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1、第一节 天然气矿场集输站场流程气井所在地需设井场装置，即井场。从气井采出的天然气经节流调压后，在分离器中脱除游离水、凝析油及固体机械杂质，计量后输入集气管线，再进入集气站。在集气站对天然气进行节流、调压、分离、计量，然后输入集气总站或天然气净化厂。在天然气净化厂进行脱除硫化氢、二氧化碳、凝析油、水分，使天然气达到国家规定的外输天然气气质标准。在天然气矿场集输站场流程中，站场流程分为单井集输流程和多井集输流程，按天然气分离时的温度条件，又分为常温分离工艺流程和低温分离工艺流程。第1页/共71页一、井场装置调节气井的产量；调控天然气的输送压力；防止生成天然气水合物。井场装置具备三种作用井场装置具备
2、三种作用第2页/共71页一、井场装置1气井，2采气树针形阀，3、5加热炉，4、6节流阀图10-1 加热防止水合物生成的井场装置流程示意图l加热天然气防止水合物生成的流程，如图加热天然气防止水合物生成的流程，如图10-1所示；所示；l另一种是向天然气中注入抑制剂防止水合物生成的流程。另一种是向天然气中注入抑制剂防止水合物生成的流程。当一口井天然气中含有硫化氢、二氧化碳等组分，不宜当一口井天然气中含有硫化氢、二氧化碳等组分，不宜与其他不含这些组分的气井天然气一起集中处理，或是气与其他不含这些组分的气井天然气一起集中处理，或是气第3页/共71页二、单井集输流程井压力太高或过低时，应采用单井集输工艺流
3、程。井压力太高或过低时，应采用单井集输工艺流程。1从井场装置来的采气管线，2进站截断阀，3加热炉，4节流阀，5三相分离器，6孔板计量装置，7、11、15出站截断阀，8集气管线，9、13液位控制自动放液阀，10、14流量计，12放液烃管线，16放水管线图10-2 常温分离单井集输工艺流程图一第4页/共71页单井集输流程类型 n含三相分离器的流程 n含气液分离器的流程 两种流程不同之处在于分离设备的选型不同，两种流程不同之处在于分离设备的选型不同，前者为三相分离器，后者为气液分离器，因此其前者为三相分离器，后者为气液分离器，因此其使用条件各不相同。前者适用于天然气中液烃和使用条件各不相同。前者适用
4、于天然气中液烃和水含量均较高的气井，后者适用于天然气中只含水含量均较高的气井，后者适用于天然气中只含水或液烃较多和微量水的气井。水或液烃较多和微量水的气井。第5页/共71页三、多井集输流程图10-3 常温分离多井集输工艺流程图 对于硫化氢含量较低、凝析油含量不高的天然气对于硫化氢含量较低、凝析油含量不高的天然气一般采用常温分离流程。一般采用常温分离流程。第6页/共71页2、低温分离多井集输流程 对于压力高、产量大、硫化氢和二氧化碳含量高以及凝析油含量高的天然气宜采用低温分离流程。所谓低温分离，即分离器的操作温度在0以下，通常为-4-2。天然气通过低温分离可回收更多的液烃。图10-4 低温分离多
5、井集输工艺流程图第7页/共71页第二节 天然气矿场集输管网 由集气干线和若干集由集气干线和若干集气支线气支线(或采气管线或采气管线)组合组合而成的集气单元称为集气而成的集气单元称为集气管网；集气管网通常分为管网；集气管网通常分为:枝状、放枝状、放射状、环状和成组状管网射状、环状和成组状管网 集输管网按压力等级集输管网按压力等级分高、中、低压三种，如分高、中、低压三种，如一般压力在一般压力在10MPa以上为以上为高压集气，高压集气，1.610MPa为中压集气为中压集气,小于小于1.6MPa为低压集气。为低压集气。第8页/共71页第三节 节流调压（1）节流概述及能量方程（2）微分节流效应（3）积分
6、节流效应第9页/共71页节流的概念节流：天然气在管道中流动，通过骤然缩小的通道，例如孔板或针形阀的孔眼，由于摩擦能使气压显著下降的现象。利用节流可以达到降压或调节流量的目的.分类：一级节流 多级节流第10页/共71页（1）节流概述及能量方程特点：节流前后体系焓值相等。由稳定流动方程截面截面1截面截面2节流膨节流膨胀示意胀示意两截面焓差两截面焓差动能动能截面高差截面高差吸热吸热对气体作功对气体作功第11页/共71页（2）微分节流效应 等焓节流时，微小压力变化所引起的温度变化称微分节流效应。微分节流效应系数：H0 温度降低温度降低第12页/共71页 由热力学基本关系式可导出表示微分节流效应由热力学
