天然气水合物的形成与防治
天然气水合物生成预测及防治技术
２００７，正 第１卷・第６期 天然气技术 Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．１．Ｎｏ．６ Ｄｅｃ．２Ｏｏ７
文章编号：１６７３—９０３５（２００７）０６—００６７—０３
天然气水合物生成预测及防治技术
张刘樯 师凌冰 周迎
摘要介绍了天然气水合物的结构和危害，总结了预测天然气水合物生成条件的主要方法，包括经验图解
法、相平衡计算法、统计热力学计算法等，阐述了防止水合物形成和排除已生成水合物的常用技术，包括脱水、
脱轻烃、降压、提高流动温度、加化学添加剂等。
关键词天然气水合物生成条件预测防治技术
一、天然气水合物结构及其危害 二、天然气水合物生成预测
目前已确定的天然气水合物结构主要有３种，
即Ｉ、ＩＩ、Ｈ型，其结构特征见表１１”。
天然气水合物的主要危害：
（１）水合物在地层多孔介质中形成，会堵塞油
气井、降低油气藏的孔隙度和相对渗透率，改变油
气藏的油气分布和地层流体流向井筒的渗流规律，
使油气井产量降低。
（２）水合物在井筒中形成，可能造成井筒的堵
塞。
（３）水合物在管道中形成，会堵塞管道，从而
引起压力和流量计量错误、减少天然气输量、增大
管线压差甚至损害管件等 。
表１气体水合物晶体特性 近年来对天然气水合物的生成预测方法研究较
多，下面逐一介绍几种应用较为成熟的预测方法。
１．经验图解法
经验图解法是通过天然气的相对密度来大致估
算水合物形成的温度和压力。对于含Ｈ２Ｓ的天然气，
该法所得结果误差较大。
如果天然气的相对密度在２条曲线之间，则可
用内插法式（１）、式（２）近似计算水合物形成的温度
和压力【引。
Ｐ：Ｐｌ＋ （１ ） （１） ｙ２一ｙ
（２）
水合物 Ｉ型 Ⅱ型 Ｈ型
晶穴种类 小晶穴大晶穴 小晶穴大晶穴 小晶穴中晶穴大晶穴
晶穴结构 ５１２ ５‘２６ ５１２ ５１２６ ５‘ ４３５６６ ５ ２６
晶穴数目 ２ ６ ｌ６ ８ ３ ２ １
晶穴平均半径（１０－ ｏＩｎ） ３．９１ ４－３３ ３．９１ ４．７３ ３．９１ ４．０６ ５．７１
天然气水合物形成原因及影响因素分析
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天然气水合物形成原因及影响因素分析
作者：张庆杰
来源：《管理观察》2010年第17期
摘要:分析了实际产生水合物的试气资料及其形成原因,阐述了DQ油田徐家围子气田水合物形成的影响因素。天然气水合物是天然气在一定温度和压力下形成的一种冰状笼形化合物。在气井生产过程中,一旦压力、温度条件满足,天然气混合物中的某些气体组分便形成水合物,堵塞油管或输气管线。天然气水合物是天然气在高压、低温环境下形成的,形成温度高于冰点。
关键词:天然气水合物影响因素
一、水合物形成的原因及其影响因素分析
1.1形成原因
常压下,水的冰点为0℃,但在高压下,水的冰点就会高于0℃。天然气水合物是天然气在高压、低温(高于0℃)环境下形成的。在气井生产过程中,天然气从井底流向井口,沿程压力和温度逐渐降低,当压力降到某一数值时,温度降到水合物生成温度时,就形成了水合物。
1.2影响因素分析
天然气水合物是在一定压力、温度下形成的,但是天然气水化物形成的压力、温度具体的数值很难确定。因为影响水合物形成的因素是受天然气的组分不同、所处环境的不同、试气方式的不同等影响。统计了约30口多井的试气资料,约有三分之一的井出现了不同程度的冰堵现象。
