天然气水合物的形成及处理
天然气管道输送过程中的水合物形成机制分析
天然气管道输送过程中的水合物形成机制分析天然气是一种在现代社会中广泛使用的清洁能源，其在国家的工业、民生生产中扮演着至关重要的角色。
为了满足日益增长的能源需求，我们需要建设更加完善的天然气输送系统。
然而，在天然气运输过程中，常常会遇到水合物的形成问题。
本文将讨论天然气管道输送过程中的水合物形成机制，并探讨其防治措施。
一、水合物形成的原因1、低温低压环境下天然气和水分子结合而形成水合物。
当天然气的温度和压力在水的存在下降到临界点以下时，天然气中的甲烷、乙烷等气体分子会被水分子“包裹”起来形成水合物。
2、管道内的杂质和微生物会促进水合物的形成。
管道内存在的异物如污垢、灰尘、油脂等均可作为水合物形成的催化剂。
另外，管道中的微生物也是水合物形成的重要催化剂。
二、水合物的危害水合物的形成会导致管道内径变小，阻力增大，甚至堵塞管道。
此外，水合物的形成也会引起管道的腐蚀和破裂，严重危害天然气输送系统的安全性。
三、水合物防治措施1、控制温度和压力。
通过控制天然气输送管道内部的温度和压力，可以减缓水合物的形成速度。
一般情况下，提高管道内的温度和压力可以抑制水合物的形成。
2、清洗管道。
经常对管道进行清洗和维护，可有效减少管道中的异物，从而减少水合物形成的催化剂。
3、使用添加剂。
可添加一定量的防水合物剂，如甲醇、乙醇等混合物，以减少水合物的形成。
4、提高管道的质量。
在天然气输送管道的铺设和设计上，应严格按照标准施工，尽可能减少管道内径变小、弯曲或坡度变化的情况，从而降低水合物形成的风险。
总之，天然气管道输送过程中的水合物形成机制是一个既有理论支撑又有实践指导的工程问题。
合理运用各种技术手段和防治措施，能有效降低水合物对天然气输送系统的危害，提高系统的可靠性和安全性。
天然气水合物的形成与防治
3) 脱除天然气中的水分；
4) 向气流中加入抑制剂(阻化剂)。
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抑制剂的种类：
常 用 的 抑 制 剂 有 甲 醇 、 乙 二 醇 ( EG)、 二 甘 醇
天然气水化物的形成及防止
一、 概 述
• 气体水合物：是水不轻烃、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(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） 外观：如冰雪状，通常呈白色。结晶体以紧凑的格 子构架排列，不冰的结构非常相似。 组成：水合物是在一定压力和温度条件下，天然气 中的某些组分和液态水生成的一种丌稳定的、具 有非化合物性质的晶体。 密度：比水轻。
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• Ⅲ、加热解堵法：确认冰堵点后，给 其冰堵点缠绕伴热带或者是给冰堵点 加保温层，还可以用热水冲浇冰堵管 道，使水合物分解、被气流带走而解 除堵塞。
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FIN.
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(DEG)等。甲醇、乙二醇和二甘醇等。 从抑制剂结构及物化性质可看出：甘醇类的醚 基和羟基团形式相似于水的分子结构，不水有强的 亲合力。向天然气中注入的抑制剂不冷却过程凝析 的水形成冰点很低的溶液，天然气中的水汽被高浓 度甘醇溶液所吸收，导致水合物生成温度明显下降。 由于乙二醇同时具有挥发性低、吸收性强、再
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水分子
水分子笼
天然气水合物模型
天然气分子
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几个笼联成一体的形成物称为晶胞。
气体水合物的晶格 （a）I型结构体心立方晶格； （b）Ⅱ型结构金刚石型面心立方晶格
长输管道天然气水合物形成与防治
水合物不仅可能导致管道堵塞，也可造成分离设备和仪表的堵塞， 因此天然气输送过程中水合物的产生与预防是很重要的问题。
天然气长输管线水合物生成的预防
