天然气水合物二次生成及渗透率变化对降压开采的影响

在 考虑天然气水合物二次生成及渗透率变化的基础上,建立了实验室尺度下的天然气水合物降压开采数学模型。利用该数学模型,对天然气水合物降压开采过程中的水合物二次生成进行了模拟,并分析评价了水合物二次生成及渗透率变化对水合物分解产气的影响。模拟结果表明:水合物二次生成主要局限于降压产气出口附近,二次水合物现象会引起局部水合物饱和度及温度、压力等发生明显变化;同时,水合物二次生成会导致产气速率大幅降低、产气持续时间延长和系统压力急剧增加,但累积产气量不受其影响。研究发现,不同于纯降压产气过程,在水合物二次生成的情形下,产气受出口压力的影响较大,而初始温度对产气的影 响较小。     

南海神狐海域水合物对岩心电阻率的影响

研究南海神狐海域天然气水合物的电学特性,对资源量的估算具有重要意义。选取南海神狐海域SH7B站位岩心样品,采用高过冷度和冰点以下温度震荡等方式,合成含天然气水合物的岩心样品,实验研究含天然气水合物海底沉积物的电学特性。甲烷在3.6℃形成天然气水合物时,岩心样品电阻率从1.220Ω·m(水饱和状态)增加至2.150Ω·m(水合物饱和度S_h为37.7%);当S_h≤18.0%时,样品电阻率变化明显,水合物开始胶结于沉积物颗粒;当18.0%S_h≤25.0%时,电阻率变化较平缓,水合物可能以接触模式存在于沉积物孔隙;当S_h25.0%时,大量的水合物可能胶结于沉积物孔隙,以致电阻率增加较快。最终甲烷气体难以扩散至被水合物封闭的孔隙流体中,电阻率趋于稳定。     

冰点以下天然气水合物的生成动力学研究

通过实验研究了冰点以下天然气水合物的生成反应中压力、温度及冰粒大小等的影响,并研究了过冷和过压在水合物生成中的作用。研究结果表明,压力越高,温度越低,冰粒越小越有利于水合物的生成,并且过冷及过压程度和过压时间均促进水合物的生成。文中还得出衡量反应进行程度的天然气水合物含气率随反应进行时间的关系曲线。     

水下采油树节流阀中天然气水合物生成分析

采用数值模拟的方法,结合天然气水合物生成的温度-压力曲线,对水下采油树系统中套筒式节流阀内的天然气水合物生成情况进行分析。将节流阀内实际压力与天然气水合物生成的临界压力的最大差值定义为最大等效压力,在此基础上,研究了进口温度、出口压力及相对开度对最大等效压力的影响,并提出了一种新的天然气水合物预测方法——最大等效压力法。根据此方法,得到了在特定进口温度和出口压力条件下的水合物生成的临界相对开度区间。相对开度在此区间内,节流阀内不会生成水合物;在此区间外则有水合物生成。研究结果对天然气生产及输送过程中的流动保障具有重要意义。     

冰点以下天然气水合物的生成动力学研究

通过实验研究了冰点以下天然气水合物的生成反应中压力、温度及冰粒大小等的影响,并研究了过冷和过压在水合物生成中的作用.研究结果表明,压力越高,温度越低,冰粒越小越有利于水合物的生成,并且过冷及过压程度和过压时间均促进水合物的生成.文中还得出衡量反应进行程度的天然气水合物含气率随反应进行时间的关系曲线.     

