管道内天然气水合物形成的判断方法

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。

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。

天然气水合物形成原因及影响因素分析作者：张庆杰来源：《管理观察》2010年第17期摘要:分析了实际产生水合物的试气资料及其形成原因,阐述了DQ油田徐家围子气田水合物形成的影响因素。

天然气水合物是天然气在一定温度和压力下形成的一种冰状笼形化合物。

在气井生产过程中,一旦压力、温度条件满足,天然气混合物中的某些气体组分便形成水合物,堵塞油管或输气管线。

天然气水合物是天然气在高压、低温环境下形成的,形成温度高于冰点。

关键词:天然气水合物影响因素一、水合物形成的原因及其影响因素分析1.1形成原因常压下,水的冰点为0℃,但在高压下,水的冰点就会高于0℃。

天然气水合物是天然气在高压、低温(高于0℃)环境下形成的。

在气井生产过程中,天然气从井底流向井口,沿程压力和温度逐渐降低,当压力降到某一数值时,温度降到水合物生成温度时,就形成了水合物。

1.2影响因素分析天然气水合物是在一定压力、温度下形成的,但是天然气水化物形成的压力、温度具体的数值很难确定。

因为影响水合物形成的因素是受天然气的组分不同、所处环境的不同、试气方式的不同等影响。

统计了约30口多井的试气资料,约有三分之一的井出现了不同程度的冰堵现象。

(1)试气方式。

统计发生冰堵现象的井大多都是采用系统试气方法、修正等时试气方法或一点法试气方法进行试采的井,采用定压方法进行试采的井基本上没有发生冰堵现象。

这可能是由于定压试采一般定井口油压为8MPa或6.4MPa,这样低的压力下,形成水合物需要的温度也较低,而试采过程中,气体从井底流到井口的流温大于水合物形成的温度,因此,定压试采方法一般不会形成水合物。

例如,达深4井,该井开始定产2.0×104m3生产,生产了约5天,油压降到22.72MPa,井口平均温度为15.70℃,井筒内产生水合物,造成距井口约100m附近的油管发生冰堵。

关井处理后,采用定井口油压8MPa试采方式试采,产气量一直下降,最后降至2.4×104m3左右,但一直未发生冰堵现象,分析原因,定井口油压试采过程中,井口油压一直保持在8MPa,而8MPa下形成水合物的温度一定低于油压为22.72MPa下的温度。

天然气水合物的形成机理及防治措施X刘　佳,苏花卫(中原油田分公司,河南濮阳　457061) 摘　要:天然气水合物是在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结晶体。

在天然气开采加工和运输过程中,会堵塞井筒管线阀门和设备,从而影响天然气的开采、集输和设备的正常运转。

本文通过分析天然气水合物的形成条件,得出了几条具有实际意义的水合物防治措施,对天然气的安全生产具有一定的现实意义。

关键词:天然气水合物;形成条件;防治措施 中图分类号:T E868 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)13—0049—02 天然气水合物是在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结晶体,外观形似松散的冰或致密的雪,它的相对密度为(0.8～0.9)[1];天然气水合物是一种笼形晶状包络物,即水分子借氢键结合成晶格,而气体分子则在分子力作用下被包围在晶格笼形孔室中;天然气水合物极不稳定,一旦条件破坏,即迅速分解为气和水。

在天然气开采加工和运输过程中,在管道中形成的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、集输和设备的正常运转。

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,这对油气生产和输送危害很大。

1　天然气水合物形成的条件1.1　水分生成水合物的首要条件是具有充足的水分[2],即管道内气体的水蒸气分压要大于气体-水合物中的水蒸气分压。

若气体中的水蒸气分压低于水合物中的水蒸气分压,则不能形成水合物,即使已经形成也会融化消失。

1.2　烃类及杂物研究表明,烃类物质并不是全部都可以形成水合物,直链烷烃中只有CH 4、C 2H 6、C 3H 8能形成水合物[3],支链烷烃中只有异丁烷能形成水合物。

此外,天然气中的杂质组分H 2S 、CO 2、N 2和O 2等也可促使水合物的生成。

通常,天然气组分中C 2以上烃类含量不高,它们主要形成I 形水合物。

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。

一、填空题1、天然气水合物：（天然气中的某些组分与水在一定条件下形成的白色晶体，外观形似松散的冰或者致密的雪）。

水合物形成条件：(1)（天然气压力较高）；（2）（天然气温度较低）；（3）（天然气中水蒸气达到饱和，并有游离水存在）。

解决水合物堵塞方法：（1）（降压）；(2)（加热）；（3）（加水合物抑制剂）；最基本的预防方法是（采用清管等方法脱水，减少天然气中水气含量）。

2、天然气的含水量的表示方法有(mg/m3,ppm,℃)三种。

3、1吨液氮在标况下体积约为（808 ）Nm3 ，1Mpa=（145psi），1盎司(oz)= （28.35）(g)。

4、当阀门与管道以法兰或螺纹方式连接时，阀门应在（全关位）下安装。

当阀门与管道以焊接方式连接时，阀门应在（全开位），焊缝应保证质量。

5、最大允许操作压力MAOP是指（管线系统所能连续操作的最大压力）。

6、天然气注入时天然气－氮气－空气的置换平均推进速度控制在每秒（3-5m/s）。

7、干气和湿气：天然气中甲烷含量在（90%）以上的为干气，甲烷含量低于（90%）的为湿气，湿天然气中，当硫化氢含最不大于（6mg/m3）时，对金属材料无腐蚀作用；硫化氢含量不大于（20mg/m3）时，对钢材无明显腐蚀或此种腐蚀程度在工程所能接受的范围内。

8、打开快开盲板进行泥沙和FeS粉，清理采用湿式作业容器内注入洁净水，水量约为容器容积的（10%）。

9、ROTOK电动执行机构操作有（）和（）两种方式，其中电动方式分（）和（）。

10、旋风分离器的总体结构主要由（进料布气室）、（旋风分离组件）、（排气室）、（集污室）和（进出口接管）及（人孔）组成。

11、气体涡轮流量计必须在没有（压力浪涌）的情况下工作。

12、安全管理“四个到位”是指：（认识到位）、（措施到位）、（责任到位）、（督查到位）。

13、球阀内漏的原因包括（阀门没有开关到位），（密封表面存在污染物），（密封面受损）。

14、.差压变送器通常采用双平衡阀结构的（五阀组）。