输气设备中由于天然气形成水合物而产生的危害是普遍的现 象，因此对其防治非常重要。
天然气水合物(Natural Gas Hydrates)也称水化物或简称水合物， 是在一定压力和温度条件下，天然气中某些气体组分与水形成的一种 复杂的但又不稳定的白色结晶固体，是一种类似于冰或雪的物质。密 度为0.88~0.90 g/cm3。其中可形成水合物的典型物质包括：CH4、 C3H6、C2H4、C2H6、CO2 和H2S 等。一般用M⋅nH2O 表示，M 为水 合物中的气体分子，n 为水分子数，如CH4⋅6H2O，CH4⋅7H2O， C2H6⋅7H2O 等。也有多种气体混合的水合物。
大量研究结果表明，水合物是由氢键连接的水分子结构形成笼形 结构，气体分子则在范德华力作用下，被包围在晶格中。至今，在 自然界已经发现了3 种水合物晶格结构：结构Ⅰ型、结构Ⅱ型、结 构H 型，晶格中含有无数大小不等的孔穴。在稳定的水合物中，一 些孔穴被气态化合物占据，称之为客体分子。只有分子尺寸和几何 形状适宜的气体才能进入孔穴。孔穴中可能仅含有一种气态化合物， 也可能含有不同化学种类的气体分子。在一稳定水合物中无需所有 孔穴均被填满，在Ⅰ型结构的晶格空穴中只能填充CH4、C2H6 小分 子烃类以及H2S等非烃分子；Ⅱ型结构中还可以容纳C3H8、C4H8等 较大的烃类气体分子；而H 型结构除了能容纳上述各种分子外，还 能容纳一般的原油分子i-C5。
降压控制
与管线加热技术原理相似，通过降低体系压力来控制水合物的生成。 有3 种极限情况：等温降压，压力十分缓慢地降低；等焓降压，压力迅 速降低，不发生热传递；等熵降压，压力通过理想膨胀机降低，不发生 热传递。实际的降压过程通常介于等温和绝热之间。
天然气水化物的形成及防止
4.清管球发射器和接收器内时常带有水 化物。
5. 冬季所有仪表系统的取压管线（天然 气系统），都有水化物存在的可能， 直接影响控制系统的功能。
促使水化物形成有两个条件：一、气体必须在适当 的温度和压力条件下，二、气体必须处于或低于水气 的露点，出现自由水时。 防止水化物形成的方法：一、加热，保持气体温度 高于形成水化物的温度，二、用化学抑制剂和气体脱 水的方法。 3、天然气中水气的含量 天然气在地层条件下都饱含着水气，有时也存在有 凝析油。水气含量取决于压力和温度，气体的组成。 在压力不变的情况下，温度越高，水气含量愈多；而 温度不变时，压力越高，水气含量越少。
1. 油田伴生气（饱和/过饱和水天然气）海管的管 理是我们必须正视天然水化物存在的可能性， 油矿将进一步进行相关知识的培训；
2. 及时和旅大5-2沟通，建立相关的管理制度，高 度重视输气海管的管理，尤其在冬季，我们应 尽可能消除水化物形成的不利因素，及时排液、 定期清管，密切关注输气压差、出液量、温度 等参数，及时分析，如遇堵塞，及时排查原因；
6.3、根据各气体组分的汽－固平衡常数来预 测，它是用查图的方法并进行计算得到，汽 －固平衡常数是经过实验确定的。
7、天然气中注入水化物抑制剂 向天然气中注入各种能降低水化物生成温度的抑制剂。 一般常用的抑制剂有：甲醇、乙二醇、二甘醇。这几 种物质都可以回收并循环使用，但是在许多情况下， 回收甲醇不经济。在任何温度下使用甲醇都是有效的， 不过蒸汽损失大。在低于-10F温度时，一般不使用DEG 这是因为其粘度，并且如果有油存在的话，也难与油 分离。高于-10F比较好，因为蒸汽损失小。乙二醇沸 点高，蒸汽损失小，一般可以重复使用，适合于天然 气处理量大的场站。甲醇（MeOH)、乙二醇(MEG)、及 二甘醇(DEG)的物理化学性质如表所示。
天然气水合物
储量介绍
天然气水合物在世界范围内广泛存在，这 一点已得到广大研究者的公认。在地球上大约 有27%的陆地是可以形成天然气水合物的潜在 地区，而在世界大洋水域中约有90%的面积也 属这样的潜在区域。已发现的天然气水合物主 要存在于北极地区的永久冻土区和世界范围内 的海底、陆坡、陆基及海沟中。由于采用的标 准不同，不同机构对全世界天然气水合物储量 的估计值差别很大。
开发及存在问题
沉淀物生成的甲烷水合物含量可能还包含了 2 至 10 倍的已知的 传统天然气量。这代表它是未来很有潜力的重要矿物燃料来源。 然而，在大多数的矿床地点很可能都过于分散而不利于经济开采。 另外面临经济开采的问题还有：侦测可采行的储藏区、以及从水 合物矿床开采甲烷气体的技术开发。 目前，只有四个国家有能力开采“可燃冰”这种矿物，分别为： 美国、日本、印度及中国。 同等条件下，可燃冰燃烧产生的能量比煤、石油、天然气要多出 数十倍，而且燃烧后不产生任何残渣，避免了最让人们头疼的污 染问题。科学家们如获至宝，把可燃冰称作“属于未来的能源”。