(1)试气方式。统计发生冰堵现象的井大多都是采用系统试气方法、修正等时试气方法或一点法试气方法进行试采的井,采用定压方法进行试采的井基本上没有发生冰堵现象。这可能是由于定压试采一般定井口油压为8MPa或6.4MPa,这样低的压力下,形成水合物需要的温度也较低,而试采过程中,气体从井底流到井口的流温大于水合物形成的温度,因此,定压试采方法一般不会形成水合物。例如,达深4井,该井开始定产2.0×104m3生产,生产了约5天,油压降到22.72MPa,井口平均温度为15.70℃,井筒内产生水合物,造成距井口约100m附近的油管发生冰堵。关井处理后,采用定井口油压8MPa试采方式试采,产气量一直下降,最后降至2.4×104m3左右,但一直未发生冰堵现象,分析原因,定井口油压试采过程中,井口油压一直保持在8MPa,而8MPa下形成水合物的温度一定低于油压为22.72MPa下的温度。试采后期井口温度最低达18.82℃,所以定压试采过程中未发生冰堵现象。 龙源期刊网
输气管线中水合物的形成及预防
第２４卷第１期 ２００６年２月 天 然 气 与 石 油 Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ Ａｎｄ Ｏｉｌ Ｖｌｏ１．２４．Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２００６
输气管线中水合物的形成及预防
王海霞，陈保东，陈树军
（辽宁石油化工大学油气储运工程系，辽宁抚顺１１３００１）
摘要：天然气管道输送过程中因地貌、气象及各种管道条件而使少量天然气形成水合物，
导致堵塞管线，影响管线的安全运行。分析了输气管线中形成水合物的热力学和动力学条件，
其中在热力学条件中着重介绍了管道中含水量对形成水合物的影响，结合两方面条件简要介
绍了预防水合物的常用措施。
关键词：天然气；管道；水合物；形成条件；含水量；预防
文章编号：１００６—５５３９（２００６）０１—００２９—０４ 文献标识码：Ａ
水合物（Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ Ｈｙｄｒａｔｅｓ）又称水化物，是
天然气中某些组分与水分在一定的温度、压力条件
下形成的半稳态的固体化合物，外观类似于致密湿
雪，一般可在３５℃以下形成。水合物是一种笼形品
格包络物，水分子（主体分子）借氢键结合形成笼形
结晶，气体分子（客体分子）在范德华力作用下被包
围在晶格之中。水合物在天然气管道输送中因地
貌、气候及管道自身条件而生成，从而导致管线堵
塞，甚至会造成设备分离和仪表失灵。因而为保证
管线的安全运行，天然气管道输送过程中水合物的
形成及预防是很重要的。
１ 管道中天然气水合物生成的条件
一般水合物的生成条件有：ａ．天然气中含有足
够的水分，以形成空穴结构；ｂ．具有一定的温度与压
力；ｃ．气体处于脉动紊流等激烈扰动中，并有结晶中
心存在 ｌＩ。
对输气管道中水合物的形成条件，我们从两方 面即热力学方面和动力学方面进行分析。
１．１热力学条件
从热力学方面讲，天然气水合物的形成主要与
以下条件有关：ａ．先决条件是管道中含有形成水合
物的主、客体物质组成——水分，小分子烃类，Ｈ２０， ＣＯ２等；ｂ．输送过程的工况条件即温度压力条件符
长输管道天然气水合物形成与防治综述
长输管道天然气水合物形成与防治综述
河北华新燃气工程技术开发有限公司 中石油西部管道有限责任公司 Ｔｒａｎｓ啊Ｉ
苗春卉 张庆虎 邱姝娟
摘要：天然气水合物是天然气与水在一定的压力和温度下形成的结晶笼状固态化合物。长距离天然气输送 管道内输送压力一般较高，管道内易形成水合物。水合物可能导致管道、仪表和分离设备的堵塞，对长距 离的输送是有害的。概述了管道水合物形成机理和条件，以及目前水合物的物理和化学的防治方法。 关键词：长输管道 水合物 形成 防治