7、基本关系式可导出表示微分节流效应系数与节流前后气体状态参数系数与节流前后气体状态参数P P、V V、T T之间的一般关之间的一般关系式：系式：对于理想气体 ，节流前后没有温变。第13页/共71页无能量供给第一项小于零，第二项由于是压力降低也小于零内能随压力的变化内能随压力的变化移动功随压力的变化移动功随压力的变化由麦克斯韦关系式导出的焓的普遍式，可以得出：由麦克斯韦关系式导出的焓的普遍式，可以得出：第14页/共71页（3）积分节流效应实际节流时，压降为一有限值。有限压力变化所引起的温度变化为积分节流效应。在实际工作中，由于节流前后为有限压降，故温降也为一有限值。对于不同的天然气体系，在相同有限
8、压降下，温降会有差异。第15页/共71页近似计算时第16页/共71页第四节 天然气计量（1）计量分级一级计量：气田外输干气与天然气销售公司的交接计量，综合误差要求3%；二级计量：气田内部干气的生产计量，综合误差要求5%；三级计量：气田内部湿气的生产计量，综合误差要求7%。第17页/共71页（2）计量仪表一级和二级计量我国主要采用孔板压差流量计。计算方法（参见SYL04-83)三级计量采用涡轮流量计（由于孔板流量计存在节流效应而不适宜湿气）流量计种类繁多，用于计量天然气的主要有两类：流量计种类繁多，用于计量天然气的主要有两类：1 1）容积式流量计）容积式流量计 容积式流量计是使气体充满一定容积的
9、空间来测容积式流量计是使气体充满一定容积的空间来测第18页/共71页量流量。这类流量计有腰轮流量计（罗茨流量计），湿式流量计和皮囊式流量计等。2）速度式流量计 速度式流量计是利用气体流通断面一定时，气体的体积流量与速度相关，可用测量气体速度的方法计量气体流量。这类流量计有多种，孔板差压流量计就是其中之一，钻井队试气常用的临界速度流量计也属这一类。（2 2 2 2）计量仪表）计量仪表）计量仪表）计量仪表第19页/共71页第五节 气液分离 气液分离：相平衡分离和机械分离。相平衡分离：在一定的分离条件下，将液相物料送进分离器进行闪蒸，或将气体物料送进分离器进行部分冷凝，两者都可能分离出气、液两相产品
10、。机械分离：主要靠重力作用，通过分离器及其部件，实现气、液两相的重力分割，分离出气液产品。第20页/共71页分离器的分类立式分离器卧式单筒分离器卧式双筒分离器球形分离器卧式三相分离器第21页/共71页分离器的功能实现气相和液相的初次分离。改善初次分离的效果，将气体中夹杂的雾状液滴分离。进一步将液体中夹带气体分离。在确信气体中无液滴、液体中无气体时，连续地将气液分别排出分离器。第22页/共71页（1）气液的初次分离段，一般通过离心式入口装置实现；（2）足够长或高的沉降段，使液滴能从气体中沉降到分离器底部；（3）分离器的气体出口处都装有除雾器，捕捉气流中不能靠自身沉降的微小液滴；（4）分离器的控制
11、阀件及仪表，如液位控制器、薄膜控制阀、出油阀、安全阀、回压阀、压力表和温度计等附件。以上各点，可参见各种类型的分离器及有关部件。分离器的内部结构共同之处分离器的内部结构共同之处分离器的内部结构共同之处分离器的内部结构共同之处第23页/共71页 逐级降低分离逐级降低分离器压力，经过两级器压力，经过两级或两级以上的闪蒸或两级以上的闪蒸或部分冷凝，将气或部分冷凝，将气井所产的流体分离井所产的流体分离成气、液两相的工成气、液两相的工艺方法称为多级分艺方法称为多级分离。离。（a）两级分离（b）三级分离（c）四级分离图10-8 多级分离流程图一、多级分离器一、多级分离器第24页/共71页二、分离器的选择性
12、性 能能 参参 数数卧式卧式(单筒）单筒）立式立式球形球形分离效率分离效率优优中中差差分离所得液烃的稳定程度分离所得液烃的稳定程度优优中中差差适应各种情况（如间隙流）的能力适应各种情况（如间隙流）的能力优优中中差差操作的灵活性（如调整液面高度）操作的灵活性（如调整液面高度）中中优优差差处理杂质的能力处理杂质的能力差差优优中中处理起泡原油的能力处理起泡原油的能力优优中中差差单位处理量的分离器价格单位处理量的分离器价格高高中中低低作为移动式使用的适应性作为移动式使用的适应性优优差差中中平面平面大大小小中中立面立面高高低低中中安装的简易程度安装的简易程度中中难难易易检查和保养的简易程度检查和保养的简
