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。     

深水气井测试水合物生成的预测及防治

深水气井测试时,海水段较长且温度较低,天然气容易在泥线至海平面之间形成水合物,堵塞井筒,导致测试失败。建立深水气井井筒温度-压力模型,模拟南海西部某深水探井测试制度,求解得到井筒流体温度、压力分布;对该区域天然气样进行水合物生成实验,得到天然气水合物生成临界条件。结合测试模拟结果,认为温度是影响水合物生成的主要因素且常规测试过程中该井会在泥线附近生成水合物。隔热油管能够降低井筒整体传热系数,提升流体温度,模拟显示采用隔热油管后流体温度整体升高30℃左右,不同产量下测试均不会生成水合物,能够保证测试顺利进行,该井实测情况也证实了这一预测。实测不同产量下井口温压数据与模拟结果对比,误差均小于5%,证明了模型的准确性,表明该方法能够为深水气井测试过程中水合物预测和防治提供依据。     

气体组分变化对油井水合物生成温度的影响

近年来对于气井井筒水合物生成研究甚多,而对油井水合物的生成研究则较少,且由于在重力作用下油相将气、水两相隔开给水合物生成条件测试造成了困难。为此,将测定油气水三相水合物生成问题转化为原油脱出气与水生成水合物的问题,首先开展了油气水三相水合物生成条件测试实验,并以此为基础评价优选出了适用的水合物生成条件预测模型;然后结合油藏流体相图和井筒压力温度预测方法及采出井井流物天然气组成的动态相态数值模拟预测,讨论了天然气组成含量随井深的变化规律;最后采用井口、井深1 000 m和井深1 900 m处组分数据预测了井筒水合物生成温度剖面,验证了气体组分变化对井筒水合物生成温度的影响。实验及计算结果表明:不同含水率对水合物的生成条件并无影响,各模型中简化牛顿热力学模型误差为7.31%,预测精度相对较高;随井深增加,轻烃逐渐下降,重组分逐渐增大;最后指出,采用组分数据预测油井水合物生成温度剖面时,其数据选择尤为重要,否则可能导致预测的准确性降低。该研究成果对于准确预测油井水合物的生成条件具有重要的意义。     

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。     

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。     

塔里木油田深井开采水合物防治技术研究

油气开采中,水合物的产生会严重影响正常生产,塔里木油田在深井油气开采过程中就出现水合物堵塞现象。本文对水合物生成机理进行研究,基于热力学方法建立了水合物生成预测模型;通过分析各种防治技术的适应性,结合塔里木油田的实际情况,筛选出较好的井下节流技术。根据井筒温度、压力的变化可以对气井井筒中水合物的形成位置进行准确的预测,给出了井下节流技术工艺参数设计模型和方法,可设计出井下节流器位置深度及尺寸,防止水合物的产生,该技术在塔里木油田进行了现场应用,取得了良好效果。     

冰点以下石英砂中二氧化碳水合物的生成特性

多年冻土区作为天然气水合物赋存的主要区域备受人们的关注,其常年较低的环境温度和复杂的地质条件使水合物的生成过程十分复杂,因而模拟冻土区环境条件进行水合物生成特性的研究具有重要意义.为了研究冰点以下多孔介质中二氧化碳水合物的生成过程的压力变化、生成速率、冰粉转化率等生成特性,在定容条件下,进行了初始生成压力为3、2.5和2MPa,温度为272.65、271.15和268.85K条件下二氧化碳水合物在多孔介质中的生成实验.研究结果表明:在相同的温度下,初始压力越大,反应速率越快,但初始压力对最终压力的变化幅度和冰粉的最终转化率影响不明显;在相同的初始压力下,温度越高,反应速率越快,最终压力的变化幅度越大,最终的冰粉转化率也越高.在本实验条件下,水合物生成速率最大为0.0000718mol·h~(-1),冰粉转化为水合物的比例最高为67.32%.     

深水钻井井筒水合物生成风险评估研究进展

国内外对于水合物在集输与采油过程中水合物生成堵塞研究较多,但深水钻井工况下水合物生成堵塞研究很少,水合物生成堵塞风险综合评估仍有待进一步研究。深水钻井过程中水合物易造成井筒堵塞,并诱发系列的井下事故风险,本文针对在深水钻井过程中在井筒低温高压条件下水合物在钻进、起下钻、压井等工况中的水合物生成堵塞风险评估开展理论与实验方面的调研。通过系统介绍天然气水合物的生成风险类型,水合物的生成风险评估环境分为钻遇含天然气地层井筒和在正常深水钻井井筒两种情况。当前深水钻井水合物生成风险预测模型：①基于V-P模型推导、②基于络合溶解理论、③基于智能算法等;水合物生成风险实验评估主要包括基于光学检测、基于超声检测、基于电学检测、基于CT技术、基于核磁共振成像技术等。水合物生成风险定量评估方法主要基于过冷度和无量纲施工参数。综合分析发现深水钻井过程中现有的水合物生成风险预测模型存在计算复杂,无法很好的深水钻井工况契合;而水合物生成风险实验评估都存在无法很好的模拟还原深水钻井循环,起下钻,关压井等复杂工况下生成堵塞风险。结合琼东南深水气田群开发钻完井关键技术研究子课题深水钻井多边界条件下水合物生成风险评估与处理方法研究项目对来深水钻井天然气水合物生成风险的研究重点进行了展望。     

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.     

基于LBM方法的天然气水合物沉积物中多相流动规律研究

根据沉积物中水合物分解过程中流体运移和孔隙介质的特点,提出将格子Boltzmann方法(LBM)用于天然气水合物沉积物中多相渗流规律研究的新方法,该方法是介于宏观和微观之间的介观模型方法,是用格子Boltzmann模型对多孔介质中水合物生成、分解过程中饱和度的变化影响多孔介质渗透率的特性进行模拟.模拟结果表明,多孔介质...     

