天然气水合物新型动力学模型与实验研究

研发了一种由液态烃和表面活性剂组成的复合水合促进剂,通过天然气水合物实验平台对预期效果进行了验证。建立了复合促进剂作用下的水合物生成动力学模型,利用VB软件编程实现模型求解。将不同反应溶液和不同反应气体条件下得到的诱导时间计算值与实验结果及理论分析结果进行比较,吻合度较高,较准确地描述水合物生成的诱导过程。该模型的建立为天然气水合物储运技术的应用与发展提供了理论支持。     

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针对自然界中天然气水合物在海底和大陆永冻区形成条件不同，通过实验研究了水的不同形态和甲烷气反应生成甲烷水合物的过程。实验结果显示甲烷与冰粉反应要比甲烷与水反应容易得多，一方面得益于反应物间接触面积的增大，另一方面受温度变化的影响。使用0.7~0.8 K/h的温度驱动条件，冰粉与甲烷气体迅速反应，证明甲烷气能够直接与固体冰反应生成水合物，成核诱导期较短。同时文章指出在甲烷和冰反应时，存在两个反应高峰期，这两个高峰期中间是气体分子向固体内部扩散的过程。而水和甲烷气体反应时，扩散过程占主要部分，诱导期漫长。冰和水分别与甲烷反应的对比可以用来考虑评估天然气水合物在不同地质区域的储量和预测其分布状况。     

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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。     

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。     

天然气水合物生成预测及防治技术

介绍了天然气水合物的结构和危害，总结了预测天然气水合物生成条件的主要方法，包括经验图解法、相平衡计算法、统计热力学计算法等，阐述了防止水合物形成和排除已生成水合物的常用技术，包括脱水、脱轻烃、降压、提高流动温度、加化学添加剂等。     

GRM（1,n）模型在天然气水合物生成预测中的应用

针对天然气水合物生成预测中存在的“部分信息已知,部分信息未知”的“小样本”、“贫信息”难题,提出了一种基于灰色系统理论的预测方法,建立了天然气水合物预测矩阵,并以新疆牙哈凝析气、华北油田凝析气以及东海平湖凝析气的试验数据作为预测样本,采用GRM（1,n）模型对平湖凝析气样的水合物生成温度进行了预测,并与实验实测数据和文献[4]中采用的神经网络预测结果比较,证明该方法具有较好的预测效果。     

醇盐混合体系中天然气水合物生成条件预测

油气田生产中,现场生产中的水合物生成预测需考虑在醇盐混合中的情况。本文应用基于双过程水合物生成动力学机理的Chen＆Guo模型,选用PT状态方程结合基于局部组成概念的混合规则以及Debye-Huckel远程作用修正项,将水合物生成条件预测成功应用于醇盐混合体系,计算结果比较理想,从而为水合物的现场防治提供了依据。     

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自然界存在的天然气水合物大庆石油学院石化系罗光熹，周安早在１８１０年Ｄａｖｙ在研究氯气与水的相互作用中，首次发现了水合物，在若干年后人们才发现烃类气体水合物。但是，实验室中气体水合物的发现并未受到人们的关注。直到１９３４年ＨａｍｍｅｒＳｃｈｍｉｄｔ发...     

沉积层水合物的生成动力学模型

分析了沉积层中天然气水合物形成的原因。在公认的水合物形成地质模型基础上,借助分形几何理论,对分形维数df进行了修正。描述了天然气水合物在分形介质中的扩散特性及生成动力学特性,对水合物的形成速率方程进行了数值求解,研究了分形维数df及扩散半径r的改变对水合物形成速率的影响,将所得结果与实验室数据进行了比较。通过对水合物在天然多孔介质中的生成过程的模拟,为实现对我国南海地区天然气水合物矿藏的预测与分析做了理论探索。     

深水海洋气泡流的动力学模型

介绍了深水条件下海洋气泡流的动力学模型,阐述了天然气水合物在天然气从深海到大气的传输过程中的重要作用。被天然气水合物包裹的气泡的动力学模型是在普通气泡模型的基础之上,引入一个参数值,通过模型模拟得到的数据确定的,可以用来描述水合物外层对气体分子和水分子扩散的抑制作用。     

输气管线中水合物的形成及预防

天然气管道输送过程中因地貌、气象及各种管道条件而使少量天然气形成水合物，导致堵塞管线，影响管线的安全运行。分析了输气管线中形成水合物的热力学和动力学条件，其中在热力学条件中着重介绍了管道中含水量对形成水合物的影响，结合两方面条件简要介绍了预防水合物的常用措施。     