13、易程度易易繁繁中中第25页/共71页1.1.天然气水合物预测和防治技术发展现状天然气水合物预测和防治技术发展现状2.2.天然气水合物的形成、结构类型及相态特征天然气水合物的形成、结构类型及相态特征3.3.天然气水合物生成条件的预测方法天然气水合物生成条件的预测方法 4.4.防止天然气水合物生成的方法防止天然气水合物生成的方法 5.5.矿场应用实例简要介绍矿场应用实例简要介绍 第六节 天然气水合物第26页/共71页定定 义义1.天然气水合物预测和防治技术发展现状天然气水合物预测和防治技术发展现状 天然气水合物（天然气水合物（天然气水合物（天然气水合物（Gas hydratesGas hydrat
14、esGas hydratesGas hydrates）是）是）是）是在石油和天然气开采、加工和运输过程在石油和天然气开采、加工和运输过程在石油和天然气开采、加工和运输过程在石油和天然气开采、加工和运输过程中在一定温度和压力下天然气中的某些中在一定温度和压力下天然气中的某些中在一定温度和压力下天然气中的某些中在一定温度和压力下天然气中的某些烃组分与液态水形成的冰雪状物质。烃组分与液态水形成的冰雪状物质。烃组分与液态水形成的冰雪状物质。烃组分与液态水形成的冰雪状物质。第27页/共71页1.天然气水合物预测和防治技术发展现状天然气水合物预测和防治技术发展现状 在油气开采、加工和运输过程中，当条在油气
15、开采、加工和运输过程中，当条件适合时天然气水合物会逐渐以结晶增长方件适合时天然气水合物会逐渐以结晶增长方式沉积在地层或管道中，严重时会堵塞井筒、式沉积在地层或管道中，严重时会堵塞井筒、油咀、管线、阀门和设备，从而影响天然气油咀、管线、阀门和设备，从而影响天然气的开采、集输和加工过程的安全运行。的开采、集输和加工过程的安全运行。危危 害害第28页/共71页1.天然气水合物预测和防治技术发展现状天然气水合物预测和防治技术发展现状 天然气水合物最早发现于天然气水合物最早发现于1919世纪初。世纪初。3030年代年代获得天然气水合物结构和生成条件的研究数据。获得天然气水合物结构和生成条件的研究数据。当
16、时，天然气水合物的生成和沉积常给输气管道、当时，天然气水合物的生成和沉积常给输气管道、气井及天然气处理厂带来许多麻烦，研究人员的气井及天然气处理厂带来许多麻烦，研究人员的注意力主要集中在管道中水合物形成条件的预测注意力主要集中在管道中水合物形成条件的预测及消除水合物堵塞的办法。及消除水合物堵塞的办法。6060年代开始，年代开始，原苏原苏联、联、美国、荷兰等国相继开展了天然气水合物结美国、荷兰等国相继开展了天然气水合物结构及形成过程的热动力学研究。构及形成过程的热动力学研究。发现与研究发现与研究第29页/共71页1.天然气水合物预测和防治技术发展现状天然气水合物预测和防治技术发展现状 7070年
17、代以后，水合物研究的注意力开始从年代以后，水合物研究的注意力开始从如何防治水合物生成扩展到寻找以如何防治水合物生成扩展到寻找以水合物方式水合物方式形成的工业化天然气水合物矿藏资源形成的工业化天然气水合物矿藏资源的研究。的研究。原苏联科学家论证了地壳存在有天然气水合物原苏联科学家论证了地壳存在有天然气水合物生成带并可形成大型工业天然气水合物矿藏。生成带并可形成大型工业天然气水合物矿藏。之后，美国在深海钻探中发现了海底天然气水之后，美国在深海钻探中发现了海底天然气水合物；原苏联发现了世界上第一个天然气水合合物；原苏联发现了世界上第一个天然气水合物矿藏物矿藏麦索亚哈气田麦索亚哈气田。研究范围的拓展研
18、究范围的拓展第30页/共71页1.天然气水合物预测和防治技术发展现状天然气水合物预测和防治技术发展现状 (l)(l)天然气水合物的结构、稳定性、物理化学性质天然气水合物的结构、稳定性、物理化学性质 以及形成、分解的热动力学原理；以及形成、分解的热动力学原理；(2)(2)天然气工业处理系统中水合物的预测、清除天然气工业处理系统中水合物的预测、清除；(3)(3)水合物抑制剂的研究与应用；水合物抑制剂的研究与应用；(4)(4)天然气水合物地球物理普查；天然气水合物地球物理普查；(5)(5)天然气水合物地球化学、找矿标志；天然气水合物地球化学、找矿标志；(6)(6)天然气水合物地质学、分布及储量计算；
19、天然气水合物地质学、分布及储量计算；(7)(7)天然气水合物矿藏的开采方法。天然气水合物矿藏的开采方法。当前国外天然气水合物研究重点当前国外天然气水合物研究重点第31页/共71页 (l)(l)海水的谈化，目前己形成系统的工业装置；海水的谈化，目前己形成系统的工业装置；(2)(2)气体储存和运输；气体储存和运输；(3)(3)降低天然气含水量，提高气体压力，利用结晶降低天然气含水量，提高气体压力，利用结晶 水合物制冷；水合物制冷；(4)(4)二元和多组分气体和液体混合物的分离；二元和多组分气体和液体混合物的分离；（5 5）大陆之间天然气的运输）大陆之间天然气的运输;(6)(6)利用气体水合物进行同
