石英沙中甲烷水合物的降压分解实验研究

为了解自然赋存条件下天然气水合物的分解性质,本研究在20～40目石英砂中进行了甲烷水合物降压分解实验。实验表明,与温度及压力一样,电阻是甲烷水合物形成和分解良好的指示参数。当水合物形成,电阻快速增大;水合物分解时电阻快速减小。实验研究表明,与注热水分解相比,降压分解速率要小得多。同时当采取密闭的分解方式时,随着分解的进行分解速率逐渐变小。由形成/分解体系的物料衡算及反应速率方程可以得出分解速率常数值。     

砂土沉积物中甲烷水合物降压分解渗流阵面实验

地层渗流特性是天然气水合物（以下简称水合物）开采评价的重要内容之一,但是目前与水合物地层渗流特性密切相关的孔隙压力演化数据积累明显不足。为此,进行了砂土沉积物中甲烷水合物降压分解实验。首先进行了实验设计,并标定检验了实验系统测量仪器（压力传感器、温度探头和气体流量计）;按照设计的实验步骤,进行了3次降压分解实验,根据实验获得的孔隙压力等重要数据,分析了孔隙压力演化和渗流阵面传播的规律以及影响因素,探讨了孔隙压力演化曲线出现波动段和平稳段的原因。基于实验的基本条件,得到如下结论：①砂土沉积物中渗流阵面传播距离与时间的平方根成近似线性关系,绝对渗透率相近时,初始水合物饱和度越高,渗流阵面传播速度越慢;②甲烷水合物分解导致砂土沉积物的孔隙压力演化曲线存在明显的波动段和平稳段,波动可能是由于样品渗流通道堵塞、贯通交替进行或者气液饱和度交替增大所引起的,平稳段应该是砂土沉积物中等效轴向渗流通道内甲烷水合物分解产气与气体渗流达到动态平衡的间接反映。     

纳米孔隙内甲烷水合物微观分解特性

采用拉曼光谱仪测定硅胶孔隙水的拉曼结构,发现纳米孔隙水分子间的吸引力增强,OH化学键削弱,孔隙水中部分DA结构转化为DDAA结构,使得硅胶孔隙水极易形成水合物。采用拉曼光谱仪测试了常压和不同温度下(263,253,243 K)的纳米硅胶孔隙内甲烷水合物的分解过程,考察了纳米尺度受限空间内甲烷水合物的微观分解特性。实验结果表明,纳米孔隙内甲烷水合物的分解过程为分解—二次形成—继续分解,直到晶体消失的过程,温度越低二次形成出现的次数越多;纳米孔隙水的结构本身十分有利于甲烷水合物的形成,是造成二次形成的内在结构条件。     

冰点以下甲烷水合物等压分解实验研究

开展了甲烷水合物在2.25MPa、2.08MPa和1.88 MPa 3种压力和不同温度条件下等压分解实验,研究温度驱动力对甲烷水合物分解过程及其自保护效应的影响。实验结果表明,在等压分解过程中,温度推动力ΔT对甲烷水合物的分解产生较大影响,当温度推动力ΔT>|T₀| 时,分解速率与ΔT具有正相关关系;当ΔT≤|T₀|时,甲烷水合物存在明显的自保护效应,分解速率与ΔT的关系不明显。     

石英砂中甲烷水合物注热水分解实验

为了了解自然条件下天然气水合物的分解性质，在20～40目石英砂中进行了甲烷水合物常压注热水分解实验。结果表明，与温度一样，电阻是甲烷水合物形成和分解良好的标示性参数：当水合物形成时，电阻快速增大；而水合物分解时，电阻则快速减小。实验研究与模拟计算均表明，在热水注入与水合物快速分解两个起始时刻之间有1.45 min左右的时差，此时热水带来的热量主要用于加热石英砂-水合物体系；实验结果还表明，注入热水后，水合物分解界面自注入端开始向另一端移动，由于热水渗透时经沿途冷却，分解界面的移动速度是逐渐减小的。同时在假定分解速率常数和传质推动力为常量的前提下，得出了石英砂中甲烷水合物常压注热水分解速率常数为6.29×10^-5mol/（min·m²）。     

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.     

