一种天然气输气管道中天然气水合物的抑制方法及其装置

摘要

一种天然气输气管道中天然气水合物的抑制方法，该方法是在天然气的输送管线上设置一装有固态药剂柱的管件来抑制天然气输送管线中天然气水合物；所述的固态药剂柱对天然气输送管线中天然气水合物有抑制作用。本发明能够有效的解决天然气水合物堵塞输气管线的难题，克服现有天然气水合物抑制方法的缺陷，能够确保天然气输气管线的畅通，大幅降低输气成本；而且实施容易，安全可靠，经济效益显著。

说明书

技术领域

本发明涉及一种天然气输气管道中天然气水合物的抑制方法。

背景技术

在一定条件下，天然气可以和水生成由晶胞组成的天然气水合物结晶；该水合物结晶首先在天然气与水的界面上析出并分散于水中，随后这些结晶长大、聚并、沉积；如果不采取有效的抑制方法，该天然气水合物将对天然气输送管道造成堵塞，使天然气不能正常输送，严重时会导致管道堵塞事故，造成重大经济损失。目前采用的天然气水合物抑制方法有降低压力法、保持一定温度法、减少天然气水含量法、用天然气水合物抑制剂法等，但均存在一定的缺陷。

降低压力法是对一定温度和一定组成的天然气，将压力降至水合物生成压力之下输送，从而避免天然气水合物的生成。该方法是天然气输送中常用的一种抑制天然气水合物的方法，存在以下缺陷：一是该方法会白白浪费掉大量的压力能，造成大量能量损失；二是该方法需要复杂的增压设施不断补充降压损失的压力能，导致输气成本上升，输气工艺复杂化；三是用于气田集气管线时会导致气温大幅降低而作用相反，仍然需要投加醇等水合物抑制剂。

保持一定温度法是对一定压力和一定组成的天然气，使天然气温度保持在水合物生成温度之上输送，从而避免天然气水合物的生成。该方法是天然气输送中常用的一种抑制天然气水合物的方法，存在以下缺陷：一是该方法往往需要专门的加热设备，需要大量的热能，导致输气成本上升，输气工艺复杂化；二是该方法需要对输气管线进行良好的保温，导致输气管线固定投资大幅增加；三是因为火源和高压天然气管线共存，存在严重的事故隐患，属于本质不安全工艺。

减少天然气水含量法是用脱水法减少天然气中的含水量，降低天然气的水露点，用高于天然气水露点的温度输气，从而避免天然气水合物的生成。该方法是天然气输送中常用的一种抑制天然气水合物的方法，存在以下缺陷：一是该方法需要专门的脱水设备，不仅工艺复杂，而且需要专人管理、管理难度大、运行成本高，导致输气成本上升，输气工艺复杂化；二是该方法需要对输气管线进行良好的保温，导致输气管线固定投资大幅增加；三是因为脱水设备庞大复杂，只能在大型输气管线站区、集气站建造，一般气田井场、集气管线无法使用。

用天然气水合物抑制剂法是往天然气管线中加入液态的天然气水合物抑制剂，从而避免天然气水合物的生成或长大、聚并，堵塞管线。该天然气水合物抑制剂一般分为三类：一类是醇，可以有效抑制水合物结晶的析出；另一类是表面活性剂，可以抑制天然气水合物结晶的长大；第三类是水溶性聚合物，能够有效抑制天然气水合物结晶的聚并、沉积。该方法是天然气输送中常用的一种抑制天然气水合物的方法，存在以下缺陷：一是目前上述三类天然气水合物抑制剂往管线投加时均呈液态，需要专门储运设施和专用高压加药装置频繁或连续投加；二是其在集气站等站内使用时可以方便管理，但用于无人值守的野外气井井场、集气管线时管理难度很大，不仅需要解决设备野外运行问题，药剂储运问题等等，而且面临被盗、巡检等管理问题；三是气井井场、集气管线一般没有电源，无法使用泵类加药装置，只能使用加药包自流加药，不仅药剂投加量控制困难，药剂浪费严重，易因药剂投加不均匀或中断造成堵塞管线等事故，而且因为受压力限制加药包体积有限，导致加药工作频繁，往往需要专车、专人进行，使药剂储运、投加成本过高；四是每次往加药包加药时需要放空高压天然气，不仅浪费能源，而且危险性高，劳动强度大；五是醇类抑制剂抑制水合物的能力小，加药量大，而其他两类则或者因凝点问题或者因为系固形物均要制成醇溶液或水溶液使用，从而降低了其有效含量，额外增加加药工作量，而且其以水溶液使用时实际上又增加了气管线天然气的含水量，亦即为水合物形成提供了有利条件，从机理上讲是与药剂的抑制水合物功能相矛盾的，为此必然要额外浪费大量药剂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种天然气输气管道中天然气水合物的抑制方法。本方法能够有效的解决天然气水合物堵塞输气管线的难题，克服现有天然气水合物抑制方法的缺陷，能够确保天然气输气管线的畅通，大幅降低输气成本；而且实施容易，安全可靠，经济效益显著。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种天然气输气管道中天然气水合物的抑制装置。