沉积物中天然气水合物生成与分解过程的电阻率变化

测定天然气水合物在沉积物形成和分解过程中电阻率的变化对海底天然气水合物的勘探开采具有重要的意义。利用设计的水合物实验装置,以99.9%的甲烷气体—3.5%氯化钠溶液—南海沉积物为研究体系,模拟测量了温度周期变化下海底沉积物中天然气水合物形成与分解过程的电阻率。实验结果表明：当水合物在沉积物中生成时,沉积物电阻率增大。水合物初始成核时,沉积物的电阻率从4.493Ω·m减小至3.173Ω·m,随着水合物的大量形成、聚集,沉积物的电阻率增大至3.933Ω·m,最后随着松散的水合物逐渐老化致密,沉积物的电阻率逐渐减小趋于稳定至3.494Ω·m。当水合物分解时,沉积物电阻率减小。沉积物的电阻率随水合物的分解从6.763Ω·m减小到2.675Ω·m,最后趋于稳定至2.411Ω·m。温度震荡可促进沉积物中高饱和度水合物的形成,并且沉积物的电阻率随水合物饱和度增加而增大。样品的水合物饱和度从初次水合物生成时的21.80%增大到水合物再次生成时的82.17%,其电阻率从3.494Ω·m增到6.763Ω·m。     

冰点以下天然气水合物的生成动力学研究

通过实验研究了冰点以下天然气水合物的生成反应中压力,温度及冰粒大小等的影响,并研究了过冷和过压在水合物生成中的作用,研究结果表明,压力越高,温度越低,冰粒越小越有利于水合物的生成,并且过冷及过压程度和过压时间均促进水合物的生成,文中还得出衡量反应进行程度的天然气水合物含气率随反应时间时间的关系曲线。     

表面活性剂对天然气水合物合成影响的实验研究

为研究钻井液化学成分对天然气水合物的影响作用,利用天然气水合物人工合成实验系统进行了天然气水合物的人工合成实验.在天然气水合物的合成过程中,分别对天然气-水溶液体系中加入表面活性剂(Sodium Dodccyl Sulfate)与未加入表面活性剂时水合物的生成时间、生成温度、生成压力及表面活性剂的浓度等对生成过程的影响进行了实验.在加入表面活性剂的天然气-水溶液体系中,由于表面活性剂的存在加速了气体和水溶液体系的接触面,从而加速了水合物的生成、降低了水合物的生成压力、提高了相同条件下的生成温度,即表面活性剂的存在改变了天然气水合物的生成条件,而且增加了水合物中的含气率.因此,表面活性剂用于配置钻井液有利于保持天然气水合物井的井壁稳定.     

天然气水合物注热开采数学模型

根据热力学第一定律及天然气水合物分解机理，在合理假设基础上，建立了包括物质守恒方程、能量守恒方程、分解动力学方程及辅助方程的天然气水合物注热开采数学模型。对数学模型进行差分处理得到差分方程组，采用隐式求解压力、显式求解饱和度（IMPES）的方法，考虑天然气水合物分解的压力、温度平衡条件，对模型进行求解，据此编制了数值模拟器。数值模拟器很好地拟合了注热开采实验的产气速率和温度分布，验证了数学模型的有效性。数值模拟及注热开采实验分析表明，天然气水合物注热开采可分为自由气释放、水合物分解及边界效应3个阶段，水合物分解存在分解前缘，注入端一侧水合物大部分已经分解，出口端一侧水合物分解较少，饱和度较高。图5表1参11     

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.     

加砂压裂用滑溜水返排液重复利用技术

迪那2凝析气田天然气处理采用J-T阀+乙二醇抑制剂低温冷冻分离工艺,设计单套处理量400×104 m3/d、制冷温度-20℃,投产后进站温度由设计的45℃升至65℃,乙二醇加注量不能满足设计制冷温度的要求,低温分离器频繁发生冻堵,单套处理能力限制在200×104m3/d、制冷温度-15℃。利用HYSYS软件对脱水脱烃装置进行模拟优化,确定天然气饱和水增加是造成装置冻堵的原因,制定了装置适宜运行参数表,避免装置发生冻堵,提出了分水器改造建议,实施后脱水脱烃装置达到设计参数,大幅度提高了液化气和轻烃产量,减少了乙二醇损耗,并提出了凝析气先空冷再分离的标准气处理工艺。     

