2. Актуальность применения данного химического реагента в условиях северных газовых месторождений, что обусловлено развитой технологией процесса ввода и распределения метанола в требуемые участки технологической цепочки.
3. Метанол обладает наибольшей антигидратной активностью, другими словами метанол наиболее эффективный ингибитор газового гидрата. Эффективность была определена на основании экспериментальных исследований, которые показали то, что применение различных ингибиторов газового гидрата в одинаковых массовых концентрациях дают различное снижение температуры гидратообразования, где метанол обеспечивает наиболее низкую температуру гидратообразования.
4. Наиболее низкая температура замерзания водного раствора метанола в совокупности с маленьким значением вязкости при температурах до минус 50 оС.
5. Смешиваемость со слабоминерализованной пластовой водой без выпадения твердого осадка, в то же время в довольно редких случаях высокоминерализованных пластовых водонапорных систем можно использовать не концентрированный метанол, а его водные раствора, подбирая концентрацию исходя из условия не выпадения твердой фазы, - здесь благоприятным фактором является то обстоятельство, что сильно минерализованная вода и сама по себе выступает как ингибитор гидратов.
6. В сравнении с растворами неэлектролитов в роли ингибитора газовых гидратов, метанол обладает свойством некоррозионности.
7. Наличие достаточно простых технологических схем регенерации отработанных растворов метанола.
8. В качестве экологического фактора можно выделить наибольшую технологическую проработанность способов утилизации и захоронения промстоков, содержащих метанол.
9. Помимо высокой эффективности метанола в роли ингибитора предупреждения гидратообразования он также может быть эффективно применен в роли ликвидатора не сплошных гидратных пробок в промысловых газопроводах
Необходимое количество расходуемого метанола можно разграничить следующим образом: на растворение в жидкой воде (рисунок 1.7) и на насыщение газа (рисунок 1.8).
В целом применение метода ввода ингибитора, в роли которого применяется метанол, весьма универсальный метод и его применение возможно в любых условиях, а эффективность может быть обусловлена лишь точностью расчётов.
Стоит учитывать то, что на УКПГ успешно практикуется отделение метанола от транспортируемого газового потока, тем можно предположить то, что фактический расход метанола может быть весьма мал.
Рисунок 1.7. График определения количества метанола, необходимого для растворения в воде
Рисунок 1.8 - Зависимость отношения содержания метанола в газе к весовому проценту его в воде от давления и температуры в точке образования гидратов
1.4 Выводы по разделу. Задачи исследования
На основании анализа состояния вопроса определены основные условия возникновения процесса гидратообразования, установлены и проанализированы основные методы по предупреждению и ликвидации гидратов в трубопроводных системах газового промысла.
Определены основные цели и задачи исследования:
1. Установить основные методы определения температуры гидратообразования при различных составах газа.
2. Установить закономерности взаимодействия параметров газового потока с температурой гидратообразования.
3. Разработать методику предупреждения гидратообразования на промысловых газопроводах при помощи метода ввода метанола.
2. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Общая методика исследования
Для определения решения проблемы необходимо руководствоваться методикой полученной на основании исследовательских заключений. Научные исследования предпочтительно полагаются на методику, построенную на основании системного подхода. В свою очередь системный подход это исследования, построенные на интерпретации обозначенной проблемы в виде системы, которая описывается совокупностью объектов, учитывающая свойства этих объектов и связь между объектами и свойствами. В соответствии с поставленной в работе целью необходимо выявить оптимальные условия для предупреждения образования гидратов на промысловых газопроводах. На основании этого предполагается разработка методики предупреждения гидратообразования промысловых газопроводов.
В качестве объекта исследования был определён процесс формирования гидратов в промысловых газопроводах.
Где предмет исследования был определён как предупреждение процесса образования гидратов в промысловых газопроводах.
На основании выбранной методологии научного исследования на первом этапе необходимо составление схемы изучаемой системы, основанной в соответствии с поставленной целью.
Следующим и основным этапом является определение структуры исследуемой системы, выявление факторов, влияющих на формирование гидратов в промысловых газопроводах.
Обобщающая схема методики исследования существующей проблемы представлена на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 - Обобщенная схема методики исследования
Для построения структуры желаемой системы необходимо основываться на выявленных связях между объектами и их свойствами, внешней средой.
Желаемая система устанавливает требования к существующей системе на основании цели и желаемого состояния, где требования к системе устанавливается при помощи условий, которые определяют объекты и свойства в соответствующих связях. Понятие существующей системы может быть определено как существующие математические модели для определения образования гидратов в трубопроводах. Промежуток между существующей системой и желаемой системой образует понятие называемое проблемой.
Для разработки математической модели предупреждения процесса гидратообразования в промысловых газопроводах применяется эмпирический подход.
На основании принятого подхода выдвигается предположение о виде искомой модели для дальнейших экспериментальных исследований, которые способствуют определению адекватности выдвинутой математической модели.
На основании полученной математической модели решения проблемы выдвигается методика предупреждения гидратообразования в промысловых газопроводах.
2.2 Построение структуры системы
Для построения схемы структуры желаемой системы необходимо установить составные объекты системы и установить между ними связь.
В соответствии с поставленной целью необходимо разработать систему удовлетворяющую требованиям, складывающимся из желаемого состояния системы, где обязательным условием является работа промысловых газопроводов без образования гидратов.
Для разработки структуры желаемой системы необходимо отобрать наиболее существенные факторы, влияющие на предупреждение процесса образование гидратов на промысловых газопроводах. Отбор факторов производится на основании анализа литературных источников и научных исследований.
Искомые факторы, влияющие на образование гидратов в промысловом газопроводе, предложено разбить на две основные группы: эксплуатационные и независимые факторы.