20、位素浓缩；利用气体水合物进行同位素浓缩；(7)(7)利用气体水合物制造特种水泥。利用气体水合物制造特种水泥。1.天然气水合物预测和防治技术发展现状天然气水合物预测和防治技术发展现状气体水合物有前途的利用途径气体水合物有前途的利用途径第32页/共71页 据预测，地壳中气体水合物气藏储量比常规天据预测，地壳中气体水合物气藏储量比常规天然气储量大好几个数量级。据然气储量大好几个数量级。据2828届国际地质大会资届国际地质大会资料统计，天然气水合物储量可达料统计，天然气水合物储量可达281013m3281013m3，已超，已超过了包括煤炭在内的所有己知的可燃矿产的储量。过了包括煤炭在内的所有己知的可燃
21、矿产的储量。原苏联院士原苏联院士A.A A.A 特罗菲姆克认为：大陆上特罗菲姆克认为：大陆上“有利于有利于天然气水合物形成条件的地区占陆地面积的天然气水合物形成条件的地区占陆地面积的2727，主要分布在冻结岩层中；而具备气体水合物生成的主要分布在冻结岩层中；而具备气体水合物生成的有利温度和压力条件在世界海洋范围内约占有利温度和压力条件在世界海洋范围内约占90%90%。”可见天然气水合物作为一种新的矿产资源，在可见天然气水合物作为一种新的矿产资源，在2121世世纪或人类未来能源中占有重要的地位。纪或人类未来能源中占有重要的地位。1.天然气水合物预测和防治技术发展现状天然气水合物预测和防治技术发展
22、现状气体水合物矿藏资源气体水合物矿藏资源第33页/共71页 天然气水合物的生成一是取决于天然气的组天然气水合物的生成一是取决于天然气的组分、组成及所含凝析水或游离水的含量，其次是分、组成及所含凝析水或游离水的含量，其次是一定的温度和压力条件。水合物自发生成过程可一定的温度和压力条件。水合物自发生成过程可用以下结构式表示用以下结构式表示:2.天然气水合物的形成、结构类型和相态特征天然气水合物的形成、结构类型和相态特征 (1)(1)(1)(1)天然气水合物的生成条件天然气水合物的生成条件天然气水合物的生成条件天然气水合物的生成条件M+nH20M+nH20固固.液液 =M.nH20=M.nH20水合
23、物水合物第34页/共71页(l)(l)有自由水存在，天然气的温度等于或低于天然气中水的露点；有自由水存在，天然气的温度等于或低于天然气中水的露点；(2)(2)低温，体系温度必须达到水合物的生成温度；低温，体系温度必须达到水合物的生成温度；(3)(3)高压。高压。此外，气流速度、压力波动、气体扰动、此外，气流速度、压力波动、气体扰动、H2SH2S和和 CO2CO2等酸性气等酸性气体的存在和微小水合物晶核的诱导等因素，也会加速天然气水合体的存在和微小水合物晶核的诱导等因素，也会加速天然气水合物的生成。物的生成。2.天然气水合物的形成、结构类型和相态特征天然气水合物的形成、结构类型和相态特征(1)(
24、1)天然气水合物的生成条件天然气水合物的生成条件第35页/共71页（2 2）天然气水合物的结构和类型）天然气水合物的结构和类型 2.天然气水合物的形成、结构类型和相态特征天然气水合物的形成、结构类型和相态特征 天然气水合物是水和烃类气体按物理化学性质构成的带天然气水合物是水和烃类气体按物理化学性质构成的带有空穴结构的固态晶体，空穴中被天然气分子充填，外表为有空穴结构的固态晶体，空穴中被天然气分子充填，外表为白色结晶体。白色结晶体。图图1 甲烷气环境下螺旋线状甲烷水合物晶体甲烷气环境下螺旋线状甲烷水合物晶体 图图2 乙烷气环境下乙烷水合物晶体乙烷气环境下乙烷水合物晶体（Spiral of met
25、hane hydrate in gas medium）（Ethane crystal hydrate in gas medium）(p=7.7MPa;T=277.8k)(p=1.32MPa;T=271.9k)第36页/共71页（2 2）天然气水合物的结构和类型）天然气水合物的结构和类型 2.天然气水合物的形成、结构类型和相态特征天然气水合物的形成、结构类型和相态特征 图图3 乙烷气环境下乙烷水合物晶体乙烷气环境下乙烷水合物晶体 图图4 固体表面上天然气水合物晶体固体表面上天然气水合物晶体（Ethane crystal hydrate in gas medium）（Natural gas hyd
