孔隙介质中二氧化碳水合物生成过程实验研究

CO_2地层埋藏被认为是实现CO_2气体固化和存储的有效方式.为了研究多孔介质孔隙中二氧化碳水合物的生成特性,利用1.8L的高压水合反应釜分别研究了粒径为24、32和40目的石英砂孔隙介质中CO_2水合物的生成过程.结果表明:粒径为40目的石英砂中,CO_2水合物的平均生成速率最大,为0.01328mol/h,1L的石英砂介质可以储存标准状况下53.558L的CO_2气体;粒径为24目的石英砂中CO_2水合物的平均生成速率最小,为0.01112mol/h,1L的石英砂介质可以储存标准状况下44.845L的CO_2气体.研究还表明,当多孔介质粒径为24目至40目之间时,多孔介质粒径越小,平均生成速率越大,水合物的储气量越高.     

利用氧化石墨烯促进CO2水合物的生成

气体水合物高效快速生成是实现水合物技术工业应用的关键问题。为解决水合物生成速率慢、储气能力低等难题,利用高压反应釜实验装置,研究了质量浓度为20、35、50、100、200、300 mg/L的氧化石墨烯对CO_2水合物生成过程温压变化规律、生成时间和诱导时间及气体消耗量的影响,并与纯水体系中水合物生成实验进行了对比和分析。结果表明,氧化石墨烯促进CO_2水合物生成的最佳浓度为50 mg/L,在该浓度下反应体系的终态压力最低,压力降低的幅度达1.731 MPa;且与纯水体系相比,水合物生成诱导时间缩短了77.14%,反应周期缩短了1/2,气体消耗量提高了15.89%。从微观角度分析了氧化石墨烯促进CO_2水合物生成的作用机理,其独特的单层分子结构及表面丰富的氧基功能团使其具有纳米颗粒级别的高比表面积、具有优良的传热传质及亲水特性;能够促进气体溶解、增加水合物成核点、提高成核速率;加快体系热量传递、平衡系统温度;能够加快传质速率、增加气体消耗,提高储气能力。     

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。     

高压流动体系CO2水合物生长动力学特性

为探明CO_2水合物在流动体系的生长过程及特性,借助高压循环可视环路装置,开展了一系列不同初始压力、载液量、流量下,CO_2水合物生成及浆液流动实验,得到了不同因素对水合物诱导时间及耗气量的影响规律。实验结果表明:在水合物大量生成阶段,管内温度突升、压力骤降,体系流量迅速下降直至稳定、压差呈先上升后下降的趋势; CO_2水合物诱导期随初始压力的增大而缩短,耗气量则随初始压力的升高而增加。在9 L-30 L/min的实验体系下,初始压力从2. 5 MPa增加到2. 8 MPa,诱导期缩短13. 2%,而初始压力为3 MPa时,诱导期仅为17. 4 min,缩短了36. 03%;诱导时间随载液量增加呈现先减小后增大的趋势,耗气量随着管路载液量的增加而降低;流量与诱导时间、耗气量呈负相关关系,随着体系流量增大,诱导时间缩短、耗气量减小。在2. 8 MPa-7 L的实验体系下,质量流量从20 kg/min增加到28 kg/min,诱导期从25 min缩短到18. 4 min,缩短26. 4%,而流量为20 kg/min时的耗气量是28 kg/min的2. 7倍。研究结论可在一定程度上为CO_2水合物的工业应用提供参考。     

瓦斯水合物在含煤表面活性剂溶液中生成影响因素

为促进瓦斯水合物快速生成以预防煤与瓦斯突出,利用可视化实验系统,进行了14.3～25.4 ℃和18.66～26.70 Mpa条件下三种含煤表面活性剂溶液体系中瓦斯水合物生成过程的实验研究,得到了生成过程的p-T-t关系.结合水合物生成速度和含气率等计算模型对实验数据进行了计算,并对计算结果和实验过程进行了分析.结果表明:表面活性剂的加入缩短了水合物生成诱导时间,提高了生成速度和含气率,合成的水合物样品含气率达到136～150;多孔介质(煤)的存在对水合物的生成有较小的延缓;记忆效应对瓦斯水合物生成影响显著,在拥有水合物分解残余五面体环等结构的实验体系中,水合物生成诱导时间缩短10～20倍.     

