Способ определения термобарических параметров образования гидратов в многокомпонентной смеси

Изобретение относится к способам определения термобарических параметров (температуры и давления) образования гидратов в многокомпонентной смеси типа нефтяных или природных газов. Оно может быть использовано в нефтяной, газовой и химической промышленности для предотвращения образования техногенных гидратов или для их получения.

Известен способ определения термобарических параметров образования гидратов в многокомпонентной смеси, включающий определение температуры кипения смеси при атмосферном давлении, а давления образования гидратов по расчетной формуле с использованием коэффициентов, определяемых опытным путем:

,

где Р - давление образования гидратов; Т_к - температура кипения многокомпонентной смеси при атмосферном давлении, К; a, b - коэффициенты, которые определяют опытным путем, и для следующих газов найдены их величины:

(Унароков К.Л. Исследование процесса диссоциации гидратов в системах добычи и транспорта газов: Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. ВЬШИГАЗ, Москва, 1981).

Общим признаком известного и предлагаемого способов является определение давления образования гидратов по расчетной формуле, в которой используются коэффициенты, которые определяют опытным путем.

К недостаткам известного способа необходимо отнести то, что определение по формуле давления образования гидратов ограничено отдельными газовыми смесями. Определение давления образования гидратов для многокомпонентной смеси типа нефтяных и природных газов по этой формуле невозможно.

Более близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ определения термобарических параметров образования гидратов в многокомпонентной смеси (Истомин В.А., Якушев B.C. Газовые гидраты в природных условиях. М.: Недра, 1992. 236 с.), включающий определение компонентного состава и измерение температуры смеси 273,15 К, а давления образования в ней гидратов при этой температуре по расчетным формулам, с использованием в них коэффициентов, определяемых опытным путем, для гидратов:

I структуры:

и II структуры:

где Р - давление образования гидратов, МПа;

Y_i - мольная доля компонента в газовой смеси;

численные значения, выраженные цифрами, являются коэффициентами, которые определены опытным путем.

Общими признаками известного и предлагаемого способов определения термобарических параметров образования гидратов в многокомпонентной смеси являются определение компонентного состава смеси и ее температуры, а давления образования в ней гидратов по расчетным формулам, связывающим эти параметры, с использованием в них коэффициентов, определяемых опытным путем.

К недостаткам известного способа необходимо отнести то, что давление образования гидратов определяется только при температуре 273,15 К. В широком диапазоне температур определение давления образования гидратов по этим формулам не возможно.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа определения термобарических параметров образования гидратов в многокомпонентной смеси.

Техническим результатом является повышение эффективности определения термобарических параметров образования гидратов в многокомпонентной смеси путем расширения диапазона их нахождения.

Технический результат достигается тем, что в способе определения термобарических параметров образования гидратов в многокомпонентной смеси, включающем определение компонентного состава и температуры смеси, а давления образования в ней гидратов по расчетным формулам, связывающим эти параметры, с использованием в них коэффициентов, определяемых опытным путем, новым является то, что дополнительно определяют гидратообразующие компоненты, входящие в смесь, затем определяют один из двух температурных диапазонов, в который попадает величина температуры смеси, первый диапазон - от 80 до 273,15 К, второй - от 273,15 (включительно) до 320 К, для каждого такого компонента определяют давление начала образования его гидрата при температуре смеси в первом диапазоне - по степенной зависимости

где - давление начала образования гидрата i-го гидратообразующего компонента в первом температурном диапазоне, Па;

Т₁ - температура многокомпонентной смеси в первом диапазоне, K;

а, b - коэффициенты, определяемые опытным путем;

или при величине температуры смеси во втором диапазоне - по экспоненциальной зависимости

где - давление начала образования гидрата i-го гидратообразующего компонента во втором температурном диапазоне;

Т₂ - температура многокомпонентной смеси во втором диапазоне, K;

- основание натурального логарифма (2,718);

с, d - коэффициенты, определяемые опытным путем; а давление образования гидратов в многокомпонентной смеси определяют: в первом температурном диапазоне по формуле

,

где Р₁ - давление образования гидратов в многокомпонентной смеси в первом температурном диапазоне, Па;

Y_i - мольная доля i-го гидратообразующего компонента в смеси;

n - количество гидратообразующих компонентов;

или во втором температурном диапазоне по формуле

,

где Р₂ - давление образования гидратов в многокомпонентной смеси во втором температурном диапазоне, Па.

Кроме того, численные значения коэффициентов а, b, с, d определены для следующих гидратообразующих компонентов

Технический прием, заключающийся в том, что дополнительно определяют гидратообразующие компоненты, входящие в смесь, позволяет выявить все компоненты, которые образуют гидраты в широком диапазоне термобарических условий.

Технический прием, заключающийся в определении одного из двух температурных диапазонов, в который попадает величина температуры смеси, первый диапазон - от 80 до 273,15 К, второй - от 273,15 (включительно) до 320 К, позволяет уточнить условия образования гидратов.

