Проблема гидратообразования на Ямбургском месторождении и методы её предотвращения

Ямбургское нефтегазоконденсатное месторождение, находящееся в эксплуатации более 35 лет, сегодня сталкивается с рядом проблем, характерных для периода падающей добычи. Низкие устьевые давления скважин, выработка значительной части залежей и снижение темпов отбора газа приводят к ухудшению условий эксплуатации. Одной из ключевых проблем, осложняющих добычу и транспортировку газа, является образование гидратов. Эти твёрдые снегоподобные соединения формируются при определённых термобарических условиях, когда водная фаза взаимодействует с компонентами газа, образуя структуры, основанные на ван-дер-ваальсовых взаимодействиях. Проблема гидратообразования остаётся актуальной для большинства газовых месторождений, особенно в северных широтах, где низкие температуры способствуют ускорению процессов формирования гидратов.

Гидраты создают значительные препятствия для нормальной эксплуатации. Они способны частично или полностью перекрывать проходное сечение трубопроводов, что приводит к увеличению гидравлического сопротивления, образованию зон с повышенным давлением и, в крайних случаях, к закупорке трубопроводов. Попытки устранения гидратных пробок, особенно в зимний период, сопряжены с дополнительными рисками. Так, на газораспределительных станциях возможны газодинамические удары, вызванные резким продавливанием гидратных пробок, что может привести к разрушению трубопроводов. Эти проблемы не только увеличивают эксплуатационные затраты, но и создают угрозу для безопасности эксплуатации.

На Ямбургском месторождении для транспортировки газа применяется коллекторно-кустовая схема сбора. Газовые скважины объединены в газопроводы-шлейфы диаметром от 213 до 375 мм, длина которых варьируется от 1 до 12 км. Все шлейфы оборудованы теплоизоляцией из пенополиуретановых скорлуп толщиной 60 мм, защищённых алюминиевым кожухом, что замедляет охлаждение газа. Тем не менее даже такая изоляция не устраняет риск гидратообразования. Для борьбы с этой проблемой в условиях Ямбургского месторождения используется раствор метанола. Этот ингибитор гидратообразования подаётся на устье скважин или в ствол, в зависимости от температурных условий и давления газа. Метанол выбрали благодаря его физико-химическим свойствам, обеспечивающим высокую эффективность при низких температурах, характерных для Крайнего Севера.

Гидравлический и тепловой расчёт шлейфов месторождения подтвердил, что образование гидратов наиболее вероятно в зимний период, когда температура газа существенно ниже, чем в летние месяцы. В шлейфах с начальной температурой газа около 285 К гидраты начинают формироваться на расстоянии от 3 до 6 км от устья, в зависимости от дебита газа и тепловых потерь. Например, в шлейфе 730+702+701 образование гидратов наблюдается на координате 4,4 км, а в шлейфе 703+729 – на 6,2 км. В летний период такая проблема отсутствует, поскольку температура газа остаётся выше точки гидратообразования на всём протяжении шлейфа.

Для предотвращения гидратообразования в зимний период рассчитывается необходимое количество метанола, подаваемого в шлейфы. Расчёты показывают, что потребление ингибитора варьируется в зависимости от длины шлейфа, начального давления и температуры газа. Например, для шлейфа 730+702+701 расход метанола составляет 0,056 кг на тысячу кубических метров газа, тогда как для шлейфа 704+726+727+728 – 0,069 кг на тысячу кубических метров. Средний расход ингибитора для всех шлейфов месторождения укладывается в диапазон 0,01–0,1 кг/тыс. м³ газа, что подтверждается промысловыми данными.

Эти результаты свидетельствуют о высокой эффективности применения метанола как ингибитора гидратообразования. Его использование позволяет не только предотвратить образование гидратов, но и минимизировать эксплуатационные затраты, связанные с устранением гидратных пробок. Внедрение метанолопроводов, проложенных параллельно газосборным шлейфам, обеспечивает бесперебойную подачу ингибитора в необходимых объёмах и с минимальными затратами. Такой подход позволяет поддерживать стабильную работу установок комплексной подготовки газа (УКПГ) даже в условиях низких температур.

Особо следует отметить, что предотвращение гидратообразования имеет не только экономическое, но и технологическое значение. Устранение гидратных пробок часто сопровождается механическими повреждениями оборудования, что требует проведения внеплановых ремонтов и снижает производительность системы. Применение ингибиторов, таких как метанол, значительно увеличивает межремонтный период работы скважин, что особенно важно для месторождений с высокой плотностью кустов и сложной транспортной инфраструктурой.

Таким образом, проблема гидратообразования на Ямбургском месторождении решается с применением современных подходов, сочетающих инженерные решения и химические ингибиторы. Использование метанола в качестве основного средства борьбы с гидратами доказало свою эффективность, что подтверждается как расчётами, так и промысловыми данными. Тем не менее остаётся необходимость совершенствования методов предотвращения гидратообразования, включая разработку новых ингибиторов и улучшение теплоизоляции шлейфов. Это позволит не только снизить эксплуатационные затраты, но и обеспечить надёжность работы системы в долгосрочной перспективе.