авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Термодинамическое моделирование фазовых равновесий углеводородных систем с водой и газовыми гидратами для повышения эффективности технологий в добыче газа

-- [ Страница 3 ] --

*– квадрупольная точка

Проведенный термодинамический анализ поверхностного разложения гидратов показывает, что имеются возможности управлять процессом разложения и переходом его на стадию самоконсервации.

Прежде всего, управляющим параметром является давление газа. При сбросе давления до определенных значений (см. табл. 1 и 2) можно добиться появления на поверхности разлагающегося гидрата переохлажденной воды.

Следующим управляющим параметром для эффекта самоконсервации является температура (точнее, динамика изменения температуры в ходе эксперимента). Поверхностного разложения гидратов можно добиться повышением температуры, пересекая последовательно линии трехфазных равновесий «газ - гексагональный лед - гидрат» и «газ - переохлажденная вода - гидрат». При пересечении линии «газ - переохлажденная вода - гидрат» становится возможным разложение гидрата на переохлажденную воду. Для реализации самоконсервации требуется еще кристаллизация этой воды в оптимальных условиях. Так, при малой движущей силе процесса кристаллизацию переохлажденной воды можно ускорить, например, посредством обратного охлаждения системы, а также комбинацией охлаждения и сбрасывания давления.

Наличие примеси льда в гидрате также позволяет управлять процессом разложения гидрата и переходом его на стадию самоконсервации, поскольку лед вызывает кристаллизацию переохлажденной воды.

Таким образом, принципиально возможно подбирать технологические приемы консервации для любого газового гидрата.

Теперь перейдем к рассмотрению эффекта принудительной консервации гидрата гидратом. Анализ литературы свидетельствует, что такие новые эффекты по существу экспериментально наблюдали В.П. Мельников - А.Н.Нестеров (2005) и Дж. Рипмейстер с соавторами (2005). В этих работах исследовалась диссоциация гидратов (метана, пропана, природной газовой смеси), причем обе группы исследователей независимо использовали практически одинаковую экспериментальную методику (за исключением некоторых деталей непринципиального характера), суть, которой заключалась в следующем. Предварительно охлажденный образец гидрата постепенно нагревали в термостатируемой гидратной барокамере. На каждом температурном шаге камеру выдерживали до тех пор, пока давление не стабилизировалось, что означало окончание процесса разложения гидрата. Далее процедура повторялась с новым (более высоким) значением температуры. При переходе на каждый последующий температурный шаг происходит некоторое разложение образца гидрата с повышением и последующей стабилизацией давления (для газовой фазы исходный образец гидрата является источником газа, причем газа постоянного состава). Практически стабилизация давления происходит здесь из-за того, что при повышении давления появляется принципиальная возможность вторичного гидратообразования из газовой фазы и воды на поверхности исходного образца гидрата (образующаяся пленка нового гидрата при этом имеет другой состав). Тем самым тормозится процесс поверхностного разложения исходного образца гидрата и стабилизируется давление в системе. В рассматриваемых экспериментах собственно и реализовывался эффект консервации гидрата одного состава гидратом другого состава.

Проанализировав эти эксперименты, нами рассмотрен известный случай природного байкальского гидратного конгломерата, в котором одновременно присутствовали гидраты двух структур КС-I и КС-II. Гидрат был поднят с глубины ~1000 м (на расстоянии около 1 метра от дна озера при температуре воды на дне около плюс 4 оС). В составе нижнего слоя гидрата (структуры КС-I) содержалось ~ 3 мол.% этана, в составе верхнего (структуры КС-II) – около 15 мол.% этана (остальное, – метан). Важно обратить внимание на взаимное положение и морфоло гию обеих гидратных частей (рисунок 2). Нижняя часть монолитна, имеет плотное строение, верхняя часть имеет рыхлое, пористое строение и состоит из множества гранул гидрата.

.

Рисунок 2 – Природные гидраты двух структур, поднятые со дна оз. Байкал (фото О.М. Хлыстова, ЛИН СО РАН, 2003)

Нами были рассмотрены условия гидратообразования из газа состава 97 мол.% метана и 3 мол.% этана. В результате расчета для температуры плюс 4 оС получен состав гидратной фазы, в которой содержится 84 мол.% метана и 16 об.% этана, при этом (для трехфазного равновесия «газ-вода-гидрат») равновесное давление гидратообразования составляет ~3,2 МПа, что значительно ниже гидростатического давления дна оз. Байкал (~10 МПа). Поэтому расчет был повторен для двухфазного равновесия «водорастворенный газ – гидрат», но при гидростатическом давлении дна озера Байкал (состав газа в воде принимался тем же самым - 97 мол.% метана и 3 мол.% этана). Компонентный состав вторично образующегося гидрата остался практически тем же самым с содержанием этана ~16 мол.% (при этом несколько изменилось гидратное число n).

