下伏气的天然气水合物藏开采模拟

建立了开采下伏气的天然气水合藏数学物理模型, 系统地考虑了气-水-水合物-冰相多相渗流过程、水合物分解动力学过程、水合物相变过程、冰-水相变过程、热传导、对流过程、渗透率变化等对水合物分解产气和产水的影响. 分析了降压开采过程中气层和水合物层中力、温度、饱和度等时空变化规律, 得到了不同生产压力下产气、产水变化规律. 研究发现, 在开采上覆水合物层的气藏时, 水合物能够提供相当的产气量, 能够提高气井产量, 延长气田稳产时间.     

AlCl3介质中甲烷水合物相平衡PT轨迹

天然气水合物形成／分解过程和稳定存在的条件是能否进行天然气资源精确评价和水合物灾害防治的技术关键，用可视蓝宝石高压釜水合物实验装置，测定了甲烷水合物在AlCl3溶液中的三相（甲烷水合物－AlCl3溶液－甲烷气）平衡条件，结果表明，当压力在4．040－8．382MPa范围时，形成甲烷水合物的温度在272．15－278．15K之间，随着压力增大，生成甲烷水合物的温度下降，同时，对相同库尔浓度的AlCl3，KCl溶液和其他盐类介质中甲烷水合物生成／分解的PT轨迹和抑制作用进行了研究，并与前人分析结果进行了比较，获得了甲烷水合物相平衡压力与温度的经验公式，认为在盐类溶液（介质）中，AlCl3溶液对甲烷水合物生成具有很好的抑制作用。     

利用纳米粒子强化微乳液体系HCFC141b 水合物的生成

快速有效的促晶方法是实现气体水合物蓄冷技术的关键. 从增大一氟二氯乙烷(HCFC141b)和水的互溶度和相界面出发, 制备了HCFC141b 微乳液, 对比研究了HCFC141b微乳液和HCFC141b/水粗混合体系中的HCFC141b 水合反应诱导时间和过冷度, 分析了水合物生长特征; 在此基础上利用纳米粒子强化传热的特点, 考察了混合体系中添加纳米Cu 粒子和纳米Al₂O₃ 粒子对水合反应的影响. 结果表明, 微乳液体系内快速均匀地生成大量水合物晶体, 水合反应诱导时间比在乳浊液和不含表面性剂的粗混合体系中分别缩短36%和52%. 将纳米粒子加入微乳液体系可降低反应过冷度, 但是对粗混合体系和乳浊液中的反应过冷度无影响. 微乳液体系内添加0.1 wt%纳米Cu 粒子后水合反应诱导时间缩短29%, 过冷度降低39%.将微乳液体系和纳米粒子相结合形成的纳米流体可有效促进制冷剂气体水合物的生成.     

深水天然气水合物及其管道输送技术

深水天然气水合物是具有广阔应用前景的非常规天然气资源.开采出的深水天然气水合物通过管道输送是实现水合物资源开发、利用的关键环节.输送过程中,管道内的压力、温度会不断发生变化,使得管道内出现伴随水合物生长或分解的复杂气液固三相流动.本文介绍了天然气水合物资源分布情况和开采方式,综述了近年来天然气水合物生长、分解动力学和含水合物颗粒的气液固多相流动方面的研究进展,分析了深水天然气水合物输送管道的安全性.指出未来在深水水合物输送方面应坚持实验与理论相结合的研究手段,着重开展以下三个方面的研究内容:第一是考虑管流作用下天然气、水、水合物三相界面之间的传热传质特点,以及气液流速、流型对传热传质的影响,建立多组分气体水合物生长、分解动力学模型;第二是综合考虑水合物颗粒的微观受力和流体对固相的携带能力,分析水合物颗粒的聚集特征、流动特性以及在管道中的沉积规律;第三是考虑水合物颗粒的生长、分解与管道内流速、流型和压降之间的耦合作用,建立伴随水合物颗粒生长、分解、聚集、沉积的气液固多相管输模型,定量描述水合物颗粒的发展过程和三相流动规律,为深水天然气水合物输送管道的设计、运行和管理提供理论与技术支撑.     

青藏高原昆仑山垭口盆地发现天然气水合物赋存的证据

青藏高原多年冻土区是否存在天然气水合物一直是国内外广泛关注的问题,但一直没有确定的答案.通过钻探、地球物理测井以及气体地球化学研究,在昆仑山垭口盆地发现了天然气水合物赋存的证据.钻探发现250 m以下多个深度岩层存在大量气体释放异常,甲烷气体浓度为22%~32%,且具有天然气水合物分解间歇性释放的特征,这些气体释放层位具有显著的含天然气水合物特有的密度降低、侧向电阻率和声波波速的增大特征.同时多个深度上发现了与水合物分解产生甲烷密切相关的碳酸盐和黄铁矿等自生矿物.     

南海北部神狐海域沉积物颗粒对天然气水合物聚集的主要影响

天然气水合物在海底沉积物中的饱和度是对其资源评价的重要参数.掌握水合物饱和度的影响因素对其能源和气候环境效应的评估有重要的意义.沉积物粒度属性与水合物饱和度的关系,几十年来仍停留在简单统计和定性认识层面.本研究以南海神狐SH3站位样品为研究对象进行粒度、比表面积的测量,以此为基础建立模型表征沉积孔隙大小、水合物相平衡改变量,探讨沉积物颗粒对天然气水合物饱和度的影响及其影响机理.实验结果显示,水合物产出于极细粉砂层(粉砂含量60%).赋存水合物的地层含有极细砂以上的粗粒组分(10%),而其上覆和下伏不含水合物的地层不含有这一粗粒组分.天然气水合物饱和度并非简单依赖于砂(63mm)的含量,而与较粗的部分砂(125mm)含量统计上存在更好的相关性.沉积颗粒的比表面积呈现较为平滑的走势,水合物产出层位的沉积物具有较小的比表面积(8~14 m~2/g),而不含水合物的层位其比表面积16 m~2/g.孔隙度一定的前提下,沉积孔隙的大小主要由沉积颗粒的比表面积决定,且两者呈反比关系.沉积物颗粒的比表面积比其粒度更有优势,与水合物饱和度呈现良好的相关性,可用以定量化分析沉积孔隙大小、天然气水合物相平衡条件的改变,是研究沉积物颗粒影响天然气水合物分布有效且经济的参数指标,同时也还需要大量实验的验证或改进.     

水合物降压分解过程中沉积物孔隙结构动态演化规律

选取两种不同粒径分布的天然海砂样品,在相同实验温度及压力条件下合成甲烷水合物.开展水合物降压分解X-CT微观实验,获取不同时刻的沉积物内部构成图像.对X-CT扫描图像进行阈值分割、三维重建及拓扑等效等处理,建立不同粒径含水合物沉积介质不同分解阶段的三维孔隙网络模型,研究水合物降压分解过程中沉积物孔隙结构动态演化规律及其控制机理.研究表明,甲烷水合物微观分布非均质特征显著,分解过程开始于气-水合物接触的位置,分解初期水合物具有孔隙填充、颗粒胶结等多种赋存模式,而分解后期孔隙中主要赋存颗粒胶结型水合物.随着水合物饱和度的减小,不同粒径含水合物沉积物的平均孔喉半径、孔隙度、绝对渗透率以及两相共渗区宽度均不断增大,配位数、形状因子及束缚水饱和度逐渐减小.受水合物分解动力学行为影响,分解前期沉积物平均孔隙半径缓慢降低,水合物饱和度下降至某一临界值(小于0.1)后,平均孔隙半径和绝对渗透率急剧增大.粒径分布越窄,相同水合物饱和度下沉积物平均孔隙及孔喉半径、孔隙度和绝对渗透率越高,但不同粒径沉积介质配位数和形状因子的变化存在交叉点,表明含水合物沉积物微观孔隙结构特征受粒径分布、水合物微观赋存状态及空间分布的协同影响.     

