预防和解除天然气水合物堵塞的方法探讨

在天然气开采过程中由于天然气中含有水、硫化氢等杂质,易形成水合物堵塞工艺管线,影响天然气生产任务的完成;有时甚至造成憋压引起管线、设备爆炸等安全事故。如何有效地预防和及时解除天然气水合物的危害呢？ 本文从生产实践中总结出一些规律和方法,希望对从事天然气生产的相关人员有一定参考价值。     

特殊浸润性材料在防治油气管道中水合物成核与聚集的应用

天然气水合物是一种绿色化石能源，但是在石油和天然气开采、管道运输过程中，管道内形成的水合物会聚集堵塞管道，对油气管道安全储运带来严峻挑战。首先，本文结合国内外关于防治水合物成核与聚集的实验和分子模拟研究成果，介绍了不同运输体系中天然气水合物成核、聚集过程以及影响因素，回顾了传统防治天然气水合物成核与聚集方法及其利弊。其次，阐述了特殊浸润性材料基本概念以及在油气相关领域的应用，并着重梳理了其在抑制天然气水合物成核与防止天然气水合物黏附聚集管壁等方面的研究进展。分析了不同运输体系中特殊浸润性材料在应对天然气水合物成核与聚集应用过程中存在的挑战，并对其提出针对性解决设想。最后，对特殊浸润性材料应对水合物成核与聚集领域的未来发展趋势进行了展望。     

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。     

电解质及醇类对天然气水合物相平衡影响机理分析

天然气水合物作为潜力巨大的清洁资源,同时对天然气运输管道会产生堵塞,影响运输。开展天然气水合物相平衡的研究,对天然气水合物的开发及天然气的运输有重要的意义。总结了电解质及醇类对水分子间氢键形成和天然气水合物相平衡的影响相关研究成果,在天然气水合物生成机理的基础上,运用氢键理论分析电解质及醇类对天然气水合物相平衡的影响。此外,推测电场与磁场及微波对水合物的形成也有产生一定的影响。     

微波作用下天然气水合物分解的研究及应用

介绍了微波和天然气水合物的作用的国内外实验研究进展，说明了微波对天然气水合物的分解有很大的促进作用，分析了用微波加热开采天然气水合物资源、解除天然气输送、开采过程中天然气形成水合物而造成的堵塞等应用的可行性，最后展望了微波在天然气工业中的广泛应用前景。     

热力法开采天然气水合物的模拟实验研究

在天然气水合物一维开采模拟系统上进行了模拟热力法开采天然气水合物的实验研究. 使用甲烷气体与NaCl溶液在一定温度和压力条件下形成水合物. 通过以不同速率注入不同温度的热水,研究了热力法开采水合物过程中含水合物沉积物的温度分布以及甲烷气体、水生产规律. 结果表明,在整个分解过程中,气体生产速率随时间增加而增加,直到达到最大值后开始下降,而水生产的速率几乎保持恒定. 通过对实验结果的能量分析表明,热力开采的能量效率在0.38~2.59之间. 注入热水的温度、速率以及沉积物中水合物的饱和度对热力法开采水合物的能量效率有重要影响.     

大牛地气田水合物防治工艺

天然气水合物形成后堵塞井筒、管线、阀门及各种设备,给天然气的开采、集输和加工带来危害,如何经济有效地防止水合物生成是很多油气田面临的问题。大牛地气田产水气井在不同程度上存在水合物问题,某些气井水合物堵塞相当严重。本文分析了大牛地气田水合物形成情况和水合物抑制剂的使用情况,通过现场数据对甲醇和乙二醇进行对比,优选甲醇作为大牛地水合物抑制剂,并给出合理的抑制剂用量为现场应用提供了理论指导。     

天然气水合物开采方法的数值模拟研究进展

天然气水合物具有含气量高、污染低、储量大等优点,但存在埋藏深、导热性差等问题。介绍了国内外天然气水合物开采技术的研究和应用进展,概述了传统天然气水合物开采方法的优缺点,指出天然气水合物开采难度大的普遍问题,分析其原因为天然气水合物开采效率低、能耗高、风险大,以及天然气水合物开采背景与该产业链发展水平不相匹配等。在此基础上提出了利用数值模拟技术对海底和冻土层下的天然气水合物开采进行研究,并叙述了数值模拟技术在天然气水合物开采领域的发展现状,利用该方法便捷、经济、高效的特点,最终形成天然气水合物开采方法与数值模拟技术相结合的新型开采理念。     

