热力法开采天然气水合物的模拟实验研究

在天然气水合物一维开采模拟系统上进行了模拟热力法开采天然气水合物的实验研究. 使用甲烷气体与NaCl溶液在一定温度和压力条件下形成水合物. 通过以不同速率注入不同温度的热水,研究了热力法开采水合物过程中含水合物沉积物的温度分布以及甲烷气体、水生产规律. 结果表明,在整个分解过程中,气体生产速率随时间增加而增加,直到达到最大值后开始下降,而水生产的速率几乎保持恒定. 通过对实验结果的能量分析表明,热力开采的能量效率在0.38~2.59之间. 注入热水的温度、速率以及沉积物中水合物的饱和度对热力法开采水合物的能量效率有重要影响.     

冰-气生成天然气水合物的动力学研究

对由冰生成天然气水合物过程中的过饱和度和过冷度的作用进行了实验研究。结果表明 ,较大的过饱和度和过冷度提高了生成水合物的含气率 ,同时反应还存在一个最佳反应时间。提出冰转化为水合物的过程是一个包括气体的外扩散、产物层内扩散以及界面反应的过程     

气体水合物的研究和应用现状

气体水合物的研究已经成为人们关注的焦点,其无论是作为能源资源还是基于水合物的应用技术研究,都对人类的发展具有重要意义。本文从气体水合物的相平衡热力学、生成动力学、分解动力学、天然气水合物资源勘探开发、管道水合物的预防和抑制、基于水合物的应用技术开发等方面,综述水合物的研究现状,并对未来气体水合物的研究和发展方向进行了展望。认为多孔体系水合物相平衡、水合物的快速生成机理、沉积物中水合物的分解动力学、水合物抑制机理、地层水合物结构和物性等将是今后气体水合物研究迫切需要解决的技术瓶颈。     

饱和溶液对天然气水合物影响的实验研究

水合物生成速度及储气量严重制约着天然气以水合物形式储运的发展。为提高其生成速度及储气量,采用饱和溶液提供晶种代替水合物晶核自发形成的方式,研究了不同饱和度CuSO_4溶液、MgSO_4溶液及去离子水在8.45MPa,温度分别为3,5,8℃条件下对天然气水合物生成速度及储气量的影响。由结果可知:饱和溶液可以促进天然气水合物生成。相同实验条件下,CuSO_4饱和溶液生成水合物的储气量是去离子水的7倍,MgSO_4饱和溶液生成水合物的储气量是去离子水的7.2倍,水合物在饱和溶液中的生成速度也明显提高。饱和溶液中天然气水合物生成的初始阶段主要受饱和溶液结晶作用影响,降低温度可以改变水合物的平衡压力,影响水合物的平均生成速度,但对水合物初期的生成速度影响不大。     

量热法多孔沉积物内CH4水合物生成过程中的放热行为

掌握天然气水合物在多孔沉积物生成过程中的放热规律对于天然气水合物的资源开发和了解水合物的成藏规律都具有重要意义。本研究通过高压微量热仪考察了石英砂粒径、初始含水率、温度及含盐条件对CH₄水合物在多孔沉积物内生成过程中放热行为的影响。实验结果表明,随着石英砂粒径的减小,水合物生成的放热速率随之增加。随着初始含水率的降低,水合物的放热峰明显增大,但在实验考察时间内,最终的累积放热量和含水率并没有呈现出明显的相关性。当温度在263.15K时,CH₄水合物生成过程中不存在明显的放热。对于在3.35% NaCl盐溶液体系中进行的甲烷水合物生长放热实验,发现其放热规律与在纯水体系下的放热规律具有较高的一致性,但其总体放热速率和累积放热量较纯水体系更低。实验结果呈现了良好的规律性,对进一步开发量热仪在水合物生成动力学方面的应用具有一定的参考价值。     