26、rate on a hard surface）(p=1.15MPa;T=274.7k)(p=5.7MPa;T=278.15k)第37页/共71页 根根 据据 F.Fleyfel 等人用等人用X 射线衍射方法对天然气水合物结射线衍射方法对天然气水合物结构的分析，证明气体水合物的主晶格有两种结构，晶格中的构的分析，证明气体水合物的主晶格有两种结构，晶格中的水分子节点之间存在空穴，水合物分子依靠范德华力的作用水分子节点之间存在空穴，水合物分子依靠范德华力的作用保持晶格结构的平衡。保持晶格结构的平衡。2.天然气水合物的形成、结构类型和相态特征天然气水合物的形成、结构类型和相态特征（2 2）天然气水合物
27、的结构和类型）天然气水合物的结构和类型 A型型 B型型 图图5 天然气水合物晶格结构天然气水合物晶格结构 第38页/共71页2.天然气水合物的形成、结构类型和相态特征天然气水合物的形成、结构类型和相态特征（2 2）天然气水合物的结构和类型）天然气水合物的结构和类型 图图6 两种类型晶格转变的多面体结两种类型晶格转变的多面体结 I 型结构：型结构：由由46个水分子组成两个水分子组成两个内径为个内径为0.52纳米的小纳米的小空穴和空穴和6个内径为个内径为0.59纳米的大空穴；纳米的大空穴；II 型结构：型结构：由由136个水分子形成个水分子形成8个内径为个内径为0.69纳米的大纳米的大空穴和空穴和
28、16个内径为个内径为0.48纳米的小空穴。纳米的小空穴。第39页/共71页2.天然气水合物的形成、结构类型和相态特征天然气水合物的形成、结构类型和相态特征 在同一温度，当气体蒸气压升高时，形成水在同一温度，当气体蒸气压升高时，形成水合物的先后次序分别是合物的先后次序分别是硫化氢硫化氢异丁烷异丁烷丙烷丙烷乙烷乙烷二氧化碳二氧化碳甲烷甲烷氮气氮气。表表1 天然气在大小空穴中的充填情况表天然气在大小空穴中的充填情况表 水合物水合物型结构型结构型结构型结构小孔穴小孔穴大孔穴大孔穴小孔穴小孔穴大孔穴大孔穴 甲甲 烷烷 乙乙 烷烷 丁丁 烷烷 正正 丁丁 烷烷 异异 丁丁 烷烷 二二 氧氧 化化 碳碳 氮
29、氮 气气 硫硫 化化 氢氢+-+-+-+第40页/共71页2.天然气水合物的形成、结构类型和相态特征天然气水合物的形成、结构类型和相态特征（3 3）天然气水合物的相态特征天然气水合物的相态特征 E.D.Sloan指出：存在三种类型的水合物相平指出：存在三种类型的水合物相平衡预测模式：衡预测模式：1）蒸汽）蒸汽-冰（或液态水）冰（或液态水）-水合物；水合物；2）水合物）水合物-蒸汽（或水合物蒸汽（或水合物-液态烃）；液态烃）；3）蒸汽）蒸汽-水合物水合物-含有抑制剂的水。含有抑制剂的水。第41页/共71页2.天然气水合物的形成、结构类型和相态特征天然气水合物的形成、结构类型和相态特征（3 3）天
30、然气水合物的相态特征天然气水合物的相态特征 存在两个易于研究的区域：存在两个易于研究的区域：A 区所示水合物在大气压力下是稳定的，符合第一种模区所示水合物在大气压力下是稳定的，符合第一种模式；式；B 区表明在区表明在0.5-1MPa范围内形成稳定水合物，符合范围内形成稳定水合物，符合水合物水合物-液态烃模式。液态烃模式。第42页/共71页2.天然气水合物的形成、结构类型和相态特征天然气水合物的形成、结构类型和相态特征 1)存在气体存在气体M和液态水或冰形成的水合物存在区，平衡曲线和液态水或冰形成的水合物存在区，平衡曲线2和和2上的每一个点，上的每一个点，气体水合物具有严格的固定组成和晶体结构，
31、即具有固定的填充度。气体水合物具有严格的固定组成和晶体结构，即具有固定的填充度。2)天然气水合物体系有三个四相共存点天然气水合物体系有三个四相共存点 A、B和和C点，也分别叫做点，也分别叫做“上点上点”、“中点中点”和和“下点下点”。在在“上点上点”A 四相共存状态为四相共存状态为 M气气+M液液+H2O液液+水合物水合物。第43页/共71页3.天然气水合物生成条件的预测方法天然气水合物生成条件的预测方法 图图9 天然气水合物天然气水合物p-T相图相图(1)图解法图解法 图解法主要根据天然气的密度预图解法主要根据天然气的密度预测水合物生成条件，在矿场实际应用测水合物生成条件，在矿场实际应用中是
