水合物颗粒聚集频率影响因素及正交试验

水合物颗粒聚集频率研究对深水油气管道的流动安全保障和水合物浆技术的工业推广具有重要意义。本文首先定义了水合物颗粒的聚集频率并分别给出了纯水体系和油水体系中水合物颗粒聚集频率的计算公式。根据聚集频率计算公式,影响纯水体系中水合物颗粒聚集的因素主要为剪切速率、颗粒粒径、哈梅克常数和纯水黏度。影响油水体系中水合物颗粒聚集的因素主要为剪切速率、颗粒粒径、油水界面张力、接触角和油水黏度。然后,根据相关参考文献选取各影响因素取值并基于聚集频率计算公式分别计算并分析了各影响因素对水合物颗粒聚集频率的作用规律。最后,通过正交试验设计,分别确定了纯水体系和油水体系中各影响因素的影响次序及其最优组合。本文的研究成果可为深水流动安全保障和水合物浆技术提供理论支持。     

海域水合物钻采水基钻井液中甲烷水合物聚集特性试验探讨

建立了水基钻井液中水合物聚集特性评价试验模拟装置,利用扭矩测试法分析了纯水中甲烷水合物生成过程中水合物颗粒聚集特性及变化规律,并对纯水中防聚剂抑制水合物颗粒聚集性能进行了试验评价.试验结果表明:在水合物生成过程中,扭矩值随水合物转化率的增大先平稳增加,然后剧烈波动,当水合物转化率达27％以上时,易产生水合物聚集构成流动...     

天然气水合物生成与流动特性研究进展

随着石油天然气工业不断向深海、极地等极端开采环境发展,天然气水合物已经成为油气开采和输送安全的主要威胁之一。在水合物生成和分解机理、浆液流变特性以及流动压降特性三个方面分别综述了目前的相关研究进展,同时对天然气水合物今后的研究方向提出了几条建议。     

天然气水合物研究进展

天然气水合物作为清洁、高效、储量巨大的新型能源,其巨大的能源潜力引起世界上很多国家的注意,纷纷投入巨额资金和人力对其进行研究.直到20世纪80年代末期我国才有学者关注和研究天然气水合物,起步相对较晚,因此研究人员做了大量文献资料调研和资料处理等初步研究工作.从20世纪90年代初首次人工合成天然气水合物开始,随着我国政府支持力度的不断增大,在本世纪初我国在东海、南海等地发现天然气水合物矿藏,同时对天然气水合物的成因、动力学机理、形成的条件等方面进行了研究.但如何开采天然气水合物,以及如何防止天然气水合物所带来的温室效应仍是亟待解决的问题.     

基于颗粒堆积理论的管壁水合物沉积层力学特性研究

管壁水合物沉积层的稳定性与管壁水合物沉积层的力学特性密切相关,研究管壁水合物沉积层的力学特性对深水流动安全保障具有重要意义。为研究管壁水合物沉积层的力学特性,假设沉积层内所有水合物均为大小相同的球形颗粒,且沉积层是由多层水合物颗粒相互堆积而成。根据水合物颗粒堆积方式的不同,将管壁水合物沉积层分为简单立方堆积型、六方堆积型、复六方堆积型、四面体堆积型、角锥堆积型和随意堆积型6类。不同类型的水合物沉积层对应有不同的空隙率和层间受力特性,以此为基础,分别计算分析了各类水合物沉积层的压缩波速、剪切波速、泊松比、弹性模量、抗拉强度,并依据摩尔--库仑强度准则给出了各类管壁水合物沉积层的抗剪强度。同时,计算分析了退火作用对管壁水合物沉积层抗拉强度和抗剪强度的影响。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。     

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。     

悬垂水滴表面天然气水合物的生长特性

针对天然气水合物的喷雾法制备,设计并搭建了悬垂水滴显微实验装置,研究了不同温度和压力条件下天然气水合物在悬垂水滴表面的生长形态,建立了水滴表面水合物膜的生长模型,并通过实验研究了驱动力、过冷度、水合反应速率、气体扩散速率及十二烷基硫酸钠(SDS)浓度对水合物膜生长的影响. 结果表明,水合物膜的生长速率随过冷度的增加而增加,实验条件下测得水滴表面水合物膜的生长率为0.24~0.39 mm/s. 水滴表面水合物膜的生长为内扩散控制,水合物的活化能为13.01 kJ/mol. 当SDS浓度为550 mg/L时,界面反应速率常数有最大值0.0027 m/s.     

水平管道水合物浆液流动特性的数值模拟

基于欧拉双流体模型,结合颗粒动力学理论,研究不同水合物颗粒体积分数、不同流速下非均匀颗粒水合物浆液流动过程中水合物颗粒聚集行为、流动压降及浆液速度分布。结果表明:浆液流动压降主要受流速影响,速度越大压降越大。颗粒体积分数在20%—35%,压降变化很小,当颗粒体积分数达到55%时,压降明显变大。水合物颗粒聚集程度随流速增大而降低,低水合物颗粒体积分数下,颗粒聚集呈悬浮状。随颗粒体积分数增大,水合物颗粒呈堆积状聚集,易造成管道堵塞;水合物浆速度梯度随颗粒体积分数增大而增大。随流速增大,速度由非对称变成对称分布,出现较大的速度梯度。保障水合物浆稳定安全流动存在一个临界颗粒体积分数和经济流速。数值模拟为水合物浆液管道输送技术的研究提供理论参考。     