冰点以下不同粒径冰颗粒形成甲烷水合物的实验

冰点以下甲烷水合物形成动力学研究一直是天然气水合物实验室研究的重点。为此,采用6种不同粒径的冰颗粒开展了甲烷水合物的形成实验研究,研究冰点以下甲烷水合物形成过程中,诱导初始压力、补充压力、诱导生成反应时间的变化、冰颗粒的粒径等因素对甲烷水合物形成的影响。实验结果表明：在相同的实验条件下,初始诱导压力越大越容易形成甲烷水合物;冰颗粒粒径对甲烷水合物形成有较大影响,粒径较小的冰颗粒越容易形成甲烷水合物,形成反应的时间也较快。     

冰点以下多孔介质中CO2水合物生成特性的实验研究

多孔介质对CO2水合物的生成过程具有明显的影响。为了研究冰点以下多孔介质中CO2水合物的生成特性,利用1.8L的高压水合反应釜研究了粒径分别为380 μm、500 μm和700 μm的多孔介质中CO2水合物的生成过程。结果表明：多孔介质对冰点以下CO2水合物的生成过程产生重要的影响。与粒径分别为500 μm和700 μm的多孔介质体系相比,粒径为380 μm的多孔介质中CO2水合物的平均生成速率和储气量分别达到了0.01614 mol/h和65.094 L/L。研究结果还表明,当多孔介质粒径在380 μm到700 μm之间时,多孔介质粒径越小,多孔介质中水合物生成过程的平均生成速率和储气量就越大。     

几类新型添加剂对气体水合物生成促进的研究

以往研究的几类添加剂对水合物生成促进效果不理想。通过具体实验,以二氧化碳气体为介质,在可视化高压搅拌反应釜中研究了几类新型添加剂对气体水合物生成特性的影响,并同纯水和SDBS进行了比较。最终确定自行合成的离子液体[HMIPS]OTs为最优良的添加剂并确定500mg/kg左右为最佳的反应浓度范围。根据成本、能耗、生成特性和机械可靠性确定了最优的生成温度和过压度范围分别为4℃～5℃和1.5MPa左右。本次实验的研究结果对实现气体水合物应用技术的开发、利用和水合物面向工业化生产具有重要价值。     

盐含量对天然气水合物防聚剂性能的影响

传统的天然气水合物(以下简称水合物)防聚剂评价实验一般在纯水中进行,而现场的水相中通常会混入一定的海水或含有矿化度的地下水,因而前者的评价结果与现场的实际情况存在着较大的差距。为了在更加接近现场实际情况的条件下评价水合物防聚剂的性能,首先使用高压透明蓝宝石釜从宏观角度对水合物浆液的形态进行观察,然后应用粒度仪从微米级进行水合物浆液中液滴—水合物粒径分布的观察测试,最后结合油水界面张力的变化规律对含盐体系水合物防聚剂的防聚行能进行了分析。研究结果表明:①在含3%NaCl条件下,水合物防聚剂CJ(以下简称CJ)对水合物的防聚效果较好;②水合物形成以前,在机械力的搅拌作用下,含CJ的水合物乳液粒径随着含盐量的增加而减小,含盐有利于液滴在油相中的分布;③水合物形成以后,在含3%NaCl的条件下,水合物颗粒分布更小,适量的盐有利于水合物形态的控制;④在2℃条件下,含盐量为3%时,油水界面张力值为最大,达到4.453 mN/m。结论认为,随着盐含量的增加,CJ对水合物的抑制效果增强,但在水合物形成以后抑制效果则不明显,相反盐含量的增加还容易破坏油水乳液的稳定性甚至破坏水合物防聚剂的使用效果。     

塔里木油田高压气井井下节流防治水合物技术

塔里木油田高压气井开采过程中水合物堵塞问题严重,影响了气井的正常生产,因而研究应用了合理的井下节流防治水合物技术。利用水合物生成预测模型与气井井筒压力温度预测模型,对高压气井的水合物生成温度和生成位置进行了预测;采用节点系统分析方法,以节流器为节点预测气井井下节流后的温度压力分布,对比节流前后的井筒压力和温度分布,分析高压气井井下节流防治水合物效果。根据高压气井LN422井的水合物相态曲线和井筒内温度压力场,认为水合物形成风险区为500 m以浅井段。应用井下节流技术后,LN422井的井口压力由29.2 MPa降至12.0 MPa,井口温度由21.0 ℃升至23.7 ℃,且井筒中各处的温度均高于该处的水合物生成临界温度。研究结果表明,井下节流技术可显著降低高压气井的井筒压力和水合物生成风险,延长生产免修期。      