Технический прием, заключающийся в том, что для каждого такого компонента определяют давление начала образования его гидрата при температуре смеси в первом диапазоне - по степенной зависимости

или при величине температуры смеси во втором диапазоне - по экспоненциальной зависимости

позволяет определить границу термобарических условий начала образования гидратов каждого компонента газа-гидратообразователя.

Технический прием, заключающийся в том, что давление образования гидратов в многокомпонентной смеси определяют:

в первом температурном диапазоне по формуле

,

где Р₁ - давление образования гидратов в многокомпонентной смеси в первом температурном диапазоне, Па;

Y_i - мольная доля i-го гидратообразующего компонента в смеси;

n - количество гидратообразующих компонентов;

или во втором температурном диапазоне по формуле

,

позволяет рассчитать давление образования гидратов в многокомпонентной смеси при определенной величине температуры.

Численные значения коэффициентов а, b, с, d определены для следующих гидратообразующих компонентов

Авторам не известны определения термобарических параметров образования гидратов в многокомпонентной смеси подобным образом.

Практическая реализация предлагаемого способа определения термобарических параметров образования гидратов в многокомпонентной смеси представлена примерами.

ПРИМЕР 1.

Многокомпонентная газовая смесь транспортируется по трубопроводу. Необходимо определить термобарические параметры образования гидратов в этой смеси. Опытным путем определяют:

- компонентный состав смеси в мольных долях: метан - 0,57, этан -0,01, пропан - 0,14, i-бутан - 0,08, пентан - 0,02, гексан - 0,02, гептан - 0,01, диоксид углерода - 0,05, сероводород - 0,05, азот - 0,05.

- температуру смеси - 270 К.

Дополнительно определяют гидратообразующие компоненты, входящие в смесь: метан - 0,600, этан - 0,010, пропан - 0,147, i-бутан - 0,084, диоксид углерода - 0,053, сероводород - 0,053, азот - 0,053.

Температура многокомпонентной смеси 270 К попадает в первый температурный диапазон. Поэтому давление начала образования гидратов для каждого компонента смеси определяют по степенной зависимости:

,

в которой коэффициенты а, b, определенные опытным путем, принимают из таблицы (см. выше). Давления:

- метана = 4⋅10^-17⋅270^9,3415=2063691 Па=2,06 МПа,

- этана = 3⋅10^-26⋅270^12,8130=426761 Па=0,43 МПа,

- пропана =2⋅10^-28⋅270^13,4980=131698 Па=0,13 МПа,

- i-бутана = 2⋅10^-32⋅270^15,'⁰⁷⁶⁰=90421 Па=0,09 МПа,

- диоксида углерода =10^-21⋅270^11,'⁰⁸⁹⁰=914940 Па=0,91 МПа,

- сероводорода =10^-23⋅270^11,'⁴⁶⁹⁰=76791 Па=0,08 МПа,

- азота =2⋅10^-12⋅270^7,7171=11590637 Па=11,59 МПа.

Давление образования гидратов в многокомпонентной смеси в первом температурном диапазоне определяют по формуле:

ПРИМЕР 2.

Многокомпонентная газовая смесь поступает из газовой скважины. Необходимо определить термобарические параметры образования гидратов в этой смеси. Опытным путем определяют:

- компонентный состав смеси в мольных долях: метан - 0,940, этан -0,005, пропан - 0,015, i-бутан - 0,010, диоксид углерода - 0,010, азот - 0,015, аргон - 0,002, криптон - 0,002, ксенон - 0,001,

- температуру смеси - 280 К.

Дополнительно определяют гидратообразующие компоненты, входящие в смесь: метан - 0,940, этан - 0,005, пропан - 0,015, i-бутан - 0,010, диоксид углерода - 0,010, азот - 0,015, аргон - 0,002, криптон - 0,002, ксенон - 0,001.

Температура многокомпонентной смеси 280 К попадает во второй температурный диапазон. Поэтому давление начала образования гидратов для каждого компонента смеси определяют по степенной зависимости:

в которой коэффициенты с, d, определенные опытным путем, принимают из таблицы (см. выше). Давления:

- метана = 10^-7⋅^0,1128⋅280=5209031 Па=5,21 МПа,

- этана = 6⋅10^-10⋅^0,1256⋅280=1125692 Па=1,13 МПа,

- пропана = 8⋅10^-10⋅^0,1281⋅280=3022487 Па=3,02 МПа,

- i-бутана = 8⋅10^-20⋅^0,2052⋅280=717652 Па=0,72 МПа,

- диоксида углерода = 3⋅10^-20⋅^0,2078⋅280=557329 Па=0,56 МПа,

- азота = 10^-5⋅^0,1015⋅280=22011477 Па=22,01 МПа,

- аргона = 10^-7⋅^0,1168⋅280=15964920 Па=15,96 МПа,

- криптона = 2⋅10^-6⋅^0,0990⋅280=2186115 Па=2,19 МПа,

- ксенона = 3⋅10^-7⋅^0,0993⋅280=356652 Па=0,36 МПа.

Давление образования гидратов в многокомпонентной смеси в первом температурном диапазоне определяют по формуле: