多孔介质对天然气水合物形成的影响

天然气水合物大量存在于海洋底部的淤泥多孔介质中，但多孔介质对天然气水合物形成过程的影响规律究竟如何，从理论和实验上进行了探讨。相平衡模型表明，多孔介质的表面张力作用使多孔介质毛细管中的气体-水合物-水达到三相平衡；对多孔介质和自由液面的相平衡影响因素分析表明，在相同浓度条件下，多孔介质中天然气水合物形成相平衡的温度更低，压力更高；对多孔介质和自由液面天然气水合物的实验分析表明，多孔介质对水合物的形成过程（天然气溶解阶段，水合物诱导阶段，水合物成长阶段）的影响程度不同，多孔介质缩短了水合物形成的诱导时间，在成长阶段较之自由液面生长的速率要快。     

热传递对甲烷水合物生成速度的影响研究

为了深入了解传热对甲烷水合物生成过程的影响,在体积10L的静态反应器中,研究了不同的制冷液温度、流量和气体温度条件下甲烷水合物的生成状况。实验过程中设定水溶液的初始温度为276．15K,压力为（6．6±0．2）MPa,反应水量为1．92kg。实验结果表明,当较大量的合成甲烷水合物时,如果甲烷水合物生成热不能被及时带走,反应液体温度将迅速升高,导致甲烷水合物生成速度很快变小甚至停止;同时,气体温度对甲烷水合物的诱导期和生成速度也有重要影响,气体温度越低,甲烷水合物生成诱导期越短,生成速度越快。因此,热传递是影响甲烷水合物生成速度的关键因素。     

一套模拟渗漏型天然气水合物形成与分解的实验系统

目前用于研究海底渗漏型天然气水合物（以下简称水合物）形成与分解动力学特征的实验装置和实验系统非常少,且普遍不具备大的反应空间和适合海底的高压环境,更不能提供与反应空间匹配的气体流通量范围。为此,设计了一套模拟渗漏体系里气体移动并在可视化分段、分相环境下形成水合物的综合实验系统,整套实验装置由5个部分组成：①反应系统,主要是可视化大容积高压透明反应釜;②与反应釜连接、并为反应釜提供所需压力的供气系统;③为反应釜提供所需温度和湿度的温控系统;④与反应釜连接并为其提供真空环境和保证气体顺利循环的动力系统;⑤与反应釜连接,实时采集温度、压力、电阻率、压差和流量数据并记录处理数据,观测试验进行的数据采集系统。实验结果表明,该实验系统能获得准确可靠的各种数据（气体流量、压差和电阻率等）,可以模拟不同流通量和压差下水合物形成与分解的过程,为实际海底类似条件的水合物研究提供实验数据和理论参考。     

基于HYSYS的C3/MRC天然气液化流程影响因素分析

基于悬浮气泡表面生成气体水合物的高压可视化实验装置,分析探讨了系统压力、温度、水质因素对天然气水合物的成核和生长规律的影响。研究结果表明,随着反应温度的降低和反应压力的增大,诱导时间和生长时间呈现出缩减的趋势,气泡表面水合物逐渐由粗糙变得光滑;蒸馏水形成的水合物比较规则、密实,而纯净水形成的水合物略显凌乱、松散;相同实验条件下,蒸馏水生成水合物的诱导时间和生长时间较短。     

天然气水合物诱导时间影响因素的试验研究

以气体水合物形成过程中的诱导现象为基础,通过对喷雾强化方式制取天然气水合物的诱导时间进行试验研究,考察分析了系统进气方式、温度、压力、水源及喷嘴等因素对诱导时间的影响规律.试验表明,喷雾方式制取天然气水合物时,诱导时间普遍较短,诱导现象不明显;反应釜设定初始温度和压力对诱导时间有一定影响,但不是很明显;水源和雾化喷嘴对诱导时间的影响较大.因此,喷雾强化方式可以大大缩短水合物形成的诱导时间,是一种行之有效的促进水合物形成的技术.     

微型鼓泡器中甲烷水合物的生成特性

研究了高压鼓泡装置中进气速率、压力、温度及滤网目数对纯水体系甲烷水合物的生成动力学和形态的影响。实验结果表明,提高进气速率和压力、降低温度均可提高甲烷水合物的生成速率,但随着进气速率的提高,甲烷气体转化率减小;增加滤网可显著提高水合物生成速率和甲烷气体转化率,最优的滤网目数为200目。甲烷水合物极易在气液界面生成,形成水合物泡。进气速率对水合物形态有显著影响,进气速率较低时水合物泡保持原有形态不易被破坏,不断聚集,水合物较疏松;进气速率较高时,气体溢出,水合物易变形破裂,不断堆积,水合物较致密。压力和温度对水合物形态的影响较小;增加滤网可显著减小气泡体积,形成较多的水合物泡。     