成因分析
可燃冰是天然气分子（烷类）被包进水分子中，在海底 低温与压力下结晶形成的。
形成可燃冰有三个基本条件： 温度、压力和原材料。
成因分析
在海底中形成的优势条件 1. 可燃冰可在0℃以上生成，但超过20℃便会分解。而海底温度一般保持 在2~4℃左右。 2. 可燃冰在0℃时，只需30个大气压即可生成，而以海洋的深度，30个大 气压很容易保证，并且气压越大，水合物就越不容易分解。 3. 海底的有机物沉淀，其中丰富的碳经过生物转化，可产生充足的气源。 海底的地层是多孔介质，在温度、压力、气源三者都具备的条件下，可 燃冰晶体就会在介质的空隙间中生成。
作为未来重要的新型能源矿藏——“可燃冰”将首次纳入到能源规 划之中。2011年3月15日，可燃冰将纳入“十二五”能源发展规 划，加快加强勘探和科学研究，以便为未来开发利用奠定基础。 无论是国土资源部，还是国家能源局，对可燃冰的态度都日 渐明确。作为一种新型能源，可燃冰纳入“十二五”能源发展规 划更多的是侧重于勘探和科学研究。 中国在南海、青藏高原冻土带先后发现可燃冰，其中中国作为第 三大冻土大国，具备良好的天然气水合物赋存条件和资源前景。 据科学家粗略估算，远景资源量至少有350亿吨油当量。 虽然开发利用前景广阔，但短期内可燃冰的开采瓶颈却难以 突破。
第四章 天然气水合物
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第二节 水合物抑制剂处理工艺
表1-2 常用抑制剂物理化学性质
名 性 分子式 相对分子质量 沸点（760mmHg） ，℃ 蒸汽压（20℃） ，mmHg （25℃） ，mmHg 密度， （20℃） ，g/cm 冰点，℃ 粘度 （20℃） ，Pas （25℃） ，Pas 表面张力， （15℃） ，10-3N/m （25℃） ，10 N/m 折光指数， （20℃） （25℃） 比热容， （20℃） ，J/（g℃） （25℃） ，J/（g℃） 闪点（开杯法） ，℃ 汽化热，J/g 与水溶解（ （20℃） 性状
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第二节 水合物抑制剂处理工艺
三、抑制剂注入量计算： 抑制剂注入量计算：
注入天然气系统中的抑制剂， 注入天然气系统中的抑制剂，一部分与液态水混 合成为抑制剂水溶液称为富液。 合成为抑制剂水溶液称为富液。一部分蒸发与气体混 合形成蒸发损失。计算抑制剂注入量时， 合形成蒸发损失。计算抑制剂注入量时，对甲醇因沸 点低需要考虑气相和液相中的量。 点低需要考虑气相和液相中的量。对于甘醇因沸点高 一般不考虑气相中的量。 一般不考虑气相中的量。
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第一章 天然气水合物
本章主要内容： 本章主要内容：
第一节 水合物的形成及防止 第二节 水合物抑制剂处理工艺
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2φΒιβλιοθήκη 第一节 水合物的形成及防止
一、天然气的水汽含量
天然气在地层温度和压力条件下含有饱和 水汽。天然气的水汽含量取决于天然气的温度 、压力和气体的组成等条件。天然气含水汽量 ，通常用绝对湿度、相对湿度、水露点三种方 法表示。
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第二节 水合物抑制剂处理工艺
一、抑制剂简介 1．抑制剂的种类和特性 可以用于防止天然气水合物生成的抑制剂分为有机抑 制剂和无机抑制剂两类。有机抑制剂有甲醇和甘醇类 化合物，无机抑制剂有氯化钠、氯化钙及氯化镁等。 天然气集输矿场主要采用有机抑制剂，这类抑制剂中 又以甲醇、乙二醇和二甘醇最常使用。 抑制剂的加入会使气流中的水分溶于抑制剂中，改变 水分子之间的相互作用，从而降低表面上水蒸汽分压 ，达到抑制水合物形成的目的。广泛采用的醇类天然 气水合物抑制剂的物理化学性质如表1-2所列。
天然气水合物的形成与防治
CRD =W /W 6 0.
