水合物防聚剂的性能评价和现场测试

采用高压反应釜和高压循环管路对开发的水合物防聚剂进行实验室评价,对实验室评价效果较好的防聚剂进一步进行了现场测试和工业应用试验。实验结果表明,在含水率达30%(w)时,2.0%(w)防聚剂可有效防止水合物聚结;在高压循环管路中加入防聚剂后,体系未出现流量突降至很小值甚至为零的现象,关闭环路进行重新启动,水合物浆液体系仍能以原来的流量流动,未出现堵塞或沉淀的现象;现场测试直至试验结束,压差曲线未出现大幅的波动。工业应用试验表明,防聚剂在一定条件下可有效抑制水合物的聚结,但存在作用效果不稳定的问题,需更深入的分析影响其作用效果的因素,并开展和其他药剂的配伍性研究。     

盐含量对天然气水合物防聚剂性能的影响

传统的天然气水合物(以下简称水合物)防聚剂评价实验一般在纯水中进行,而现场的水相中通常会混入一定的海水或含有矿化度的地下水,因而前者的评价结果与现场的实际情况存在着较大的差距。为了在更加接近现场实际情况的条件下评价水合物防聚剂的性能,首先使用高压透明蓝宝石釜从宏观角度对水合物浆液的形态进行观察,然后应用粒度仪从微米级进行水合物浆液中液滴—水合物粒径分布的观察测试,最后结合油水界面张力的变化规律对含盐体系水合物防聚剂的防聚行能进行了分析。研究结果表明:①在含3%NaCl条件下,水合物防聚剂CJ(以下简称CJ)对水合物的防聚效果较好;②水合物形成以前,在机械力的搅拌作用下,含CJ的水合物乳液粒径随着含盐量的增加而减小,含盐有利于液滴在油相中的分布;③水合物形成以后,在含3%NaCl的条件下,水合物颗粒分布更小,适量的盐有利于水合物形态的控制;④在2℃条件下,含盐量为3%时,油水界面张力值为最大,达到4.453 mN/m。结论认为,随着盐含量的增加,CJ对水合物的抑制效果增强,但在水合物形成以后抑制效果则不明显,相反盐含量的增加还容易破坏油水乳液的稳定性甚至破坏水合物防聚剂的使用效果。     

凹凸棒石对四氢呋喃水合物浆液流变特性的影响

针对油气集输管道中易发生水合物堵塞问题,需探索新的高效防聚防堵方法以改善水合物浆液流动性。为此,采用超声波处理后的凹凸棒石(ATP)作为防聚剂,利用旋转黏度计研究了质量浓度为0～1.50 mg/mL的ATP对体积分数为0～13.3%的四氢呋喃(THF)浆液在温度为1℃条件下的流变特性。研究表明:含ATP的四氢呋喃水合物呈现出剪切稀释性,属于假塑性流体;随着水合物体积分数的增加,其非牛顿浆液行为表现得更加明显;在相同的体积分数条件下,四氢呋喃水合物浆液黏度随着ATP含量的增加而下降,AIP最佳浓度为0.75 mg/mL,说明ATP可明显分散水合物颗粒,阻止颗粒聚集,形成流动性良好的水合物浆液形态。     

凹凸棒石对四氢呋喃水合物浆液流变特性的影响*贾茹饶永超王树立丁博洋

针对油气集输管道中易发生水合物堵塞问题,需探索新的高效防聚防堵方法以改善水合物浆液流动性。为此,采用超声波处理后的凹凸棒石(ATP)作为防聚剂,利用旋转黏度计研究了质量浓度为0～1.50 mg/mL的ATP对体积分数为0～13.3%的四氢呋喃(THF)浆液在温度为1℃条件下的流变特性。研究表明:含ATP的四氢呋喃水合物呈现出剪切稀释性,属于假塑性流体;随着水合物体积分数的增加,其非牛顿浆液行为表现得更加明显;在相同的体积分数条件下,四氢呋喃水合物浆液黏度随着ATP含量的增加而下降,AIP最佳浓度为0.75 mg/mL,说明ATP可明显分散水合物颗粒,阻止颗粒聚集,形成流动性良好的水合物浆液形态。     