化学添加剂对水合物生成和储气的影响

为了研究促进剂对水合物生成的影响,采用自行设计的水合物反应系统,通过恒温定容实验,研究了四氢呋喃(THF)和十二烷基硫酸钠(SDS)对二氧化碳水合物生成的影响。并在实时测量水合物生成过程中系统的温度、压力的基础上,计算得出水合物的生成速率、储气量及表观水合数。结果表明,适宜浓度的SDS能促进气体在液相的溶解,提高水合物的生长速率和储气密度;单独添加THF对水合物生成过程促进效果并不明显;SDS和THF复合添加剂共同作用对水合物促进效果最显著。     

利用声波资料计算天然气水合物饱和度的可靠性实验

为了探讨利用声波速度数据计算天然气水合物(以下简称水合物)饱和度的可靠性,通过岩石物理实验测量非固结砂泥沉积物中水合物生成过程中的纵、横波速度及其变化值;利用物质平衡方程,结合pVT状态方程及其测试条件,建立了实验过程中水合物饱和度的计算模型;在此基础上,分析了非固结沉积物声波速度随水合物饱和度增加的变化规律,利用修正的Lee权重声波公式,计算了水合物的饱和度,并与实验得到的饱和度数据进行了比较。研究结果表明:(1)在水合物含量达到一定程度的情况下,可以利用声波资料计算水合物的饱和度;(2)随着沉积物中水合物含量的不断增加,非固结砂泥沉积物的纵、横波速度也随之增大,二者之间具有较好的线性相关性;(3)利用声波资料计算所得的水合物饱和度数值与实验室测试得到的结果可比性较高、误差较小。结论认为,该研究成果为利用实际声波测井资料计算水合物的饱和度提供了依据。     

石英砂介质中甲烷水合物生成过程和相平衡的实验研究

为研究小梯度温度范围内甲烷水合物在石英砂介质中生成过程的热力学和动力学特性,开展了定容条件下273.75K、273.85K、273.95K3种恒温水浴体系的甲烷水合物生成实验。研究结果表明:(1)反应温度越低,釜内甲烷水合物生成过程中反应热释放越快,相比于273.95K的反应体系,273.75K体系的反应釜内首次温度上升值为0.9K,约为273.95K体系的6倍;(2)随反应温度的增加,水合物的生成量和转化率逐渐下降;(3)反应温度越低,甲烷水合过程的前期反应速率越大,气液界面和石英砂表面生成的水合物薄膜阻碍了甲烷气与水之间的进一步传递,使得甲烷的单位消耗速率随反应的进行呈阶梯型递减。通过石英砂介质内甲烷水合物的生成实验,以期为工业上气体水合物的合成、储存与运输提供借鉴。     

分子动力学模拟中弛豫对甲烷水合物晶胞构型的影响

随着对气体水合物生长及分解微观机理研究的逐渐深入,水合物晶胞作为生长种子或分解前体结构,其弛豫平衡是获得稳定初始构型并开展分子模拟的重要环节。选取3×3×3 sⅠ型甲烷水合物晶胞,设定了不同弛豫方案,基于512笼数量、体系温度及分段密度数据,对弛豫结果进行了分析。研究表明:NVT系综弛豫有利于提高体系的结晶度,而NPT系综弛豫能加速水合物晶胞构型的形成;弛豫温度和压力的设定需综合考虑所选分子力场的相平衡条件及冰点。对于所研究体系,确定弛豫温度为250 K,弛豫压力为10 MPa,首先在NVT系综下弛豫100 ps,而后在NPT系综下弛豫100 ps,即可进行产生相模拟。