天然氣集輸系統(tǒng)硫沉積研究

【摘要】：硫沉積研究是高含硫氣田開發(fā)技術(shù)中的一項重要課題，研究的焦點多集中在氣藏地層和井筒中，集輸系統(tǒng)中硫沉積問題近年來逐漸引起重視。地面集輸系統(tǒng)中沉積的元素硫不僅會帶來嚴(yán)重的腐蝕問題，而且會引起管道和設(shè)備的堵塞，嚴(yán)重時甚至造成氣田的停產(chǎn)。因此，準(zhǔn)確地描述和分析地面管線和設(shè)備中硫沉積的機理及影響因素，掌握元素硫的沉積規(guī)律，開發(fā)科學(xué)有效的防控技術(shù)，是當(dāng)今國內(nèi)外高含硫天然氣開發(fā)領(lǐng)域研究的難點之一。 本文通過現(xiàn)場試驗和統(tǒng)計方法，確定了地面管道和設(shè)備內(nèi)元素硫沉積物的種類為斜方硫，并觀察到管道內(nèi)元素硫的動態(tài)沉積過程。建立了元素硫的溶解度模型，理論分析了地面集輸系統(tǒng)中元素硫的沉積機理和影響因素，通過數(shù)值模擬研究了流場對元素硫沉積的影響，提出了有效的防控技術(shù)。 研究結(jié)果表明，集輸系統(tǒng)管道和設(shè)備內(nèi)元素硫沉積的機理主要為成核和分子擴散。對現(xiàn)場新發(fā)現(xiàn)的管道內(nèi)環(huán)壁等厚度硫沉積現(xiàn)象做出了解釋：析出的硫微粒在氣流脈動和布朗運行的協(xié)同作用下，一方面與管壁碰撞后均勻粘附在管壁上；另一方面，未與管壁發(fā)生碰撞的懸浮硫微粒，在管截面溫度梯度和速度梯度的耦合作用下，向管壁處擴散遷移；沉積在管壁上的元素硫具有剪切稀釋性，在氣流作用下導(dǎo)致管壁元素硫等厚度沉積現(xiàn)象?；跓崃W(xué)氣固相平衡原理，提出了元素硫溶解度計算模型，建立了元素硫成核和聚團增長的理論模型。 硫沉積模擬結(jié)果表明：閘板閥后流場存在“死區(qū)”，“死區(qū)”一方面加速元素硫的析出，另一方面減弱了氣流對沉積物的攜帶作用；蝶閥后流場存在劇烈擾動，增加了硫微粒碰撞管壁的幾率；匯管入口支管附近壁面剪切應(yīng)力較大，中間部位易發(fā)生硫沉積。 提出了集輸系統(tǒng)硫沉積的井口防治方案，分析硫沉積和水合物形成之間的關(guān)系：天然氣中硫化氫含量越高，越易形成水合物；析出的元素硫作為水合物的結(jié)晶中心，促進了水合物的形成。 【關(guān)鍵詞】：高含硫天然氣 硫沉積機理 溶解度 流場 防控技術(shù)
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)（華東）
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TE977
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 課題背景9-10
• 1.2 研究目的和意義10-12
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.3.1 硫沉積機理研究12-13
• 1.3.2 元素硫溶解度理論研究13-15
• 1.3.3 硫沉積預(yù)測模型15-16
• 1.3.4 集輸站場硫沉積防治技術(shù)16-17
• 1.4 主要研究內(nèi)容17-19
• 第二章 元素硫沉積機理分析19-44
• 2.1 元素硫的來源19-20
• 2.1.1 普光氣田高含硫天然氣組成19
• 2.1.2 元素硫的來源19-20
• 2.2 元素硫的主要理化性質(zhì)20-26
• 2.2.1 硫的同素異形體21-22
• 2.2.2 密度22-23
• 2.2.3 表面張力23-24
• 2.2.4 蒸氣壓24-25
• 2.2.5 粘度25-26
• 2.3 高含硫天然氣的理化性質(zhì)26-31
• 2.3.1 密度26-29
• 2.3.2 粘度29-30
• 2.3.3 壓縮因子30-31
• 2.4 硫沉積機理及其影響因素31-38
• 2.4.1 硫沉積機理31-35
• 2.4.2 硫沉積影響因素35-38
• 2.5 硫沉積物檢測技術(shù)38-44
• 2.5.1 集輸系統(tǒng)硫沉積物分析38-41
• 2.5.2 清管物統(tǒng)計分析41-42
• 2.5.3 清管物組分分析42-44
• 第三章 集輸系統(tǒng)元素硫溶解度模型44-50
• 3.1 硫的氣固相平衡模型44-48
• 3.2 元素硫在酸氣中的溶解度48-50
• 第四章 元素硫的成核機理50-54
• 4.1 單質(zhì)硫的成核規(guī)律50-51
• 4.2 硫微粒聚團增長51-53
• 4.2.1 團聚過程中的作用力52
• 4.2.2 顆粒團聚增長模型52-53
• 4.3 壁面對顆粒的吸附53-54
• 第五章 流場數(shù)值計算結(jié)果及分析54-65
• 5.1 Fluent 軟件介紹及模型選取54-55
• 5.2 閥門流場計算及分析55-63
• 5.2.1 閘板閥硫沉積模擬55-59
• 5.2.2 蝶閥硫沉積模擬59-63
• 5.3 匯管流場計算及分析63-65
• 第六章 防治技術(shù)研究65-70
• 6.1 溶硫工藝技術(shù)65-66
• 6.2 加熱解堵工藝66
• 6.3 井口防治技術(shù)66-67
• 6.4 硫沉積和水合物67-70
• 結(jié)論與建議70-72
• 參考文獻72-76
• 致謝76

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