驱动力对瓦斯气体水合物成核诱导时间的影响

为探寻多组分瓦斯混合气体水合物成核分布规律,依据Sloan水合物相平衡软件计算驱动力,运用可视化实验装置开展不同驱动对多组分瓦斯混合气体水合物成核诱导时间的影响。当多组分瓦斯混合气体G,和G,分别在20、18和16℃的温度时,测定瓦斯水合物的成核诱导时间。结果表明：多组分瓦斯混合气水合物生成的诱导时间随反应体系驱动力的增大而缩短,且呈指数趋势减小;多组分瓦斯混合气中重烃的含量会影响水合物的含气量,且在相同的实验条件下混合气中的重烃含量越高,水合物的含气量越高;多组分瓦斯混合气水合物诱导时间还受到气体组分浓度的影响,其中重烃的浓度越高,水合物生成的诱导时间就越短。驱动力的变化对重烃含量较高的混合气水合物生成诱导时间影响较小。     

Span20促进甲烷水合物生成的实验研究

在已有的天然气水合物储气实验台上,利用带磁力搅拌的141 mL高压反应釜,采用定压法,在温度为(274.15±0.10)K、压力为(8.30±0.10)MPa的条件下,从诱导时间、生成速率和储气密度等方面研究了非离子表面活性剂失水山梨醇单月桂酸酯(Span20)的质量分数为0～3%范围内对甲烷水合物生成的影响.结果发现:Span20的质量分数为0.2%时诱导时间最短,为53～167 min;在0.4%时的生成速率最大,是纯水的10倍以上,同时其储气密度V/V0最大,达到145.2.通过分析Span20的分子结构,对表面活性剂促进甲烷水合物形成机理进行了研究,认为可能是Span20分子中带有2个羟基的类四氢呋喃结构的诱导作用以及假六元环的模板作用共同促进了甲烷水合物的形成.     

CO_2水合物生成的影响因素研究

在体积350 m L的恒容反应釜中研究了CO2水合物的生成过程,实验考察了搅拌速率、温度和压力等因素对CO2水合物生成过程的影响。实验结果表明,相对静止条件下机械搅拌可以通过促进传质传热,加速CO2水合物生成过程。随着搅拌速率的增大,CO2水合物的平均生长速率从0.283 mmol/min增大到1.132 mmol/min,且搅拌速率为800 rpm时实验条件下的水合物的诱导期最短;不同实验温度(273.65 K,274.15 K,275.15 K,276.15 K)下,CO2水合物生成过程中的溶解速率、诱导期及反应速率变化不大,即受温度影响不明显;CO2水合物的生长受压力影响明显,增压可显著缩短诱导期、加快反应速率。水合物生长过程主要受客体分子浓度的影响,是动力学控制过程。3 MPa时CO2水合物的平均生长速率高达1.1 mmol/min,是2 MPa时的5倍。     

多孔介质及盐度对甲烷水合物相平衡影响

为模拟自然界天然气水合物的合成与分解条件,开发了研究多孔介质中甲烷水合物相平衡特性的实验装置,利用恒定容积法测定了孔隙尺寸、盐度等对甲烷水合物相平衡条件的影响.结果显示多孔介质中甲烷水合物容易生成,诱导时间短.随着孔隙尺寸的增加,甲烷水合物相平衡曲线右移;随着盐度的增加,甲烷水合物相平衡曲线左移;盐度水平和孔隙尺寸水平...     

蔗糖和凹凸棒石体系下抑制CO2水合物生成动力学研究

油气生产、储运及CO_2管道输送的过程中容易生成CO_2水合物,添加抑制剂是预防CO_2水合物生成的有效手段。采用蔗糖、凹凸棒石和蔗糖+凹凸棒石作为水合物抑制剂,利用可视化高压反应釜实验装置,在初始条件3 MPa和2℃下,研究其对CO_2水合物生成的气体消耗量、气体消耗速率、诱导时间和水合物生成量的影响。用压力变化法测定了CO_2水合物生成诱导时间,用动力学模型计算了气体消耗量和水合物生成量;并分析了蔗糖和凹凸棒石协同抑制CO_2水合物生成的微观机理。实验结果表明蔗糖有减少气体消耗量和水合物生成量的作用,凹凸棒石有延长水合物生成诱导时间和降低生成速率的作用,体系中同时存在蔗糖和凹凸棒石能展现出协同效应,抑制效果最佳的实验体系为30 g蔗糖+1 g凹凸棒石,较纯水体系的气体消耗量减少了18.8%,气体消耗速率峰值降低了60.9%,诱导时间延长了122.2%,水合物生成量减少了26.1%。以蔗糖+凹凸棒石作为水合物抑制剂效果良好,且经济环保。     

二氧化碳气体水合物生成特性的实验研究

在小型高压水合物反应装置上研究了二氧化碳水合物的生成特性.实验结果表明,静态系统下,二氧化碳气体在纯水体系中的生成速率非常缓慢,只在气-液界面处有一薄层浆状水合物生成.通过添加适当的表面活性剂可以有效改善气-水体系的传质阻力,增加气-水接触面,显著提高水合物的生成速率.     

