气体水合物生成条件研究

建立了一套可视化气体水合物测试系统。利用该系统在264．76－288．96K温度范围内测定了合成天然气在纯水和乙二醇水溶液中水合物的形成条件。根据Van der Waals-Platteeuw的理想溶液等温吸附理论和Moshfeghian-Maddoc模型，给出了水合物相平衡计算模型。水合物形成温度的计算结果与实验结果的平均相对偏差仅为0．22％，说明该模型可较好地预测实验体系的水合物形成条件。     

表面活性剂对气体水合物生成过程的影响

在玻璃试管中就添加物和铁丝对HCFC141b（CH3CCl2F,R141b）水合物生成过程的影响进行了观察研究.首次发现铁丝与十二烷基苯磺酸钠的适当组合可以促使R141b水合物快速结晶成核和生长,并就它们对R141b水合物生成过程的影响机理作了进一步探索,发现：在恒温槽温度一定时,阴离子表面活性剂种类和铁丝与试管壁面的接触点共同决定了R141b水合物的最初结晶成核位置;阴离子表面活性剂种类决定了结晶成核后水合物的生长区域;十二烷基苯磺酸钠水溶液浓度越高,R141b水合物的生长越快;一水合草酸钾对R141b水合物的生成过程则没有明显影响.     

气体水合物生成特性实验研究

实验研究了添加剂对甲烷气体水合物形成过程的影响。发现微量的表面活性剂降低了甲烷气体水合物在静止反应器中形成的诱导时间,并使水合物快速形成和生长,提高了水合物形成过程中的填充密度。阴离子表面活性剂（十二烷基硫酸钠）对水合物生长的促进作用比非离子表面活性剂（烷基多糖苷）强。液态烃环戊烷降低了水合物形成的诱导时间,但环戊烷不能提高水合物的填充密度。     

气体水合物生成条件的理论计算

以统计热力学为基础,建立了气体水合物生成条件－分解压力和分解温度的理论计算方法,并对７种以ＣＦＣ替代工质蓄冷媒的气体水合物的生成条件进行计算,计算结果与文献报道的实验数据比较吻合。     

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.     

铁丝对HCFC-141b气体水合物生成过程的显著影响

在试管内对HCFC-141b(CH3CCl2F,R141b)气体水合物的静态生成过程进行了可视化观察实验,发现穿过阴离子表面活性剂水溶液和制冷剂液体两相界面、且与试管侧壁面相接触的铁丝改变了制冷剂气体水合物的静态生长区域,大大缩短了制冷剂气体水合物静态生成的引导时间,加速了水合反应的完成.大量的重复实验表明:把盛有26 17g、质量分数为0 038%的十二烷基苯磺酸钠水溶液和10 00g的R141b的试管(直径为20mm,长为200mm)放入1℃的恒温槽中,穿过两相界面与试管侧壁面相接触的铁丝可以诱导R141b气体水合物在10min以内在铁丝与侧壁面接触处首先生成水合物,水合反应在100min完成.在铁丝的影响下,整个水合反应都在R141b液体内进行.近期实验中发现,铝丝、铜丝、不锈钢丝等对R141b气体水合物生成过程的影响与铁丝对R141b气体水合物生成过程的影响基本相同.     

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.     

钻井液中天然气水合物生成影响因素研究

深水钻井中,极易在钻井液中生成天然气水合物,给深水钻井带来极大的危害。利用研发的钻井液中天然气水合物形成抑制试验装置,系统的研究了钻井液中天然气水合物生成过程及其影响因素。研究表明天然气水合物最先于气液界面处生成;随着搅拌速率的增大,天然气水合物生成速度加快;在钻井液处理剂中,Na Cl可有效延缓天然气水合物生成时间,聚合醇、聚胺次之,膨润土、PAC-LV、XC、SPNH等无明显抑制效果;天然气组分也对天然气水合物生成产生重要的影响,对于烷烃来说,分子量越大,越易于生成天然气水合物。     

