11. Методы ликвидации гидратных пробок

Выбор методов ликвидации гидратов опр-ся местом их накопления, кол-вом и характером гидратной пробки, составом гидрата, а также имеющимися средствами ликвидации.

При частичной закупорке, при ликвидация гидратов используют Г для транспорта ингибитора или теплоносителя и для выноса продуктов разложения гидрата. Полное перекрытие осложняет ликвидацию гидратов, т. к. требуется постоянное удаление жидкой воды и обновление свободной поверхности разложения гидратов.

Общие требования к проведению работ по ликвидации гидратов

1. Для предотвращения полной закупорки сечения необх-м постоянный контроль за работой оборудования (давление). При увеличении Р > чем в 2 раза следует выяснить причину нарушения режима.

2. При установлении места образования гидратной пробки в первую очередь надо нарушить сплошность гидратов: подогревом ГПр-а, подачей ингибитора и т.д. Сплошную гидратную пробку необх-о разрушить с ее крыльев. Нельзя подогревать или вводить ингибитор в сплошное тело пробки, т. к. разложение гидрата в замкнутом объеме может привести к резкому локальному росту Р и разрыву трубопровода.

3. При ликвидации гидратов при t0^oС, снижение Р на участке с гидратами следует проводить только после подачи соответствующего кол-ва теплоносителя или ингибитора, чтобы исключить снижение t-ры до 0^oС, исключить замерзание воды.

4. При ликвидации гидратов любым методом, связанным с накоплением воды вместо гидратов, следует удалить воду из участка ГПр-а. При этом воду необх-о отбирать из нижней части ГПр-а на участке с минимальной отметкой.

Метод снижения Р

Этот метод один из Наиболее доступных методов ликвидации накопившихся гидратов, к-й проводится при отключенном с двух сторон участке. При этом давление на участке снижается до атмосферного за счет выпуска Г в атмосферу.

С уменьшением Р в системе, содержащей гидрат и нек-е кол-во свободной воды при положительных t-рах, начинается диссоциация гидрата с поглощением тепла. Энергия, необх-ая для разложения гидрата отбирается от окружающей среды и, в первую очередь, от грунтовой воды, что сопровождается понижением t-ры воды. В тот момент, когда t-ра системы достигает 0 ^оС, необх-ая энергия для диссоциации гидрата обеспечивается за счет тепла, выделяющегося при замерзании свободной воды, и воды, выделившейся из гидрата при снижении его t-ры от начальной до 0^оС.

Метод повышения t-ры гидрата

Разрушение гидрата в ГПр-е может быть проведено за счет теплоносителя, передающего необх-ого кол-ва тепла.

Конечная t-ра воды после разложения гидрата д. б. > 0^oС. Начальная t-ра воды:

t_е=L₁/(M_h–C_ht_o)/(K_вС_в) (1)

где L₁ – теплота пр-са г/о при положительных t-рах, кДж/моль; М_h – мол-лярная масса гидрата; С_h – теплоемкость гидрата; t_o – начальная t-ра гидрата; С_в – теплоемкость воды С_в=4,18 кДж/(кг^оС)

Коэффициент краткости воды:

К_в=m_в/m_h (2)

где m_в, m_h – соответственно масса воды и гидрата.

Порядок проведения работ методом повышения t-ры гидрата следующим.

1) Обязательно отключают участок ГПр-а с двух сторон;

2) В участок с гидратом закачивают расчетное кол-во воды;

3) Снижают Р участка до Р_атм. При наличии сплошной гидратной пробки подают воду и снижают Р с двух сторон гидратной пробки;

4) Удаляют воду из ГПр-а после снижения Р до Р_атм и разложение гидратов

5) Проводят пр-сы подачи воды, разложение гидрата и удаление воды из ГПр-а в зимнее время в кротчайшие сроки.