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•
另 外 ， 如 果 水 中 溶 解 有 盐 类 （ NaCl 、 则溶液上面水汽的分压将下降， MgCl2 等 ） ， 则溶液上面水汽的分压将下降 ， 这样， 天然气中水汽含量也就降低。 此时， 这样 ， 天然气中水汽含量也就降低 。 此时 ， 就必须引入含盐度的修正系数C 见图2 就必须引入含盐度的修正系数 Cs （ 见图 2-1 左上角的小图） 左上角的小图）。
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3．流动条件突变 ．
• 在具备上述条件时，水合物的形成， 在具备上述条件时 ， 水合物的形成 ， 还要求有一些辅助条件， 还要求有一些辅助条件 ， 如天然气压力 的波动， 的波动 ， 气体因流向的突变而产生的搅 以及晶种的存在等。 动，以及晶种的存在等。
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防止水化物形成的方法有： 防止水化物形成的方法有
• 1、加热，保证气流温度总是高于形成水 、加热， 化物温度； 化物温度； • 2、用化学抑制剂或给气体脱水。 、用化学抑制剂或给气体脱水。
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•
在选择水化物抑制剂或脱水方法之 整个操作系统应该是最优化的， 前，整个操作系统应该是最优化的，以 使必须的处理过程减至最少。 使必须的处理过程减至最少。人们认为 有以下的一般方法可供考虑： 有以下的一般方法可供考虑： • 1、减少管线长度和阻力部件来减小压力 降； • 2、检验在寒冷地区应用绝热管道的经济 性。
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2．饱和湿度或饱和含水量 ．
• 一定状态下天然气与液相水达到相平衡 天然气中的含水量称为饱和含水量。 时 ， 天然气中的含水量称为饱和含水量 。 用 es 表示在饱和状态时一立方米体积内 的水汽含量。 如果e<e 的水汽含量 。 如果 e<es ， 天然气则是不 饱和的。 天然气则是饱和的。 饱和的 。 而 e=es 时 ， 天然气则是饱和的 。
天然气水合物的形成条件与分布规律
一、天然气水合物的形成条件天然气水合物是一种在极低温和高压下形成的天然气和水的复合物。
它主要形成于海底或极寒地区的冰层下方，具体的形成条件主要包括以下几个方面：1.温度条件：天然气水合物的形成需要极低的温度，在摄氏零下10度至零下20度左右的温度范围内，水分子能够与天然气分子形成结晶结构，形成水合物。
2.压力条件：高压也是天然气水合物形成的重要条件。
海底深层的巨大压力能够促进水合物的形成，使得天然气分子和水分子更容易结合。
3.适宜的气体组成：天然气水合物的形成需要适宜的气体成分，一般为甲烷等轻烃类气体。
不同的气体组成会影响水合物的形成过程和稳定性。
二、天然气水合物的分布规律天然气水合物主要分布在全球的冷海域和极寒地区，其分布规律主要受以下几个因素影响：1.海底地质构造：海底地质构造是影响天然气水合物分布的重要因素之一。
裂陷盆地、深海扇、海底隆起等不同地质构造对水合物的分布和储量都有一定影响。
2.沉积环境：海底沉积环境的不同也会对水合物的分布产生影响。
例如富营养的海域、富有机质的沉积环境更有利于水合物的形成。
3.气候环境：气候环境对水合物的分布同样有一定影响，寒冷气候和丰富降水的地区更容易形成水合物。
4.地球动力学作用：地球内部的构造和地质运动也会对水合物的形成和分布产生一定影响。
三、结语天然气水合物的形成条件和分布规律是一个复杂而又有待深入研究的课题。
随着人们对海底资源的深入挖掘，天然气水合物的开发利用将成为未来的重要方向。
对于天然气水合物的形成条件和分布规律的深入研究，不仅能够为天然气水合物资源的有效勘探和开发提供理论依据和技术支持，同时也对于保护海洋环境、促进海洋科学研究和应对气候变化等方面具有重要意义。
希望在未来能够有更多科研人员投入到天然气水合物的研究中，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
