动力学抑制剂作用下天然气水合物生成过程的实验分析

通过实验分析动力学抑制剂作用下天然气水合物的生成动力学过程,可为动力学抑制剂的作用机理研究及新型抑制剂的研制提供可靠依据。为此,利用自行研制的水合物抑制性评价装置,模拟了3 000m深水钻井的井下动态环境(2℃,30MPa),对常用类型的动力学抑制剂进行了天然气水合物抑制性能评价实验,结合实验过程中压力—温度曲线以及温度、压力随时间的变化曲线,建立了钻井动态环境中天然气水合物生成动力学研究的分析方法,分析了深水钻井中动力学抑制剂作用下天然气水合物生成的动力学过程。结果表明,通过该方法可将天然气水合物的生成过程划分为水合物成核、水合物生长和水合物大量生成3个阶段,几种常用天然气水合物动力学抑制剂对水合物成核期的影响并不明显,但可有效抑制水合物的生长;以内酰胺基为关键作用基团的水合物动力学抑制剂主要通过吸附在水合物表面延缓水合物生长来发挥抑制作用,而其中共聚物类天然气水合物动力学抑制剂的抑制效果优于均聚物类天然气水合物动力学抑制剂。     

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...     

海底沉积物中天然气水合物生成和分解规律研究进展

对国内外有关海底沉积物中天然气水合物生成和分解规律方面的研究进行了详细调研,得到如下结论:天然气水合物的生成和分解条件在海底沉积物中与在井筒、管道中有明显不同,其主要原因是多孔介质中流体与孔隙壁面间的界面效应对海底沉积物中天然气水合物的形成条件会产生明显影响;在海底沉积物中天然气水合物生成和分解条件的数值模拟技术研究方面,研究者大都假设以天然气水合物作为盖层的成藏类型,借助常规油气藏数值模拟技术进行模拟研究;影响海底沉积物中天然气水合物生成和分解条件的因素很多,因此海底沉积物中天然气水合物生成和分解规律研究必须借助试验模拟、数值模拟和现场测试相结合的综合方式进行。该调研成果可为今后天然气水合物经济有效开采技术方案选择和进行天然气水合物危害控制等提供参考。     

海洋气水同产井井筒中天然气水合物非平衡生成风险预测

受海水低温环境的影响,气水同产井井筒中天然气水合物(以下简称水合物)非平衡生成问题突出,增加了井筒堵塞等安全事故发生的风险。为此,基于前人建立的甲烷水合物相平衡模型、水合物生成与分解动力学模型,建立了含水天然气采出过程中井筒温度和压力分布模型、海洋气水同产井水合物非平衡生成与分解理论模型;然后基于有限差分法进行数值模拟计算,形成了一套适用于海洋气水同产井生产过程中水合物非平衡生成风险预测方法(以下简称水合物生成风险预测方法);在此基础上,采用某陆上产气井LN-X的数据对该预测方法的可靠性进行了验证,进而研究了不同参数影响下海洋气水同产井井筒中水合物的非平衡生成与分解规律。研究结果表明:①随着日产气量增大或含水率升高,井筒中生成水合物的区域范围减小,同时水合物物质的量也减小,井筒越不易被堵塞,对海洋气水同产井的安全生产越有利;②井口油压越大,井筒中生成水合物的区域范围越大,同时水合物物质的量也越大,越容易堵塞井筒,对海洋气水同产井的安全生产越不利;③不同海面温度下水合物生成区域的范围一致,并且水合物分解区域的范围也一致,水合物物质的量仅在井口位置附近有差异,海面温度越高,水合物物质的量越低。结论认为,所形成的水合物生成风险预测方法可靠,可以为海上气藏的安全生产管理提供理论指导。     

四氢呋喃水合物零度以上生成动力学研究

四氢呋喃(THF)与水生成的水合物在很多性质上与天然气水合物类似,但相对天然气水合物低温高压苛刻的生成条件,THF水合物在常压下和0℃附近时就可以生成(其平衡温度为4.4℃)。通过实验观察THF水合物生成过程,分析其生成条件,研究其在0℃附近和不同浓度(四氢呋喃溶液浓度)的生成动力学规律,同时将扩散过程和反应过程进行联合,对传质结晶面积进行指数修正,并用实验所得液相浓度关系式确定模型中的液相主体浓度,建立了THF生成动力学的理论模型并作了验证。     

