喷雾式天然气水合物储气系统的实验研究

利用自行设计的喷雾式天然气水合物储气实验系统,研究了喷雾强化措施下的水合物制备所形成水合物的形态特征,考察在不同初始压力和初始温度条件下水合物形成过程的压力变化特性及其对水合物生成速率和生成量的影响,并且分析和比较了间歇进气与连续进气两种不同进气方式下水合物的生成特性.实验结果表明,初始压力越高、初始温度越低,反应生成水合物的速率越快,生成的量越多;在进气方式比较方面,连续式进气生成水合物的速率比间歇式进气要快,能耗要低,因而连续式进气比间歇式进气具有更好的速率和效率.     

喷雾制取天然气水合物过程的特性

考虑到水的雾化可以有效提高气-水接触面积,有助于提高水合物生产速率,设计和建造了一个半间歇式雾流强化水合物实验装置,用于探索和揭示喷雾强化天然气水合物制备过程的基本特性,包括制备水合物的形态特征,形成过程中参数的变化规律,以及系统初始压力和初始水温度对形成过程诱导时间的影响.实验结果证明,在半间歇式反应器中,喷雾强化方式可以制取天然气水合物,并能有效地缩短水合物形成的诱导时间.水合物的制备过程中,喷雾的启动会引起系统内部压力有短暂的升高.     

喷雾法合成气体水合物的实验研究

为了寻求一种高效的气体水合物生产方式，提出了利用喷雾喷嘴高度分散液相的气体水合物生成装置，在不同的压力与表面活性剂条件下进行了实验．并结合晶体化学方法分析了喷射方式生成气体水合物的机理．验证了这种方式能够克服工业规模下水合物储存气局限性，将促进气体水合物储气应用技术的发展。     

天然气水合物在喷雾装置中的制备

采用雾流强化实验装置对天然气水合物的合成进行实验研究,发现该方法能增加气-水接触面积、强化传热传质以及加速水合物生成.实验数据验证了反应压力与系统过冷度是水合物快速形成的重要影响因素.当反应温度一定时,初始压力越大,反应压降速率越大;过冷度越大,对应的压降速率越大.     

影响水合物形成条件因素敏感性分析

针对天然气水合物的形成条件影响因素,通过实验测试手段,研究了天然气水合物形成时天然的组成、酸气含量、水的矿化度、醇类等各种因素对形成的压力温度条件的影响,通过大量的实验数据的得出：天然气的组成以及各组分的摩尔份数直接影响水合物形成的热力学条件,在一定的压力下,水的含盐量越高,水合物的生成温度越低。当天然气中含有CO2和H2S等酸性气体时,将提高水合物的生成温度和降低水合物的生成压力,特别是硫化氢的影响尤为显著。醇类和电解质体系对水合物的形成具有较大的抑制作用,相同浓度甲醇的效果优于乙二醇,相同浓度NaCl的抑制效果比CaCl2好。     

水合物生成影响因素与实验研究

对影响水合物生成的反应条件进行了实验研究，利用高压水合物生成装置测定了纯水与添加剂溶液以及不同温度与压力条件下，水合物生成过程及其特性，通过实验数据与结果分析得出表面活性剂SDS不但可以加快水合物生成速度，同时还可以提高其含气量，而温度与压力对水合物生成具有制约性，低温高压虽利于反应进行，但会增加生产成本，应综合考虑两者的最佳值，这些因素的研究对解决实际生产问题具有直接的指导意义，将促进气体水合物储气应用技术的发展。     

在井下温度合成瓦斯水合物的实验

通过实验研究了利用模拟瓦斯气体在井下温度和中高压的条件下合成瓦斯水合物。采用以实验为主，理论分析和计算机模拟相结合的研究方法，目的在于找出压力、温度及表面活性剂对水合物生成过程的影响。在井下温度和中高压的条件下，采用合适的表面活性剂及一定配比成功合成了瓦斯水合物。得出的结论是：表面活性剂在溶液中形成胶束后很大程度上可增加瓦斯气体的溶解度；与压力相比。温度对水合物的影响更重要：在气一液界面先合成的水合物有利于剩余水合物的合成。     

不同驱动力条件下改性淀粉、羧甲基纤维素钠和黄原胶对水合物形成的影响

研究不同温压条件下加量(质量分数)为0.1%~0.5%的改性淀粉、羧甲基纤维素钠(CMC)和黄原胶(XC)对CH₄水合物形成影响。结果表明3种增黏剂通过对体系中水分子的束缚,不同程度地抑制了水合物的成核及生长;驱动力较弱时,CMC加量达到或超过0.3%后几乎彻底抑制了水合物的形成,XC加量达到0.3%时同样可实现这一抑制效果,但随着XC加量继续增大,受其发泡性及稳泡性较强影响,水合物抑制能力有所弱化,与CMC和XC相比,改性淀粉的水合物抑制性相对较弱;驱动力较强时,3种增黏剂可微弱减缓水合物的形成速率,且XC因其在水溶液中空间结构更复杂,能束缚更多水分子,抑制效果最佳;温度为5~20℃条件下,XC提黏能力较强,且在低温条件下其水溶液的流变性具有较强的可控性,更适用于水合物钻井液体系。     