32、非常方便和有效的一种方法中是非常方便和有效的一种方法。曲曲线线左左边边区区域域是是水水合合物物生生成成区区，右右边边区区域域为为非非生生成成区区。只只要要根根据据天天然然气气的的组组成成用用状状态态方方程程计计算算出出气气井井采采输输系系统统各各节节点点处处天天然然气气的的相相对对密密度度，即即可可由由图图9确确定定体体系系是是否否会会生生成成水水合合物物沉淀。沉淀。该方法是依据实测数据归纳成的该方法是依据实测数据归纳成的离散方法，不在曲线上的点需插值处离散方法，不在曲线上的点需插值处理。理。第44页/共71页3.天然气水合物生成条件的预测方法天然气水合物生成条件的预测方法（2）经验公式法）经
33、验公式法 波诺马列夫公式波诺马列夫公式 pT相图的回归公式相图的回归公式 特定气田经验公式特定气田经验公式 二次多项式二次多项式（3）统计热力学算法）统计热力学算法 巴尔列尔和斯丘阿尔特根据统计热力学理论巴尔列尔和斯丘阿尔特根据统计热力学理论,导出的导出的 预测天然气水合物生成条件的统计热力算法，具有预测天然气水合物生成条件的统计热力算法，具有 连续性和适用性强的特点。连续性和适用性强的特点。（4）相平衡计算法）相平衡计算法 相平衡法的前提是相平衡法的前提是:在天然气水合物分解过程中在天然气水合物分解过程中,气体气体 的相对密度逐渐增加的相对密度逐渐增加,类似于固体溶液。卡兹提出应类似于固体溶
34、液。卡兹提出应 用相平衡常数来确定天然气水合物生成条件。平衡常用相平衡常数来确定天然气水合物生成条件。平衡常 数计算采用状态方程数计算采用状态方程活度理论，目前已有成熟的商活度理论，目前已有成熟的商 品化应用软件，如品化应用软件，如Winprop of CMG,PVTpro of DBR第45页/共71页4.防止天然气水合物生成的方法防止天然气水合物生成的方法 1)天然气脱水天然气脱水 天然气中含有凝析水，是天然气水合物形成的内因。天然气中含有凝析水，是天然气水合物形成的内因。除去天然气中的水分是防止天然气水合物生成的除去天然气中的水分是防止天然气水合物生成的 根本途根本途径，目前矿场应用有以
35、下几种方法：径，目前矿场应用有以下几种方法：（l）固体吸附剂吸附法）固体吸附剂吸附法 选用特定的高效固体吸附剂，选择固体吸附剂通常选用特定的高效固体吸附剂，选择固体吸附剂通常应满足下列要求：应满足下列要求：有强的选择性吸附水分子能力；有强的选择性吸附水分子能力；能再生和多次重复使用；能再生和多次重复使用；机械强度高，化学稳定性好；机械强度高，化学稳定性好；资源广泛，价格低廉。资源广泛，价格低廉。常用的固体吸购剂主要有硅胶和各种分子筛。采用常用的固体吸购剂主要有硅胶和各种分子筛。采用固体吸附剂脱水已形成成熟工艺技术，此不敖述。固体吸附剂脱水已形成成熟工艺技术，此不敖述。第46页/共71页2）液体
36、吸收法）液体吸收法 天然气脱水常用的液体吸收剂有乙二醇、二甘醇、天然气脱水常用的液体吸收剂有乙二醇、二甘醇、三甘醇和四甘醇等。如果要求脱水后气体露点降到三甘醇和四甘醇等。如果要求脱水后气体露点降到-20到到-40时，选用三甘醇脱水为好，四川气田几十年的生产时，选用三甘醇脱水为好，四川气田几十年的生产实践证明，使用乙二醇和二甘醇时损失较大，而三甘醇实践证明，使用乙二醇和二甘醇时损失较大，而三甘醇以其较大的露点降低，技术上的可靠性和经济上的合理以其较大的露点降低，技术上的可靠性和经济上的合理性而在天然气脱水中得到普遍使用，如四川卧龙河气田性而在天然气脱水中得到普遍使用，如四川卧龙河气田引进的脱硫装
37、置中就带有配套的三甘醇脱水装置。引进的脱硫装置中就带有配套的三甘醇脱水装置。4.防止天然气水合物生成的方法防止天然气水合物生成的方法 第47页/共71页3）冷却法）冷却法 冷却法可分先压缩后冷却和预先对气体进行深度冷冷却法可分先压缩后冷却和预先对气体进行深度冷冻两种。采用的冷却措施有氨循环制冷，节流膨胀，膨冻两种。采用的冷却措施有氨循环制冷，节流膨胀，膨胀机致冷等。对高温、高压天然气，使用冷却法脱水比胀机致冷等。对高温、高压天然气，使用冷却法脱水比较经济。冷却法脱水也常作为其它脱水方法中的辅助措较经济。冷却法脱水也常作为其它脱水方法中的辅助措施，尤其对天然气脱水的粗分离是非常适用的。如四川施，
