УДК 622.279.8

Способы удаления газовых гидратов при добыче природного газа в Российской Федерации

Сёмченко С.А., ст. преподаватель

Донецкий государственный технический университет, Россия

Рассмотрены причины образования гидратных пробок в газовых скважинах, системах сбора газа и в системах промысловой подготовки газа. Также рассмотрены существующие методы борьбы с газовыми гидратами (гидрат образованием) на газовых и газоконденсатных месторождениях РФ. Проанализированы широко используемые ингибиторы гидрат образования их свойства, эффективность и условия применения.

В настоящее время разработка газовых и газоконденсатных месторождений (в особенности при разработке трудно извлекаемых запасов), не только в России, но и в мире, в большинстве случаев осложнена повышением влагосодержания в природном газе. Основная причина данного явления заключается в снижении давления, температуры газа и, как следствие, это приводит к возникновению сконденсированных и накопленных в скважинах и газопроводах паров воды. Дальнейшее насыщение природного газа при повышенном значении давления и положительной температуре может привести к образованию твердых физико-химических соединений - гидратов.

Гидраты природного газа или его компоненты – твердые кристаллические соединения газа (газов), в основном метана, с водой, которые при высоких давлениях существуют даже при положительных температурах. По структуре газовые гидраты – соединения включения (клатраты), образующиеся при внедрении молекул газа в пустоты кристаллических структур, составленных из молекул воды.

Гидрат образование в газовых скважинах, системах сбора, подготовки и переработки природного газа значительно осложняет ведение технологических процессов, повышает энергозатраты и снижает межремонтный период работы оборудования. Возникновение таких кристаллических веществ может привести к закупориванию скважин, газопроводов, сепараторов, нарушению работы стабилизирующих и замерных устройств, и в итоге к снижению уровня добычи. Нередко регуляторы давления и штуцеры выходят из строя, происходит дросселирование газа, сопровождающееся резким снижением температуры, и нарушение нормального режима работы газопромыслового оборудования.

На сегодняшний день можно выделить основные методы предотвращения гидрат образования и удаления гидратных пробок:

• поддержание или повышение температуры газа (электрообогрев и др.);
• уменьшение давления газа;
• удаление влаги из газа при помощи абсорбентов и адсорбентов;
• применение гидратов (гидрат образования).

Последний метод нашел широкое применение в нефтегазовой отрасли РФ. Для борьбы с газовыми гидратами (удаление гидратных пробок) в поток газа на кустовых площадках, газосборных сетях или в системах промысловой подготовки газа подмешивают ингибиторы гидратов (гидрат образования). Это вещества, меняющие равновесные параметры гидрат образования, т.е. обеспечивающие снижения температуры образования гидратов при постоянном давлении или повышение давления их образования при постоянной температуре.

В качестве ингибиторов на газовых и газоконденсатных месторождениях РФ используется метанол, его гомологи, гликоли (чаще всего диэтиленгликоль, применяемый, в том числе в качестве абсорбента при осушке газов на промысле) и водные растворы солей.

Метанол получил наиболее широкое распространение благодаря следующим свойствам:

• обладает наиболее высокой ингибирующей способностью, которая выражается в максимальном снижении равновесной температуры в сравнении с другими ингибиторами термодинамического типа при одинаковой концентрации их в водном растворе;
• имеет низкую температуру замерзания и небольшую вязкость даже при температурах, близких к -50 ºC, что позволяет применять его в условиях Крайнего Севера, где проблема гидрат образования стоит наиболее остро;
• экономическая и технологическая целесообразность применения метанола обусловлена тем, что в России имеется широкая промышленная база для его много тоннажного производства из различного сырья, в том числе из природного газа (через производство синтез-газа и последующий синтез Фишера-Тропша). Кроме того, есть удачные примеры использования не чистого метанола, а технического или метанола с промежуточных стадий производственного цикла (в том числе на тех производствах, где метанол не является целевым продуктом), что позволяет снизить расходы на ректификацию при его производстве и регенерации;
• метанол имеет низкую растворимость в газовом конденсате, что позволяет снизить стадийность схем его регенерации на промыслах, и малую коррозионную активность, благодаря которой можно обойтись без введения дополнительных антикоррозионных агентов.

Однако метанол обладает рядом недостатков, в первую очередь высокой летучестью, токсичностью и способностью образовывать соли при смешении с высокоминерализованной пластовой водой.

Кроме высокой токсичности, у метанола есть еще одно ограничение, связанное с его высокой летучестью, что сопряжено с большими потерями метанола с газовой фазой.

