bigpo.ru
добавить свой файл
1
С.А. Бешенцева 
АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ  
ГИДРАТООБРАЗОВАНИЯ В ТРУБОПРОВОДАХ 
Статья  посвящена  вопросам  автоматизации  управления  технологическими 
процессами  подачи  метанола  для  предупреждения  и  ликвидации  гидратов  при  под-
готовке и транспорте газа. Проведен аналитический обзор опубликованных данных 
по  системам  автоматического  регулирования  подачи  метанола,  рассмотрена  сис-
тема  автоматического  регулирования  подачи  метанола  на  основе  комплексных 
алгоритмов, определяющих и поддерживающих рациональный расход ингибитора. 

 
Гидратообразование,  газовая  скважина,  газопровод,  ингибитор,  алго-

ритм. 
 
Технология добычи, транспорта, хранения и переработки газа осложнена 
проблемой газовых гидратов [1, 2, 4, 5]. В общем случае образование газовых 
гидратов обусловлено наличием в потоке газа водной фазы, которая при оп-
ределенных термобарических условиях в газопроводе способна образовывать 
с компонентами газа твердые снегоподобные клатратные соединения кубиче-
ской  структуры  преимущественно  с  ван-дер-ваальсовым  характером  взаимо-
действий [3]. Процесс  образования  гидратов  зависит  от  физико-химических 
характеристик газа [1]. Вероятность гидратообразования увеличивается с по-
вышением давления и понижением температуры [3]. Образование гидратов в 
призабойной  зоне  вызывает  падение  дебита  скважины  на 18–19 % для  на-
чальной температуры ниже равновесной на 2 К [22]. Наиболее благоприятные 
условия для образования газовых гидратов создаются при неконтролируемом 
выбросе  пластовой  воды,  поступающей  в  газотранспортную  систему  с  газом 
со скважин месторождения. 
Остро  стоят  вопросы  подготовки  газа  для  его  транспортировки  по  газо-
проводам  большой  протяженности [4, 6], особенно  на  участках  с  высокими 
скоростями  потока  среды [16]. Кроме  того,  гидраты  закупоривают  частично 
или полностью проходное сечение трубы, что приводит к возникновению зон с 
повышенным  давлением.  При  продавливании  газогидратной  пробки  на  газо-
распределительных станциях могут возникнуть условия для газодинамическо-
го удара, который является одним из механизмов стремительного разрушения 
трубопроводов [21]. 
Гидратообразование  приводит  к  серьезным  осложнениям  при  эксплуата-
ции газовых месторождений и даже к крупным авариям.  
Предотвращение  этих  осложнений  при  сниженных  эксплуатационных  за-
тратах является актуальной научно-технической и производственной пробле-
мой [1, 5, 12]. 
В настоящее время достаточно подробно изучены термобарические усло-
вия  образования  и  диссоциации  газогидратов  в  условиях  стахостического 
термодинамического  эксперимента.  Предложены  различные  модельные  ме-
ханизмы  гидратообразования,  изучены  скорости  роста  гидратов  при  различ-
ных условиях, выявлены факторы, влияющие на скорость гидратообразования 
[1, 5], разработаны  методы  расчета  изменения  температуры  и  давления  при 
движении  газа,  жидкости  и  газожидкостных  смесей  в  трубопроводах,  а  также 
скорости  роста  гидратов.  Основную  трудность  при  моделировании  реальных 
 
