CC BY
1
ГИДРАТООБРАЗОВАНИЕ В ПЗП ГАЗОВЫХ СКВАЖИН П.В. Паркулаб, магистрант
Тюменский индустриальный университет - ТИУ (Россия, г. Тюмень)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-12-2-96-99
Аннотация. В настоящее время на месторождениях нефти и газа, в частности на газокон-денсатных месторождениях, распространено осложнение в виде гидратообразования, которое является негативным фактором при эксплуатации месторождений. В статье рассматривается способ расчета кривой равновесных условий образования гидратов.
Ключевые слова: гидраты; гидратообразование; газовая скважина; равновесная кривая гид-ратообразования.
Образование гидратов можно предотвратить или ликвидировать уже образовавшийся газогидрат. С точки зрения соблюдения заданного технологического режима и с экономической стороны добычи газоконденсата выгоднее бороться с еще не образовавшимся гидратом.
Гидраты представляют собой твердые кристаллические соединения, которые образуются при определенных термобарических условиях (температуры и давления), которые термодинамически соответствуют этому газу, они образованы водой (водного раствора, льда, водяных поров) и низкомолекулярными газами, подразделяются они так же на техногенные (искусственные) и природные (естественные) [1].
В случае образования газовых гидратов, центральная молекула представляет собой газ с низкой молекулярной массой. В присутствии центральной молекулы газа, при правильных условиях температуры и давления, кристаллическая решётка на основе молекул воды образует определённую геометрическую структуру. Эта структура стабилизируется дополнительными силами Ван-дер-Ваальса, действующими между молекулой газа и окружающими молекулами воды [2].
На процесс образования гидратов, его ускорение, так же влияет среда с благоприятными условиями, которая может стать центром кристаллизации. Различные дефекты, окалины и шлам могут стать маркером для начала образования гидратов [3].
Принцип борьбы с гидратами зависит на какой стадии находится их образование. От-
сюда появляются два направления по борьбе с ними:
а) предупреждение образования гидратов;
б) ликвидация образовавшихся гидратов.
Выделим основные методы и способы
борьбы с гидратообразованием:
а) химические методы: ингибиторы гидра-тообразования (термодинамические, кинетические), ингибиторы гидратоотложения;
б) технологические: поддержание безгид-ратных режимов;
в) физические (безингибиторные): тепловые, физические поля (акустические, СВЧ), механические [4].
Расчетная часть
Целью расчетной части станет - определение условия гидратообразования на газокон-денсатном месторождении путем построения по эмпирическим зависимостям (приведенных В.А. Истоминым и В.Г. Квоном) кривой равновесных условий гидратообразования, и оценка влияния ингибитора (метанола) на условия гидратообразования. Исходные данные рпл = 19,2 МПа, Тпл = 297,5 °К. Радиус контура питания - 250 м; вязкость -0,000010236 Па*с; дебит - 400 тыс. м3/сут.
При пренебрежении растворимости газа в жидкой фазе и допущении идеальности газовой фазы для гидратов кубической структуры II была получена приближенная аналитическая формула для равновесного давления рсм при образовании газовых гидратов и много-компонетной газовой смеси (в изотермических условиях) [5].
1 +
У1 ]Р с
1
Р с
у IL ЪР" j
(1)
2
где У1 - молярное содержание 1-го компонента в газовой фазе;
а1 - параметры, зависящие от температуры; р] - параметры, имеющие смысл равновесного давления гидратообразования индивидуального компонента, МПа.
В.А. Истоминым [11] для определения условий гидратообразования при температуре Т > 273.15 К предложен набор эталонных кривых гидратообразования, записанных в форме:
А
In pz = — — + В
(2)
где A, B - коэффициенты, зависящие от состава газа;
z - коэффициент сверхсжимаемости газовой смеси.
