天然气集输中水合物控制研究

天然气集输中水合物控制研究

王斌杨彩英李晓东贺建林张军权

长庆油田分公司第一采气厂陕西西安710000

摘要：在天然气的生产过程中，所产生的固态水合物在一定程度上对集输管道造成了堵塞，成为天然气生产中不可回避的一个问题。对水合物的控制主要有两种：热力学控制涵盖了天然气脱水、管线加热等技术手段；动力学控制涵盖了动力学抑制和动态控制。本文就天然气集输中水合物控制中的脱水、管线加热、减压等热力学抑制方法和动态抑制、抑制剂等动力学抑制方法的实践分析，将为天然气集输中水合物科学控制提供践行性策略。

关键词：水合物；控制；天然气

“十三五”期间，我国将面临日趋严峻的发展压力，结构和产能要与人民幸福生活匹配，实现工业、城乡结构、消费方式的转型升级，以促使中国智造、人口城镇化、服务型消费的总体实现。天然气的集输作为国家能源安全战略实施的节点，是确保经济可持续发展的能源动力，将在新时期的伟大征程中将发挥出重大的作用。在天然气的生产过程中，所产生的固态水合物在一定程度上对集输管道造成了堵塞，成为天然气生产中不可回避的一个问题。当前，对水合物的控制技术主要分为两个范畴，分别从热力学角度和动力学角度展开控制。其中热力学控制涵盖了天然气脱水、管线加热等技术手段；动力学控制涵盖了动力学抑制和动态控制。而相对应复杂的天然气开采状况，对水合物科学而合理地控制仍处于探索阶段，对天然气集输中水合物控制的研究具有积极的实践意义。

1.天然气集输中水合物控制中的热力学抑制方法

1.1热力学抑制中的脱水技术

脱水来降低天然气的露点是天然气集输中消除水合物的常用措施，主要通过三甘醇的吸收和分子筛的吸附。其中三甘醇的吸收可归入溶剂吸收法，其具有热稳定性高、可再生能力强等特点。但在实际的应用中也暴露出一定的不足，如再生能耗较大，系统结构复杂等；而分子筛吸附法相对于三甘醇吸附法，能够使天然气的露点降至更低，甚至于突破-100℃,。其在深度脱水中的应用较为广泛，具有占地面积小、吸附总量大的优点，但其投资和操作的成本较高且再生过程的能耗也偏大。

1.2热力学抑制中的管线加热技术

在天然气的集输过程中，对设备管线的加热也常用来实现对内含水合物的抑制。当输气温度高于对应压力下的水合物生成温度时，其抑制效果明显。这一技术在实践中首先需确认水合物的实时位置，在具体的作业过程中，一般采用先两端后中间的方式，可以有效避免管线内的压力波动而导致的管线崩裂。在加热过程中所产生的自由水需进行及时的清理。

1.3热力学抑制中的管线减压技术

管线降压也可以作为抑制水合物产生的重要手段。其通过对天然气集输管道压力的减小而使内部水合物得以分解，从而达到减免管道堵塞的目的。在管线减压的作业过程中，同管线加热技术相同，需要在水合物的两侧同时开始，以维持管道内的压力平衡。同时，在作业过程中需关注水合物的分解过程，避免因水合物分解而导致局部温度过低，从而造成水结冰现象，使集输管线再次堵塞。

1.4热力学抑制中的抑制剂的使用技术

在对管线内水合物进行抑制中，抑制剂的使用因成本低廉、操作简便，在生成作业中被广泛地使用。抑制剂可以使水合物的生成压力高于管线压力或者低于管线温度，从而在工艺生产中有效实现水合物的抑制。上世纪的八十年代开始，我国多数气田开始在生产工艺中加注甲醇，收到了一定的效果，但甲醇因自身毒性较大而饱受诟病。当前，部分生产企业迫于生产成本的压力，仍将甲醇作为抑制剂的选材。

2.天然气集输中水合物控制中的动力学抑制方法

2.1动力学抑制中的动态控制

动力学抑制中的动态控制主要依托防聚剂（AA）实现，该防聚剂在使用进程中可以在水合物的表面吸附，使水合物晶粒以微小颗粒分散，并通过流体作用减免集输管道的堵塞。当前各国相继开发出多种类型的防聚剂，其都在抑制水合物层面达成了较好的效果。以IFP（法国石油研究院）、美国Shell公司及CMS的产品更具有代表性。其中，IFP开发出系列的防聚剂，主要由珀酸衍生物和聚乙二醇一元醚反应得到，数据资料显示，在使用过程中加注约2%的剂量可以收到较好的效果；美国Shel的防聚剂产品主要是以四元表面活性剂为主，这类产品中分子中包含亲水合物的首级和憎水链。相关的评测数据表明，合成的二酯四元防聚剂使用后，28天内可以使水合物降解一半以上；CSM的防聚剂产品主要是以十二烷基-2-（2-以内酰胺）乙硫胺为主，对产品的相关评测数据显示，可在管线过冷度11.5℃时，向其中注入0.75%的十二烷基-2-（2-以内酰胺）乙硫胺，可以有效阻止天然气水合物的聚集，对其后期的观察表明，五天内未再次出现水合物堵塞管道的现象。

2.2动力学抑制中的动力学抑制剂

动力学抑制剂的品类相对较为丰富，包含有pvp、pvcap、vp/vc及vc-713等，这些动力学抑制剂以氢键的方式通过在水合物的吸附，从而有效地延缓水合物晶体的生产速度，进而有效地防止天然气集输管线的堵塞现象。

综上所述，水合物的控制作为天然气集输的重要环节，其节点控制的效能直接决定采气厂生产管理和安全管理的成效。而天然气集输中水合物控制是一系统化问题，场站应在制度的完善、设备的投入、人才储备等层面予以关注，助推科学而合理地控制水合物这一目标的达成，实现天然气集输场站生产效能水平和安全生产管理能力的双提升。

参考文献

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