二氧化碳置换法开采天然气水合物的研究现状

天然气水合物在开采过程中形态会发生变化，从固态变为液态和气态，即发生相变。因此，水合物的开采原理主要是围绕改变水合物稳定存在的条件(温度和压力为主要因素),促使水合物分解，从而产生天然气。目前，天然气水合物开采技术主要有注热法、降压法、化学试剂法和二氧化碳置换法。其中，二氧化碳置换法开采天然气水合物具有十分重要的现实意义。这种方法可以弥补传统开采方法的不足，并有望成为未来工业化天然气水合物开采的主要技术之一。     

外部剪切对天然气水合物生成影响的实验研究

未来对于天然气的运输、调峰以及储存等领域,天然气水合物都会起到重要的作用,天然气水合物应用技术的关键在于天然气水合物的快速及大量生成。因此,对天然气水合物生成过程做进一步研究很有必要。目前,人们主要研究了温差、压力扰动、降温速度等因素对水合物生成过程的影响作用,但基于剪切作用对水合物生成的研究还不够深入。因此,实验研究了在含动力学抑制(PVPK90)的条件下,有无剪切作用对CH4水合物生成量的影响。结果表明:剪切作用会增加天然气与水分子的碰撞几率,促进水合物晶核的生成和成长,但同时会阻碍水合物晶核微粒的聚结作用。一定体积的溶液下,形成的水合物晶核微粒数量受到限制。在剪切作用被消除后,内壁上会聚结并附着大量水合物晶核,并为新的水合物晶核形成提供空间。因此,使甲烷水合物晶核的形成过程与聚结过程在两个连通的容器中同时进行,则水合物的形成过程不会被阻止。更换水合物晶核聚结的容器,则工业上能够大量生成用于储存运输天然气的水合物。     

RECENT ADVANCES IN HYDRATE-BASED TECHNOLOGIES FOR NATURAL GAS STORAGE--A REVIEW

Interest in the possibility of storing and transporting natural gas in the form of clathrate hydrates has been increasing in recent years, particularly in some gas-importing and exporting countries.The technologies necessary for realizing this possibility may be classified into those relevant to the four serial processes (a) the formation of a hydrate, (b) the processing (dewatering, pelletizing, etc. ) of the formed hydrate, (c) the storage and transportation of the processed hydrate, and (d) the regasification (dissociation) of the hydrate. The technological development of any of these processes is still at an early stage. For hydrate formation, for example, various rival operations have been proposed. However,many of them have never been subjected to actual tests for practical use. More efforts are required for examining the different hydrate-formation technologies and for rating them by comparison. The general design of the processing of the formed hydrate inevitably depends on both the hydrate-formation process and the storage/transportation process, hence it has a wide variability. The major uncertainty in the storage-process design lies in the as-yet unclarified utility of the "self-preservation" effect of the naturalgas hydrates. The process design as well as the relevant cost evaluation should strongly depend on whether the hydrates are well preserved at atmospheric pressure in large-scale storage facilities. The regasification process has been studied less extensively than the former processes. The state of the art of the technological development in each of the serial processes is reviewed, placing emphasis on the hydrate formation process.     

天然气水合物储运技术中水合物反应器的研究进展

可观的储气率与自保效应的存在使得天然气水合物能作为一种天然气储运的方式,并且在与其他如液化天然气、压缩天然气储运方式比较时有着自己独到的优势。但由于针对水合物储运的研究起步较晚,利用水合物储运天然气的技术尚未成熟。尤其是在水合物反应器的研究上,生成水合物的速率较低,无法达到工业生产所需要的水平。本文通过调研国内外文献与专利等资料,介绍了国内外天然气水合物储运技术发展状况,简述了水合物生成强化的物理化学手段与机械手段,详述了搅拌式等传统天然气水合物反应器与管式、超重力式等新型天然气水合物反应器的结构与工作原理。根据现有水合物反应器的特点与存在的问题,对水合物反应器的研究方向提出建议：未来应当加快对喷淋式、超重力式与流化床式反应器的放大研究,加快针对不同物理强化手段与机械强化手段的协同作用研究,建立起以天然气储运为目的的水合物反应器评价体系。     

天然气单管伴热集输管道伴热优化

天然气在开采出来之后,经常含有水,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。天然气水合物可能导致管道、仪表和分离设备的堵塞,对天然气的输送是有害的。石油与天然气输送的管道中,常用采用添加除水剂的方法,压力控制方法,伴热的方法来维持生产操作及停输期间管道内介质的温度与压力。着重研究利用单管热水伴热的方法来抑制天然气集气管道中水合物的生成。主要概述了利用热水伴热方法对管道进行伴热,并且借助VB程序编制软件完成热水伴热的输送过程的相关分析计算,通过计算的数据结果进行绘图,在符合实际伴热条件的的同时,选出最优方案。     

