Гидраты газов, условия их образования, предотвращения и разрушения при исследовании скважин и их эксплуатации

2. Гидраты газов, условия их образования, предотвращения и разрушения при исследовании скважин и их эксплуатации

Гидраты газов представляют собой твердые соединения (клатраты), в которых молекулы газа при определенных термобарических условиях заполняют структурные пустоты кристаллической решетки, образованной молекулами воды с помощью водородной связи [1]. Эти образования относят к химическим соединениям, так как они имеют строго определенный состав. По внешнему виду -- это белая кристаллическая масса, похожая на лед или снег.

Условия образования гидратов

Основные факторы, определяющие процесс гидратообразования, - это давление, температура, состав газа, его влагосодержание, наличие и состав солей в пластовой воде. Наглядное представление об условиях образования гидратов дает фазовая диаграмма гетерогенного равновесия, построенная для систем М-НО (рис.2.1). В точке С одновременно существуют четыре фазы (I, II, III, IV): газообразный гидратообразователь, жидкий раствор гидратообразователя в воде, раствор воды в гидратообразователе и гидрат. Точка пересечения кривых 1 и 2 соответствует инвариантной системе. Следовательно, чтобы не исчезла одна из фаз, в этой точке нельзя изменять температуру, давление или состав системы.

Температура образования гидратов в стволе скважины при заданном расходе зависит от диаметра колонны.

В ряде случаев между забоем и устьем скважины возникают условия (состав, влажность, давление, температура и т. д.), необходимые для образования гидратов.

В большинстве же случаев температура газа на забое скважины при движении газа вверх может стать ниже температуры гидратообразования. В результате скважина забивается гидратами.

Образование гидратов в стволе можно предупредить различными способами (ввод ингибиторов на забой, теплоизоляция фонтанных или обсадных колонн, повышение температуры газа в стволе с помощью нагревателей). Самый распространенный способ -- подача антигидратных ингибиторов (метанола, гликоля, растворов солей и т. д.) в поток газа.

Если гидраты перекрывают сечение скважины не полностью, разложения их проще всего достигнуть с помощью ингибиторов. Значительно труднее бороться с отложениями гидратов, перекрывающих сечение насосно-компрессорных труб полностью и образующих сплошную пробку. При незначительной длине пробки ее можно ликвидировать продувкой скважины. При большой ее длине выбросу гидратов предшествует некоторый период, в течение которого пробка частично разлагается в результате снижения давления. Продолжительность периода разложения гидратов зависит от состава гидратов, температуры газа и окружающих горных пород.

Если гидраты образовались внутри колонны фонтанных труб, а затрубное пространство осталось свободным от них (или наоборот), разложить гидраты можно при отборе газа по затрубному пространству.

Один из перспективных способов борьбы с образованием гидратов при исследовании скважин -- способ предотвращения их прилипания к стенкам труб. Для этого в поток газа вводятся нефтепродукты или поверхностно-активные вещества (ПАВ); на стенках труб образуется гидрофобная пленка, и рыхлые гидраты легко транспортируются потоком газа. ПАВ, покрывая поверхность жидкостей и твердых веществ тончайшими слоями, способствуют резкому изменению условий взаимодействия гидратов со стенкой трубы. газ гидрат скважина ингибитор