X-PDF

Общая характеристика гидратов

Поделиться статьей

ЛЕКЦИЯ №25

Влагосодержание природных газов. Общая характеристика гидратов и условия их образования. Гидраты индивидуальных и природных углеводородных газов. Места образования гидратов в скважинах и газопромысловых коммуникациях.

При эксплуатации нефтяных и газовых скважин возникают различные проблемы, приводящие к осложнениям в установлении технологического режима как добывающих, так и нагнетательных скважин, связанных с такими проблемами, как обводнение, разрушение коллектора, образование гидратных и асфальтосмолистопарафиновых пробок в призабойной зоне и стволе скважины и т.д. Ряд указанных видов осложнений рассмотрен в разделах техники и технологии добычи природных углеводородов, подземном и капитальном ремонте добывающих и нагнетательных скважин.

Природный газ, насыщенный парами воды, при некоторых значениях давления и положительной температуре может образовывать твердые соединения, называемые гидратами. Гидраты природных газов представляют собой неустойчивое физико-химическое соединение воды с углеводородами, которое при повышении температуры или понижении давления разлагается на газ и воду. Гидраты по внешнему виду представляют собой белую кристаллическую массу, похожую на лёд или снег. Они относятся к веществам, в которых молекулы одних компонентов размещены в полостях решетки между узлами ассоциированных молекул другого компонента. Соединения такого рода обычно называют твердыми растворами внедрения, или ещё иногда их называют соединениями включения.

Молекулы гидратообразователей в полостях между узлами ассоциированных молекул воды гидратной решетки удерживаются с помощью сил притяжения Ван-дер-Ваальса. Гидратные соединения могут образовываться в виде двух структур, полости которых заполнены молекулами гидратообразователей частично или полностью (рисунок1).

Рисунок 1. Структура образования гидратов природных газов:

а) – вида I . б) – вида I

В первой структуре 46 молекул воды образуют две полости с внутренним диаметром 5,2 ´ 10 –10 м и шесть полостей с внутренним диаметром 5,9 ´ 10 –10 м, во второй структуре 136 молекул воды образуют восемь больших полостей с внутренним диаметром 6,9 ´10 –10 м и шестнадцать малых полостей с внутренним диаметром 4,8 ´ 10 –10 м.

Состав гидратов первой структуры при заполнении восьми полостей гидратной решетки может быть представлен как выражение следующего вида:

– 8М — 46Н2О или же как М — 5,75 Н2О,

где М – гидратообразователь.

При заполнении только больших полостей это выражение может иметь следующий вид:

6М-46 Н2О или М-7,67 Н2О.

В случае заполнения восьми полостей гидратной решетки состав гидратов второй структуры описывается выражением вида

8М-136 Н2О или же М-17 Н2О.

Выражения, описывающие гидраты отдельных компонентов природного газа могут быть представлены следующими формулами:

СН4 ´ 6Н2О,

С2Н6 ´ Н2О,

С3Н8 ´ Н2О,

i – С4Н8 ´ 17Н2О,

Н3S ´ 6 Н2О,

N2 ´ 6 Н2О,

СО2 ´ 6 Н2О.

Гидраты природных газов, описываемые данными формулами, соответствуют идеальным условиям, когда все большие и малые полости гидратной решетки заполнены на все 100 %. В реальных условиях встречаются смешанные гидраты, состоящие из гидратов I и II структур.

Условия образования гидратов и их стабильного существования определяются наличием газов и их состава, фазового состояния и состава воды, температуры и давления.

Условия образования гидратов определяются составом природного газа. С увеличением молекулярной массы индивидуального газа или смеси газов, при меньших значениях давления, при одинаковой температуре более вероятно образование гидратов. Процесс гидратообразования в большинстве случаев протекает на границе раздела фаз газ – вода при условии полного насыщения природного газа влагой, но эти же процессы могут протекать и в условиях недонасыщения природного газа парами воды. В этой связи возникает необходимость прогнозирования мест образования и интенсивности возникновения гидратов в системах добычи, подготовки и транспорта газа, а это обусловлено влагосодержанием природного газа и его изменением при различных термодинамических условиях.

Влагосодержаниеприродного газа в промысловых условиях наиболее часто определяют графическим методом по номограмме с учётом относительной плотности природного газа по воздуху (рисунок 2).