含水合物沉积物屈服强度变化规律

天然气水合物在开采过程中,由于面临着水合物由固相向气相和液相的转化和产出过程,可能导致储层失稳等工程地质问题。研究含水合物沉积物的屈服强度对于解决上述问题至关重要。因此,本文基于室内合成的砂质含水合物沉积物样品,进行三轴剪切实验,获取了不同应力条件下含水合物沉积物的应力-应变规律及屈服强度参数的变化规律。结果表明,水合物沉积物的有效围压和饱和度对屈服强度有显著的影响,在有效围压一定时,含水合物沉积物的抗剪强度随水合物饱和度的升高而增大;当样品处于应变硬化的前提下,水合物饱和度一定时,含水合物沉积物的抗剪强度随有效围压的增大而增大。     

天然气水合物沉积层渗流特性的模拟

天然气水合物开采过程中水合物饱和度的变化会引起储层渗透率的相应变化,对开采过程造成影响。为研究天然气水合物对多孔介质渗流特性的影响,本文基于孔隙网络模型模拟研究了水合物生成于壁面与中心两种方式下,多孔介质渗流特性变化,并与相关模型进行比较。结果表明,水合物生成于中心时绝对渗透率小于生成于壁面时;水合物饱和度相同时多孔介质孔径越大,渗透率越大;水合物生成于中心时两相相对渗透率等渗点小于生成于壁面时;当水合物饱和度变化时两相相对渗透率几乎不变。说明了储层渗透率与水合物饱和度之间有相对应的关系。     

不同饱和度的天然气水合物降压分解实验

天然气水合物作为一种新能源已得到世界各国的关注,降压是水合物藏的一种有效开采方式。采用自制的天然气水合物开采模拟实验装置,在多孔介质中生成不同饱和度的天然气水合物,之后进行缓慢降压开采实验。结果表明:降压开采可分为自由气产出、水合物降压分解产气和最后降压产出已分解气三个阶段。在降压分解阶段,当水合物饱和度从16%增加到48%时,平均产气速率先增加后减小,说明水合物饱和度对降压分解产气速率的影响是非线性的。降压分解时,水合物饱和度越大,温度下降幅度越大。实验研究范围内,中等饱和度(32%)的水合物藏降压分解产气速率比较大,降压开采效果较好。     

不同饱和度的天然气水合物降压分解实验

天然气水合物作为一种新能源已得到世界各国的关注,降压是水合物藏的一种有效开采方式。采用自制的天然气水合物开采模拟实验装置,在多孔介质中生成不同饱和度的天然气水合物,之后进行缓慢降压开采实验。结果表明：降压开采可分为自由气产出、水合物降压分解产气和最后降压产出已分解气三个阶段。在降压分解阶段,当水合物饱和度从16%增加到48%时,平均产气速率先增加后减小,说明水合物饱和度对降压分解产气速率的影响是非线性的。降压分解时,水合物饱和度越大,温度下降幅度越大。实验研究范围内,中等饱和度（32%）的水合物藏降压分解产气速率比较大,降压开采效果较好。     

注乙二醇溶液分解甲烷水合物的实验研究

在甲烷水合物一维分解模拟系统上，进行了模拟注乙二醇溶液分解甲烷水合物的实验研究。使用甲烷气体与纯水在一定温度、压力条件下，在沉积物中合成水合物。通过以不同速率注入不同浓度的乙二醇溶液，研究了化学法分解水合物过程中甲烷气体和水生产规律。实验结果表明，水合物分解产出甲烷气体的过程主要分为4个阶段：初始注入段、化学剂稀释段、水合物分解段和残余气体产出段。整个分解过程中，水的生产速率几乎保持恒定。通过对实验结果的能量分析表明，本实验条件下分解综合效率在0.20～0.88之间，并且受注入速率和化学剂浓度影响。在恒定注入速率条件下，分解效率在化学剂质量分数为60%时达到最大值。     

含盐蒙脱石中甲烷水合物的生成/分解特性及离子分布研究

目前,天然气水合物成藏和开采是新能源开发应用的热点,但海域沉积物中天然气水合物的形成/分解特性,及盐离子对水合物稳定性的影响等关键问题亟待解决。利用天然气水合物原位取样技术对甲烷水合物在含盐多孔介质中生成和分解过程进行原位扫描电镜(Scanning Electron Microscopy, SEM)测试和能谱分析(Energy Dispersive Spectrometry, EDS),系统研究了含0.5 mol/L NaCl溶液的蒙脱石中甲烷水合物生成、分解过程中形貌的变化及离子分布特征。研究发现水合物生成和分解过程元素分布发生明显改变,水合物生成的排盐效应使得NaCl在水合物颗粒与颗粒交结处以水合盐离子的形成存在,并且Na+和Cl-在蒙脱石表面分层排布。水合物生成后蒙脱石表面呈独立颗粒状,水合物分解后蒙脱石表面凹陷并形成微小的气体通道,并且水合物分解后蒙脱石的骨架堆积结构发生改变。研究得出水合物成核、生长、分解过程均在特定基元颗粒间是独立进行的,并且生长与分解过程与水合物晶胞结构有关。     

