Низкие температуры и высокие давления в технологических системах способствуют образованию такого процесса, как гидратообразование. С увеличением давления и снижением температуры в сети сбора скорость образования гидратов на стенках трубопроводов только увеличивается.
Обычно гидраты представляют собой крупицы, которые рассредоточены по стенкам трубопровода, однако они могу быть и перемешаны с жидкостью, или представлять собой большие кластера, что осложняет работу трубопровода в большей степени Данные образования могут способствовать аварийной ситуации — это частичное или полное перекрытие сечения трубопровода, в следствии этого может произойти снижение добычи на промысле.
Рис. 1. Отложение гидратов на стенки трубопровода
Степень риска образования гидратов в том или ином трубопроводе определяется индивидуально.
Сами крупицы гидратов представляют собой такие соединения, которые неустойчивы в среде и способны полностью разрушаться в зависимости от условий эксплуатации.
Другой термин определения газовых гидратов — это «клатраты». Гидраты состоят из двух компонентов: «хозяина» и «гостевой» молекулы. Молекулой-«хозяином» является вода, а «гостем» — углеводороды с низким молекулярным весом, такие как метан, этан, пропан, а также диоксид углерода, азот, кислород и сероводород.
Образованию гидратов способствуют «гостевые» молекулы, которые в определенный момент закупориваются внутри молекул «хозяина».
Процесс образования гидратов на самом деле более сложный. Если в нефтяном флюиде преобладает маслянистая фракция, то вся жидкость оседает в нефтяном потоке в виде капель. Устойчивость полученной смеси достигается благодаря наличию природных веществ, содержащихся в нефти. Если посмотреть последовательно процесс образования гидратов, то сначала формируется гидратный налет, обволакивая каждую частицу воды, затем происходит утолщение замерзшей оболочки до полного заполнения частицы воды гидратом, то есть образуется некая пробка (Рисунок 2). В дальнейшем образуется все больше гидратов твердой структуры, что затрудняет их удаление из трубопроводов.
Рис. 2. Образование гидрата
Для исключения рисков гидратообразования при транспорте сырья используют разные способы. Все зависит не только от условий эксплуатации, но и от места, где образовался гидрат в технологической системе трубопроводов.
Для исключения риска образования гидратов в трубопроводы обычно подают метанол, также известны другие способы — это поддержание рабочих температур и давлений при условиях эксплуатации сети сбора или предварительное удаление воды, что неэффективно и дорогостояще.
Для эффективного отслеживания возможности гидратообразования в водонефтяных эмульсиях состав водной фазы и размеры капель являются наиболее значимыми параметрами.
Что касается газопроводов, то современный магистральный газопровод представляет собой весьма сложное технологическое сооружение. Исходя из параметров работы трубопроводов — необходимо обеспечить многолетнюю безотказную эксплуатацию.
Исключение, когда в газопроводе исключено образование газовых гидратов это при транспорте осушенного газа с точкой росы паров воды ниже минимальной рабочей температуры.
Если на этапе подготовке газ проходит недостаточную осушку от паров воды, то в дальнейшем это станет одной из главной причины образования гидратов.
В связи с вышесказанным проблема гидратообразования актуальна для решения вопроса о стабильной работе магистральных трубопроводов, так как гидраты могут послужить причиной полной остановки ГСС, и даже крупной аварии.
Условия гидратообразования давно определены и изучены, это, во-первых, наличие компонента, который выступит катализатором для образования гидратов, каковым является природный газ содержащий, влагу; во–вторых, низкая температура и высокое давление газа.
Образование гидрата происходит только при условии, если температура стенки трубопровода меньше температуры гидротообразования.
Температура гидратообразования принимается при рабочем давлении по кривой гидратообразования, данная кривая строится исходя из состава газа.
Схема газопровода, на внутренних стенках которого образуется газогидратный слой представлена на рисунке 3.
Рис. 3. Схема газопровода, на внутренних стенках которого образуется газогидратный слой
Литература:
- Shafahi Yousef, Shahbazi M. J. «Optimum railway alignment» http://www.uic.org/cdrom/2001/wcrr2001/pdf/sp/2_1_1/210.pdf.
- CARD/1. URL: http://www.card1.com/en/home/
- Курилко Ю., Чешева В. Geonics АПР // CADmaster. № 1(36). 2007.
- Тоpomatic Robur. URL: http:// www.topomatic.ru.
