1.2 Гидраты природных газов и методы борьбы с ними

Природные газы в определенных термодинамических условиях всту­пают в соединение с водой и образуют гидраты, которые, скапливаясь в промысловых и магистральных газопроводах, существенно увели­чивают их гидравлическое сопротивление и, следовательно, снижают пропускную способность. Особое значение вопрос борьбы с образо­ванием гидратов приобретает при разработке месторождений Запад­ной Сибири и Крайнего Севера. Низкие пластовые температуры и су­ровые климатические условия этих районов создают благоприятные условия для образования гидратов в скважинах и газопроводах. Гидраты представляют собой соединения молекулярного типа, возникающие за счет Ван-дер-Ваальсовых сил притяжения. Молекулы воды при образовании гидратов как бы раздвигаются молекулами газа. Образующиеся при этом полости между молекулами воды пол­ностью или частично заполняются молекулами газа. Гидраты природ­ных газов представляют собой неустойчивые соединения, которые при повышении температуры или понижении давления разлагаются на газ и воду. По внешнему виду — это белая кристаллическая масса, похожая на лед или снег.

Природные газы часто содержат углекислоту, сероводород, азот и редкие газы. Наличие кислых газов резко усиливает процесс гидратообразования.

Процесс гидратообразования обычно про­исходит на границе газ — вода при условии полного насыщения природного газа влагой. Для прогнозирования места образования и интенсивности накопления гидратов в систе­мах газоснабжения необходимо знать измене­ние влажности газа в различных термодина­мических условиях. В практике часто пользуются абсолютной влажностью ω, выраженной массой паров во­ды в единице объема газа, приведенной к нор­мальным условиям (273 К и 0,101З МПа).

Относительная влажность — это выраженное в процентах или долях единицы отношение ко­личества водяных паров, содержащихся в газовой смеси, к количеству водяных паров в том же объеме и при тех же температуре и давлении при полном насыщении. На прак­тике влажность газов чаще всего определяют по номограмме (рис. 1.10), которая получена в результате обработок большого числа измерений влажности природного газа относительной плотности по воздуху Δ = 0,6 прямыми методами. На номограмме нанесена равновесная кривая гидратообразования, ограничивающая определенную область, в которой влажность газов должна опреде­ляться из условия равновесия паров воды над гидратами.

Рис. 1.10 – Номограмма влажности природных газов

Из номограммы видно, что влажность природного газа растет с повышением температуры и снижением давления. Влажность природных газов уменьшается также с увеличением их молекуляр­ной массы μ и солености воды s. Температура, при которой газ становится насыщенным при данных давлении и влажности, называется точкой росы газа. Условия образования гидратов газа могут быть представлены равновесными кривыми гидратообразования в координатах температура Т – давление Р (рис. 1.11):

Рис. 1.11 – Кривые гидратообразования для природных

газов различной плотности Δ

Влагосодержание газа в насыщенном состоянии можно определить также с помощью следующего уравнения:

,

где ω – влагосодержание газа, г/м³; р – давление газа, МПа; t – температура газа, ⁰С.

На практике удобно определять зону и место образования гидрата графически. Для этого на одном рисунке строятся кривые изменения давления, температуры и температуры гидратообразования газа (рис. 1.12).

Участок, на котором кривая температуры газа проходит ниже кривой температуры гидратообразования и будет зоной возможного гидратообразования при условии полного насыщения газа водяными парами. Следовательно, гидраты будут образовываться не во всей зоне возможного гидратообразования, а только отдельными локальными участками.

Рис. 1.12