38、尤其对天然气脱水的粗分离是非常适用的。如四川卧尤河和川西北矿区所建的低温站，都采用节流膨胀获卧尤河和川西北矿区所建的低温站，都采用节流膨胀获得低温天然气，既可回收凝折油，又可起冷却脱水的作得低温天然气，既可回收凝折油，又可起冷却脱水的作用。用。4.防止天然气水合物生成的方法防止天然气水合物生成的方法 第48页/共71页4）天然气加热）天然气加热 把天然气温度提高到水合物形成的平衡温度以上就把天然气温度提高到水合物形成的平衡温度以上就能防止水合物的形成或使已形成的水合物分解。在实际能防止水合物的形成或使已形成的水合物分解。在实际操作中可用热水或热蒸汽对管道进行加热，实验研究表操作中可用热水或热蒸
39、汽对管道进行加热，实验研究表明：在水和物和金属接触点上把温度提高到明：在水和物和金属接触点上把温度提高到30-40时就时就可很快把已形成的水合物分解掉。四川各气田普遍采用可很快把已形成的水合物分解掉。四川各气田普遍采用这种预防水合物的工艺流程。这种预防水合物的工艺流程。4.防止天然气水合物生成的方法防止天然气水合物生成的方法 第49页/共71页5）加入水合物抑制剂）加入水合物抑制剂 加入水合物抑制剂，水分子之间的结构关系被加入水合物抑制剂，水分子之间的结构关系被破坏，从而可降低水合物界面上水蒸汽压力和水合破坏，从而可降低水合物界面上水蒸汽压力和水合物生成温度。抑制剂的应性质满足下列要求：物生成
40、温度。抑制剂的应性质满足下列要求：A.能有效降低水合物生成温度；能有效降低水合物生成温度；B.与气、液组分不发生化学反应；与气、液组分不发生化学反应；C.不增加气体和燃烧产物的毒性；不增加气体和燃烧产物的毒性；D.不腐蚀设备和管道，完全溶于水，可再生；不腐蚀设备和管道，完全溶于水，可再生；B.低粘度和低蒸气压，低凝固点，价格低廉。低粘度和低蒸气压，低凝固点，价格低廉。目前，广泛应用甲醇、二甘醇和氯化钙水溶液做为水目前，广泛应用甲醇、二甘醇和氯化钙水溶液做为水合物抑制剂。有时还采用液烃和表面活性剂。井底和地层合物抑制剂。有时还采用液烃和表面活性剂。井底和地层各种防冻剂常采用甲醇加氯化钙溶液混合物
41、等。各种防冻剂常采用甲醇加氯化钙溶液混合物等。4.防止天然气水合物生成的方法防止天然气水合物生成的方法 第50页/共71页 用抑制剂防止天然气水合物生成需解决两个工程实际用抑制剂防止天然气水合物生成需解决两个工程实际问题：问题：一是加入抑制剂后如何确定水合物生成温度的降低一是加入抑制剂后如何确定水合物生成温度的降低程度程度；二是所需抑制剂用量的确定二是所需抑制剂用量的确定。（l）水合物生成温度降低值的预测方法）水合物生成温度降低值的预测方法 汉麦什来德提曾出各种抑制剂与天然气水合物生成温度汉麦什来德提曾出各种抑制剂与天然气水合物生成温度降低值之间关系的半经验公式降低值之间关系的半经验公式 式中
42、，式中，M为抑制剂分子量；为抑制剂分子量；W表示抑制剂溶液的重量百分数；表示抑制剂溶液的重量百分数；T是水合物生成温度降；是水合物生成温度降；K表示与抑制剂种类有关的常数。表示与抑制剂种类有关的常数。对甲醇、异丙醇、氨等取对甲醇、异丙醇、氨等取1228；对氯化钙取；对氯化钙取 1220；乙二醇、；乙二醇、丙二醇取丙二醇取2195；二甘醇取；二甘醇取2425。4.防止天然气水合物生成的方法防止天然气水合物生成的方法 第51页/共71页（2）抑制剂用量的确定）抑制剂用量的确定 在水合物预防和去除过程中，抑制剂用量由两在水合物预防和去除过程中，抑制剂用量由两部分组成：部分组成：一一.为保证水合物生成
43、温度的降低所需一定浓度为保证水合物生成温度的降低所需一定浓度 水溶液必须的抑制剂用量水溶液必须的抑制剂用量；二二.为饱和气体所必须的抑制剂用量为饱和气体所必须的抑制剂用量。4.防止天然气水合物生成的方法防止天然气水合物生成的方法 第52页/共71页以电解质为抑制剂时，抑制剂的单位耗量可由下式确定：以电解质为抑制剂时，抑制剂的单位耗量可由下式确定：式中，式中，W1表示在抑制剂加入部位气流中含水量，表示在抑制剂加入部位气流中含水量，g/cm3；W2为出口气流中的含水量，为出口气流中的含水量，g/cm3；C是加入抑制剂的重是加入抑制剂的重量浓度，量浓度，%；K代表回收抑制剂的重量浓度，代表回收抑制剂
44、的重量浓度，%。而回而回收抑制剂的浓度收抑制剂的浓度K是根据必要的水合物生成温度降的设是根据必要的水合物生成温度降的设定值来确定。定值来确定。式中，式中，T为水合物生成温度降低值；为水合物生成温度降低值；B为常数。为常数。4.防止天然气水合物生成的方法防止天然气水合物生成的方法 第53页/共71页 在确定蒸气压比水大的抑制剂单位耗量时，可应用在确定蒸气压比水大的抑制剂单位耗量时，可应用下式计算：下式计算：式中，式中，Gs表示从气体中析出的冷凝液量，表示从气体中析出的冷凝液量，g/m3；为抑为抑制剂在烃类冷凝液中的溶解度；制剂在烃类冷凝液中的溶解度；值是在给定甲醇溶液值是在给定甲醇溶液浓度时转化