为解决上述第一个技术问题，本发明所采用如下的技术方案：一种天然气输气管道中天然气水合物的抑制方法，该方法是：在天然气的输送管线上设置一装有固态药剂柱的管件来抑制天然气输送管线中天然气水合物；所述的固态药剂柱对天然气输送管线中天然气水合物有抑制作用。

所述的固态药剂柱是：对天然气水合物有抑制作用的在常温常压下呈固态的水溶性聚合物或/和对天然气水合物有抑制作用的在常温常压下呈固态的表面活性剂中一种，或者是它们之中两种任意比例混配的混合物；将上述原料混合均匀，然后加入清水，揉制成泥团状，置入模具中挤压成型，再连同模具在室温下自然硬化干燥至少2小时，从模具中取出药剂，在室温下自然硬化、干燥至少4小时，即可制成固体状药剂柱。

所述对天然气水合物有抑制作用的在常温常压下呈固态的水溶性聚合物是下述原料中的一种或者是它们之中的两种或两种以上任意比例混配的混合物：聚乙烯吡咯烷酮，聚N-乙烯吡咯烷酮，聚N-乙烯吡咯烷酮的丁基衍生物，羟乙基纤维素，N-乙烯己内酰胺与N-乙烯吡咯烷酮共聚物，丙烯酰胺与顺丁烯二酰亚胺共聚物，N-乙烯己内酰胺与顺丁烯二酰亚胺共聚物，甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯与异丙烯基噁唑啉共聚物，N-乙烯己内酰胺、N-乙烯吡咯烷酮与甲基丙烯酸二甲胺基-1，2-亚乙基酯共聚物，聚乙烯醇，阴离子聚丙烯酰胺或阳离子聚丙烯酰胺。

所述对天然气水合物有抑制作用的在常温常压下呈固态的表面活性剂是下述原料中的一种或者是它们之间两种或两种以上任意比例混配的混合物：烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠、肥皂粉、常温下呈蜡状的聚氧乙烯烷基醇醚、聚氧乙烯烷基苯酚醚、常温下呈蜡状的乳化剂或常温下呈蜡状的破乳剂。

为解决上述第二个技术问题，本发明所采用如下的技术方案：一种天然气输气管道中天然气水合物的抑制装置，即装有固态药剂柱的管件，它包括：出口法兰、箅子、固态药剂柱、壳体和进口法兰；所述壳体为中空结构，其两端分设有出口法兰和进口法兰；所述壳体的中空腔体内设有固态药剂柱；所述出口法兰和固态药剂柱之间设有箅子，其上有通孔，该箅子固定在壳体上，起到阻挡固态药剂柱在壳体中空腔体中的移动并允许天然气通过的作用；所述出口法兰与天然气出气管线上的出气法兰连接，所述进口法兰与天然气进气管线上的进气法兰连接。

本发明的工作原理是：使用时，先将药剂柱装入带有箅子、出口法兰、进口法兰的壳体内，组成特殊管件；然后将该特殊管件用进口螺栓、出口螺栓分别连接到带有出气法兰的出气管线和带有进气法兰的进气管线上，当天然气经过药剂柱时，如果天然气中含游离水，则药剂直接通过溶解作用脱离母体进入天然气流体，从而发挥其抑制天然气水合物的作用；如果天然气中不含游离水而含细小水合物晶核，该晶核会吸附在药剂柱上，释放吸附热，使药剂柱表面药剂分子与晶核表面瞬间熔合的同时，又被天然气从母体剥离、分散，进入天然气流体，形成表面带有药剂的新晶核，从而发挥其抑制天然气水合物的作用；如果天然气既不含晶核也不含游离水，仅含汽态水，该汽态水会在药剂柱上凝结成为液态水，溶解药剂柱表面药剂，则药剂直接通过溶解作用脱离母体进入天然气流体，从而发挥其抑制天然气水合物的作用。

