天然气水合物在管道中的流动沉积特性研究

随着天然气水合物开采及开发技术研究的不断发展,水合物的宏观流动特性研究成为保证天然气水合物顺利输送的必要条件。为此,对天然气水合物在管道中的稳定流动状态及临界堵塞条件进行了研究,以传统的固液双层流动模型为基础,结合天然气水合物在水平管道中的流动特点,提出了天然气水合物稳定流动的判定标准——临界流动速度和临界床层高度,即管道内出现固定床层的临界速度和该速度对应的床层高度;并提出了计算天然气水合物流型及流动参数的方法。在此基础上,对天然气水合物在管道中流动的沉积特性进行了研究,设计正交方案,对比了不同因素对临界沉积速度的影响因子。实验验证结果表明:该方法可以较为准确地描述天然气水合物的流动状态及其特征参数,对判断其安全流动具有一定的指导意义。     

加入防聚剂后水合物浆液流动压降规律研究

围绕新型水合物化学抑制剂在海上油气田现场应用过程中将遇到的管道输送工艺设计技术方面的问题开展实验研究。在内径为25.4mm,长20m的水平透明实验环道上,首次以海上凝析油气田现场采集的油、水和按天然气组分配置的气体为实验介质,加入国内自主研制的水合物防聚剂,进行了水合物浆液流动压降实验。实验初始含水质量分数分别为5%,10%,15%,20%,25%,30%,得到了不同实验条件下水合物浆液流动压降参数的变化规律。通过分析实验结果并借助液固二相流有关理论,初步建立了水合物浆液管输压降计算方法。基于实验数据,该方法可用于计算实际管线中水合物浆液流动的压降。     

天然气水合物抑制技术与方法研究进展

针对目前广泛使用的热力学抑制剂用量大、成本高,并且污染环境的缺点,详细总结了国内外动力学抑制剂、防聚剂及离子液体抑制剂的研究现状。此外,结合天然气水合物浆液管道输送技术的发展趋势,阐述了水合物防治动态控制技术,得出该技术在保证油气管道安全运行的同时利用水合物储气密度较高的特点可增大管道输送量,并且该技术最终将取代其他水合物抑制技术的结论。最后,说明了水合物抑制技术的发展方向,并就水合物抑制技术的研究给出了建议。     

天然气水合物的形成与防治

天然气水合物是天然气与水在一定的压力和温度下形成的结晶笼状固态化合物。水合物可能导致管道、仪表和分离设备的堵塞,对长距离的输送是有害的。概述了天然气水合物的形成条件以及目前水合物的物理和化学防治方法,指出了实验新型脱水工艺,开展动态模拟实验,以及筛选动力学混合型抑制剂是今后水合物防治的发展方向。     

海底油气管道流动保障技术研究进展

面对深海低温高压的特殊环境,在深海油气田的不断开収过程中,流动保障成为了深海油气资源输送过程中亟待解决的问题之一。在深海油气田的流动保障中所要解决的主要问题是流动堵塞,即水合物、蜡、水垢、沥青质等固相的沉积。主要从蜡沉积、水合物生成以及二者之间的相互影响等三个方面迚行论述,介绍了国内外深海管道流动保障技术研究的最新迚展,为我国在深海油气田流动保障技术的迚一步研究提供了参考。     

数值计算法预测天然气水合物的生成条件

分析和比较数值计算法预测天然气水合物的生成条件,数值计算法大致可分为回归公式法、波诺马列夫法和平衡常数法。而波诺马列夫法[1]是工程计算中对水合物预测较精确的一种方法,该方法在研究和讨论天然气输送过程中水合物的生成和防治,对保障天然气管道的安全运行具有十分重要的实际意义。     

天然气水合物抑制技术研究分析

在天然气开采,输送及储运过程中,生成的天然气水合物常常造成管道、阀门和设备等堵塞,影响正常的运营与生产。结合天然气水合物形成的特点,着重介绍了添加热力、动力抑制剂等控制天然气水合物的工业方法,分析各自的优缺点,并展望了未来抑制技术的研究趋势。     

油水体系内水合物的生成:温度、压力和搅拌速率影响

水合物在管道内的生成对流动安全保障构成了极大威胁。为研究水合物在油水体系内的生成特性,本文以天然气、柴油、水为实验介质,在高压可视反应釜内开展了一系列不同温度、压力和搅拌速率的水合物生成实验。根据测试实验中温度、压力的变化趋势,首先分析了两种不同实验步骤下水合物的生成过程。然后,基于从反应釜可视窗处观察到的实验现象,研究了温度、压力和搅拌速率对水合物生成和分布位置、水合物生成形态及水合物形态演化过程的影响。实验中,可以观察到水合物的聚集、沉积和壁面膜生长现象。同时,实验还研究了温度、压力和搅拌转速对诱导时间、壁面水合物膜生长速率及气体消耗速率等水合物生成动力学参数的影响。本文研究成果可为油气管道水合物防治技术的发展提供理论支持。     

