15.1. Определение интенсивности нарастания газогидратных отложений на стенках трубопровода

Отложения твердой фазы на стенках каналов играют крайне негативную роль при добыче и транспортировке углеводородного сырья (закупорка труб, выход из строя промыслового оборудования и т.п.). Материальные затраты на преду­преждение и борьбу с данными отложениями твердой фазы составляют до­вольно значительную часть от себестоимости добычи углеводородов в условиях Рос­сийской Федерации.

Сужение внутреннего сечения трубопровода из-за гидратоотложений (склероз) при­водит к изменению температурного режима на этом участке, что в свою очередь спо­собствует еще более интенсивному снижению пропускной способности трубопровода. Для профилактики или удаления образовавшихся склеротических бляшек в каждом конкретном случае необходимо знание физико-химических процессов в различных ре­жимах эксплуатации трубопровода, в частности, требуется определить условия гидратообразования. Если в трубопроводе выполняются условии образования газогидратов, то возникает необходимость определения интенсивности нарастания газогидратных отложений на стенках канала, что можно осуществить совместным решением уравне­ний тепломассопереноса в трубопроводе и в газогидратном слое.

Согласно современным представлениям, интенсивность образования гидратных от­ложений в основном лимитируется условиями теплового баланса между слоем гидрат­ных отложений и потоком углеводородных смесей в трубопроводах, а также окружающей трубопровод породой. Если к поверхности твердой фазы гидратообразователи по­ступают в достаточном количестве, то интенсивность образования газового гидрата ограничивается лишь интенсивностью теплоотвода от поверхности фазовых переходов. В этом случае полагается, что температура поверхности фазовых переходов Т_σ (которая является одновременно температурой внутренней стенки трубопровода на участке, где откладывается газогидрат) изотермична и равна равновесной температуре гидратообра­зования Т_S(р), соответствующей значению давления газа. Интенсивность отложения газогидрата можно определить из условия теплового баланса на поверхности газогидратного слоя.

Однако такое предположение справедливо лишь для трубопроводов, транспорти­рующих газ с большим влагосодержанием (доля воды составляет несколько процен­тов), так как из-за образовании твердых отложений происходит обеднение потока вла­гой, вследствие чего, начиная с некоторого сечения трубопровода, его склероз может происходить при дефиците влаги.

Для определения участка трубопровода, подверженного склерозу, сначала определяем зону гидратообразования, то есть зону меж­ду точками пересечения температурной кривой газа, которая изменяется вдоль всего трубопровода и кривой гидратообразования, характеризующей изменение температуры образования гидратов по длине канала в зависимости от давления. Найденная таким путем зона образования гидратов означает, что на данном участ­ке существуют только термодинамические условия их образования. Фактически для образования гидратов необходимо еще и наличие системы «газ-вода». Следо­вательно, после определения зоны гидратообразования необходимо определить зону выделения влаги для данных условий. Найденная зона выделения влаги сравнивается с областью условий гидратообразования. Гидраты будут образовываться только в случае, если зона выделения влаги находится в области условий гидратообразования. При этом образование газовых гидратов может происходить на тех участках, где температура газа вблизи стенки трубопровода ниже температуры росы для влаги, содержащейся в газе.