摘要：近年来，我国对天然气资源的需求不断增加，天然气集输系统也有了很大进展。天然气生产和运输系统容易在冬季低温时形成水合物堵塞管道，水合物抑制剂注入法在实际中是比较常用的方法，针对P气田A气井冬季的实际情况，通过运用PIPESIM软件分别对三种水合物抑制剂用量进行优化，并对其效果进行比较。结果表明，甲醇、乙醇的最优注入量分别为65、200L/d，甲醇和乙二醇配比为3:2时，水合物抑制效果最好。该研究为气田集输系统提供了可靠的醇类抑制剂用量优化方法，降低了生产成本。
关键词：水合物；醇类抑制剂；注醇量；天然气采输
引言
由于天然气水合物的存在，常常造成管道，阀门，以及设备其他部位的堵塞，对生产造成了极大的影响。目前气田上常常采用添加甲醇作为抑制剂来防治水合物的生成。甲醇价格低廉，通过高蒸气压可以直接注入管道当中。而且通过回收设备可对其实现循环使用。但回收过程中，由于含醇污水成分较为复杂常常导致设备的结垢，严重影响重沸器和换热器的工作效率，对甲醇回收作业的安全造成了严重威胁。因此希望通过对甲醇回收过程中的结垢进行机理分析，为将来甲醇回收设备中的除垢以及防治提供一定的理论基础。
1天然气水合物概述
天然气水合物是气体水合物(或称笼形水合物)的一种，是甲烷、乙烷或二氧化碳等小分子气体与水在低温高压条件下形成的固态结晶物质。天然形成的天然气水合物中，主要的气体成分为甲烷(＞99%)，故可将其视为甲烷水合物，1im3天然气水合物分解可获得约160im3天然气和0.8im3水，因天然气水合物外观似冰且可点燃，故又俗称可燃冰。天然气水合物具有资源量大、分布广、埋藏浅、清洁无污染等特点。天然气水合物大多赋存在高纬度永久冻土带及大陆边缘深水海域(水深超过300～500im)，其在地层中的赋存状态主要有孔隙充填状、块状、脉状等。目前，全球已有100多个勘探点位发现了天然气水合物。在永久冻土带，水合物埋深一般在几百米范围内;在海域，一般位于海底以下几百米范围内。
2醇类抑制剂防治水合物现状
注醇可以起到降低生成温度的作用，或者是提高生成压力的作用，也就是说使其在同等压力下不能达到生成温度，实现破坏水合物的形成条件的目的。同时从现场实际应用来看，热力学抑制剂的加入在防治水合物方面也有显著的效果。化学制剂如甲醇和乙二醇均可在国内购买，并可重新用于清洁能源。甲醇和乙二醇这类水合物抑制剂存在着最低有效抑制温度，且这种效果并不是无限的，乙二醇为-30℃，而甲醇则为-50~-60℃。甲醇作为热力学抑制剂具有高挥发性和低冰点（水合物形成温度高），价格低（约2000元/t），溶解性强，可再生，无腐蚀等优点。可以较大量地使水合物使温度降低，在低温环境中使用较多，通常用于制冷过程和寒冷场所。但甲醇是一种高剧毒物质，且挥发性强。乙二醇无毒，沸点高于甲醇。它具有很高的黏度，适用于处理大量气体和管道的井。当天然气中产生冷凝物时，在温度过低的情况下，乙二醇将变得难以脱离出来。这将造成较大的用量损失，所以在寒冷的条件下不推荐使用乙二醇。但是，在海洋平台上作业时乙二醇被广泛使用。注入甲醇是抑制天然气水合物最常用的方法，但由于甲醇毒性适中，回收效率较差。废液处理难，且甲醇易挥发，需达到与气相比例的75%，才能有效地发挥作用，故其需要很大的使用量。饱和烃类物质沉积在管道中的同时，注入管道中的甲醇也必将达到液相饱和。除此之外，甲醇具有剧毒，若被大量应用，对环境保护必然不利。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆将不同的水合物抑制剂进行混合后使用目前是一种新趋势，应该根据作业是否存在危险，水合物抑制剂的使用成本是否过高即设备的投入和维护是否麻烦等多个方面进行综合考虑。
