Общая характеристика гидратов

Нефтяные газы способны при определенных термодинамических условиях вступать во взаимодействие с водой и образовывать твердые соединения, получившие название газовых гидратов.

Гидратами углеводородных газов называются кристаллические вещества, образованные ассоциированными молекулами углеводородов и воды.

Возникновение гидрата обусловлено определенными давлением и температурой при насыщении газа парами воды. Гидраты распадаются после того, как упругость паров воды будет ниже парциальной упругости паров исследуемого гидрата.

Углеводороды и некоторые другие газы, контактирующие с водой в определенных термобарических условиях, также могут образовывать кристаллогидраты. Кристаллогидраты природных газов внешне похожи на мокрый спрессованный снег, переходящий в лёд. Скапливаясь в газопроводах и в другом оборудовании, они могут вызывать частичную или полную их закупорку и тем самым нарушить нормальный режим работы.

В реальных условиях добычи, сбора и подготовки газа на промыслах имеют дело не с отдельными компонентами, а со смесями углеводородных газов, включающих в свой состав различные газы-наполнители (СО₂; Н₂; N₂; Н₂S). Эти смеси образуют смешанные гидраты, состав которых изменяется в зависимости от давления.

В зависимости от условий образования внешне гидраты являются прозрачными кристаллами разнообразной формы:

• в турбулентном потоке — это масса спрессованного снега,
• в ламинарном — кристаллы, имеющие формы тетрадекаэдра, додекаэдра и гексадекадекаэдра.

Гидраты обладают высокой сорбционной способностью и поэтому покрываются пленкой из жидких, а иногда и твёрдых углеводородов. К последним относятся смолы, асфальтены, парафины, механические примеси. Эти соединения значительно упрочняют гидраты, делают их более стойкими к разрушению. Кроме того, они увеличивают их адгезионные свойства, т.е. способность к прилипанию к элементам оборудования и друг к другу.

Состав газа определяет условия образования гидратов. Из входящих в состав нефтяных газов и нефтей компонентов гидраты образуют азот, сероводород, углекислый газ, метан, этан, водород, пропан и изобутан.

Насыщение газа парами воды — одно из условий гидратообразования. Этот процесс происходит при взаимодействии на газовую смесь давления, температуры, минерализации воды. Поскольку в пластовых и скважинных условиях все указанные факторы меняются, значение влагосодержания газа также может изменяться.

Для промысловой практики весьма важно знать интервал образования гидратов в скважине или трубопроводе для эффективной борьбы с ними. Поэтому оценка значения влагосодержания газа по стволу скважины является одной из задач прогнозирования места гидратообразования.

Зная давление и температуру по стволу скважины, влагоемкость газа, содержание соли в растворе, плотность газа по воздуху и его молекулярную массу, можно получить интервал гидратообразования.

Растворимость воды в жидких углеводородах зависит от давления, температура, молекулярного состава и при определенных условиях приводит к гидратообразованию при перекачке и переработке.

Газы хорошо растворяются в воде даже при низких давлениях. Непредельные углеводороды, углекислота и сероводород увеличивают растворимость газа, а азот и гелий — снижают.

В процессе добычи и транспортировки состояние газожидкостной смеси постоянно меняется:

• при пластовом давлении выше давления насыщения газ растворен в жидкости;
• при поддержании пластового давления снижается температура пласта;
• обводнение ведет к увеличению влагосодержания газа;
• в стволе скважины от забоя до устья снижаются давление и температура, газоотделение увеличивается; влагосодержание газа у устья, в сепараторах, в газосборном коллекторе и магистральных газопроводах постоянно и определяется заданным режимом каждого узла.

Образование гидратов в процессе движения смеси, возможно, во всех элементах системы.