油水体系水合物浆液流动保障研究进展

海洋油气田的高效、安全开采是践行国家深海战略、探索未来战略能源的必要手段。在深海低温、高压环境下运行的多相混输管道的堵塞已成为能源行业安全生产和流动保障的棘手问题，而天然气水合物的快速形成是造成这一问题的主要诱因。明晰油水体系水合物浆液的堵塞机理，开发设计绿色、环保的低剂量水合物抑制剂，掌握浆液的流动特征，将为深水油田多相混输管道的流动保障提供理论基础和技术指导。为此，本文从水合物堵塞过程、化学法防治以及水合物浆液的流动特性等方面总结概括了油水体系水合物浆液的流动保障研究进展。油水体系水合物堵塞主要由水合物的生长、聚集、管壁黏附和着床沉积造成，文章提出：应量化水合物生长、聚集、管壁黏附和着床沉积等因素对流动阻力和管道堵塞的影响，建立科学的工业管道水合物堵塞风险评估理论体系；借助微观尺度实验和分子动力学模拟，厘清不同类型的动力学抑制剂（KHIs）抑制机理和防聚剂（AAs）防聚机理；将实验探索、理论分析和数值模拟相结合，解耦颗粒微观行为与流场宏观物理参数间的关系，定量表征浆液流变性和流动阻力。     

凝析气田长输管道水合物防治的实践应用

凝析气田长输管道输送介质大多为气液混输,冬季沿程温降过大,极易导致管道内生成天然气水合物,为了防止天然气水合物生成对长输管道的堵塞,降低管道过流面积。有必要弄清楚水合物形成的条件和原因,以便提出有针对性的解决措施。凝析气大多为多相流输送,以饱和烃组分为主,在输送过程中由于沿线温度、压力的变化极易引起凝析和反凝析现象,在气液混输中,气相含烃量很高,冬季气温低时促进了水合物的生成。通过对水合物形成原因、塔里木某凝析气田气相组分和运行工况的综合研究,找出最大的影响因素,结合实际,提出最有效的解决方案。通过HYSYS模拟计算,找到了防止水合物生成的最佳方法。采取降压生产,油气分输的措施,并在生产中实践成功。所以,防止天然气水合物的生成十分重要。     

水合物浆液流动与流变特性研究进展

水合物浆液技术作为一门新型水合物防治途径和油-气-水多相安全混输的方式逐渐受到油气生产和运输部门的重视。系统综述了国内外水合物浆液流动特征和流变特性的最新研究进展, 主要从研究装置、宏观形态演化、流率/压阻等其他流动参数变化规律及水合物浆液流变性方面进行了详细讨论。介绍了高压流变仪、高压黏度计及水合物流动循环管路等实验装置, 着重分析了水合物循环管路的优缺点;阐述了水相中水合物浆液和油水体系内天然气水合物浆液宏观形态演化的异同;系统研究了水合物形成过程中体系流量/压阻等其他流动参数变化规律;归纳总结了水合物浆液流变性实验和理论模型的研究成果。     

天然气水合物的生成对浆液流动稳定性影响综述

目前在海底混输管道的水合物风险控制策略中,允许水合物在管道内的生成,以液固浆液流动的形式对海底油气产物进行输送。其中主要通过控制浆液中水合物的生成量和聚集程度,来实现对海底集输管线的流动安全保障。液固浆液流动具有相当复杂的流动特性,固相颗粒的引入对于流体的流动特性影响很大。本文分别综述了拟单相流动体系和气液多相流动体系中水合物颗粒对于管输体系流动稳定性的影响以及水合物对混输管道堵管特性的影响。着重讨论了水合物在管道壁面的生长和沉积特性、水合物与气液流型的耦合关系以及不同体系中水合物的堵管机理。此外,对软件模拟在水合物生成及浆液流动特性研究中的应用做了简单介绍。最后,根据对相关研究结果的总结,指出水合物在壁面生长沉积的微观特性和定量表述、颗粒不同分散形式的临界流速、不同气液流型条件下的水合物生成特性和颗粒行为等是今后水合物相关研究中需要进一步深入探究和明确的问题。     

水合物浆液非牛顿特性与黏度模型研究进展

水合物浆液的黏度及非牛顿特性是水合物流动安全保障的重要参数,其研究对于水合物风险控制技术以及深水油气管线输送的安全预警具有重要的意义。本文介绍了用于水合物生成、黏度及非牛顿特性研究的流变仪类型以及在流变仪内进行水合物生成的实验材料;总结了水合物生成影响因素对水合物生成过程中黏度的影响规律,梳理分析了水合物浆液黏度定量表征模型;从剪切稀释性、触变性、屈服特性以及黏弹性4个方面总结了水合物浆液非牛顿特性的研究成果。总体而言,水合物浆液黏度及非牛顿特性研究存在较强的体系依赖性,构建的水合物浆液黏度模型所考虑的因素各异、普适性不高。最后,本文给出了今后在流变仪内开展水合物实验及模型研究的方向和建议：水合物微观结构参数和浆液流变参数的耦合研究;综合考虑水合物浆液非牛顿特性的黏度预测模型;水合物浆液黏度及非牛顿特性和水合物堵管理论的结合。     