天然气水合物（Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ Ｈｙｄｒａｔｅｓ）也称水化 物或简称水合物，是在一定压力温度条件下，天然 气中某些气体组分与水形成的一种复杂的但又不 稳定的白色结晶固体，是一种类似于冰或雪的物 质。密度为０．８８～０．９０ ｇ／ｃｍ 。其中可形成水合物的 典型物质包括：ＣＨ４、Ｃ３Ｈ６、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ６、ＣＯ２和 Ｈ Ｓ等。一般用Ｍ．ｎＨ２Ｏ表示，Ｍ为水合物中的气 体分子， 为水分子数，如ＣＨ４・６Ｈ２Ｏ，ＣＨ４・７Ｈ２Ｏ， Ｃ２Ｈ６．７Ｈ２０等。也有多种气体混合的水合物。 大量研究结果表明，水合物是由氢键连接的水 分子结构形成笼形结构，气体分子则在范德华力作 用下，被包围在晶格中。至今，在自然界已经发现 了３种水合物晶格结构：结构Ｉ型、结构ＩＩ型、结 构Ｈ型，晶格中含有无数大小不等的孔穴。在稳定 的水合物中，一些孔穴被气态化合物占据，称之为 客体分子。只有分子尺寸和几何形状适宜的气体才 能进入孔穴。孔穴中可能仅含有一种气态化合物， 也可能含有不同化学种类的气体分子。在一稳定水 合物中无需所有孔穴均被填满，在Ｉ型结构的晶格 空穴中只能填充ｃＨ４、ｃ２Ｈ６小分子烃类以及Ｈ２ｓ 等非烃分子；ＩＩ型结构中还可以容纳Ｃ３Ｈ８、Ｃ４Ｈ８ 等较大的烃类气体分子；而Ｈ型结构除了能容纳上 述各种分子外，还能容纳一般的原油分子ｆ．Ｃ５。
１ 管道天然气水合物生成条件 气的组分等因素有关，一般要具备以下３个条件： （１）天然气中有液态水存在或含有过饱和状态的水 汽；（２）一定的低温和高压条件；（３）气体压力波动 或流向突变产生扰动或有晶体存在。定性地讲，系 统的压力越高，温度越低，越容易生成水合物。温 度低时，水便容易形成亚稳态的晶格框架；而压力 越高则越容易使气体分子进入晶格空腔中。值得注 意的是：天然气生成水合物有一个最高温度，即临 界温度，若超过这个温度，不论压力多大，也不会 生成气体水合物。表ｌ列出了各种天然气组分生成 水合物的临界温度。 表１ 天然气组分生成水合物的临界温度 ℃ 名称 ＣＨ４ Ｃ２Ｈ６ Ｃ３Ｈ６ ｉ－Ｃ４Ｈｌｏ ｎ－Ｃ４Ｈｌ０ ＣＯ２ Ｈ２Ｓ 温度 ２１．５ １４．５ ５．５ ２．５ １．０ ｌ０．０ ２９．０ 其中，形成水合物的关键是有自由水存在。当 天然气输入管道后，由于输气管道内温度高于水汽 露点温度，天然气未被饱和，没有自由水析出，也 就不会形成水合物。随着管道内压力、温度不断变 化，天然气温度可能逐渐降到天然气水露点温度， 形成饱和气体，开始有水析出，并且在一定压力、 温度下可能形成水合物。水合物一旦形成后，就会 减少管道的流通面积，产生节流，加速水合物的进 一步形成。水合物不仅可能导致管道堵塞，也可造 成分离设备和仪表的堵塞，因此天然气输送过程中 水合物的产生与预防是很重要的问题。随着西气东 天然气水合物的生成主要与压力、温度和天然 输工程的启动， ｌ曲部地区大量的大然气贫源旭短
采气期输气管线水合物形成原因影响及预防
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采气期输气管线水合物形成原因影响及预防
作者：张存
来源：《中国科技博览》2016年第03期
[摘 要]冬季自采气井中采出的气体中含有水份，当采出气体处于含水的饱和状态或有液态水存在，或压力波动大时便会在管线内壁粗糙处、阀门闸板及管线弯头处甚至井筒内形成水合物。
天然气的水合物是水和天然气的冰状结晶化合物，形成水合物的危害在于，堵塞冻结正常采气的管线或闸门，影响正常采气，严重的会使管线的横剖面全部堵塞，无法正常采气。因此必须采取必要的方法，防止水合物的形成。本文对气井冬季生产时水合物的成因进行了分析，结合生产实际中总结摸索出的经验，提出了预防水合物形成的方法。
[关键词]输气管线 水合物 成因影响及预防
中图分类号：TE832 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0070-02
1、引言
