天然氣水合物的形成與防治

牛先生

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2012-4-16 21:04 上傳

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天然氣水合物的危害
天然氣水合物(Natural gas hydrates)是在一定
的壓力與溫度條件下，天然氣中的水與甲烷、乙烷、
丙烷、異丁烷、正丁烷、氮?dú)�、二氧化碳以及硫化氫�?br /> 分子在一定的溫度和壓力條件下所形成的籠形結(jié)晶
狀化合物，外觀形似松散的冰或致密的雪白色結(jié)晶
體。由于天然氣水合物的生成易造成井筒、輸氣管線
的堵塞，因而會影響氣田的正常生產(chǎn)。天然氣水合物
不僅可能導(dǎo)致管道堵塞，也可造成分離設(shè)備和儀表
的堵塞，水合物分解產(chǎn)生釋放的大量天然氣還可能
引起管道爆裂，因此天然氣輸送過程中水合物的產(chǎn)
生與預(yù)防是很重要的問題。為確保輸氣管道安全經(jīng)
濟(jì)運(yùn)行，如何消除和防治管道水合物生成已引起科
研人員和有關(guān)部門的重視，并已成為天然氣傳輸中
亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。
2天然氣水合物晶體結(jié)構(gòu)
天然氣水合物中水分子借助氫鍵形成主體結(jié)晶
網(wǎng)格，網(wǎng)格中的孔穴內(nèi)充滿氣體分子(客體分子)，而
孔穴填充程度則取決于體系的溫度、壓力和過冷度。
這種結(jié)晶體在無氣體分子存在時(shí)不能穩(wěn)定存在，只
有通過被包絡(luò)的氣體分子與水分子的相互作用，才
可生成穩(wěn)定的水合物結(jié)構(gòu)。它的密度為0．88～0．90
咖m，，其分子通式為M·nH：0，式中M代表生成水合
物的氣體分子，n代表生成水合物的水分子數(shù)。當(dāng)其
中甲烷含量超過氣體總量的99．9％時(shí)稱為甲烷水合
物。在自然界如永久凍土層和海底存在的甲烷水合
物，外觀似冰，遇火可以燃燒，俗稱“可燃冰”。在標(biāo)準(zhǔn)
狀況下，1 in3的天然氣水合物可以儲存150～180 m3
的天然氣。迄今發(fā)現(xiàn)的氣體水合物按照水分子構(gòu)成
的多面體的不同，分為I型、II型、H型3種結(jié)構(gòu)。I
型水合物為12面體和14面體，屬立方晶體結(jié)構(gòu)，能
容納甲烷、乙烷及二氧化碳、硫化氫、氮?dú)獾刃》肿樱?br /> II型水合物為12面體和16面體，屬菱形晶體結(jié)構(gòu)，
除了能包含I型中的小分子外，還可容納部分丙烷
和異丁烷；H型為12面體和20面體，屬六方晶體結(jié)
構(gòu)，可容納較大的異戊烷分子。3種類型相比較而
言，II型和H型更穩(wěn)定，而I型在自然界分布更廣
泛。
3天然氣水合物產(chǎn)生條件
井流物中含有地層水、雜質(zhì)等物質(zhì)，并沿內(nèi)壁不
光滑的油管流動，因此，具備形成水合物所必需的氣
體分子和液態(tài)水條件，一旦壓力、溫度條件滿足，便
會形成水合物。影響天然氣水合物形成的因素很多，
概括起來可分為：
(1)天然氣的溫度等于或低于水的露點(diǎn)，有游
離水或液態(tài)水存在，均可形成水合物；
(2)在一定的壓力和氣體組成下，其溫度低于
對應(yīng)的相平衡溫度，水便容易形成亞穩(wěn)態(tài)的晶格框
架；
(3)操作壓力高，使形成水合物的溫度上升；
(4)氣流速度很高，或者在通過管道或設(shè)備時(shí)
攪動很厲害；
(5)壓力發(fā)生明顯波動或流向突變產(chǎn)生攪動。
天然氣水合物的危害
天然氣水合物(Natural gas hydrates)是在一定
