水合物形成与防止

CQUST
二、天然气中水汽的含量
校正因素 相对密度：
CRD W
含盐量：
W0.6
WS C S W
酸性气体校正：>2100kPa时，
W YHCWHC YCO2WCO2 YH2SWH2S
标准校正：15℃ 20℃
CQUST
二、天然气中水汽的含量
二 氧 化 碳 水 汽 含 量
CQUST
水合物形成与防止
重庆科技学院石油与天然气工程学院 制作
CQUST
主要内容
概述 天然气中水汽的含量 水合物的形成条件 形成气体水合物温度或压力的确定 预防水合物形成的方法 水合物形成处理方法
CQUST
一、概 述
定义
气体水合物：是水与轻烃、CO2及H2S等小分子气体 形成的非化学计量型笼形晶体化合物
2-4 2.4 0.91 3300 2.3 0.5 5
性质
硬度（Mohs） 剪切强度(MPa) 剪切模量 密度(g/cm3) 声学速率(m/s) 热容量(kJ/cm3)273K 热传导率(W/m·K) 电阻率(kΩ ·m)
泥沙沉积物中的海底 甲烷天然气水合物
7 12.2 >1 3800 ≈2 0.5 100
海底天然气水合物 基地天然气水合物
天然气水合 物的分类
按产出环境
按结构类型
Ⅰ型 Ⅱ型 Ｈ型
石油天然气工业中的天然气水合物结构一般为Ⅰ型和Ⅱ型。
CQUST
三、天然气水合物的生成条件
2、天然气水合物的结构
图1 天然气水合物的晶体结构及气体种类与水合物结构类型
CQUST
三、天然气水合物的生成条件
从井筒清出的水合物
CQUST
一、概 述
现场取样的水合物
CQUST
一、概 述
节流阀内堵塞着 大量的水合物
CQUST
一、概 述
节流阀内堵塞着 大量的水合物
CQUST
一、概 述
外形：如冰雪状，通常呈白色。结晶体以紧凑的格子构架排列，与
冰的结构非常相似。
表 1 甲烷天然气水合物和冰的性质（引自Sloan和Makagon，1997） 甲烷天然气水合物
(clathratehy drates ),或称笼型水合物。
天然气水合物：是一种由水分子和碳氢气体分子 组成的结晶状固态简单化合物 （M·nH2O）
CQUST
一、概 述
水分子
水分子笼
天然气水合物模型
天然气分子
CQUST
一、概 述
ห้องสมุดไป่ตู้形成地点
流体流向发生突变、管线截面积发生突变以及压力温度急剧变化的地方都可能 形成水合物，如井下油嘴、阀门、法兰、油嘴等。
3、气体水合物的相态
图2 纯组分气体水 H-水合物；G-气体烃；L2-液体烃 L1-富水相；I-冰相
图3 混合气体水合物生成相图 H-水合物；G-混合气体烃；O-临界点； L2-富烃液体相；L1-富水液体相；I-冰 相
CQUST
三、天然气水合物的生成条件
图2表明：典型的纯气体组分所生成的水合物p-T相图。图中用实线画 的曲线是三相轨迹线。AB线代表水合物(H)、纯气体烃(G)和冰(I)间的相 平衡。BC线代表水合物(H)、纯气体烃(G)和富水相(L1)间的相平衡。CD线
CQUST
二、天然气中水汽的含量
硫 化 氢 水 汽 含 量
CQUST
二、天然气中水汽的含量
例1：求在65.6℃（1500F）和20690kPa（3000psi）状态下，饱和天然气的 含水量。 查图得：约为1680 kg（水）/106m3
CQUST
三、天然气水合物的生成条件
1、天然气水合物的分类 天然气水合物有两种分类方法。
CQUST
二、天然气中水汽的含量
水合物是在一定压力和温度下，天然气中的某些组分和液态水 生成的一种不稳定的、具有非化合物性质的晶体。研究天然气中的 含水气量对天然气水合物的预测及防止具有十分重要的意义。 水汽含量的表示方法
绝对湿度：每一立方米天然气中所含的水汽量（克数），
用w 表示 饱和含水汽量：饱和状态时一立方米体积内的水汽含量用 ws表示。w <ws ；w = ws 相对湿度： = w / ws 露点：一定条件压力下，与ws对应的温度值
CQUST
三、天然气水合物的生成条件
4、水合物生成的动力学机理
初始条件：压力和温 度均 当满足生成水合 物的区值范围，但没 有气体分子溶于水。
不稳定簇团： 一旦气 体进入水中，立即形 成不稳定簇团。
聚结:不稳定簇 团通过面接触聚 结，从而增加无 序性。
初始成核及生长： 当聚结体的大小达 到某临界值时，晶 体开始生长。
CQUST
饱合水汽查图法（相对密度为0.6，不含氮气）
CQUST
二、天然气中水汽的含量
水汽含量的影响因素（饱和状态下）
压力不变，温度愈高，水汽含量就愈多
温度不变，压力升高，水汽含量减少 分子量愈高，单位体积内的水汽含量就愈少
含有氮气，水汽含量会减少
含水量有二氧化碳和硫化氢，水汽含量增多
冰
4 7 3.9 0.917 3500 2.3 2.23 500
CQUST
一、概 述
水合物的危害 水合物在管道中形成，会造成堵塞管道、减少天然 气的输量、增大管线的压差、损坏管件等危害，导 致严重管道事故；
水合物是在井筒中形成，可能造成堵塞井筒、减少
油气产量、损坏井筒内部的部件，甚至造成油气井 停产； 水合物是在地层多孔介质中形成，会造成堵塞油气 井、减低油气藏的孔隙度和相对渗透率、改变油气 藏的油气分布改变地层流体流向井筒渗流规律，这 些危害使油气井的产量降低。
图5 水合物生成的动力学机理示图
CQUST
三、天然气水合物的生成条件
初始条件：压力和温度均 当满足生成水合物 的区值范围，但没有气体分子溶于水。
CQUST
三、天然气水合物的生成条件
不稳定簇团：一旦气体进入水中，立即形成不稳定簇团。
CQUST
三、天然气水合物的生成条件
5、天然气水合物的生成条件
则代表水合物(H)、液烃(L2)相和富水相(L1)间的相平衡。
如果水合物生成气是一混合气体，情况会变得稍复杂一些，这是由于 水合物生成曲线可能与气体混合的相包络曲线相交（图3）。图中AB、BC 和DE曲线对应于图2中的AB、BC和CD线，而在图3中的CD线上，则表示水合 物(H)、气体烃(G)、富烃液体(L2)和富水液体(L1)呈平衡。