高压含硫天然气水合物预测方法与防治措施研究

以相平衡热力学理论为基础,建立适用于水、醇、酸气体系的天然气水合物热力学模型,研究气体溶解度在酸性介质水、醇体系相平衡条件下的变化规律,以及含硫量和醇对高压酸性天然气水合物形成条件的影响规律。研究结果表明：在温度264.9～311.64 K、压力0.56～186.2 MPa的100组实验数据中,天然气水合物形成条件与实验值的平均绝对偏差分别小于1 K和5.86 MPa,其精度高于PR和SRK状态方程预测值,高浓度范围内甲醇和乙二醇质量浓度变化引起的水合物生成温度下降速率大于低浓度范围。当富水相中甲醇或乙二醇液的质量分数在60%～70%范围内变化时,水合物生成温度的下降速率最大。以高压含硫气井麟3井为例,针对三种工况制定了水合物抑制措施,确定了热力缓蚀剂的加注量和加注浓度,可避免水合物冰堵,在各级节流过程中使用效果显著。     

联用型水合物促进剂对甲烷水合物生成过程的影响规律研究

水合物较低的生成动力学速率和较高的相平衡条件是困扰水合物技术工业化应用的主要原因。研究了热力学促进剂（四丁基溴化铵（TBAB））和动力学促进剂（十二烷基硫酸钠（SDS）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS））联用时对甲烷水合物生成热力学和动力学的促进行为，重点考察了3种促进剂质量比、联用型水合物促进剂质量分数和初始实验温度等因素对联用型水合物促进剂性能的影响。结果表明，将SDS、SDBS和TBAB以质量比2:1:1联用时，对甲烷水合物生成热力学和动力学均具有良好的促进作用，可有效降低甲烷水合物相平衡条件；适宜的联用型水合物促进剂质量分数为0.05%～0.30%，其中质量分数为0.10%时，诱导时间为75 s；降低初始实验温度可增加甲烷水合物生成的反应推动力，有利于快速成核与生长，当初始实验温度为276.15 K时，储气量高达170 mL/mL(1 mL水储存170 mL气体)。此外，联用型水合物促进剂的核心组分为离子型表面活性剂，在机械搅拌作用下体系会产生大量气泡，加快气液传质速率，因此甲烷水合物颗粒最初在界面气泡处出现，随后呈现气相和液相双向生长趋势，进而快速充满反应釜，有利于对甲烷等气体小...     

一种评价水合物抑制剂性能的新方法

水合物抑制剂的现行评价方法需要在低温、高压条件下进行,且要在体系内通入气体（如甲烷、乙烷、丙烷等）,需要大型的实验设备,实验时间较长。本文以相对分子质量相近的类烃液体（四氢呋喃）代替天然气,在其形成水合物的临界温度下进行实验,忽略压力对形成水合物的影响,根据水合物晶体析出时间的长短来考察水合物抑制剂抑制性的好坏。     

氧化石墨烯作用下的CO_2水合物生成化学亲和力模型

纳米颗粒氧化石墨烯(GO)作为一种环保高效的水合物生成促进剂,少量即可大大加快气体水合物生成速率,缩短诱导时间,增大耗气量,但是目前缺少模型来研究含有GO体系中气体水合物的生成。因此利用高压反应釜,研究了279.15～281.15K和4～6MPa条件下,质量分数为(10～500)×10~(-6)的GO对二氧化碳水合物生成的影响。实验研究表明GO可大大促进气体水合物的生成,相较于纯水体系,生成时间缩短79.7%～85.0%。此外根据化学亲和力理论推导并建立了在GO作用下的气体水合物生成动力学模型,并通过MATLAB软件编程,将实验数据与模型相结合,计算化学亲和力模型参数(t_k、-Ar/RT)。将模型所得压力和耗气量与实验数据对比分析发现,模型所得数据与实验数据结果具有很高的一致性。     

海泥石英砂沉积物中甲烷水合物的生成

介绍了多孔介质中天然气水合物实验装置。在定压7 0MPa、恒温2 0℃条件下,利用甲烷气(99 9%)在海泥石英砂沉积物中(配比为海泥、石英砂各100g,蒸馏水50ml)生成水合物。其生成的诱导期较相同条件下甲烷气/纯水体系中水合物生成的诱导期缩短1/3(约40h),对其形成过程进行了初步归纳,发现并解释了水合物在沉积物中分层聚集的现象。     

压力扰动对丙烷水合物生成过程的影响

气体水合物的快速生成与分解是水合物技术广泛工业化应用的关键,因而进行气体水合物生成过程和生成特性的研究具有重要的意义,但目前关于气体水合物生成过程的研究主要集中在温度梯度、降温速率、温度扰动等方面,而针对压力扰动对气体水合物生成过程影响的研究还较鲜见。为此,进行了压力扰动条件下C3H8水合物的生成实验,研究了压力扰动对C3H8水合物静态生成过程的影响。结果表明:1与无压力扰动的条件相比,压力扰动有效地促进了C3H8水合物的生成过程,提高了C3H8水合物的生成速率和生成量;2在100h的静态水合物生成过程中,压力扰动条件下C3H8水合物的平均生长速率达到了0.052 6mm/h,是无压力扰动条件下C3H8水合物平均生长速率(0.013 2mm/h)的4倍;3静态体系中水合物的生成过程比较困难且水合反应不完全,在压力扰动条件下,0.1MPa的压力差可导致0.4kJ/mol的生成驱动力,可使停滞的水合反应重新开始。     