40

процессов  гидратообразования  представляет  учет  специфических  граничных 
условий  теплопередачи  и  массообмена  при  росте  и  разложении  гидратов  в 
многокомпонентных средах: природный газ, конденсат, пары воды, влага, ме-
танол с учетом фазовых переходов для различных способов прокладки трубо-
проводов и метанолпроводов [5]. 
Очень важно знать места возможного гидратообразования в системе до-
бычи  газа,  чтобы  своевременно  предупредить  или  ликвидировать  гидратные 
пробки [1, 14]. Для обнаружения зон гидратообразования и их своевременного 
предотвращения необходимо знать состав транспортируемого газа, его плот-
ность, изменение температуры и давления в газопроводе, влажность газа. По 
составу,  давлению  и  температуре  газа  определяются  условия  образования 
гидратов, а по влагосодержанию — возможность образования гидратов в дан-
ных условиях [12, 17, 18]. 
Анализ  опубликованных  данных  по  проблемам  гидратообразования  в 
промысловых газопроводах позволяет выделить основные методы предупре-
ждения образования гидратов: 
— подогрев газа на станциях подогрева паром или другими теплоносите-
лями в теплообменниках: при сохранении давления в газопроводе температу-
ра газа поддерживается на несколько градусов выше равновесной температу-
ры  образования  гидратов.  Подогреватели  размещаются  вдоль  газопровода 
перед  местами  возможного  гидратообразования.  Данный  метод  применяется 
на  газопроводах  небольшой  протяженности,  газосборных  сетях  промыслов 
при использовании централизованной осушки газа на головных сооружениях. 
Метод требует больших капитальных и эксплуатационных расходов [1, 14, 15]; 
— снижение давления: известен закон изменения температуры газа в га-
зопроводе,  т.е.  задана  зависимость  изменения  температуры  газа  от  длины 
газопровода.  Метод  используется  для  предупреждения  гидратообразования 
или ликвидации образовавшихся гидратов. При использовании метода сниже-
ния  давления  практически  не  применяется  транспортировка  газа  при  давле-
нии ниже равновесного, что приводит к уменьшению пропускной способности 
газопроводов, в результате чего температура газа быстро снижается и дости-
гает  значения  температуры  окружающего  грунта.  Метод  нецелесообразен  на 
газопроводах  как  незначительной  длины,  так  и  большой  протяженности.  На 
практике  метод  снижения  давления  используют  для  разложения  гидратов  в 
газопроводе путем кратковременного снижения давления ниже давления раз-
ложения  гидратов  в  аварийных  ситуациях.  Часто  метод  используют  в  комби-
нации с вводом ингибиторов [14]; 
— безгидратный режим эксплуатации скважин за счет выбора технологи-
ческого режима работы или подачи ингибитора гидратообразования в скважи-
ну. Для выбора способа и места подачи ингибитора в случае невозможности 
установления  безгидратного  режима  определяют  возможность  образования 
гидратов в призабойной зоне или стволе скважины. На температуру газа в ра-
ботающей  скважине  оказывают  влияние  дросселирование  газа,  теплообмен 
между добываемым газом и окружающей скважину средой и др. При установ-
лении безгидратного режима используются данные, полученные в результате 
промысловых  исследований  скважин.  В  скважинах,  работающих  с  дебитами, 
обеспечивающими безгидратный режим, возможно образование гидратов при 
отклонении  их  режима  от  безгидратного,  т.е.  должна  быть  обеспечена  воз-
можность  подачи  ингибитора  для  предотвращения  гидратообразования  при 
отклонениях работы скважин от нормального режима [6–8, 11];  
 
