、轻气体和水合物晶格体系化学位的平衡关
系:
μαW = μWH
(1)
式中 :μαW 为水在 α 相态时的化学位 ,α 指水的固 、
气 、液三态中的一种状态 ;μWH 为水在水合物相态时 的化学位 。
为了水合物计算方便 ,假设存在一 β态 ,称为空
水合 物 晶 格 态 。1959 年 , Van der Waals 和 Plat2
计算实例
1. 与国外软件比较 H YSIM 软件是著名的化工计算软件 ,软件包含 水合物计算的功能 。将其作为比较的依据 。取东海 平湖凝析气田的组分数据作为计算实例 ,该凝析气 组分及其摩尔百分数见表 3 。 图 1 为 H YSIM 软件与本文所用模型所得水合 物形成的压力与温度曲线 。由图 1 中看出 ,两条曲 线基本重叠在一起 。 经计算 ,在压力为 9 000 kPa ,温度为 11. 3 ℃的 条件下 ,管道中不生成水合物的最高允许含水量为 0. 028 %(相当于气体水露点温度 10 ℃) 。
合物 。水合物可能堵塞管道 ,对长距离的输送是有害的 。针对这一问题 ,给出了判断气体水合物形成的理论模型 和计算方法 ,可以计算在给出的压力 、温度和组成条件下 ,水合物形成曲线以及不形成水合物所允许的最大含水 量 。最后将计算结果与国外软件 、实验数据作了比较 。
主题词 输气管道 天然气 水合物 理论模型 计算方法
相应的 C Ki值 ; (3) 估计生成水合物的温度 T H ; (4) 调用状态方程逸度计算模块计算在温度 T H
和压力 p 下每种组分的逸度 f K ; (5) 先假设一种水合物的结构 ,因为 ΔV 、Δ H 、
ΔCp 等物性常数与结构有关 ;
(6) 由式 (3) 计算 Y Ki ; (7) 将以上计算数值代入式 (8) ; (8) 对某一结构 ,如果等式成立 ,则得到给定压 力 p 下水合物形成温度 T H ,如果不成立 ,更新 T H 的值 ,返回式 (3) 重新迭代 ; (9) 改变水合物结构类型 ,返回式 (2) 重新计算 ; (10) 如果计算出的水合物形成温度 T H 大于管 道运行温度 ,则管道中肯定会有水合物产生 ; (11) 如果计算出的结构 Ⅰ型水合物的形成温度 大于结构 Ⅱ型水合物的形成温度 ,则水合物为 Ⅱ型 , 反之为 Ⅰ型 。
的溶解度很小 ,可以忽略不计 ,因此式 (8) 右边第一
项等于零 。但加入水合物抑制剂后 ,右边第一项的
计算公式为 :
Ge
ln
f
α W
f
o W
= ln (γW x W)
(9)
式中 :γW 为水的活度系数 。 (3)α态为水蒸气
当形成水合物的物质为水蒸气时 ,逸度可以通
过热力学的状态方程模型求出 。
计算过程
·100 ·
μβW - μαW
RT
=
ΔμoW
R T0
∫ ∫ -
T ΔΗ0 +ΔCp ( T -
273. 15
R T2
T0) d T +
p 0
Δ
R
V T
d
p
(7) 式 (7) 中所用到的物理常数见表 2 。
表 2 式 (7) 计算中所用到的物理常数
性 质
结构 Ⅰ
结构 Ⅱ
2 0. 220 7 3 453 100. 0 1 916
1
0. 0
0. 0 3. 039 3 861
2
0. 0
0. 0 240. 0 2 967
2
0. 0
0. 0 5. 455 4 638
2
0. 0
0. 0 189. 3 3 800
2
0. 0
0. 0 30. 51 3 699
1
1. 617 2 905 6. 078 2 431
图 1 平湖凝析气的水合物形成曲线 注 : ———本文用模型所得水合物
- - HYSIM 软件
2. 与实测数据比较 表 4 为 Ng (1987) 等人进行实验所用的北海油 田凝析气组成 ,实验结果如图 2 中的离散点所示 ,从 图 2 中可以看出 ,计算结果与实测数据非常接近 ,因 此 ,本文给出的算法可以成功地判断水合物形成条 件。
Δμ0 (液) (J / mol) Δ H0 (液) (J / mol) Δ H0 (冰) (J / mol) ΔV 0 (液) (cm3/ mol) ΔV 0 (冰) (cm3/ mol) ΔCp (液) (J ·mol - 1/ k)
1 264 - 4 858 1 151
4. 6 3. 0 39. 16
水合物计算理论模型
气体水合物可以有几种不同的结构型式 ,按晶 格类型的不同 ,通常将水合物划分为两种结构型式 , 即结构 Ⅰ型和结构 Ⅱ型 。水合物晶格中包含有很多
的空穴 ,这些空穴一般被气体分子占据 。只有大小 与水合物空穴接近的气体才能进入晶格 ,因此水合 物对气体分子具有选择性 。
每种结构都存在水相 (或为冰 ,或为液态水或为
化工与综合利用 天 然 气 工 业 1999 年 3 月
天然气的互换性及其标准化
陈赓良 3
(四川石油管理局天然气研究院)
陈赓良. 天然气的互换性及其标准化. 天然气工业 ,1999 ;19 (2) :102～107 摘 要 发热量和互换性是天然气最重要的两项燃烧性质 ,但我国目前有关天然气的气质标准中均尚未对互
一般水合物生成条件为 : (1) 天然气中含有足够的水分 ,以形成空穴结 构; (2) 具有一定的温度与压力 ; (3) 气体处于脉动紊流等激烈扰动中 ,并有结晶 中心存在 。 在工程应用中 ,一般根据经验图表作判断 ,因此 对水合物的理论研究还有待深入 ,例如形成水合物 时必须有游离水存在这一论断不是从实验室得到 , 也没有经过理论上的验证 ,但却成为众所周知的判 断水合物形成的必要条件 。从理论上讲 ,在形成水 合物时 ,不一us 定需要游离水 ,只要存在气相或冷凝碳 氢化合物中有形成水合物的组分共同存在 ,一旦压 力和温度条件满足 (即高压和低温) ,水和一些组分 就会形成固体水合物 ,这时可以远远高于水的冰点 或游离水 (或冰) 的析出条件 。