气主导体系集输管道水合物堵塞形成与沉积特性研究综述

为了保障天然气集输管道的安全平稳运行，避免水合物堵塞的形成及其诱发的局部憋压风险，本文分析了天然气水合物结构与性质、热力学与动力学模型和管道水合物沉积、堵塞机理研究进展,并对集输管道天然气水合物防治提出展望。研究表明,气主导体系管道水合物沉积机理主要有以下两种：一是由管壁上凝结液膜的水合物生长引起,其中自由水含量、气体速度、流型变化、气相持液率、过冷度以及管壁表面形貌等因素影响水合物沉积行为；二是气相液滴形成的水合物颗粒通过内聚作用聚集生长为水合物层,从水合物颗粒间粘附强度角度考虑水合物层的剥落和分离,为通过提高气体临界流速来去除水合物沉积层提供了新的思路。本文的研究可为管道水合物堵塞分类分级管理和高效防控研究提供参考。     

气井用水合物自生热解堵剂解堵效果数值模拟

在气井生产后期井筒水合物堵塞井筒现象频发,井筒水合物解堵越发重要.针对气井井筒水合物解堵问题,根据气井水合物堵塞过程和某型自生热解堵剂特性,建立了天然气水合物堵塞段分解速率数学模型和传热数学模型.开展了井筒内水合物解堵过程仿真模拟计算,获得了不同解堵剂浓度解堵过程中井筒内温度、水体积分数等参数的分布云图,得到了不同自生...     

深水气井测试条件下井筒水合物生成及浅层水合物分解的环空保护液导热系数

针对南海海域可能钻遇浅层水合物,且在深水井测试过程中井筒生成天然气水合物造成井筒堵塞的难题,从环空保护液的角度出发,以南海某深水气井为例,采用数值模拟方法,研究深水气井测试时不同产量下不同环空保护液导热系数对井筒生成水合物和浅层水合物分解的影响。结果表明：环空保护液导热系数越低,井筒生成水合物的临界测试产量越低,当环空保护液导热系数低至0.10 W/(m·℃)时,可满足产量5×10⁴ m³/d,井筒内不生成水合物;随着环空保护液导热系数降低,井筒外缘温度随之降低,浅层水合物越不容易发生分解;现场测试产量下的井口温度与模拟结果误差均小于5%,验证了计算模型的可行性。     

CPL冷凝器多孔芯及槽道内蒸气的冷凝分析

基于Navier—Stokes方程，同时模拟了CPL冷凝器的多孔芯和槽道内蒸气和凝结液的流动过程，在不同的进口蒸气流速、冷凝器冷负荷和液膜过冷度的条件下，显示了气液界面的形成位置，分析了液膜形成和换热强度的影响因素。     

分子动力学模拟研究ZIF-8颗粒对甲烷水合物形成过程的影响

为了揭示ZIF-8颗粒对甲烷水合物形成过程的微观影响机理,通过分子动力学模拟方法研究了有/无ZIF-8颗粒体系中的甲烷水合物成核及生长过程。结果表明：ZIF-8颗粒的加入会影响甲烷水合物的成核及生长动力学,加速或减缓水合物的成核及生长过程。ZIF-8不同的加入量对水合物形成动力学亦有着不同的影响作用。其中,加入少量的ZIF-8颗粒可在不降低水溶液中甲烷过饱和度的情况下,通过加速甲烷分子在水溶液中的运移及水分子的组装行为,促进水合物前驱体及闭合笼状结构的形成,推动水合物的快速成核及生长。当加入的ZIF-8颗粒达到一定浓度时会在短时间内吸引更多的甲烷分子从水溶液中逃离出来并在其表面聚集成纳米气泡,致使水溶液中的甲烷浓度降低、水合物形成驱动力下降,最终导致水合物的形成过程被明显地抑制。     

泡状流下氨基酸对甲烷水合物形成过程的动力学抑制模拟

基于水合物勘探与开发现场井筒内气体流动情况,模拟井筒内水合物的形成过程,在恒温、恒压和恒泡状流条件下评价几种常见氨基酸对水合物形成各阶段的抑制情况及聚集形态的影响,并探究其抑制水合物形成的内在机理.研究结果表明:随着疏水性增强,氨基酸抑制效果变差,抑制效果较好的氨基酸最终在井筒内形成的水合物壳更薄、更大,水合物形成总量...     

