天然氣水合物的危害及預(yù)防措施

張思勤

摘 要：天然氣水合物的形成條件包括液相水的存在、足夠高的壓力和足夠低的溫度、以及流動(dòng)條件突變等；針對(duì)天然氣水合物的形成條件提出了常用的預(yù)防措施，并詳細(xì)介紹了現(xiàn)場常用的化學(xué)抑制劑用量的計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞：天然氣水合物；液相水；臨界溫度；冰堵；抑制劑用量

一、水合物的危害

（1）水合物在管道中形成，會(huì)造成堵塞管道、減少天然氣的輸量、增大管線的壓差、損壞管件等危害，導(dǎo)致嚴(yán)重管道事故；（2）水合物是在井筒中形成，可能造成堵塞井筒、減少油氣產(chǎn)量、損壞井筒內(nèi)部的部件，甚至造成油氣井停產(chǎn)；（3）水合物是在地層多孔介質(zhì)中形成，會(huì)造成堵塞油氣井、減低油氣藏的孔隙度和相對(duì)滲透率、改變油氣藏的油氣分布改變地層流體流向井筒滲流規(guī)律，這些危害使油氣井的產(chǎn)量降低。

二、水合物形成的主要條件

（1）液相水的存在是產(chǎn)生水合物的必要條件。天然氣的含水量處于飽和狀態(tài)，天然氣中的含水汽量處于飽和狀態(tài)時(shí)，常有液相水的存在，或易于產(chǎn)生液相水。（2）壓力和溫度，當(dāng)天然氣處于足夠高的壓力和足夠低的溫度時(shí)，水合物才可能形成。天然氣中不同組分形成水合物的臨界溫度是該組分水合物存在的最高溫度。此溫度以上，不管壓力多大，都不會(huì)形成水合物。（3）流動(dòng)條件突變， 在具備上述條件時(shí)，水合物的形成，還要求有一些輔助條件，如天然氣壓力的波動(dòng)，氣體因流向的突變而產(chǎn)生的攪動(dòng)，以及晶種的存在等。

三、防止水合物形成的措施

（1）脫除天然氣中的水分，給天然氣脫水處理，去除或減少天然氣中的水分含量，現(xiàn)場中天然氣集輸一般都建有天然氣脫水裝置。天然氣在地層溫度和壓力條件下含有飽和水汽，天然氣的水汽含水量取決于天然氣的溫度、壓力和組成等條件。天然氣含水汽量，通常用絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度和水露點(diǎn)來表示。（2）提高天然氣的流動(dòng)溫度，加熱，保證天然氣整個(gè)集輸流程中溫度總是高于形成水合物的臨界溫度。（3）向氣流中加入天然氣水合物抑制劑以降低形成水合物的臨界溫度，在選擇水合物抑制劑方法之前，整個(gè)操作系統(tǒng)應(yīng)該是最優(yōu)化的，以使必須的處理過程減至最少。

四、天然氣水合物抑制劑的選擇

通常在天然氣集輸系統(tǒng)采取加熱法和注抑制劑法防止水合物形成?？梢杂糜诜乐固烊粴馑衔锷傻囊种苿┓譃橛袡C(jī)抑制劑和無機(jī)抑制劑兩類。有機(jī)抑制劑有甲醇和甘醇類化合物；無機(jī)抑制劑有氯化鈉、氯化鈣及氯化鎂等。

天然氣集輸?shù)V場主要采用有機(jī)抑制劑，這類抑制劑中又以甲醇、乙二醇和二甘醇最常使用。甲醇適用于氣流溫度不低于

-85℃，且壓力較高的場合；當(dāng)氣流溫度不低于-25℃，宜用二甘醇；當(dāng)氣流溫度不低于-40℃，宜用乙二醇。廣泛使用的天然氣水合物抑制劑有甲醇和甘醇類化合物，如甲醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇。所有這些化學(xué)抑制劑都可以回收和再次循環(huán)使用，但在大多數(shù)情況下，回收甲醇的經(jīng)濟(jì)性是很差的。甲醇可溶于液態(tài)烴中，其最大質(zhì)量濃度約3% 。甲醇具有中等程度的毒性，可通過呼吸道、食道及皮膚侵入人體，甲醇對(duì)人中毒劑量為5～

10毫升，致死劑量為30毫升，空氣中甲醇含量達(dá)到39～65毫克/米3時(shí)，人在30～60分鐘內(nèi)即會(huì)出現(xiàn)中毒現(xiàn)象，因而，使用甲醇防凍劑時(shí)應(yīng)注意采取安全措施。

五、抑制劑用量的計(jì)算

注入集氣管線的抑制劑一部分與管線中的液態(tài)水相溶，另一部分揮發(fā)至氣相，消耗于前一部分的抑制劑，稱為抑制劑的液相用量，用W1表示。進(jìn)入氣相的抑制劑不回收，因而又稱氣相損失量，用Wg表示，抑制劑的實(shí)際使用量Wt 為二者之和，即天然氣水合物形成溫度降主要決定于抑制劑的液相用量。

單位時(shí)間系統(tǒng)產(chǎn)生的液態(tài)水量WW，包括單位時(shí)間內(nèi)天然氣凝析出的水量和由其它途徑進(jìn)入管線和設(shè)備的液態(tài)水量之和（不包括隨抑制劑而注入系統(tǒng)的水量）。天然氣凝析水量，對(duì)于集輸氣管線可根據(jù)集輸氣管起點(diǎn)條件和集輸氣管的操作條件（對(duì)于節(jié)流過程則根據(jù)節(jié)流閥前和節(jié)流閥后的條件），按有關(guān)公式和圖表計(jì)算出。

抑制劑用于氣相蒸發(fā)的實(shí)際蒸發(fā)用量。甘醇類防凍劑氣相蒸發(fā)量較小，一般估計(jì)為3.5升/百萬標(biāo)米3天然氣，可取為4公斤/百萬標(biāo)米3天然氣。但甘醇類抑制劑的操作損失，主要是再生損失，凝析油中的溶解損失及甘醇與凝析油和水分離時(shí)因乳化而造成的攜帶損失等。甘醇在凝析油中的溶解損失一般為0.12～0.72升/米3凝析油，多數(shù)情況為0.25升/米3凝析油（約為0.28公斤/米3凝析油），甘醇抑制劑在含硫凝析油中的溶解損失約為不含硫凝析油的三倍。

甲醇的氣相蒸發(fā)量可由圖表查出，根據(jù)抑制劑使用環(huán)境的壓力和溫度，可查出每百萬標(biāo)米3天然氣中甲醇的蒸發(fā)量（公斤/百萬標(biāo)米3）與液相甲醇水溶液中甲醇的重量百分濃度之比值，每百萬標(biāo)米3天然氣的甲醇蒸發(fā)量Wg按下式計(jì)算：），甲醇的氣相蒸發(fā)量Wg（換算到礦場注入系統(tǒng)的甲醇溶液濃度下的用量）按下式計(jì)算： Kg/d。 式中C1為礦場使用的甲醇溶液中有效成分的質(zhì)量百分濃度，Q為天然氣流量，標(biāo)米3/日，α值可由圖表中查出。

抑制劑可采用自流或泵送兩種方式。自流方式采用的設(shè)備比較簡單，但不能使抑制劑連續(xù)注入，且難于控制和調(diào)節(jié)注入量；采用計(jì)量泵泵送，可克服以上缺點(diǎn)，而且抑制劑通過噴嘴噴入、增大了接觸面，可獲得更好的效果。