天然气组分对水合物形成温度的影响研究.pdf

天 然 气 勘 探 与 开 发 2 0 0 8年 3月出版 天然气组分对水合物形成温度的影响研究 苏 欣’ 李瑜’ 高雷2 张琳’ 1 ． 中国石油工程设计有限责任公司西南分公司2 ． t J { l 科宏石油天然气工程有限公司输气分公司 摘要天然气的水合物形成温度不仅和压力有关 ， 而且不同组分的天然气在等压下形成水合物的温度也不 同， 因此有必要对天然气中各主要组分与水合物形成温度之间的关系进行研究， 有效地确定水合物抑制剂的用量， 有利于水合物的防治工作。文章研究了乙烷、 丙烷、 丁烷和戊烷与天然气水合物形成温度的关系， 得到了丙烷和丁 烷对水合物的影响最大 ， 而乙烷和戊烷对水合物的影响较小的结论， 从而为根据天然气不同的气质组分进行水合 物的防治提供了科学的依据。 关键词天然气组分水合物压力温度 0 引言 天然气水合物 的防治 是气 田集输工艺 中一项 重要任务， 而有效进行防治的前提就是要正确预测 水合物的形成温度。但是， 在实际生产过程中我们 发现， 无论哪种经验公式都有其自身的适用范围和 限制条件， 比如含硫量。由此可 以看出 ， 天然气水 合物的形成温度与天然气的组分密切相关。因此， 本文拟研究乙烷 、 丙烷 、 丁烷和戊烷等天然气主要 组分对天然气水合物形成温度的影响。 1 基础数据 表 1 给 出了我 国几个 油 田的伴 生气 的组 分。 从表 1中可以看出， 胜利油 田和大庆油 田的天然气 组分大致相同 ， 而中原油田和吐哈油 田的天然气组 分基 本 一 致。本 文 采 用 著 名 的化 工 模 拟 软 件 H Y S Y S 进行计算。H Y S Y S软件是世界著名油气加 工模拟软件工程公司开发的大型专家系统软件。 该软件分动态和稳态两大部分 ， 可用 于油气 田地面 工程建设设计和石化炼制及天然气净化工程设计 计算分析 ， 其中动态部分可用于指挥油气生产和储 运系统 的运行 。该软件可 以解决天然气水化 物的 预测问题， 适用于各种天然气组分， 对于多相流该 软件也能进行 良好 的模拟计算。 在本文的计算中， 由于各气样不含 H S 或含 量极少 ， 且本文研究重点是天然气中不 同烃类组 分对水合物温度的影响， 因此暂不考虑 H S和 C O 等组分的影响， 模拟过程中也不对其变化对水合物 温度 的影响进行研究 。 通过计算得到表 1中 4种组分不同的天然气 在 2 0 0 K P a ， 2 0 ％时的水合物形成温度分别为 一 2 4 ． 2 9 7 5 c I 、 一 2 0 ． 2 1 5 1 o C、 一 2 9 ． 2 0 7 7 c I 和一 l 9 ． 1 7 7 3 c I 。因此 ， 组分不 同水 合物形成 的温度就 有所不同。为了弄清在一定条件下天然气组分与 水合物形成温度的关系， 下面以胜利油田伴生气为 例进行计算。 表 1 伴生气样品组分 作者简介苏欣 ， 男， 1 9 8 2年 生， 四川 南克人 ， 硕 士， 助理 工程师 2 0 0 7年毕 业于西南石油 大学油气储运 专业 ， 现在 中国石油工程设计 西南 分公司从事油气田地面工程设计工作。地址 6 1 0 0 1 7 四川省成都市小关庙后街 2 5号 中油工程设计西南分公 司储运 室。电话 o 2 8 8 6 01 41 2 0。 E ma i l 旺1 2 4 1 2 6 ．