井上節流過程對天然氣水合物生成影響

宮克勤 安曉星（東北石油大學土木與建筑工程學院，黑龍江大慶 163318）

井上節流過程對天然氣水合物生成影響

宮克勤 安曉星（東北石油大學土木與建筑工程學院，黑龍江大慶 163318）

隨著我國油氣資源開發水平的不斷提高，要求做好井上節流工作。然而實際節流降壓中發現，其易加速水合物的生成，造成天然氣閥門或管道受到堵塞，不利于天然氣的可靠傳輸。對此，本文將對天然氣水合物在井上節流中生成的機理、預防水合物生成的具體措施進行探析。

井上節流；天然氣水合物；生成；預防

為使天然氣輸送中氣體得以降壓，需引入節流閥使高壓氣體達到其基本壓力范圍。但在該過程下隨壓力的降低氣體會表現出明顯的體積膨脹趨勢，受溫度作用水與氣體分子便生成水合物，一旦節流中水合物物質堆積過多便容易出現堵塞或爆炸等問題。因此，如何正確認識水合物生成受井上節流影響并做好相應的預防措施成為現行天然氣運輸中需考慮的重要內容。

1 天然氣水合物的主要構成

作為一種固體化合物，天然氣水合物是壓力值與溫度值達到一定范圍下由其中水分與其他組分構成的水化物。從其構成上看，其水分主要以游離水為主，而氣體組分中主要包含H2S、C2H6以及CO2等。由二者生成的水合物在形態上以結晶固體的形式存在，通常保持在0.89g/cm3左右的密度。結合以往學者研究可發現，其中大部分氣體分子多集中于晶格內，而這種晶格又可細化為I、II、H三種結構類型。其中如非烴分子H2S或烴分子CH4等一般在I類晶體結構中填充，C4H8等分子多集中于II結構中，而包括以上所有分子在內的氣體分子與原油分子通常可在H類結構中發現［1］。

2 天然氣水合物在井上節流中的生成機理分析

井上節流作用下，對水合物生產產生的影響主要體現在三方面，即：第一，節流過程中液態水存于天然氣中，或有其他呈飽和狀態的水分子在其中形成；第二，節流過程中處于高壓環境下，此時溫度值呈現明顯下降趨勢；第三，氣體在溫度與壓力變化下會出現擾動情況。綜合來看，水合物的生成關鍵在于井上節流中有自有水的存在，加上低溫與高壓環境的存在，水合物形成速度極快。從實際管道中天然氣傳輸過程可發現，相比水汽溫度，若管道溫度較高，天然氣將不會出現自由水被析出的情況，水合物難以生成，但隨溫度與壓力的不斷變化，一旦管道溫度地域水露點溫度，氣體趨于飽和便析出自由水，容易生成水合物。這種物質一旦堆積過多便使管道流通面積逐漸減小，而其生成速度不斷加快［2］。

3 預防井上節流中水合物生成的具體路徑

現行天然氣運輸中在井上節流影響下，水合物生成已屬常見問題，其容易帶來堵塞或爆炸等危害。對此要求采取相應的防止策略，包括對溫度與壓力的控制、天然氣脫水以及抑制劑的應用等。具體防止路徑主要表現在以下幾方面。

3.1 溫度與壓力的控制措施

井上節流過程中，天然氣水合物極易在溫度與氣體壓力不斷下降中生成。對此在預防過程中應從溫度與壓力的控制方面著手，確保壓力值與溫度值超出水合物形成溫度，并對節流閥壓降進行計算，確保其難以達到水合物生成條件。另外，現行對天然氣溫度控制的方式也可引入加熱法，需注意的是這種方法應用中應對天然氣熱量進行計算，如果其中熱量過高很容易造天然氣壓力逐漸上升，對節流降壓產生一定的影響，而熱量過低又無法對水合物生成起到抑制作用。因此實際控制操作中應做好計算工作。

3.2 天然氣脫水方法的應用

根據水合物生成機理，可發現其形成的基本條件在于游離水的存在，所以在預防水合物生成中需利用水分子去除的形式對水合物生成進行抑制。一般脫水中可選擇的主要有兩種方法，即：第一，吸濕溶劑的應用。如典型的三甘醇，其在接觸氣體過程中將對天然氣水分子起到明顯的吸收作用。第二，采取物理吸附的方式。其原理在于引入可對水分子吸附的固體物質如硅膠、氧化鋁，接觸氣體過程會使水濃度得以降低。但實際應用中也發現，物理吸附方式往往存在一定的弊端，其難以對壁面處的自由水以及晶核中的水合物起到吸附作用，水合物的生成無法得到有效控制。

3.3 抑制劑的應用

抑制劑的添加是現行預防水合物生成常見的方式之一，主要將抑制劑融入天然氣中以防止節流過程中有水合物生成。目前應用較多的主要以表面活性劑、動力學與熱力學抑制劑等為主。其中在表面活性劑應用方面，其往往需將聚合物引入其中，這樣可有效避免乳化液滴不斷生成。實踐研究發現，該類抑制劑在應用中用量極少便可起到抑制作用，具有明顯的經濟性特點。而在動力學抑制劑應用方面，其作用在于避免水合物晶粒不斷增長，保持低濃度與少用量便可起到抑制作用，一般在油氣田中使用較為頻繁。另外，在熱力學抑制劑應用方面，典型的如乙二醇、甲醇等，保證在注入量、時間以及速率方面滿足節流條件，便可進行溫度與壓力條件的控制，但此種方式涉及的成本較高，且耗費過多抑制劑，不利于經濟效益的提高。因此在實際應用中應結合具體井上節流條件進行選擇［3］。

4 結語

天然氣水合物在井上節流中極易生成，不利于天然氣的穩定可靠運輸。對此在實踐中應正視天然氣水合物的主要構成以及生成的機理，從脫水方法的應用、添加劑的引入以及溫度與壓力的控制等方面著手，減少因井上節流而產生過多的水合物，實現安全運輸、經濟效益提高的目標。

［1］劉培培.管輸天然氣水合物形成位置預測模型研究［D］.西安石油大學，2011.

［2］胡德芬，侯梅，徐立，何敏.高含硫氣井集輸系統天然氣水合物的防治——以川東地區高含硫氣井為例［J］.天然氣工業，2010，10：78-82+124.

［3］程浩，趙玉.澀北氣田防治水合物堵塞淺議［J］.青海石油，2010，04：56-67.

宮克勤（1967-），男，黑龍江七臺河人，教授，從事供熱技術研究。