Рисунок 2. Влагоёмкость природных газов над гидратом и над водой

На номограмме нанесена равновесная кривая гидратообразования, ограничивающая определенную область, в которой влагосодержание природных газов определяется исходя из условия равновесия паров воды над гидратами. Ошибка в оценке влагосодержания природного газа не превышает 4 %. Влагосодержание природного газа увеличивается с ростом температуры и увеличением давления, а с ростом молекулярной массы и солености воды оно уменьшается. Последние два обстоятельства учитываются поправочными коэффициентам на молекулярную массу – плотностью газа Сγ и солёностьюводы Сѕ.

Коэффициент Сγ применяется для любых компонентов природного газа и определяется из соотношения

Представленная информация была полезной?
ДА
59.36%
НЕТ
40.64%
Проголосовало: 1132

, г/см3. (1)

Поправочный коэффициент Сѕ определяется из соотношения

, г/см3, (2)

где W0,6 – влагосодержание природного газа плотностью по воздуху равной 0,6, находящегося в контакте с пресной водой .

Wγ – влагосодержание природного газа плотностью по воздуху .

Wѕ – влагосодержание природного газа, при контакте с минерализованным раствором воды.

Сѕ учитывается при определении влагосодержания природного газа в пластовых условиях, когда газ находится в контакте с минерализованной водой Присутствие в составе природного газа С02 и H2S увеличивает его влагосодержание, а присутствие N2 – уменьшает влагосодержание природного газа.

Вторым методом определения влагосодержания природного газа является аналитический (метод Бюкачека). В интервале давлений от 0,1 до 70,0 МПа и температур от минус 40 0С до 230 0С погрешность определения влагосодержания не превышает 4 %.

Влагосодержание природного газа по методу Бюкачека определятся из выражения

, (3)

где А – коэффициент, равный влагосодержанию идеального газа (А= 749 Р Н2 О, Р Н2 О – упругость паров воды при заданной температуре) .

Р – давление газа .

В – коэффициент, зависящий от состава газа, приведен в таблице 1.

Следует отметить, что уравнение (3) позволяет определять влагосодержание природных газов с относительной плотностью, равной при их контакте с пресной водой.

Для природных газов другой плотности и при контакте с минерализованной водой влагосодержание определяется из выражения следующего вида:

. (4)

Растворимость воды в жидких углеводородах (вплоть до бутана) зависит от давления, температуры и молярного состава.

Таблица 1. Значения коэффициентов А и В из уравнения Бюкачека

Темпе- ратура, 0 С А В Темпе- ратура, 0 С А В
минус 40 0,1451 0,00347   36,1000 0,1895
минус 38 0,1780 0,00402   40,5000 0,2070
минус 36 0,2189 0,00465   45,2000 0,2240
минус 34 0,2670 0,00538   50,8000 0,2420
минус 32 0,3235 0,00623   56,2500 0,2630
минус 30 0,3930 0,00710   62,7000 0,2850
минус 28 0,4715 0,00806   69,2500 0,3100
минус 26 0,5660 0,009241   76,7000 0,3350
минус 24 0,6775 0,01043   85,2900 0,3630
минус 22 0,8090 0,01168   94,0000 0,3910
минус 20 0,9600 0,01340   103,0000 0,4220
минус 18 1,1440 0,01510   114,0000 0,4540
минус 16 1,3500 0,01705   126,0000 0,4870
минус 14 1,5900 0,01927   138,0000 0,5210
минус 12 1,8680 0,02116   152,0000 0,5620
минус10 2,1880 0,02290   166,5000 0,5990
минус 8 2,5500 0,02710   183,3000 0,6450
минус 6 2,9900 0,3035   200,5000 0,6910
минус 4 3,4800 0,03380   219,0000 0,7410
минус 2 4,0300 0,03770   238,50 0,7930
минус 0 4,6700 0,04180   260,0000 0,8410
  5,4000 0,04640   283,0000 0,9020
  6,2250 0,05150   306,0000 0,9650
  7,1500 0,05710   335,0000 1,0230
  8,2000 0,06300   363,0000 1,0830
  9,3900 0,06960   394,0000 1,1480
  10,7200 0,7670   427,0000 1,2050
  12,3900 0,08550   462,0000 1,2500
  13,94000 0,09300   501,0000 1,2900
  15,7500 0,10200   537,5000 1,3270
  17,8700 0,11200   582,5000 1,3270
  20,1500 0,12270   624,0000 1,4050
  22,8000 0,13430   672,0000 1,4450
  25,8000 0,1453   725,0000 1,4870
  28,7000 0,15950   776,0000 1,5300
  32,7000 0,17400   1093,0000 2,6200

Растворимость газов в воде наблюдается уже при низких давлениях, а с ростом молекулярной массы углеводородов она снижается. Непредельные углеводороды, углекислота и сероводород увеличивают растворимость газа в воде. Азот, водород и гелий ведут к снижению растворимости газов в воде.