c o m 6 4 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 l 卷第 1 期 天 然 气 勘 探 与 开 发 2 ． 3 丁烷含量与水合物形成温度的关系 2 天然气组分与水合物形成温度关系 按照上 述方法， 得到丁烷与 水合物 形成温 度的 关系见图 3 。 2 ． 1 乙烷含量与水合物形成温度的关系 为了研究乙烷含量与水合物形成温度 的关系， 现只改变乙烷 的含 量 甲烷 含量随之略有改变 ， 忽 略 ， 其它成分保持不变 ， 压 力仍 然为 2 0 0 K P a ， 温度 2 0 C。计算结果见图 1 。 图 1 乙烷含量与水合物形成温度关系图 从图 1 可以看出 ， 在条件一定 的情况下 ， 随着乙 烷含量的增加 ， 水合物形成的温度逐渐降低 ， 但是降 低的程度很小， 基本上可以忽略 。因此 ， 乙烷的含量 对水合物形成温度的影响几乎可以忽略。 2 ． 2 丙烷含量与水合物形成温度的关系 按照上述方法 ， 得到丙烷 与水合物形成温度的 关系见图 2 。 0 甚 饔一 10 蛰一1 5 蠡一 9 0 * 一9 5 一 ．3 0 图2 丙烷含量与水合物形成温度关系图 从图 2可以看 出， 在条件一定的情况下 ， 随着丙 烷含量的增加， 水合物形成温度 明显升高， 但是升高 的程 度有 所减 缓。当丙 烷 含量 从 3 ． 7 2 ％增 加 到 4 ． 5 ％时， 每增加 1 m o 1 ％水 合物温度升高 1 ． 6 7 6 C； 当丙烷含量从 4 ． 5 ％增加 到 8 ． O ％ 的时候 ， 每增 加 1 m o 1 ％ ； 水合 物温度 升 高 为 1 ． 3 C； 当丙 烷含 量从 8 ． O ％增加到 1 5 ％的时候 ， 每增加 1 m o 1 ％ ， 水合物温 度升高的幅度为 0 ． 8 C。因此 ， 随着丙烷含量 的增 加 ， 水合物形成温度增加的趋势逐渐变缓 ， 但丙烷含 量对于水合物形成温度的影响明显大于乙烷。 0 量 I 6 赠一 1 0 韬 蛰一1 5 彝 d Ⅱ一2 n * 一2 5 一舯 图3 丁烷含量与水合物形成温度关系图 从 图 3可以看 出， 丁烷对水合物形成温度的影 响和丙烷基本一致 ， 随着丁烷含量的增加 ， 水合物形 成温度 明显升高 ， 但是升高的程度逐渐减缓。当丁 烷含 量 从 3 ． 7 2 ％ 增 加 到 4 ． 5 ％ 的 时 候 ， 每 增 加 1 m o 1 ％， 水合物温度升高 1 ． 2 7 8 ℃， 当丁烷含量从 4 ． 5 ％增加到 8 ． O ％的时候 ， 每增加 1 mo 1 ％水合物温 度升高 1 ． 0 9 C， 当丁烷 含量从 8 ． O ％增加到 1 5 ％的 时候 ， 每增加 1 mo 1 ％ ， 水合物温度升高的 0 ． 7 l 2 0 【 。 2 ． 4 戊烷含量与水合物形成温度关系 按 照上述方法 ， 得到戊烷与水合物形成温度 的 关系见图 4 。 一2 35 - 2 4 喇 韬_ 2 4 ．5 蛰 彝 - 2 5 d Ⅱ *一 2 55 _ 2 6 1 ．4 7 4 ． 5 8 1 5 戊烷摩尔百分含量 n 6 图4 戊烷含量与水合物形成温度关系图 从 图4可以看 出， 戊烷对水合物形成温度 的影 响与乙烷基本一致。随着戊烷含量的增加 ， 水合物 形成温度有降低的趋势， 但是趋势很不明显， 因此， 戊烷对于水合物形成温度的影响也可以忽略。 