41

—  ввод  в  поток  газа  ингибиторов — химических  веществ,  замедляющих 
либо  исключающих  гидратообразование.  Особенно  часто  этот  метод  приме-
няют для предупреждения и ликвидации гидратов в призабойной зоне пласта 
и  стволах  скважин.  Требуется  подача  большого  количества  ингибитора  не 
только в скважины, но и в шлейфы. Доставка и подача ингибитора в скважины 
и  шлейфы  осуществляется  при  помощи  насосов  и  ингибиторопроводов  от 
групповых  сборных  пунктов  к  каждой  скважине  в  отдельности  по  индивиду-
альным схемам. Наиболее  экономична  централизованная схема  подвода  ин-
гибитора  к  скважинам  с  использованием  регуляторов  расхода  метанола  на 
линиях, ведущих к каждой скважине и предназначенных для строгого дозиро-
вания количества ингибитора, подаваемого в каждую скважину в зависимости 
от режима ее работы [1, 14]. Наиболее распространенным ингибитором явля-
ется метанол [1, 2, 7, 11, 12]. Применение метанола как ингибитора гидратооб-
разования основано на изменении равновесных условий гидратообразования в 
водных  растворах  в  сторону  более  низких  температур,  тем  самым  предотвра-
щается образование гидратов при заданных термобарических условиях.  
Показатели эффективности работы систем сбора и транспорта газа, улуч-
шение  экологических  характеристик  напрямую  связаны  с  разработкой  эконо-
мичных технологий применения метанола с использованием средств автома-
тизации, что актуально для газовой промышленности.  
Основными требованиями к автоматическим устройствам распределения 
ингибитора являются: 
— обеспечение надежной и бесперебойной работы в наиболее экономич-
ном режиме
— своевременное изменение количества подаваемого ингибитора в нача-
ле  и  с  прекращением  гидратообразования,  при  изменениях  температуры  на-
ружного воздуха; 
— аварийная сигнализация отказов устройств распределения ингибитора, 
отсутствия ингибитора
— простота и надежность конструкции. 
В  настоящее  время  в  эксплуатации  находятся  установки,  обеспечиваю-
щие ввод ингибитора: 
— в ручном режиме в соответствии с рассчитанными нормами, например 
с использованием блоков дозирования ингибитора типа ИНГ [20], предназна-
ченных для автоматического поддержания заданного «по месту» расхода ин-
гибитора  и  дистанционного  увеличения  расхода  (через  клапан)  при  необ-
ходимости форсированной подачи; 
— автоматически по факту возникновения гидратного режима, например с 
использованием  системы  регулируемой  подачи  ингибитора  типа  СРПИ  [19], 
обеспечивающей  распределение  и  дозирование  ингибитора  гидратообразо-
вания по точкам ввода  (газовым скважинам, шлейфам, газопроводам, запор-
но-регулирующему оборудованию), подверженным образованию гидратов. 
Для  подачи  метанола  широко  применяются  дозировочные  насосы  и  на-
сосные установки с частотными приводами, в том числе обеспечивающие кас-
кадно-частотное регулирование. 
Как правило, подачу метанола для защиты газотранспортной системы ве-
дут при постоянном заранее подобранном значении расхода. 
Однако технические решения без комплексного подхода к проблеме пре-
дупреждения и ликвидации гидратов имеют ряд недостатков, основные из ко-
торых следующие: 
 