喇储气库的主要作用是调峰，即：夏季把过剩的油田伴生气经过处理后通过地面设备注入地下储存，冬季用气量大，气源不足时再将天然气从地下采出，弥补用气量的缺口。在采气期，由于采出的气体含有一定的水份和携带的固体小颗粒，生产过程中，由于温度、压力及成核条件同时存在，采出的天然气中水合物便在管线、阀门及弯头处甚至井筒内形成。水合物形成后，影响管线的输气能力，严重时会堵塞管线甚至造成停产。由此可见，在采气期预防水合物形成，是完成采气任务的保证。本文就水合物的成因、影响及预防，结合生产实际进行分析说明。
2、采气时期水合物的成因及条件
2.1 采气生产过程中水合物的生成条件
天然气水合物是水和天然气的冰状结晶化合物，典型的分子式是CH4（H2O）n，其中n的典型区间为6～9。天然气的水合物外观类似松散的冰或致密的雪，为白色结晶体。下图为喇储气库气井采气过程中实际生成的水合物照片。
高压气井天然气水合物生成预测及防治
Ｖａｌｕｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ・２１３・ 高压气井天然气水合物生成预测及防治 Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｇａｓ Ｗｅｌｌ Ｈｙｄｒａｔｅ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ 侯梅①Ｈｏｕ Ｍｅｉ；杨硕②Ｙａｎｇ Ｓｈｕｏ；陈克勤①Ｃｈｅｎ Ｋｅｑｉｎ （①中石油西南油气田分公司重庆气矿，重庆４０００２１；②重庆凯源石油天然气有限责任公司，重庆４０００２１） （（￣）Ｃｈｉｎａ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｏｉｌ ａｎｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ Ｆｉｅｌｄｓ Ｂｒａｎｃｈ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｒｅｆｉｎｅｒｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００２１，Ｃｈｉｎａ （￣）Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｋａｉｙｕａｎ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００２１，Ｃｈｉｎａ） 摘要：本文基于分子热力学理论建立了预测水合物生成条件的数学模型，为了能适用于含醇类抑制剂体系，建立了考虑抑制剂对水活度系 数的影响的含抑制剂天然气水合物生成条件预测模型，为高压气井天然气水合物的防治提供了依据。 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ ｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｂｕｉｌｄｓ ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｔｏ ｐｒｅｄｉｃｔ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｔｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｐｐｌｙ ｔＯ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｓ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ａｌｃｏｈｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ｆｏｒｅｃａｓｔ ｍｏｄｅｌ ｗｉｔｈ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｓ ｏｆ ｇａｓ ｈｙｄｒａｔｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｉｓ ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｇａｓ ｗｅｌｌ ｈｙｄｒａｔｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ． 