冰点以下多孔介质中气体水合物的生成动力学研究进展

青藏高原冻土区储存着大量的天然气水合物资源,CO₂置换开采冻土区的天然气水合物可实现天然气水合物的安全开采和温室气体CO₂的地层封存。冰点以下多孔介质中气体水合物的生成动力学,是冻土区天然气水合物置换开采研究领域的难点和热点问题。本文全面综述了冰点以下多孔介质中气体水合物的生成动力学研究进展,讨论了不同体系冰点以下多孔介质中气体水合物的形成机理及其生成特性;详述了冰生成水合物机理及其冰粉/多孔介质体系中气体水合物的生成特性,分析了冰点以下多孔介质中气体水合物生成动力学研究尚待完善和改进的地方。最后本文指出冰点以下多孔介质中水合物的生成过程是由传热、传质等多种因素所控制,揭示不同过程的主导因素及其影响规律是今后研究的重点方向。目前对冰点以下多孔介质中水合物的生成特性及机理的认识尚未成熟,仍需深入研究。     

气体水合物快速生成强化技术与方法研究进展

水合物技术可应用于天然气储运、污水处理、海水淡化、混合气体分离、水溶液浓缩以及水合物蓄冷等领域,而该技术成功应用的关键在于如何强化水合物快速生成.本文介绍了水合物的生成机理,综述了气体水合物快速生成强化技术与方法研究进展,分析了各自的优缺点,并对气体水合物快速生成技术进行了展望.     

海洋天然气水合物形成及分解过程研究现状

天然气水合物具有分布范围广、成藏浅、储量大、能量密度高、燃烧清洁等优点,是21世纪最具开发前景的重要能源。本文对国内外天然气水合物形成相平衡实验及主要预测模型(vdW-P模型、Chen-Guo模型、Klaudia模型)及分解过程动力学模型(Kim-Bishnoi模型、Jamaluddin模型、Komai模型)进行了比较分析。指出今后研究中需将气体组成、沉积物孔大小分布、界面张力、盐离子种类和浓度等因素的影响考虑到水合物相平衡模型中;并开展温度场对海底沉积物中水合物分解过程影响的研究。     

多孔介质中天然气水合物生成影响因素研究进展

天然气水合物是天然气分子和水分子在低温高压条件下形成的非化学计量的笼型晶体。作为一种潜在性能源的同时,其在工业上也有广泛的应用前景。自然条件下的水合物主要存在于永冻区和海底沉积物的空隙中,实验模拟自然条件下水合物的生成,对于研究水合物的成矿机理、勘探开采以及工业应用都具有实际意义,因此许多学者在多孔介质中进行了水合物的生成实验。本文通过整理前人的研究成果,总结了多孔介质环境下介质粒径、表面特性以及添加剂(盐分和表面活性剂)的协同作用对于水合物生成速率和相平衡的影响,并归纳了不同反应条件下水合物在多孔介质中的生成位置分布情况以及几种热力学理论模型;最后提出,介质表面特性、不同种类多孔介质与盐离子的混合体系对水合物生成的影响以及多孔介质中不同的反应条件对水合物的生成位置的影响均值得进一步探讨和明确。此外,裂隙环境中不同的裂隙宽度及壁面粗糙度条件下水合物的生成情况也需要进行深入研究。     

二氧化碳置换开采天然气水合物研究

天然气水合物(NGH)是存储于深海沉积物和冻土区域的新型洁净能源,注入CO2到NGH储藏置换开采天然气是经济和环保的新型NGH开采方法。CO2置换NGH研究从热力学和动力学证实都是可行的,置换反应自发进行,受扩散控制、NGH储藏环境、气体组分、注入CO2相态等因素影响。从实验和理论上分析置换原因、置换微观过程和置换的相态变化,阐述影响置换速率和置换效率的因素,提出置换安全性设计,为我国温室气体捕集、存储和NGH开采提供基础数据和理论支持。     

