分子动力学模拟研究ZIF-8颗粒对甲烷水合物形成过程的影响

为了揭示ZIF-8颗粒对甲烷水合物形成过程的微观影响机理,通过分子动力学模拟方法研究了有/无ZIF-8颗粒体系中的甲烷水合物成核及生长过程。结果表明：ZIF-8颗粒的加入会影响甲烷水合物的成核及生长动力学,加速或减缓水合物的成核及生长过程。ZIF-8不同的加入量对水合物形成动力学亦有着不同的影响作用。其中,加入少量的ZIF-8颗粒可在不降低水溶液中甲烷过饱和度的情况下,通过加速甲烷分子在水溶液中的运移及水分子的组装行为,促进水合物前驱体及闭合笼状结构的形成,推动水合物的快速成核及生长。当加入的ZIF-8颗粒达到一定浓度时会在短时间内吸引更多的甲烷分子从水溶液中逃离出来并在其表面聚集成纳米气泡,致使水溶液中的甲烷浓度降低、水合物形成驱动力下降,最终导致水合物的形成过程被明显地抑制。     

水合物动力学抑制剂开发与评价方法研究进展

气体水合物堵塞是影响多相流动安全保障的主要问题之一。水合物动力学抑制剂因其用量小、经济环保、应用范围广等特点受到油气工业界关注。首先调研了水合物动力学抑制剂开发和评价的常规方法,包括温压变化法、可视观测法和模拟循环管路法,概括了各方法的特点和适用情况;其次介绍了近年来的新型开发和评价方法,如微分扫描量热仪法、激光测量技术法、微观力测试法和分子模拟法;最后对比分析了各方法的优缺点,并提出了水合物动力学抑制剂在实际开发和评价过程中的合理化建议。     

水合物动力学抑制剂在油水体系内抑制性能实验研究

水合物造成的管道流动安全问题长期困扰着油气生产和运输部门。采用高压蓝宝石反应釜,系统研究了一类水合物动力学抑制剂在油水体系内的抑制性能,实验结果表明:在(柴油+水+甲烷)体系内,可视观察法测定的诱导时间更能真实反映水合物动力学抑制剂的抑制性能;随着动力学抑制剂添加浓度的增加,在进气压力相近情况下,体系可承受的最大过冷度呈现先增大后减少的趋势。在(柴油+水+乳化剂+甲烷)体系内,乳化剂的添加浓度对体系可承受的最大过冷度无明显影响;在动力学抑制剂添加浓度相同情况下,实验测定的最大过冷度比(柴油+水+甲烷)体系中的测定结果偏小。最后从油水乳化角度对比分析了动力学抑制剂在油水体系内的抑制机理。     

含离子液体体系甲烷水合物形成特性实验研究

实验研究了新型水合物抑制剂1-己基-3-甲基咪唑氯盐对甲烷水合物形成的抑制作用。实验结果表明,1-己基-3-甲基咪唑氯盐水溶液中甲烷水合物分解相平衡压力随着温度的升高而增大。与纯水中甲烷水合物相平衡条件相比,添加离子液体使得甲烷水合物的相平衡边界向高压和低温方向偏移。     

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。     

天然气水合物新型动力学抑制剂抑制性能研究

提出了一种组合天然气水合物动力学抑制剂GHI1(聚乙烯吡略烷酮(Inhibex157)与二乙二醇丁醚按1:1的质量比组合而成).在温度为4℃、压力为8.5～9.0 MPa下的1.072 L反应釜内,采用定容法,通过反应引起的温度和压力变化,研究了GHI1对天然气水合物形成的抑制性能,比较了不添加抑制剂、添加商用抑制剂Inhibex501、添加GHI1以及Inhibex157后的水合物大量生成时的温度变化,并分析了添加Inhibex501和GHI1后水合物大量生成时的时间,探讨了组合抑制剂的抑制机理.研究结果表明:在天然气和水的反应体系中添加质量分数w为0.5%的GHI1后,天然气水合物生成的平均引导时间为4 800 min,不添加抑制剂几乎没有引导时间,添加w为0.5%的Inhibex501后,水合物生成的平均引导时间为2 100 min,只添加W为0.5%的Inhibex157,平均引导时间为650 min;机理分析认为GHI1中的Inhibex157主要阻止天然气分子进入水合物笼,而二乙二醇丁醚则阻止水分子进一步形成水合物笼.     

