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天然气水合物抑制剂研究与应用进展97743432

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天然气 水合物 抑制剂 研究 应用 进展 97743432
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第29卷第12期 天然气工业 天然气水合物抑制剂研究与应用进展 毕曼 贾增强 吴红钦 吴付洋 中国石油长庆油田公司第三采气厂 毕曼等.天然气水合物抑制剂研究与应用进展.天然气工业,2009,29(12):75—78. 摘 要 天然气开采及储运过程中,天然气水合物常常造成管道、阀门和设备等的堵塞,虽然防治天然气水合 物的工业方法很多,但是最有效的方法还是添加化学抑制剂。为此,介绍了防治天然气水合物所采用的物理和化 学等工业方法、天然气水合物抑制剂的最新研究现状、作用机理及应用范围,比较了几种天然气水合物抑制剂的优 缺点,明确了天然气水合物抑制剂的选择原则:以技术和经济因素为基础,通过工业实践寻求一种抑制效果好、用 量小、环境友好、操作简单、便于储存运输、成本低廉的天然气水合物抑制剂;列举了国内外工业现场试验的成功案 例,指出了天然气水合物抑制剂的发展趋势是低剂量天然气水合物抑制剂和复合型天然气水合物抑制剂将逐渐替 代热力学天然气水合物抑制剂,其中低剂量天然气水合物抑制剂需要不断改进自身的缺点才能更具有竞争力。 关键词 天然气水合物 化学抑制剂 比较 抑制剂 优选 现场应用 发展趋势 0.3787/i.000—0976.2009.12.024 1 防治天然气水合物的方法 目前主要有5种方法来防治管道内天然气水合 物栓塞:脱水法、压力法、加热法、机械法、化学法。 1.1脱水法 将天然气中水含量控制在小于165 mg/m。可以 有效抑制天然气水合物的形成。目前工业上普遍采 用橇装三甘醇装置来脱水,但投资和操作成本较高。 膜分离法口 是新型的天然气脱水技术,其设备简单、 投资低、操作方便,发展潜力巨大。 1.2压力法 若压力较低,将不会形成天然气水合物,且通过 降低压力可以分解已形成的天然气水合物栓塞。但 这只能作为一种补救方法来分解管道内已形成的天 然气水合物栓塞。另外,此方法还必须要考虑到储 层和输送等因素以及压力的设计范围。 1.3 加热法 使用管线加热设施加热管道内的流体,需要加 热设施具有足够的长度,投资成本较大,而且敷设管 线加热设施不适用于深海管道。 1.4机械法 清管作业可以用来防治天然气水合物,但这也 只能清除管道中的积液和较小体积天然气水合物, 对已形成的大体积天然气水合物栓塞则无能为力。 1.5化学法 天然气工业中最常用和有效的方法是注入化学 抑制剂,它既能够抑制天然气水合物的形成,也可以 溶解已形成的天然气水合物。根据化学抑制剂对天 然气水合物的聚集发挥作用的不同,可将其分为热力 学抑制剂、动力学抑制剂、阻聚剂和复合型抑制剂。 1.5.1 热力学抑制剂(变 天然气分子和水分子的热力学平衡,避免了天然气 水合物的形成,或可直接与天然气水合物接触,使其 不稳定,从而分解清除天然气水合物。电解质水溶液、甲醇和乙二醇类等,其中甲醇单价 成本低、再生工艺简单,因而成为 宏伟_2 研究出对大牛地气田天然气水合物的防治方 法,用质量分数为98 的甲醇从集气站集中向井筒 高压注醇工艺与现场生产管理实时检测相结合,取 得良好的效果。用甲醇防治俄罗 斯北部天然气田和凝析气田管道内的天然气水合 物,设计了小模块的甲醇生产一注醇一回收系统,从 而减少了甲醇的损失。 然而,甲醇用量增大会导致成本升高,而且甲醇 的回收再生装置也会产生高额的操作费用。