Содержание растворенного в воде газа может быть определено из выражения

, (5)

где fi – летучесть газа в газовой фазе .

Ni – молярная доля растворенного газа газового компонента – отношение числа молей этого компонента в растворе к общему числу молей воды и всех растворенных компонентов .

ki – коэффициент Генри .

Т – температура, К .

Р – давление .

Р01 – упругость паров растворителя .

R – универсальная газовая постоянная .

— парциальный молярный объём растворенного в воде газового компонента.

При относительно низких значениях давления растворимость метана в воде φ при постоянной величине давления с уменьшением температуры растёт. При значениях, не превышающих 6,0 МПа, растворимость метана в воде с понижением температуры возрастает. С ростом давления растворимость газа в воде также возрастает. Таким образом, максимальное значение растворимости газа в воде при заданном значении температуры соответствует величине равновесного давления образования гидратов. Следует отметить, что содержание газа в воде, контактирующего с гидратом, резко снижается с ростом избыточного давления. В процессе разработки газовых и газоконденсатных месторождений на газовом режиме, влагосодержание в пластовых условиях меняется в сторону увеличения. При водонапорном режиме разработки газовых и газоконденсатных месторождений все параметры газа постоянны, а, следовательно, и его влажность постоянна.

Влагосодержание газа на устье скважин, в сепараторах, газосборных коммуникациях постоянно, и определяется режимом каждого объёкта системы обустройства. Для природных газов влагосодержание при движении по газопроводам зависит от изменения давления и температуры. Газ, поступающий в газотранспортную систему с температурой точки росы ниже минимальной, не образовывает гидраты.


Поделиться статьей
Автор статьи
Анастасия
Анастасия
Задать вопрос
Эксперт
Представленная информация была полезной?
ДА
59.36%
НЕТ
40.64%
Проголосовало: 1132

или напишите нам прямо сейчас:

Написать в WhatsApp Написать в Telegram

ОБРАЗЦЫ ВОПРОСОВ ДЛЯ ТУРНИРА ЧГК

Поделиться статьей

Поделиться статьей(Выдержка из Чемпионата Днепропетровской области по «Что? Где? Когда?» среди юношей (09.11.2008) Редакторы: Оксана Балазанова, Александр Чижов) [Указания ведущим:


Поделиться статьей

ЛИТЕЙНЫЕ ДЕФЕКТЫ

Поделиться статьей

Поделиться статьейЛитейные дефекты — понятие относительное. Строго говоря, де­фект отливки следует рассматривать лишь как отступление от заданных требований. Например, одни


Поделиться статьей

Введение. Псковская Судная грамота – крупнейший памятник феодального права эпохи феодальной раздробленности на Руси

Поделиться статьей

Поделиться статьей1. Псковская Судная грамота – крупнейший памятник феодального права эпохи феодальной раздробленности на Руси. Специфика периода феодальной раздробленности –


Поделиться статьей

Нравственные проблемы современной биологии

Поделиться статьей

Поделиться статьейЭтические проблемы современной науки являются чрезвычайно актуальными и значимыми. В связи с экспоненциальным ростом той силы, которая попадает в


Поделиться статьей

Семейство Первоцветные — Primulaceae

Поделиться статьей

Поделиться статьейВключает 30 родов, около 1000 видов. Распространение: горные и умеренные области Северного полушария . многие виды произрастают в горах


Поделиться статьей

Вопрос 1. Понятие цены, функции и виды. Порядок ценообразования

Поделиться статьей

Поделиться статьейЦенообразование является важнейшим рычагом экономического управления. Цена как экономическая категория отражает общественно необходимые затраты на производство и реализацию туристского


Поделиться статьей

или напишите нам прямо сейчас:

Написать в WhatsApp Написать в Telegram
Заявка
на расчет