Методом термодинамического подобия определяется равновесное давление гидрато-образования рсм при температуре
T > 273.15 ^ используя условия гидратообразования для эталонной газовой смеси. Предполагается, что если исследуемая и эталонная газовые смеси близки по составу (по гидрато-образующим компонентам), то их равновесные кривые гидратообразования практически эквивалентны [5]. Тогда:
Рсм^см Рз^э
Рсм^см
(3)
Где значения с верхним индексом «0» соответствуют температуре ^ = 273.15 ^ а нижние индексы «см» и «э» соответствуют исследуемой и эталонной газовой смеси. Наиболее подходящей является эталонная кривая гидратообразования с близкими значе-
ниями коэффициента сжимаемости и близко суммой молярных долей в газе наиболее гид-ратообразующих компонентов - пропана, изобутана и сероводорода. Выразим из полученного уравнения pсм:
_ о ^см Рз^з Рсм = Рсм • ~ "по
^см Рз %з
В результате расчетов была получена кривая равновесных условий гидратообразования, представленная на рисунке 1.
273,15 283Д 5 293Д5 303,15 313,15 323,15
Температура, К
Рис. 1. Кривая равновесных условий гидратообразования для ГКМ месторождении
Для газоконденсатной системы, образующей газовые гидраты структуры КС-П, в которую закачивается водометанольный раствор
где
X - концентрация метанола в водном растворе, мас. %;
используется термодинамическая зависимость, показывающая насколько изменяются равновесные параметры гидратообразования:
100-Х
100 - 0.4738 *х\ (7)
A - эмпирический подгоночный коэффициент (слегка зависящий от давления и состава газа).
ДГ = -A ln
А = 81- 0.33 *Х + 0.01 *Х*(р- 7.5)
(8)
Полученное значение ДТ вычитаем из тем- получаем графики для разных концентраций пературы, использованной для составления метанола вида: равновесной кривой гидратообразования, и
293Д 5 303,15 313,15
Температура, К
Рис. 2. Кривая равновесных условий гидратообразования для ГКМ месторождения в присутствии водометанольного раствора различной концентрации (оранжевая I - 0%; красная II - 10%)
Область, лежащая выше пограничной поверхности, соответствует значениям давления, температуры и концентрации, при которых гидраты не будут образовываться. По построенным графикам видно, что при концентрации метанола в 10% мас. процесс гидрато-образования на рассматриваемом месторождении происходить не будет.
Образование гидратов - сложный процесс, достоверный прогноз которого, а следовательно, и обеспечение безопасности добычи газа, возможно только при комплексном рассмотрении таких факторов как состав газа, пластовая температура и давление.
Можно сделать вывод о том, что основным методом предупреждения гидратообразования и гидратоотложения является химический метод, а именно использование ингибиторов. Традиционным вариантом для месторождений Крайнего Севера станет использование метанола, ввиду его небольшой стоимости, простоты применения и эффективности. Он позволяет сместить кривую равновесных условий гидратообразования в сторону более низких температур, что позволит продлить дальнейшую эксплуатацию скважин.
Библиографический список
1. Гудков С. Инструкция по предупреждению и борьбе с гидратообразованием в скважинах и промысловых коммуникациях на месторождениях Крайнего Севера. - Москва: ВНИИГАЗ, 1971. - 87 с.
2. Jiafang Xu.A molecular dynamic study on the dissociation mechanism of SI methane hydrate in inorganic salt aqueous solutions / Jiafang Xu, Zhe Chen, Jinxiang Liu, Zening Sun, Xiaopu Wang, Litao Chen, Jun Zhang // Journal of Molecular Graphics and Modelling. - 2017.
3. John J. Carroll. Natural Gas Hydrates. - Elsevier Science & Technology Books, 2002. - 270 р.
4. Дегтярев Б.В. Борьба с гидратами при эксплуатации газовых скважин в северных районах: учеб. пособие / Б.В. Дегтярев, Э.Б. Бухгалтер. - Москва: НЕДРА, 1976. - 198 с.
5. Истомин В.А. Предупреждение и ликвидация газовых гидратов в системах добычи газа: учеб. пособие / В.А. Истомин, В.Г. Квон. - Москва: ООО «ИРЦ Газпром», 2004. - 506 с.
HYDRATE FORMATION IN THE BOTTOMHOLE ZONE OF GAS WELLS
P.V. Parkulab, Graduate Student Industrial University of Tyumen - IUT (Russia, Tyumen)
Abstract. Currently, a complication in the form of hydrate formation is common in oil and gas fields, in particular in gas condensate fields, which is a negative factor in the operation of fields. The article considers a method for calculating the curve of equilibrium conditions for the formation of hydrates. Keywords: hydrates; hydrate formation; gas well; equilibrium curve of hydrate formation.