另外, 作者简介:毕曼,女,1983年生,助理工程师,硕士;主要从事天然气开发、储运及集输工程研究工作。地址:(017300)内蒙 古自治区乌审旗中国石油长庆油田分司第三采气厂。电话:(0477)7229017,15049866519。E 63. 75 · 天然气工业 2009年醇有较强毒性,存在环境污染、储运困难等弊端。 1.5.2动力学抑制剂(工业上希望获得低剂量水合物抑制剂(来代替大剂量的般要求质量分数小于等于 5 9/6。能推迟天然气水合 物成核过程和减慢晶体初始生长时间,即所谓“诱导 时间”。诱导时间与过冷度和试验压力有关 。 成。 一代于过冷度和活 性的局限性限制了其应用。一代以保持24 h,过冷度最大为8口C。聚酰胺(其共聚物作为二代、三代 高了过冷度、活性和抑制效果 。唐翠萍等 发现 制效果越好,并且抑制时间更 长。另外,不同浓度的翠 萍等 还研制出了由1:1混合成的组合抑制剂量分数为 0.5 的抑制时间超过2 400 商用抑制剂 000 800 格低22。5%,比 。 为了提高U 了大量研究:聚氧化乙烯(阳离子淀粉都可以 明显提高长天然气水合物的成核时 间;淀粉和 外,教授发现一种鱼和昆虫的抗冻蛋白不 仅可以抗冰冻也可以抑制天然气水合物结晶,对环 境保护的同时也抑制了天然气水合物的生成_】 。 1.5.3 阻聚剂(不会防止天 然气水合物晶体的形成,而是减缓晶体的生长和集 聚,以使细小的天然气水合物晶体能够随着油相或 气相传输。目前用,并且它的作用大小也取决于油或凝析油的种 类、水的矿化度和含水率等因素。 J.1 的季 铵盐和0.05 的鼠李糖脂都可以抑制天然气水合物 晶体的集聚,两者都为水包油型表面活性剂,但稳定 性存在差异。徐勇军等利用可视化高压磁力反应 釜研究了无机盐对4种不同类型现 含盐的,明显地抑制了天然气水合物的生成,不含盐的 · 76 · 浓度的增加能增强;并讨论了盐效应的机理。.在工业应用中添加的最佳质量分数为5 ~8 。 1.5.4 新型复合型抑制剂 高过冷度的合两 者优势能大大提高抑制性能,也提高了水合物颗粒 的分散性。若,溶液黏度 太高不易泵送,也不易在气体中分散,但是液态或非 挥发性使浓度增加 3倍也不会引起这样的问题。。 等通过 分析时间一压力关系图,发现保证压力不降低,即没有天然气水合物的生成。 随着有的设备、液体储 罐和泵未重新改进,不能满足小剂量艺要求。将(并采用现有的施工设备进行施工作业,且 . 等将代甲醇。原甲醇用量为545 L/d,而5 L/d,仅为甲醇用量的十分之一,这就意味着花费 更少、操作更简单、储存更方便。 2优选天然气水合物抑制剂 天然气水合物抑制剂的选择是以技术和经济因 素为基础的。工业实践寻求一种抑制效果好、用量 小、环境友好、操作简单、便于储存运输、成本低廉的 天然气水合物抑制剂。 表1中及天然气甚少。 而,输系统正常运行时有效,若注入系统出现故障,注 入剂量不足、不定期关闭气井等造成天然气水合物 堵塞时,仍需以注各种抑制剂经济比较中(表2),甲醇单位成本 低,但其他各项花费都较高,综合成本较高;用剂量少,但是合成工艺复杂决定其单位成本太 高,大约是甲醇的10倍;优点,综合性价比高,天然气水合物的抑制效果也 较理想,并且无须对现有设备进行改进就可以直接 作业,更适合应用于工业生产中。 3 场试验成功,并且已逐渐推广应用。 3.1 川东高含硫气田应用国石油西南油气田公司天然气研究院自主研 第29卷第12期 天然气工业 表1天然气水合物抑制剂比较表 表2 甲醇、的新型动力学抑制剂现场管线,原工况:乙二醇约50 kg/d;现工况:小 排量连续加注6 kg/d。 现场试验结果表明:含量为 7.34%(体积分数)、量为1.65 (体积分数) 的高含硫天然气,能有效抑制天然气水合物生成,防 治管线堵塞。加注5 d。