多孔介质中甲烷水合物形成与分解实验研究

基于实际海洋水合物资源的赋存状态及温度、压力条件,在人工多孔介质中物理模拟海底水合物稳定带的水合物藏进行了水合物的形成与分解的实验研究。分析甲烷水合物在多孔介质中的形成与降压开采过程,揭示了其温度、压力和产气速率的变化规律。采用逐步降压的方法测定了多孔介质中水合物在特定温度下最小分解推动力,比较了不同降压模式下的累计产气量。结果表明,水合物形成过程中通过不断注水保持系统压力,甲烷可完全生成水合物,最终水合物藏中仅有水和水合物两相;实验条件下水合物的分解主要受压差影响,压差越大,分解速率越大,累计产气量越高;在一定温度下水合物的分解需有一个最小推动力。比较不同降压模式发现,累计产气量只与压差有关,而与降压模式无关。     

甲烷水合物分解动力学模型

将甲烷水合物的分解过程看作球形颗粒消融问题，采用宏观气固反应动力学方法，建立了恒温减压条件下水合物的分解动力学模型，推导了甲烷水合物的分解速率方程。采用实验数据进行动力学分析，认为在℃以下，水合物分解速率由气体在冰层的扩散过程控制。通过对比甲烷气体在冰层内有效扩散系数的模型计算值和实验值，对模型进行验证，误差分析表明，所提出的甲烷水合物分解动力学模型计算结果与实验值吻合良好。     

微波强化分解甲烷水合物的研究

通过2.45GHz微波辐射实验,研究了甲烷水合物在微波电磁场中的稳定性和加热分解规律。实验结果表明,利用微波强化分解甲烷水合物主要依靠热效应,甲烷水合物自身的动力学非稳定条件及液态水协同增强热效应是微波热激法的作用条件。对于未冷冻且未降压的甲烷水合物/水体系微波作用效果最佳,应先微波加热后再结合降压分解。冷冻后未降压的甲烷水合物/冰体系的分解造成介电损耗的急剧变化,分解速率和微波加热速率显著改善。冷冻后降压的甲烷水合物/冰体系在微波场中仍处于极低分解速率的自保护区域,不适宜微波分解。     

天然气水合物降压开采实验研究

为了研究天然气水合物（NGH）降压开采基本规律,应用研制的NGH合成与开采实验系统,研究NGH降压开采的相平衡和基本生产规律.用图形法测定了4个NGH相平衡点,与已有文献数据吻合很好,说明了该实验装置和方法的可靠性.对于高孔高渗的多孔介质,相平衡数据与反应釜水溶液中相平衡数据一致,在进行NGH开采相平衡研究时,可以借用现有反应釜水溶液中NGH的数据和模型.在实验模型条件下,降压开采是比较好的NGH开采方法,产气速率较高且主要受压降速率控制.储集层压力控制和NGH自保护效应是实际NGH矿藏降压开采需要解决的关键问题.具有下伏游离气或同层伴生气的NGH矿藏,为克服以上两点不利提供了可能.另外,还可以考虑注热水、注化学剂等其他辅助强化开采措施.图5表2参15     

Dissociation of Methane Hydrate by Hot Brine

Natural gas hydrate has been regarded as a potentially unconventional natural gas resource. It is widely distributed in the world. Many methods are proposed to dissociate hydrate, among which heat injection is one of the most effective ones. So, the investigation of production performance under different heat injection modes provides theoretical basis for actual hydrate production. An experimental study on hydrate dissociation and gas production behavior by hot brine injection was conducted with a self-designed 2D sand-packed system. Two patterns of heat injection (continuous heat injection and intermittent heat injection) are studied and the gas production, water production, and temperature variation are analyzed. Results show that the gas produced by continuous heat injection is notably more than that by intermittent heat injection; with the same heat injected, the temperature variation of continues heat injection is larger than that of intermittent heat injection; during the process of heat injection, the water production rate is slightly larger than that of water injection, which is mainly influenced by water injection rate, heat injection patterns and water production from hydrate dissociation. Under the conditions of experiment, the result of continuous heat injection is superior than that of intermittent heat injection.     