流动体系CO2水合物浆液表观黏度影响因素分析

黏度是表征流体流动特性的重要参数,探究含水率、气液比等因素对水合物浆液表观黏度的影响规律,明确各因素的影响程度大小,对水合物风险控制策略的实施具有重要意义。以CO2、蒸馏水、工业白油、Tween-80为实验介质,依托高压循环水合物环道,基于正交试验设计的方法,选用L9(34)正交表设计并开展了一系列含油体系CO2水合物生成及浆液流动实验,并以水合物颗粒体积分数及剪切力为CO2水合物浆液表观黏度的评价指标,分析了油相类型、含水率、气液比、乳化剂浓度对水合物浆液表观黏度的影响,并对4种影响因素的敏感性大小进行了主次排序,实验结果表明乳化剂加剂量为影响水合物浆液黏度的主要因素。此外,进一步分析了各因素对多相流动摩阻的影响。本研究结论可在一定程度上为多相混输管线的安全运行提供参考。     

季铵盐阳离子聚合物防膨剂对 W/O乳状液稳定性的影响

为揭示季铵盐阳离子聚合物防膨剂对热采稠油乳状液稳定性的影响规律,根据南堡35-2油田热采现场采出液特征,采用高温高压可视相态釜模拟配制油包水乳状液,研究了季铵盐阳离子聚合物防膨剂对油水界面张力、界面剪切黏度及乳状液表观黏度和破乳脱水率的影响。结果表明,随着防膨剂浓度的增大,油水间的界面张力降低,界面剪切黏度增大;防膨剂浓度一定时,随着剪切速率的增大,界面剪切黏度增大并最终趋于稳定。温度对乳状液体系的性能影响较大:防膨剂在55℃时几乎对原油的乳化不产生影响,防膨剂溶液与原油形成的乳状液不稳定;在乳化温度为100℃和150℃下形成的乳状液稳定性高,且其表观黏度随防膨剂浓度的增大而增大;防膨剂浓度一定时,随着乳化温度升高,乳状液的表观黏度明显增大,脱水率降低,150℃时含0.5%~10%防膨剂乳状液的脱水率均为0,稳定性良好。季铵盐阳离子聚合物防膨剂能降低油水间的界面能,提高界面膜强度,增加W/O型乳状液的稳定性。     

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油气输送管线中，气体水合物阻塞物的形成会给油气行业带来巨大的损失，利用防聚剂来抑制气体水合物阻塞物的形成是目前常用的对策措施之一。在可视化蓝宝石测试系统中，主要以甲烷水合物为对象，在水与壬烷的比值分别为2∶8或3∶7时的水—碳氢化合物的混和体系中，对由非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂组成的防聚剂进行了实验研究。结果表明，该类防聚剂的用量最高只有0.7％（与水质量相比的质量分数），所能承受的最大过冷度最高却达到19 ℃，与单组分的表面活性剂防聚剂相比（用量一般为3％～0.5%，最大过冷度最高仅为12 ℃），前者的防聚性能有了很大的提高。另外，还对该类防聚剂的作用机理进行了探讨。     

含蜡晶天然气水合物浆液黏度的影响因素

天然气水合物浆液黏度特性是判别水合物浆液输送流动性的重要指标。在深海油气田开发中,特别是对于高含蜡体系,蜡晶与天然气水合物共存的情况时有发生。为此,利用高压天然气水合物流变测量系统,探究了含蜡量、搅拌转速和压力等因素对含蜡晶存天然气水合物浆液黏度的影响规律。实验结果表明:(1)含蜡晶天然气水合物浆液呈现剪切稀释性;(2)含蜡量越大,天然气水合物浆液黏度越高,原因在于悬浮在连续相的蜡晶与吸附在天然气水合物颗粒表面的蜡晶,均对天然气水合物聚并体的增大起到了促进作用;(3)在相同含蜡量的情况下,随着搅拌速率的增加,因体系所受剪切作用强度增加,导致天然气水合物浆液黏度下降;(4)当体系初始反应压力提高时,天然气水合物生成驱动力增强,生成量增加,会显著增加天然气水合物浆液黏度。结论认为,研究蜡晶在高压搅拌天然气水合物浆液体系内的微观分布规律,将是未来探讨蜡晶对天然气水合物浆液黏度特性影响的重要方向。     