关键词：高压；气井；天然气水合物；生成条件；防治 Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｇａｓ ｗｅｌｌ；ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ ｈｙｄｒａｔｅ；ｆｏｒｍ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ；ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ 中图分类号：ＴＥ８５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—４３１１（２０１０）２７—０２１３一Ｏ１ ０引言 高压气井天然气开采及集输过程中，天然气水合物堵塞现象频 繁发生。天然气水合物一旦形成，就会造成设备及管道堵塞，影响正 常生产，甚至造成停产等事故 】。因此，有必要开展高压气井天然气 水合物生成预测及防治研究。 １天然气水合物的形成及危害 天然气水合物的主要生成条件有１３１：①自由水的存在，天然气的 温度必须等于或低于天然气中水的露点；②天然气处于低温状态， 体系温度达到水合物的生成温度：③高压。除此之外，下列因素也会 对水合物生成产生影响，如天然气组分、组成、压力波动、气体扰动 以及Ｈ２ｓ和ＣＯ：等酸性气体的存在等。下面将对这些影响因素进行 敏感性分析。高压气井一旦有水合物生成。造成的危害主要表现为 油管堵塞、流程高压管线堵塞、井问输气管线堵塞三个方面。 ２水合物生成条件预测研究 预测气体水合物的分子热力学模型是以相平衡理论为基础的。 在天然气水合物体系中一般有三相共存，即水合物相、气相、富水相 或冰相。根据相平衡准则，平衡时多组分体系中的每个组分在各相 中的化学位相等。通常以水为参考对象，因此在平衡状态下，水在水 合物相（Ｈ相）中的化学位应等于水在富水相（Ｗ相）中的化学位相 等。根据分子热力学理论，生成天然气水合物的条件为： “： （１） 若以完全空的水合物相８（晶格空腔未被水分子占据的假定状 态）的化学位 Ｂ为基准，则有 Ｂ一 Ｈ＝ Ｂ一 （２） 由此可见，预测水合物形成条件的热力学模型是由描述固态水 合物相的热力学模型和描述与其共存的富水相热力学模型两部分 组成。 由范德华理论可知： △ Ｈ：＝ Ｂ—ｔｚ￣ＲＴＺｖｉｌｎ（１＋ ＣｊｉＩＪ） （３） 式中： 完全空的水合物晶格中水的化学位； Ｌ完全填充 的水合物晶格中水的化学位；ｖｒｉ型空腔的百分数；Ｃ 厂ｉ组分对ｉ 型空腔的Ｌａｎｇｍｉｕｒ常数；￡ 混合气体中 组分的逸度，Ｐａ。 △ 表示水在完全空的水合物结晶晶格（ｐ相）与水的化学位 偏差。△ 是温度、压力的函数，可由基本热力学关系式（４）导出。 ｄ（ ）＝ ｄＴ＋ ｄｐ （４） 对式（４）积分可得 Ａ／．￣ｗＲＴ＝ ＲＴ０一』Ｔ ｏ ＲＴ２ ｄＴ＋ Ｐ０盟ＲＴ ｄｐ Ｊ …Ｊ 考虑到气体溶解到水中对化学位的影响得： ＝ 一Ｊ Ｊ： ｄｐ ｘ （６） 式中：ｘ 富水相中水的摩尔分数。 ３水合物防治措施研究 目前现场普遍采用加热法和抑制剂法来防止水合物形成。 ①用抑制剂防止天然气水合物形成。有机水合物抑制剂，现在 广泛使用的有机天然气水合物抑制剂有甲醇和甘醇类化合物，无机 盐防冻剂防止水合物生成，现在使用较多的是氯化钙水溶液。 ②提高天然气流动温度，防止水合物的形成。