元坝高含硫气藏井筒内水合物预测与防治技术

元坝高含硫气藏由于钻完井的残留物、正常生产时加注的缓蚀剂及腐蚀产物、单质硫沉积等原因使井筒更可能形成水合物,轻则增加油管粗糙度或形成网状物加速液体滑脱,重则造成整个油管横截面堵塞迫使气井停产,存在较大的安全隐患。如何科学有效的防止井筒水合物,成为实现该气田安全开发的关键技术。以X103H井为例,研究了不同气样组分、不同油管尺寸、不同产量、不同井底流压下井筒内水合物生成的压力及温度,对水合物形成规律进行预测与总结,最后针对区块气井提出适应的防治措施。     

水平弯管内水合物浆的流动特性

 为了掌握水平弯管内水合物浆的流动特性,采用基于颗粒动力学理论的欧拉双流体模型进行建模研究,其中RNG k-ε 模型用于模拟湍流运动,液固两相间的曳力体现相间耦合作用。结果表明,弯头处出现了明显的二次流现象,且速度最大值分布在偏向内侧横截面上;颗粒增大了管内水合物浆湍动能,并使弯曲段的浆液湍动能分布更均匀,弯管和水合物的存在对压能损失产生影响。在相同的水合物体积分数下,浆液压力梯度随平均流速的增加而增大;在相同的流速下,浆液压力梯度随水合物体积分数的增加出现了缓慢增长区、过渡区和快速增长区。为了对堵塞风险进行有效预警,除了考虑平均流速等因素,还需要从水合物生长过程中微观特性变化的角度对压降分区和流变多样性进行探索。     

含水合物阻聚剂的水合物浆液流动特性实验研究

水合物浆液技术作为一种新型油-气-水多相安全混输的方式逐渐受到油气生产和集输部门。利用一套近中试规模的模拟水合物循环管路,研究了在水合物阻聚剂存在条件下,不同初始含水率(20.0%~30.0%)水合物浆液的流动特性。实验结果表明,随着水合物颗粒的形成,体系流量伴随着波动逐渐下降,最终趋于稳定;而体系压差呈现先剧烈增加,而后逐渐下降并趋于稳定的趋势。与初始原料气组成相比,水合物浆液形成后体系内平衡气中轻烃组成存在不同程度的富集,从而导致平衡气水合物生成条件曲线向着低温高压区域偏移。由水合物浆液宏观形态演化过程可知,随着水合物颗粒的形成,原有的油水乳液结构遭破坏,最终形成的水合物浆液为固(水合物)-液(柴油)分散体系。另外,由不同时间(2 h、4 h和8 h)的停输/重启实验可知,水合物浆液表现出明显的触变性流体特征,且随初始含水率的增加,其触变性特征愈明显。     

气-液界面处水合物膜形成过程的传热分析

通过对静止系统的气-液两相界面处水合物膜形成过程的分析,建立了一维水合物膜形成过程的传热数学模型,提出了根据气体的消耗率确定出水合物膜厚度随时间的变化关系,分析水合物的反应体系中各相的温度分布,明确了水侧温度分布规律．结果表明,强化水侧的传热效果对提高水合物的生成速率具有重要的意义．     

元坝气田超深层高含硫气井硫沉积预测

准确预测高含硫气井井筒硫沉积规律与沉积位置,避免管道堵塞、腐蚀穿孔等影响气井正常生产具有重要的意义。为进一步研究硫沉积机理,结合元坝气田元素硫的溶解度含量实验,建立硫溶解度预测模型;基于瞬时热传导、能量守恒定律以及多相流理论,分别建立超深高含硫气井温度场和压力场数学模型;进行多场耦合求解,获得超深高含硫气井井筒元素硫沉积预测模型,并对元坝气田气井进行实例分析。研究结果表明:元素硫溶解度随温度、压力的增加而增大;建立的井筒温度压力模型计算的压力误差小于1%,温度误差小于5%,精度较高;元素硫溶解度在井筒内呈非线性递减,井底最大,井口最小。研究成果可用于预测井筒硫溶解度分布以及硫析出井段,以及同类型气井井筒多相流压力计算,为含硫气井安全稳定生产奠定了基础。     

天然气水合物生成条件预测研究进展

天然气水合物的生成会引起油气生产过程中运输管道设备堵塞。为了能准确地预测天然气水合物生成的具体位置,对不含抑制剂体系(不含盐和醇类)天然气水合物的生成条件做了详尽的描述。对于烃类天然气水合物生成条件的预测,主要有热力学模型、关联公式以及经验图解法。而对于酸性天然气水合物生成条件的预测,主要有热力学模型、支持向量机和神经网络算法。在不同的环境条件下使用合适的预测方法,可以准确地预测天然气水合物的生成。同时,对今后的研究工作提出了展望,旨在为中国天然气水合物相关研究提供借鉴与参考。     

含热力学抑制剂钻井液侵入天然气水合物地层扰动模拟

深水油气勘探开发过程中,为防止井筒内生成天然气水合物,在钻井液中添加水合物热力学抑制剂是有效措施之一。然而含水合物热力学抑制剂钻井液侵入水合物地层的扰动影响鲜有报道。为探究水合物热力学抑制剂对水合物层的扰动规律,利用超声波测试手段,研究了NaCl、乙二醇两类水合物热力学抑制剂钻井液侵入水合物岩样的过程,并讨论了适用于水合物地层钻井液的设计要点。结果表明:含水合物热力学抑制剂的钻井液相比未含抑制剂的钻井液会显著促进水合物分解,且随着抑制剂浓度的增加,水合物分解速度会大幅度增加;NaCl盐类抑制剂促进水合物分解的作用明显强于乙二醇醇类抑制剂;钻井液侵入水合物地层引发的水合物分解呈现非匀速现象。深水钻探水合物地层时,防止地层中水合物的分解与抑制井筒中水合物的生成是相互矛盾的,研发适合水合物地层的钻井液配方来平衡这个矛盾是有效途径。     