添加水合物促进二氧化碳水合物生成的实验研究

水合物法分离、封存二氧化碳,是减少温室气体排放的有效方法之一。今在专门设计的水合物形成实验装置上,研究了二氧化碳水合物初始生成相平衡条件及其影响因素。分别在纯水中加入2.5%、6%和12.5%体积比的水合物晶块进行水合物的生成实验,发现当加入量为6%体积比以上时,不但可以缩短水合物初始形成时所需要的诱导时间,还可以大大降低过冷度,最低可使其在接近相平衡点的状态下生成水合物。而当加入量为2.5%体积比时,与未加入时相同,没有降低过冷度或缩短诱导时间的作用。本研究结果可用于缩短水合物生成时的诱导时间和降低装置的耐压极限,并提示为防止天然气管道中的水合物的重复堵塞问题,应尽可能彻底清除管道中的水合物残余物。     

不同水合物饱和度下渗透率变化特性的实验研究

含固体水合物的多孔介质的渗透率是影响天然气水合物藏开采潜力的一个重要参数,多孔介质的渗透率受到水合物占据孔隙的百分比的影响,定量研究水合物的饱和度对渗透率的影响对于天然气水合物试开采工程具有重要意义。本文利用储气罐精确控制注入反应釜的甲烷气量,采用平均粒径为333.21μm的石英砂模拟多孔介质进行实验,开展了一系列不同甲烷水合物饱和度(0~35%)下液相水的渗透率的测量实验。结果表明,水合物饱和度的增加会引起渗透率逐渐下降,这与前人的研究结果一致。并且当水合物饱和度较低时(S_H10%),水合物固体对多孔介质孔隙的堵塞作用更明显,所以渗透率急剧下降;而在相对高的饱和度下(S_H10%),渗透率下降速率逐渐降低。将本实验测量结果与Kozeny颗粒模型、平行毛细管模型和Masuda下降模型[K=K_0(1-S_H)~N,N为整数]进行对比,发现测量结果与Masuda渗透率下降模型N=13的值吻合较好。     

油水体系内水合物的生成:温度、压力和搅拌速率影响

水合物在管道内的生成对流动安全保障构成了极大威胁。为研究水合物在油水体系内的生成特性,本文以天然气、柴油、水为实验介质,在高压可视反应釜内开展了一系列不同温度、压力和搅拌速率的水合物生成实验。根据测试实验中温度、压力的变化趋势,首先分析了两种不同实验步骤下水合物的生成过程。然后,基于从反应釜可视窗处观察到的实验现象,研究了温度、压力和搅拌速率对水合物生成和分布位置、水合物生成形态及水合物形态演化过程的影响。实验中,可以观察到水合物的聚集、沉积和壁面膜生长现象。同时,实验还研究了温度、压力和搅拌转速对诱导时间、壁面水合物膜生长速率及气体消耗速率等水合物生成动力学参数的影响。本文研究成果可为油气管道水合物防治技术的发展提供理论支持。     

水合物利用技术应用进展

过去的几十年中,对于水合物的研究不单单集中在抑制天然气水合物的生成上,基于水合物的生成利用技术也得到了广泛的研究。基于水合物的生成利用技术是环保和可持续的新技术,利用不同气体生成水合物相平衡条件的差异,可用于气体分离、置换开采。由于水合物具有较高的气体浓度,可用于气体的存储。利用水合物较高的化解潜热,可将其用于蓄冷。本文综述了国内外水合物技术的研究应用现状,分析了水合物技术在气体分离与存储、溶液浓缩分离、蓄冷、二氧化碳（CO₂）置换开采等领域有前景的研究方向。但是其水合反应速率慢、生成压力高、后期分离困难,极大地限制了水合物利用技术的工业应用。展望了水合物技术未来的研究发展方向,开发安全、高效和环保的水合物促进剂,开发高效水合物反应设备,开发连续水合物工艺,以便早日实现工业应用。