海洋天然气水合物开采潜力地质评价指标研究 理论与方法

陈锦++党少龙++王龙++毕熙东++祁炜

[摘 要]天然气在采集出来时含有水汽。在一定温度和压力下，天然气中的水能与液相和气相的碳氢化合物生成结晶的水合物，从而堵塞管道和设备，影响集输生产的正常进行。天然气水合物的形成条件包括液相水的存在、足够高的压力和足够低的温度以及流动条件突变等。本文结合煤系地层天然气区块的现场实际，通过对水合物形成条件的分析与甲醇滴注量的计算论证了甲醇滴注橇的必要性，为简化井场工艺流程提供了理论依据。

[关键词]天然气水合物 预防措施 甲醇滴注橇 简化工艺流程

中图分类号：F426.22 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）29-0060-01

一、天然气水合物的形成条件

天然气水合物是一种天然气中的小分子与水分子形成的类冰状固态化合物，其形成条件如下：

1.液态水的存在：液相水的存在是产生水合物的必要条件。天然气管道液态水的来源，有采气时随天然气进入管线的地层水（游离水）以及气体中的饱和水蒸气随温度下降而凝析出的凝析水。

2.高压、低温：高压、低温是形成水合物的重要条件。对于组分相同的气体，压力越高、温度越低越容易形成水合物。

波诺马列夫对大量数据进行回归整理，得出不同密度下天然气水合物的生成条件方程。

当T>273.1K时，

（1-1）

4.流动条件突变：高流速、压力波动、气流方向改变时结晶核引起的搅动是生成水合物的辅助条件。

二、天然气水合物的预防措施

防止水合物形成的方法有：

1.脱除天然气中的水分，给天然气脱水处理，去除或减少天然气中的水分含量，区块内有井场分离橇等脱水装置。

2.提高天然气的流动温度，加热，保证天然气整个集输流程中温度总是高于形成水合物的临界温度，目前已采取加装伴热保温等方式来防止水合物的形成。

3.调整输气工艺流程，减小输气压差或采取多级减压的方式，目前部分井采用井下节流的方式生产。

4.向气流中加入天然气水合物抑制剂以降低形成水合物的临界温度，在选择水合物抑制剂方法之前，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。

三、天然气水合物化学抑制剂用量的计算

水合物抑制剂的用量分为两部分，消耗在液态水中的抑制剂称为抑制剂在液相的用量，用q1表示。消耗在气体中的抑制剂，称为抑制剂的气相损失量，用qg表示。抑制剂的总用量qt为两者之和，即

为防止气体形成水合物所需注入的抑制剂最低用量，可以采用以理想溶液冰点下降关系式为基础的哈默施密特（Hammerschmidt）半经验公式计算。

1）.水溶液中最低抑制剂的浓度计算

水溶液中最低抑制剂浓度Cm可按Hammerschmidt提出的半经验公式计算

2）.水合物抑制剂的液相用量计算

注入的含水抑制剂的液相用量q1可根据物料平衡由下式计算

3）.水合物抑制剂的气相损失量计算

根据甲醇在使用条件下的压力和温度，可由式3-5计算出甲醇在最低温度和相应压力下的天然气中的气相含量与甲醇在水溶液中浓度之比值，再按式3-6计算出甲醇的气相含量。

当换算为向体系（管道或设备中）注入的含水甲醇浓度的用量时，甲醇的损失量的计算式为

四、计算结果

通过对煤系地层46口天然气井的甲醇滴注量计算，得出以下计算结果（节选）（表1）。

五、结论及生产建议

1.在当前管线压力下，管线温度高于水合物临界温度5℃以上的井有43口，此类井可以不进行甲醇滴注，减少甲醇消耗量。

2.产水量对甲醇滴注量的影响很大，日产液量高于1方的采气井，甲醇滴注量高于169L/d。因甲醇滴注橇容量為450L，加注过于频繁，单方面依靠注入甲醇抑制剂来防治水合物的形成是不可行的。

3.从目前煤系地层天然气区块的现场情况来看，目前整个系统已经是最优化的。通过井下节流、地面分离、伴热升温等方式足以满足生产需求，通过本次计算可以基本论证在管线温度高于7℃的前提下取消甲醇滴注橇在理论上是可行的。

参考文献

[1] 陈赓良.天然气采输过程中水合物的形成与防治[J].天然气工业，2004，24（8）：89-91.

[2] 四川石油管理局编《天然气工程手册》（上）.石油工业出版社，1982.10P.120-125.P.309-314.