Таким образом, суть рассматриваемого явления (сосуществование природных гидратов двух структур), по нашему мнению, состоит в проявлении эффектаконсервации гидрата гидратом. Нижняя часть гидрата образована первоначально, об этом свидетельствуют, как ее положение, так и морфология. В результате изменения условий (например, прекращения глубинного газовыделения) нижний гидрат начинал разлагаться, однако существующих термобарических условий оказалось достаточно, чтобы из водорастворенного газа начал образовываться гидрат термодинамически более устойчивый с новым составом, частично предотвращая (замедляя) тем самым разложение первичного гидрата.

Далее в главе рассмотрены возможности управления эффектом замедленного разложения гидратов при положительных по Цельсию температурах посредством покрытия поверхности одного гидрата слоем другого, термодинамически более стабильного при заданных термобарических условиях. Реализация такой ситуации в природных условиях показана выше на примере байкальского гидрата. Проведенными расчетами нами показано, что можно добиться консервации гидрата одного состава гидратом другого состава при давлении, которое существенно ниже давления гидратообразования гидрата первого состава (на примерах смесей с исходным составом: 98% метан +2% пропан; 95% метан +5% азот; 70% изобутан + 30% азот и 90% метан + 10% СО2)

Проведенный анализ и термодинамические расчеты показывают возможности практического приложения эффектов замедленного разложения газовых гидратов: это – разработка новых методов исследования газогидратных равновесий, технологий транспорта и хранения газа в гидратном состоянии, условия существования газогидратов в природных системах в метастабильных состояниях.

В третьей главе представлен уточненный методический подход к нормированию ингибиторов гидратообразования и выделены дополнительные особенности, связанные с применением летучих (растворимых в природном газе и нестабильном конденсате) ингибиторов. Отмечено, что большой вклад в методологию нормирования химических реагентов в газовой промышленности внесли А.И. Гриценко, И.И. Бородина, Т.М. Бекиров, Э.Б. Бухгалтер А.Г. Бурмистров, Б.В. Дегтярев, В.А. Истомин, В.А. Клюсов, А.Н. Кульков, Г.С. Лутошкин, Ю.Ф. Макогон, В.А. Ставицкий, В.Б. Щипачев, и др.

Нормирование расхода ингибитора включает учет всех статей его потерь, как на технологические, так и на все другие производственные нужды (т.е. норма является алгебраической суммой всех видов потерь с учетом коэффициентов запаса, а также возврата химреагента в технологический цикл). Производственные потери ингибитора, возникающие при регенерации, хранении, перевозке рекомендуется определять экспертно-статистическим методом (здесь имеется в виду статистический анализ фактических потерь ингибитора по какой-либо статье расхода за ряд лет), а другие потери могут оцениваться с использованием расчетно-аналитических подходов (например, потери от испарения при хранении в резервуарах). Что касается возврата отработанного реагента в технологический цикл, то здесь имеется ввиду наличие установок регенерации отработанного ингибитора, а также использование рециркуляционных технологий использования ингибитора гидратообразования.

Уточненный методический подход к нормированию ингибиторов гидратообразования состоит в следующем.

Нормирование в добыче газа применяется на различных уровнях укрупнения производственных объектов, в т.ч и на уровне дочернего общества (организации) ОАО «Газпром». Групповая норма расхода химреагента H по всем УКПГ газодобывающего предприятия определяется следующим образом:

где:

- индивидуальная норма расхода химреагента по каждой установке (УКПГ), кг/1000 м3;

- добыча газа по каждой установке подготовки газа за определенный период времени (месяц, квартал, год), млн. м3.

Под индивидуальной нормой расхода химреагента принимается удельная норма расхода по УКПГ, которая рассчитывается по формуле:

,

где:

НТ - норма расхода на технологический процесс;

НВ – норма удельного количество химреагента, возвращаемого в цикл;

– норма суммы дополнительных (производственных) потерь.

Норму расхода ингибитора на технологический процесс по каждой установке подготовки газа определяют как сумму норм расхода ингибитора в скважины, в шлейфы скважин и на технологический процесс НТС, т.е. на каждом индивидуальном участке технологического процесса.

Норму расхода на каждом индивидуальном участке рассчитывают по формуле:

,

где:

G – минимально-необходимый (теоретический) удельный расход (концентрированного либо регенерированного) ингибитора, концентрации X;

K – коэффициент запаса на неучтенные факторы, варьирующийся в диапазоне 1,05-1,25.

Следует отметить, что коэффициент K, учитывающий факторы нестационарного и неизотермического течения газожидкостной смеси, а также неравновесного распределения компонентов по фазам, определяется экспертным путем. На начальной стадии эксплуатации месторождения коэффициент может задаваться максимальным (1,10-1,25) и по мере накопления и обработки статистического материала по расходованию ингибиторов, а также с внедрением автоматизированных средств управления производством, его величина может снижаться до 1,05.

Теоретический расход ингибитора для индивидуального участка технологической цепи и расход водной фазы в защищаемой точке определяется следующим образом:



Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.