提高节流阀前天 然气的温度，或者是敷设平行于集气管线的热水伴随管线，使气体 温度保持在天然气的水露点以上也可防止天然气水合物的形成。井 场加热天然气常用的设备有饱和蒸汽逆流式套管换热器或水套炉， 前者用于单井和集气站，后者用于单井。 目前井场通常选用加热法防止水合物生成，加热法防止水合物 生成的主要装置是蒸气锅炉（水套炉）或热管伴热。而从安全角度出 发，普遍选用的加热装置是蒸气锅炉（水套炉）保温防止冰堵。通过 锅炉向保温管汇供热，提高气流温度，可有效避免水合物形成，保证 测试工作的正常进行。 ③加热法防治水合物的形成。最常用的加热法为水套炉加热 法，为了有效达到加热保温的目的，必须准确计算某压差下的温度 降和加热量，根据计算所需加热量，选择足够功率的水套炉。避免因 加热量不足致使节流部位及下流管线内形成水化物堵塞流程，压力 迅速升高，使低压力级别的试气设备憋漏，甚至超压爆炸。 根据公式（７）可以很快计算出加热天然气所需要的热量，根据 需要的热量即可优选出合适的水套炉型号。 Ｗ＝［ＱｓｘＣｐｘｒｓＸ（ Ｔ１）］／８．６４ （７） 式中：ｗ一加热天然气所需的热量，ｋＷ；Ｔ 、Ｔ厂天然气加热前 后的温度，ｏＣ；Ｑ 管线输气量，１０４ｍＳ／ｄ；Ｃ 天然气定压比热，ｋＪ／ （ｋｇ・℃）； 天然气基准状态下的密度，ｋｇ／ｍ 。 ４结论 ①根据相平衡准则和分子热力学理论，建立了预测水合物生成 条件的数学模型，为了能适用于含醇类抑制剂体系，建立了考虑抑 制剂对水活度系数的影响的含抑制剂天然气水合物生成条件预测 模型。为高压气井天然气水合物的防治提供了依据。②在水合物生 成条件预测的基础上，分析比较的常用天然气水合物防治措施，对 合理预防措施的实施具有重要意义。 参考文献： （５） ［１】孙志高，等．天然气水合物研究进展册．天然气工业，２００１，２１（１）：９３—９６． ［２］余西崇，郭建春．井筒和集输管线中水合物生成条件的预测［ 西南石 作者简介：侯梅，女，四川南充人，工程师，工作于中石油西南油气田分公司 重庆气矿质量安全环保科，研究方向：安全管理。 油学院学报．２００２，２４（２）：６５—６７． 【３】邓柯，李颖川，李群生．天然气水合物生成的影响因素及敏感性分析 ［Ｊ］．钻井液与完井液，２００６，２３（６）：６４—６７．
天然气水合物
1
天然气水合物矿产
姓 名：张航飞
学 号：20081004218
指导老师：张成、庄新国
2
目 录
第一章 天然气水合物的基本性质
第二章 天然气水合物的成因类型及主控因素
第三章 天然气水合物成藏系统
第四章 天然气水合物的形成机理
第五章 天然气水合物的识别标志
附 录 参考文献
3
第一章 天然气水合物的基本性质
一、天然气水合物的基本性质
天然气水合物是一种由水分子和气体分子组成的似冰状笼形化合物, 其外形如冰晶状, 通常呈白色,它广泛分布于大陆边缘海底沉积物和永久冻土层中.它的分子式可以用M·nH2O 来表示, 式中M表示“客体”分子, n 表示水合系数.
在这种冰状的结晶体中, 甲烷( CH4) 、乙烷( C2H6) 、丙烷( C3H8) 、异丁烷、常态丁烷、氮( N2) 、二氧化碳( CO2) 和硫化氢( H2S) 等“客体”分子充填于水分子结晶骨架结构的孔穴中, 它们在低温高压( 0℃10 MPa) 条件下通过范德华力稳定地相互结合在一起. 由于天然气水合物中通常含有大量的甲烷或其他碳氢气体分子, 因此极易燃烧, 所以有人称之为“可燃冰”. 它在燃烧后几乎不产生任何残渣和废弃物, 是一种非常洁净的能源.
自然界的天然气水合物并非都是白色的, 它还有许多其他的颜色. 如从墨西哥湾海底获取的天然气水合物, 它们呈现绚丽的橙色、黄色, 甚至红色等多种很鲜艳的颜色; 而从大西洋海底Blake Ridge 取得的天然气水合物则呈灰色或蓝色. 赋存于天然气水合物中的一些其他物质( 如油类、细菌和矿物等) 都可能对这些色彩的产生起关键作用 .
