Файл: 2 РасчётноТехническая часть 1 Общая характеристика газогидратов.doc

2 Расчётно-Техническая часть

2.1 Общая характеристика газогидратов

Гидраты газов представляют собой твердые соединения (клатраты), в которых молекулы газа при определенных давлениях и температурах заполняют структурные пустоты кристаллической решетки, образованной молекулами воды с помощью прочной водородной связи.

Гидраты можно отнести к химическим соединениям, так как они имеют строго определенный состав, но это — соединения молекулярного типа, возникающие за счет вандерваальсовых сил. Химическая связь у гидратов отсутствует, поскольку при их обра­зовании не происходит спаривания валентных электронов и про­странственного перераспределения электронной плотности в молекуле.

Гидраты природных газов — продукты физико-химического сое­динения воды с углеводородами. По внешнему виду — это белая кристаллическая масса, похожая на лед или снег.

По современным представлениям молекулы гидратообразователей в полостях между узлами ассоциированных молекул воды гидратной решетки удерживаются Ван-ер-Ваальсовьмй силами при­тяжения. Гидраты характеризуются структурами I и II (рис. 2), полости которых частично или полностью заполняются молеку­лами гидратообразователей, В структуре I 46 молекул воды образуют две малые полости с внутренним диаметром 0,52 нм и шесть больших полостей с внутренним диаметром 0,59 нм, в структуре II 136 молекул воды образуют восемь больших полостей с внутрен­ним диаметром 0,69 нм и шестнадцать малых полостей с внутрен­ним диаметром 0,48 нм.

Состав гидратов структуры I при размерах молекул менее 0,52 нм выражается формулой 8М-46Н₂О или М-5,75Н₂О, где М — число молекул гидратообразователя. Если размер молекул превышает 0,52 нм, то заполняются только большие полости гид­рата, и формула будет иметь вид: 6M·46Н₂O , или М·17,67Н₂О.



Рис. 2 Разновидности структур образования гидратов:

а – структура I; б – структура II

При заполнении восьми полостей гидратной решетки состав гидратов структуры II выражается формулой:

8M·136H₂O, или М·17Н₂О

Формулы гидратов отдельных компонентов природных газов:

СН₄-6Н₂О; C₂H_6*8H₂O;

С₃Н₈ ·17Н₂О; i-C₄Н₁₀ · 17H₂О;

Н₂S·6Н₂О;

СО₂·6Н₂О.

---

Эти формулы соответствуют идеальным условиям га­зов, т. е. таким условиям, при которых все большие и малые по­лости гидратной решетки заполняются на 100 %.

2.2 Условия образования гидратов

Наглядное представление об условиях образования гидратов дает фазовая диаграмма гетерогенного равновесия, построенная для систем М—H₂O. В точке С одновременно сущест­вуют четыре фазы (I, II, III, IV): газообразный гидратообразователь, жидкий раствор гидратообразователя в воде, раствор воды в гидратообразователе и гидрат.


Рис. 3 Кривые для определения Р и Т начала образования гидратов при­родных газов разной относительной плотности графическим методом
Точка пересечения кривых 1 и 2 соответствует инвариантной системе. Следовательно, чтобы не исчезла одна из фаз, в этой точке нельзя изменять температуру, давление или состав системы. Очевидно, при всех температурах выше соответствующего значения в точке С гидрат не может су­ществовать, как бы ни было велико давление. Критическая темпе­ратура образования гидратов на диаграмме р—Т определяется точкой С.

Инвариантная система, в которой существуют газообразный гидратообразователь, вода, гидрат и лед, характеризуется точкой пересечения кривых 2 и 3 (точкой В).


Рис..4 Фазовая диаграм­ма системы М—Н₂О обла­сти существования систем:

1 — вода—газ; 2 — вода - жидкий гидратообразователь; 3 — гидрат—жидкий гидратообразователь; IV д— гидрат— : газ; V — лед—газ.