SDS促进剂对甲烷水合物蓄冷量的影响

甲烷水合物蓄冷量的确定是甲烷水合物蓄冷降温技术实现工业化的关键。为探究SDS对甲烷水合物蓄冷量的影响,根据Clausius-Clapeyron方程及三参数对应态原理,建立甲烷水合物蓄冷量的计算模型。利用可视化水合物蓄冷实验系统,结合定温压力搜索法测定四组不同SDS浓度体系下甲烷水合物的相平衡条件。依据实验数据和该模型计算得到不同体系、不同相平衡参数下甲烷水合物的蓄冷量。结果表明:甲烷水合物具有较高的蓄冷密度,蓄冷量达40~60 kJ/mol;甲烷水合物的蓄冷量不但与相平衡条件有关,还与SDS的添加浓度有关。相平衡温度越高、SDS添加浓度越高,甲烷气体生成水合物时蓄冷量越低。该研究为甲烷水合物蓄冷降温系统的研制提供了参考。     

甲基环己烷气体水合物相平衡数据测定与预测

利用恒温压力搜索法在273.60～290.62K温度范围内测量了甲烷和甲基环己烷体系水合物的形成条件,实验结果表明该体系的水合物(H型)相平衡压力比甲烷体系的水合物(Ⅰ型)相平衡压力低1.0MPa以上.根据Langmuir的等温吸附理论,给出了H型气体水合物相平衡计算数学模型.计算结果表明该模型可较好地预测实验体系水合物(H型)的形成条件.     

含乙二醇和盐体系气体水合物相平衡测定与预测

利用可视化高压流体测试装置测定了含乙二醇和盐混合体系中合成天然气（甲烷，乙烷和丙烷的混合物）水合物的形成条件，并结合van der Waals-Platteeuw的理想溶液等温吸附理论，给出了含混合抑制剂（乙二醇和盐）体系气体水合物相平衡计算数学模型。计算结果表明，该模型可较好地预测含混合抑制剂体系的水合物形成条件。     

径向基神经网络的瓦斯水合物相平衡预测

瓦斯水合物生成是复杂的结晶过程,获取不同组分和浓度的瓦斯水合物相平衡等热力学参数对水合物技术的应用具有非常重要的意义.针对瓦斯水合物相平衡条件,确定了RBF神经网络的输入、输出向量,建立了RBF神经网络瓦斯水合物相平衡预测模型,并用实验数据进行了验证.结果表明,该模型对瓦斯水合物相平衡的预测具有计算精度高、速度快等优点.RBF神经网络研究为瓦斯水合物相平衡预测提供了一种新途径.     

海洋天然气水合物藏开采若干问题研究

文章阐述了在开采天然气水合物方面所取得的研究进展,包括天然气水合物开采模型及数值模拟,天然气水合物开采物理模拟相似准则,天然气水合物开采方法研究等。建立、完善了天然气水合物开采的数学模型,并以此为基础建立了降压开采水合物物理模拟相似准则。降压法开采单一水合物藏,在某些情况下开采能量不足会导致藏内结冰严重。对下伏气的天然气水合物藏而言,水合物能够提高产气量、延长稳产时间。结合降压和注热的优势提出了注温水-降压法联合开采方法,该方法具有稳产时间较长、稳产气速度高的特点。     

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。     

水基钻井液中天然气水合物形成实验研究

在钻探过程中,当温压条件合适,钻井液易形成天然气水合物,造成管线堵塞、钻井液性能变化。研究2种水基钻井液对绿峡谷气水合物形成过程中的影响。结果表明实验条件下该2种水基钻井液很易形成水合物,受钻井液组分的影响,两种钻井液中天然气水合物形成速率具有明显差异。在相同的温度下,实验压力越高,天然气水合物越易于形成,反应越剧烈。采用定容压力搜索法,测定了在13~18 MPa时此2种水基钻井液与绿峡谷气形成水合物的相平衡数据,显示一种钻井液能够促进水合物的形成,另外一种钻井液对水合物形成有抑制作用。     

海底混输管道水合物生成对析蜡的影响

采用蜡热力学模型和水合物热力学模型,考察水合物的生成对析蜡的影响。结果表明:对于多相流体系,在较低环境温度下,水合物和蜡固相可能同时生成,一固相的生成会对另一固相的热力学以及动力学行为产生影响;从热力学方面考虑,水合物的生成将会带走体系中的轻组分,从而导致重组分的溶解度降低,且同时会使得重组分的摩尔分数增加,从而影响蜡的相平衡;水合物的生成对析蜡的影响主要取决于轻组分含量,轻组分含量越多,影响则越大。     

水-气体系生成水合物的缩泡动力学模型

在对海下沉积层中水合物的生成机理、水合物的生成实验现象和已有模型分析的基础上,提出了一种水-气体系水合物生成的缩泡动力学模型,认为溶液中气体首先形成气泡,然后和水反应形成水合物.模型以水合物体积的变化来表示水合物的生成速率,避免了单纯以化学反应过程或结晶过程表达水合物生成速率的缺陷,因此能够准确地表达水合物的生成过程.研究结果表明,在不同初始条件下的计算结果与文献结论一致,不同气体和不同传质系数条件下的计算结果经实验验证正确,甲烷、乙烷及混合气在相同初始条件下,乙烷水合物的层厚度大于甲烷和混合气体水合物的层厚度.在传质系数较大时,水合物的层厚度增加速度也明显较大,因此符合表面活性剂能够加速水合物生成的机理.     

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.