天然气水合物研究进展

天然气水合物是由甲烷等气体分子和水分子在低温高压条件下形成的冰雪状笼形包合物,作为全球物理一地质作用的产物,它广泛分布在陆地永冻层和海底沉积层,初步研究结果表明,我国南海北部陆缘可能存在天然气水合物矿藏,全球天然气水合物蕴含的有机碳数量巨大,是一种潜在能源,同时对全球的气候变化有着重要影响。     

温和条件下甲烷水合物强化生成技术

基于水合物的固体天然气技术在天然气储运、二氧化碳埋存、海水淡化等技术领域具有广阔的应用前景,而强化温和条件下的水合物生成动力学是推动该技术应用的关键.本文通过乳液聚合法制备了–N(CH3)3+@PSNS纳米促进剂,评价了其与螺旋搅拌协同作用对甲烷水合物生成动力学的影响,并揭示了协同促进机理.研究表明,螺旋搅拌诱导的双向对流强化了反应釜内气液传质,增强了水合物早期生长动力学,而纳米促进剂增加了水合物的多孔特性,强化了后期水合物生长动力学,提高了低倾角下水合物转化率,两者协同作用大幅改善了温和条件下的水合效率.在温和条件下(3.8 MPa),水合物储气量在25°和35°倾角下分别为107.96和140.43 m3/m3,与纯水体系相比分别增加59.16%和91.74%.该研究使得温和条件下水合物高效制备成为可能,对推动水合物基固体天然气技术的应用具有重要的指导意义.     

DSC研究单个纯Sn微滴过冷度的尺寸效应

利用差示扫描量热仪, 对纯Sn单个微米微滴凝固过冷度的尺寸效应进行了研究. 用于测试的纯Sn微滴通过溶剂包裹重熔液淬法制备. 由于在一系列连续的加热冷却过程中, 测试的单个球形微滴的形状基本保持不变, 使得研究微滴尺寸对过冷度的独立影响成为可能. 结合热力学数据, 采用经典形核理论进行计算, 发现单个金属微滴凝固过冷度随微滴尺寸减小而增大, 与实验结果一致.     

冷冻浓缩过程冰晶夹带溶质浓度分布模拟

针对冷冻浓缩过程冰晶夹带造成该技术推广使用受限制的问题,采用国内外描述相变微观结构的相场模型,将体系视为水和溶质二元系统,建立冷冻浓缩过程冰晶生长的数学模型,耦合溶质场,从微观上模拟冰晶形貌演变,分析冰晶夹带溶质浓度分布规律.探讨模拟结晶时间、过冷度及模拟初始温度对冰晶夹带浓度分布的影响.结果表明:模拟结果与实验相符合.随着模拟结晶时间的延长,冰晶固液界面的溶质浓度增大,造成溶质夹带增加;过冷度小,溶质扩散率大,冰晶中溶质浓度小,过冷度越大,溶质向液相中扩散越不充分,冰晶中溶质浓度越大;模拟初始温度高,冰晶浓度分布小,模拟初始温度低时,其溶质浓度增大.适当控制这3种因素将减少冰晶的夹带率,降低冷冻浓缩过程的可溶性固形物损失.     

论非生物成因天然气

从能源气体研究的角度出发,天然气通常指以甲烷为优势组分的可燃性气体.依据甲烷的形成过程可将天然气划分为:(1)生物(或细菌)气,主要指沉积物中的有机质在厌氧细菌作用下分解产生的气体;(2)热降解气,主要指沉积物中的有机质在一定的温度、压力等作用下降解产生的气体;(3)非生物气,主要指源于地球深部的原始气体,或在地球深部由无机反应合成的烃类气体.沉积物中的有机质在细菌、温度、压力等作用下可形成具商业开采价值的天然气藏的生物成因观点已被绝大多数地质学家所认可.然而,非生物成因烃类能否聚集成藏仍是地学界近百年来争论不休的重大科学论题.     