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。     

气体绝热自由膨胀过程中温度的变化

气体在绝热的密闭容器中自由膨胀，体积不断增大，从而导致体系的温度、内能、焓等状态函数相应发生改变，对于不同的气体，这些变化也相应不同。论分别对理想气体、范氏气体、满足方程P（Vm-b）＝RT的实际气体、任意实际气体等几种不同性质的气体进行讨论。     

天然气水合物生成动力学机理的研究

对天然气的气一水体系进行了研究，提出了一种新的天然气水合物生成机理，认为水合物晶核的生长经历了溶解、水合物骨架形成、扩散和吸附4个阶段，很好地解释了水合物组成的不确定性．据此机理对水合物在成核以后生成的动力学方程进行了推导，引入了有效面积分率、压力指数、过冷度校正参数等，得到了气-水体系水合物生成的改进的动力学方程．用遗传算法对方程中的参数进行拟合的结果表明，由方程计算所得的水合物生成速率与实验结果的最大误差为15．9％，最小误差为1．6％，平均误差为9．6%，说明拟合结果准确。     

天然气水合物井完井用形状记忆材料研制

为了能够更加有效地解决天然气水合物井在完井过程中的出砂问题,保证天然气水合物井的稳产与高产,开展天然气水合物井完井用形状记忆材料的研制。选用PCL/PM 200-体系,采用物理发泡与化学发泡并用的方法,一步法合成了开孔型形状记忆聚氨酯泡沫;在此基础上,对其力学性能、玻璃化转变温度、形状记忆性能、泡孔结构、耐温性能等性能进行了表征与测试。实验测试结果表明,该材料体系合成工艺简单,形状恢复率高,力学性能好,开孔性均匀,耐温性能好,具有玻璃化转变温度,符合温敏型形状记忆材料的变化规律,能够满足天然气水合物完井用形状记忆材料的性能要求。将该体系用于生产天然气水合物井完井用的形状记忆材料,制造形状记忆筛管,为日后天然气水合物的试采和商业开发提供了一种新型的且行之有效的完井手段。     

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。     

纳米流体中气体水合物生成过程的实验研究

提出了制冷剂气体水合物在纳米流体中快速生成的设想，并通过HCFC141b气体水合物在纳米铜流体（由质量分数为0．049／6的十二烷基苯磺酸钠-6（SDBS）溶液和名义直径为25nm的纳米铜粒子组成）中的生成实验验证了此设想．实验结果表明：与去离子水中HCFC141b气体水合物的生成过程相比，纳米铜流体中的SDBS是造成HCFC141b气体水合物诱导时间明显缩短的主要原因，而纳米铜粒子对诱导时间的影响不大；纳米铜流体中汹的乳化作用和纳米铜粒子大的比表面积大大促进了HCFC141b在水中的溶解；纳米铜粒子的加入明显加强了HCFC141b气体水合物生成过程中的传热传质，随着纳米铜粒子粒子数的增加，HCFC141b气体水合物生成过程明显缩短．     

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。     

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。     

海域天然气水合物监测井技术进展与挑战

海域天然气水合物是一种极具潜力的可替代清洁能源,但开采难度大、容易导致地质灾害,因此在开发过程中对水合物储层的监测不仅能为开发方案的动态优化提供基础数据支持,而且对于评价开发过程对环境的影响尤为重要。监测井可以对水合物储层进行原位监测,是一项关键技术,但应用于海域水合物时目前可以采用的地球物理监测仪器非常有限。结合中国神狐海域水合物储层为开发难度高的低渗透率黏土质粉砂的现实,需要研发更低功耗、更高精度的长期原位温度压力监测仪器,同时需要积极开发新的监测技术,例如可以尝试在监测井中加入示踪剂指示来自监测井的流体运移,构成生产井之外水合物分解的直接证据,从而提供水合物分解范围的科学依据。     

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。     

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。