不同细颗粒含量甲烷水合物沉积物三轴剪切试验研究

海域试开采区域含水合物沉积物的粒度分析结果表明水合物沉积物骨架由粗、细颗粒混合构成,通过开展多组低温、高压三轴排水剪切试验研究细颗粒含量和密度对含甲烷水合物沉积物和无水合物沉积物的强度和变形特性的影响。试验结果表明,含水合物沉积物抗剪强度及剪胀性都随细粒含量提高而显著增强。这是由于细颗粒含量增加改变了颗粒间水合物的样貌和分布特征,形成了由水合物包裹着粗颗粒-细颗粒的团簇状集合体。然而,细颗粒含量对无水合物沉积物的强度和变形特性的影响却表现出相反趋势。另外,含水合物沉积物的剪胀关系可以使用修正剑桥模型中的剪胀关系式进行描述。结果表明,剪胀关系的拟合曲线依赖于水合物饱和度的大小。通过对比研究发现,天然水合物和实验室合成水合物试样在较高饱和度时的峰值摩擦角大小及其伴随水合物饱和度的增长趋势存在差异,这种差异主要来源于水合物在沉积物骨架颗粒孔隙中不同的赋存模式及分布特征。     

天然气水合物储层泥质细粉砂挡砂介质堵塞规律与微观挡砂机制

中国南海海域部分天然气水合物储层中地层砂为高泥质含量细粉砂，开采防控砂难度较大。针对高泥质细粉砂挡砂机制问题，使用粒度中值为10.13 μm的泥质细粉砂样品，模拟单向气液携砂流动条件，使用绕丝筛板、金属烧结网、金属纤维、预充填陶粒4类挡砂介质在20~80 μm挡砂精度下进行挡砂模拟实验，采用显微成像系统观察挡砂介质内部及表面砂粒沉积与堵塞动态，分析介质流通性能和挡砂性能变化，总结堵塞规律、微观挡砂机制与形态及其控制因素。研究结果表明，不同类型和精度的挡砂介质对泥质细粉砂的堵塞总体呈现堵塞开始、堵塞加剧和堵塞平衡3个阶段。随着驱替进行，挡砂介质渗透率逐渐降低，幅度会高达90%以上；同时过砂速度减缓，最终过砂率为5%~10%。根据堵塞规律和微观图像分析，提出了粗组分分选桥架、局部砂团适度挡砂、整体砂桥阻挡等挡砂介质对泥质细粉砂的3种微观挡砂机制。以粗组分分选桥架挡砂机制为主的挡砂工况下，挡砂介质堵塞渗透率较高，但过砂率超过15%，挡砂效果较差；以整体砂桥挡砂机制为主时，过砂率在10%以下，挡砂性能较好，但各类挡砂介质的堵塞渗透率不足1 D，流通性能较差。局部砂团适度挡砂机制为主时介质挡砂性能及流通性能介于两者之间。挡砂介质对天然气水合物储层泥质细粉砂的微观挡砂机制和形态受挡砂介质类型、精度、地层砂特征以及流动条件等因素控制，其规律对于水合物泥质细粉砂防控砂优化有指导意义。     

天然气水合物抑制剂甲醇回收中结垢机理研究

天然气开采过程中,天然气水合物经常造成管道,设备的堵塞。气田上常采用甲醇作为水合物抑制剂。针对甲醇回收过程中结垢严重的运行现状,采集了现场水样和垢样对其成分进行了分析。以实验数据为基础,结合化学反应机理和结晶动力学机理,研究甲醇回收过程中的结垢机理。进而分析了结垢的影响因素。分析结果表明,甲醇回收过程中的结垢是不相容离子间相互混合以及热力学的变化的复杂结果。溶液中的成垢离子浓度,pH值,压力,温度以及矿化度都会对结垢趋势产生影响。     

能源土边界面模型的应力更新算法及算例分析

水合物的存在会显著影响能源土的刚度、峰值强度与剪胀性。针对已有能源土模型的不足，结合边界面模型的建模思想，构建一个新的能源土边界面模型，模型参数较少，能够恰当反映能源土的应力-应变关系。计算能源土变形问题的核心在于正确积分塑性本构方程，应用完全隐式回退Euler算法，建立模型应力及塑性内变量的更新公式，并给出显式的一致性切线模量表达式。基于ABAQUS软件提供的二次开发接口，编写模型的用户材料子程序，应用已有试验数据验证程序正确性。最后应用开发的子程序对能源土的平面应变试验进行模拟，分析水合物饱和度对剪切带倾角与孔隙比的影响。     