技术经济分析表明:低2/3,大大降低了污水处理量、贮存运输成本和 操作人员工作量,但药剂费用略高于乙二醇,还有待 进一步降低。 3.2 加拿大和美国北得克萨斯地区应用 "] 加拿大12口气井井深为2 500~3 500 m,井底 温度为3O~100℃,每天注醇量介于6O~300 L。应 用聚醚氨的水一醇溶液物,不仅注入率降低,而且甲醇量也减少了5O ~ 70 。 萨斯地区,质量分数为O.3 ,过冷度为14℃。原 工况:甲醇用量400~500 L/d;现工况:3~5 L/d,质量分数为20 的液,用量低于30 L/d。 3.3在加拿大阿尔伯塔气田应用的将阿尔伯塔南部气田2口新井,且在低于一30℃的 冬季和20℃的温暖季节连续进行现场试验。气井 投产初期套管加注甲醇200 L/d,约为86.6美元/d; 接着套管和管线加注35 L/d,高注入量的目 的是为了饱和生产系统,使点;10周内逐步降低到30 L/d,产气量提高4O ; 此后5周内暂时将40 L/d,产气量再次提高1O ;冬季室外温度较低,致 使一台管线加热炉发生破裂,但是该气井仍能产并未发生天然气水合物堵塞。随着更多经验的 积累和本费用也将进 一步降低。 4 结论 目前,最有效抑制天然气水合物形成的方法就 是添加化学抑制剂。对几种抑制剂进行比较、优选 后指出:工业应用逐渐倾向于使用剂量少、成本低、 无毒无害、对环境无污染的而, 性寿命短、高含水 率、单价高等问题,限制了其在工业中的广泛应用。 · 77 。 天然气工业 2009年12月 因此,今后的研究方向应重点放在以下方面: 1)在确保进制备 工艺,降低成本。 2)进一步改良其发挥更好的 抑制效果。 3)开发新型的之能够满足不同的 工况。 4)开发环境友好型的天然气水合物抑制剂。 5)针对工业实际生产工况,加强现场试验,确定 入量;加强动态监测技术的管 理,在气温变化等不确定因素影响下,根据理论注入 量和实际用量,建立6)加强对一 步降低成本。 参 考 文 献 [1]of ].008,42(1):315— 320. 牛地气田水合物防治工艺研究天然气工 业,2007,27(1):117[3]et ew of at C]∥of a,2008. [4] L,,.hy ]. A E,2007:4[5]W,j.of I)c]// 7006. [6]唐翠萍,樊栓狮.聚乙烯吡咯烷酮抑制水合物生成研究 [J].天然气工业,2006,26(3):125 128. [7]唐翠萍,李清平,杜建伟,等.组合天然气水合物抑制剂性 · 78 · 能及经济性研究[J].西南石油大学学报:自然科学版, 2009,31(2):135[85 of of ].2005,60:5323~5330. [9].IE as ]. 007,62:6548—6555. , L, A。et of on of ].A I , 2006,52(9):3304—3309. [1 1] D,of a ].008,):845—851. [12]徐勇军,曾亚龙,杨晓西,等.盐对气体水合物防聚剂作 用的影响[J].精细化工中间体,2008,38(1):62—65. r 1 3] 0A— in ]∥002. ,,,et in of ]//005. [15]周厚安,唐永帆,康志勤,等.动力学水合物抑制剂在高含硫气田的应用[J].天然气工业,2009,29(6): 107~109. [16]]. J 006. r 1 7]I wo ].of 003,55(4):65 68. [18]曹莘,赵炜,乔欣,等.在阿尔伯塔气田应用的强化型水 合物抑制剂技术[J].国外油田工程,2005,21(10): 14—16. (收稿日期2009—07—23编辑何明)
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