引言:通过查阅大量长距离输气管道水合物防治相关文献,总结归纳了生产运行中经常使用的几种水合物防治技术,简要介绍一些防治新措施研发,并对几种生产运输中常用水合物防治技术进行了比对。借此对今后的长距离输气管道水合物防治提出部分改进建议。旨在提高长距离输气管道水合物的防治水平,加强研究与应用,为今后的管道运输安全供给提供一个强有力的支撑。
1天然气水合物的生成条件
天然气水合物在外输海管造成堵塞后导致海管输入端压力上升,输送量降低,严重时会将外输海管全部堵塞,影响天然气的正常外输。
1)高速流、气流方向变化、压力改变的过程中,结晶核所产生的搅动为水合物的形成提供了辅助条件。集中输送天然气时,一般使用调压阀,气体高速经过调压阀便会使压力出现波动,变换方向,进而为水合物的形成创设一定的环境。
2)作为水合物产生的重要条件之一,组分相同的气体,温度越低,则水合物产生的概率就越大。输气期间,高压天然气节流阀门会产生节流效应,该效应会使温度骤降。当温度比天然气的水露点还要低时,天然气内的水蒸气便会发生凝析,液态水随之产生,进而加速水合物的产生。
3)高压。天然气均于高压环境下完成集输,若气体的组分一致,则压力与水合物产生的难易程度呈正比。
4)水合物形成的一大必要条件便是有液态水,天然气管道内的液态水不仅有地层水,而且还有凝析水。前者是采气过程中伴着天然气到达管线的,而后者则是由于气体内的饱和水蒸气伴随着温度的降低而发生凝析而得。通过上述几点总结,可发现天然气集输期间生成水合物的概率较大,在实际的生产中发现,较易生成水合物的设施位置有调压撬、过滤分离器等。
2水合物防治技术的应用
水合物的形成,堵塞井筒或采气管线,影响气井的正常生产,常用的防治水合物的方法有:(1)干燥气体(脱水):天然气中含有水分是生成水合物的内在因素,因此,脱除天然气的水分是杜绝水合物生成的根本途径;(2)提高气流温度(加热法):提高温度防止生成水合物的实质是把气流温度提高到生成水合物的温度以上,加热方法有蒸汽加热法和水套炉加热法;(3)加防冻剂:向天然气中加入各种能降低水合物生成温度的天然气水合物抑制剂,降低天然气的露点,防止水合物的生成。
天然气在输送过程中,其水合物的形成有四大显著特点:
(1)液态水或游离水存在,天然气的运行温度小于等于水露点;(2)环境呈现高压低温;(3)流速快,经流狭窄部位压力起伏很大;(4)气体变化速率高,并伴有晶核的存在。工程实际问题中一般采用以下四类防治技术,笔者在此进行简要介绍,并进行初步比对。
2.1脱除水分
低温法、吸收法、吸附法。后面两种方法在天然气工业中应用较广泛。主要用于气田外输处理流程,长输管道中多是经气田处理过后的干气。
2.1.1低温法
利用高压天然气膨胀降温或利用气波机膨胀降温而实现,这种工艺适合于高压天然气;对于低压天然气,若要使用必须增压,影响过程经济性。
2.1.2溶剂吸收法
目前天然气工业中应用最普遍的方法之一。通过对水有较好吸收性溶剂与气体全方位接触,将水转移到该类型溶剂中,达到脱水效果。
2.1.3固体吸附法
使用孔隙密集的固体颗粒选择性地吸附流体中一定量的水附着在其内外表面上,从而使流体混合物得以分离的方法。
2.2加热
天然气加热一般分为直接加热法和间接加热法。长输管径和流量通常很大,气态物质导热率低,加热管道的技术显然劳神费力。此方法多用于天然气输送过程中的进、出站场。
2.2.1直接加热法
对输送天然气加热升温,保证进、出站场前提下,天然气输送温度不低于水露点,就不会在站场生成水,同时将管道中水分一并脱去。
2.2.2间接加热法
通过加热输送的管段、套管、提供保温层等方式确保天然气运行温度不低于水露点。
2.3降压
管道承压减低不利于水合物结核成晶。干线流量承压为确定值,此方法不适用于长输管段。
2.4添加抑制剂
向管道中加化学药剂,可创造出与水合物成形完全相反的环境条件,抑制成型结晶。普遍成为运输生产中实用性最强的方法。抑制剂主要分为动力学抑制剂、热力学抑制剂、防聚剂、复合型抑制剂。
2.4.1动力学抑制剂
(KHI)降低成核速度,缓慢形成晶核,妨碍生长正确方向,影响核稳定性。主要分为生长抑制剂、聚集抑制剂和双重功能性抑制剂。依靠高效、低毒性流通于生产中。产品包括
PVP、PVCap、P(VP/VC)以及VC-713。
2.4.2热力学抑制剂
依靠降低溶液水活度。水活度越低,水合物生成所需温度越低。热力学抑制剂降低水合物生成温度的效果随水活度降低线性增加。如CH3OH、乙二醇、二甘醇等,此类抑制剂主要缺点是毒性强、用量大。
2.4.3防聚剂
AAs是具有双亲结构的界面活性药剂,可防止水合物簇集成形,保证水合物呈液态输送。此类抑制剂多用于油水混合体系。分为三大类别:传统表面活性剂类AAs、聚合物类AAs、天然活性物AAs。
2.4.4复合型抑制剂
改良现有抑制剂结构,研究抑制剂性能更好的新型低剂量水合物抑制剂。常用增效剂甲醇、乙二醇醚类、聚乙二醇、胺类碳水化合物等。整体分为以下几类:动力学抑制剂与热力学抑制剂复配,与防聚剂复配;防聚剂之间复配,防聚剂与醇,热力学与离子液体等。通过实践,降压解堵方法对于解除大面积的冰堵有良好的效果﹐而加热解堵的方法对于解除水合物在局部管段的冰堵有比较好的效果。但是降压解堵法比加热解堵法方便而省时。因此﹐在不影响正常生产的情况下,应使用降压解堵方法解除冰堵。
结束语:通过对天然气水合物的生成条件进行分析,能够运用有关的手段进行防范或者控制,然而并不能够将其所带来的影响完全消除。本文介绍了几种防治手段,但是在某些特定条件下,仅适用一种措施难以实现抑制目的,因此部分情况下应综合使用多种手段来抑制天然气水合物生成。现阶段应加强对新技术的试验与研究,从而增强天然气水合物防治手段的经济性与有效性,从而使天然气管道的正常运行得以保障。
参考文献:
[1] 孙晨曦.高温高压气藏井筒水合物及产能预测[D].中国石油大学(北京),2020.DOI:10.27643/d.cnki.gsybu.2020.000580.
[2] 马亚欣.天然气调压过程中水合物生成规律及防治方法研究[D].中国石油大学(北京),2020.DOI:10.27643/d.cnki.gsybu.2020.001254.
[3] 李方圆.新建天然气管道水合物防治对策研究[J].石油工业技术监督,2020,36(04):48-51.
[4] 朱强,刘学敏,张松柏,李磊.对天然气水合物预防管理保障安全生产的研究[J].安全,2019,40(07):72-75.DOI:10.19737/j.cnki.issn1002-3631.2019.07.013.
[5] 于璟.深水输气管线中天然气水合物流动障碍形成机理研究[D].中国石油大学(华东),2019.DOI:10.27644/d.cnki.gsydu.2019.000362.
[6]赵宾.海域天然气水合物开采活动分析及潜在灾害防治[D].中国矿业大学,2019.