Кривые — гидратообразова­теля. насыщенного парами воды; 4 направления льда; равновесные кривые гидратообравования в системе: 2 — газ—вода; 3 — газ—лед: 5 —жидкий гидратообразователь — вода

Из диаграммы следует, что в системе М-Н₂О возможны случаи образования гидратов, соответствующие процессам:

M_г+ m (H₂O)_ж↔Mm (H₂O)_TB;

M_г+ m (H₂O)_ТВ↔Mm (H₂O)_TB;

M_ж+ m (H₂O)_ж↔Mm (H₂O)_TB;

M_ТВ+ m (H₂O) _ТВ↔Mm (H₂O)_TB.

Здесь М_г, М_ж, М_тв – число молекул гидратообразователя, соответственного газообразного, жидкого и твердого; (Н₂О)_ж, (Н₂О)_тв - число молекул воды соответственно жидкой и твердой (лед) фаз; m –число молекул воды в составе гидрата.

На практике для определения условий начала образования гидратов используют: графический метод, расчетный – по константам равновесия, графоаналитический – по уравнению Баррера - Стюарта и экспериментальный.

---

Условия образования гидратов природных газов по константам равновесия определяют по формуле:

Х = У/К,

Где х, у – молярная доля компонента соответственно в составе гидрата и газовой фазы; К – константа распределения (равновесия).

Равновесные параметры гидратообразования по константам распределения при данных темпе­ратуре и давлении рассчитывают следующим образом. Сначала на­ходят константы распределения для каждого компонента, а затем молярные доли компонента делят на найденную константу распре­деления его и полученные значе­ния складывают. Если сумма равна единице, система термодинамически равновесная, если более единицы — существуют условия для образования гидратов, при сумме менее единицы гидраты не могут образовываться.



Рис.5 Кривые образования гидратов индивидуальных углеводородов.

1 — метан; 2 — этан; 3 — пропан; 4 — изобутан; 5 — ацетилен; 6 — этилен; 7 — кри­вая гидратов; 8 — кривая упругости паров

2.3 Схема работы и оборудование скважин на месторождении
Она одинакова для всех промысловых скважин (кроме скважин-сателлитов) и включает в себя:

- фонтанную арматуру;

- устьевой подогреватель;

- факел и амбар для сжигания газа;

- систему КИПиА;

- систему подачи раствора ингибитора коррозии;

- систему подачи очищенного газа;

- трубопроводы обвязки.

Для обвязки устьев скважин применяется импортная фонтанная арматура рассчитанная на давление 70 Мпа (700 кгс/см ). Центральная и боковая задвижки пневмоприводные, связаны с автоматикой безопасности. Линия глушения оборудована обратными клапанами, линии сброса на факел (амбар) - угловыми штуцерами.

Для задавки скважины предусмотрено фланцевое соединение ( с заглушкой ) для подключения агрегата, вынесенное за ограждение площадки скважины. Рядом с фонтанной арматурой расположена распределительная гребенка подачи раствора ингибитора в трубное и затрубное пространство скважины.

Для сжигания сбросных газов обвязка предусматривает наличие факела и амбара. Факел и амбар размещаются на расстоянии 100 метров от устья скважины. Факел, постоянно действующий с двумя дежурными горелками, предназначен для сжигания пластового газа при сбрасывании предохранительного клапана. Факел также может использован для кратковременных продувок скважин. На амбаре скважин используется горизонтальное факельное устройство, с помощью которого осуществляется полное сжигание продукции при продувках скважин.

---

Для безгидратного транспорта газа служит подогреватель пластового газа. Подогреватель представляет собой блочную конструкцию и оборудован газовой горелкой, дымовой трубой, редуцирующим штуцером, предохранительными клапанами, системой автоматики, обеспечивающей контроль и безопасную эксплуатацию подогревателя, системой остановки подогревателя и др. Подогрев двухфазного потока осуществляется посредством передачи тепла сгоревшего газа через 60% раствор диэтиленгликоля.

В обвязку скважин входит блок осушки газа для КИПиА.

На площадке скважин в начале шлейфа устанавливаются краны « ИТАГ», предназначенные для запуска поршней и одновременно являются запорными органами.