南海东沙东北冷泉流体的来源和性质:来自烟囱状冷泉碳酸盐岩的证据

大陆边缘海底冷泉活动区往往赋存有大量的冷泉碳酸盐岩,冷泉碳酸盐岩的类型和地球化学特征记录了过去海底富甲烷冷泉流体活动的状况.相对于在海水-沉积物界面上生长的化学礁灰岩和碳酸盐结壳等冷泉碳酸盐岩类型,形成于海底以下流体通道周围的烟囱状冷泉碳酸盐岩能更忠实地反映过去海底冷泉流体的信息.本文对采集自南海东沙东北的高镁方解石质烟囱状冷泉碳酸盐岩进行了详细研究,在定量分析碳酸盐物相及其碳氧同位素组成的基础上,结合产出环境特征和年龄对其形成温度进行约束,利用高镁方解石-水体系氧同位素分馏方程计算沉淀流体的氧同位素组成,研究古富甲烷冷泉流体的来源与性质,并探讨其与海底天然气水合物藏之间潜在的成因联系.研究认为,南海东沙东北陆坡烟囱状冷泉碳酸盐岩的碳源自生物成因甲烷,它的形成与海底天然气水合物藏的破坏密切相关.古冷泉流体的δ18O值为（1.9‰±0.3‰）^{0.6‰±0.3‰}V-SMOW（Vienna standard mean ocean water）之间变化,平均1.4‰±0.3‰ V-SMOW.经估算,水合物分解释放出来的流体在冷泉流体中的贡献最高可达45.7%.分析认为,古海平面下降和陆缘海底峡谷的下切,以及海底滑坡等气候与环境变化因素是导致南海东北陆坡水合物藏曾经遭受破坏的主要原因.研究区广泛分布的烟囱状冷泉碳酸盐岩指示水合物分解释放的甲烷在渗漏出海底之前已经有相当一部分被硫酸盐-甲烷转换带附近的微生物捕获和消耗转化,最终以冷泉碳酸盐岩形式实现了永久封存.     

压力对锗的固化动力学的影响

锗是一种典型的共价型物质,研究其过冷与固化特性具有特别的意义.Devaud和Turnbull曾以B_2O_3作为助熔剂,研究了晶粒结构与过冷度的关系.当过冷度小于300K时,其晶粒尺寸大于100μm;随着过冷度的进一步增大,晶粒尺寸显著减小,在过冷度达到400K时,晶粒尺寸减小到10～20μm左右,但仍未形成非晶相.早在60年代初,人们就发现了锗在常温高压下能发生多种固态相变.但是,对液态锗在压力下固化后的微结构研究却未见报道.     

多蒸发器低温回路热管的启动特性

空间探测技术迅速发展,传统的点对点传热方式不再满足多阵列、大面阵结构探测器的散热需求.本研究通过将3个蒸发器以气耦合的方式并联,设计加工了一种用于多点热源散热的多蒸发器低温回路热管(multi-evaporator loop heat pipe, MeLHP),并进行了样机的启动特性实验研究.实验分别通过与单蒸发器回路热管的比较、不同加热方式的比较以及不同充液率的比较,多方面地探究了MeLHP在降温、启动过程中的特性.实验发现,在保证样机在170 K稳定运行的前提下, MeLHP各个支路均与单蒸发器回路热管的启动特性保持高一致性; MeLHP在单蒸发器加热和多蒸发器共同加热的条件下均能启动,单蒸发器加热过程中未加负载的蒸发器在气耦合作用下分享热量保持各蒸发器温度一致,保证三蒸发器的同时启动;工质的初始分配状态会造成降温过程中各蒸发器温度的差异,气耦合的热交换作用调节了各回路温度的一致性,有效抑制了初始状态对温度的影响;考虑了不同充液率的影响,考察了充液率分别为0.6和0.7条件下的启动特性,发现0.7充液率下MeLHP的启动特性能更好地与0.6充液率条件下的单蒸发器回路热管相一致.实验验证了气耦合并联形式下设计的多蒸发器回路热管的启动可行性以及降温规律,对MeLHP的推广应用有重要意义.     

