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。     

天然气海底管道水合物冻堵原因分析及解堵和预防方法

在对天然气输送过程中天然气水合物的形成机理和处理方法进行了阐述的基础上,总结了天然气海底外输管道水合物严重堵塞过程及应急处置解堵的实际案例,同时归纳了抑制水合物生成的预防方法,以期为其他海上油田提供借鉴.     

油气藏流体水合物浆输送技术研究进展

在油气藏流体中加入新型抑制剂,使其中的天然气生成水合物,并悬浮在油气藏流体中,流体以水合物浆的形式进行输送,可以解决管道的流动保障问题。水合物颗粒引起流体特性的变化,给管道输送带来了复杂性。从水合物浆的相平衡、抑制剂、流动特性、堵塞预测及解堵四个方面,对国内外油气藏流体水合物浆输送技术的研究进展作了归纳。介绍了国内外主要研究机构在研究中使用的方法、设备,以及取得的成果,提出了国内在水合物浆输送研究方面将来的努力方向。     

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。     

天然气脱水技术探索

井口流出的天然气几乎都为气相水所饱和,甚至会携带一定量的液态水。天然气中水分的存在往往会造成严重的后果：含有CO2和H2S的天然气在有水存在的情况下形成酸而腐蚀管路和设备;在一定条件下形成天然气水合物而堵塞阀门、管道和设备;降低管道输送能力,造成不必要的动力消耗。水分在天然气中的存在是有百害而无一利的事,因此,需要脱除天然气中的部分水分,以满足管输和用户的需要;对于天然气液化和提氦过程,则对脱水的要求更为严格。     

天然气水合物在天然气输送中的应用研究

在输送未经分离的天然气的过程中,由于压力和温度等外界环境因素的改变,常常生成大量的水合物,造成管线冻堵,严重影响天然气的正常输送储存。本文介绍了输气管道中形成水合物的必备条件。为了避免水合物堵塞,需要知道水合物压力及温度条件,本文简述了波诺马列夫经验公式法和相平衡计算法以及防治水合物常用的四种方法。     

高压天然气水合物生长动力学及浆体黏度特性

为探究油气混输管道中天然气水合物的生成及流动特性,得到实际混输管道天然气水合物浆液的安全运行规律。运用高压天然气水合物实验环路,进行了油水乳液体系天然气水合物浆液流动实验。通过控制变量法研究了不同初始压力、初始质量流量与加剂量对天然气水合物生成诱导时间、管内浆液表观黏度、密度以及水合物体积分数等的影响,结果表明：初始压力越高,水合物生成诱导时间越短,由初始压力5.3 MPa下的1.47 h缩短至6 MPa下的0.71 h,缩短了约51.7%,水合物在生成过程中反应越剧烈,不利于运输的安全;初始质量流量越大,水合物生成诱导时间越长,由初始流量895.3 kg/h下的0.76 h增加到1 414.6 kg/h下的0.90 h,增加了约18.4%,表观黏度波动幅度越小,运输过程越平稳安全;增大阻聚剂的加剂量对水合物诱导时间影响较小,但水合物大量生成阶段现象越平稳,水合物生成后管内水合物体积分数越小,浆液输送性越好;在流动过程中若流速下降,压降反而增加,则说明水合物体积分数的聚并很明显且管内浆液表观黏度很大,管道堵塞风险较大。     

多相混输管道水合物生成及其浆液输送

根据经典的理论研究,依托良好的实验条件,对多相混输管道水合物生成及其浆液输送规律进行研究。结果表明:综合结晶本征动力学传热与传质所建立的水合物壳双向生长模型能有效预测油水乳状液下水合物生成过程中的气体消耗量;在高压水合物生成实验环道上,借助FBRM(颗粒粒度分析仪)和PVM(颗粒录影显微仪)设备可探究水合物生成过程中颗粒/液滴的分布规律;考虑到多相混输管道水合物浆液的输送安全性,流动须满足"最低安全流量"的要求;在高压水合物生成实验环道上,可直观研究不同含水率下天然气-水合物浆液的流型特点。     

