采气管线水合物堵塞原因分析与处理对策

0 前言

随着我国天然气工业的快速发展，天然气在一次能源消费结构中的比重持续上升，已成为实现能源清洁低碳转型的关键力量。在天然气的集输与运输过程中，采气管线作为连接气藏与地面处理系统的重要通道，其运行的稳定性直接关系到气田的开发效率与经济效益。但是在低温高压和高矿化度等复杂工况下，天然气中水和轻烃在管道内易形成气体水合物，从而导致管线堵塞，造成巨大的经济损失和环境风险[1]。水合物堵塞问题已成为制约气田高效开发和安全运行的重要问题，尤其是在高寒和高海拔地区的气田开发中，水合物的生成条件更加普遍，堵塞风险更加突出。本次研究将根据水合物堵塞问题出现的原因，提出多种类型的处理对策，为实现采气管线防堵控堵的目标奠定基础。

1 采气管线水合物堵塞原因分析

天然气水合物是一种由水分子和天然气分子在特定温度和压力条件下形成的类冰状化合物结构，在采气管线中，水合物的形成和堆积可能导致严重的堵塞问题，影响生产效率甚至造成安全隐患。温度和压力条件是水合物形成的基础，当管线内温度低于水合物形成温度，同时压力高于水合物形成压力时，即创造了水合物结晶的理想环境。尤其在深海或寒冷地区的采气管线，由于环境温度低，更容易达到水合物形成条件，管线中的压力波动也会促进水合物的形成，特别是在气体流量变化较大的工况下。气体组分对水合物形成有显著影响，含有较高比例的甲烷和乙烷等烃类气体的天然气更容易形成水合物。同时，气体中二氧化碳和硫化氢等酸性气体的存在也会降低水合物形成温度，增加水合物形成的风险[2]。自由水的存在是水合物形成的必要条件，井口气体中携带的凝析水或注入的处理液体在管线中凝结成自由水，为水合物提供了形成所需的水分子，即使是极低含量的水分也可能在管线的低点或弯头处积累，成为水合物形成的核心区域。管线的设计和运行参数也是重要因素，管线内壁粗糙度增加会提供更多的结晶核心位点，流速过低导致的液体积累，管线中的突变点或低点处易形成液体积累区，温度梯度变化剧烈的区域也更易形成水合物。

2 采气管线水合物堵塞处理对策研究

（1）注醇解堵法

注醇解堵法原理是通过注入甲醇来降低水合物的相平衡条件，促使已形成的水合物分解，从而解除管线堵塞，甲醇作为一种有效的热力学抑制剂，能够降低水的活度，干扰水分子与气体分子之间的氢键作用，从而阻止水合物晶体的稳定存在。在实际应用中，注醇解堵法也分为多种操作方式，首先是管线前端注入法，即在管线入口处连续注入一定比例的甲醇，使其随着气流流向堵塞部位，逐步分解水合物，这种方法适用于轻微堵塞或堵塞位置较近的情况[3]。其次是堵塞两端注入法，同时从管线的上游和下游向堵塞部位注入甲醇，形成双向渗透，加速水合物分解，这种方法适用于严重堵塞或管线压差较大的情况。最后是循环注入法，通过专用注入设备将甲醇反复循环注入堵塞区域，保持高浓度甲醇环境，持续作用于水合物。甲醇用量的确定是注醇解堵的关键，其注入量取决于水合物堵塞的程度以及气体组分等因素，其具体用量可根据经验公式或现场试验确定，过少的注入量会导致解堵效果不明显，而过量注入则会增加成本并可能带来环境风险。

（2）提产带液法

提产带液法通过增加气体流速，利用气流携带能力提高，将管内液体及初期形成的水合物颗粒带出管线，从而防止或解除堵塞。该方法基于流体力学原理，当气体流速增加到一定临界值时，气体对液体的剪切力和携带力显著增强，能够克服重力作用带走管内液体。在使用该种方法的过程中，首先是增加生产压差，通过降低管线出口压力或提高入口压力，增大管线两端压差，提高气体流速，这种方法操作简单，但受到设备承压能力和供气能力的限制。其次是减小管径，通过安装节流装置或使用变径管等方式，在特定区段减小管径，根据连续性方程，流速会相应增加，这种方法针对性强，但可能增加管线阻力和压力损失。最后是气体注入法，即在管线低点或易积液段上游注入高压气体，形成气体推动力，帮助液体和水合物颗粒移动。提产带液法的应用需要满足一定条件，管线必须有足够的产能潜力，能够承受提高的产量，管线结构和材料需能承受提高的压力和流速，应避免过高流速导致的管线磨损或振动问题。

（3）降压解堵法

降压解堵法基本原理是通过降低管线压力，打破水合物稳定存在的热力学条件，使水合物分解为气体和水，从而实现疏通管线的目的，水合物作为一种压力敏感型化合物，在压力低于其平衡压力时会自发分解，这一特性是降压解堵法的理论基础。降压解堵法的具体操作可以通过多种方式实现，首先是单端降压法，即从管线的一端逐步降低压力，创造压力梯度，使堵塞段压力逐渐降低至水合物分解压力以下，这种方法操作简单，但解堵时间较长。其次是双端降压法，同时从管线的上下游两端降低压力，加速形成压力梯度，提高解堵效率，这种方法适用于堵塞程度较轻或堵塞段较短的情况。最后是脉冲降压法，通过周期性快速释放压力，产生压力波动，加速水合物分解过程，脉冲降压能够在较短时间内取得显著效果，但对设备和操作要求较高。降压解堵法的实施需要充分考虑多种因素，应准确掌握水合物形成条件和堵塞位置，以确定合适的降压范围和速率。需要评估降压对井筒和地层的影响，避免因压力骤降引起井筒坍塌或地层出砂等问题，还应考虑解堵后水合物重新形成的可能性，采取相应预防措施。与其他方法相比，降压解堵法具有明显优势，其无需添加化学药剂，环保且不影响产品质量，设备需求简单，主要利用现有生产设施即可实施，成本较低，尤其适合偏远地区或海上平台，对于轻度到中度堵塞效果显著。

3 结论

综上所述，随着非常规气田的开发，水合物形成风险显著增加，许多边远或高原地区作业环境恶劣，水合物风险管理难度更大，水合物在低温高压条件下极易形成，一旦在管内聚集，会导致流量下降和管线压力异常，甚至发生管线爆裂和停输事故，严重威胁设施运行和人员安全，因此，需要采取多种类型的措施，对水合物堵塞问题进行科学的处理，为保障采气管线的运行效率以及运行安全奠定基础。

参考文献

[1]任基文,杜云.探析采气管线水合物堵塞原因及处理措施[J].化工管理,2021,(24):79-80.

[2]郑之同,吴桦进,曹敬伟,等.大牛地气田冬季堵塞物中水合物含量分析[J].中国石油和化工标准与质量,2020,40(10):56-57.

[3]王德宽,王庆峰,赵建武.采气管线水合物堵塞原因分析与处理对策[J].化工管理,2019,(29):212-213.