油气井筒出砂理论技术新进展

油气井筒出砂问题不仅仅出现在石油和天然气的生产过程中,海域天然气水合物(以下简称水合物)的开采和枯竭油气藏型储气库的运行同样伴随出砂导致的各种不利因素的影响。主要针对国内油气井筒出砂的研究现状进行三个层面介绍,分别为出砂的理论研究(宏观研究和微观研究)、出砂预测方法和出砂防治措施(机械挡砂、化学固沙、携砂管理和综合防砂)。通过研究分析业界专家的出砂理论和实验结果,结合具体的案例对油气井筒出砂研究存在的问题进行了归纳和总结。认为目前油气井筒出砂亟需解决的技术重点在枯竭油气藏型储气库注采井方面,同时要推动出砂技术与智能技术的结合,针对异常地层和复杂井况形成成熟的应对措施,提升单井产量和开采效率。通过本文的介绍可为井筒出砂的发展趋势和研究提供理论基础。     

苏里格气田节流气井积液规律分析

苏里格气田广泛使用了井下节流工艺,该工艺对气井生产后期的井筒积液产生很大影响。为了弄清井下节流器对气井积液规律的影响,本文采用物理模拟实验方法研究了节流器上端和节流器下端的积液先后顺序,利用苏里格气田实际气井生产动态数据,分析了节流器打捞后的积液动态变化规律,结合井筒压降数学模型和临界携液流量数学模型,提出了苏里格气田节流气井积液的四个过程,采用数值模拟软件和井筒压力计算软件相结合的方法,计算了气井节流器的最优打捞时机,为苏里格气田节流气井生产制度的合理制定提拱了依据。     

塔里木油田深井开采水合物防治技术研究

油气开采中,水合物的产生会严重影响正常生产,塔里木油田在深井油气开采过程中就出现水合物堵塞现象。本文对水合物生成机理进行研究,基于热力学方法建立了水合物生成预测模型;通过分析各种防治技术的适应性,结合塔里木油田的实际情况,筛选出较好的井下节流技术。根据井筒温度、压力的变化可以对气井井筒中水合物的形成位置进行准确的预测,给出了井下节流技术工艺参数设计模型和方法,可设计出井下节流器位置深度及尺寸,防止水合物的产生,该技术在塔里木油田进行了现场应用,取得了良好效果。     

海洋天然气水合物藏开采若干问题研究

文章阐述了在开采天然气水合物方面所取得的研究进展,包括天然气水合物开采模型及数值模拟,天然气水合物开采物理模拟相似准则,天然气水合物开采方法研究等。建立、完善了天然气水合物开采的数学模型,并以此为基础建立了降压开采水合物物理模拟相似准则。降压法开采单一水合物藏,在某些情况下开采能量不足会导致藏内结冰严重。对下伏气的天然气水合物藏而言,水合物能够提高产气量、延长稳产时间。结合降压和注热的优势提出了注温水-降压法联合开采方法,该方法具有稳产时间较长、稳产气速度高的特点。     

基于分相能量守恒研究产水气井携液能力

为研究产水气井井筒中的携液流动规律,正确预测气井产液量,指导排水采气方案设计与实施和构建井筒/油藏耦合模型,采用分相能量守恒方程建立一套专门用于计算气井携液能力计算的管流模型,并设计一套灵活的求解方法,能够在已知两端压力和气相流量的前提下对产液量进行直接求解。经与实测管流资料进行对比计算发现,在计算大产气量的两相管流时,所用模型的计算精度高于经典的多相管流模型。使用该模型对气井携液能力进行敏感性分析,表明产液气井存在携液能力最强的产气量点,在制定气井生产方案或进行排水采气优化设计等工作时应当给予充分的注意。     

天然气水合物藏开采数值模拟技术研究进展

中国天然气水合物资源丰富,实现天然气水合物商业化开采,对于缓解中国能源短缺压力具有战略意义。数值模拟是指导天然气水合物藏安全有效开采的重要技术手段,通过对水合物藏产能预测与动态分析,可以实现对开采方法的优选、可采资源评价和开发方案优化。天然气水合物藏开采过程涉及水合物分解相变与气水在地层内渗流传热等多个物理化学过程之间的复杂耦合机理。重点介绍了水合物藏开采现状、水合物藏开采数学模型优化研究、天然气水合物开采数值模拟应用进展,分析了数值模拟研究的核心问题、取得的进展以及当前亟需解决的瓶颈问题,并指出水合物藏开采数值模拟发展趋势,对于开展天然气水合物数值模拟研究具有较好的指导意义。