四、天然气水合物的形成机制天然气水合物的形成机制涉及到天然气和水在特殊条件下的化学反应过程。
在海底或极寒地区的极低温和高压环境下，天然气分子和水分子发生相互作用，从而形成天然气水合物。
水合物形成与防治
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二、天然气中水汽的含量
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
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三、天然气水合物的生成条件
生成水合物的第一个条件是
P分解水合物<PM系统 ≤ PM饱和
只有当系统中气体压力大于它的水合物分解压力时，才可能 由被水蒸气饱和的气体M自发地生成水合物。 用逸度表示如下
f 水化物 分解
f
系统 M
f
饱和 M
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等于露点 Tn " ，又被水蒸气所饱
和，因此在此点开始生成第二处
水合物Tn "，并使露点降到 Tr' 。 根据Tr'是否低于输气管道中的最 低温度，决定r点之 后管道内Tr'是 否可能再形成水合物。若 Tr'低于
输气管道中的最低温度，则不会 再形成水合物，否则可能还会再 形成水合物。
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图6 预测管道中一处形成水合物 1-压降曲线； 2-温降曲线； 3-水合物形成温度曲线； 4-生成水合物堵塞后的压降曲线
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三、天然气水合物的生成条件
工艺设备培训-天然气水合物的成因与特性
7.0
0.05146 0.07376 0.10020 0.14740 0.20405
由表1可知，压力越高，温度越低，天然 气中的饱和含水量就越少；压力越低， 温度越高，天然气中的饱和含水量就越 多。管道输送的天然气是经过处理的干 气，在压力为4.5MPa、温度为－13 ℃时， 天然气标准饱和含水量在0.052g/m3以下， 仅在低于－ 20 ℃时，才达到实际饱和 含水量，因而在管道运行中天然气不易 析出游离水。
• 经检查，管道不正常压差与通讯及设备 误动作无关。通过观察，发现压差继续
增大，其中红泉村、云彩岭、巨羊驼的 压力分别为2.6，3.5，3.5Mpa。表明在红 泉村至云彩岭段已发生局部水合物冰堵。
五、水合物的预防和处理
• 预防输气管道水合物 形成的措施主要由 以下几项。
• 1、减少施工试压中遗留下来 的水。 • 2、对新投运的管道，应定期加入抑制剂，
• 经分析发现，输气管道内游离水的含量 与管道所处的地形、地貌及清管次数密 切相关，如陕京输气管道1999年1月发生 的冰堵，就是由于在试压期间，大量的 游离水遗留在低洼处未被清出所致。
三、管道内水合物形成区域的预测
• 1、以查图法确定形成水合物的最低压力 • 可确定生成水合物的最低压力。具体方
• 对于运行一段时间的输气管道，可通过 实测气体水露点的方法判断水合物可能 形成的区域，对形成水合物进行预测。 以1998年10月实测的陕京天然气管道在 常压下水露点为例，分析如下：
由表2中水露点的变化可以看出，神池至应 县段水露点发生突变，从－33 ℃上升到 －5 ℃，表明管道自400公里以后，积水 较多，天然气由于吸收管道内的游离水， 含水量增加较快，满足了生成水合物的 含水条件，由此判断水合物可能形成的 区域是神池以后。
探析采气管线水合物堵塞原因及处理措施
探析采气管线水合物堵塞原因及处理措施摘要：天然气的水合物是水和天然气的冰状结晶化合物，在正常运行的输气管线内形成水合物会造成正常采气及运输管线和阀门的堵塞冻结，阻碍正常的采气和运输。
本文主要对采气过程中天然气中水合物的形成原因及危害进行了分析，并提出了相应的处理措施，有效地预防和解决采气管线水合物堵塞问题，从而确保气井的正常生产。
