多孔介质对天然气水合物形成的影响

天然气水合物大量存在于海洋底部的淤泥多孔介质中，但多孔介质对天然气水合物形成过程的影响规律究竟如何，从理论和实验上进行了探讨。相平衡模型表明，多孔介质的表面张力作用使多孔介质毛细管中的气体-水合物-水达到三相平衡；对多孔介质和自由液面的相平衡影响因素分析表明，在相同浓度条件下，多孔介质中天然气水合物形成相平衡的温度更低，压力更高；对多孔介质和自由液面天然气水合物的实验分析表明，多孔介质对水合物的形成过程（天然气溶解阶段，水合物诱导阶段，水合物成长阶段）的影响程度不同，多孔介质缩短了水合物形成的诱导时间，在成长阶段较之自由液面生长的速率要快。     

多孔介质中天然气水合物形成实验研究

通过实验认识到多孔介质中天然气水合物形成极不均匀、明显的分层这一特征，研究了多孔介质对水合物形成相平衡的影响，揭示了多孔介质缩短水合物形成过程的本质：①多孔介质界面现象突出，不可能形成均匀稳定的天然气水合物；②多孔介质对天然气水合物的形成相平衡条件影响是粒径越小，影响越大，并可能出现严重的偏离现象；③缩短了天然气水合物形成的诱导时间和成长时间，即孔隙粒径越小，缩短的时间越多。     

某深水油田集输管线水合物生成预测及防治*

深水油气钻井和开发过程中极易生成天然气水合物,对深水钻井和油气集输造成严重影响。某深水油田的伴生气组分复杂,现有水合物生成预测模型计算误差较大。为准确预测该油田伴生气的水合物生成风险,本文利用天然气水合物微观实验装置,模拟油田多组分气体,进行了水合物生成条件测定,并探索了乙二醇对多组分气体水合物生成的影响。研究表明,在温度低于15℃时,某深水油田的伴生气的相平衡条件低于甲烷和二氧化碳,高于乙烷和丙烷;在温度高于15℃时,其相平衡条件低于甲烷、乙烷和二氧化碳。这表明,与甲烷气体相比,该多组分气体由于乙烷、丙烷等的存在,更容易生成水合物,且水合物晶体呈针状生长,其针状结构会迅速发展成体型结构,极易造成管线堵塞。在集输管线流体平均压力为5 MPa时,40%的乙二醇溶液可使模拟气体的水合物相平衡温度降低5.3℃,为该油田水下油气集输过程中的水合物防治工作提供了理论依据。图10参19     

多孔介质和化学剂体系中甲烷水合物相平衡预测

 综合考虑不同种类的电解质、醇和多孔介质对甲烷水合物相平衡条件的影响,对实验室原有的纯水体系下甲烷水合物的相平衡计算模型进行了扩展,扩展后的模型可以计算电解质、醇和多孔介质或它们的混合体系下甲烷水合物的相平衡条件。单独或两种上述体系共存条件下,大量模型计算结果与文献实验值吻合较好,结合模型建立机理,推断扩展后的模型应该可以较好地预测电解质、醇和多孔介质3种复杂条件共存的情况下甲烷水合物的相平衡条件,为注剂法开采甲烷水合物藏的计算提供依据。     

�ز��׽�����ˮ��������������Ԥ��

在自然界中，蕴藏着丰富的天然气水合物，水合物的结构有I、Ⅱ和H型。开发的方法有：热力分解法、减压法和注入化学剂等等。多孔介质中水合物的形成条件和管道、井筒中水合物的形成条件有较大的区别，在多孔介质中必须考虑毛细管力的作用，水合物的分解条件主要取决于多孔介质中岩石和流体的特性如润湿角和孔隙尺寸等。文章所推导出在多孔介质中考虑毛细管力的影响后，天然气水合物形成压力和温度与实验数据吻合较好，而没有考虑毛细管力的影响计算出的天然气水合物在给定温度下所得到的水合物的形成压力偏低。     