动力学水合物抑制剂性能与官能团作用研究进展及展望

近年来,在研究水合物防控过程中,动力学水合物抑制剂以其使用剂量低、抑制效果显著等优点得到广泛关注,但目前仍存在过冷度和浊点低、生物降解性能不足等问题.为了研发绿色、经济、抑制性能优异的新型动力学抑制剂,为后续研究提供方向,对基于水合物成核与生长机理的动力学抑制剂作用机理进行综述,分析动力学抑制剂代表性官能团相应的抑制作...     

气体水合物动力学和热力学抑制剂复合作用试验

气体水合物动力学抑制剂具有使用剂量低、对环境友好等特点,但其抑制效果受过冷度等影响较大。在对水合物热力学与动力学抑制剂抑制机制分析的基础上,通过试验,对动力学抑制剂(N-乙烯基己内酰胺)抑制作用及其与热力学抑制剂(甲醇)的复合效果进行研究,分析热力学抑制剂含量、压力、过冷度和过冷时间对复合体系水合物抑制效果的影响。结果表明,N-乙烯基己内酰胺与甲醇复合,可在更高的过冷度条件下产生较好的动力学抑制效果,其作用受压力和过冷时间影响较大。     

温度梯度对非饱和粗砂中甲烷水合物形成过程的影响

采用0.18,0.11,0.07,0.02,0和-0.02℃/cm这6种温度梯度进行水合物的形成实验。利用电阻率方法,研究温度梯度对水合物的成核和生长、粗砂中水合物饱和度以及水合物分布状况的影响。实验结果表明:温度梯度对粗砂中水合物的形成过程具有非常明显的影响。随着温度梯度的增大,成核时间缩短,反应所需过冷度先增大随后保持稳定,过冷度同时受粗砂含水量的影响。形成速率随温度梯度先增加后减小,在0.11℃/cm时,形成速率最大。在温度梯度为0.07℃/cm时,粗砂中水合物分布最均匀;当温度梯度高于或者低于0.07℃/cm时,粗砂中水合物将在不同的区域发生富集。粗砂中水合物的饱和度随温度梯度的增大逐渐增大,当温度梯度到0.11℃/cm时,甲烷水合物的饱和度达到最大。     

一种动力学天然气水合物抑制剂合成研究

研发低剂量水合物抑制剂部分代替传统热力学水合物抑制剂是目前水合物研究的热点之一。为提高聚N-乙烯基吡咯烷酮的性能,采用N-乙烯基吡咯烷酮与马来酸酐合成了聚合物MVP。利用四氢呋喃法研究了MVP的合成条件及对水合物的抑制效果。研究表明,以乙二醇丁醚为溶剂,双氧水为引发剂时,马来酸酐与N-乙烯基吡咯烷酮质量比为3∶4、反应温度(80～100)℃、反应时间9 h条件下合成MVP对水合物抑制效果良好。该条件下合成的MVP与聚N-乙烯基吡咯烷酮相比对水合物具有更好的抑制效果,相同加量下能够承受过冷度较聚N-乙烯基吡咯烷酮高3℃;最佳加量为0.7%,该加量下水合物生成温度从-2℃下降到-8.6℃。由于MVP性能受过冷度影响较大,研究发现MVP发挥作用的过冷度不能高于10℃。     

二乙二醇丁醚对动力学水合物抑制剂性能影响的实验研究

研究了二乙二醇丁醚(DGBE)作为协同剂对动力学抑制剂PVP、PVCap、VP/VC、VC—713的影响,考察了DGBE的最优添加量。结果表明DGBE能大大提高抑制剂的引导时间,对PVCap的影响最大,复配后的引导时间能达到3 810 min,提高338%;PVP达到2 930 min,提高312%;VP/VC达到1 390 min,提高48%;VC—713达到2 100 min,提高62%。但是DGBE对抑制剂的过冷度因子影响较小,过冷度的增加量均小于1℃。DGBE的添加浓度并不是越高越好,当DGBE质量分数超过0.35%,提高抑制主剂性能的作用较小。     

环戊烷水合物作为氨基酸型促进剂初筛方法的实验研究

固态天然气水合物是一种潜力巨大、高效安全的储能方式,却一直受限于其苛刻的生成条件和缓慢的生成速率,因而近年来水合物促进剂成为人们关注的焦点。为此,通过对比测试了正缬氨酸、丙氨酸和组氨酸在常压环戊烷水合物体系和高压甲烷水合物体系中的效果,研究利用更为安全的环戊烷体系对水合物促进剂进行初筛的可行性。结果表明：同丙氨酸和组氨酸相比,环戊烷体系中正缬氨酸具有最高效的促进效果,显著提升了水合物生成速率,其最适浓度(质量分数)为0.5%,诱导时间和反应最高温度分别为9.5 min和4.5℃。另外,乳化剂Span 20对正缬氨酸有良好的协同增效作用;同时,正缬氨酸在甲烷水合物体系同样具有最佳的促进性能,有效提升了甲烷水合物的储气量,初始过冷度的增加可有效提高水合物生成速率与储气能力。因此,环戊烷水合物体系可以作为一种初步筛选高效氨基酸型促进剂的方法。     

