Гидраты индивидуальных и природных углеводородных газов.

Гидрат CH₄ впервые был получен в 1888 г., при t=21,5 °С. Катц и др, изучая равновесные параметры (P, t°) гидратообразования CH₄ при P= 33–76 МПа, получили гидраты при t=28,8 °С. t° образования гидратов CH₄ при P=390 МПа ­ до 47°С.

При добавлении С₂Н₆, C₃Н_8, iC₄Н₁₀ улучшаются условия образования гидратов смесей СН₄, т. к. гидраты образуются при более низких Р и более высоких t°. Все остальные газы, включая нормальный бутан и выше, действуют отрицательно. Гидраты CH₄ при 0 °С устойчивы, при Р³2,8 МПа. Для других углеводородов парафинового ряда: C₂Н₆; C₃Н₈; i-С₄Н₁₀ это Р составляет 0,5; 0,1 и 0,1 МПа. Т_кр образования гидратов (в °С): для С₂Н₆; C₃Н₈; iC₄Н₁₀ - 14,5; 5,5; 1,5.

Из углеводородов C_nH_2n гидраты образуют этилен (С₂Н₄), пропилен (С₃Н₆). Т_кр для С₂Н₄ - 17 °С. Гидраты при 0 °С устойчивы при Р=0,5 МПа.

Гидраты ПГ - смешанные гидраты, в которых гидратообразователями являются не отдельные индивидуальные углеводороды, а смесь газов. Состав смешанных гидратов и количество компонентов в них изменяются в зависимости от изменения парциального P и компонентов.

В присутствии H₂S t° гидратообразования углеводородных газов значительно ­.

ПГ содержащие азот, имеют более низкую t° образования гидратов.

Для образования гидратов в жидких углеводородах по сравнению с газообразными требуются более высокое P и более низкие t°. При t=3,8 °С для образования гидрата в газообразном пропане требуется P 0,46 МПа, в жидком - >3 МПа.

Разложение гидратов жидких углеводородных газов сопровождается ¯ объема, ¯ Р. Образование гидратов в жидких углеводородах идет несравнимо медленнее, чем в газообразных. При отрицательных температурах после появления мелких кристалликов льда гидраты начинают образовываться значительно быстрее.

Образование гидратов в добывающих скважинах и способы их устра­нения. Особенности эксплуатации добывающих скважин на газогидратных месторождениях.

Образование гидратов в скважинах и выбор метода борьбы с ними в значительной степени зависят от t_пл, климатических условий и режима эксплуатации скважины.

Если t° газа при его движении к устью становится <t° гидратообразования, появляются условия для образования гидратов. Изменение t° в работающей скважине предпочтительней определять с помощью глубинных приборов. Или применяют формулы:

t=t_гр-Dt_ie^-a(H-l)+{(1-е^-а(Н-l))(Г-D_i(p_c-p_y)/H-A/c_p)/a}

где t, t_гр - t° потока и грунта на глубине l;

t_гр=t_пл-Г(Н-l)

где t_пл - температура пласта на глубине Н; Г - среднее значение геотермического градиента на участке Н-l; Dt_i - изменение t° в ПЗП за счет эффекта Джоуля-Томсона, °С;

Dt_i=D_i(p_пл-p_c){lg(1+(Gc_pt/phc_пr_c²))}/lg(r_k/r_c)»D_i(p_пл-p_c)

r_k - радиус контура питания скважины, м; r_c - радиус скважины, м; D_i - дифференциальный коэффициент Джоуля-Томсона, °С/МПа; р_с – забойное P, МПа; G - массовый расход газа, кг/с; С_р - теплоемкость газа при постоянном Р; t - продолжительность работы скважины, с; h - вскрытая мощность пласта, м; с_п - теплоемкость породы, Дж/м³, а=(2pl_п)/(Gc_р f(t)), l_п - теплопроводность горных пород, Дж/м×C°; f(t) - безразмерная функция, f(t)=ln(1+(pl_пt/с_пr_c²)^0,5)

Вследствие ¯ t° газа при движении его по стволу скважины, в потоке всегда имеется конденсационная вода. Поэтому образование гидратов обусловлено только отношением P и t°.

Определение зоны возможного образования гидратов 1 - P в скважине; 2 - равновесная температура гидратообразования; 3 - t° в скважине; 4 - глубина залегания нейтрального слоя

По графику, можно определить место образования гидратов в скважинах. Величины К_д, С_р и т. д. из справочников.

Путем регулирования дебита можно определить условия, исключающие образование гидратов, т. к. t° газа меняется в зависимости от дебита.

Образование гидратов в стволе можно предупредить теплоизоляцией ОК, ­ t° газа в стволе с помощью нагревателей. Распространенный способ предупреждения образования гидратов - подача ингибиторов в поток газа. Иногда подача ингибитора осуществляется через затрубное пространство.

Место начала образования гидратов в скважинах определяют по точке пересечения равновесной кривой образования гидратов с кривой изменения t° газа по стволу скважин. Образование гидратов можно заметить по ¯ рабочего P на устье и ¯ дебита газа. Если гидраты перекрывают сечение скважины не полностью, разложения их проще всего достигнуть с помощью ингибиторов. Труднее бороться с отложениями гидратов, полностью перекрывающих сечение труб. При небольшой длине пробки ликвидацию осуществляют продувкой. При значительной длине выбросу пробки в атмосферу предшествует некоторый период, в течение которого она частично разлагается в результате ¯ P. Твердые частицы замедляют разложение пробки. Для ускорения используют ингибиторы.

При образовании гидратной пробки в зоне отрицательных t° только при ¯ P получают эффект. Дело в том, что вода, выделяющаяся при разложении гидратов при низкой концентрации ингибитора, может замерзнуть и вместо гидратной образуется ледяная пробка.

Если образовалась пробка большой длины, ее можно ликвидировать, применяя замкнутую циркуляцию ингибитора над пробкой.