关键词：采气管线；水合物；堵塞原因；处理措施前言：油气管道生产或运营的一个基本要求是清管作业，从而在两个领域做出保障。
提高管道运输效率，确保管线工作正常。
油气集输中清管技术是保证管道运行、提高运输效率的关键，同时通过去除管道中的污染液体，尽量减少管道内壁腐蚀，清理过程的重要性和必要性由此可见。
为了确保油气管道的高效和顺利运行，尽量减少清理的操作风险，加强清理安全措施。
1.当前采气管线的现状当前采气管线还没有实行定期的清理工作，没有相应的规章制度，在前期开展清管作业时，整体的效率不高。
在天然气传输的过程中，由于含有较多的水分和其它成分，受到温度和压力的影响，有一部分液体堆积在管道内，随着时间的延长和距离的增加，堆积越来越多，从而在管道底部形成堵塞，不及时清理就会产生很多问题。
首先，积液堆积在管线的低洼处，降低了气体的有效排放，影响了整个气体的输送效率。
管线液流面积减少，阻力增加，导致能量的消耗。
其次，积液在一定的温度下形成水合物，造成堵塞事件。
由于积液的不断堆积，当流出液体体积超过下面的容量时，就会给正常生产带来困难，甚至导致生产停滞。
长时间的杂质堆积会对管线造成破坏，严重影响采气管线的正常运行，而且存在着很大安全隐患，在输送天然气的管道中，积液的产生还会导致管道天然气输送的减少，很容易造成管线穿孔，甚至发生爆炸。
对此，为了保证整体的输送安全，要在井场设置管线清管装置，对其进行实时监控，保证管线清管的质量。
二、堵塞原因分析1.气液分离不彻底。
所有单井产气全部在场站混输，场站只采用一台φ600卧式重力式分离器工作，气液混合流体经进口管进入分离器进行气液分离，重力式分离器一般可以分离直径为10-30μm及以上的固体或液体颗粒，对于小于10μm的液固体分离效果不佳。
天然气水化物的形成及防止
yi图2-6至图2-11查得，对于氮气和比丁烷还 重的组分，其平衡常数可取为无穷大。
图2-6 甲烷的气—固平衡常数图
图2-7 乙烷的气—固平衡常数图
假设T 查组分的Ki
调整T=T’
否
计算yi/ Ki
∣∑yi/ Ki-1 ∣<ε
天然气中不同组分形成水合物的临界温度是该组分
天然气生成水合物的临界温度表
组分名称 临界温度， ℃ CH4 21.5 C2H6 14.5 C3H8 14.5 iC4H10 2.5 nC4H10 1.0 CO2 10.0 H2S 29.0
过去曾认为该值为21.5，后经研究，在33.0～ 76.0MPa条件下，甲烷水合物在28.8℃时仍存在， 而在390.0MPa条件下，甲烷水合物形成温度高达 47℃。
当不同的压力和温度时，在饱和状态下，天然 气中的水汽含量可用图2-1 来查得。
图2-1
必须指出，图2-1是根据天然气相对密度为0.6，且不含 氮气的实验数据绘制的。因此在求相对密度不为 0.6的天 然气的水汽含量时，必须引入相对密度的修正系数CRD(见 图2-1左上角的小图)。
CRD W / W0.6
i
yi Ki
值，并对
yi ki
求和；
，重新假定温度或压力，重复上面的步
骤1~3直到 yi K
1.0时为止。
不应忽视H2S的存在对形成水合 物影响。当H2S浓度在30%或更高 时，在碳氢气体中形成水合物， 就如同在纯H2S中一样。
Baillie和Wichert根据HYSIM工艺过程模拟软件求取的
结构Ⅰ型和Ⅱ型都包含有两种大小不同而数目一定 的洞穴是由水分子通过氢键连接起来而构成的多面体， 有12面体、14面体和16面体三种。12面体分别和另外两 种多面体搭配而形成Ⅰ、Ⅱ两种结构。 受洞穴本身大小的限制，洞穴对气体分子有一定的 选择性。因为气体分子太小将起不到支撑洞穴，气体 分子太大不能进入洞穴，象H2、He、戍烷和己烷以上烃 类一般不形成水合物。
天然气水合物的利用
天然气水合物的利用随着能源需求的不断增长，国际上对于天然气水合物的探索和利用也日益增多。
天然气水合物是一种新兴的能源资源，由于其能量密度大、储存量大、环保等优势，备受关注。
一、天然气水合物的形成和储存天然气水合物是由天然气和水分子组成的固体，通常形成于600米以下的寒冷、高压环境中。
在该温度下，天然气可以在水中溶解，形成水合物结构。
一般来说，天然气水合物主要形成于大陆架和边缘海域，例如东海和南海。
天然气水合物是一种巨大的储备量资源。