X射线断层扫描系统研究甲烷水合物形成和分解过程

通过X射线断层扫描系统可以清楚地描述甲烷水合物形成和分解过程.实验表明，甲烷水合物初期形成迅速但较为疏松，随着疏松空隙被逐渐填充，甲烷水合物逐渐达到密实状态，质量逐渐提高.当温度和压力条件超过相平衡条件后分解过程立即开始，并迅速分解.分解过程由密实状态迅速向疏松状态发展.甲烷水合物形成过程相对分解过程来说较为均匀，各向基本相同，有疏密差别.但分解过程有较大差异，靠近反应釜壁分解速度远大于中间，这一差异也恰好可以被用来作为甲烷水合物相平衡条件的测定.     

天然气水合物降压开采过程井周水合物的二次形成

采用降压法开采天然气水合物,受分解吸热效应影响,地层温度降低区域的范围不断扩大。同时,生产井周水合物分解区受气体节流膨胀效应影响,温度降低现象更加显著,在一定的温、压条件下会出现水合物或冰形成,导致该区域内储层有效渗流通道被堵塞,渗流阻力升高,影响水合物分解气体的产出。通过自主研发的水合物分解区逆相变形成演化试验装置,模拟不同生产压差下水合物分解产出气体从分解前缘渗流至生产井筒这一过程,采集和计算试验过程中的储层温度、压力、饱和度等参数变化,探究分解区内影响冰与水合物二次形成的主控因素。结果表明：水合物分解气体在较大生产压差作用下受气体节流膨胀效应影响,会在生产井周5 m内引起温度下降,导致水合物二次形成;压差越大水合物二次形成的范围越向井壁缩小,且温度易降至0℃,形成冰堵,抑制气体产出;小压差情况下分解气供给小,造成分解前缘前部水合物二次形成区域范围大,但水合物二次形成量小;低渗透水合物储层气体流速低,气体节流膨胀效应减弱,水合物二次形成带窄。     

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。     

游离气作用下的渗漏型甲烷水合物形成

为了准确评估海洋水合物的资源潜力,必须研究水合物在沉积层里的形成过程。渗漏体系里往上运移的甲烷气(游离)、原位孔隙水(包括溶解气及溶解盐)与固体骨架共同作用,在动态相平衡条件下形成甲烷水合物并在孔隙里沉淀胶结,形成含水合物藏。游离气迁移能改变沉积层的地质属性,根据规律建立了多相流模型,并以南海北部为背景,以反应开始和结束两个时刻演绎了水合物形成过程中,孔隙毛细压力、渗透率、各相饱和度和盐度的联动变化关系,表明游离气含量是渗漏型水合物成藏的控制性因素之一。     

浅谈天然气管道水合物的形成和抑制

天然气长输管道一般输送压力较高,环境温度较低,因此管道内极易形成天然气水合物。水合物可能导致管道、仪表和分离设备的堵塞,对长距离的输送是有害的。本文简述了天然气水合物的形成条件及预防、抑制措施。     

钻井液添加剂抑制天然气水合物形成的试验

利用自行设计的试验设备,对钻井液处理剂SD-102,XY-28,PF-THIN,PAM,LV-CMC对天然气水合物形成的影响进行试验研究,分析得到了各钻井液体系的过冷度.综合分析结果表明,在深海钻井过程中要抑制天然气水合物的形成,需要选择性地添加一定量的有机聚合物类处理剂;在室内试验条件下,PF-THIN对天然气水合物的形成具有一定的促进作用,而LV-CMC,PAM,SD-102,XY-28对天然气水合物形成具有一定的抑制作用,且作用强度依次减弱.     

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.     

气-液界面处水合物膜形成过程的传热分析

通过对静止系统的气-液两相界面处水合物膜形成过程的分析,建立了一维水合物膜形成过程的传热数学模型,提出了根据气体的消耗率确定出水合物膜厚度随时间的变化关系,分析水合物的反应体系中各相的温度分布,明确了水侧温度分布规律．结果表明,强化水侧的传热效果对提高水合物的生成速率具有重要的意义．