游离甲烷气在井筒内形成水合物的动态模拟

深海油气钻井及海洋水合物钻采过程中均存在水合物形成进而阻塞井筒的风险。在恒温4.0℃,压力由3.5 MPa逐渐升至6.5 MPa的实验条件下,动态观测了甲烷气体以定速"鼓泡"形式在模拟井筒内的运移特征和井筒内不同位置水合物的形成、聚集形态,并依此对水合物的生长机制进行分析。实验结果表明:井筒内有障碍物或气体运移通道出现变径等情况时,不会改变水合物形成的相平衡条件,但会影响水合物的堆积形态和聚集过程;其次,气体在井筒内运移受阻的强弱直接决定水合物能否彻底阻塞循环通道;同时,气泡表面水合物薄膜的生长机制会受釜内压力变化及水合物膜破裂剥离等影响,并且由于气泡表面水合物膜的生长无法将气泡内气体完全消耗,使得游离气在井筒内形成的水合物体系为非均质的多孔介质体系。     

气流量对水合物堵塞影响的试验研究

天然气在生产过程中容易生成水合物使气井停产,确定流动情况下水合物生成条件是防止水合物生成堵塞管线技术的主要参数.采用自研的动态水合物试验装置对天然气水合物在流动条件下进行了动态试验,并与静态试验数据进行对比分析.结果表明,水合物动态堵塞温度点比静态生成温度点低,气流量越高,水合物生成堵塞温度点越低,越不易堵塞.     

深水油基钻井液中抑制水合物形成的实验研究

在温度为4℃、压力为20MPa条件下,利用水合物综合模拟实验系统,对用于南海深水钻井的油基钻井液体系进行了抑制水合物生成的评价实验。结果表明,由于天然气在油相中的溶解度远高于在水中的溶解度,油基钻井液又是分散的乳化液,使得油基钻井液中水合物形成的诱导时间比水基钻井液中少。因此含水的油基钻井液体系在深水环境下(高压和低温)很容易生成天然气水合物,含水量越高,生成的量越大。所以在钻井作业过程中,要适当降低泥浆中水的含量,增加泥浆密度,防止地层水和气大量进入井内随油基钻井液一起循环。高浓度乙二醇能较好地抑制油基钻井液中水合物的形成。为了达到最佳抑制效果,可在钻井液中配合加入适量聚合醇与无机盐。     

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在标准状况下1m^3的水合物可包容150－180m^3的天然气，其巨大的储气能力和相对“温和”的储气条件为天然气储运展现了很好的前景。介绍了水合物储存天然气的实验装置，并对合成天然气（甲烷，乙烷，丙烷的体积百分比分别为91．47％，4．94％，3．09％）的水合物形成过程进行了初步的实验研究，获得了水合物形成过程的耗气速度，储气密度与水合物形成条件（压力，温度）的关系。在压力为3.79MPa，温度为273．95K的试验条件下，单位体积的水合物可储存约145体积的天然气（标准状况下），水合物填充率达到理想填充率的81％。     

微泡暂堵封窜技术研究与现场应用

为了解决水泥封窜污染严重和颗粒型暂堵剂暂堵封窜有效期短的问题,研究应用了微泡暂堵封窜技术。通过室内试验评价了微泡工作液的剪切稀释性、静态堵漏性能、动态污染返排性能,结果表明:微泡工作液具有一定的剪切稀释性;封堵能力强,在120℃、0.5 MPa回压、5 MPa压差条件下,漏失量为0;返排性能好,对储层伤害小,微泡工作液污染48 h岩心的渗透率恢复率达到96.1%。冀东油田4口油井应用微泡暂堵封窜技术进行封窜,施工时泵压可控,施工后累计增油10 314 t,含水率平均降低17.6%,降水增油效果非常明显。这表明利用微泡暂堵封窜技术封窜施工风险小,封窜效果好,油层保护效果好,有效期长。      

天然气水合物生成及分解的工艺流程设计

天然气水合物技术可显著降低天然气储运费用，提高天然气储运的经济性和安全性，受到了工业界的普遍重视，而设计研究高效的水合物生产工艺则是其工业化应用的基础。目前的天然气水合物工艺流程普遍存在着投资大、生产效率低、经济性差的缺点。为此，从水合物的基本组成出发，从降低能耗、优化水合物生成及分解的温度与压力、提高生成及分解的反应速率等方面对流程进行了设计：进入水合物反应釜前，水和天然气各自以一条支路流动；水从上支路泵入反应釜，而天然气则从下支路喷入反应釜；反应釜内温度控制为10 ℃，压力控制为5 MPa。综合考虑了各种分解方法的优缺点，选用加注热水法作为水合物分解的激发方式。该流程是专为固态天然气储运技术而开发的，具有成本低廉，可以高效连续制备、分解固体天然气等优点。