天然气水合物按产出环境可以分为海底天然气水合物和极地天然气水合物;
按结构类型可分为4类( 表1, 图1) , 即I 型、Ⅱ型、H 型和一种新型的水合物( 它是由生物分子和水分子生成的) . I 型结构的水合物为立方晶体结构, 其笼状格架中只能容纳一些较小分子的碳氢化合物, 如甲烷( C1) 和乙烷( C2) , 以及一些非碳氢气体, 如N2、CO2 和H2S. I 型结构的水合物是由46 个水分子构成2 个小的十二面体“笼子”以容纳气体分子[ 11] , I 型水合物中的甲烷主要是生物成因气. Ⅱ型结构的水合物为菱形晶体结构, 其笼状格架较大, 不但可以容纳甲烷( C1) 和乙烷( C2) , 而且可以容纳较大的丙烷( C3) 和异丁烷( iC4)
浅谈天然气管道水合物的形成和抑制
科技信息 专题论述
浅谈天然号管厘水舍物硇形成和抑制
陕西省天然气股份有限公司 寇睫敏廖泽辉
［摘要］天然气长输管道一般输送压力较高，环境温度较低，因此管道内极易形成天然气水合物。水合物可能导致管道、仪表和分
离设备的堵塞，对长距离的输送是有害的。本文简述了天然气水合物的形成条件及预防、抑制措施。
［关键词］天然气 长输管道水合物 形成抑制
一、概述 目前，陕西省天然气股份有限公司主要有靖边至西安一线和二线、
咸阳至宝鸡、关中环线（泾阳至眉县段）、西安至渭南、宝鸡至汉中、西安
至商州等天然气长输管道，形成了纵贯陕西南北，延伸关中东西两翼，
覆盖全省所有市区的输气干线网络，截止２０１０年底，干线管道总长度 １８９９公里，站场数量３４座。随着汉中至安康输气管道的建成投产，以及
规划中靖边至西安三线、关中环线（泾阳一Ｉ临潼一长安一眉县段）、汉安
线（或咸宝线）与中贵线联络线、西安至安康、川东北至西乡等长输管
道，公司干线天然气管网将超过４０００公里。由于设计之初管线中杂质
清理不彻底，气源含水量较大等主要原因，导致天然气管道存在着一定
的水合物问题，俗称“冰堵”。天然气水合物（Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ Ｈｙｄｒａｔｅ），又称笼
型包合物，是在一定条件温度、压力和地质条件下由水和天然气组成的
类冰的、非化学计量的笼形结晶化合物。它可用Ｍ・ｎＨ２０来表示，Ｍ代
表水合物中的气体分子，ｎ为水合指数。
图１ 二、天然气水合物的形成条件
１、有足够的水分，以形成空穴结构
天然气管道中的水分主要来源有两个方面，一是在管线投产时对
管内的水分清理不彻底，在管线低洼处聚集，导致管道中留存一定量游
离水，二是由于气源气体没有完全干燥，使得气体中水蒸气的含量较
高，在管线运输途中由于压力和温度的变化，导致水蒸气形成游离水，
留存在管线中。以上的游离水都是水合物形成的“罪魁祸首”。
２、要有水合物形成的压力和温度
长输天然气管道，输送压力较高。高压气体在通过过滤器和减压阀
腰深1井天然气水合物形成原因及处理工艺
６０ ２００７年７月 试 采 技 术 ＷＥＬＬ ＴＥＳＴＩＮＧ ＡＮＤ ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｖｏ１．２８增刊
腰深１井天然气水合物形成原因及处理工艺
钱卫明 金雨生
（中石化华东分公司采油厂） 摘要 根据松辽盆地南部长岭断陷腰英台深层构造腰深１井井筒及输气管线发生水合 物堵塞现象，分析认为：天然气水合物为结晶型固体，是在一定温度和压力条件下，天然气烃 分子与其中的游离水结合而形成。计算出了腰深１井水合物形成的温度一压力关系，通过向 该井添加甲醇，恢复了正常生产，日产气量（６～１２）Ｘ１０４ Ｉｎ，。文中最后指出了防堵的关键是注入 甲醇抑制剂和连续平稳生产。 关键词 天然气 水合物 堵塞 甲醇 解堵 防治