3天然气集输系统天然气水合物抑制剂用量优化结果
3.1注乙二醇抑制剂用量优化
将抑制剂注入泵中的醇类抑制剂改为乙二醇，同样地，改变乙二醇的日注入量后运行物理模型，结果表明，在冬季低温环境（8℃）下，乙二醇注入量为5L/d时，相图中水合物生成曲线与集气管线生产曲线均有交点，此时集气管线会产生天然气水合物；乙二醇注入量为100L/d时，抑制Ⅰ型水合物的注醇量正接近最适值，但Ⅱ型水合物还在生成；继续增加乙二醇剂量，注入量为200L/d时，既能防止水合物的生成，又在经济方面避免了盲目浪费，但实际操作中还要在这基础上添加安全余量。
3.2注甲醇抑制剂用量优化
由于气田含醇污水成分复杂，不同地质的水质差异明显，水质普遍表现为弱酸性胶体状态且具有矿化度高、腐蚀性强等特点，从而导致醇污水处理设备结垢、堵塞问题，严重影响其工作效率。甲醇污水中所含的杂质、盐类等在甲醇污水处理设备上沉淀，引发结垢问题。结垢会影响重沸器，换热器的换热效果，造成甲醇污染并附着在填料表面，影响填料的工作性能，对甲醇污水的回收处理工作带来了严重威胁。因此有必要对回收装置中的结垢问题进行机理分析。当醇类抑制剂注入后的生产曲线与两条水合物形成曲线相交时，表明在集气管线内会形成水合物。在环境温度为8℃时，集气管线运行温度在20~25℃，压力在20~23MPa时，管内极易生成水合物，即集气管线源点（采气树出口）处会有冻堵危险；甲醇注入量为5L/d的条件下，相图中水合物生成曲线与集气管线生产曲线均有交点，说明此剂量的甲醇无法抑制水合物生成；甲醇注入量为30L/d可有效地抑制I型水合物，但仍然会有Ⅱ型水合物的形成；增加甲醇注入量直到65L/d时，发现该注醇量恰好能同时防止两种水合物生成，从而得到最优的甲醇抑制剂注入量为65L/d。
3.3注甲醇-乙二醇抑制剂用量优化
甲醇、乙二醇作为抑制剂都有很好的抑制天然气水合物生成的效果，但甲醇在同样注入量下抑制效果比乙二醇略明显，且甲醇有毒性易挥发，对环境无益，乙二醇无毒可回收但比甲醇价格高昂，所以混合两种醇类抑制剂可以达到降低成本，保护环境的作用，故研究甲醇-乙二醇混合抑制剂的抑制效果对工业的实际生产具有一定的指导意义。注醇后管道内水合物的形成情况有很明显的变化，集气管线温度压力曲线与两条水合物生成温度压力曲线无交点，不会产生天然气水合物。由此可以得到混合醇抑制剂对于水合物生成也有着十分有效的抑制作用的结论。
结束语
综上所述，甲醇、乙二醇这两种抑制剂均对天然气水合物有明显的抑制作用，且在相同的注入量下，甲醇的水合物抑制剂效果比乙醇好。通过注入量比较，得出甲醇的注入量在65L/d时既能防止水合物的生成，又在经济方面避免了盲目浪费；以100L/d的乙二醇注入量正好抑制了I型水合物的形成，200L/d的注入量可以同时防止I型和II型水合物的形成。通过优化得到的最佳醇类抑制剂注入量，不但省去了实际应用操作上的繁复，同时也在经济方面避免了盲目浪费。将甲醇、乙二醇两种抑制剂混合使用，得到当前环境条件下注入甲醇-乙二醇的最佳配比为6∶4，既达到了控制单独注甲醇其毒性对环境造成伤害的目的，也降低了单独注乙二醇的高昂成本。
参考文献
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论文作者:叶弘毅,周洪涛
论文发表刊物:《防护工程》2019年第7期
论文发表时间:2019/7/8
标签：水合物论文; 甲醇论文; 抑制剂论文; 天然气论文; 抑制论文; 用量论文; 管线论文; 《防护工程》2019年第7期论文;