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近年来随着川东北罗家寨、铁山坡等高含硫气藏的相继勘探成功，这些气藏将成为川渝地区重要的接替区块。对高含硫气藏水合物机理进行了实验研究，并对实验原理、实验方法、实验现象等进行了详细论述。首次得出了高含硫气藏水合物在实验条件下是按照天然气的比例以混合物整体形式同时与水分子结合形成的，而不是按优先选择原则逐个顺序形成的结论。     

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天然气水合物是一种类似冰的笼型晶体水合物。它的生成与压力，温度，气水接触面积以及添加剂等因素有关。利用天然气水合物储气实验台，实验研究了不同类型的表面活性剂（包括阴离子表面活性剂，非离子表面活性剂）对天然气水合物生成的影响，主要研究了它们对天然气水合物生成速度，储气密度，诱导时间以及虚拟水合数的影响。结果表明：不同类型的表面活性都不同程度提高了水合物生长速度和储气密度，缩短了水合物形成的诱导时间，并使虚拟水合数接近于理论值。     

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传统使用的甲醇、乙二醇等热力学抑制剂系通过改变水合物生成的热力学条件来避免和防止水合物生成。但是,此类抑制剂具有浓度高（10－60m%)(m%表示为质量百分浓度,下同）、耗量大、成本高（抑制剂成本占生产总成本的5％－8％）和毒性强等缺点,已不能满足诸如上油气开采作业等的需求。本文介绍低耗、高效、无公害的新型动力学抑制剂的研究现状,以及新型抑制剂的种类、结构、作用机理和应用,并针对现有的新型抑制剂的不足,提出了今后研究工作的发展方向。     

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由于海底长距离天然气／凝析液混输管道输送压力一般较高,环境温度较低,因此管道内极易形成水合物。水合物可能堵塞管道,对长距离的输送是有害的。针对这一问题,给出了判断气体水合物形成的理论模型和计算方法,可以计算在给出的压力、温度和组成条件下,水合物形成曲线以及不形成水合物所允许的最大含水量。最后将计算结果与国外软件、实验数据作了比较。     

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天然气水合物是一种由气体（主要是甲烷）和水组成的冰状固态化合物。通过对溶液中水合物的生成实验和冰转化为水合物的机理进行总结与分析，得出影响冰转化为水合物的因素。提出用含气率作为评价反应进行程度的指标。针对冰转化为水合物的影响因素，采用正交实验的方法对实验方案进行了设计，建立了正交实验表并进行了实验。实验结果表明，压力越高越有利于水合物的生成，但实验温度和搅拌速率则存在着一个促进水合物生成的最佳值。     

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通过实验研究了表面活性剂对水－天然气体系生成天然气水合物的影响情况。得出的结论是：表面活性剂能有效降低水气界面的界面张力，增快气体分子进入水气界面层的速率，极大地提高水合物生成速率；在一定的温度和压力下，当表面活性剂SDS的浓度为300ppm时，水气界面的界面张力最小，进入水气界面层的分子速率最大、数量最多；在水气界面层生成的水合物会向反应器壁移动，产生新的水气界面层，继续水合物的生成，当生成的水合物逐渐增多时，水合物将覆盖整个水气界面层，从而阻止水合物的生成。     

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目前从天然气水合物中开采天然气的方法，主要有热激发法、化学试剂法和减压法。文章通过适当简化，从理论上推导出减压法开采天然气的数值模型和水合物分解前缘边界曲面离井筒距离表达式，并对推导出的偏微分方程经过线性简化和自相似原理，推导出多孔介质水合物地层中压力和温度的分布方程和天然气产量方程。通过实例，研究了多孔介质水合物地层中压力和温度的分布规律,即离井筒越近，压力和温度越小。进行了影响水合物分解前缘边界曲面离井筒距离各影响因素的敏感性分析，得到了减小井筒压力和增大地层温度可以使离井筒越远地方的水合物层分解释放出天然气,天然气的产量随着开采时间的增大而逐渐减小但最终趋于一稳定值的结论。     

天然气水合物技术在储运中的应用

天然气水合物是一种结晶状固态简单化合物。在标准状态下1m^3的水合物所携带的天然气量常达150-170m^3，其巨大的储气能力和相对“温和”的储气条件受到人们的极／大重视。同时通过对水合物和液化天然气等系列技术的分析和经济比较，指出水合物法储运天然气在技术上可行并且在经济上能降低天然气储运的费用。但天然气水合物技术离实际应用尚有差距，需要进一步深入研究。