地面集输管线中天然气水合物形成条件及预防措施研究

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对天然气水合物堵塞的防治一直是气田安全高效开发的难题之一。天然气在集输管线的输送过程中,水合物会在管道的阀门、转弯等处形成、聚集而导致管道阻塞,造成管道停输等严重事故的发生。集输管线通过地形起伏地区时,气体的压力、温度以及流速将沿程变化,从而会对气体的热物性参数和运动参数产生影响,而且,随着温度的沿程降低,管线凹处容易积液而形成局部节流,从而加剧了管线内水合物的形成,造成管道的堵塞,对生产产生极大的影响。 为了有效地防止天然气水合物在设备和管道中生成,本文针对以上问题,对水合物的生成条件及其生成机理进行了详细的归纳总结,结合动力学上水合物的自发形成机理,绘制了集输管线中水合物动力学形成过程图,从而为采取合理的措施来防治水合物的生成提供了理论依据。根据气体状态方程、运动方程以及能量平衡方程推导出地形起伏地区集输管线沿线压力、温度分布公式;从能量守恒原理、范德华混合规则出发,建立了考虑天然气节流后相平衡的嘴流及弯管压力、温度预测模型;并结合天然气水合物生成热力学模型,建立了集输管线水合物堵塞预测模型。 基于改进的Holder-John天然气水合物生成条件预测模型,考虑了天然气水合物生成时水合物相与气相及富水相的平衡,并结合集输管线温度压力分布模型,进行了集输管线饱和含水量分布计算。在陈一郭双过程水合物成核动力学机理模型的基础上,结合了UNIQUAC方程中的过剩自由能与活度系数间的基本关系式推导出了一个含抑制剂体系的天然气水合物生成条件预测新模型。 应用VisualBasic语言对以上建立的模型进行了编程求解,计算了地形起伏地区集输管线内气体的温度、压力分布,阀门处的节流温降,转弯处的节流压降,水合物生成温度,管内气体饱和含水量以及不同重量浓度抑制剂下水合物的生成温度,并准确地预测出水合物的堵塞位置,计算精度满足生产要求,具有较强的实用性。
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