的壓力與溫度條件下，天然氣中的水與甲烷、乙烷、
丙烷、異丁烷、正丁烷、氮?dú)�、二氧化碳以及硫化氫�?br /> 分子在一定的溫度和壓力條件下所形成的籠形結(jié)晶
狀化合物，外觀形似松散的冰或致密的雪白色結(jié)晶
體。由于天然氣水合物的生成易造成井筒、輸氣管線
的堵塞，因而會影響氣田的正常生產(chǎn)。天然氣水合物
不僅可能導(dǎo)致管道堵塞，也可造成分離設(shè)備和儀表
的堵塞，水合物分解產(chǎn)生釋放的大量天然氣還可能
引起管道爆裂，因此天然氣輸送過程中水合物的產(chǎn)
生與預(yù)防是很重要的問題。為確保輸氣管道安全經(jīng)
濟(jì)運(yùn)行，如何消除和防治管道水合物生成已引起科
研人員和有關(guān)部門的重視，并已成為天然氣傳輸中
亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。
2天然氣水合物晶體結(jié)構(gòu)
天然氣水合物中水分子借助氫鍵形成主體結(jié)晶
網(wǎng)格，網(wǎng)格中的孔穴內(nèi)充滿氣體分子(客體分子)，而
孔穴填充程度則取決于體系的溫度、壓力和過冷度。
這種結(jié)晶體在無氣體分子存在時(shí)不能穩(wěn)定存在，只
有通過被包絡(luò)的氣體分子與水分子的相互作用，才
可生成穩(wěn)定的水合物結(jié)構(gòu)。它的密度為0．88～0．90
咖m，，其分子通式為M·nH：0，式中M代表生成水合
物的氣體分子，n代表生成水合物的水分子數(shù)。當(dāng)其
中甲烷含量超過氣體總量的99．9％時(shí)稱為甲烷水合
物。在自然界如永久凍土層和海底存在的甲烷水合
物，外觀似冰，遇火可以燃燒，俗稱“可燃冰”。在標(biāo)準(zhǔn)
狀況下，1 in3的天然氣水合物可以儲存150～180 m3
的天然氣。迄今發(fā)現(xiàn)的氣體水合物按照水分子構(gòu)成
的多面體的不同，分為I型、II型、H型3種結(jié)構(gòu)。I
型水合物為12面體和14面體，屬立方晶體結(jié)構(gòu)，能
容納甲烷、乙烷及二氧化碳、硫化氫、氮?dú)獾刃》肿樱?br /> II型水合物為12面體和16面體，屬菱形晶體結(jié)構(gòu)，
除了能包含I型中的小分子外，還可容納部分丙烷
和異丁烷；H型為12面體和20面體，屬六方晶體結(jié)
構(gòu)，可容納較大的異戊烷分子。3種類型相比較而
言，II型和H型更穩(wěn)定，而I型在自然界分布更廣
泛。
3天然氣水合物產(chǎn)生條件
井流物中含有地層水、雜質(zhì)等物質(zhì)，并沿內(nèi)壁不
光滑的油管流動，因此，具備形成水合物所必需的氣
體分子和液態(tài)水條件，一旦壓力、溫度條件滿足，便
會形成水合物。影響天然氣水合物形成的因素很多，
概括起來可分為：
(1)天然氣的溫度等于或低于水的露點(diǎn)，有游
離水或液態(tài)水存在，均可形成水合物；
(2)在一定的壓力和氣體組成下，其溫度低于
對應(yīng)的相平衡溫度，水便容易形成亞穩(wěn)態(tài)的晶格框
架；
(3)操作壓力高，使形成水合物的溫度上升；
(4)氣流速度很高，或者在通過管道或設(shè)備時(shí)
攪動很厲害；
(5)壓力發(fā)生明顯波動或流向突變產(chǎn)生攪動。

dzy2006

謝謝樓主分享！

bachelor

學(xué)習(xí)了，長點(diǎn)知識

流年堪佳

好帖子，謝謝樓主分享

bkqcycyqm

樓主辛苦了，正需要呢。

流年堪佳

好帖子，贊一個

cydxcyp780

學(xué)習(xí)了，好東東�。�

xzgxzgxzg

天然氣水合物的形成與防治

guoshaguo

研究下

poter

學(xué)習(xí)了，好東西啊