42

— в условиях динамично меняющихся термобарических и расходных па-
раметров  газа  системы  транспорта  оперативное  определение  минимальных 
требуемых количеств метанола является нерешенной задачей; 
—  поддержание  расхода  метанола  на  уровне,  существенно  превышаю-
щем  минимально  необходимый,  хотя  и  исключает  образование  гидратов,  но 
является экономически неоправданным; 
—  при  поддержании  подачи  метанола  на  уровне,  не  обеспечивающем 
предупреждение гидратообразования, возможно образование гидратных про-
бок, устранение которых потребует дополнительных затрат. 
Выходом в данном случае является использование системы автоматиче-
ского  регулирования  подачи  метанола,  в  основе  которой  лежат  алгоритмы 
расчета  расходов  метанола,  необходимых  для  обеспечения  безгидратного 
режима работы газотранспортной системы с учетом растворимости метанола 
в газе и жидких углеводородах, комплексного влияния всех процессов, проте-
кающих при эксплуатации газопроводов, количества метанола по всем точкам 
ввода, опирающиеся на общие принципы, изложенные в методиках [7] и [17]. 
Разработка  комплекса  алгоритмов,  обеспечивающих  автоматическое  ре-
гулирование  подачи  метанола  для  предупреждения  гидратообразования  и 
ликвидации  гидратных  пробок,  позволит  повысить  эффективность  работы 
систем сбора и транспорта газа. 
ЛИТЕРАТУРА 
1. Аксютин  О.Е.,  Меньшиков  С.Н.,  Лапердин  А.Н.  и  др.  Условия  образования  и 
методы борьбы с гидратами на газовом  промысле Ямсовейского месторождения:  Об-
зор информ. М.: Газпром экспо, 2010. 88 с. (Геология, бурение, разработка и эксплуа-
тация газовых и газоконденсатных месторождений). 
2. Бухгалтер  Э.Б.  Метанол  и  его  использование  в  газовой  промышленности.  М.: 
Недра, 1986. 238 с. 
3. Громовых С.А., Нечепуренко А.Е. Гидратоообразование при освоении нефтега-
зовых месторождений Восточной Сибири. Тюмень: Вектор Бук, 2005. 80 с.    
4. Дегтярев Б.В., Бухгалтер Э.Б., Лутошкин Г.С. Из опыта борьбы с гидратооб-
разованием при добыче газа. М.: ВНИИОЭГ, 1968. 100 с. 
5. Дегтярев Б.В., Бухгалтер Э.Б. Борьба с гидратами при эксплуатации газовых 
скважин в северных районах. М.: Недра, 1976. 198 с.  
6. Истомин В.А. Предупреждение и ликвидация газовых гидратов в системах сбо-
ра и промысловой обработки газа и нефти. М.: ВНИИЭгазпром, 1990. 214 с. 
7. Истомин В.А., Квон В.Г. Предупреждение и ликвидация газовых гидратов в сис-
темах добычи газа. М.: ИРЦ Газпром, 2004. 
8. Инструкция  по  комплексному  исследованию  газовых  и  газоконденсатных  пла-
стов и скважин / Под ред. Г.А. Зотова, З.С. Алиева. М.: Недра, 1980. 301 с.  
9. Инструкция по освоению и эксплуатации газовых скважин в условиях гидрато-
образования в призабойной зоне. М.: ВНИИГАЗ, 1971. 42 с. 
10. Инструкция по расчету норм расхода метанола при транспорте газа по маги-
стральным газопроводам. М.: ВНИИЭгазпром, 1979. 30 с. 
11. Караваев М.М., Мастеров А.П. Производство метанола. М.: Химия, 1973. 160 с. 
12. Коротаев Ю.П., Кулиев А.М., Мусаев Р.М. Борьба с гидратами при транспорте 
природных газов. М.: Недра, 1973. 136 с. 
13. Макогон  Ю.Ф.,  Саркисьянс  Г.А.  Предупреждение  образования  гидратов  при 
добыче и транспорте газа. М.: Недра, 1966. 186 с. 
14. Рекомендации по предупреждению гидратообразования на газовых промыслах 
Севера. Якутск: Якут. филиал СО АН СССР, 1977. 52 с. 
15. Фролов  А.А.  Автоматизация  подачи  метанола  на  установке  низкотемператур-
ной сепарации // Проблемы развития газовой промышленности Западной Сибири. Тю-
мень: ТюменНИИгипрогаз, 2008. С. 184–185. 
 
43

16. Чухарева  Н.В.  Проектирование,  сооружение  и  эксплуатация  газонефтепрово-
дов и газонефтехранилищ. Томск: Том. политехн. ун-т, 2010. 30 с. 
17. СТО  Газпром 3.1-3-010-2008 «Методика  расчета  норм  расхода  химреагентов 
по газодобывающим предприятиям ОАО Газпром». 
18. СТО Газпром 2-3.3-164-2007 «Методика по составлению технологического ре-
жима работы промысла (УКПГ), с расчетом технологических параметров от пласта до 
входа в ГКС». 
19. Тематический  каталог  ООО  Фирма  «Саратовгазприборавтоматика» [Элек-
трон. ресурс]. Режим доступа: http://www.sgpa.ru/catalogue/produkci/oborudov/srpi. 
20. Тематический  каталог  продукции  ОАО «НПО «Промавтоматика».  Средства 
автоматизации. 2011. 
21. Семенов Я.С. Возможный механизм разрушений на распределительных стан-
циях // Газовая промышленность. 2011. № 6. С. 40–41. 
22. Бондарев  Э.А.,  Аргунова  К.К.,  Рожин  И.И.,  Попов  В.В.  Динамика  образования 
гидратов в призабойной зоне газовых скважин // Газовая промышленность. 2010. № 2. 
С. 14–16. 
 
S.A. Beshentseva  
 
ANALYSIS OF PREVENTION METHODS AGAINST 
 FORMATION OF HYDRATES IN PIPELINES  
 
The article is devoted to automation control regarding engineering processes of supply-
ing methanol for hydrates’ prevention and elimination under preparation and transport of gas. 
The article gives an analytical review of the published data on systems of automatic control in 
supplying methanol, considering a system of automatic control of methanol supply basing on 
integrated algorithms determining and supporting an efficient inhibitor consumption.   

 
Formation of hydrates, gas well, gas pipeline, inhibitor, algorithm. 

 
44