10. Образование техногенных газовых гидратов в системах трубопроводов в процессе разработки нефтяных и газовых месторождений, транспорте и хранении углеводородов

10.1. Методы предупреждения образования гидратов углеводородов

Изучение газовых гидратов носило исключительно теоретический характер до тех пор, пока в США не ввели в эксплуатацию первые магистральные газопроводы: газогидраты стали образовываться в трубах, что приводило к их повреждению. Выяснилось, что образование газогидратов способствует сильное охлаждение, турбулентные потоки, частицы твердых веществ в газе, а главным образом- попадание в трубы воды. Было установлено, что самым действенным способом предотвращения газогидратов в трубопроводах является последовательная осушка газа, для чего используют ингибиторы (спирты и солевые соединения).

До недавнего времени газовые гидраты воспринимались лишь как помеха при транспортировке газа: ведь вызванная ими остановка систем транспорта газа на несколько часов грозит полным перекрытием трубопровода.

Отложения твердой фазы на стенках каналов играют крайне негативную роль при добыче и транспортировке углеводородного сырья (закупорка труб, выход из строя промыслового оборудования и т.д.). Материальные затраты на предупреждение и борьбу с данными отложениями твердой фазы составляют довольно значительную часть от себестоимости добычи углеводородов в условиях РФ.

Природный газ, жидкие и газообразные углеводороды, насыщенные парами воды, при определенном давлении и температуре способны образовывать твердые соединения с водой – гидраты.

Для образования гидратов и жидких и индивидуальных углеводородах по сравнению с газообразными требуется более высокое давление и более низкие температуры. Образование гидратов в жидких углеводородах идет значительно медленнее, чем в газообразных.

Сужение внутреннего сечения трубопровода из-за гидроотложений приводит к изменению температурного режима на этом участке. Это способствует еще более интенсивному снижению пропускной способности трубопровода. Для профилактики или удаления образовавшихся гидратов в каждом конкретном случае необходимо знание физико-химических процессов в различных режимах эксплуатации трубопровода, в частности, требуется определить условия гидратообразования. Если в трубопроводе выполняются условия образования газогидратов, то возникает необходимость определения интенсивности нарастания газогидратных отложений на стенках канала, что можно осуществить совместным решением уравнений тепломассопереноса в трубопроводе и в газогидратном слое.

Образование гидратов в скважинах (например, в скважинах ПХГ- подземного хранилища газа) и внутреплощадных коллекторах в значительной степени зависит от пластовых температур, влажности газа, режима эксплуатации скважины. Изменение температуры газа по высоте ствола скважины при его движении вверх приводит к образованию кристаллогидратов и регулированием дебита скважины можно определить условия, исключающие образование гидратов.

Образование гидратов в стволе скважины можно предупредить подачей ингибитора (метанола, гликоле) в поток газа. В случае, когда полностью перекрыто сечение фонтанных труб, гидратную пробку ликвидируют продувкой скважины, или осуществляется продувка скважины с комбинацией снижения давления, или применяется замкнутая циркуляция ингибитора над пробкой.

Эффективным и надежным методом исключения образования гидратов в газопроводе является осушка газа.

Анализ практического опыта борьбы с процессом гидратообразования показывает что, в настоящее время существует методы ликвидаций гидратных пробок: ввод ингибиторов в место образования гидратной пробки; метод снижения давления в газопроводе; метод подогрева: комбинированный метод, когда одновременно вводится ингибитор и снижается давление или подогревается участок трубы.

На практике для борьбы с газогидратами применяют способы, которые основаны на устранении одного из условий гидратообразования. Для предотвращения образования газогидратов можно поддерживать в трубопроводе оптимальный температурный режим или переходом к более низким давлениям перекачки газа в трубопроводе. Другим способом сохранения в газопроводе достаточно высокого уровня температур является использование теплоизолированных труб. Были рассмотрены методика и численные расчеты гидратообразования в трубах и оптимизация предупреждения образования гидратов в трубах.

В настоящее время значительную часть эксплуатационных затрат на объектах газодобычи составляют расходы, связанные с предотвращением гидратообразования. В последнее время разработан ряд усовершенствованных технологий применения метанола, широко используемого в газовой отрасли в качестве антигидратного реагента.