腰深１井是松辽盆地南部长岭断陷腰英台深层 构造第一口探井，２００６年７月７日至８月１１日经 华东石油局井下作业公司测试求产，试获日产气 ｆ５．７２７２～１７．６９３２）ｘ１０４ｍ ，无阻流量２９．６６ｘ１０４ＩＴＩ ，单 井控制储量１０．５ｘ１０ ｍ ，为高产天然气井，突破了 该区块的工业气流。 ２００６年１１月１１日起该井开始试采气，生产方 式为间隙向高压气罐车充气。１１月２６日前，生产较 为正常，但其后井筒和地面高压管线几乎天天堵 塞，导致气井无法正常生产，监测无法进行。经分 析，堵塞物为水化物，通过对油管内加甲醇的方法， 虽能断断续续的恢复生产，但在生产数小时后，又 发生水化物堵塞现象，无法继续生产。 １水合物形成堵塞原因分析
天然气水合物为白色结晶固体，是在一定温 度、压力条件下，天然气中的烃分子与其中的游离 水结合而形成的，其中水分子靠氢键形成一种带有 大、小孔穴的结晶晶格体，这些孔穴被小的气体分 子所充填。形成水合物的首要条件是天然气中含 水，且是处于过饱和状态，甚至有液态游离水存在； 其次是有一定条件的压力和低于水合物形成的温 度。在上述两种条件下的生产运行过程中，如遇 力波动、温度下降、截流或气流流向突变，很快就可 能形成水合物堵塞。 波诺马列夫研究成果表明，不同的气体相对密 度下天然气水合物生成条件有如下规律： 当Ｔ＞２７３．１Ｋ时 ｌｇｐ＝－Ｉ．００５５＋０、０５４１（Ｂ＋Ｔ－２７３．１） （１） 当７１≤２７３、１Ｋ时 ｌｇｐ＝１．００５５＋０、０１７１（Ｂ，－Ｔ＋２７３．１） （２） 式中ｐ——压力，ＭＰａ； Ｔ——水合物平衡温度，Ｋ； Ｂ，Ｂ，——与天然气密度有关的系数。 通过此方法，可得出腰深１井水合物形成的Ｐ、 Ｔ临界关系曲线（图１）。现在回过头来看，腰深１井 是否满足天然气水合物的形成条件。
简述天然气水合物的形成条件
简述天然气水合物的形成条件
天然气水合物是一种在海洋和极地等低温高压环境中形成的天然气固体化合物，它是由天然气分子和水分子组成的晶体结构。天然气水合物具有高储量、广分布、清洁环保等特点，被认为是未来能源发展的重要方向之一。本文将从形成条件、地质环境、化学反应等方面对天然气水合物进行详细介绍。
一、形成条件
1.低温高压条件
天然气水合物的形成需要特殊的地质环境，其中最主要的就是低温高压条件。在大多数情况下，天然气水合物的形成需要温度在0℃以下，压力在10MPa以上。这样的低温高压条件通常只存在于深海和极地等特殊环境中。
2.适宜的沉积环境
除了低温高压条件外，适宜的沉积环境也是天然气水合物形成的必要条件。通常情况下，这种沉积环境需要满足以下几个方面：
（1）富含有机质：富含有机质的海底沉积物可以提供充足的碳源，为天然气水合物的形成提供必要的条件。
（2）适宜的温度和压力：适宜的温度和压力可以促进天然气水合物晶体结构的形成，同时也有利于天然气分子与水分子之间的相互作用。
（3）适宜的盐度和pH值：适宜的盐度和pH值可以影响天然气水合物晶体结构的稳定性，从而对其形成产生影响。
二、地质环境
1.深海环境
深海环境是天然气水合物最主要的地质环境之一。在深海中，温度低、压力高，同时还存在大量富含有机质的沉积物。这些特殊环境为天然气水合物形成提供了必要条件。此外，在深海中还存在许多地质构造，如冷泉、火山口等，这些构造也是天然气水合物形成和富集的重要场所。
2.极地环境
极地环境也是天然气水合物形成和富集的重要场所之一。在北极和南极等区域，温度极低，压力极高，同时还存在大量富含有机质的沉积物。这些特殊环境为天然气水合物形成提供了必要条件。
三、化学反应
1.天然气分子与水分子之间的相互作用
天然气水合物的形成是由于天然气分子与水分子之间的相互作用。在低温高压条件下，天然气分子会与水分子形成一种稳定的晶体结构，从而形成天然气水合物。