喷射器内含湿含硫天然气形成水合物预测

针对高含硫气田天然气含湿含硫且井口压力不断降低的特点,利用高压气井的富余压力通过喷射器增压输送低压天然气。采用Fluent软件对喷射器内单相和气液两相含湿含硫天然气的沿程温度、压力进行了数值模拟,应用天然气水合物生成预测模型ZahediⅠ对天然气喷射器内部天然气水合物生成区域进行了预测分析,预测了工作流体入口温度、含硫量、含湿量对天然气水合物生成的影响。工作流体入口温度增加,喷射器内天然气水合物生成区域范围减小,硫化氢含量越高,天然气水合物生成区域范围越大,工作流体含水滴,喷射器内天然气水合物生成区域小于单相工质下的天然气水合物生成区域,进而提出了消除含湿含硫天然气喷射器内形成水合物的措施。     

超临界CO_2输送管道中水合物颗粒运动模拟

CO_2管道输送是CCUS技术的必要环节。我国CCUS项目中CO_2主要来源于碳捕集技术,CO_2流体中存在各种杂质。含杂质超临界CO_2的特性,使得管道运输超临界/密相CO_2存在较大风险。本文基于延长油田液态CO_2管道输送可行性研究,探讨水合物颗粒运动特性。使用FLUENT数值模拟软件中DPM模型,探究水合物颗粒在超临界/密相CO_2的水平输送管道、不同倾角斜直管道中的运动。结果发现水合物颗粒流动主要受CO_2流体湍动作用的影响,造成水合物颗粒在整个管壁的碰撞,从而形成对管壁的冲刷,其运动受粒径、体积分数影响较小。对斜直管道的计算结果表明大倾角管道对水合物颗粒运动的影响较大。     

海底天然气水合物绞吸式开采方法研究

 根据海底天然气水合物藏特点,结合绞吸式挖泥船工作原理和大洋多金属结核开采技术,提出了一种全新的绞吸式海底天然气水合物开采方法,克服了海底天然气水合物开采依赖构筑封闭开采环境的技术瓶颈;然后根据管道输送原理和两相流理论,对绞吸式开采方法的提升系统进行了水力参数分析。由分析结果可知,将体积浓度为15%~25%天然气水合物流体从1 000 m海底提升到海面所需泵的扬程为30~50 m;将体积浓度为10%~20%天然气水合物流体从4 000 m海底提升到海面所需扬程为90~150 m,现有的矿浆泵就能满足要求;由于天然气水合物和海底沉积物硬度较低,并且其混合流体的密度与海水密度相差不大,采用矿浆泵进行直接输送其对泵的磨损不会严重,能保证系统长期稳定的工作,证明了该开采方法在理论上是可行的。     

基于正交试验设计的水合物浆液流动特性数值模拟

 针对竖直管道内水合物浆液输送过程中的流动问题,以浆液流速、水合物颗粒粒径和水合物颗粒体积分数作为影响浆液流动特性的主要因素,以水合物浆液在管道输送过程中的压降为评价指标,对水合物浆液在竖直弯管中的流动进行了正交试验设计,并在正交试验设计的基础上运用CFD软件模拟了浆液在管道中的流动情况。结果表明,在浆液输送过程中,输送速度对压降的影响最大,随着输送速度的增加,压降损失也随之增大;颗粒的粒径对压降的影响次之,水合物颗粒的粒径越小对压降的影响越大,随着粒径的增大,压降损失趋于平缓;水合物颗粒体积分数对压降的影响最小,随着水合物颗粒体积分数的增加,压降逐渐减小。通过对试验结果的进一步分析,给出了该试验条件下水合物浆液在管道输送较优的方案。     

混氢天然气物性规律及管道水合物生成模拟分析

氢能是一种绿色低碳的二次能源,在天然气管道中掺入氢气进行大规模运输是当前研究的热门领域。但氢气与天然气混合后因其物性参数的改变,使管道产生堵塞、氢脆、泄漏、聚积、燃烧和爆炸等问题。基于此,利用Aspen HYSYS软件,选取代表性数据,运用理论研究、数据模拟和数据分析等方法,针对不同混氢比下天然气与氢气混合后的物性变化规律和管道水合物生成情况进行模拟分析。结果表明：随着混氢比增大,混合气体温度先降低再升高,在混氢比为36%时达到最低温度;混合后气体质量密度和比热容比与混氢比呈负相关;质量焓、质量熵、质量基准热值、Z因子、热导率、运动黏度均与混氢比成正相关;随着混氢比增大,水合物生成温度降低,压力升高。可见在天然气管道中适当混入少量氢气可抑制水合物的生成;混氢天然气物性参数变化规律为探究适合不同条件下的最优混氢比、保证管道输送及使用的安全性提供了数据基础。     

海水提升法试采南海天然气水合物的可行性分析

海洋天然气水合物的开采方法是当今天然气水合物研究的一大热点.通过对南海海域天然气水合物成藏机理的分析,提出了使用海水提升法开采海底天然气水合物的新模式.介绍了海水提升系统的组成和工作原理,提出了水力输送设备的相关参数,并对使用该方法的产气量及能效进行了简单评估.结果显示这种方法具有产量大、能效高的特点,运用该方法在南海采集天然气水合物是可行的.海水提升法开采天然气水合物克服了其他传统天然气水合物开采方法面临的技术难题,为海洋天然气水合物的开采研究提供了一种新思路及技术支撑.     