从图 1一图 4可以看 出 丙烷对 于天然气水合 物形成温度的影响最为明显 ， 丁烷次之 ， 乙烷和戊烷 对天然气水合物形成温度 的影响最小。 3 压力与水合物形成温度的关系 上述天然气组分影响是在一定压力下进行研究 的， 那么如果改变压力， 天然气组分对水合物形成温 6 5 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 天 然 气 勘 探 与 开 发 2 0 0 8年 3月出版 度将会产生怎样的变化本文研究了在不 同压力下 天然气组分对水合物形成温度的影响， 分别考虑压 力为 5 M P a和 1 0 M P a ， 得到的结果如图 5～图 8 。 从图5～图 8可 以看 出， 随着压力的增加 ， 天然 气组分对于水合物形成温度的影响越来越小， 即使 2l 蠡2 0 霸1 9 饕。 8 舞 1 7 *1 6 1 5 3 7 61 2 4 5 8 1 5 乙烷摩尔百分含量 mo 1 ％ 图5 不同压力下乙烷含量与水合物形成温度的关系 图6 不同压力下丙烷含量与水合物形成温度的关系 图7 不同压力下丁烷含量与水合物形成温度的关系 2 l p 2 0 箸1 9 镁1 8 l 7 1 6 1 5 1 4 3． 7 6l 2 45 8 1 5 戊烷摩尔百分含量 mo 1％ 图 8 不同压力下戊烷含量与水合物形成温度的关系 6 6 是丙 烷 在 5 M P a和 1 0 MP a 的 时 候 当 其 含 量 由 3 ． 7 2 m o 1 ％增加到 1 5 mo 1 ％的时候 ， 水合物 的形成温 度分别也只变化了 3 E和 2 ． 7 ℃左右 ， 而其他组分对 于水合物形成温度的影响 含量在 1 5 m o 1 ％以下 没 有超过 2 E。因此 ， 在高压条件下 ， 天然气组分对于 水合物形成的温度影响较低压时弱得多。 在压力较低 的情况下 ， 随着乙烷和戊烷含量的 增加， 水合物形成温度降低， 但不明显， 基本可以忽 略其对水合物形成温度的影响。随着丙烷 和丁烷含 量的增加， 水合物形成温度升高， 但含量越高， 水合 物形成温度升高越慢 。但是它们对于水合物形成温 度的影响 ， 明显大于 乙烷和戊烷。 4 结论 本文对天然气中 c ～ c 烷烃对水合物形成温 度的影响进行了初步 的研究得到 天然气组分 中丙 烷对天然气水合物形成温度的影响最明显， 丁烷次 之 ， 乙烷和戊烷 的影响最小 ； 在相 同条件下高压时 ， 天然气组分的变化对于水合物形成的温度影响较低 压时弱得多。 通过研究不 同组分 的天然气水合物 的形成温 度， 有助于为水合物的防治提供科学的依据， 当没有 很好的手段对水合物形成温度进行预测时， 可以参 考类似组分的天然气进行粗略的估算。本文得到的 一 些初步结论 ， 有一定 的实际指导意义和参考价值。 参考文献 1 苏建华， 许可方， 宋德琦， 等 ．天然气矿场集输与处理 [ M] ．北京 石油工业出版社 ， 2 0 0 4 ． 2 徐文渊， 蒋长安 ．天然气利用手册[ M] ．北京 中国石化 出版社 ， 2 0 o 2 ． 3 李允， 诸林 ， 穆曙光 ， 等 ． 天然气地面工程[ M] ． 北京 石 油工业 出版社 ， 2 0 0 1 ． 4 王遇冬 ．天然气处理与加工工艺[ M] ． 北京 石油工业 出版社 ， 1 9 9 9 ． 收稿 日期2 0 0 7 1 2 2 6编辑景岷冒 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m