Каждая из скважин двух очередей включает в себя:

- фонтанную арматуру на расчетное давление 70 Мпа (700 кгс/см² );

- устьевой подогреватель продукции;

- факел с амбаром для сжигания газа;

- емкости с раствором ингибитора коррозии и насоса ингибитора коррозии на скважинах-сателитах ( для скважин II очереди );

• 
  дренажная емкость (для скважин I очереди
  

2.3.1 Конструкция эксплуатационной скважины АГКМ
Типовая конструкция эксплуатационной скважины включает в себя:

- шахтное направление Д-720 мм.-10 м;

- удлиненное направление Д-630 мм.-50 м;

- кондуктор Д-426 мм.-400 м;

- I-я техническая колонна Д-324 мм.-2000 м;

- II-я техническая колонна Д-245 мм.-3900 м;

- эксплуатационная колонна Д-177,8-4100 м;

- цемент до устья;

- насосно-компрессорные трубы (НКТ) Д=114 мм. И 89 мм до 4000 м.

Колонна НКТ оснащена подземным оборудованием, включающим в себя: пакер, циркуляционный клапан (ЦК), ингибиторный клапан (ИК), компенсатор-удлиннитель, гидравлический клапан-отсекатель фирм «КАМКО» и «БЕЙКЕР».

Пакер устанавливается выше интервала перфорации эксплуатационной колонны и служит для разобщения затрубного пространства от продуктивного пласта с целью защиты эксплуатационной колонны от коррозионного воздействия пластовой смеси. Затрубное пространство заполняется раствором ингибитора коррозии, который через ингибиторный клапан впрыскивается в поток газожидкостной смеси. Циркуляционный клапан служит для сообщения между трубным и затрубным пространством, а компенсатор-удлиннитель позволяет снизить нагрузку на подвеску НКТ при изменении длины колонны.

Эксплуатационная колонна, НКТ, подземное оборудование изготовлены из сталей стойких к общей и сероводородной коррозии.

---

2.4 Оборудование для борьбы с гидратами на АГКМ

2.4.1 Промысловая паровая передвижная установка

ППУА–1600/100

Промысловая паровая передвижная установка ППУА – 1600/100 предназначена для депарафинизации скважин, наземных трубопроводов, емкостей, арматуры и другого нефтегазопромыслового оборудования, в условиях умеренного и холодного макроклиматических районов.

1. Основные параметры и размеры

2. Шифр ППУА – 1600/100 – 1 ППУА 1600/100 – 2

3. Код окп 36. 6671 0008. 02 36. 6671 0009. 01

4. Монтажная база КРаЗ – 250 КРаЗ – 260

5. Нагреваемая среда вода

6. Производительность по пару 1600±10% к/ч

7. Температура пара, ⁰С, не более 310

8. Давление пара, МПа, не более 9,81

9. Теплопроизводительность. кДж/ч (ккал/ч) 3929200 (940000)

10. Вместимость топливного бака, м³, не менее 0,5

11. Расход топлива паровым котлом, л/ч, не более 110

12. Используемое топливо для установки дизельное

ГОСТ 305-82

13. Давление топлива, МПа, не более 1,5

14. Время необходимое для получения пара с момента пуска установки, мин,

не более 20

15. Вместимость цистерны для воды, м³, не менее 5,2

Промысловая паровая передвижная установка ППУА – 1600/100 (приложение) монтируется на шасси автомобиля КрАЗ- 250, или КрАЗ-260.

Оборудование установки размещено на монтажной раме и закрыто металлическим кузовом, предохраняющем оборудование от атмосферных осадков и пыли. Рама и кузов имеют теплоизоляцию.

Управление работой установки – дистанционное, из кабины водителя, в которой расположены щит приборов, штурвалы регулирующего парового вентиля и вентиля для регулировки количества топлива, подаваемого в топку парового котла, управление заслонкой вентилятора.

Привод оборудования установки осуществляется от тягового двигателя автомобиля через трансмиссию.

В передней части монтажной рамы расположены паровой котел, вентилятор высокого давления, насосы для закачки питательной воды и топлива в котел. В задней части – емкости для питательной воды и топлива.

Установка оборудована автоматикой безопасности, предохраняющей змеевик котла от пережога при повышении температуры пара свыше 310⁰С, снижения уровня воды в цистерне ниже допустимого и понижения давления пара ниже 20 кгс/см².

Установка представляет собой автономную передвижную котельную, предназначенную для выработки пара в полевых условиях.

---