45、为气相的甲醇量的值，与温度和压力有关，浓度时转化为气相的甲醇量的值，与温度和压力有关，可用下列经验公式计算：可用下列经验公式计算：4.防止天然气水合物生成的方法防止天然气水合物生成的方法 第54页/共71页（3）向气流中加入抑制剂）向气流中加入抑制剂 预防水合物生成的效果除取决于加入抑制剂的预防水合物生成的效果除取决于加入抑制剂的位置，还应保证抑制剂在管线和工艺设备中同气位置，还应保证抑制剂在管线和工艺设备中同气液液流均匀接触。抑制剂应在可能生成水合物的位置之流均匀接触。抑制剂应在可能生成水合物的位置之前加入。为了确定加入抑制剂的时间和位置必须知前加入。为了确定加入抑制剂的时间和位置必须知道气
46、体组成，密度和生成水合物的平衡条件，沿流道气体组成，密度和生成水合物的平衡条件，沿流动线路的压力，温度以及气体含水量的变化等因素。动线路的压力，温度以及气体含水量的变化等因素。4.防止天然气水合物生成的方法防止天然气水合物生成的方法 第55页/共71页（3）向气流中加入抑制剂）向气流中加入抑制剂 对已形成的水合物塞，如果是不完全堵塞，对已形成的水合物塞，如果是不完全堵塞，则可通过特殊喷嘴向管道中注人抑制剂解堵；对则可通过特殊喷嘴向管道中注人抑制剂解堵；对长度较小的完全水合物塞亦可用同样的方法去除，长度较小的完全水合物塞亦可用同样的方法去除，当水合物塞的长度达上百米时，则需对着水化物当水合物塞的
47、长度达上百米时，则需对着水化物塞部位在管道上割开若干个切口，通过切口灌注塞部位在管道上割开若干个切口，通过切口灌注甲醇等抑制剂来分解水合物。为了加快解除水合甲醇等抑制剂来分解水合物。为了加快解除水合物塞的速度，灌注抑制剂的同时，还应降低管线物塞的速度，灌注抑制剂的同时，还应降低管线和设备的压力。和设备的压力。4.防止天然气水合物生成的方法防止天然气水合物生成的方法 第56页/共71页（4）降压法）降压法 降压法的实质在于破坏水合物的平衡状态，使降压法的实质在于破坏水合物的平衡状态，使水合物不能形成或使已形成的水合物产生分解。降水合物不能形成或使已形成的水合物产生分解。降压方式通常有两种：压方式
48、通常有两种：停止向生成水合物塞的输气管线供气，并在水停止向生成水合物塞的输气管线供气，并在水合物塞两端由管线向大气放空降压，使水合物塞处合物塞两端由管线向大气放空降压，使水合物塞处于分解压力以下；于分解压力以下；从水合物塞两边关闭输气管线，并把封闭在冰从水合物塞两边关闭输气管线，并把封闭在冰塞和阀门之间的天然气向大气放空。塞和阀门之间的天然气向大气放空。4.防止天然气水合物生成的方法防止天然气水合物生成的方法 第57页/共71页5）气井井筒中水合物的防治与清除）气井井筒中水合物的防治与清除 防止井筒中水合物的生成，可采用以下的方法防止井筒中水合物的生成，可采用以下的方法:（1）合理调节气井的产
49、量。）合理调节气井的产量。调整气井产量可以改变井筒中压力和温度分布，使井调整气井产量可以改变井筒中压力和温度分布，使井筒中压力和温度处于水合物生成条件之外。筒中压力和温度处于水合物生成条件之外。（2）向井底注入抑制剂。）向井底注入抑制剂。由井口套管阀门处通过套管环空连续向井底注入水合由井口套管阀门处通过套管环空连续向井底注入水合物抑制剂，降低井筒气流水合物形成温度和压力条件。物抑制剂，降低井筒气流水合物形成温度和压力条件。4.防止天然气水合物生成的方法防止天然气水合物生成的方法 第58页/共71页5.矿场应用实例分析矿场应用实例分析 1)丘东凝析气藏开采过程水合物生成丘东凝析气藏开采过程水合物
50、生成 条件预测条件预测 工艺设计特点工艺设计特点 吐哈油田丘东气藏为一凝析油含量中等（吐哈油田丘东气藏为一凝析油含量中等（C5+含量含量190.5-260.4g/m3）的凝析气藏。为最大限度提高凝析油收率，井）的凝析气藏。为最大限度提高凝析油收率，井口至天然气处理厂设计采用多级分离回收工艺，经相态模口至天然气处理厂设计采用多级分离回收工艺，经相态模拟工艺条件设计为：拟工艺条件设计为：井口压力控制；初期井口压力控制；初期18MPa,后期后期4MPa 常温高压分离：常温高压分离：10MPa，20 节流前预冷却：节流前预冷却：10MPa，-30 节流膨胀分离；进料节流膨胀分离；进料10MPa,-30