温度影响天然气水合物地层井壁稳定的有限元模拟

由于天然气水合物特殊的理化性质,水合物地层要比常规地层的井壁稳定问题更加复杂,钻井液温度对天然气水合物地层的稳定性影响将是一个不容忽视的因素。为此,考虑热传导、对流、水合物分解、地层力学性质变化等诸多因素及其相互耦合作用,建立了温度影响天然气水合物地层井壁稳定的数学模型,并进行有限元求解。最后以国外某深水天然气水合物地层实际取得的地质资料为例,计算分析了钻井液温度对地层水合物分解、地层力学性质变化及井壁稳定的影响规律。结果表明：地层水合物因受热分解会导致地层力学性质急剧变差,进而极易导致地层屈服失稳,选择低温体系钻井液并控制其温度低于水合物相平衡温度,有助于维持井壁稳定,实现安全钻进。     

海底天然气水合物分解对海洋钻井安全的影响

为分析天然气水合物分解对海洋钻井安全的影响,根据海底天然气水合物特征,结合天然气水合物分解动力学和热力学条件,研究了不同钻井工况下天然气水合物分解产气规律,估算了天然气水合物分解后的产气量。结果表明,在钻进天然气水合物层过程中,天然气水合物分解产气速率和累计产气量逐渐增大;在天然气水合物饱和度一定的情况下,近井天然气水合物层内的天然气水合物完全分解产气量与井身轴向半径呈平方关系;随着钻井液与天然气水合物层温差增大,天然气水合物分解速率呈指数增长;浅水区钻遇天然气水合物层易导致其分解,随着水深增加或井筒压力增大,天然气水合物分解越来越困难。研究表明,钻穿天然气水合物层时,提高钻进速度可减少天然气水合物分解;钻井过程中应根据钻前预测结果调整钻井液温度和密度来控制天然气水合物分解,同时采取必要的井控措施,以保证在适当的天然气水合物分解产气条件下安全钻进。      

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.     

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。     

管道流动体系天然气水合物分解动力学模型研究进展

天然气水合物聚集堵塞管道事故频频发生,管道解堵耗时棘手,给石油化工行业造成了巨大的经济损失和能源浪费,研究管道流动体系下天然气水合物的分解特性为解决管道水合物冰堵问题提供理论基础。综述了国内外管道天然气水合物分解动力学的研究进展,重点阐述了管道水合物的分解机理及相应天然气水合物分解模型。发现目前关于管道流动体系下水合物分解规律的研究不多,管道水合物分解模型不够完善。基于水合物微观分解机理及环道流体宏观运动规律,对建立多因素影响、适用于管道流动体系的新型管道天然气水合物分解综合模型提出了构想。最后,对管道流动体系水合物分解特性的研究方向提出了建议与展望。     

苏里格气田天然气水合物成因与防治措施分析

针对苏里格气田冬季因气温较低而出现的气井井下油套管和地面输气管线容易形成水合物的问题,从天然气水合物的物化性质出发,对生成水合物的成因进行分析,其成因条件主要有热力学条件和动力学条件两个方面,水分和烃类物质是形成水合物的先决条件。分析了气井井筒和输气管线防治水合物的措施,井下节流器的应用对井筒水合物的形成有较好的防治效果,对天然气进行脱水使天然气不满足形成水合物的水分这个先决条件,提高管道的工况条件主要是提高管道内天然气流动温度、降低管道压力、添加抑制剂,可防止管道中水合物的形成。提出了水合物防治技术的研究方向。     

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。     

多孔介质中天然气水合物生成的主要影响因素

目前有关天然气水合物(以下简称水合物)的研究主要集中在物理化学性质考察和开采(分解)方法探索方面。在进行后者的研究过程中,地层渗流过程的物理模拟至关重要,但目前借助于石油开采研究中广泛应用的填砂管等多孔介质对水合物进行动态过程的研究却鲜有报道。为此,利用河砂填砂管在岩心驱替装置上进行了甲烷水合物生成过程的物理模拟,考察了地层温度、甲烷压力及地层模型性质参数等对水合物生成过程的影响。结果表明:(1)利用冰融水作为地层模型的束缚水可显著提升甲烷水合物的生成速率;(2)多孔介质条件下过程驱动力(即实验压力或温度偏离水合物相平衡对应值的程度)对甲烷水合物的生成起着决定性作用;(3)当甲烷压力高于水合物相平衡压力1.4倍以上,或者实验温度低于相平衡温度3℃以下时,甲烷水合物生成诱导期几乎不随温压条件的变化而变化;(4)渗透率、含水饱和度、润湿性等参数对实验中甲烷水合物的生成率不构成明显影响。     

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%.     

