输气管线与生产装置中气体水合物形成与防治分析

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1、大庆山油学院T程硕l’专业学位论丘以来，美国、R本、俄罗斯、德国、加拿大，挪威、英国及印度等40个国家政府都着手丌展天然气水合物的调查和研究工作，并从能源战略储备角度考虑，纷纷制定作为政府行为的长远发展规划和实施计划，将其视为争夺海洋权益的重要内容。世界各国对天然气水合物的研究主要以发现和开采为目的，从其形成和存在的化学条件，推演其存在的地质条件，为勘探提供方向；从其物理性质，研究其丌采技术Il“。70年代人类首次采出了天然气水合物实物【4I。之后，天然气水合物作为一种能源进行研究，世界各地科学家对其类型及物化性质、自然赋存和成

2、藏条件、资源评价、勘探开发手段以及其与全球环境变化和海洋地质灾害的关系等进行了研究。目前，对天然气水合物的研究主要有以下几个方面Il7J：地球物理探查技术、地球化学探查技术、钻孔取样技术、资源评价技术、丌采技术、实验室模拟技术和管道中水合物的探测与清除技术等。另外，对目前天然气工业生产过程中天然气水合物的生成、抑制剂和阻化也进行了一些研究，对生产和输送过程天然气水合物防治，主要研究的是天然气水合物阻碍剂作用机理和增高流体的盐度抑制水合物的形成。对天然气水合物的研究，主要从动力学和热力学两大方面研究。天然气水合物微观动力学主要研究

3、其生成机理和速度；天然气水合物宏观动力学主要应用化学原理、结晶学原理和相平衡原理等，运用实验手段研究其生成规律。由于天然气水合物微观机理非常复杂，实验测量较为困难。目前主要应用宏观动力学和热力学驱动力(如等压过冷或等温过压)进行研究，提出一些水合物形成和分解的动力学模型，如Englezos．Bishnoi模型1181和Skovb0曙．Rasmussen模型119l。20世纪80年代以来对水合物的形成和分解动力学进行了一系列的研究，受到许多国家水合物研究工作者的重视。目前，国际上天然气水合物研究关注的重点科学问题主要集中在四个方面

4、120‘。J：(1)天然气水合物的物理与化学特性研究；(2)天然气水合物开采技术研究；(3)天然气水合物灾害研究；(4)天然气水合物在全球碳循环中的作用研究。1．2国内研究现状国内在大然气水合物的研究方面起步较晚，处于跟踪国际研究前沿，目前我国天然气水合物研究在实验室模拟、基础理论、调查评价研究、钻探技术和钻探装备、实验区选择、工业化丌采和新技术丌发等多方面与国际水平还有较大差距。但近年来研究进展迅速，部分研究成果达到国际水平田241。由于气体水合物有着巨大的资源远景和极大的环境破坏作用【25—27]，我国学者于90年代初就认识

5、到气体水合物研究的重要性。1990年中国科学院兰州冰川冻土研究所与莫斯科大学合作成功地实验合成了天然气水合物，中国石油大学(北京)高压流体实验室也丌展了相关研究。但目前发表的成果多数是综述性的121～29]。第一章义献综述“九五”期问，国土资源部组织了。中国海域气体水合物找矿前景研究”；国家八六三计划820主题设立了“海底气体水合物资源勘查的关键技术”前沿性课题。中国的东海、南海、包括台湾附近的深海区域和青藏高原等陆地冻土地带都具备大规模发现可燃冰的地质条件。近几年，中科院广州能源所对水合物形成和分解动力学、水合物在常压下的储气

6、特性及水合物的丌采技术进行了初步的研究。水合物的形成过程由溶解、成核和生长过程组成，微观机理非常复杂，实验测量较为困难。因而动力学的研究难度较大，有关动力学的研究还很不成熟。有关输气管线及生产装置中气体水合物形成和分解的机理及危害防治研究，目前主要存在如下问题：(1)输气管线及生产装置中天然气水合物形成和分解的化学机理；(2)如何利用化学理论来预防输气管线中气体水合物形成而产生的危害；(3)在输气管线中发生气体水合物堵塞后应采用怎样的安全方法来治理。13水合物形成的条件及机理天然气水合物的生成主要需要以下三个条件130l：(1)

7、满足一定的压力条件，只有当系统中气体的压力大于它的水合物分解压力时，饱和水蒸汽的气体才能自发生成水合物；(2)满足一定的温度条件，天然气形成水合物有一个临界温度，只有当系统中的温度小于这个临界温度时／jI有可能形成水合物：(3)天然气中含有足够的水分，以形成空穴结构。此外，根据现场的实际经验，气体压力波动，气体流动方向突变而产生的涡流。酸性气体的存在，微小水合物品核的诱导等因素对水合物的形成也具有一定的影响。导致集输管线中形成水合物除了上述的温度、压力和含水量等三个主要因素外，还与油井的产量，管线的长度，油管直径，油管中气流的温

8、度、压力的变化以及管线埋藏处地温等有关131,321。1．3．1热力学条件从热力学方面讲，天然气水合物的形成主要与以下条件有关：a．先决条件是管道中含有形成水合物的主、客体物质组成一水分，小分子烃类，H20。C02等：b．输送过程的工况条件即温度压力条件符合形成