Высокая летучесть метанола обусловливает его большой расход на месторождениях. Численное значение расхода варьируется в зависимости от добываемого газа и способа последующей подготовки к транспортировке, которые с точки зрения гидрат образования не являются равнозначными. Для газа сеноманской залежи при осушке его методом абсорбции или адсорбции удельные показатели потребления метанола составляют 30–50 г/1000 м³, при низкотемпературной сепарации с детандер-компрессорным агрегатом среднего давления расход метанола намного выше вследствие низких температур и составляет 400–1200 г/1000 м³ газа.

Для валанжинского газа при последующей низкотемпературной сепарации, средний удельный расход метанола составляет 1500–1800 г/1000 м³, а для валанжинского газа при низкотемпературной сепарации с турбодетандерным агрегатом при температуре минус 70 °С, расход метанола достигает 2000–2500 г/1000 м³ газа.

Таким образом, метанол получил широкое распространение как реагент, применяемый для борьбы с техногенными гидратами, однако он не лишен недостатков. На действующих месторождениях невозможно полностью отказаться от метанола по причине существующей системы метанол проводов, обеспечивающей централизованное распределение метанола по различным точкам УКПГ и кустам скважин.

После спиртов вторым наиболее распространенным классом химических соединений, используемых в качестве ингибитора гидрат образования термодинамического типа, являются гликоли. Чаще всего применяется диэтиленгликоль (ДЭГ). Он существенно снижает температуру гидрат образования (на 30–40 ºС в зависимости от концентрации), мало токсичен и благодаря значительно меньшей летучести по сравнению с одноатомными спиртами его потери невелики и составляют по разным оценкам 10–40 мг/м³ (в основном за счет уноса капельной жидкости). Одновременно диэтиленгликоль используется в качестве поглотителя при абсорбционной осушке газов.

Однако он обладает относительно высокой температурой кристаллизации и высокой вязкостью, особенно при низких температурах, что затрудняет его применение в условиях Крайнего Севера. Кроме того, применение чистого ДЭГ не всегда экономически оправдано, что и послужило причиной его постепенного вытеснения в пользу метанола.

Кроме рассмотренных выше гликолей, в России и за рубежом нашел применение этиленгликоль (ЭГ). В России он используется на таких морских газоконденсатных месторождениях, как Лунское и Киринское. Так же, как и ДЭГ, он обладает значительно меньшей летучестью по сравнению с метанолом, что дает возможность снизить его потери с газовой фазой.

Выявлено, что проблема гидрат образования не до конца изучена, так как внедряются новые технологии и системы технологических жидкостей, которые могут вести себя непредсказуемо и ускорять процесс образования газовых гидратов либо сдвигать равновесную кривую в сторону более высоких температур. Сокращение объемов завоза метанола может быть достигнуто за счет оптимизации расхода метанола, добавления дополнительных компонентов, повышающих его эффективность, а также размещения на объектах газодобычи мобильных контейнерных установок малотоннажного синтеза метанола и других компонентов. Данные мероприятия обеспечивают непрерывность и безаварийность технологических процессов в условиях возможного гидрат образования и указывают на их актуальность для газовой промышленности России.

Библиографический список

1. Бухгалтер, Э.Б., Бурмистров, А.Г. ВРД 39-1.13-051-2001 Инструкция по нормированию расхода и расчету выбросов для объектов ОАО «ГАЗПРОМ» / Э.Б. Бухгалтер, А. Г. Бурмистров. – М.: ООО «ВНИИГАЗ», 2002. – 28 с.

2. Бухгалтер, Э.Б. Метанол и его использование в газовой промышленности / Э.Б. Бухгалтер – М.: «НЕДРА», 1986. – 236 с.

3. ООО «ВНИИГАЗ» СТО Газпром 2-2.3-143-2007. Инструкция о порядке получения от поставщиков, перевозки, хранения, отпуска и применения метанола на объектах добычи, транспорта и ПХГ ОАО «ГАЗПРОМ» / ООО «ВНИИГАЗ». - М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2007. – 28 с.

4. Вяхирев Р.И., Гриценко А.И., Тер-Саркисов Р.М. Разработка и эксплуатация газовых месторождений / Р.И. Вяхирев, А.И. Гриценко, Р.М. Тер-Саркисов. – М.: ООО «НЕДРА-Бизнесцентр», 2002. – 880 с.

5. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Химия, 1984. – 592 с.

6. ИТС 29-2017 Информационный технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Добыча природного газа / М.: Бюро НТД, 2017. – 225 с.

1. Единый государственный реестр недвижимости и земельно-имущественные отношения
   
2. Мониторинг природных ресурсов и охрана окружающей среды
   
3. Комплексное использование природных ресурсов
   
4. Современные вопросы геологии
   
5. Физика горных пород
   
6. Новые технологии в природопользовании
   
7. Применение современных информационных технологий
   
8. Экономические аспекты недвижимости
   
9. Мониторинг использования объектов недвижимости
   
10. Топографо-геодезическое обеспечение кадастровых работ
    
11. Современные технологии в профессиональном образовании