冰点以下甲烷水合物分解实验对天然气储运的影响

天然气水合物储运技术涉及水合物的生产、运输和再气化等过程,其中水合物的生产过程、运输过程是要解决的关键问题。实验采用6种不同粒径的冰颗粒形成甲烷水合物,并且在不同的温度条件下开展甲烷水合物分解实验。通过分析认为,冰颗粒对甲烷水合物形成过程有一定的影响,冰颗粒粒径越小越容易形成水合物,形成时间也较短;而在分解过程中,大粒径的冰颗粒形成的甲烷水合物在2种温度条件下均表现出较强的自保护效应,能长时间保持亚稳定状态而不发生分解反应。根据实验中出现的这些特性,提出对天然气水合物储运技术的设想,在水合物形成过程中选取一个最佳的粒径冰颗粒合成水合物,并且在-4℃的温度条件下进行储运。      

砂土中不同产状甲烷水合物形成和分解过程研究

为了研究不同的产状对沉积物中甲烷水合物形成和分解过程的影响,在砂土中开展了块状、层状、结核状和分散状4种不同产状甲烷水合物的形成和分解实验。实验结果表明,产状对砂土中甲烷水合物形成和分解过程的影响比较明显。在形成过程中,块状甲烷水合物的甲烷气体转化率最高,其次是层状,再次是分散状,结核状最低。分散状甲烷水合物的形成速率最快,其气体消耗速率峰值也最高;块状甲烷水合物的形成过程耗时最长,层状甲烷水合物次之,结核状甲烷水合物再次之,形成过程耗时最短的是分散状甲烷水合物。在分解过程中,块状甲烷水合物的稳定性最好,其次是层状甲烷水合物,接下来是结核状甲烷水合物,稳定性最差的是分散状甲烷水合物。     

Modeling and Experimental Study on Kinetics of Methane Hydrate Formation in Pure Water

ＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｎＫｉｎｅｔｉｃｓｏｆＭｅｔｈａｎｅＨｙｄｒａｔｅＦｏｒｍａｔｉｏｎｉｎＰｕｒｅＷａｔｅｒＱｉｕＪｕｎｈｏｎｇ，ＧｕｏＴｉａｎｍｉｎ（ＨｉｇｈＰｒｅｓｕｒｅＦｌｕｉｄＰｈａｓｅＢｅｈａｖｉｏｒ...     

粉土内甲烷水合物形成与分解过程中的水分特征

用可探测土壤内部水含量变化的pF-meter探头开展了甲烷水合物形成与分解过程中多孔介质内部水含量变化研究,结果表明,该新型研究方法可有效探测实验过程中多孔介质内水含量变化.通过研究指出:水合物生成时会对介质内的水产生吸力,将水向水合物处抽吸;水合物分解时会释放水,使介质内水含量增大;温度升高会使存于多孔介质内毛细管中的水向下流动;水合物在粉土中的二次形成范围比一次形成范围更大.     

甲烷水合物在冰浆中生成特性的研究

在定容条件下进行甲烷水合物在冰浆中和纯水中的生成实验。在3~5 MPa,273.15~277.15 K,500~1 000 r/min的条件下考察初始压力、水浴温度和搅拌转速对甲烷水合物生成过程的影响。实验结果表明,甲烷水合物在冰浆中的生成速率比在纯水中的快;初始压力为3 MPa、搅拌转速为1 000 r/min时,甲烷水合物在冰浆中的生成时间为42 min,生成速率为47.7mL/min;甲烷水合物在纯水中的生成时间为90 min,生成速率为22.3 mL/min;甲烷水合物在冰浆中具有更好的生成特性,具有工业化应用的潜力。     

Experimental and Modeling Study of Kinetics for Methane Hydrate Formation with Tetrahydrofuran as Promoter

The kinetics behavior of methane hydrate formation in the presence of tetrahydrofuran(THF)as promoter was studied.A set of experimental equipment was designed and constructed.A series of kinetics data for the formation of methane hydrate in the presence of THF were measured with the isochoric method.The influences of temperature, pressure and liquid flow rate on the methane consumption rate were studied respectively.Based on the Chen-Guo hydrate formation mechanism,a kinetics model for the formation of methane hydrate in the presence of THF by using the dimensionless Gibbs free energy difference of quasi-chemical reaction of basic hydrate formation,??GRT,as the driving force was proposed.The model was used to calculate the rate of methane consumption and it was shown that the calculated results were in good agreement with the experimental results.