处理剂对聚磺钻井液胶体稳定性影响

为实现废弃聚磺钻井液的高效处理,以配方3%膨润土+3%SMP-2(抗高温降滤失剂)+3%SMC(抗高温降滤失剂)+3%SPNH(降滤失剂)+0.3%FA-367(包被剂)+0.2%XY-27(降黏剂)+3%磺化沥青(抑制剂)的聚磺钻井液为基础,通过采用近红外扫描分散稳定性分析仪测试聚磺钻井液体系的分散稳定性、用稳定性动力学指数TSI值定量表征钻井液的胶体稳定性,研究了各类处理剂对聚磺钻井液胶体稳定性的影响。通过测定钻井液体系表观黏度与Zeta电位,分析了各类处理剂对钻井液胶体稳定性的影响机制。结果表明:各类处理剂均会影响聚磺钻井液体系的胶体稳定性;未加抑制剂的钻井液对应的TSI增加了88.5%,表观黏度降低了74%,Zeta电位绝对值降低了9.2%;未加两性离子类包被剂和降黏剂的钻井液对应的TSI减少了46.2%,表观黏度降低了51.9%,Zeta电位绝对值增加了16.1%;未加抗高温降滤失剂SMP-2和SMC的钻井液对应的TSI减少了42.3%,表观黏度增加了10.4%,Zeta电位绝对值减少了33.3%;未加降滤失剂SPNH的钻井液对应的TSI减少了19.2%,表观黏度减少了23.4%,Zeta电位绝对值减少了8%。磺化沥青类抑制剂主要通过改变表观黏度影响钻井液体系的胶体稳定性,包被剂、降黏剂、以及稀释剂主要通过改变Zeta电位影响体系的胶体稳定性,降滤失剂则通过同时改变黏度和Zeta电位影响钻井液体系的胶体稳定性。     

天然气水合物浆流变性的研究现状及发展趋势

天然气水合物浆技术作为一种新兴的水合物防治手段和油气混输方式因其具有巨大的优势而引起了人们的普遍关注,浆液的流变性研究是水合物浆技术实现工业应用的关键,然而,目前相关的文献报道较少。为此,对国内外水合物浆流变性研究进行了系统的介绍,总结了水合物浆的宏观与微观流变性研究方法、测试手段及相关结论,归纳了水合物的体积分数、流速、含水量、水合物颗粒粒径等因素对水合物浆流变性的影响规律,从水合物颗粒聚集力及其影响因素、聚集动力学模型两方面解释了水合物颗粒微观聚集机理,在此基础上提出了强化水合物浆稳定性的4条措施：①提高水转化率,获得 “干水合物”颗粒;②将水合物颗粒表面变为油湿性,以降低液桥形成几率;③控制热力学条件实现冷流技术;④寻找临界流速。同时,分析了目前水合物浆流变性实验及理论研究中存在的3个问题：①水合物浆流变性各影响因素之间可能存在交互作用,实验方案不免有疏漏之处,其结论难以具有代表性;②研究缺乏理论基础,说服力较差;③目前的实验研究结论不能直接应用于现场生产,实验研究有待改进且难度较大。最后,指出了未来水合物浆流变性研究的5个方向：①构建微观聚集动力学模型,研究水合物颗粒的聚集机理;②将水合物浆的宏观流变性与微观流变性研究相结合;③寻找水合物浆液稳定流动的临界条件及代表参数,建立稳定流动的评价指标;④加强防聚剂的研究,扩大其使用范围,提高防聚效果,降低药剂成本;⑤研究水合物浆流变性的机理,继续寻找其他可提高水合物浆液稳定性的措施。     