纳米石墨颗粒与SDS复配对CO2水合物生成诱导时间的影响

为得到有效降低气体水合物生成诱导时间的工艺方法,在277.15 K、不同压力(2.5~6.5 MPa)条件下,利用釜式水合物实验装置,开展了0.5%纳米石墨颗粒与表面活性剂SDS复配对水合物生成诱导时间影响的实验研究。结果表明,随压力的升高,水合物生成的诱导时间呈现降低趋势,平均降幅达5.8 min/MPa。277.15 K、4.5 MPa时,纳米石墨颗粒与SDS的引入使得体系较纯水体系中水合物生成的诱导期均呈不同程度的缩短趋势,降幅达20%左右。而二者复配体系的诱导时间较纯水体系显著缩短,如0.5%纳米石墨与0.03%SDS复配体系与相同条件下的纯水体系相比降幅高达61.8%。纳米石墨颗粒与SDS的复配有效加快了水合物成核速率,显著缩短了水合物生成的诱导时间;且其在对水合物生成的诱导时间上的作用效果较对应浓度的单一添加剂体系更好,二者复配型水合物生成促进剂的开发是今后重点研究的方向。     

CO2水合物喷雾合成的生长特性实验研究

利用自行设计的可视化喷雾强化水合物制备实验系统,分析和比较了不同初始温度和初始压力条件下,喷雾合成CO2水合物的耗气量和反应釜内温度的变化,研究其生长特性.实验结果表明,初始压力越高,或者初始温度越低,那么诱导时间越短,单位时间内CO2耗气量越多,水合物生成速率越快.同时,通过对水合物生长过程的摄像在线观察,发现CO2水合物在接触界面紧贴反应釜壁面的两相接触处最先诱导成核并迅速扩展,生成水合物后,随着反应进行,吉布斯自由能差增大,水合物颗粒由圆滑状向数枝状变化.     

低压二氧化碳水合物技术实验研究

利用水合物实验装置研究了低压二氧化碳水合物的相变过程。实验结果表明在二氧化碳体系中加入四丁基溴化铵可大幅度降低二氧化碳水合物形成压力,而且随着四丁基溴化铵含量的增加,水合物的相变温度升高。二氧化碳水合物形成过程包含水合物结晶成核和水合物生长过程,在水合物生长过程中,体系出现一个明显的温度升高过程。     

海底混输管道析蜡对水合物生成的影响

海底混输管道由于高压、低温的输送环境,蜡与水合物可能同时生成。采用水合物和蜡的热力学模型,从热力学角度分析蜡晶析出对水合物生成的影响。结果表明:轻组分的含量对水合物相界线影响显著,轻组分含量越高,水合物生成温度越高;蜡晶的析出会带走体系中的重组分,降低轻组分的溶解度,同时使轻组分的浓度增加,从而促进水合物的生成;由于蜡晶的析出对轻组分改变较小,析蜡对水合物生成的影响不显著。     

氯化钠和酪氨酸增强PVP抑制水合物的性能

油气输送管道在一定条件下会形成水合物,可能导致灾难性的后果,通过注入动力学抑制剂,可以延迟水合物的形成。在11.7 MPa和293.1 K条件下,向高压反应釜内注入混合气体(甲烷、乙烷和丙烷),实验研究NaCl和酪氨酸(L-tyrosine)对聚乙烯吡咯烷酮(PVP)抑制水合物性能的影响。通过测量水合物的成核温度、诱导时间和耗气量,评判NaCl和L-tyrosine对PVP抑制水合物的效果。实验结果表明:添加1%(质量分数,下同)的PVP后,水合物的成核温度为282.7 K,诱导时间为45 min,耗气量为5.96×10~(-2)mol;然而,添加0.25%NaCl、0.25%L-tyrosine与0.5%PVP组合抑制剂后,水合物的成核温度为281.7 K,诱导时间为65 min,耗气量为5.19×10~(-2)mol,比蒸馏水系统的气体消耗量减少了约27%。因此,NaCl和L-tyrosine能明显提高PVP抑制水合物的效果。     

氮气及氮气+二氧化碳在四丁基溴化铵水溶液中水合物相平衡研究

采用压力搜索法测量了四丁基溴化铵-氮气-水和四丁基溴化铵-氮气-二氧化碳-水体系水合物的相平衡数据。四丁基溴化铵水溶液的质量浓度范围为10%~30%,实验的温度和压力范围分别为283.25~288.65 K和1.98~5.89 MPa。在实验压力和温度范围内,添加四丁基溴化铵降低了氮气和氮气+二氧化碳体系水合物的形成压力;而且随着四丁基溴化铵溶液浓度的增加,水合物相平衡压力下降的幅度也增大,说明四丁基溴化铵是氮气和氮气+二氧化碳水合物形成的促进剂。实验结果还表明,在氮气中混入二氧化碳,水合物相平衡压力降低;随着二氧化碳含量的增大,水合物相平衡压力下降的幅度增大。     