天然气水合物形成与生长影响因素综述

天然气水合物(NGH)是水分子和天然气分子形成的一种复杂的笼型晶体,其在油气管道输送、天然气储存和制冷等行业中都具有重要的研究意义和利用价值,但天然气水合物的形成是一个多组分、多阶段的复杂过程,不同因素对于天然气水合物形成和生长的影响尚有待明确。本文介绍了天然气水合物形成的物理过程以及水合物成核的3种机理假说;详细梳理了基质两亲性、添加剂、多孔介质环境和杂质、液体组成、温度压力以及流动条件等因素对于天然气水合物形成和生长的影响,并对其作了简要分析。同时指出,原油组成对于水合物抑制效果的定量化、蜡晶结构对于水合物形成过程中传质和传热的影响以及微观化的动力学抑制剂抑制机理等都是水合物相关研究中需要进一步深入探究和明确的问题。     

天然气水合物浆体流变性与安全流动边界研究进展

水合物安全流动技术作为一种新型的天然气运输管理方法具有广阔的发展前景,本文在综述国内外天然气水合物安全流动研究的基础上,分析了管道流动天然气水合物生成机理、特点和对油气管道的不利影响以及现有水合物安全流动研究存在的问题,包括实验管道长度较短、着重流动规律的研究而缺乏对流动边界的拓展等。进而对国内外天然气水合物低剂量抑制剂(low dosage hydrate inhibitor,LDHI)在保障天然气水合物安全流动、拓展天然气水合物安全流动边界以及螺旋流携带研究进行了总结评述;随后提出了利用螺旋流悬浮输送技术保障天然气水合物安全流动、拓展流动边界的新型方法。结合实验结果分析表明:螺旋流动从宏观上改变水合物浆体流动特点、有效提高水合物浆液的输送浓度并可拓展水合物安全流动边界。     

海上高压气田水合物形成及乙二醇注入分析

海上气田在正常生产中由于受温度、压力、流动条件突变等因素影响,可能会形成天然气水合物,从而引发管道堵塞、设备超压等生产事故,为了防止水合物的生成,通常采取注入乙二醇进行水合物抑制。本文结合实际的高压天然气田开采工程经验,得出水合物形成的三个主要工况—正常生产工况、长时间关井工况、关井再启动工况,运用ASPEN HYSYS模拟与Hammerschmidt公式计算相结合的方法分析水合物的形成和乙二醇的注入,解决了工程实际问题,对类似高压气田的开发有重要的借鉴意义。     

次氯酸钙对水合物中甲烷储气量的影响

1 INTRODUCTION At present,natural gas accounts for 3% of the total energy consumption in China.It will go up to 5% in 2005 and 8% in 2010. Natural gas storage is a subject of great interest to many industries and particularly to transportation.Compressed natural gas,liquefied natural gas and adsorbed natural gas are techniques widely used.The possibility of developing a convenient storage system based on hydrate has been explored for about ten years around the world[1-5].Gudmundsson[1] has focused on the storage and transportation of gas as hydrate at atmospheric pressure since 1990.Khokhar[2] used 1,3-dimethylcyclohexane and polyvinyl-pyrrolidone as additives to lower hydrate formation pressure. Saito[3] surveyed the effects of tetrahydrofuran and acetone.Rogers[3] used sodium dodecyl sulfate as accelerator to natural gas hydrate formation. In this work,the effects of calcium hypochlorite on hydrate formation are investigated.The data show that it can lower the degree of supercooling and enhance the relative cage occupancy.     

降低“固封”对甲烷水合物生成的影响

随着天然气的大量使用,其储存、运输及调峰越来越重要。天然气水合物在常压状态下具有高储存比,适合应用于天然气的储存、运输及调峰过程中。因此,对天然气水合物的生成研究具有重要意义。本文研究了如何大量生成水合物并保证水合物具有较高储气率的方法。在含聚乙烯吡络烷酮[PVP(K90)]的溶液中,改变PVP(K90)的质量分数、搅拌器的转速与搅拌器的类型,研究甲烷水合物生成量与水合物储气率的变化。结果表明,添加一定低质量分数的PVP(K90)和增加搅拌速度,均可以延迟水合物层的"固封"作用,增加水合物的生成量。在PVP(K90)质量分数高于2%时,生成水合物的密封性降低,水合物"固封"作用被破坏,但是水合物储气率较低。采用不同形式的搅拌杆,在旋转过程中形成空心圆柱,破坏水合物层的"固封"作用,搅拌杆附近的甲烷与水合物晶核被输送到溶液底部,增加了水合物的生成量,而且水合物的储气率较高。在水合物生成过程中,存在水合物微粒多次聚结的现象,使甲烷的消耗量迅速增加。