高压下乙炔水合物的形成与分解实验研究

气体水合物是水和气体在高压低温下形成的一种笼形结晶化合物,具有强大的储气能力。关于水合物的形成、性质特征及能源利用、储存方面的研究日益受到重视,进行水合物研究的实验装置和测试技术也在不断发展,目前多数研究侧重于甲烷、二氧化碳等气体的水合物,对乙炔气体水合物的详细研究未见相关报道。文章基于自行设计的水合物合成及原位观测装置,采用化学反应生成气体的方法提供乙炔气源,在此基础上对乙炔水舍物合成的条件进行讨论,得出了乙炔形成与分解规律的初步结果,可为进一步研究乙炔水合物及应用于乙炔气体的储运等提供参考。     

深水气井测试管柱内天然气水合物堵塞特征与防治新方法

目前对于深水气井测试过程中井筒管柱内天然气水合物(以下简称水合物)堵塞的形成机制尚不清楚,因而存在着过度使用水合物抑制剂以及抑制剂利用效率较低等问题。为此,针对多相流,在水合物生成动力学、水合物颗粒运移沉积动力学等方面开展了研究:构建形成水合物堵塞的定量预测模型,预测水合物在管柱内何时何处形成堵塞并评估堵塞严重程度,确定易发生堵塞的高风险区。进而提出了基于拓展安全作业时间窗口的水合物堵塞防治新方法——依据安全作业时间窗口优选抑制剂浓度、优化抑制剂注入速率。研究结果表明:(1)井筒内所生成的水合物在管柱内壁上沉积附着,形成不断增厚的水合物层,造成管径变小,液膜处生成的水合物在管壁上沉积是造成管柱堵塞的主要原因;(2)随着水深增大或产气量降低,不发生水合物堵塞的安全作业时间窗口变窄,形成堵塞所需时间变短;(3)注入水合物抑制剂可以延缓堵塞的发生,拓宽安全作业时间窗口;(4)水合物防治新方法可显著降低所需水合物抑制剂用量和注入速率(在算例条件下可降低50%)。结论认为,新方法有效克服了传统方法过度使用水合物抑制剂的不足,可为深水气井测试中水合物的防治提供指导。     

深水井开采制度对天然气水合物分解的影响

深水井生产过程中,当地层高温流体流向井口时,由于温差的存在,会通过井筒向地层传递热量,破坏水合物地层的原始温度和压力环境,诱发水合物分解并产生大量甲烷气,导致突增的附加高压直接作用于水泥环,甚至会引发地层失稳、海底滑坡等灾害,严重威胁深水井的井筒完整性.鉴于此,基于传热学理论建立了井筒温度场模型,计算水泥环第二胶结面温...     

海洋天然气水合物地层钻井液优化实验研究

海洋天然气水合物（以下简称水合物）地层钻井过程中，钻井液侵入地层有可能造成水合物分解，进而引发井壁失稳等问题。为了破解上述难题，实验研究了甲烷水合物在不同分解方式下的分解规律，引入Peng-Robinson方程计算实验过程中甲烷气体摩尔数的变化，优化了钻井液抑制水合物分解评价实验方法，并利用该方法实验分析了动力学抑制剂DY-1和改性卵磷脂对水合物分解特性的影响规律，进一步优化出适用于水合物地层使用的水基钻井液。研究结果表明：①注冷溶液不卸压的方式是钻井液抑制水合物分解最佳的评价实验方法；②水合物动力学抑制剂DY-1和改性卵磷脂均可通过吸附在水合物表面阻缓传热传质来延缓水合物分解，可作为钻井液水合物分解抑制剂；③优化出的钻井液体系具有良好的低温流变性和抑制水合物生成及分解性能，同时具有良好的页岩抑制性和润滑性等，可以满足海洋水合物地层钻井液技术的基本要求。结论认为，该研究成果可以为我国水合物开发提供钻井液技术支撑。     

Analytical modeling of gas recovery from in situ hydrates dissociation

Exploration activities around the world have confirmed that in situ hydrates are widely available in permafrost and oceanic sediments. These hydrocarbon deposits have stimulated worldwide efforts to understand gas production from hydrate dissociation in a porous media. This work is a contribution towards these efforts. The present study uses depressurization-driven in situ hydrate dissociation, incorporates decomposition kinetics into the radial diffusivity equation, and develops a model to predict the performance of naturally occurring hydrates. The proposed model is simple yet useful and it does not require any empirical correlation. The model-predicted performance compares well with the published experimental studies on the hydrate dissociation in porous media.