临界CO2 传输中水合物对弯管冲蚀规律分析

管道输送超临界CO2过程中,受含汽量条件影响而形成的CO2固体水合物颗粒会对管壁造成冲蚀.研究水合物颗粒在不同条件下对弯管管壁的冲蚀规律对CO2的安全输送有重要意义.利用COMSOL Multiphysics软件分析超临界CO2输送管道的弯管段的固液两相流的流场规律,研究不同流速、不同粒径、不同弯曲角度下固体水合物对管壁的冲蚀规律.结果 表明,流动速度和粒子粒径的增加会使固体水合物对管壁的冲蚀更严重,使冲蚀区域的分布位置往弯管外侧管壁集中;弯管角度发生变化时,碰撞时粒子的入射方向与壁面的夹角发生改变,造成了冲蚀区域和程度的不同,直角弯管更易受到水合物粒子的冲蚀破坏.     

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。     

井筒和集输管线中水合物生成条件的预测

高压、低温条件下,天然气中含有一定的水分,在管道、井筒以及地层多孔介质孔隙中形成水合物,水合物的形成会造成巨大的危害。水合物的结构有I、II和H型,大多数水合物理论预测模型均在VanderWaals-Platteeuw模型的基础上发展起来的。在统计热力学理论基础上,推导的水合物相平衡理论模型,适用于井筒和地面集输多相管流中水合物生成条件的预测,适用于I、II和H型水合物的相平衡计算。实例证明,这种模型的计算精度能够满足现场的要求。     

透明摇晃-流动反应釜内水合物防聚剂性能测评研究

水合物容易在深水油气输送管道内形成并对管道流动安全构成极大威胁。向管道内加注水合物防聚剂,以此抑制水合物颗粒间的聚集并进而形成流动性良好的水合物浆,是防治水合物问题的一种常用措施。为了对道达尔公司提供的名为AA-D的水合物防聚剂进行性能测评,使用透明摇晃-流动反应釜在不同晃动工况及AA-D浓度下开展了一系列水合物的生成及流动实验。实验中,使用网络摄像头分别记录水合物生成前、生成中及生成后的实验现象。同时,根据温度和压力曲线的变化计算出不同工况下水的转化率。根据实验结果,系统分析了防聚剂AA-D及晃动工况（摇晃角度和摇晃速率）对实验现象和水转化率的影响。综合实验结果可知,防聚剂AA-D在本文实验条件下具有良好的水合物防治效果。本文的结果及结论可为水合物的防聚剂防治提供理论基础和借鉴。     

天然气水合物浆体的制备与流动特性

选取HCFC-141b作为客体分子,静态法制备一氟二氯乙烷水合物;记录各种浓度的水合物浆体的制备时间、溶液变化规律,以推测出天然气水合物浆体的制备条件。根据天然气水合物浆体所需的试剂配比,采用搅拌槽式反应器,制备具有良好流动性的天然气水合物浆体。确定不同浓度的天然气水合物浆体的流动参数,并利用fluent软件模拟,得到主相—水的速度分布云图、次相水合物颗粒浓度分布云图和各截面上的水合物浓度分布,表现整个环空管道内水合物的流动情况。     

油气混输管道水合物防治动态控制技术研究

水合物防治动态控制技术在保证管道安全运行的同时可利用水合物储气密度高的特点来增大管道输送量。但是,管道内水合物生成位置难以预测性,及水合物颗粒运动规律的复杂性制约了该技术的发展。为解决该问题,利用气液两相螺旋管流强化天然气水合物生成技术,促使水合物在管道泵站出站处生成;并建立了描述水合物颗粒运动规律的流动体系水合物颗粒宏观运动模型。研究表明,气液两相螺旋管流特有流型螺旋弥散流会促使水合物在管线特定位置生成;而水合物颗粒运动距离小于管道相邻泵站间距。最后,给出管道内水合物生成量须控制在一定范围,并在水合物颗粒运动终点采取干预措施的建议。