据估计，全球天然气水合物储量约为数十万亿立方米，这个数字比全球常规石油储量还要多得多。
因此，天然气水合物已经成为了目前世界能源开发中的一个重要选项。
二、天然气水合物是一种重要的清洁能源，有着广泛的应用。
以下是一些常用的利用方式：1.专门的天然气水合物开采设备针对天然气水合物的开采需要专门的设备。
目前，有一些开采设备已经研发成功并投入使用，它们大幅降低了开采成本。
2.天然气水合物与液化天然气相结合供应将天然气水合物采集出来后，可以通过与液化天然气相结合的方式完成供应。
这不仅保证了供应的可靠性，也为液化天然气的生产提供了原料。
3.电力供应天然气水合物中的甲烷可以作为燃料，供应给火力发电厂等电力设施。
这种方式不仅能够提供可靠的电力供应，而且环保。
4.替代石油天然气水合物还可以作为替代石油的重要资源。
例如，在交通领域，天然气水合物还可以用来供应运输，以代替石油。
5.制氢天然气水合物中的氢可以被提取出来，用于制造氢燃料电池。
这意味着，天然气水合物未来可以成为一个非常重要的替代能源。
6.地质储气库利用地下储气库存储天然气是一个受欢迎的选择。
天然气水合物也可以被用作地质储气库的一种形式。
由于天然气水合物在储气时体积较小，可以以更高效的方式进行储存。
三、天然气水合物市场前景在目前的市场形势下，天然气水合物具有广泛的市场前景。
未来，天然气水合物有可能成为非常重要的清洁能源之一，替代传统的能源资源，如煤炭和石油。
天然气水合物防治
天然⽓⽔合物防治天然⽓⽔合物形成条件及抑⽌⼀、天然⽓⽔合物在⽔的冰点以上和⼀定压⼒下，天然⽓中某些⽓体组分能和液态⽔形成⽔合物。
天然⽓⽔合物是⽩⾊结晶固体，外观类似松散的冰或致密的雪，相对密度为0 .96 -0. 9 8 ，因⽽可浮在⽔⾯上和沉在液烃中。
⽔合物是由90 % ( ω) ⽔和10 %( ω) 的某些⽓体组分( ⼀种或⼏种) 组成。
天然⽓中的这些组分是甲烷、⼄烷、丙烷、丁烷、⼆氧化碳、氮⽓及硫化氢等。
其中丁烷本⾝并不形成⽔合物，但却可促使⽔合物的形成。
天然⽓⽔合物是⼀种⾮化学记量型笼形品体化合物，即⽔分⼦( 主体分⼦) 借氢键形成具有笼形空腔( 孔⽳) 的品格，⽽尺⼨较⼩且⼏何形状合适的⽓体分⼦(客体分⼦) 则在范德华⼒作⽤下被包围在品格的笼形空腔内，⼏个笼形品格连成⼀体成为品胞或晶格单元。
以往研究结果表明，天然⽓⽔合物的结构主要有两种。
相对分⼦质量较⼩的⽓体( 如CH4、C2H6、H2 S、CO2 ) ⽔合物是稳定性较好的体⼼⽴⽅晶体结构( 结构D ，相对分⼦质量较⼤的⽓体( 如C3H8、iC4H10) ⽔合物是稳定性较差的⾦刚⽯型结构( 结构II ) .见图1 所⽰。
图1 天然⽓⽔合物晶体结构单元（a）笼形空腔（b）晶胞结构I 和I II 都包含有⼤⼩不同⽽数⽬⼀定的空腔即多⽽体。
图1表⽰了由12⾯体、14 ⾯体和16⾯体构成的三种笼形空腔。
较⼩的12 ⾯体分别和另外两种较⼤的多⾯体搭配⽽形成I、II两种⽔合物晶体结构。
结构I 的晶胞内有46个⽔分⼦，6 个平均直径为0.8 60 nm ⼤空腔和2 个平均直径为0 . 795nm⼩空腔来容纳⽓体分⼦。
结构II晶胞内有136个⽔分⼦，8 个平均直径为0.940nm ⼤空腔和16 个平均直径为0 .782nm ⼩空腔来容纳⽓体分⼦。
⽓体分⼦填满空腔的程度主要取决外部压⼒和温度，只有⽔合物品胞中⼤部分空腔被⽓体分⼦占据时，才能形成稳定的⽔合物。
天然气井水合物的形成及解决措施
3吕景昶,试采高级工程师,1964年出生;毕业于合肥工业大学地质系,现任华北石油局井下作业大队研究所所长;主要从事于油气井和煤层气井的测试和试采工程技术工作。
地址:(450042)河南省郑州市须水华北石油局井下作业大队。
电话:(3)。
天然气井水合物的形成及解决措施吕景昶3 马德志 杨朝霞(中国石化新星公司华北石油局) 吕景昶等.天然气井水合物的形成及解决措施.天然气工业,2001;21(增刊):111～112摘 要 未经处理的天然气中都含有一定的水蒸气,它在一定的条件下会生成冷凝水、冰塞和水合物。
水合物是一种笼形晶格包络物,即水分子籍氢键结合成笼形晶格,而气体分子则在范德华力作用下,被包围在晶格的笼形孔中,在一定的温度和压力条件下,由天然气中某些气体组分和液态水形成的白色结晶固体,极易产生堵塞。
