ОСВІТА ГІДРАТІВ І МЕТОДИ БОРОТЬБИ З НИМИ, Видобуток нафти та газу

нафту, газ, видобуток нафти, буріння, переробка нафти

ОСВІТА ГІДРАТІВ І МЕТОДИ БОРОТЬБИ З НИМИ

ОСВІТА ГІДРАТІВІ МЕТОДИ БОРОТЬБИ З НИМИ

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКАГІДРАТІВ

КУТОВОДОРОДНИХ ГАЗІВ І УМОВИ

Нафтові гази здатні за певних термодинамічних умов вступати у взаємодію з водою і утворювати тверді сполуки, що отримали назвугідратів.

Гідратами вуглеводневих газів називаються

кристалічні речовини, утворені асоційованими молекулами вуглеводнів та води; вони мають різну кристалічну структуру.

Виникнення гідрату обумовлено певним тиском і температурою при насиченні газу парами води.Гідрати розпадаються після того, як пружність парів води буде нижчою за парціальну пружність парів досліджуваного гідрату.

Вуглеводневі та деякі інші гази, що контактують з водою в певних умовах тиску та температури, також можуть утворювати кристалогідрати. Кристаллогідрати природних газів зовні схожі на мокрий спресований сніг, що переходить у кригу. Нагромаджуючись у газопроводах та іншому обладнанні, можуть викликати часткову чи повну їх закупорку і цим порушити нормальний режим роботи.

З одного боку, дослідники відносять гідрати до хімічних сполук з огляду на те, що вони мають строго певний хімічний склад і описуються певною хімічною формулою. З іншого боку, утримання молекул у

з'єднанні, що називається гідратом, відбувається за рахунок внутрішніх, так званих ван-дер-ваальсових сил - сил міжмолекулярного тяжіння, а не шляхом спарювання валентних електронів.

Найбільш повні дані про структуру, склад тавластивості кристалогідратів природних газів були отримані в результаті рентгенографічних досліджень Штакельберга, Мюллера і Джонсона.

В результаті цих досліджень з'ясувалося, що кристалогідрати є клітинними сполуками з двома структурами, що володіють кубічною симетрією: структурою I, що утворюється газами та парами (рис. 8.1), і структурою II, що утворюється рідинами (рис. 8.2). Виняток становить пропан, пари якого утворюють кристалогідрат зі структурою II.

Характеристика деяких вивчених кристалогідратів наведена в табл. 8.1.

Для можливого утворення певної структури кристалогідратів вирішальне значення має геометричний фактор. Тип структури залежить насамперед від розмірів кристалів утворювача. Ефективні (за Ван-дер-Ваальсом) розміри молекул вуглеводневих газів мають такі значення: метан - 4,1 А; етан - 5,5 А; пропан - 6,28 А; ізобутан - 6,28 А; нормальний бутан - 7,40 А. Розмір молекул води прийнятий рівним 2,8 А.

Газові гідрати структури I (див. рис. 8.1) утворюють гази, розміри молекул яких не перевищують 5,9 А. Їх елементарний осередок є структурою, що складається з 46 молекул і має шість великих порожнин і дві малі. Як первинний будівельний осередок структури II може

гідратів

Мал. 8.1. Структура I газового гідрату

Мал. 8.2. Структура II рідких і двох поганих гідратів

розглядатися (див. рис. 8.2) грати газового гідрату (пентагондодекаедр), внутрішня порожнина якої має діаметр 5,2 А [98].

Характеристика деяких кристалогідратів [98]

Абсолютний тиск дисо-

циації при 0 ° С, МПа

тиск 0,1 МПа, °С

розкладання гідрату, °С

Склад газових гідратів структури I при всіх заповненихпорожнинах елементарного осередку виражається формулою 8М-46Н2О або M-5sH2O.

Структура I замінюється на структуру II, коли молекули гідратоутворювача виявляються великі для великих порожнеч структури.

Рідинні гідрати структури II утворюють такі гази або легколеткі рідини, розмір молекул яких коливається від 5,9 до 6,9 А. Елементарний осередок їх є структурою з 136 молекул з 16 малими і дев'ятьма великими порожнинами [98].

При утворенні рідинних гідратів гідратоутворювач заповнюються тільки великі порожнини. При цьому склад гідрату відповідає формулі 8М-136Н2О або М-17Н2О. Ця структура є гратами діаманта (див. рис. 8.2).

Малі порожнини з внутрішнім діаметром 4,8 А структури

II оточені (як пентагонд одекаед рамі.

Великі порожнини з внутрішнім поперечником 6,9 оточені чотирма шестикутниками, які лежать один до одного як поверхні тетраедра, і п'ятикутниками. Цей багатогранник має 28 вершин, у яких розміщені молекули води [98].

Малі порожнини можуть займатися молекулами газонаповнювачів (H2S та H2S2). При цьому утворюються подвійні гідрати, склад яких визначається формулою 8M-16H2S-136Н2О або M-2H2Sx xl7H2O.

У реальних умовах видобутку, збору та підготовки газу на промислах мають справу не з окремими компонентами, а зі сумішами вуглеводневих газів, що включають до свого складу різні гази-наповнювачі (СО2; Н2; N2; H2S). Ці суміші утворюють змішані гідрати, склад яких змінюється залежно від тиску. Найбільш поширеним типом змішаних кристалогідратів є гідрати структури II, великі порожнини елементарного осередку яких заповнюються великими молекулами газу-гідратоутворювача, а малі -малими молекулами стабілізуючого газу,що підвищує стійкість основного гідрату.

Залежно та умовами освіти зовні гідрати з опису Ю.Ф. Макогона є прозорими кристалами різноманітної форми: у турбулентному потоці - це маса спресованого снігу, у ламінарному - кристали, що мають форми тетрадекаедра, додекаедра та гексадекаедра.

Гідрати мають високу сорбційну здатність і тому покриваються плівкою з рідких, а іноді і твердих вуглеводнів. До останніх належать смоли, асфальтени, парафіни, механічні домішки. Ці сполуки значно зміцнюють гідрати, роблять їх стійкішими до руйнування. З іншого боку, вони збільшують їх адгезійні властивості, тобто. здатність до прилипання до елементів обладнання та один до одного.

Склад газу визначає умови утворення гідратів. З компонентів, що входять до складу нафтових газів і нафт, гідрати утворюють азот, сірководень, вуглекислий газ, метан, етан, водень, пропан і ізобутан (табл. 8.2).

Природний газ газових та газоконденсатних родовищ на 98-99 % включає метан та незначну кількість важких вуглеводнів.

Компонентний склад нафти після одноступінчастої сепараціїза стандартних умов, % (за масою)