Способ определения термобарических параметров образования гидратов в многокомпонентной смеси
Владельцы патента RU 2625544:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") (RU)
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. Предлагаемый способ определения термобарических параметров образования гидратов в многокомпонентной смеси включает 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. Причем дополнительно определяют гидратообразующие компоненты, входящие в смесь, а 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 или при величине температуры смеси, а во втором диапазоне - по экспоненциальной зависимости. Далее определяют давление образования гидратов в многокомпонентной смеси в первом температурном диапазоне или во втором температурном диапазоне. Технический результат – повышение точности и достоверности определения гидратообразующих компонентов. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.
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; Тк - 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;
Yi - 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;
Yi - 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;
Yi - 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⋅2709,3415=2063691 Па=2,06 МПа,
- этана 
= 3⋅10-26⋅27012,8130=426761 Па=0,43 МПа,
- пропана 
=2⋅10-28⋅27013,4980=131698 Па=0,13 МПа,
- i-бутана 
= 2⋅10-32⋅27015,'0760=90421 Па=0,09 МПа,
- диоксида углерода 
=10-21⋅27011,'0890=914940 Па=0,91 МПа,
- сероводорода 
=10-23⋅27011,'4690=76791 Па=0,08 МПа,
- азота 
=2⋅10-12⋅2707,7171=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:
1. Способ определения термобарических параметров образования гидратов в многокомпонентной смеси, включающий определение компонентного состава и температуры смеси, давления образования в ней гидратов по расчетным формулам, связывающим эти параметры, с использованием в них коэффициентов, определяемых опытным путем, отличающийся тем, 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;
a, 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;
T2 - температура многокомпонентной смеси во втором диапазоне, K;
е - 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;
Yi - 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.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что численные значения коэффициентов a, b, c, d определены для:
- метана: a=4⋅10-17; b=9,3415; c=10-7; d=0,1128;
- этана: a=3⋅10-26; b=12,8130; c=6⋅10-10; d=0,1256;
- пропана: a=2⋅10-28; b=13,4980; c=8⋅10-10; d=0,1281;
i-бутана: a=2⋅10-32; b=15,0760; c=8⋅10-20; d=0,2052;
диоксида углерода: a=10-21; b=11,0890; c=3⋅10-20; d=0,2078;
сероводорода: a=10-23; b=11,4690; c=2⋅10-8; d=0,1064;
азота: a=2⋅10-12; b=7,7171; c=10-5; d=0,1015;
аргона: a=8⋅10-12; b=7,4047; c=10-7; d=0,1168;
криптона: a=5⋅10-26; b=12,8900; c=2⋅10-6; d=0,0990;
ксенона: a=2⋅10-24; b=11,8380; c=3⋅10-7; d=0,0993.
