Введение 3
Глава 1. Обзор литературы 5
1.1. Краткая характеристика газовых гидратов 5
1.2. Диэлектрические свойства газовых гидратов 9
1.3. Обзор работ по улучшению добычи газа из пластов газовых гидратов. .. 10
1.4. Обзор работ, посвященных борьбе с образованием газовых гидратов 18
Глава 2. Методы измерения диэлектрических параметров 27
2.1. Диэлектрические измерения в постоянных и переменных полях 27
2.2. Широкополосная методика измерения диэлектрической проницаемости 32
2.3. Расчёт диэлектрической проницаемости 33
2.4. Анализ погрешностей 35
Глава 3. Исследование влияния ингибиторов на образование гидрата метана методом диэлектрической спектроскопии 37
3.1. Описание экспериментальной установки 37
3.2. Отличия гидрата метана от льда 38
3.3. Проверка работоспособности измерительной ячейки 39
3.4. Получение метаногидрата 41
3.5. Образование метаногидрата при различных значениях давления 44
3.6. Влияние ингибиторов I серии на образование гидрата метана 48
3.7. Влияние ингибиторов II серии на образование гидрата метана 58
3.8. Методика исследования динамики образования газогидратов методом
диэлектрической спектроскопии 66
Заключение 68
Список использованной литературы 69
Со времен первой публикации [1] о возможностях гидратообразования в нефтегазовой сфере и по сей день газогидратные отложения в скважинах и трубопроводах продолжают являться серьезной проблемой при добыче и транспортировке нефти и газа. К основным причинам их образования относятся высокое давление и низкая температура. Образующиеся при контакте нефти, природного газа и пластовой жидкости, газовые гидраты затрудняют движение нефти по нефтепроводу. В результате может понизиться давление нефти в нефтепроводе или произойти его полная закупорка. Кроме этого, образование гидратов может происходить непосредственно в пласте в пористых средах [2,3], что существенно сказывается на эффективности разработки месторождения. Изучение процессов образования газовых гидратов природного газа, с одной стороны, является важной фундаментальной задачей в области термодинамики и кинетики фазовых переходов, а с другой стороны, необходимо для повышения эффективности и обеспечения безопасности процессов добычи и транспортировки углеводородов и проработки технологий извлечения метана из природных газогидратных залежей.
Еще одним важным вопросом, связанным с фундаментальными аспектами изучения гидратообразования, является установление механизмов образования гидратов и их фазовой структуры. Как показано в ряде работ [4-6], мощным методом исследования эмульсий, родственных коллоидных и других сложных систем является диэлектрическая спектроскопия. Однако состояние воды и соединений включения, природа и динамика фазовых переходов в системах, содержащих природные газовые гидраты, изучались этим методом лишь в немногих работах [7,8]. В то же время исследования методами диэлектрической спектроскопии газовых гидратов в присутствии различных пород и ингибиторов гидратообразования до сих пор вообще не проводились,
В связи с этим, целью данной магистерской диссертации является исследование влияния ингибиторов на образование гидрата метана методом диэлектрической спектроскопии.
Для достижения этой цели, необходимо решить ряд задач:
1. Создать и апробировать диэлектрическую измерительную ячейку, которая позволяет проводить измерения при давлении газа до 100 атм.
2. Определить критерий, который можно использовать для отличия метаногидрата от льда.
3. Исследовать влияние концентрации ингибиторов на время, необходимое для образования гидрата метана.
4. Разработать методику исследования оценки эффективности ингибиторов для торможения образования газогидрата.
В результате выполнения работы было проведено исследование влияния ингибиторов на образование гидрата метана методом диэлектрической спектроскопии. В связи с чем, цель данной магистерской диссертации была достигнута, а также выполнены все задачи, которые были необходимы для достижения цели:
1. Создана и успешно апробирована диэлектрическая измерительная ячейка, которая позволяет проводить измерения при давлении газа до 100 атм.
2. Определён критерий, который можно использовать для отличия метаногидрата от льда. Для метаногидрата, в отличие от льда, характерно упорядоченное расположение диполей молекул воды друг относительно друга с тенденцией к их параллельной ориентации.
3. Исследовано влияние концентрации ингибиторов на время, необходимое для образования гидрата метана. Ингибитор I серии проявляет более высокую эффективность в торможении
гидратообразования по сравнению с ингибитором II серии. Метаногидрат не образуется при 0 Си давлении метана 80 атм., начиная с добавок ингибиторов I и II серии 0.5% и 1% соответственно.
4. Разработан методический подход для исследования оценки
эффективности ингибиторов для торможения образования
газогидрата.
Работа была выполнена при поддержке проекта 18-05-70121 «Разработка и исследование нового поколения ингибиторов образования гидратов природного газа для обеспечения эффективной добычи и транспортировки углеводородов в условиях Арктики». Все измерения проводились на оборудовании Novocontrol BDS-80 ФЦКП ФХИКФУ.