Использование ингибиторов для полного разложения гидрата

Это один из наиболее интенсивных методов ликвидации гидратов в системах добычи и транспорта Г. При этом разрушение гидратов проводят без длительной выдержки ГПр-а после подачи ингибитора. Ингибитор подают при снижении Р до Р_атм.

t-ра вводимого раствора ингибитора:

t_p=L₁/M_h–C_h(t_o–t_k)/(K_pC_p) (3)

Коэффициент кратности вводимого раствора по отношению массы раствора ингибитора к массе гидрата m_h:

К_р=m_p/m_h (4)

Теплоемкость раствора ингибитора:

C_p=C_в(100–W_о)/100+С_иW_о/100 (5)

где С_и – теплоемкость чистого ингибитора, кДж/(кг^оС); W_о – начальная массовая концентрация ингибитора, %.

Конечную t-ру t_к в уравнении (3) принимают не ниже t-ры замерзания раствора ингибитора, определяемой по уравнения (6) или кривыми на рис. 4, 5.

t_к= –(aW_k²+вW_k) (6)

где а, в – постоянные величины для данного ингибитора.

Конечная концентрация ингибитора после разложения гидрата: W_кон=W_o/(1+/К_р) (7)

=18n/М_к (8)

где n – отношение числа мол-л воды к числу мол-л Г в моле гидрата.

Приведенные графики могут быть использованы для опр-ия необх-ого кол-ва ингибитора при заданном знач-и его начальной t-ры или необх-ой t-ры раствора при выбранном знач-и коэффициента кратности.

12. Мех-м пар-низации

Пар-ны могут откладываться за счет: 1) возникновения и роста кристаллов пар-на на пов-ти трубы; 2) сцепления с поверхностью образовавшихся в потоке частиц твердой фазы. Для понимания мех-ма накопления пар-нов нужно выяснить: 1) влияние природы поверхности материала оборудования на силы сцепления, возникающие м/у кристаллами и поверхностью; 2) влияние изменения гидродинамических пар-ров на отложение пар-нов при движении у/в-го сырья; 3) влияние воды, АСПО, мех. примесей, растворимых легких УВ, пузырьков Г, сернистых соединений, t-ры и давления, состава твердых пар-нов; 4) накопление пар-новых отложений как в начальном периоде, так и в последующем, осуществляемое в основном за счет возникновения и роста кристаллов пар-на непосредственно на поверхности и образовавшейся смоло-пар-новой прокладке; 5) скопление кристаллов пар-на при снижении растворяющей способности, образующие на любой поверхности; 6) сдвиг пар-новых отложений с поверхности, предшествующих их срыву.

Пр-с образования пар-новых отложений на стенках труб при движении у/в-го сырья сопровождается адсорбцией, кристаллизацией, коагуляцией, сокристаллизацией пар-нов и др.

Пр-с адсорбции относится к поверхностным явлениям, протекающим на границе раздела соприкасающихся фаз: ж-ть – твердое тело. В результате адсорбции на поверхности твердого тела формируется слой мол-л и атомов, способных удерживаться на ней. При этом справедлив ряд закономерностей:

1) чем лучше среда растворяет адсорбтив, тем хуже идет пр-с адсорбции;

2) чем больше теплоты выделяется при смачивании твердой поверхности средой, тем хуже идет пр-с адсорбции растворенного вещества;

3) преимущественно адсорбируется то вещество, к-е на границе раздела фаз в большей степени выравнивает разность полярностей контактирующих фаз.

Сила взаимодействия контактирующих фаз max для полярных веществ и минимальна для неполярных. Пар-н относится к неполярным веществам. Ориентация неполярных мол-л на поверхности металлов ввиду малой энергии их связи нарушается механическим воздействием или тепловым движением и становится возможной миграция ад-ных мол-л на поверхности ад-та.

Адсорб-но активными при контакте у/в-го сырья с твердой фазой являются смолы, асфальтены, нафтеновые кислоты. Однако в отличие от нефти, присутствие в у/в-ых к-тах указанных комп-тов незначительно, поэтому и влияние их на пр-с ад-и гораздо слабее.