Эксплуатационные факторы:
- начальная температура газа на рассчитываемом участке промыслового газопровода;
- равновесная температура образования гидратов;
- давление в начале рассчитываемого участка промыслового газопровода;
- давление в конце рассчитываемого участка промыслового газопровода;
- массовый расход газа по промысловому газопроводу;
Независимые факторы:
- температура грунта или окружающего воздуха в месте расположения начальной точки рассчитываемого промыслового газопровода;
- полный коэффициент теплопередачи;
- диаметр газопровода;
- компонентный состав газового потока;
- плотность газового потока.
Для построения структуры желаемой системы, необходимо предложенные группы факторов включить состав разрабатываемой системы, на основании этого необходимым условием функционирования желаемой системы является взаимосвязь независимых и эксплуатационных факторов.
Входом в систему являются факторы, влияющие на формирование процесса гидратообразования, связывающего между собой элементы системы, где выходом является целевая функция описывающая процесс предупреждения гидратообразования в промысловых газопроводах.
Для дальнейшего изучения представленной желаемой системы необходимо определить зависимости взаимодействия её элементов.
2.3 Зависимость взаимодействия элементов изучаемой системы
Для разработки методики предупреждения гидратообразования в промысловых газопроводах необходимо знание зависимостей взаимодействия элементов изучаемой системы. На основе аналитических исследований определяются зависимости взаимодействия элементов системы и выдвигаются математические модели, участвующие в формировании исследуемого процесса.
В соответствии с построенной структурой желаемой системы принято некое разделение системы на 3 этапа. Дальнейшее рассмотрение зависимостей взаимодействия элементов изучаемой системы будет поэтапно.
2.3.1 Зависимость взаимодействия элементов изучаемой системы. Этап 1. Компонентный состав газа
Наиболее важным фактором, влияющим на формирование гидратов в промысловых газопроводах, является компонентный состав газового потока. В качестве примера принято недавно введенное в эксплуатацию месторождение, расположенное на Крайнем севере. Компонентный состав газа транспортируемого по приведенному месторождению представлен таблице 2.1.
Таблица 2.1 - Компонентный состав газа на газовом промысле
|
Состав пластового газа, % мольный |
||
|
1 |
2 |
|
|
He |
0,008 |
|
|
H2 |
0,00041 |
|
|
N2 |
0,346 |
|
|
CO2 |
0,124 |
|
|
C1 |
99,399 |
|
|
C2 |
0,105 |
|
|
C3 |
0,007 |
|
|
i-C4 |
0,001 |
|
|
n-C4 |
0,001 |
|
|
C6+B |
0,008 |
|
|
Свойства пластового газа |
||
|
Рпл., МПа |
15,0 |
|
|
1 |
2 |
|
|
Тпл., оС |
29,6 |
|
|
Относительная плотность по воздуху |
0,558 |
|
|
Коэффициент сверхсжимаемости газа, д.ед. |
0,83 |
Как видно из таблицы до 99,39% массового содержания транспортируемого газа составляет метан, когда на остальные компоненты приходиться 0,61%. На основании этого необходимо учитывать все компоненты газового потока влияющие на формирование гидратов в промысловом газопроводе. При пренебрежении фактором «компонентный состав газового потока» могут возникнуть слишком большие отклонения расчётных данных от фактических данных, чем пренебрегать нельзя.
Таким образом, принято учитывать в расчётах и зависимостях физико-химические параметры основных компонентов, участвующих в зависимостях связанных с формированием гидратов газа. Компоненты не участвующие в цепочке формирования гидратов могут быть исключены из расчётов, а общее массовое содержание заполнено в необходимых долях.
В газовой промышленности наибольший интерес в предупреждении процесса гидратообразования представляют только лишь две кубических структуры гидратов - КС-I и КС-II, основным различием которых является размер элементарных ячеек, типами и размерами полостей. Данные структуры способны образовываться только лишь в газовых и газоконденсатных системах трубопроводного транспорта.
Рассмотрим каждый тип структуры газовых гидратов для газов-гидратообразователей, являющихся компонентами природных углеводородных систем. Если в компонентном составе газа содержатся такие индивидуальные газы, как: CH4, CO2, H2S, Xe, CF4, C2H6, C2H4, то способны образовываться гидраты структуры КС-I.
Для образования гидратов структуры КС-II вспомогательными компонентами, являющимися гидратообразователем, выступают газы Ar, Kr, O2, N2, C3H8, i-C4H10. С другой стороны гидраты природных углеводородных газов образуют главным образом гидраты структуры II.
Таким образом, из смеси метана и пропана уже при содержании в общем компонентном составе газа малой части пропана образуются гидраты структуры КС-II, не смотря на то, что чистый метан способен образовать гидраты структуры КС-I. [истомин,квон]
В рамках работы необходимо рассматривать гидраты способные образовываться исключительно в многокомпонентных углеводородных смесях, так как на промысловых участках трубопроводного транспорта газа отсутствует очистка и подготовка газа до установки комплексной подготовки газа (УКПГ), когда такие участки могут иметь протяженности в несколько десятков километров. Таким образом, при рассмотрении гидратов образующихся в многокомпонентных углеводородных смесях могут образовываться гидраты обеих структур, например, при содержании пропана и изобутана в диапазоне 0,3-0,6%, а также газовые потоки, содержащие значительное количество неуглеводородных компонентов, способных образовывать гидраты структуры КС-I, в роли таких компонентов могут выступать сероводород и азот. Знание компонентного состава газа основывается на правильности определения равновесных условий гидратообразования. Рассмотрим некоторые из расчётных методов определения равновесных условий гидратообразования.