天然气水合物浆液黏度的实验研究

随着海洋天然气开发深度的增加，混输管线的天然气水合物堵塞问题越来越受到重视。传统的水合物防止技术，如保温、注入甲醇等方法，因应用条件苛刻和高成本等原因而很难应用于深海油气田的开发。新的替代技术之一就是把天然气水合物以固体颗粒的形式分散在多相流中形成浆液进行输送。为此，应用高压落球式黏度计测试了合成天然气在柴油和凝析油中形成的水合物浆液黏度。实验结果表明，浆液的相对黏度随水合物分率的增加而增加，并且当天然气水合物分率大于某个临界值时，相对黏度增加的幅度增大。初始乳状液黏度对浆液黏度影响很大。甚至当初始乳状液的黏度较大时，低天然气水合物分率浆液黏度会大于高水合物分率浆液黏度。     

低剂量水合物抑制剂对油田污水稳定性及环境影响的试验研究

低剂量水合物抑制剂是天然气开发中一种重要的化学品,随多相混输体系进入到油气水处理系统后,对油气水处理工艺和处理效果有着不同程度的影响。本文重点研究了5种不同类型的水合物抑制剂进入污水处理系统后对污水稳定性的影响,并初步探索了这几种水合物抑制剂对海洋环境的影响情况。研究表明不同类型的水合物抑制剂对油田污水的稳定性、污水中颗粒物粒径大小等有着不同程度的影响。进入污水处理系统的水合物抑制剂使污水的COD显著增加,直接排放易对环境造成污染,且很难采用一般的絮凝沉降方法去除,但因其具有良好的可生化性,可通过生化法进行处理。     

天然气油基水合物浆液流动实验

为了解决高压油气混输管道中天然气水合物堵塞的问题,利用中国石油大学(北京)新建的中国首套高压(设计压力15 MPa)天然气水合物实验环路进行了天然气油基水合物浆液流动实验,探究了压力、流量等因素对天然气水合物浆液流动、堵管趋势以及堵塞时间的影响,并利用实时在线颗粒粒度仪监测了天然气水合物浆液生成过程中体系内天然气水合物颗粒粒径的变化趋势。实验结果表明:压力越高,天然气水合物堵管时间越短,天然气水合物的堵管风险增大;增大流量可以减缓天然气水合物堵管趋势,降低天然气水合物堵管的概率,但存在"临界最低安全流量"现象,即当流量大于某值时,天然气水合物不会发生堵管,流体以浆液的形式在环路中流动。反之,则会发生天然气水合物堵管事故;在天然气水合物生成过程中天然气水合物颗粒的粒径(弦长)分布会发生显著变化,天然气水合物颗粒间的聚并是导致天然气水合物浆液发生堵管的主要原因。     

含天然气水合物的海底多相管输及其堵塞风险管控

为了提升深水油气开发海底输送系统多相流动的安全运行水平、推进“天然气水合物（以下简称水合物）浆液输送技术”的工业化应用进程,基于所搭建的水合物流动保障实验平台,结合水合物动力学生成机理、多相流动规律和可靠性理论,开展了含水合物的海底多相管输及其堵塞风险理论与技术研究。研究结果表明：①水合物颗粒的存在,会减少分层流区域,增强段塞流动趋势,更易形成环状流和波浪流,基于小扰动法所建分层流判别准则,能合理划分实验流型数据;②考虑水合物颗粒间聚并剪切,结合有效介质理论,建立了水合物浆液的黏度、阻力计算方法,预测精度均在±20%以内;③提出了含水合物多相管输的临界悬浮流速概念,分别建立了低于该流速的气浆、高于该流速的固液多相流动机理模型,能更加合理地描述水合物颗粒与多相流动耦合影响规律; ④观察到水合物壁面沉积4阶段历程,通过不同实验条件下水合物沉积率的定量表征分析,揭示了各因素对水合物壁面沉积的作用机理;⑤定量分析了不同流型下水合物颗粒的聚并沉积状态,定性分析了各流型中水合物的堵塞机理及风险;⑥引入可靠性理论,建立了以水合物体积分数为判定条件的极限状态方程,耦合抽样及快速求解理论,实现了含水合物多相输送管道堵塞概率表征,并给出了水合物浆液管道稳定运行的安全评价等级划分原则。结论认为,该研究成果能从定性和定量两个方面有效预测多相混输管道中水合物的生成及堵塞风险,有助于保障海底输送系统多相流动的安全运行。     