因此,针对施工中遇到的问题,相应采取了对水合物形成压力的预测,使作业时的起下电子压力计尽可能选择在形成水化物前下入和求产结束后提出。
通过在井内管柱内注入甲醇和乙二醇进行预防和解堵,使用甲醇的成本和效果都优于乙二醇。
地面采用小型水套炉进行加热的方法。
鄂北6口天然气井9层现场施工表明效果良好。
主题词 鄂尔多斯盆地 北 气井 水合物 预防措施 水合物是一种晶状固体物质,极易形成在井内离地面一定距离的试采管柱里,造成在施工过程中掉压力计等事故;及在地面的阀门、分离器、流程的弯头等处产生堵塞,使试采工作中断,影响施工进度和资料的准确录取。
水合物的形成条件 水合物的形成是在一定的温度和压力条件下,由天然气中某些气体组分和液态水形成的白色结晶固体。
外观类似松散的冰或致密的雪,密度为0.88～0.90g/cm 3。
戊烷和己烷以上烃类一般不形成水合物。
(1)必要条件有二:①气体处于水汽的饱和或过饱和状态并存在游离水;②有足够高的压力和足够低的温度。
(2)辅助条件有三:①压力的波动以及气体的高速流动;②流向突变产生的搅动;③水合物晶体的存在及晶种停留的特定物理位置(如弯头、孔板、阀门、粗造的管壁)。
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天然气水合物容易堵塞的部位
• 如果是冰堵, 它应当处在低洼处最低点 下游距最低点较近的地方; 如果是水合物堵 塞, 应处在比冰堵远一点的地方, 但不会太 远。大的方位可通过听声音和看地形方式, 找出地势较为低洼容易积水的地方,以确定 管道发生水合物堵塞或冰堵的具体位置。
水合物解堵措施
• 1. 注入防冻剂法：一般可从支管、压力表短节、放空管等处注入防冻 剂, 降低水合物形成的平衡曲线。若管线或井筒内发生水合物堵塞, 可 注入甲醇、乙二醇、二甘醇等水合物抑制剂来解除堵塞。具体方法是 将水合物抑制剂加入井筒内, 溶解油管内的水合物, 并随产出气体流动, 解除管线内水合物的堵塞。 • 2. 加热法将天然气的流动温度升至水合物形成的平衡温度以上, 使已 形成的水合物分解。对于地面敷设的集气管线, 可采取在管外用热水 或蒸汽加热管线的方法, 但一般情况下应避免使用明火加热。实验研 究证明, 水合物与金属接触面的温度升至30℃~40℃就足以使生成的 水合物迅速分解 • 3. 降压解堵法卸压解堵的方法在现场应用较广泛。在井场,集气站或 集气管线已形成水合物堵塞时, 可将部分气体经放空管线放空, 使压力 在短时间内下降。当水合物的温度刚一低于管壁温度, 生成的水合物 立即分解并自管壁脱落被气体带出。
天然气水合物的危害
• 水合物在输气干线或输气站某些管段( 弯头) 阀 门、节流装置等处形成后, 天然气的流通面积减少, 从而形成局部堵塞, 其上游的压力增大, 流量减少, 下游的压力降低, 因而影响管道输配气的正常运行。 同时, 水合物若在节流孔板处形成, 还会影响天然 气流量计量的准确性。若不能及时清除水合物, 管 道会发生严重拥堵, 由此导致上游天然气压力急剧 上升, 造成设备损坏和人员伤害事故。 给天然气 的开采、集输和加工带来危害,造成流量下降同时 增加了能量的损耗，严重会使气流断面切断，处 理时很困难又费时。
输气管道中的水合物形成及处理方法
• 又称水化物、 也叫“可燃冰”,是一种在特定区域由水与 天然气(主要是甲烷气) 在低温( < 10℃ )、 高压( > 10MPa) 条件下结合形成的一种外 观似冰或致密湿雪的白色结晶固体化合物 , 其密度为0.91-0.905g / cm3。它是一种天 然气与水的非化学计量笼形物,
输气管道中的水合物的形状
• 其形状如下：
输气管道中的水合物的形状
输气管道中的水合物的形状
输气管道中的水合物形状
天然气水合物形成的条件
水合物的生成对水质没有特殊的要求， 含有一定量的杂质的水可能更容易生成水 合物。水合物的形成必须满足三个条件： 有形成的物质基础，即水、小分子烃类物 质；满足一定的温度和压力条件；存在结 晶中心，使水合物具有生长发展的基础。 因此,天然气水合物很可能在未经脱水处理 的天然气井口管道、海底管道以及在气候 较为寒冷的条件下在管道中形成。