多孔介质中CO_2水合物饱和度与阻抗关系模拟实验研究

确定沉积物中天然气水合物饱和度是评估水合物资源、开发利用天然气水合物工作中的一项基础而关键的工作.利用青岛海洋地质研究所自主设计、研制的天然气水合物阻抗监测模拟实验装置,研究了CO2气体与去离子水在多孔介质中天然气水合物的生成与分解过程.指出:天然气水合物生成过程会使多孔介质阻抗增大;天然气水合物分解过程导致多孔介质阻抗减小.并且多孔介质的阻抗变化与反应体系的温度压力变化相互对应,能够体现天然气水合物生成与分解各阶段的特点.此外,还利用Archie公式,使用天然气水合物的阻抗值计算多孔介质中水合物的饱和度,得到了多孔介质中天然气水合物饱和度随反应时间的增长曲线.     

盐类体系中天然气水合物相平衡条件的研究

通过实验测定了262.86～288.13 K温度下天然气在纯水及盐类体系下的水合物相平衡条件,并结合Van der Waals-Platteeuw的理想溶液等温吸附理论建立含盐体系天然气水合物相平衡计算的数学模型.结果表明:四种盐对水合物生成均有抑制作用,NaCl的抑制作用要强于其它三种盐.但是在温度较低的情况下,四种盐对水合物生成的影响很小,强弱区分不明显.建立的数学模型能够很好地预测盐类体系中天然气水合物相平衡条件.     

填砂模型中天然气水合物合成及降压分解实验研究

模拟地层多孔介质的条件,在填砂模型中进行了天然气水合物的合成和分解实验研究.本实验条件下,设定温度为1℃,水合物合成过程大约需要4 d时间,最后在压力为3 MPa左右时水合物稳定合成.从水合物合成过程的压力变化曲线可分析水合物成核及生长的过程,水合物分解采用逐步降压的方式.实验证明,水合物分解具有阶段性,当压力降至水合物稳定存在的相平衡压力后,水合物就完全分解;之后继续降压,产出气体均来自自由气的膨胀;降压分解时累计产气量的变化规律同普通油气藏的开采规律相似.     

储气罐中天然气水合物生成的温度特性研究

为了研究储气罐中天然气水合物生成的温度变化特征,利用自制的天然气水合物三维模拟装置从甲烷气体和水溶液中成功生成了甲烷水合物,通过温度-压力变化对甲烷水合物在多孔介质中的整个生成过程进行了研究。实验结果表明,注气从垂直中心井注入,导致中心区域温度升高,并向四周蔓延,水合物从中心井往外聚集。由于多孔介质的毛细管作用,甲烷水合物在多孔介质中产生爬壁效应,外侧水合物生成较多,在多孔介质中呈不均匀分布。     

多孔介质中CO2水合物饱和度与阻抗关系模拟实验研究

确定沉积物中天然气水合物饱和度是评估水合物资源、开发利用天然气水合物工作中的一项基础而关键的工作。利用青岛海洋地质研究所自主设计、研制的天然气水合物阻抗监测模拟实验装置,研究了CO ₂气体与去离子水在多孔介质中天然气水合物的生成与分解过程。指出：天然气水合物生成过程会使多孔介质阻抗增大;天然气水合物分解过程导致多孔介质阻抗减小。并且多孔介质的阻抗变化与反应体系的温度压力变化相互对应,能够体现天然气水合物生成与分解各阶段的特点。此外,还利用Archie公式,使用天然气水合物的阻抗值计算多孔介质中水合物的饱和度,得到了多孔介质中天然气水合物饱和度随反应时间的增长曲线。     

天然气水合物的结构性质及应用

系统介绍天然气水合物的结构、性质及主要应用。结构方面着重介绍天然气水合物的晶体结构特性和客体分子对晶体结构的影响 ;性质方面主要给出一些天然气主要组分在水相中的溶解度、水合物生成过程的焓变、熵变及热容变化的数据 ,并讨论了水合物晶体的热传导性能 ;应用方面重点讨论了天然气水合物作为一种潜在能源的价值及天然气水合物技术的主要应用领域。     