天然气水合物开采模拟研究进展

介绍了天然气水合物(NGH)的结构及分解的基本特性;总结了电解质及沉积物对NGH形成及分解的影响,概括描述了NGH开采的几种可能方法;提出了NGH开采模拟进一步研究的方向。     

天然气水合物的研究进展及分布

综述了国内外天然气水合物研究的发展历程,并对未来发展进行了预测。介绍了天然气水合物的资源潜力分布,以及5种天然气水合物的开发技术。通过分析目前我国的天然气水合物的发展情况,提出了几点建议。     

四氢呋喃和一氟二氯乙烷水合物颗粒聚结特性

实验研究了四氢呋喃（THF）水合物和一氟二氯乙烷（HCFC-141b）水合物颗粒聚结特性,将实验得到的水合物颗粒聚结粒度分布（PSD）与正态分布、对数正态分布、伽马分布、威布尔分布拟合曲线对比,探讨了初始四氢呋喃溶液和一氟二氯乙烷溶液浓度以及搅拌速度对水合物颗粒聚结的影响,并对四氢呋喃水合物和一氟二氯乙烷水合物颗粒特性进行了对比。结果表明,四氢呋喃水合物和一氟二氯乙烷水合物颗粒聚结粒径符合对数正态分布;初始溶液浓度越低、搅拌速度越大,水合物颗粒聚结粒径越小,可以起到防治水合物颗粒聚结的作用;四氢呋喃水合物颗粒粒径是一氟二氯乙烷水合物颗粒粒径的1.3倍左右,从成浆输送的角度来说,一氟二氯乙烷水合物颗粒更易于在管道中输送。     

基于群体平衡理论的水合物聚集动力学模型

水合物颗粒间的聚集是导致油气输送管道堵塞的重要原因,建立聚集模型能更好地进行水合物聚集的防治。首先,假定管道中水合物颗粒粒径连续分布并忽略对流扩散的影响,建立了以群体平衡模型为基本框架的水合物聚集动力学模型。重点考虑水合物的聚集和破碎,该模型的核心主要包括聚集核和破碎核两部分。其中,聚集核包括水合物颗粒间的碰撞频率和碰撞后的聚集效率,破碎核包括水合物颗粒的破碎频率和破碎后子颗粒的粒径分布函数。接着,以前人研究为基础并结合水合物颗粒的自身特性,对模型聚集核和破碎核的计算方法进行了选取和改进。最后,采用计算流体力学方法对模型进行了求解并将求解结果与相关实验数据进行了对比分析。该模型可为管道流动安全保障提供技术支持。     

冰-气生成天然气水合物的动力学研究

对由冰生成天然气水合物过程中的过饱和度和过冷度的作用进行了实验研究。结果表明 ,较大的过饱和度和过冷度提高了生成水合物的含气率 ,同时反应还存在一个最佳反应时间。提出冰转化为水合物的过程是一个包括气体的外扩散、产物层内扩散以及界面反应的过程     

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。     

天然气水合物资源开发现状及前景

天然气水合物被认为是21世纪的主要清洁能源,也是当今世界科学研究的前沿之一。我国开展天然气水合物研究,对我国宏观能源战略决策、开拓新学科领域和社会可持续发展均有重要理论意义和广阔的应用前景。论述了天然气水合物资源及未来,提出了我国应采取的措施及策略。     

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。     

Evaluation on the natural gas hydrate formation process

Gas hydrates have endowed with great potential in gas storage, and rapid formation of gas hydrates is critical to use this novel technology. This work evaluated the natural gas hydrate formation process, which was compared from six parameters, including conversion of water to hydrate, storage capacity, the rate of hydrate formation, space velocity (SV) of hydrate reaction, energy consumption and hydrate removal. The literature was selected by analyzing and comparing these six parameters mentioned above, meanwhile placing emphasis on the three parameters of storage capacity, the rate of hydrate formation and space velocity of hydrate reaction. Through analysis and comparison, four conclusions could be obtained as follows. Firstly, the overall performance of the stirring process and the spraying process were better than other processes after analyzing the six parameters. Secondly, the additive types, the reactor structure and the reactor size had influence on the natural gas hydrate formation process. Thirdly, the energy consumption via reciprocating impact in the hydrate formation process was higher than that via stirring, spraying and static higee. Finally, it was one key for hydrate removal to realize the hydrate industrial production.     

Growth and aggregation micromorphology of natural gas hydrate particles near gas-liquid interface under stirring condition

To investigate the morphological evolution of the whole growth and aggregation processes of hydrate crystals near the gas–liquid interface, we used a high-pressure visual reactor with high-speed camera to capture the micromorphology of hydrate particles in a natural gas + pure water system with pressure from 2.6 to 3.6 MPa and sub-cooling from 4.7 to 6.23 ℃. The results showed that under low sub-cooling conditions, the amount and size of particles increased first and then decreased in the range of 0–330 μm, and the small particles always dominated. These particles can be roughly classified into two categories: planar flake particles and polyhedral solid particles. Then, the concept of maximum growth dominant particle size was proposed to distinguish the morphological boundary of growth and aggregation. In addition, the micro model was established to better reflect the effects of particle formation process and evolution mechanism near the gas–liquid interface under stirring condition. The results of this study can provide a guidance for flow assurance in multiphase pipeline.     

管输节流降压过程中水合物形成研究

天然气管输节流降压过程中容易形成水合物,该物质会堵塞管道、阀门等,造成巨大损失。本文介绍了天然气水合物的形成机理、条件,探讨了水合物形成的平衡常数法、热力学模型计算方法,并介绍了目前常用的水合物防止方法。