Основные факторы, влияющие на пр-с пар-низации

t-ра оказывает наибольшее влияние на равновесие ж-ть – твердая фаза. Растворимость пар-на сильно зависит от t-ры и уменьшается с увеличением t-ры плавления пар-новых фракций.

Уменьшение интенсивности отложения пар-на может быть достигнуто за счет увеличения ск-ти потока, либо за счет снижения критического напряжения пар-на на границе с потоком жидкости(_n–n) или критического напряжения пар-на на границе со стенкой трубы (_n–т).

В начале с ростом ск-ти потока при сохранении ламинарного режима течения интенсивность запар-нирования возрастает, а достигнув максимума, начинает снижаться.

B=B_oe^–10,2(Q/x³)^0,363(Px²)^0,51(t/t_o)^1,38(x³/B_o)^0,045(D/x)^0,078 (турб. режим)

B=B_oe^–1,19(Q/x³)^0,016(Px²)^0.,4(t/t_o)^10,66(x³/B_o)^0,23(D/x)^1,64 (ламин. режим)

где В, В_о – кол-во пар-на, отложившегося в трубопроводе и содержащегося в растворенном состоянии соотв-но; t, t_о – t-ра потока в рассматриваемом сечении и окружающей среды соответственно;  – время пар-низации; Р – потеря давления в трубопроводе;  – плотность пар-носодержащего продукта; D, х –  и расстояние до соответствующего сечения соотв-но; Q – производительность трубопровода.

Режим потока у/в-го сырья влияет на интенсивность пар-ноотложений. Отложения пар-на увеличиваются при структурном режиме с ростом критерия Rе, а при турбулентном – с уменьшением знач-я Re. В формировании пар-на большую роль играют Г-овые пузырьки, к-е транспортируются с потоком у/в-го сырья. Мол-лы воды, очевидно, являются центрами кристаллизации и способствуют агрегированию частиц пар-на с образованием гетерогенной системы ниже t-рных характеристик у/в-го к-та.

Сравнительный анализ различных методов борьбы с пар-ноотложениями

Использование различного рода присадок по сравнению с другими способами позволяет 1)облегчить пуск к-топровода; 2) уменьшить или полностью исключить смешивание пар-нистого и непар-нистого у/в-го сырья для снижения t-рных хар-к; снизить запар-нивание всего технол-го оборудования; сохранить при транспорте у/в-го сырья тугоплавкие пар-ны.

Применение присадок решает проблему на всем пути сырья от скв-ны до перерабатывающего завода. Несмотря на применение узла приготовления раствора и высокую стоимость присадок, они Наиболее выгодны и эффективны.

Широкое применение на нек-х мест-ях нашли реагенты – растворители (частичное растворение или диспергирование отложений и последующее их разрыхление, из-за чего отложения становятся подвижными и могут выносится потоком сырья).

Для удаления АСПО исп-ся различные растворители (горячая нефть, Г-овый к-т, ароматические углеводороды), но они малоэффективны при большом кол-ве отложений.

Хорошие результаты получены при использовании бутил-бензольной фракции (ББФ).

В промышл. усл-х используют также спирты керосин.

Одним из факторов, обуславливающих образование пар-ноотложений, является выкристаллизовывание твердой фазы из насыщенного раствора у/в-го сырья при изменении t-ры, образование и накопление кристаллов пар-на приводит к агрегированию, и в результате образовавшиеся кристаллы откладываются на поверхности оборудования. По-видимому, это связано с появлением центров кристаллизации, образовавшихся в насыщенном растворе у/в-го сырья при снижении t-ры. Для предупреждения этого явления используются вещества, замедляющие пр-с кристаллизации пар-на (депрессаторы, модификаторы).

Основным достоинством модификаторов является удержание пар-на в диспергированном состоянии на всем пути движения жидкости от забоя скв-ны до перерабатывающего завода.