气井油管中水合物的形成及预测

天然气水合物是天然气与水在一定的温度和压力下形成的一种冰状笼形化合物。在气井测试与生产系统中,一旦压力、温度条件满足,天然气混合物中的某些气体组分便与水形成水合物,堵塞油管或井口集输管线。研究分析了气井油管中水合物形成的规律,提出了预测水合物形成趋势和可能位置的方法及预防措施。     

海底沉积物中热解成因天然气水合物的形成与分布

利用中国石油大学自制的一维天然气水合物成藏模拟装置,采用常规热解成因气为气源,海底沉积物为多孔介质,进行了水合物形成模拟实验,并采用电阻率法对沉积物中水合物形成与分布进行观测分析.结果表明,沉积物不同部位电阻率的变化不同,沉积物中下部电阻率先增加后趋于稳定,中上部电阻率呈降低-增加(或稳定)-降低-增加-稳定的变化趋势,这种电阻率的变化反映了不同部位的水合物的生成和分布.在中上部水合物诱导成核时,中下部已进入水合物生长阶段,由于温度梯度的影响,水合物生长缓慢,分散状分布;在气体供应充足的条件下,中上部水合物能大量生成,呈块状分布.在上述分析的基础上建立了沉积物中水合物生长与分布模式.      

天然气水合物生成的影响因素及敏感性分析

天然气水合物是由某些气体或它们的混合物与水在一定温度、压力条件下生成的一种冰状笼型化合物。进行水合物生成条件的敏感性研究对预防天然气水合物的生成有着重要意义。分析了温度、压力两个主导因素的影响,提出了临界温度的概念;验证了盐类对水合物生成的抑制作用;剖析了天然气各组分对水合物生成的敏感程度。得出:水合物生成温度随着压力的增加而升高,但是存在一个临界温度,当环境温度达到该值时,压力对水合物生成的影响很小;甲烷虽然是生成水合物的主要组分,但当其含量趋近100%时,却不易形成水合物;乙烷不是敏感组分;丙烷对水合物生成的影响较乙烷大;异丁烷这类重烃组分,由于其分子大小和Ⅱ型结构中的大洞穴尺寸相匹配,所以对Ⅱ型结构的稳定能力远大于其它分子,当其含量较小时,就易生成Ⅱ型结构水合物;CO2和HS这类酸性气体,易溶水从而能促进水合物的生成。     

Prediction of transient pressure change during natural gas hydrate formation

Abstract

The increasing demand for fossil fuels and diminishing natural energy reserves have necessitated the exploration of gas hydrates. Gas hydrates find importance in oil and gas industries where the formation and dissociation of gas hydrate become important. Thus, the proper understanding of formation, decomposition and properties of gas hydrates is a required. In this work, a macroscopic kinetic model is analyzed and modified to predict the pressure change with time during the hydrate formation based on the chemical affinity of compounds. With the help of experimental data, the degree of parity of the modified and unmodified models are explained. The dependency of the chemical affinity of the gas hydrate reformers is explained based on the kinetic model validation with the experimental results. The modified model predict the transient pressure during gas hydrate formation with an average absolute error of 3.6%.     

利用地震方法识别天然气水合物

地震识别技术已广泛地应用于油气田的勘探与开发中。天然气水合物及其所捕集的含气带与围岩有显著的物性差异，我们可以利用地震技术对其进行识别。国外多年的研究成果证明，应用声学方法确定大面积分布的水合物非常有效，因为水合物具有强烈的声反射效应，它的声速很高，大约是海底沉积物的两倍。若水合物下方的沉积物捕集了天然气，其声速会更低，由此产生的反射波具有鲜明的特点。从物理模型出发，探讨了水合物的地震特征，利用地震资料从构造形态，相位特征以及AVO属性等方面对靶区可能存在的天然气水合物进行了判别。     