流量对高含水体系CO_2水合物生成过程的影响

为了确定适宜的输送条件、保障管路的流动安全,在高压水合物循环实验环路装置上进行了高含水体系下CO_2水合物生成的实验,研究了管输流量对CO_2水合物生成及堵塞过程中诱导时间和压差等的影响。实验结果表明,在CO_2水合物大量生成前,流动引起的剪切作用能够很好地抑制CO_2水合物晶核的聚集,CO_2水合物大量生成时水合物颗粒会在短时间内快速形成并聚集在一起。体系流量对CO_2水合物生成诱导时间的影响可能存在临界值,流量高于临界值时,诱导时间缩短速率变大;低于临界值时,诱导时间缩短速率较小;水合物瞬时生成量在临界值附近最大。恒压高含水体系下CO_2水合物在大量生成至堵塞的过程中受流量的影响较小。     

高性能三水醋酸钠-尿素-膨胀石墨混合相变材料的制备及其在电地暖中的应用性能

采用尿素调节三水醋酸钠的相变温度到合适范围再添加膨胀石墨来降低过冷度，研制了高性能的三水醋酸钠-尿素-膨胀石墨混合相变材料，并对其在电地暖中的应用性能进行了研究。结果表明，当尿素质量分数为36.5%、膨胀石墨添加量为4%(质量)时，所得混合相变材料的熔化焓高达209.1 J/g，熔点在31.98℃，过冷度仅为2.04℃，热导率为2.349 W/(m·K)，热可靠性良好；将用该混合相变材料制成的相变板安装在实验房的电地暖中时，实验房的热舒适度随着相变材料层厚度的增加而增加，但也带来加热时间和用电量的增加；当相变材料层厚度为10 mm时，电加热温度适宜设置在45℃；在热舒适度相当的条件下，有相变板的实验房与无相变板的参比房相比具有用电量小及电费低的优势。     

天然气水合物的开采方法及困境

我国对天然气水合物研究取得了一批重要成果,已步入世界先进水平。但目前天然气水合物的开发仍受到理论认知、开采方案、关键技术、安全环保、开采成本等方面的制约而难以实现规模化的商业开采。文章概述了目前关于可燃冰开采的几种方法及其优缺点,并对开采困境作出了阐述,对开发前景做了展望。     

低剂量抑制剂Inhibex501存在下的甲烷水合物相平衡研究

含动力学抑制剂的天然气水合物相平衡研究对新型低剂量抑制剂的开发具有指导作用。在283.6 ~ 290.9 K和7.51 MPa ~ 15.97 MPa的温压范围内研究了抑制剂Inhibex501及其溶剂2-乙二醇单丁醚对甲烷水合物相平衡条件的影响。实验结果显示，0.5wt%和2.0wt%浓度的Inhibex501对甲烷水合物形成的热力学条件具有促进作用，能使甲烷水合物形成移向更高的温度或者更低的压力，而2-乙二醇单丁醚在浓度0.2wt% ~ 1.0wt%范围几乎不改变甲烷水合物形成的热力学条件，N-乙烯基己内酰胺与N-乙烯基吡咯烷酮的共聚物对水合物形成热力学条件的改变起主要作用。     

全透明高压反应釜甲烷水合物动力学实验

水合物的生长和分解规律对开发海洋天然气水合物资源，实现深水天然气水合物气液固多相管道输送都具有重要意义。为了进一步揭示水合物的生长和分解特性，本文采用高压全透明反应釜装置，进行了温度0～30℃、压力3.35～8.16MPa和搅拌速率200～1000r/min范围内的16组甲烷水合物生长和分解动力学实验研究。结果表明：实验过程可分为水合物诱导期、快速生长期、缓慢生长期以及分解期这4个阶段。在水合物快速生长阶段，获得了温度、压力、搅拌电机扭矩和水合物生长速率随时间的变化规律，观察到了水合物颗粒的均相和非均相分布状态。通过加热促使水合物分解，揭示了分解阶段温度、压力和分解速率等关键参数的变化规律以及水合物块的分解形态。分析表明，水合物颗粒的分布状态与水合物浆液的流动性直接相关；水合物块的静态分解过程受到分解气传质控制。