天然气水合物的形成与防治

牛先生

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2012-4-16 21:04 上传

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天然气水合物的危害
天然气水合物(Natural gas hydrates)是在一定
的压力与温度条件下，天然气中的水与甲烷、乙烷、
丙烷、异丁烷、正丁烷、氮气、二氧化碳以及硫化氢等
分子在一定的温度和压力条件下所形成的笼形结晶
状化合物，外观形似松散的冰或致密的雪白色结晶
体。由于天然气水合物的生成易造成井筒、输气管线
的堵塞，因而会影响气田的正常生产。天然气水合物
不仅可能导致管道堵塞，也可造成分离设备和仪表
的堵塞，水合物分解产生释放的大量天然气还可能
引起管道爆裂，因此天然气输送过程中水合物的产
生与预防是很重要的问题。为确保输气管道安全经
济运行，如何消除和防治管道水合物生成已引起科
研人员和有关部门的重视，并已成为天然气传输中
亟待解决的关键技术问题。
2天然气水合物晶体结构
天然气水合物中水分子借助氢键形成主体结晶
网格，网格中的孔穴内充满气体分子(客体分子)，而
孔穴填充程度则取决于体系的温度、压力和过冷度。
这种结晶体在无气体分子存在时不能稳定存在，只
有通过被包络的气体分子与水分子的相互作用，才
可生成稳定的水合物结构。它的密度为0．88～0．90
咖m，，其分子通式为M·nH：0，式中M代表生成水合
物的气体分子，n代表生成水合物的水分子数。当其
中甲烷含量超过气体总量的99．9％时称为甲烷水合
物。在自然界如永久冻土层和海底存在的甲烷水合
物，外观似冰，遇火可以燃烧，俗称“可燃冰”。在标准
状况下，1 in3的天然气水合物可以储存150～180 m3
的天然气。迄今发现的气体水合物按照水分子构成
的多面体的不同，分为I型、II型、H型3种结构。I
型水合物为12面体和14面体，属立方晶体结构，能
容纳甲烷、乙烷及二氧化碳、硫化氢、氮气等小分子；
II型水合物为12面体和16面体，属菱形晶体结构，
除了能包含I型中的小分子外，还可容纳部分丙烷
和异丁烷；H型为12面体和20面体，属六方晶体结
构，可容纳较大的异戊烷分子。3种类型相比较而
言，II型和H型更稳定，而I型在自然界分布更广
泛。
3天然气水合物产生条件
井流物中含有地层水、杂质等物质，并沿内壁不
光滑的油管流动，因此，具备形成水合物所必需的气
体分子和液态水条件，一旦压力、温度条件满足，便
会形成水合物。影响天然气水合物形成的因素很多，
概括起来可分为：
(1)天然气的温度等于或低于水的露点，有游
离水或液态水存在，均可形成水合物；
(2)在一定的压力和气体组成下，其温度低于
对应的相平衡温度，水便容易形成亚稳态的晶格框
架；
(3)操作压力高，使形成水合物的温度上升；
(4)气流速度很高，或者在通过管道或设备时
搅动很厉害；
(5)压力发生明显波动或流向突变产生搅动。
天然气水合物的危害
天然气水合物(Natural gas hydrates)是在一定
的压力与温度条件下，天然气中的水与甲烷、乙烷、
丙烷、异丁烷、正丁烷、氮气、二氧化碳以及硫化氢等
分子在一定的温度和压力条件下所形成的笼形结晶
状化合物，外观形似松散的冰或致密的雪白色结晶
体。由于天然气水合物的生成易造成井筒、输气管线
的堵塞，因而会影响气田的正常生产。天然气水合物
不仅可能导致管道堵塞，也可造成分离设备和仪表
的堵塞，水合物分解产生释放的大量天然气还可能
引起管道爆裂，因此天然气输送过程中水合物的产
生与预防是很重要的问题。为确保输气管道安全经
济运行，如何消除和防治管道水合物生成已引起科
研人员和有关部门的重视，并已成为天然气传输中
亟待解决的关键技术问题。
2天然气水合物晶体结构
天然气水合物中水分子借助氢键形成主体结晶
网格，网格中的孔穴内充满气体分子(客体分子)，而
孔穴填充程度则取决于体系的温度、压力和过冷度。
这种结晶体在无气体分子存在时不能稳定存在，只
有通过被包络的气体分子与水分子的相互作用，才
可生成稳定的水合物结构。它的密度为0．88～0．90
咖m，，其分子通式为M·nH：0，式中M代表生成水合
物的气体分子，n代表生成水合物的水分子数。当其
中甲烷含量超过气体总量的99．9％时称为甲烷水合
物。在自然界如永久冻土层和海底存在的甲烷水合
物，外观似冰，遇火可以燃烧，俗称“可燃冰”。在标准
状况下，1 in3的天然气水合物可以储存150～180 m3
的天然气。迄今发现的气体水合物按照水分子构成
的多面体的不同，分为I型、II型、H型3种结构。I
型水合物为12面体和14面体，属立方晶体结构，能
容纳甲烷、乙烷及二氧化碳、硫化氢、氮气等小分子；
II型水合物为12面体和16面体，属菱形晶体结构，
除了能包含I型中的小分子外，还可容纳部分丙烷
和异丁烷；H型为12面体和20面体，属六方晶体结
构，可容纳较大的异戊烷分子。3种类型相比较而
言，II型和H型更稳定，而I型在自然界分布更广
泛。
3天然气水合物产生条件
井流物中含有地层水、杂质等物质，并沿内壁不
光滑的油管流动，因此，具备形成水合物所必需的气
体分子和液态水条件，一旦压力、温度条件满足，便
会形成水合物。影响天然气水合物形成的因素很多，
概括起来可分为：
(1)天然气的温度等于或低于水的露点，有游
离水或液态水存在，均可形成水合物；
(2)在一定的压力和气体组成下，其温度低于
对应的相平衡温度，水便容易形成亚稳态的晶格框
架；
(3)操作压力高，使形成水合物的温度上升；
(4)气流速度很高，或者在通过管道或设备时
搅动很厉害；
(5)压力发生明显波动或流向突变产生搅动。

dzy2006

谢谢楼主分享！

bachelor

学习了，长点知识

流年堪佳

好帖子，谢谢楼主分享

bkqcycyqm

楼主辛苦了，正需要呢。

流年堪佳

好帖子，赞一个

cydxcyp780

学习了，好东东！！

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天然气水合物的形成与防治

guoshaguo

研究下

poter

学习了，好东西啊