高含硫天然气水合物生长特性实验研究

目的解决高含硫气田开发过程中在井筒和管道中形成的天然气水合物造成冰堵的问题。 方法在恒温、恒容条件下,采用耐高压哈氏合金釜研究了高含硫天然气水合物宏观生长速率及气田水矿物离子对其的影响情况,同时,采用直接观察法从俯视角度研究了压力、气田水矿物离子及溶液形态对气液界面高含硫天然气水合物生长过程形貌特征、生长特性及延展规律的影响。 结果气田水中矿物离子的存在可降低水合物的生长速率,同时改变水合物形貌。在气液界面,水合物从成核点以二维拓展模式向四周生长。升高压力对水合物形貌影响较小,但会提高水合物的生长速率。 结论分析认为,矿物离子主要是通过离子化作用来降低水的活性,从而影响水合物的生长过程。研究结果对水合物安全防治和高含硫气田的顺利开发具有理论指导意义。      

海洋天然气水合物成藏系统研究进展及发展方向

天然气水合物成藏系统的研究对于认识具有强非均质性的天然气水合物的资源分布、预测其甜点、提高其勘探成效具有重要的意义。通过综合分析天然气水合物在成藏条件、成藏要素和成藏模式等方面的研究认识和勘探成果,综述了天然气水合物成藏系统在气源、稳定带特征及影响因素、储层类型与特征、运移通道类型和成藏模式等方面的研究新进展。天然气水合物的气源可分为生物气、深部热解气和混合气3种类型;水合物的储层类型包括软泥、粉砂质泥和粉砂等多种类型;在粒度较粗的储层中,水合物的含气饱和度往往相对较高;断层、裂隙、底辟构造、气烟囱和高渗透性地层等是天然气水合物的有效运移通道。前人依据气源及其与水合物稳定带的配置关系、水合物的生成速度与分解速度的消长关系、水合物形成的主控因素、运移通道的类型等建立了多种水合物成藏模式,但对于成藏过程中各成藏要素的时空演化及耦合关系、成藏效率的定量评价等研究仍不足,有必要将天然气从气源灶运移至稳定带的动力学过程与稳定带内天然气的运移、聚集、分解和散失的动力学过程有机结合起来开展研究。采用成藏动力学定量研究的思路和方法,应用大数据和人工智能等新技术来定量表征天然气水合物的成藏要素及其时空演化过程,利用数值模拟方法定量研究在气源灶、运移通道、稳定带和储层耦合条件下的天然气水合物的运移、聚集、分解、散失过程是未来天然气水合物成藏系统研究的发展方向。     

天然气水合物分解动力学研究进展

人们对气体水合物的实质性研究始于对天然气管道运输中遇到的天然气水合物堵塞问题。由于在油气生产与运输及未来能源产业中的重大价值,近年来有关天然气水合物的性质及其生成和分解过程成了人们关注和研究的热点。目前,关于水合物的相平衡理论、热力学性质、生成预测方法及其结构的研究已经相当深入;而关于其分解过程的研究相对来说起步较晚。国内天然气水合物分解动力学的研究基本上还处于空白状态,国外也是在1987年才开始。但是从实际生产的角度考虑,天然气水合物分解动力学的研究是很有实际意义的。本文试图对近年来国外在天然气水合物分解动力学研究方面取得的进展做出分析和评价,并提出今后的发展方向。     

天然气水合物藏注热开采敏感参数分析

天然气水合物作为一种潜在的未来能源,其开采已经成为天然气工业新的研究热点。基于水合物藏热力开采的机理,建立了数学模型并编制了软件,对影响水合物藏注热开采效果的参数进行了敏感性分析。结果表明,分解前缘移动速度和累积产气量主要受孔隙度、注热温度、初始水合物饱和度、水合物藏初始温度、分解区导热系数和热扩散系数的影响,而未分解区的热力学参数对注热开采影响不大,该研究对今后水合物藏的注热开采具有一定的指导意义。