本发明的有益效果如下：本方法能够有效的解决天然气水合物堵塞输气管线的难题，克服现有天然气水合物抑制方法的缺陷，能够确保天然气输气管线的畅通，大幅降低输气成本；实施容易，安全可靠，经济效益显著；由于该方法是采用固体药剂柱自动溶解的加药方法，因此在无人值守的野外场所也能够实现自动连续加药，具有加药量即药剂柱溶解速度随天然气含水量即天然气水合物形成要素变化而变化的特征，因此特别适用于天然气井的集气管线，不仅能够大幅降低采气和输气成本，而且能够消除无人值守的加热炉与天然气共存的天然气井场、集气管线的安全隐患。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明

图1为本发明一种天然气输气管道中天然气水合物的抑制装置结构示意图。

具体实施方式

实施例1

一种天然气输气管道中天然气水合物的抑制方法，该方法是：在天然气的输送管线1上设置一装有固态药剂柱的管件2来抑制天然气输送管线中天然气水合物；所述的固态药剂柱22对天然气输送管线中天然气水合物有抑制作用；

所述固态药剂柱包括下列重量百分比的原料：聚乙烯吡咯烷酮100％；

在上述原料加入清水，揉制成泥团状，置入模具中挤压成型，再连同模具在室温下自然硬化干燥至少2小时，从模具中取出药剂，在室温下自然硬化、干燥至少4小时，即可制成固体状药剂柱。

参见图1所示，一种天然气输气管道中天然气水合物的抑制装置，既装有固态药剂柱的管件2，它包括：出口法兰20、箅子21、固态药剂柱22、壳体23和进口法兰24；所述壳体23为中空结构，其两端分别焊接有出口法兰20和进口法兰24；所述壳体23的中空腔体230内设有固态药剂柱22；所述出口法兰24和固态药剂柱22之间设有箅子21，箅子21上有通孔210，该箅子21焊接在壳体23上，起到阻挡固态药剂柱22在壳体23的中空腔体230中的移动并允许天然气通过的作用；所述出口法兰20与天然气出气管线1上焊接的出气法兰10连接，所述进口法兰24与天然气进气管线1上焊接的进气法兰11连接。

实施例2

重复实施例1，不同之处仅在于：所述固态药剂柱包括下列重量百分比的原料：聚N-乙烯吡咯烷酮50％；聚N-乙烯吡咯烷酮的丁基衍生物50％。

实施例3

重复实施例1，不同之处仅在于：所述固态药剂柱包括下列重量百分比的原料：

羟乙基纤维素                            30％；

N-乙烯己内酰胺与N-乙烯吡咯烷酮共聚物    30％；

丙烯酰胺与顺丁烯二酰亚胺共聚物          40％。

实施例4

重复实施例1，不同之处仅在于：所述固态药剂柱包括下列重量百分比的原料：烷基苯磺酸钠  100％。

实施例5

重复实施例1，不同之处仅在于：所述固态药剂柱包括下列重量百分比的原料：烷基硫酸钠  80％；肥皂粉  20％。

实施例6

重复实施例1，不同之处仅在于：所述固态药剂柱包括下列重量百分比的原料：

常温下呈蜡状的聚氧乙烯烷基醇醚    25％；

聚氧乙烯烷基苯酚醚                25％；

常温下呈蜡状的乳化剂              25％；

或常温下呈蜡状的破乳剂            25％；

实施例7

重复实施例1，不同之处仅在于：所述固态药剂柱包括下列重量百分比的原料：N-乙烯己内酰胺与顺丁烯二酰亚胺共聚物    90％；

烷基苯磺酸钠                            10％。

实施例8

重复实施例1，不同之处仅在于：所述固态药剂柱包括下列重量百分比的原料：

甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯与异丙烯基噁唑啉共聚物  45％；

N-乙烯己内酰胺、N-乙烯吡咯烷酮与甲基丙烯酸二甲胺基-1，2-亚乙基酯共聚物                                            25％；

