井上节流过程对天然气水合物生成影响

宫克勤 安晓星（东北石油大学土木与建筑工程学院，黑龙江大庆 163318）

井上节流过程对天然气水合物生成影响

宫克勤 安晓星（东北石油大学土木与建筑工程学院，黑龙江大庆 163318）

随着我国油气资源开发水平的不断提高，要求做好井上节流工作。然而实际节流降压中发现，其易加速水合物的生成，造成天然气阀门或管道受到堵塞，不利于天然气的可靠传输。对此，本文将对天然气水合物在井上节流中生成的机理、预防水合物生成的具体措施进行探析。

井上节流；天然气水合物；生成；预防

为使天然气输送中气体得以降压，需引入节流阀使高压气体达到其基本压力范围。但在该过程下随压力的降低气体会表现出明显的体积膨胀趋势，受温度作用水与气体分子便生成水合物，一旦节流中水合物物质堆积过多便容易出现堵塞或爆炸等问题。因此，如何正确认识水合物生成受井上节流影响并做好相应的预防措施成为现行天然气运输中需考虑的重要内容。

1 天然气水合物的主要构成

作为一种固体化合物，天然气水合物是压力值与温度值达到一定范围下由其中水分与其他组分构成的水化物。从其构成上看，其水分主要以游离水为主，而气体组分中主要包含H2S、C2H6以及CO2等。由二者生成的水合物在形态上以结晶固体的形式存在，通常保持在0.89g/cm3左右的密度。结合以往学者研究可发现，其中大部分气体分子多集中于晶格内，而这种晶格又可细化为I、II、H三种结构类型。其中如非烃分子H2S或烃分子CH4等一般在I类晶体结构中填充，C4H8等分子多集中于II结构中，而包括以上所有分子在内的气体分子与原油分子通常可在H类结构中发现［1］。

2 天然气水合物在井上节流中的生成机理分析

井上节流作用下，对水合物生产产生的影响主要体现在三方面，即：第一，节流过程中液态水存于天然气中，或有其他呈饱和状态的水分子在其中形成；第二，节流过程中处于高压环境下，此时温度值呈现明显下降趋势；第三，气体在温度与压力变化下会出现扰动情况。综合来看，水合物的生成关键在于井上节流中有自有水的存在，加上低温与高压环境的存在，水合物形成速度极快。从实际管道中天然气传输过程可发现，相比水汽温度，若管道温度较高，天然气将不会出现自由水被析出的情况，水合物难以生成，但随温度与压力的不断变化，一旦管道温度地域水露点温度，气体趋于饱和便析出自由水，容易生成水合物。这种物质一旦堆积过多便使管道流通面积逐渐减小，而其生成速度不断加快［2］。

3 预防井上节流中水合物生成的具体路径

现行天然气运输中在井上节流影响下，水合物生成已属常见问题，其容易带来堵塞或爆炸等危害。对此要求采取相应的防止策略，包括对温度与压力的控制、天然气脱水以及抑制剂的应用等。具体防止路径主要表现在以下几方面。

3.1 温度与压力的控制措施

井上节流过程中，天然气水合物极易在温度与气体压力不断下降中生成。对此在预防过程中应从温度与压力的控制方面着手，确保压力值与温度值超出水合物形成温度，并对节流阀压降进行计算，确保其难以达到水合物生成条件。另外，现行对天然气温度控制的方式也可引入加热法，需注意的是这种方法应用中应对天然气热量进行计算，如果其中热量过高很容易造天然气压力逐渐上升，对节流降压产生一定的影响，而热量过低又无法对水合物生成起到抑制作用。因此实际控制操作中应做好计算工作。

3.2 天然气脱水方法的应用

根据水合物生成机理，可发现其形成的基本条件在于游离水的存在，所以在预防水合物生成中需利用水分子去除的形式对水合物生成进行抑制。一般脱水中可选择的主要有两种方法，即：第一，吸湿溶剂的应用。如典型的三甘醇，其在接触气体过程中将对天然气水分子起到明显的吸收作用。第二，采取物理吸附的方式。其原理在于引入可对水分子吸附的固体物质如硅胶、氧化铝，接触气体过程会使水浓度得以降低。但实际应用中也发现，物理吸附方式往往存在一定的弊端，其难以对壁面处的自由水以及晶核中的水合物起到吸附作用，水合物的生成无法得到有效控制。

3.3 抑制剂的应用

抑制剂的添加是现行预防水合物生成常见的方式之一，主要将抑制剂融入天然气中以防止节流过程中有水合物生成。目前应用较多的主要以表面活性剂、动力学与热力学抑制剂等为主。其中在表面活性剂应用方面，其往往需将聚合物引入其中，这样可有效避免乳化液滴不断生成。实践研究发现，该类抑制剂在应用中用量极少便可起到抑制作用，具有明显的经济性特点。而在动力学抑制剂应用方面，其作用在于避免水合物晶粒不断增长，保持低浓度与少用量便可起到抑制作用，一般在油气田中使用较为频繁。另外，在热力学抑制剂应用方面，典型的如乙二醇、甲醇等，保证在注入量、时间以及速率方面满足节流条件，便可进行温度与压力条件的控制，但此种方式涉及的成本较高，且耗费过多抑制剂，不利于经济效益的提高。因此在实际应用中应结合具体井上节流条件进行选择［3］。

4 结语

天然气水合物在井上节流中极易生成，不利于天然气的稳定可靠运输。对此在实践中应正视天然气水合物的主要构成以及生成的机理，从脱水方法的应用、添加剂的引入以及温度与压力的控制等方面着手，减少因井上节流而产生过多的水合物，实现安全运输、经济效益提高的目标。

［1］刘培培.管输天然气水合物形成位置预测模型研究［D］.西安石油大学，2011.

［2］胡德芬，侯梅，徐立，何敏.高含硫气井集输系统天然气水合物的防治——以川东地区高含硫气井为例［J］.天然气工业，2010，10：78-82+124.

［3］程浩，赵玉.涩北气田防治水合物堵塞浅议［J］.青海石油，2010，04：56-67.

宫克勤（1967-），男，黑龙江七台河人，教授，从事供热技术研究。