关于气田高压集输中的水合物防治工艺及撬装设计研究

关于气田高压集输中的水合物防治工艺及撬装设计研究

张斌

中石化中原石油工程设计有限公司 河南郑州 450000

摘要：天然气的水合物防治工艺始终是天然气集输领域的关键内容，因为水合物很容易发生于管线以及设备流量比较小的区域，当积聚到一定程度时，就会严重堵塞管路和设备。一旦天然气管道发生水合物堵塞情况时，就必须运用放空方法将其解冻和解堵，这样不仅浪费能源，而且还会污染环境，尤其是气田高压集输中的水合物问题更加严峻，必须立即采取有效的解决措施。为此，本文就着重对气田高压集输中的水合物防治工艺及撬装设计展开了研究，希望给高压集输的水合物治理带来积极的效果。

关键词：气田高压集输；水合物防治；防治工艺；橇装设计

一、气田高压集输中的水合物防治的必要性

由于经济不断的增长，使得我国能源需求量越来越大，但是石油资源是有限的，大部分油田已处于稳产期，无法再增大开采量，于是就把目光转向到了天然气上，天然气又是高效的洁净燃料，所以需求量越来越大，不过由于集输装置的气田压力较大，因此采出时需要在较高的压力下实施，这样就会产生水合物，给气田高压集输带来很大的问题。如果把输送管路的温度降至水合物产生的温度之下，管线里就会出现水合物，当水合物不断堆积，就会减小气体的流通口径，造成天然气发生节流情况，同时还会造成天然气的温度下降，如此循环，最终水合物越来越多，直至把管道堵死，就会引发爆管情况。另外，如果水合物在管路里发生分解，就产生压差，受压差影响使水合物的堵塞段加速至声速，与流体形成严重的冲击，最终导致设备发生损坏。由此可见，对气田高压集输中的水合物防治非常有必要，是保证气田稳定生产的关键。

二、气田高压集输中水合物的结构

气田高压集输过程中水合物主要产生于两个方面，一个是水分子于某种状态下会产生笼状的分子簇，这就形成了水合物的骨架。另一个是部分气体分子能够进到分子簇中，并在“笼”中，就构成了水合物。而且不管是低温还是高压都会加快水合物的产生。现阶段水合物结构有三种，分别为：Ⅰ型、Ⅱ型和H型。受结构影响，能构成水合物的气体主要有：甲烷与其小分子同系物、二氧化碳与氮气和硫化物。

三、水合物防治工艺

水合物防治对天然气集输领域极其的关键。当集输系统里的气体温度比水合物产生温度小的时候，天然气组分就会和水结合产生水合物，从而堵塞输气管道以及设备，给气田生产带来危险，所以水合物防治是不可或缺的一步。现阶段气田高压集输中常用的水合物防治工艺有两个，分别为：防冻抑制工艺与脱水抑制工艺。

（一）防冻抑制工艺

受地层压力影响，刚开采的天然气压力会比天然气管线输气压力大很多，所以必须采用有效的方法减少天然气压力。但降压过程中还会导致温度降低，从而导致水合物析出，并积聚。如果把温度降到水合物产生温度以下，液态水就会和天然气的组分络合为水合物，最终聚集在阀门与设备孔道处，导致天然气无法正常通过，使管线压力变大，甚至引发爆管情况，所以必须加大水合物防治力度。首先，加热法。此方法先运用加热炉把井口物流的温度加热，以使气体温度大于水合物产生的临界温度，然后对输气管线展开伴热敷设以及管线保温，使输气管线温度降低，减少外界干扰，从而实现防治效果。通常加热防冻就是运用物流加热法对水合物进行防治，常用的加热设施有：逆流套管式换热器以及水套炉。如果是低温的气田，还需把伴热管伸至井中，以加热天然气，防止井下天然气出现冻堵情况。要是气体里的酸性气体量较大时，天然气加热温度就不能大于60℃，因为高温会加大酸性气体对管材的腐蚀程度，严重缩短管材的使用时间，这时就需要运用其他的防冻方法。其次，抑制剂防冻。抑制剂主要对水合物成核环节发挥作用，目前抑制剂主要是酰胺类的聚合物，不仅用量少，而且效果好，价格又便宜，不过其适用范围有限，如果压力较大、温度较低时，就会失效，所以就换用了甲醇与乙二醇，因为甲醇的适用温度广，防冻效果好，能有效将水合物管线解堵。通常甲醇分为两种，即气相与液相，气相一般不会回收，液相的需要运用甲醇污水处理站进行回收。如果是井场，防冻工艺需根据上下游条件和后续天然气处理工艺进行选取；如果是带有凝析油的气井，加热防冻的热量还要使凝析油呈液态状况，这样井场加热防冻效果更好。

（二）脱水工艺

从气井出来的天然气均会含有一些水蒸气，如果温度下降以及压力发生波动的时候，这些水蒸气就会凝结，从而形成液态的水，再和天然气的组分产生水合物，不仅会堵塞管路，还会溶解酸性气体，给管材造成腐蚀影响，所以在输送以及加工天然气之前需要对天然气进行除水处理，以显著减少其对集输系统的影响。现阶段常用的天然气脱水工艺有两个，第一，借助低温让天然气里的水与重烃凝析为液体，然后运用分离器实施低温分离工艺，再使用固相吸附剂固体中的水分吸附出来，达到脱水效果。第二，借助浓度差吸水溶剂实现脱水目的。

四、气田高压集输工艺与橇装设计

（一）气田高压集输工艺

如今天然气勘探有了很大进步，许多高压和高产的气田陆续被发现。例如川西深层气田、尔多斯盆地北部大牛气田以及新疆塔里木迪那2气田。对于川西深层气田来说，其地层压力为80MPa，地层温度为130℃，属于异常的高压和高温气藏，在试采的时候，井口油压可达到43MPa；对于鄂尔多斯盆地北部大牛气田来说，其流动压力非常大，不过气体的温度较低，在冬季时，井口的温度近似于冰点温度，因此属于高压低温的气田。对于新疆塔里木迪那2气田来说，其属于异常高压的凝析气田。由于对高压气田开采技术的深入研究，我国已有三种集输工艺，即井口节流加热防冻高压集输工艺、井口注醇防冻高压集输工艺以及井下节流地面集输工艺。

（二）橇装设计

橇装最早是用于LNG当中，把橇装设计用于LNG中使LNG橇装工艺从一体化结构变为了橇块组合结构，使LNG橇装设计有了很大的进展。于是就将橇装设计用于了海上平台当中，有效解决了三相分离器在平台上的缺点。同时又对撬装设计进行了优化，使得橇装技术处理效率更高、更快。如今新疆一些气田也开始运用橇装设计，把撬装设计良好用在了甲醇注入设备、轻烃稳定设备以及水套炉当中。

四、总结

通过上述内容可知，水合物防治工艺对天然气集输非常的重要，其不仅会堵塞管路以及设备，还会造成管材腐蚀，尤其是气田高压集输中的水合物影响更大，所以必须运用有效的方法来防治水合物，并运用撬装设计，使气田高压集输安全运行。

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