天然气水合物浆液摩阻的实验研究

随着海洋油气开发向着深海进军,为了防止发生从海底井口到生产平台的多相混输管道天然气水合物堵塞,传统天然气水合物抑制方法将会大大增加开采成本,而以天然气水合物浆液形式进行输送已成为深海油气输送的一种新方法。为此,在天然气水合物壳模型的基础上开发了HyFlow软件,在水—柴油体系的天然气水合物浆液环路实验中,计算了天然气水合物颗粒的粒径,得到了天然气水合物浆液中颗粒大小与含水率的关系,讨论了不同含水率下最大填充系数的确定,分析了颗粒大小对天然气水合物浆液摩阻系数的影响。结果发现:当含水率在15%～25%时,天然气水合物颗粒的表观直径为0.974mm,而摩阻系数约为0.22。此研究结果为模拟计算天然气水合物浆液的流动提供了实验依据,也为正确设计和布置混输管线的工艺流程奠定了基础。     

倾斜管中CO2水合物生成及堵管实验研究

研究倾斜管内气液两相流的堵管机理对于保证油气的安全输送起到至关重要的作用。因此,在高压可视水合物实验环路上开展了倾斜管中水+CO₂体系下的水合物堵管实验,探究了压力、流速等因素对CO₂水合物浆液流动和堵管时间的影响。实验结果表明,在流速分别为3 L/min或5 L/min或7 L/min的条件下,初始压力为2.7 MPa、3.0 MPa和3.3 MPa时,水合物浆液流动时间分别为451 s、336 s、303 s或632 s、510 s、391 s或740 s、657 s、512 s。由此可知,初始压力越大,水合物浆液的流动时间越小,管路越容易发生堵塞。在初始压力分别为2.7 MPa或3.0 MPa或3.3 MPa的条件下,流速为3 L/min、5 L/min和7 L/min时,水合物浆液流动时间分别为451 s、632 s、740 s或336 s、510 s、657 s或303 s、391 s、512 s。由此可知,初始流速越大,水合物浆液的流动时间越大,管路越不易发生堵塞。因此,可以通过减小初始压力和增大初始流速来有效减小管路堵管趋势。     

管道流动体系下天然气水合物生成模型的研究进展

管道流动体系下天然气水合物生成模型的建立对天然气水合物浆液的输送、管输天然气水合物防治以及天然气水合物技术的应用都具有重要意义。为此,查阅了大量的国内外相关文献并进行了总结与分析,认识到目前对该类模型的研究较少,现有的模型也是在静态釜式反应器天然气水合物生成理论基础上拓展而来的,主要包括驱动力、成核速率、诱导时间、水合物生长等方面的模型,上述模型被广大研究者用于计算管道单个截面处天然气水合物的生成速率预测,具有较好的计算精度。但现有模型用于管道流动体系下天然气水合物生成特性的预测还不成熟,需要进一步开展管道流动体系下天然气水合物的生成机理、管道沿线温度变化、添加剂及其流动界面对气液传质的影响等研究,建立动力学、传热、传质三者相结合的管道流动体系下天然气水合物生成模型,以此来解决管道流动体系下天然气水合物生成预测的技术难题。     

水合物法天然气管道输送的实验研究

随着海洋油气开发向深海进军,海底油气混输管线受困于天然气水合物堵塞问题。天然气水合物浆液管道输送技术是保障深水油气田开发的新工艺,而研究天然气水合物浆液的流动特性则是实现上述管输新技术大规模工业应用的重要基础。为此,自行设计了一套模拟海底油气管道天然气水合物生成及其浆体流动的实验装置,分析了模拟海底管道工况下天然气水合物的生成特点,推断出海底管道中天然气水合物生成大致经历乳状物→粒状物→团状物→云状物4个过程;测定了不同工况下天然气水合物生成的诱导时间和生成时间,发现随着反应压力增大,天然气水合物的诱导、生成时间逐渐缩短;比较了温度对天然气水合物生成的影响,发现随着温度升高,天然气水合物的诱导、生成时间均变长;研究了不同工况下的耗气量;初步探讨了海底管道中流动体系下天然气水合物的生成机理。该成果为海底管道以水合物法输送天然气提供了技术依据。