烷基硫酸钠                                        30％。

实施例9

重复实施例1，不同之处仅在于：所述固态药剂柱包括下列重量百分比的原料：

聚乙烯醇                          20％；

阴离子聚丙烯酰胺                  20％；

阳离子聚丙烯酰胺                  25％；

常温下呈蜡状的聚氧乙烯烷基醇醚    35％。

实施例10

重复实施例1，不同之处仅在于：所述固态药剂柱包括下列重量百分比的原料：

羟乙基纤维素                      5％；

烷基苯磺酸钠                      50％；

烷基硫酸钠                        45％。

实施例11

重复实施例1，不同之处仅在于：所述固态药剂柱包括下列重量百分比的原料：

聚乙烯吡咯烷酮                    15％；

肥皂粉                            5％；

常温下呈蜡状的聚氧乙烯烷基醇醚    30％；

聚氧乙烯烷基苯酚醚                30％。

实施例12

重复实施例1，不同之处仅在于：所述固态药剂柱包括下列重量百分比的原料：

聚N-乙烯吡咯烷酮的丁基衍生物    25％；

羟乙基纤维素                    25％；

烷基苯磺酸钠                    25％；

聚氧乙烯烷基苯酚醚              25％；

实施例13

重复实施例1，不同之处仅在于：所述固态药剂柱包括下列重量百分比的原料：

N-乙烯己内酰胺、N-乙烯吡咯烷酮与甲基丙烯酸二甲胺基-1，2-亚乙基酯共聚物                                          5％；

聚乙烯醇，阴离子聚丙烯酰胺或阳离子聚丙烯酰胺    25％；

肥皂粉                                          35％；

常温下呈蜡状的乳化剂                            20％；

常温下呈蜡状的破乳剂                            15％。

实施例14

重复实施例1，不同之处仅在于：所述固态药剂柱包括下列重量百分比的原料：

聚乙烯吡咯烷酮                                  5％；

聚N-乙烯吡咯烷酮                                5％；

聚N-乙烯吡咯烷酮的丁基衍生物                    5％；

羟乙基纤维素                                    5％；

N-乙烯己内酰胺与N-乙烯吡咯烷酮共聚物            10％；

丙烯酰胺与顺丁烯二酰亚胺共聚物                  10％；

N-乙烯己内酰胺与顺丁烯二酰亚胺共聚物            10％；

甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯与异丙烯基噁唑啉共聚物    10％；

N-乙烯己内酰胺、N-乙烯吡咯烷酮与甲基丙烯酸二甲胺基-1，2-亚乙基酯共聚物                                              10％；

聚乙烯醇                                            10％；

阴离子聚丙烯酰胺                                    10％；

阳离子聚丙烯酰胺                                    10％。

实施例15

重复实施例1，不同之处仅在于：所述固态药剂柱包括下列重量百分比的原料：

烷基苯磺酸钠                                        20％；

烷基硫酸钠                                          20％；

肥皂粉                                              20％；

常温下呈蜡状的聚氧乙烯烷基醇醚                      10％；

聚氧乙烯烷基苯酚醚                                  10％；

常温下呈蜡状的乳化剂                                10％；

常温下呈蜡状的破乳剂                                10％。

实施例16

重复实施例1，不同之处仅在于：所述固态药剂柱包括下列重量百分比的原料：

聚乙烯吡咯烷酮                                      2.5％；

聚N-乙烯吡咯烷酮                                    2.5％；

聚N-乙烯吡咯烷酮的丁基衍生物                        2.5％；

羟乙基纤维素                                        2.5％；

N-乙烯己内酰胺与N-乙烯吡咯烷酮共聚物                5％；

丙烯酰胺与顺丁烯二酰亚胺共聚物                      5％；

N-乙烯己内酰胺与顺丁烯二酰亚胺共聚物                5％；

甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯与异丙烯基噁唑啉共聚物    5％；

N-乙烯己内酰胺、N-乙烯吡咯烷酮与甲基丙烯酸二甲胺基-1，2-亚乙基酯共聚物                                              5％；

聚乙烯醇                                            5％；

阴离子聚丙烯酰胺                                    5％；

阳离子聚丙烯酰胺                                    5％；

烷基苯磺酸钠                                        10％；

烷基硫酸钠                                          10％；

肥皂粉                                              10％；

常温下呈蜡状的聚氧乙烯烷基醇醚                      5％；

聚氧乙烯烷基苯酚醚                                  5％；

常温下呈蜡状的乳化剂                                5％；

常温下呈蜡状的破乳剂                                5％。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。