2016-07
综述与专论
e
当代化工研
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气田开发生产中天然气水合物生成的分析与控制
O泰斌
中海石油（中国）有限公司天津分公司天津300452
摘要：在气旧开发生产中，由于温度和压力等图素的变化，常有天然气水合物生成，其局部累积将减少天然气管道截面积，降低输气量，严重时可造成设备和管道的冻堵。通过分析天然气水合物的结构，结合天气水合物生成条件，对天然气水合物的生成进行了动态预
测，并对天然气水合物的预防与生成后的处理适行了评期用述，这对速一少开展天点气水合物研究具有一定的借茎基作用，关键词：天然气水合物；生成条件；动态预测；预防；处理
中图分类号：T
文献标识码：A
AnalysisandControlofNaturalGasHydrateGeneratinginGasFieldExploitation
QinBin
(Tianjin Branch Office of Cnooc (China) co., LTD. Tianjin, 300452)
Abstract:In the exploitation and productior of gasfield, due to the changes offactors Such as temperature and pressure, the phenomenon of fen appear that thegenerating of naral gas hydrate, which local accarmarlation will redhice the sectional area of gas pipeline,redarce the gas fransmiting rolume, and in serious condition it can cause the freeze of egaripment and piping. By anahyzing the strucfare of nafturaf gas /ydrate combined with zhe formation conditions of nafural gas hydrate lo carry on dynamic prediction and take defailed exposition on the prevention of natarral gas hydnate and rhe processing afier the generating, which has certarin reference for the firzher research on nataral gas hydrate
Key words: natural gas hydrate; generating condition; dywamic prediction; precaution; processing
一、天然气水合物的结构
天然气水合物是在一定温度和压力下，天然气中的某些小分子气体与水形成的白色笼形晶体化合物，外表象压实的雪或松散的冰。在天然气水合物中，作为主体的水分子通过氢键网络形成不同形式的笼子，作为客体的气体分子则被包络在笼中，一个笼子只容纳一个气体分子，主体分子和客体分子之间通过范德华力相互吸引，形成稳定的结构。天然气水合物具体晶体结构主要取决于气体混合物的组成，气体混合物中最大的分子通常决定所形成水合物的晶体结构类型。已确定的天然气水合物晶体结构有三种，分别称为1型、型和H型。1型结构为立方晶体结构，其在自然界分布最为广泛，该型结构水合物主要由甲烷、乙烷小分子烃以及二氧化碳、硫化氢等非烃分子形成：Ⅱ型结构为菱形晶体结构，该型结构水合物主要由丙烷及异丁烷（iC.H。氢烃分子和比较小的氮气等非氢烃分子形成；H型结构为六方晶体结构，只有当硫化氢、甲烷等小分子气体与超过异丁烷的大分子氢烃组分共存时才能形成H结构的水合物。天然气水合物晶体结构见图1。
H型结构水合物
I型结构水合物
Ⅱ型结构水合物
图1天然气水合物品体结构图
在天然气水合物中，与气体分子结合的水分子的结构不是恒定的，这与气体分子的太小、结构等因素有关。天然气各组分的水合物分子式为CH,·6H,O、C,H。·8H,O、C,H·17H,O、iC,H。17H,O、CO,·6H,O、H,S·6H,O等,
万方数据
戊烷和己烷以上的烃类一般不形成水合物。
天然气水合物生成的条件
天然气水合物生成需要三个条件。主要条件是：含有足够的液态水或过饱和状态的水汽，以形成空穴结构，这是天然气水合物生成的内因，是决定因素；足够低的温度和足够高的压力，在一定压力和组成下，天然气温度低于水合物生成的相平衡温度，水便容易形成亚稳态的晶格框架；压力越高则越容易使气体分子在范德华力的作用下进入晶格结构的笼子中，系统压力高于水合物生成的相平衡压力，使水合物生成温度升高。辅助条件是：气体压力的脉动、气体流动方向突变产生扰动、节流效应造成局部低温、酸性气体二氧化碳和硫化氢的存在、微小水合物晶核的诱导、气体组分等。
水合物的临界温度是水合物可能存在的最高温度，高于临界温度，不管压力多大，也不会生成水合物，见表1。
组分临界温度/℃
CH。 21.5
C,H 14.5
c,H, 5.5
ic,Ha 2.5
nc,Ho 1.0
表1气体水合物的临界形成温度
三、天然气水合物生成的预测
【天然气水合物统计热力学模型】
co,Hs
10.0
29.0
水合物作为一种具有特定结构的相态，既遵循相平衡热力学的基本规律，又要求有特殊处理方法，对有水合物生成的相平衡体系，根据相平衡准则，水在水合物相（H相）与水在富水相（W相）中的化学位应相等，即
μH=μW
若以水在β相（空孔穴状态）的化学位μβ为基准，则可写出：
μβ μH=μβ μW