超声波对CO2水合物生成过程的影响

CO2捕集、利用与封存（carbon capture utilization and storage, CCUS）是控制温室气体排放的重要途径之一,是实现碳达峰、碳中和目标的重要举措。为研究超声波对水合物法捕集CO2的作用效果,搭建了一套高压条件下超声波作用于CO2水合物生成实验装置。实验过程中超声参数设置为功率比70%、总作用时间8 min、每次作用时间8.0 s、间隙时间4.5 s。结果表明：超声可以大大促进CO2水合物的生成,其原因可能是超声能够增大气液界面传质系数、溶液过饱和度以及对溶液产生扰动并不断更新反应面积;在超声作用下,CO2水合物生长前期存在一个快速反应阶段,该阶段持续时间与驱动力成正比;此外,CO2水合物生成量和生长速率都与驱动力成正相关。     

添加剂对水合物蓄冷过程影响探讨

水合物蓄冷技术应用的关键是水合物的快速成核与生长。探讨了多孔介质、醇、电解质、表面活性剂、纳米颗粒等影响水合物结晶成核诱导时间、生长速度和蓄冷密度等关键因素。通过合适的添加剂制成乳液和纳米乳液,降低了水合物成核诱导时间,减少了水合物形成过冷度。纳米乳液中水合物可在静态系统中蓄冷。     

基于气井防砂砾石粒径构成特征的砾石堆积孔喉直径研究

本文根据气井防砂砾石的粒径构成特征及完井防砂砾石充填是多种粒径砾石混合而成的堆积碎散性特征,通过剖析高压充填条件下混合粒径砾石堆积的排列结构,建立砾石堆积孔喉直径结构理论模型,推导出计算砾石堆积孔喉直径尺寸的公式。同时,通过理论计算分析了砾石颗粒的粒径比对砾石堆积孔喉直径尺寸的定量影响规律,为水合物试采井防砂砾石粒径的选择提供了理论依据。     

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.     

HFC-152a致冷剂气体水合物结晶过程的实验研究

对HFC－152a致冷剂气体水合物结晶生成过程进行了实验研究，研究了外界环境温度对水合物结晶引导时间的影响，通过数据分析，得到了引导时间与环境温度的依变关系。对HFC－152a体气水合物结晶生成过程进行了可视化实验研究，得到了外界不同温度条件下的水合物结晶过程图像，对生成过程图像进行分析，认为水合物是通过局部随机成核，已成核部分诱导临近区域进而扩展至整个两相接触界面形成的。     

多孔介质内泡沫稳定性定量评价实验

为了克服常规泡沫稳定性评价方法难以模拟高温高压多孔介质环境的不足,基于激光探测技术,根据激光透过不同衰变阶段泡沫时的透射性能差异,首次提出了一种高温高压条件下定量评价多孔介质内泡沫稳定性的实验方法。此外,为验证激光法评价结果的准确性,同时开展了泡沫粒径微观可视化实验,研究了压力、温度、多孔介质对泡沫稳定性的影响及其机理。研究发现,相同条件下,较无多孔介质,泡沫在多孔介质中的稳定性更好,且在高压条件下,多孔介质更有利于稳泡。原因是压力升高,孔隙受压缩其水力半径减小,空气与表活剂疏水链的分子间作用力增强,二者均会导致泡沫粒径减小,稳定性增强;升高同样温度,多孔介质中泡沫稳定性下降的幅度更大。是由于多孔介质中的固态颗粒导热系数比纯泡沫更高,单位时间内辐射出的热量更多,加剧了气泡膨胀及液膜排液,使泡沫粒径增大,稳定性降低。     

宁209井区裂缝控藏体积压裂技术研究与应用

为了解决页岩气开发面临的改造体积有限、产量递减快及储量动用程度低等难题,提出裂缝控藏体积压裂工艺技术。该技术通过减小簇间距、增加裂缝条数来加大缝控面积,形成连片控制区域,立体动用储层,大幅度提高一次可采储量。对该技术进行工艺设计优化,通过精细分段优化射孔位置、孔眼节流优化射孔孔数、渗流和应力干扰优化簇间距、气水置换和高强度加砂优选纳米压裂液、有效压力优化支撑剂、实验回归优化暂堵剂用量,优化结果为：6簇射孔,每簇6孔×60°×6孔/ft,簇间距6~8 m,单段段长40~50 m;采用纳米压裂液体系,先纳米滑溜水段塞打磨,后纳米线性胶连续加砂,加砂强度大于3.0 t/m;采用70/140目石英砂+40/70目陶粒（3：7）小粒径组合支撑剂,可适当提升石英砂比例。该技术在长宁地区宁209X-x井进行试验应用,折算1 500 m水平段测试产量26.6×10⁴ m³/d,相比邻井提升103%,增产效果显著,为页岩气井的高效开发提供借鉴。     

煤层气水合物合成与分解实验研究

天然气水合物储气技术(NGH)是正在研究开发的天然气储存新技术,它比液化方式(LNG)节能并降低成本。为了揭示煤层气水合物生成与分解过程规律,利用实验室大型水合物实验装置研究了表面活性剂(SDS)水溶液体系中煤层气水合物的生成过程以及在水浴条件下分解时的特点。实验结果表明,煤层气在一定温度、压力下与水及表面活性剂(SDS)能够快速生成固态气体水合物,其分解受温度影响明显。这种新方式有助于利用水合物技术储运与加工煤层气,促进煤层气开发与利用。