天然气水合物热激励法开采模型研究

根据分子动力学分解理论,建立了天然气水合物热激励法开采数学模型,并在此基础上考虑了逆反应的存在对水合物分解规律和气体在地层中渗流特性的影响.利用有限差分法对压力和温度控制方程进行了数值求解,同时分析了地层压力场和温度场的分布规律、天然气的产量变化特征以及渗透率对它们的影响.计算结果表明,在水合物分解前沿,压力值出现跳跃而温度值达到最低点,天然气的产量随时间呈明显的周期性变化趋势,而且随着时间增长,周期逐渐变长,对渗透率的变化敏感.通过分析比较,计算结果与实验结果吻合很好.     

冰点以下天然气水合物的生成动力学研究

通过实验研究了冰点以下天然气水合物的生成反应中压力，温度及冰粒大小等因素的影响。并研究了过冷和过压在水合物生成中的作用。实验结果表明：压力越高，温度越低，冰粒越小，越有利于水合物的生成，并且过冷及过压程度和过压时间均促进水合物的生成，得出了衡量反应进行程度的天然气水合物含气率随反应进行时间的关系曲线。     

水合物分离二氧化碳气体的研究

气体水合物是在一定的温度和压力下由气体分子填充水分子产生的晶格而形成的一种笼形晶体.这种水结晶体具有高密度的特性使其成为诸多基于气体水合物应用技术的基础.利用气体水合物生成的原理,将空气中的二氧化碳分离出来,并以气体水合物的形式储存在海洋深处.对二氧化碳气体水合物的生成过程和表面活性剂的促进作用进行了实验研究.选取十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、对甲苯磺酸(p-TSA)三种表面活性剂进行了二氧化碳气体水合物生成的促进研究,确定了促进气体水合物生成的机理与途径.结果表明:三种表面活性剂在一定的程度上都能缩短气体水合物生成的诱导时间,提高了气体水合物的生成速率.     

南海荔湾区域水合物水平井降压开采模拟研究

南海荔湾区域赋存有大量的天然气水合物资源,储层具有薄层和厚层水合物互层分布特征,极具开发潜力。因此,基于该区域多层水合物地质资料,利用TOUGH+HYDRATE建立了该区域水平井降压开采数值模型,井底开采压力取值为0.2倍的第三层水合物底部初始压力,主要研究了储层渗透率对水合物开采的影响规律。结果表明:降压法能够有效促进井周水合物分解,但受到地层低渗透率的制约,水合物有效分解范围主要局限于井周有限的圆形区域内,且在分解前缘面附近易形成少量的二次水合物;增大地层渗透率对水合物增产效果影响最为显著,当地层渗透率增大至20 mD时,水平井布设在最下部水合物层中间时,可以同时开采三层水合物,从而极大提高了开采效率,但同时也会导致地层流体涌入井眼,产水量急剧增大。     

天然气长输管道中水合物生成的预测

天然气管道运行过程中,随着管道内压力、温度和天然气组分的变化会生成水合物。水合物的生成会降低管道的输送能力,从而提高输送成本,严重时更会堵塞管道甚至发生管道爆裂,造成重大的生产事故和巨大的经济损失。通过天然气管道内水合物生成条件预测模型的建立,确立天然气水合物形成时的温压关系,再结合天然气输送管道中温度和压力分布的仿真模拟,就可以预测天然气输送管道中水合物生成的大体位置和水合物生成的类型。这可以为防止天然气输送管道中水合物生成和堵塞提供技术依据,也为管道的设计和运行提供指导性建议。     

琼东南深水钻井井筒天然气水合物抑制剂推荐浓度确定方法

中国石化将对琼东南深水区域展开油气勘探开发工作,而深水钻井时部分井筒处于高压低温环境中,若有气体侵入,易形成天然气水合物,导致诸多复杂情况的发生。通过对根据琼东南海水温度场的分布规律,考虑不同井段、不同钻井工况、不同钻井水力参数条件,分别建立琼东南深水钻井井筒内温度场和压力场的计算方法,并对深水钻井条件下天然气水合物相态平衡条件进行研究。建立了天然气水合物相平衡压力-温度条件的确定方法。结合深水钻井井筒中的温度场、压力场以及天然气水合物的相平衡条件,联合建立了琼东南深水钻井井筒中天然气水合物生成区域的预测方法和抑制剂浓度的确定方法,并通过琼东南华光区域某一口深水井进行实例计算,得出了各开次水合物可能形成的区域。并分析了钻井工程相关参数对水合物形成区域的影响规律。最终得出了抑制剂的推荐浓度方案。