基于群体平衡理论的管内水合物浆流动特性数值模拟

水合物浆的流动特性对深水油气管道的流动安全保障和水合物法气体储运的工业推广具有重要意义。目前已有的水合物浆液流动特性数值模拟方法存在较多的缺陷及不足,为此本文引入了基于水合物颗粒聚集动力学的群体平衡模型。该模型重点考虑水合物颗粒在流动过程中的碰撞频率、聚并效率、破碎频率及破碎后子颗粒的粒径分布函数,可较好地描述管内水合物颗粒的流动行为。根据文献中的实验装置建立三维几何模型,利用Fluent 14.5软件对上述群体平衡模型和相关固液两相流模型进行联合求解,借此模拟流速及水合物体积分数对水合物浓度分布、水合物颗粒粒径分布和流动压降等水合物浆流动特性的影响。本文模拟结果与文献中相关实验数据吻合良好,可为水合物浆技术的规模应用提供借鉴。     

车载天然气水合物储运装置

天然气水合物(NGH)储运技术是一种安全高效且费用较低的储运方法。储运水合物车载装置的出现,为天然气运输又增添了一种选择方式。根据水合物特点,分析了车载装置储运天然气水合物的可行性,介绍了装置的基本结构。NGH储运技术作为一种新式的天然气传输方式,在未来的社会中一定大有可为。     

输气管道中气油水和水合物的瞬态流动特性数值研究

对输气管道中气油水以及水合物的流动特性进行了四相四组分的数值计算研究。应用了相行为模型以及水合物相平衡模型对多组分的混合流动热力性质和水力特性进行研究。提出了相关的控制方程,并对流体与管壁之间的质量、动量以及热传递物理现象进行了描述。应用交错网格技术和有限差分法对控制方程进行求解,对边界条件和相的消失以及出现做出了很好地描述。用前人的调查结果对本文的模型进行了验证。应用此模型对管道中的流体流动特性进行了数值模拟,并通过分析所得结果对水合物的形成位置或潜在的形成位置进行了预测;通过对油气水以及水合物的水力流动特性进行分析,给出了输气过程中防止水合物的形成的方案。     

Experimental study on the rheological behavior of tetrafluoroethane (R-134a) hydrate slurry

Information on the rheological characteristics of clathrate hydrate slurry is vital due to its diverse applications including hydrate slurry transportation as in seawater desalination by gas hydrate process, gas delivery through slurry pipelines, cold thermal energy storage, and secondary refrigeration by hydrate slurries. The current study experimentally investigated the rheological behavior of Tetrafluoroethane (Freon) hydrate slurry formed from R-134a and water serving as a medium for sea water desalination. Experiments were performed in a flow loop with a volume of 5.68?L and an inner pipe diameter of 21.5?mm, which was immersed in a constant temperature bath to maintain hydrate stable condition. Experiments were conducted with two phases in the loop; solid hydrate particles and liquid water. The hydrate solid volume fraction ranged from 15.8 to 31.7?vol%. Pressure drops along the straight section of the pipe were monitored while temperature, solid volume fraction and flow rate were kept constant at desired values. The experimental results indicated that Freon slurry can be considered as a pseudo-plastic fluid. The shear-thinning characteristics of Freon slurry became more pronounced as the hydrate solid fraction increased. An empirical power law type equation that relates the apparent viscosity of the Freon slurry to the hydrate solid volume fraction and shear rate was developed and compared with experimental values. The experimental results well supported the values of the apparent viscosity calculated from the modeled equations.     

Modelling and experimental study of hydrate formation kinetics of natural gas‐water‐surfactant system in a multi‐tube bubble column reactor

To promote the heat and mass transfer during the hydrate formation process, an internal spiral‐grooved tube (ISGT) was proposed as the reaction tube in a large‐scale multi‐tube bubble column reactor with external slurry circulation. In order to investigate such multi‐component gas (natural gas)‐water‐surfactant systems during the hydrate formation process in the ISGT, based on the solute permeation model and Kolmogorov isotropic turbulence theory, a CFD method combined with the population balance model (PBM) was utilized to simulate gas‐liquid mass transfer coefficient. Then, the hydrate formation kinetics model in ISGT was modelled based on the model proposed by Kashchiev and Firoozabadi. The hydrate formation experiments were carried out in the multi‐tube bubble column reactor at six different pressure‐temperature‐circulating flow velocities of piston pump regimes to investigate the actual formation process of natural gas hydrate. The experimental results were then used to finetune the optimized parameters to facilitate accurate model predictions.     

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。