冰封的能源--天然气水合物

天然气水合物是由水和天然气混合后在一定的温度、压力、气体饱和度、水的盐度和pH值等条件下形成的冰状或雪花状的结晶化合物。组成天然气的成分有甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)等同系列烃类化合物或这些烃类化合物的混合物，还包括部分二氧化碳(CO2)、溴气(Br2)、二氧化硫(SO2)、氮     

金属熔体微滴凝固过冷度的DSC研究

采用DSC实验方法研究了冷却速率对金属熔体微滴凝固过冷度的影响, 并从理论上进行了分析, 得到了冷却速率对过冷度的影响及其变化趋势的具体规律. 结果表明, 过冷度随着冷却速率增大而提高, 且过冷度随冷却速率增大而变化的趋势逐渐减小. 当冷却速率无限增大时, 过冷度随冷却速率增大而提高的趋势趋近于零, 由此可知过冷度随着冷却速率的增大而提高存在上限极值.     

分子量对热致性向列型液晶高分子性能的影响的研究

一、引言 大多数热致性液晶高分子表现有双向液晶性。除了双向性液晶外,也能看到有关单向性液晶态的报道。双向性液晶在升温和冷却的过程中都能形成同种液晶态。单向性液晶态只是在冷却的过程中形成,而在升温过程观察不到。值得注意的是,单向性液晶态的形成依靠的是体系在冷却过程中发生的相变过冷现象,即一个可以结晶的单向性液晶高分子,其冷却过程中液晶态的形成依赖于熔体结晶时的过冷现象,此时T_c(冷却时熔体结晶温度)小于T_m(加热     

落管中Cu-Sb合金的深过冷与快速枝晶生长

采用落管方法实现了Cu-20%Sb亚共晶合金在无容器条件下的快速凝固。随着液滴直径的减小，过冷度逐渐增大，初生Cu枝晶发生组织细化。实验中获得了207K的过冷度，最大过冷度达到0．17TL.理论分析表明，由于这合金具有较宽的凝固温度间隔，初生Cu枝晶的快速生长始终受溶质 扩散控制，根据对Cu-Sb合金相图中T0线的计算，揭示出发生偏析凝固的临界过冷度为△T0=474K。在最大过冷度207K时，初生Cu相的生长速度达到37mm/s，发生了显著的溶质截留效应.     

水热法制备的氧化锌微晶的形态特征

氧化锌陶瓷材料及其相应的功能器件在电子、化工等行业有许多应用.工业上用草酸锌分解的方法来制备ZnO粉体,但所得粉体粒度大、分布宽且烧结活性差.制备优质氧化锌粉体是提高相应陶瓷材料性能的基础.水热法是制备优质超细粉体的湿化学方法之一,其中采用水热法制备ZrO_2,BaTiO_3,PLZT等超细粉体的研究近年来受到了广泛的重视;采用水热法制备Ⅱ-Ⅵ族化合物的超细粉体最近亦有报道.作者研究了采用不同水热条件下的氧化锌超细微晶的制备,实验表明,水热法制备的氧化锌微晶的形态变化很大,而形态特征对粉体的实际应用具有重要影响.同时,研究水热条件下超细微晶制备过程中的结晶习性也是晶体生长工作的一个重要内容.1 实验采用直径为20mm,长180mm的管式高压釜,内加贵金属内衬,釜体分区加热以建立合适的温场(上下部温差为10～20℃);在一定的充填度条件下,进行不同反应温度(150～350℃)和反应时间(恒温时间4 ～72h)的水热反应.在填充度为85%,反应温度300℃时,实际测得体系的压力不超过50MPa.