天然气水合物预测及管线注醇工艺优化计算_康俊鹏.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月 化 学 工 程()收稿日期:基金项目:陕西能源职业技术学院院级科研项目();陕西省教育厅专项科研计划项目();陕西省科技统筹创新工程项目()作者简介:康俊鹏(),男,硕士,讲师,研究方向为油气管道工艺优化设计,电话:,:。化工工艺天然气水合物预测及管线注醇工艺优化计算康俊鹏,王寿喜,张振涛,张 高(陕西能源职业技术学院,陕西 咸阳;西安石油大学 石油工程学院,陕西 西安;中石油塔里木油田公司,新疆 库尔勒)摘要:管线中有水合物生成时会造成管线堵塞,仪表失灵、压力升高等事故,严重影响气田的安全生产,通过注入甲醇抑制剂可以有效减小管线的冻堵概率。现场研究发现,目前注醇工艺盲
2、目粗放,导致甲醇消耗量过大,通过对水合物生成热力学模型进行研究,采用 编程语言计算试验压力下水合物的生成温度,与实验数据进行对比,确定最佳的水合物预测方法 模型;以此模型为基础计算管线实际运行时的水合物生成温度,然后结合管线产水量、产气量等运行数据采用 模型计算甲醇抑制剂的消耗量。最后通过现场试验,验证了计算成果的实用性和经济性。关键词:水合物;集输管线;甲醇抑制剂中图分类号:文献标识码:文章编号:():,(,;,;,):,:;天然气水合物是一种笼状晶体化合物,当管线中杂质含量较多、含水率较高或者温度过低时容易形成造成管道流通面积减小、阀门堵塞、仪表失灵等事故,严重时造成气井生产被迫中断,甚至
3、造成停产事故的发生。因此如何有效防止管线中水合物的生成,降低管线的冻堵事故,保障管线的安全运行是国内外各大油气田急需解决的关键问题。管线中水合物的生成除了与其气体组分有关外,还应满足高压、低温的运行工况,因此气田可以通过加热、降压等方式直接进行处理,从而消除管线中已经存在的水合物,但由于气体管线工艺输送条件的限制,此方法具有很大的局限性。在气田生产康俊鹏等 天然气水合物预测及管线注醇工艺优化计算 投稿平台:过程中,最普遍的做法是通过加注甲醇水合物抑制剂来有效防止管线冻堵的发生。在现场加注甲醇过程中,由于缺乏合理的科学依据,现场人员往往依据经验进行甲醇加注作业,造成注醇过程过于粗放,达不到油田生
4、产的精细化管理,此外还造成了甲醇消耗量过大,违背了采气厂降本增效的生产目标。国内外学者对抑制剂注入量进行了大量深入研究,、等软件被用于注醇工艺的计算中,但由于现场工艺条件的限制,缺乏相关必要参数,往往不能建立模拟流程且软件采购费用昂贵。此外人工神经网络、机器学习等新方法也被用于注醇量的计算中,因其只对样本数据有效,普适性较差。通过现场研究发现,水合物抑制剂的加注量受管线产气量、产水量、气体组分以及温度变化等多种因素影响。在计算甲醇注入量之前,首先应根据管线中气体组分、管线的运行压力确定水合物的生成温度,然后结合管线的实际运行温度以及运行工况确定水合物的抑制需求,并根据管线中的产气量、产水量等运
5、行数据最终确定甲醇抑制剂的注入量。天然气水合物生成预测当有水合物生成时,管线中的气相、液相以及水合物相会达到一种相平衡状态,本文以 模型为基础,从水合物生成的热力学角度出发,通过计算相平衡体系中富水相和水合物相中水的化学位,当两者相等时即可确定水合物生成的条件。()其中:水在气体分子填充的水合物晶格与空晶格中的化学位差 表示为:()()()()水在富水相与空晶格的化学位差 表示为:(,)(,)()在该模型中,气体逸度 和 常数 是该热力学模型计算的重点。气体逸度 与气体性质以及所处的温度压力条件有关,可以通过状态方程求得,由于 在气体、液体密度计算方面准确度高,在工程中应用广泛,因此本文采用
6、方程计算气体的逸度。对于 常数的计算文中采用 模型中的双参数方法以及 模型中的三参数方法:模型中双参数方法:()()模型中的三参数方法:()()上述 种模型均是以 模型为基础,其差异在于计算 常数 时采用了不同的计算方法,公式中的各参数的取值见文献。由于整个计算过程中涉及到参数过多,过程复杂且繁琐,因此本文采用 编程语言,通过程序计算实现水合物生成条件的预测。其程序实现框图如图 所示。图 模型和 模型的程序实现框图 此外,除了从热力学相平衡角度预测水合物的化学工程 年第 卷第 期 投稿平台:生成条件以外,等通过对水合物生成试验数据进行回归分析得到了基于气体比重和温度的预测模型,各参数的取值见文
7、献:()()为了比较以上 种方法的计算精度,选择精准的模型对水合物的生成温度进行预测,本文选取了 组水合物生成实验数据。其中气体组分(摩尔分数)如下:气体组分一 ()()()()气体组分二 ()()()()采用 种方法分别计算水合物的生成温度,通过与实验值进行比较,并计算其平均相对误差,从而评价模型计算的准确性。()式中:为水合物生成温度的实验值,为模型的计算值。各模型的计算结果如表、表 所示。表 组分一气体水合物生成温度对比 压力水合物生成温度 模型模型模型实验值 由图、图 的计算结果可以看出与水合物生成的实验数据相比,模型的计算误差最小,随着压力的升高,模型、模型的预测值的误差越来越大,而
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